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JP3432887B2 - Ultrasonic transducer - Google Patents
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JP3432887B2 - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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JP3432887B2
JP3432887B2 JP06239894A JP6239894A JP3432887B2 JP 3432887 B2 JP3432887 B2 JP 3432887B2 JP 06239894 A JP06239894 A JP 06239894A JP 6239894 A JP6239894 A JP 6239894A JP 3432887 B2 JP3432887 B2 JP 3432887B2
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film
lower electrode
thin film
etching
orientation
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辰朗 臼杵
賢一 柴田
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Japan Science and Technology Agency
Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
Japan Science and Technology Corp
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、シリコン基板上に形
成される超音波トランスジューサに関する。 【0002】 【従来の技術】超音波は光に比べ伝搬速度が遅いため、
距離、位置、物体形状などの情報を非接触で正確に計測
でき、また分散性が良いので、空間的に広い領域にわた
るセンシングにも適している。このような特徴を生かし
て、生体断層診断装置、魚群探知器、材料損傷、厚さ
計、レベル計、超音波顕微鏡、監視警報装置、リモート
スイッチ等広い分野への応用がなされている。このよう
なセンシング技術では、高速、高精度での測定へ、また
点計測から面計測さらには立体計測へと技術的要求が高
まっている。 【0003】このため、検知部と信号処理部を一体化し
たシリコンモノリシック構造の超音波トランスジューサ
が提案されている(例えば、特開昭61−220596
号公報(H04R 17/00)参照)。 【0004】シリコンモノリシック超音波トランスジュ
ーサの素子構造は、長さ数十〜数百μm、幅数十μm、
厚さ数千オングストロームの二酸化シリコン(SiO
2 )からなるカンチレバーをシリコン(Si)基板上に
異方性エッチングにより形成する。このカンチレバー上
にPtなどの下部電極、AlN、PbTiO3 、Zn
O、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PLZT((P
1-x,Lax)(Zry,Ti1-y1-x/33)等の圧電
体膜、Al等の上部電極を順次積層して形成されてい
る。 【0005】そして、この上から超音波を照射すると、
複合膜からなるカンチレバーは振動する。その振動はカ
ンチレバーの構造により決まるいくつかの機械的共振周
波数のところで非常に大きくなる。この振動により圧電
薄膜内部にストレスが発生し、その圧電効果により下部
電極と上部電極間に電圧が生じ、超音波を検出する。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電体膜を
形成する場合、基板温度を上げて形成することが多く、
そのため下地との反応を避けるため、下地となる下部電
極は反応性の低い金属であるPtが用いられている。そ
して、圧電体膜としては、特性上からその結晶性に配向
性を有することが必要とされている。 【0007】一方、圧電膜として、AlNを用いようと
すると、Ptの上にAlNを密着性よく形成することが
できず、パターニングなどの微細加工ができないという
問題があった。 【0008】このため、AlNとの密着性だけを考える
と、下部電極としてAlを用いることも考えられるが、
SiO2 膜上にAlを形成すると、Alの配向性は良く
なく、その上に形成されるAlNも配向性が悪くなると
いう問題があり、実用化に耐えない。さらに、AlはA
lN膜のパターニングの際、同時にエッチングされるの
で、下部の取り出し電極としては使いずらいという問題
