特開 2023-155792 圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155792

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/02 20060101AFI20231016BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20231016BHJP

   H10N 30/50 20230101ALI20231016BHJP

   H10N 30/067 20230101ALI20231016BHJP

   H10N 30/88 20230101ALI20231016BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20231016BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

H04R17/02

H01L41/113

H01L41/083

H01L41/297

H01L41/053

H04R17/00 330C

H04R31/00 330

H04R31/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065336

(22)【出願日】2022-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 愛美

(72)【発明者】

【氏名】山田 英雄

(72)【発明者】

【氏名】臼井 孝英

(72)【発明者】

【氏名】池上 尚克

(72)【発明者】

【氏名】片上 崇治

【テーマコード（参考）】

5D004

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D004BB01

5D004CC08

5D004DD03

5D004FF01

5D004GG00

5D019AA26

5D019BB08

5D019BB25

5D019HH01

(57)【要約】

【課題】工数の増加を低減できる圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】支持体１０に配置された圧電膜４０と、圧電膜４０に積層された電極膜５０と、圧電膜４０を貫通する孔部６１ａ、６２ａの内部に形成された貫通電極６１ｂ、６２ｂと、孔部６１ａ、６２ａの壁面および圧電膜４０の上部に形成され、圧電膜４０と貫通電極６１ｂ、６２ｂとを絶縁させる層間絶縁膜８２と、を備え、振動部２０は、圧電膜４０および電極膜５０を含み、支持体１０に支持される支持領域２１ａと、支持体１０から浮遊している浮遊領域２１ｂとを有し、浮遊領域２１ｂは、スリット３０によって区画された複数の振動領域を有し、スリット３０には、層間絶縁膜８２と同じ材料で構成された付加薄膜８１が配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持体（１０）上に振動部（２０）が配置された圧電素子であって、
前記支持体に配置された圧電膜（４０）と、
前記圧電膜に積層された電極膜（５０）と、
前記圧電膜を貫通する孔部（６１ａ、６２ａ）の内部に形成された貫通電極（６１ｂ、６２ｂ）と、
前記孔部の壁面および前記圧電膜の上部に形成され、前記圧電膜と前記貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜（８２）と、を備え、
前記振動部は、前記圧電膜および前記電極膜を含み、前記支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、前記支持体から浮遊している浮遊領域（２１ｂ）とを有し、
前記浮遊領域は、スリット（３０）によって区画された複数の振動領域（２２ａ～２２ｄ）を有し、
前記スリットには、前記層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜（８１）が配置されている圧電素子。

【請求項2】

前記層間絶縁膜には、前記振動領域を露出させる開口部（８２ａ）が形成されており、
前記層間絶縁膜のうち、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とは、体積が等しい請求項１に記載の圧電素子。

【請求項3】

前記層間絶縁膜には、前記振動領域を露出させる第１開口部（８２ａ）が形成されており、
前記層間絶縁膜のうち前記孔部に対して前記第１開口部とは反対側に形成された部分には、前記圧電膜を露出させる第２開口部（８２ｂ）が形成されている請求項１に記載の圧電素子。

【請求項4】

前記層間絶縁膜のうち前記孔部と前記第１開口部との間に形成された部分と、前記孔部と前記第２開口部との間に形成された部分とは、体積が等しい請求項３に記載の圧電素子。

【請求項5】

前記層間絶縁膜には、前記振動領域を露出させる開口部（８２ａ）が形成されており、
前記層間絶縁膜は、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なる請求項１または２に記載の圧電素子。

【請求項6】

前記付加薄膜および前記層間絶縁膜は、感光性樹脂で構成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧電素子。

【請求項7】

前記感光性樹脂は、ポリイミドまたはポリベンゾオキサゾールである請求項６に記載の圧電素子。

【請求項8】

前記圧電膜は、下層圧電膜（４１）および上層圧電膜（４２）を有し、
前記電極膜は、前記下層圧電膜の下方に形成された下層電極膜（５１）と、前記下層圧電膜と前記上層圧電膜との間に形成された中間電極膜（５２）と、前記上層圧電膜の上方に形成された上層電極膜（５３）と、を有している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧電素子。