もある。 【0009】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、配向性の良好な圧電体
膜を有し、特性の良好な超音波トランスジューサを提供
することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】この発明は、片持ち梁形
式でシリコン基板に支持された二酸化シリコン薄膜と、
この二酸化シリコン薄膜上に下部電極を介して積層され
た圧電薄膜と、この圧電薄膜上に積層された上部電極
と、を備えてなる超音波トランスジューサであって、前
記二酸化シリコン薄膜上に、配向し易く且つ反応性が低
い白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(I
r)またはロジウム(Rh)から選択される金属からな
る下部電極が設けられ、この下部電極上にアルミニウム
(Al)、亜鉛(Zn)または銅(Cu)から選択され
る金属層が下部電極の配向性を反映して形成され、この
金属層の配向性を反映してこの金属層上に配向性を有す
る圧電薄膜が形成される。 【0011】 【作用】この発明は、二酸化シリコン薄膜上に、Pt、
Pd、Ir、Rhは配向性よく形成できる。そして、こ
れらの金属からなる下部電極上にAl、Zn、Cuはこ
の下部電極の配向性を反映して形成することができる。
このAl、Zn、Cu上に圧電薄膜を形成することで、
圧電薄膜は良好な配向が得られるとともに、Al、Z
n、Cuとの密着性もよい。 【0012】 【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 【0013】図1は、この発明の一実施例を示す平面図
であり、図2はその実施例の縦断面図である。 【0014】(100)Si単結晶基板1上に熱酸化法
により、膜厚0.15〜1.2μm、この実施例では
0.5μmのSiO2 膜20が設けられている。このS
iO2膜20はフォトリソグラフィにより、〈110〉
方向に凹の字上の開口部が形成され、SiO2 膜20を
マスクとして、アルカリ溶液、例えば、エチレンジアミ
ン、ピロカテコール、水の混合液によるエッチング溶液
による異方性エッチングにより、Si基板1に片持ち梁
形式で支持されたSiO2 膜からなるカンチレバー2が
形成されている。 【0015】そのSiO2 膜20上に、下部電極3とな
る配向し易く且つ反応性が低い白金(Pt)、パラジウ
ム(Pd)、イリジウム(Ir)またはロジウム(R
h)が設けられている。この実施例では、Ptからなる
下部電極3が設けられている。このPtはSiO2 膜2
0上に配向性よく形成することができる。 【0016】そして、この下部電極3上に、Al、Zn
またはCuからなる膜厚50〜300オングストローム
の金属層4が下部電極の配向性を反映して形成される。
この実施例では、Alからなる金属層4が形成されてい
る。 【0017】この金属層4上にAlN、PbTiO3
ZnO、PZT、PLZTからなる圧電体膜5が設けら
れている。この圧電体5は金属層4の配向を反映して良
好な配向性を有して形成されている。この実施例では、
AlNからなる圧電体膜5が形成されている。そして、
下部電極3の取り出し部分3aとの短絡を防止するため
にSiO2 膜6を介して、Alからなる上部電極7が設
けられている。このようして、Si基板1上に片持ち梁
形式にSiO2 膜20が支持され、この上に下部電極
3、金属層4、圧電体膜5、上部電極6を積層して振動
体が形成され、この振動体が、Si基板1に設けられた
エッチング溝内を上下に振動することにより超音波の送
受波を行う。 【0018】上述したように、SiO2 膜20上に、P
t、Pd、Ir、Rhからなる下部電極3を設ける。こ
れら下部電極3はSiO2 膜20上に配向よく形成でき
る。そして、これら下部電極3上には、Al、Zn、C
uがこの下部電極3の配向性を反映して形成することが
できる。このAl、Zn、Cu上に圧電薄膜5を形成す
ることで、圧電薄膜5は良好な配向が得られるととも
に、Al、Zn、Cuとの密着性も良好である。 【0019】次に、この発明の第2実施例を図3ないし
図4に従い説明する。図3は、この発明の第2実施例を
示す平面図であり、図4はその実施例の縦断面図であ
る。 【0020】この第2実施例のものは、第1実施例のも
のが下部電極3の取り出し電極として、Ptを用いてい
るのに対し、下部電極3の取り出しを金属層4のAlに
より行っている。すなわち、SiO2 膜20の一部分に
窓を開け、その上部に結晶性の良好なAlからなる取り
出し電極部4cを設けたものである。その他の構成は第
1実施例と同様であるので、説明の重複を避けるために
ここでは説明を省略する。 【0021】次に、この発明の超音波トランスジューサ
につきその製造例とともに説明する。図5及び図6はこ
の発明の超音波トランスジューサの製造方法を工程別に