【請求項9】

請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧電素子を備えるマイクロフォン。

【請求項10】

請求項８に記載の圧電素子を備えるマイクロフォン。

【請求項11】

支持体（１０）上に振動部（２０）が配置された圧電素子の製造方法であって、
前記支持体に圧電膜（４０）を形成することと、
前記圧電膜に積層された電極膜（５０）を形成することと、
前記圧電膜を貫通する孔部（６１ａ、６２ａ）を形成することと、
前記孔部の内部に貫通電極（６１ｂ、６２ｂ）を形成することと、
前記孔部の壁面および前記圧電膜の上部に、前記圧電膜と前記貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜（８２）を形成することと、
前記圧電膜および前記電極膜を含み前記支持体から浮遊する浮遊領域にスリット（３０）を形成して、前記圧電膜および前記電極膜を複数の振動領域（２２ａ～２２ｄ）に区画することと、
前記スリットに、前記層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜（８１）を形成することと、を備え、
前記層間絶縁膜を形成すること、および、前記付加薄膜を形成することは、同時に行われる圧電素子の製造方法。

【請求項12】

前記層間絶縁膜に、前記振動領域を露出させる開口部（８２ａ）を形成することを備え、
前記開口部を形成することでは、前記層間絶縁膜のうち、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、体積が等しくなるように前記開口部を形成する請求項１１に記載の圧電素子の製造方法。

【請求項13】

前記層間絶縁膜に、前記振動領域を露出させる第１開口部（８２ａ）を形成することと、
前記層間絶縁膜のうち前記孔部に対して前記第１開口部とは反対側に形成された部分に、前記圧電膜を露出させる第２開口部（８２ｂ）を形成することと、を備える請求項１１に記載の圧電素子の製造方法。

【請求項14】

前記第１開口部を形成すること、および、前記第２開口部を形成することでは、前記層間絶縁膜のうち前記孔部と前記第１開口部との間に形成された部分と、前記孔部と前記第２開口部との間に形成された部分とで、体積が等しくなるように、前記第１開口部および前記第２開口部を形成する請求項１３に記載の圧電素子の製造方法。

【請求項15】

前記層間絶縁膜に、前記振動領域を露出させる開口部（８２ａ）を形成することを備え、
前記層間絶縁膜を形成することでは、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なるように、前記層間絶縁膜を形成する請求項１１または１２に記載の圧電素子の製造方法。

【請求項16】

前記付加薄膜および前記層間絶縁膜は、感光性樹脂で構成される請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の圧電素子の製造方法。

【請求項17】

前記感光性樹脂は、ポリイミドまたはポリベンゾオキサゾールである請求項１６に記載の圧電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

圧電型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）マイクロフォンは、電極と圧電膜の積層構造を有する圧電素子で構成されている。圧電素子の製造工程では、基板の上面全体に下部電極が形成され、パターニングによって一部が除去された後、下部電極の上面に圧電膜が形成される。そして、この圧電膜の上面に上部電極が形成される。圧電膜には下部電極を露出させるビアが形成され、このビア内に形成された配線によって下部電極の電位が取り出される。また、基板に開口部が形成されるとともに、電極と圧電膜の積層構造にスリットが形成されることにより、この積層構造が基板の開口端部において片持ち支持され、振動領域とされる。

【0003】

電極が除去された部分に形成された圧電膜は、結晶性が悪くなり、電極端部での応力集中によりクラックが発生し、抵抗値が低下するおそれがある。抵抗値が低下した部分を介して電極間でリークが発生すると誘電損失が増加し、マイクロフォンのノイズが大きくなってしまうため、リークの遮断が必要である。これには通常、層間絶縁膜が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－７４８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなマイクロフォンでは、音圧等の圧力が印加されることで振動領域が振動し、圧電膜に発生する電荷を検出信号として出力するが、製造時に発生する残留応力により振動領域が変形し、スリットが広がり圧力が抜け出て、検出帯域が狭くなるおそれがある。これについて、本発明者らは、特願２０２１－１５２４２７号において、スリット内に付加薄膜を形成することでスリットの広がりを抑制する圧電素子を提案している。

【0006】

しかしながら、付加薄膜を形成すると工数が増えるため、圧電素子の製造コストが増加するおそれがある。

【0007】

本発明は上記点に鑑みて、工数の増加を低減できる圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持体（１０）上に振動部（２０）が配置された圧電素子であって、支持体に配置された圧電膜（４０）と、圧電膜に積層された電極膜（５０）と、圧電膜を貫通する孔部（６１ａ、６２ａ）の内部に形成された貫通電極（６１ｂ、６２ｂ）と、孔部の壁面および圧電膜の上部に形成され、圧電膜と貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜（８２）と、を備え、振動部は、圧電膜および電極膜を含み、支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、支持体から浮遊している浮遊領域（２１ｂ）とを有し、浮遊領域は、スリット（３０）によって区画された複数の振動領域（２２ａ～２２ｄ）を有し、スリットには、層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜（８１）が配置されている。

【0009】

これによれば、付加薄膜と層間絶縁膜とが同じ材料で構成されているため、これらを同一の工程で形成することが可能であり、圧電素子の製造において工数の増加を低減することができる。

【0010】

また、請求項１１に記載の発明では、支持体（１０）上に振動部（２０）が配置された圧電素子の製造方法であって、支持体に圧電膜（４０）を形成することと、圧電膜に積層された電極膜（５０）を形成することと、圧電膜を貫通する孔部（６１ａ、６２ａ）を形成することと、孔部の内部に貫通電極（６１ｂ、６２ｂ）を形成することと、孔部の壁面および圧電膜の上部に、圧電膜と貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜（８２）を形成することと、圧電膜および電極膜を含み支持体から浮遊する浮遊領域にスリット（３０）を形成して、圧電膜および電極膜を複数の振動領域（２２ａ～２２ｄ）に区画することと、スリットに、層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜（８１）を形成することと、を備え、層間絶縁膜を形成すること、および、付加薄膜を形成することは、同時に行われる。

【0011】

これによれば、付加薄膜と層間絶縁膜とが同じ材料で同時に形成されるため、工数の増加を低減することができる。

【0012】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態にかかる圧電素子の平面図である。

【図2】図１のII－II断面図である。

【図3】第１、第２孔部近傍の平面図である。

【図4A】圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4B】図４Ａに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4C】図４Ｂに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4D】図４Ｃに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4E】図４Ｄに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4F】図４Ｅに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4G】図４Ｆに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図4H】図４Ｇに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図5】比較例の断面図である。

【図6】第２実施形態にかかる圧電素子の断面図である。

【図7A】圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図7B】図７Ａに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図8A】圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図8B】図８Ａに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図9A】圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【図9B】図９Ａに続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0015】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の圧電素子は、スマートフォンやＡＩ（artificial intelligence）スピーカ等に搭載される圧電マイク等に用いられると好適である。また、本実施形態の圧電素子は、超音波センサ等に用いられると好適である。

【0016】

圧電素子は、図１、図２に示されるように、支持体１０と、支持体１０上に配置された振動部２０とを備え、平面形状が矩形状とされている。支持体１０は、一面１１ａを有する支持基板１１と、支持基板１１の一面１１ａ上に形成された絶縁膜１２とを有している。なお、支持基板１１は、例えば、シリコン基板等で構成され、絶縁膜１２は、酸化膜等で構成されている。

【0017】

支持体１０には、振動部２０における内縁側を浮遊させるための凹部１０ａが形成されている。このため、振動部２０は、支持体１０上に配置された支持領域２１ａと、支持領域２１ａと繋がっていると共に凹部１０ａ上で浮遊する浮遊領域２１ｂとを有する構成となっている。本実施形態の凹部１０ａは、振動部２０側の開口端の形状が平面矩形状とされている。したがって、浮遊領域２１ｂの全体は、平面矩形状とされている。

【0018】

絶縁膜１２および振動部２０の外縁部分には、支持基板１１の外縁部分を露出させる開口部１２ａ、２０ａが形成されている。開口部１２ａ、２０ａは、圧電素子を製造する際のダイシング工程を容易にするものであり、必ずしも形成されていなくてもよい。