示す断面図である。 【0022】まず、図5(a)に示すように、Si(1
00)単結晶基板1に熱酸化法により、膜厚0.15〜
1.2μm、この実施例では0.5μmのSiO2 膜2
0を形成する。このSiO2 膜20は、熱酸化法以外
に、RFスパッタ法、CVD法等により形成しても良
い。 【0023】そのSiO2 膜20上に、下部電極3を設
ける。下部電極3としてPtを0.1〜0.4μm、R
Fスパッタ法あるいはイオンビームスパッタ法により形
成する。下部電極3はPt以外にPd、Ir、Pdなど
を用いても良い。 【0024】その後、Ptからなる下部電極3をフォト
リソグラフィによりパターニングする。下部電極3のパ
ターニングは、膜厚0.8μm程度のレジストでマスク
し、イオンビームミリングにより行う。そのイオンビー
ムミリングの条件は、Arガス圧が2.8×10-4To
rr、加速電圧が500V、イオン電流が0.3mA/
cm2 、ミリング速度が2000オングストローム/1
0分とした。 【0025】イオンミリングが終了後、レジストをO2
プラズマあるいはアセトン、、メチルエチルケトンなど
の有機溶剤若しくは硫酸と過酸化水素水の溶液により除
去する。 【0026】その後、金属層4として膜厚50〜300
オングストロームのAlをイオンビームスパッタ法によ
り形成する。 【0027】このAlのイオンビームスパッタ法による
成膜条件は、ターゲットは99.999%のアルミニウ
ムを用い、基板温度を室温〜300℃に保ち、Arガス
圧を2.8×10-4Torr、加速電圧を800V、イ
オン電流を0.76mA/cm2 、Alの成膜速度を
35オングストローム/分とした。 【0028】続いて、図5(b)に示すように、AlN
からなる膜厚0.1〜20μmの圧電体膜5を金属層4
上につづいてイオンビームスパッタリングにより形成す
る。この実施例では、0.7μmのAlNを積層した。 【0029】このAlNの成膜条件は、イオンビームス
パッタ法を用いる場合には、ターゲットは99.999
%のアルミニウムを用い、基板温度を室温〜800℃、
この実施例では300℃に保ち、窒素ガス流量を8CC
M、Ar流量を4CCM、カウフマンイオンガンを80
0eV,0.76mA/cm2 、窒素イオンビームエネ
ルギーを72〜200eV、この実施例では、100e
V、窒素イオンビーム電流を0.20〜0.74mA/
cm2 、この実施例では、0.32mA/cm2 、EC
Rマクロ波パワーを200〜500W、この実施例で
は、300W、到達圧を〜2×10-7Torr、成膜中
の圧力1.4×10-4Torr、AlNの成膜速度を1
0〜70オングストローム/分、この実施例では、30
オングストローム/分とした。 【0030】成膜したAlからなる金属層4とAlNか
らなる圧電体膜5をウェットエッチングまたはイオンミ
リングによりパターニングする。Al及びAlN膜はほ
とんどの酸に室温付近の低温ではエッチングされず、ア
ルカリ液を用いる必要がある。 【0031】Al、AlN膜をウェットエッチングによ
り、パターニングする場合の条件は、レジストによりマ
スクを形成後、1.0N−KOHなどのアルカリ溶液を
40〜70℃に加熱してエッチングする。イオンビーム
スパッタ法により形成したAl,AlN膜の場合には、
かかるウェットエッチングによるエッチング速度は70
オングストローム/分である。 【0032】Al、AlN膜をイオンミリングでパター
ニングする場合の条件は、レジストでマスクし、Arガ
ス圧が2.8×10-4Torr、加速電圧が500V、
イオン電流が0.3mA/cm2 とする。ミリング速度
は、イオンビームスパッタ法により形成したAl,Al
N膜の場合には、40オングストローム/分である。 【0033】そして、エッチングの際に使用したレジス
トをO2 プラズマあるいはアセトン、メチルエチルケト
ンなどの有機溶剤若しくは硫酸と過酸化水素水の溶液に
より除去する。 【0034】その後、図5(c)に示すように、取り出
し電極の層間絶縁膜として、SiO2 膜6を形成した
後、図6(a)に示すように、上部電極7として膜厚
0.1〜0.8μm、この実施例では0.3μmのAl
をイオンビームスパッタ法により選択形成する。 【0035】このAlのイオンビームスパッタ法による
成膜条件は、ターゲットは99.999%のアルミニウ
ムを用い、基板温度を室温〜300℃に保ち、Arガス
圧を2.8×10-4Torr、加速電圧を800V、イ
オン電流を0.76mA/cm2、Alの成膜速度を3
5オングストローム/分とした。 【0036】この上部電極7はAl以外にAu、Ptな
どの金属膜や,InO、SnO2ITOなどの導電性酸
化物などを用いることもできる。 【0037】さらに、パッシベーション膜を設ける場合
には、SiO2 、ポリイミド膜などのパッシベーション
膜を選択的に形成すればよい。また、複数個のチップを
同一基板上に形成している場合には、この時点でそれぞ
れのチップにダイシングしたりあるいは分割を容易にす
るためにハーフカットのダイシングを行っても良い。 【0038】この後、Siエッチングを行いSiO2
ンチレバーを作成するが、このSiエッチングに用いる
エッチング溶液がアルカリ溶液のため、Al、AlNに
ダメージを与えないために、エッチングマスクとしてC
rを用いる。図6(b)に示すように、イオンビームス
パッタリングまたはRFスパッタリングによりCr膜8
を形成し、さらにフォトリソグラフィによりSiエッチ
ングを行う予定の部分のCr膜8を除去した後、Cr膜
8が除去された箇所のSiO2 膜20をバッファドフッ
酸によりエッチングする。 【0039】Cr膜8を、例えばイオンビームスパッタ
リングにより形成する場合には、成膜条件は、ターゲッ
トは99.999%のCrを用い、基板温度を室温〜3
00℃に保ち、Arガス圧を2.8×10-4Torr、
加速電圧を800V、イオン電流を0.76mA/cm
2、Alの成膜速度を35オングストローム/分とし
た。 【0040】また、Cr膜8のエッチングは、エッチン
グ液として、硝酸第2セリウムアンモニウム25g、7
0%過塩素酸6.5ml、水150mlの混合液を用い
る。このエッチング溶液は、Cr膜8を選択的にエッチ
ングし、Al、Pt、AlN、SiO2 などにほとんど
ダメージを与えない。このエッチング溶液によるエッチ
ング速度は1300オングストローム/分である。 【0041】続いて、図6(c)に示すように、Cr膜
8をマスクとして、Si基板1のエッチングを行いSi
2 カンチレバー2を作成する。所望のカンチレバーが
得られたときにエッチングを終了する。このSiエッチ
ングの条件は、エッチング溶液として、エチレンジアミ
ン75ml、ピロカテコール12ml、水24mlの混
合液(略称EPW)を116℃に加熱して行う。幅40
μm、長さ200μmのSiO2 カンチレバー2を2時
間程度のSiエッチングにより形成することができる。
エッチング溶液としては、上記以外に、KOH,NaO
H、ヒドラジン,NH4 OHなどのエッチング溶液を用
いても良い。これらのエッチング溶液はSiの(10
0)面に対するエッチング速度が(111)面に比べて
非常に速い。例えば、EPWの場合は約40倍以上大き
く異方性エッチングが行える。なお、このエッチング溶
液によって、SiO2 膜も若干エッチングされるがSi
のエッチング速度に比べて非常に僅かである。 【0042】(100)面を有するSi基板1に上記開
口部を通して深いSiエッチングを行ったとき、(10
0)面上で〈110〉方向に配列した4個の辺により囲
まれた凹部11が形成される。上記したように、(11
1)面及びSiO2 膜20のエッチングは遅いが、(1
00)や(110)面のエッチング速度は速く、このエ
ッチングにより、カンチレバー2の下のSi基板1が
〈110〉方向に配列し、エッチング除去される。 【0043】最後に、図6(d)に示すように、Cr膜
8を除去し、チップの分割、ボンディング等の組立を行
って、この発明にかかる超音波トランスジューサが得ら
れる。 【0044】なお、上述した実施例では、圧電体膜5と
して、AlN膜を用いたが、AlN膜以外に、PbTi
3 、ZnO、PZT、PLZTを用いることもでき、
これらの材料の圧電体膜5を用いた場合でも、金属層4
を介在させないときよりも密着性が向上し特性が良くな
る。 【0045】また、金属層4としてAlを用いる場合に
は、その上に積層する圧電体膜5は、Alの拡散等を考
慮して400℃以下の温度で成膜する方がよい。成膜温
度が400℃以上になる場合には、金属層4としてはC
uを用いることにより、拡散はあまり起こらなく、その
上に積層される圧電体膜5の特性の劣化を抑制できる。 【0046】さらに、圧電体膜5として、ZnOを用い
る場合には、金属層4としてZnを用いれば、そのZn
が圧電体膜5の成膜中に拡散したとしても特性の劣化が
防止できる。 【0047】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、二酸化シリコン薄膜上に、Pt、Pd、Ir、Rh
からなる下部電極を形成し、これらの金属からなる下部
電極上にAl、Zn、Cuをこの下部電極の配向性を反
映して形成し、このAl、Zn、Cu上に圧電薄膜を形
成することで、圧電薄膜は良好な配向が得られるととも
に、Al、Zn、Cuとは密着性よく積層され、特性の
良好な超音波トランスジューサが得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer formed on a silicon substrate. [0002] Ultrasonic waves have a slower propagation speed than light.