【0019】

浮遊領域２１ｂには、当該浮遊領域２１ｂを厚さ方向に貫通するスリット３０が形成されている。スリット３０は、浮遊領域２１ｂを４分割するように形成されている。詳しくは、スリット３０は、浮遊領域２１ｂの中心部を通り、浮遊領域２１ｂの相対する角部に向かって延設されるように、２本形成されている。言い換えると、スリット３０は、平面矩形状とされた浮遊領域２１ｂの各角部から中心部に向かって延設されると共に、中心部にて各スリット３０が交差するように形成されている。これにより、浮遊領域２１ｂは、略平面三角形状とされた第１～第４振動領域２２ａ～２２ｄに分離されている。

【0020】

本実施形態のスリット３０は、支持領域２１ａまで延設されているが、浮遊領域２１ｂ内で終端するように形成されていてもよい。また、スリット３０が、浮遊領域２１ｂと支持領域２１ａとの境界部で終端するように形成されていてもよい。

【0021】

第１～第４振動領域２２ａ～２２ｄは、上記の構成とされることにより、支持領域２１ａ側の端部が固定端とされ、支持領域２１ａと反対側の先端部が自由端とされたカンチレバーとされている。

【0022】

振動部２０は、圧電膜４０および圧電膜４０と接続される電極膜５０を有する構成とされている。具体的には、圧電膜４０は、下層圧電膜４１と、下層圧電膜４１上に積層される上層圧電膜４２とを有している。なお、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２は、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛フリーの圧電セラミックス等を用いて構成されている。また、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いて構成される。なお、図１は、断面図ではないが、理解をし易くするために、上層圧電膜４２等にハッチングを施してある。

【0023】

電極膜５０は、圧電膜４０と接続されるように各振動領域２２ａ～２２ｄに形成されており、モリブデン（Ｍｏ）を用いて構成されている。但し、電極膜５０は、モリブデンの他に、チタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ルテニウム（Ｒｕ）等のいずれか１つを主成分とする金属材料を用いて構成されていてもよい。

【0024】

そして、本実施形態では、電極膜５０として、下層圧電膜４１の下方に形成された下層電極膜５１と、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との間に形成された中間電極膜５２と、上層圧電膜４２の上方に形成された上層電極膜５３とが形成されている。なお、下層電極膜５１と中間電極膜５２とは、下層圧電膜４１を挟んで対向するように配置されている。中間電極膜５２と上層電極膜５３とは、上層圧電膜４２を挟んで対向するように配置されている。

【0025】

第１～第４振動領域２２ａ～２２ｄの電極膜５０は、配線部６０によって電気的に直列に接続されている。具体的には、各振動領域２２ａ～２２ｄに形成される各下層電極膜５１、各中間電極膜５２、各上層電極膜５３がそれぞれ並列に接続されつつ、各振動領域２２ａ～２２ｄ間が直列に接続されている。

【0026】

配線部６０は、下層電極膜５１に接続される第１電極部６１と、中層電極膜５２に接続される第２電極部６２と、第１電極部６１および第２電極部６２を接続する配線膜６３とを備えている。また、配線部６０は、上層電極膜５３に接続される図示しない電極部を備えており、第１電極部６１および第２電極部６２は、配線膜６３によって、この図示しない電極部にも接続されている。

【0027】

支持領域２１ａには、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２を貫通して下層電極膜５１を露出させる第１孔部６１ａが形成されており、第１電極部６１は、下層電極膜５１と電気的に接続されるように第１孔部６１ａに配置された第１貫通電極６１ｂを備えている。また、支持領域２１ａには、上層圧電膜４２を貫通して中層電極膜５２を露出させる第２孔部６２ａが形成されており、第２電極部６２は、中層電極膜５２と電気的に接続されるように第２孔部６２ａに配置された第２貫通電極６２ｂを備えている。

【0028】

後述するように、第１孔部６１ａの壁面、第２孔部６２ａの壁面、および、上層圧電膜４２の上面には、層間絶縁膜８２が形成されている。第１貫通電極６１ｂ、第２貫通電極６２ｂは、それぞれ、層間絶縁膜８２によって圧電膜４０と絶縁されるように、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａの内部に配置されている。配線膜６３は、層間絶縁膜８２の上面に配置されており、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａの上部において、第１貫通電極６１ｂ、第２貫通電極６２ｂと電気的に接続されている。なお、図１では、配線膜６３のうち、第１貫通電極６１ａと第２貫通電極６２ｂとを接続する部分、および、外部回路に接続されるパッド部のみを図示している。