Since information such as distance, position, and object shape can be accurately measured in a non-contact manner and has good dispersibility, it is also suitable for sensing over a wide spatial area. Taking advantage of these features, it has been applied to a wide range of fields such as biological tomography diagnostic devices, fish finder, material damage, thickness gauges, level gauges, ultrasonic microscopes, monitoring and alarm devices, and remote switches. In such a sensing technology, technical demands for high-speed, high-precision measurement, and point measurement to surface measurement and further to three-dimensional measurement are increasing. For this reason, there has been proposed an ultrasonic transducer having a silicon monolithic structure in which a detection section and a signal processing section are integrated (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-220596).
(See H04R 17/00). The element structure of a silicon monolithic ultrasonic transducer has a length of several tens to several hundreds of micrometers, a width of several tens of micrometers,
Thousands of angstroms of silicon dioxide (SiO
2 ) A cantilever composed of 2 ) is formed on a silicon (Si) substrate by anisotropic etching. On this cantilever, a lower electrode such as Pt, AlN, PbTiO 3 , Zn
O, PZT (lead zirconate titanate), PLZT ((P
b 1-x, La x) (Zr y, Ti 1-y) 1-x / 3 O 3) such as a piezoelectric film is formed by sequentially stacking an upper electrode made of Al or the like. When an ultrasonic wave is irradiated from above,
The cantilever made of the composite membrane vibrates. The vibration is very large at some mechanical resonance frequencies determined by the structure of the cantilever. Due to this vibration, a stress is generated inside the piezoelectric thin film, and a voltage is generated between the lower electrode and the upper electrode by the piezoelectric effect, thereby detecting an ultrasonic wave. [0006] When a piezoelectric film is formed, the temperature of the substrate is often increased.
Therefore, in order to avoid a reaction with the base, the lower electrode serving as the base is made of Pt which is a metal having low reactivity. In addition, the piezoelectric film is required to have a crystalline orientation in terms of characteristics. On the other hand, when AlN is used as the piezoelectric film, AlN cannot be formed on Pt with good adhesion, and there has been a problem that fine processing such as patterning cannot be performed. For this reason, considering only the adhesion to AlN, it is conceivable to use Al as the lower electrode.
When Al is formed on the SiO 2 film, the orientation of Al is not good, and the AlN formed thereon also has a problem that the orientation is deteriorated, which is not practical. Further, Al is A
Since it is etched at the same time as the patterning of the 1N film, there is also a problem that it is difficult to use it as a lower extraction electrode. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer having a piezoelectric film with good orientation and good characteristics, which has been made to solve the above-mentioned conventional problems. I do. [0010] The present invention provides a silicon dioxide thin film supported on a silicon substrate in a cantilever manner,
An ultrasonic transducer comprising a piezoelectric thin film laminated on the silicon dioxide thin film via a lower electrode, and an upper electrode laminated on the piezoelectric thin film, wherein the ultrasonic transducer is oriented on the silicon dioxide thin film. Platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (I
r) or a lower electrode made of a metal selected from rhodium (Rh), on which a metal layer selected from aluminum (Al), zinc (Zn) or copper (Cu) has an orientation of the lower electrode. A piezoelectric thin film having an orientation is formed on the metal layer reflecting the orientation of the metal layer. According to the present invention, Pt,
Pd, Ir and Rh can be formed with good orientation. Then, Al, Zn, and Cu can be formed on the lower electrode made of these metals by reflecting the orientation of the lower electrode.
By forming a piezoelectric thin film on this Al, Zn, Cu,
The piezoelectric thin film can obtain good orientation, and can be made of Al, Z
Good adhesion to n and Cu. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the embodiment. An SiO 2 film 20 having a thickness of 0.15 to 1.2 μm, in this embodiment, 0.5 μm, is provided on a (100) Si single crystal substrate 1 by a thermal oxidation method. This S
The iO 2 film 20 is formed by photolithography using <110>
An opening in a concave shape is formed in the direction, and the SiO 2 film 20 is used as a mask to form a piece on the Si substrate 1 by anisotropic etching using an etching solution with an alkaline solution, for example, a mixed solution of ethylenediamine, pyrocatechol and water. A cantilever 2 made of a SiO 2 film supported in a cantilever form is formed. On the SiO 2 film 20, platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir) or rhodium (R) which is easily oriented and has low reactivity to become the lower electrode 3 is formed.
h) is provided. In this embodiment, a lower electrode 3 made of Pt is provided. This Pt is a SiO 2 film 2
0 can be formed with good orientation. On the lower electrode 3, Al, Zn
Alternatively, a metal layer 4 made of Cu and having a thickness of 50 to 300 Å is formed reflecting the orientation of the lower electrode.
In this embodiment, a metal layer 4 made of Al is formed. On this metal layer 4, AlN, PbTiO 3 ,
A piezoelectric film 5 made of ZnO, PZT, and PLZT is provided. The piezoelectric body 5 is formed with good orientation reflecting the orientation of the metal layer 4. In this example,
A piezoelectric film 5 made of AlN is formed. And
An upper electrode 7 made of Al is provided via a SiO 2 film 6 to prevent a short circuit between the lower electrode 3 and the extraction portion 3a. Thus, the SiO 2 film 20 is supported in a cantilever manner on the Si substrate 1, and the lower electrode 3, the metal layer 4, the piezoelectric film 5, and the upper electrode 6 are stacked thereon to form a vibrator. The vibrating body vibrates up and down in the etching groove provided in the Si substrate 1 to transmit and receive ultrasonic waves. As described above, P on the SiO 2 film 20
A lower electrode 3 made of t, Pd, Ir, and Rh is provided. These lower electrodes 3 can be formed on the SiO 2 film 20 with good orientation. On these lower electrodes 3, Al, Zn, C
u can be formed reflecting the orientation of the lower electrode 3. By forming the piezoelectric thin film 5 on this Al, Zn, or Cu, the piezoelectric thin film 5 can have a good orientation and good adhesion to Al, Zn, and Cu. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the second embodiment. In the second embodiment, Pt is used as an extraction electrode for the lower electrode 3 in the first embodiment, whereas the lower electrode 3 is extracted using Al of the metal layer 4. I have. That is, a window is opened in a part of the SiO 2 film 20, and an extraction electrode portion 4c made of Al having good crystallinity is provided on the upper portion of the window. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here to avoid duplication of the description. Next, the ultrasonic transducer of the present invention will be described together with a production example. 5 and 6 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the present invention step by step. First, as shown in FIG.