【0029】

振動部２０は、支持体１０側に、下層圧電膜４１および下層電極膜５１が配置されるバッファ層７０を有している。バッファ層７０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で構成される。バッファ層７０は、浮遊領域２１ｂとなる部分の全体に形成されている。なお、バッファ層７０および下層電極膜５１は、絶縁層１２の外縁端部まで形成されていない。このため、下層圧電膜４１における外縁部分は、絶縁膜１２上にそのまま配置されている。

【0030】

本実施形態の圧電素子では、浮遊領域２１ｂに形成されたスリット３０の一部を被覆するように付加薄膜８１が備えられている。具体的には、付加薄膜８１は、スリット３０のうちの支持領域２１ａ側と反対側の部分、すなわち、第１～第４振動領域２２ａ～２２ｄの自由端側を区画する部分に配置されている。このため、各振動領域２２ａ～２２ｄは、自由端側の部分で付加薄膜８１によって繋がった状態となっている。なお、図２では、付加薄膜８１がスリット３０を埋め込むように配置されている図が示されているが、付加薄膜８１は、スリット３０を埋め込むように配置されていなくてもよい。

【0031】

付加薄膜８１は、凹部１０ａを形成した後の第１～第４振動領域２２ａ～２２ｄの反りを抑制するためのものである。付加薄膜８１は、各振動領域２２ａ～２２ｄの振動に影響し難くなるように、ヤング率が低い材料で構成されることが好ましい。付加薄膜８１の膜厚は、例えば０．５μｍ以上３μｍ以下とされる。

【0032】

第１孔部６１ａおよび第２孔部６２ａの壁面には、層間絶縁膜８２が形成されている。層間絶縁膜８２は、電極間のリークを抑制するためのものである。層間絶縁膜８２は、上層圧電膜４２の上面にも形成されており、第１電極部６１と第２電極部６２は、層間絶縁膜８２の上面に形成された配線膜６３を介して接続されている。層間絶縁膜８２は、付加薄膜８１と同じ材料で構成されている。具体的には、付加薄膜８１および層間絶縁膜８２は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等の感光性樹脂で構成されている。

【0033】

圧電素子の中央部においては、層間絶縁膜８２に開口部８２ａが形成されており、これにより浮遊領域２１ｂの上層電極膜５３が層間絶縁膜８２から露出している。開口部８２ａは、第１開口部に相当する。また、圧電素子の外周部においては、層間絶縁膜８２に開口部８２ｂが形成されており、これにより支持領域２１ａの上層圧電膜４２が層間絶縁膜８２から露出している。開口部８２ｂは、第２開口部に相当する。開口部８２ｂは、直線状のスリットとされており、圧電素子の上面の四辺に並行となるように、４つの開口部８２ｂが形成されている。なお、開口部８２ｂが他の形状とされていてもよい。

【0034】

層間絶縁膜８２のうち、第１孔部６１ａと開口部８２ａとの間に形成された部分と、第１孔部６１ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分とは、体積が等しくされている。具体的には、図２、図３に示すように、層間絶縁膜８２のうち第１孔部６１ａと開口部８２ａとの間の領域を内側領域８２ｃとし、第１孔部６１ａと開口部８２ｂとの間の領域を外側領域８２ｄとして、内側領域８２ｃと外側領域８２ｄとの体積が等しくされている。なお、図３では配線膜６３の図示を省略している。

【0035】

また、層間絶縁膜８２のうち、第２孔部６２ａと開口部８２ａとの間に形成された部分と、第２孔部６２ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分とは、体積が等しくされている。具体的には、図２、図３に示すように、層間絶縁膜８２のうち第２孔部６２ａと開口部８２ａとの間の領域を内側領域８２ｅとし、第２孔部６２ａと開口部８２ｂとの間の領域を外側領域８２ｆとして、内側領域８２ｅと外側領域８２ｆとの体積が等しくされている。

【0036】

以上が本実施形態における圧電素子の構成である。このような圧電素子は、各振動領域２２ａ～２２ｄに音圧等の圧力が印加されると、各振動領域２２ａ～２２ｄが振動する。そして、例えば、各振動領域２２ａ～２２ｄの自由端側が上方に変位した場合、下層圧電膜４１には引張応力が発生し、上層圧電膜４２には圧縮応力が発生する。したがって、配線部６０のパッド部から電荷を取り出すことにより、音圧等の圧力が検出される。この際、本実施形態では、付加薄膜８１によってスリット３０の開口面積が小さくされている。このため、圧力がスリット３０から抜け難くなり、検出帯域を広くすることができる。

【0037】

次に、上記圧電素子の製造方法について、図４Ａ～図４Ｈを参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、ウェハ状の支持体１０を用いて圧電素子を製造する例について説明するが、予めチップ単位に分割された支持体１０を用いて圧電素子を製造するようにしてもよい。

【0038】

まず、図４Ａに示されるように、支持基板１１上に絶縁膜１２が配置された支持体１０を用意する。なお、図４Ａの支持体１０は、実際には、ダイシングラインを介して複数の素子構成領域が一体化されたウェハ状とされている。

【0039】

次に、図４Ｂに示されるように、支持体１０上にバッファ層７０および下層電極膜５１を順に成膜し、図示しないマスクを用いて所定形状にパターニングする。バッファ層７０および下層電極膜５１は、浮遊領域２１ｂとなる部分に配置されるようにパターニングされる。また、バッファ層７０および下層電極膜５１は、第１貫通電極６１ｂと接続される部分、および、支持体１０と振動部２０との積層方向において第２貫通電極６２ｂと対向する部分を含むようにパターニングされる。

【0040】

なお、バッファ層７０および下層電極膜５１は、一般的なスパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって成膜される。また、後述する下層圧電膜４１、中間電極膜５２、上層圧電膜４２、上層電極膜５３も一般的なスパッタ法やＣＶＤ法等によって成膜される。

【0041】

続いて、図４Ｃに示されるように、下層圧電膜４１および中間電極膜５２を成膜する。続いて、図４Ｄに示されるように、上層圧電膜４２を成膜して圧電膜４０を構成する。また、上層電極膜５３を成膜すると共に図示しないマスクを用いて所定形状にパターニングすることにより、電極膜５０を構成する。

【0042】

続いて、図４Ｅに示されるように、図示しないマスクを用いたエッチングにより、下層電極膜５１を露出させる第１孔部６１ａ、中間電極膜５２を露出させる第２孔部６２ａ、および、絶縁膜１２を露出させるスリット３０を形成する。また、ダイシングラインに位置する圧電膜４０を除去して開口部２０ａを形成すると共に、絶縁膜１２を除去して開口部１２ａを形成する。

【0043】

続いて、図４Ｆに示されるように、支持体１０、圧電膜４０、電極膜５０、バッファ層７０を覆うように、ウェハ全体に感光性樹脂８０を塗布する。続いて、図４Ｇに示されるように、図示しないマスクを用いて感光性樹脂８０を露光することにより、開口部８２ａ、８２ｂ、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａに対応する部分の感光性樹脂８０を除去し、付加薄膜８１および層間絶縁膜８２を形成する。このとき、内側領域８２ｃと外側領域８２ｄとの体積が等しくなるとともに、内側領域８２ｅと外側領域８２ｆとの体積が等しくなるように、開口部８２ａ、８２ｂを形成する。

【0044】

続いて、図４Ｈに示されるように、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａを埋め込むように金属膜を成膜することで、第１貫通電極６１ｂ、第２貫通電極６２ｂを形成する。そして、層間絶縁膜８２上に成膜された金属膜をパターニングすることで配線膜６３を形成する。これにより、配線部６０が構成される。

【0045】

その後は、適宜図示しないマスクを配置してエッチングを行うことにより、凹部１０ａを形成する。そして、ダイシングラインに沿ってチップ単位に分割する。これにより、支持体１０上に振動部２０が配置された上記の圧電素子が製造される。

【0046】

以上説明した本実施形態によれば、付加薄膜８１と層間絶縁膜８２とが同じ材料で構成されている。したがって、上記のように付加薄膜８１と層間絶縁膜８２とを同一の工程で形成することが可能となり、圧電素子の製造において工数の増加を低減することができる。