00) The single-crystal substrate 1 is thermally oxidized to a thickness of 0.15 to
1.2 μm, in this embodiment, 0.5 μm SiO 2 film 2
0 is formed. This SiO 2 film 20 may be formed by an RF sputtering method, a CVD method or the like other than the thermal oxidation method. The lower electrode 3 is provided on the SiO 2 film 20. 0.1 to 0.4 μm of Pt as the lower electrode 3, R
It is formed by an F sputtering method or an ion beam sputtering method. The lower electrode 3 may be made of Pd, Ir, Pd or the like other than Pt. Thereafter, the lower electrode 3 made of Pt is patterned by photolithography. The lower electrode 3 is patterned by ion beam milling using a mask having a thickness of about 0.8 μm. The conditions of the ion beam milling are such that the Ar gas pressure is 2.8 × 10 −4 To
rr, acceleration voltage 500 V, ion current 0.3 mA /
cm 2 , milling speed 2000 angstrom / 1
0 minutes. [0025] After the ion milling is finished, the resist O 2
Removal is performed by plasma or an organic solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, or a solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. After that, the metal layer 4 has a thickness of 50 to 300.
Angstrom Al is formed by ion beam sputtering. The conditions for forming the Al film by the ion beam sputtering method are as follows: the target is 99.999% aluminum, the substrate temperature is kept at room temperature to 300 ° C., the Ar gas pressure is 2.8 × 10 -4 Torr, The acceleration voltage was 800 V, the ion current was 0.76 mA / cm 2 , and the Al film formation rate was 35 Å / min. Subsequently, as shown in FIG.
The piezoelectric film 5 having a thickness of 0.1 to 20 μm made of
Subsequently, it is formed by ion beam sputtering. In this example, 0.7 μm AlN was laminated. When the ion beam sputtering method is used, the target for forming the AlN film is 99.999.
% Aluminum, the substrate temperature is from room temperature to 800 ° C.,
In this embodiment, the temperature is maintained at 300 ° C. and the nitrogen gas flow rate is set to 8 CC
M, Ar flow rate 4CCM, Kauffman ion gun 80
0 eV, 0.76 mA / cm 2 , nitrogen ion beam energy is 72 to 200 eV, and in this embodiment, 100 e
V, a nitrogen ion beam current of 0.20 to 0.74 mA /
cm 2 , in this example 0.32 mA / cm 2 , EC
The R macrowave power is 200 to 500 W, in this embodiment, 300 W, the ultimate pressure is up to 2 × 10 −7 Torr, the pressure during film formation is 1.4 × 10 −4 Torr, and the film formation rate of AlN is 1
0-70 angstroms / min, in this example 30
Angstrom / min. The metal layer 4 made of Al and the piezoelectric film 5 made of AlN are patterned by wet etching or ion milling. Al and AlN films are not etched by most acids at a low temperature near room temperature, and need to use an alkaline solution. The conditions for patterning the Al and AlN films by wet etching are as follows: after forming a mask using a resist, an alkaline solution such as 1.0 N-KOH is heated to 40 to 70 ° C. for etching. In the case of an Al or AlN film formed by an ion beam sputtering method,
The etching rate by such wet etching is 70
Angstroms / minute. The conditions for patterning the Al and AlN films by ion milling are as follows: masking with a resist, Ar gas pressure of 2.8 × 10 −4 Torr, acceleration voltage of 500 V,
The ion current is 0.3 mA / cm 2 . The milling speed was set to Al, Al formed by ion beam sputtering.
In the case of the N film, it is 40 Å / min. Then, the resist used at the time of etching is removed by O 2 plasma, an organic solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, or a solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Thereafter, as shown in FIG. 5C, an SiO 2 film 6 is formed as an interlayer insulating film of the extraction electrode, and then, as shown in FIG. 1 to 0.8 μm, in this example 0.3 μm Al
Is selectively formed by ion beam sputtering. The conditions for forming the Al film by the ion beam sputtering method are as follows. The target is 99.999% aluminum, the substrate temperature is kept at room temperature to 300 ° C., the Ar gas pressure is 2.8 × 10 -4 Torr, The accelerating voltage is 800 V, the ion current is 0.76 mA / cm 2 , and the deposition rate of Al is 3
5 Å / min. The upper electrode 7 may be made of a metal film such as Au or Pt, or a conductive oxide such as InO or SnO 2 ITO other than Al. Further, when a passivation film is provided, a passivation film such as a SiO 2 or polyimide film may be selectively formed. When a plurality of chips are formed on the same substrate, dicing may be performed on each chip at this point or half-cut dicing may be performed to facilitate division. After that, Si etching is performed to form a SiO 2 cantilever. However, since the etching solution used for this Si etching is an alkaline solution, Al and AlN are not damaged.