【0047】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0048】

（１）層間絶縁膜８２のうち、第１、第２孔部６１ａ、６２ａと開口部８２ａとの間に形成された部分と、第１、第２孔部６１ａ、６２ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分とは、体積が等しい。層間絶縁膜８２を感光性樹脂で構成すると、層間絶縁膜８２が硬化時に収縮する。そのため、第１、第２孔部６１ａ、６２ａの両側で層間絶縁膜８２の体積が大きく異なると、図５に示されるように、第１、第２孔部６１ａ、６２ａ内の層間絶縁膜８２が非対称に形成される。一方、圧電マイクでは振動領域における層間絶縁膜８２を除去する必要があり、開口部８２ａの形成によって、第１、第２孔部６１ａ、６２ａの両側で層間絶縁膜８２の体積に大きな差が生じる。そのため、層間絶縁膜８２が薄くなった片側では絶縁性が低下し、層間絶縁膜８２が厚くなった反対側ではオーバーハング構造により配線金属を形成するときにカバレッジが悪くなり断線するおそれがある。これに対して、上記のように第１、第２孔部６１ａ、６２ａの両側で層間絶縁膜８２の体積を等しくすることで、第１、第２孔部６１ａ、６２ａ内の層間絶縁膜８２の対称性を向上させ、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。

【0049】

（２）層間絶縁膜８２のうち第１、第２孔部６１ａ、６２ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分には、圧電膜４０を露出させる開口部８２ｂが形成されている。このように開口部８２ｂを形成することにより、内側領域８２ｃ、８２ｅと外側領域８２ｄ、８２ｆとの体積を調整し、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。

【0050】

（３）層間絶縁膜８２において、内側領域８２ｃと外側領域８２ｄとの体積が等しく、内側領域８２ｅと外側領域８２ｆとの体積が等しい。これにより、第１、第２孔部６１ａ、６２ａ内の層間絶縁膜８２の対称性を向上させ、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。

【0051】

（４）付加薄膜８１および層間絶縁膜８２は、ポリイミド、ＰＢＯ等の感光性樹脂で構成されている。圧電マイクでは電極厚さが数十ｎｍと薄いため、例えば層間絶縁膜８２としてＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いると、エッチングによる層間絶縁膜８２のパターニング時に電極膜５０が損傷するおそれがある。これに対して、付加薄膜８１、層間絶縁膜８２として感光性樹脂を用いることで、付加薄膜８１、層間絶縁膜８２のパターニングをフォトリソグラフィで行うことができるため、電極膜５０の損傷を抑制することができる。

【0052】

（５）圧電素子は、下層電極膜５１、下層圧電膜４１、中層電極膜５２、上層圧電膜４２、上層電極膜５３が順に積層されたバイモルフ構造の圧電素子とされている。このような構成の圧電素子においては、層間絶縁膜８２により、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２の界面におけるリークを抑制することができる。

【0053】

（６）本実施形態の圧電素子をマイクロフォンに用いることで、マイクロフォンを低ノイズ化、広帯域化することができる。

【0054】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して層間絶縁膜８２の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0055】

本実施形態では、層間絶縁膜８２のうち第１孔部６１ａと開口部８２ａとの間に形成された部分と、第１孔部６１ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なっている。具体的には、図６に示されるように、層間絶縁膜８２のうち第１孔部６１ａと層間絶縁膜８２の外縁との間の領域を外側領域８２ｇとして、内側領域８２ｃと外側領域８２ｇとの体積が等しくなるように、外側領域８２ｇの一部が薄膜化されている。

【0056】

また、層間絶縁膜８２のうち第２孔部６２ａと開口部８２ａとの間に形成された部分と、第２孔部６２ａに対して開口部８２ａとは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なっている。具体的には、図６に示されるように、層間絶縁膜８２のうち第２孔部６２ａと層間絶縁膜８２の外縁との間の領域を外側領域８２ｈとして、内側領域８２ｅと外側領域８２ｈとの体積が等しくなるように、外側領域８２ｈの一部が薄膜化されている。

【0057】

本実施形態では、図４Ｆに示す工程の後、図７Ａに示されるように、外側領域８２ｇ、８２ｈの薄膜化される部分を露出させるマスク９１を用いて、小さい光量で感光性樹脂８０を露光する。続いて、図７Ｂに示されるように、開口部１２ａ、２０ａ、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａ、開口部８２ａに対応する部分を露出させるマスク９２を用いて、図７Ａに示す工程よりも大きい光量で感光性樹脂８０を露光する。これにより、外側領域８２ｇ、８２ｈの一部が薄膜化された層間絶縁膜８２が形成される。

【0058】

本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0059】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0060】

（１）層間絶縁膜８２は、内側領域８２ｃ、８２ｄと外側領域８２ｇ、８２ｈとで膜厚が異なる。このように、場所によって膜厚を変えることで、上層圧電膜４３を露出させずに体積を調整することが可能となり、層間絶縁膜８２によって保護される部分が広くなるため、圧電素子の損傷を抑制することができる。

【0061】

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

【0062】

例えば、第１実施形態において、内側領域８２ｃ、８２ｅと外側領域８２ｄ、８２ｆとで、体積が完全に等しい構成だけでなく、略等しい構成においても、第１、第２孔部６１ａ、６２ａ内の層間絶縁膜８２の対称性を向上させ、絶縁性の低下等を抑制することができる。

【0063】

また、第２実施形態において、内側領域８２ｃ、８２ｅと外側領域８２ｇ、８２ｈとで、体積が完全に等しい構成だけでなく、略等しい構成においても、第１、第２孔部６１ａ、６２ａ内の層間絶縁膜８２の対称性を向上させ、絶縁性の低下等を抑制することができる。

【0064】

また、第２実施形態において、第１、第２孔部６１ａ、６２ａの場所や開口部８２ａの大きさによっては、内側領域８２ｃ、８２ｅの一部を薄膜化することにより、内側領域８２ｃ、８２ｅと外側領域８２ｇ、８２ｈの体積を等しくしてもよい。

【0065】

また、第２実施形態において、感光性樹脂８０のうち開口部１２ａ、２０ａに対応する部分を２回露光してもよい。すなわち、図４Ｆに示す工程の後、開口部１２ａ、２０ａに対応する部分と、外側領域８２ｇ、８２ｈの薄膜化される部分とを露出させるマスク９１を用いて感光性樹脂８０を露光し、続いて、図７Ｂに示されるようにマスク９２を用いて感光性樹脂８０を露光する。

【0066】

また、第２実施形態において、図８Ａ、図８Ｂに示されるように感光性樹脂８０を露光して、付加薄膜８１および層間絶縁膜８２を形成してもよい。すなわち、図４Ｆに示す工程の後、開口部１２ａ、２０ａ、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａ、開口部８２ａに対応する部分と、外側領域８２ｇ、８２ｈの薄膜化される部分とを露出させるマスク９１を用いて、感光性樹脂８０を小さい光量で露光する。続いて、開口部１２ａ、２０ａ、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａ、開口部８２ａに対応する部分を露出させるマスク９２を用いて、図８Ａに示す工程と同程度の小さい光量、または、中程度の光量で感光性樹脂８０を露光する。なお、アライメントずれを考慮すると、この方法よりも図７Ａ、図７Ｂに示す方法が望ましい。

【0067】

また、第２実施形態において、図９Ａ、図９Ｂに示されるように感光性樹脂８０を露光して、付加薄膜８１および層間絶縁膜８２を形成してもよい。すなわち、図４Ｆに示す工程の後、開口部１２ａ、２０ａ、８２ａに対応する部分と、外側領域８２ｇ、８２ｈの薄膜化される部分とを露出させるマスク９１を用いて、感光性樹脂８０を露光する。続いて、開口部１２ａ、２０ａ、第１孔部６１ａ、第２孔部６２ａ、開口部８２ａに対応する部分を露出させるマスク９２を用いて感光性樹脂８０を露光する。

【符号の説明】

【0068】

１０ 支持体
２０ 振動部
３０ スリット
４０ 圧電膜
５０ 電極膜
８１ 付加薄膜
８２ 層間絶縁膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】