Use r. As shown in FIG. 6B, a Cr film 8 is formed by ion beam sputtering or RF sputtering.
Is formed, and the portion of the Cr film 8 where the Si etching is to be performed is removed by photolithography, and then the SiO 2 film 20 where the Cr film 8 has been removed is etched with buffered hydrofluoric acid. When the Cr film 8 is formed by, for example, ion beam sputtering, the film forming conditions are as follows: a target is 99.999% Cr;
The temperature was kept at 00 ° C., and the Ar gas pressure was 2.8 × 10 −4 Torr,
Accelerating voltage 800V, ion current 0.76mA / cm
2. The deposition rate of Al was 35 Å / min. The etching of the Cr film 8 was performed by using 25 g of ceric ammonium nitrate as an etching solution.
A mixture of 6.5 ml of 0% perchloric acid and 150 ml of water is used. This etching solution selectively etches the Cr film 8 and hardly damages Al, Pt, AlN, SiO 2 and the like. The etching rate with this etching solution is 1300 Å / min. Subsequently, as shown in FIG. 6C, the Si substrate 1 is etched using the Cr film 8 as a mask,
O 2 cantilever 2 is created. Etching is terminated when a desired cantilever is obtained. The conditions for this Si etching are as follows: a mixture of 75 ml of ethylenediamine, 12 ml of pyrocatechol and 24 ml of water (EPW) is heated to 116 ° C. as an etching solution. Width 40
An SiO 2 cantilever 2 having a thickness of 200 μm and a length of 200 μm can be formed by etching Si for about 2 hours.
Other than the above, KOH, NaO
An etching solution such as H, hydrazine, and NH 4 OH may be used. These etching solutions consist of Si (10
The etching rate for the (0) plane is much higher than that for the (111) plane. For example, in the case of EPW, anisotropic etching can be performed about 40 times or more. Although the SiO 2 film is slightly etched by this etching solution,
Is very slight in comparison with the etching rate of When deep Si etching is performed on the Si substrate 1 having the (100) plane through the opening, (10)
On the (0) plane, a concave portion 11 surrounded by four sides arranged in the <110> direction is formed. As described above, (11
1) Although the etching of the surface and the SiO 2 film 20 is slow,
The etching rates of the (00) and (110) planes are high, and by this etching, the Si substrates 1 below the cantilevers 2 are arranged in the <110> direction and are etched away. Finally, as shown in FIG. 6 (d), the Cr film 8 is removed, and the chip is divided and assembled by bonding, etc., to obtain an ultrasonic transducer according to the present invention. In the above-described embodiment, the AlN film is used as the piezoelectric film 5, but in addition to the AlN film, PbTi
O 3 , ZnO, PZT, PLZT can also be used,
Even when the piezoelectric film 5 of these materials is used, the metal layer 4
The adhesion is improved and the characteristics are improved as compared with the case where no steel is interposed. When Al is used as the metal layer 4, the piezoelectric film 5 to be laminated thereon is preferably formed at a temperature of 400 ° C. or less in consideration of the diffusion of Al and the like. When the film forming temperature is 400 ° C. or higher, the metal layer 4 may be C
By using u, diffusion does not occur very much, and deterioration of the characteristics of the piezoelectric film 5 laminated thereon can be suppressed. Further, when ZnO is used for the piezoelectric film 5, when Zn is used for the metal layer 4,
However, even if is diffused during the formation of the piezoelectric film 5, deterioration of the characteristics can be prevented. As described above, according to the present invention, Pt, Pd, Ir, and Rh are deposited on a silicon dioxide thin film.
Forming a lower electrode composed of these metals, forming Al, Zn, and Cu on the lower electrode composed of these metals by reflecting the orientation of the lower electrode, and forming a piezoelectric thin film on the Al, Zn, and Cu. Thus, the piezoelectric thin film can have good orientation, and can be laminated with good adhesion to Al, Zn, and Cu, and an ultrasonic transducer having good characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の第1の実施例を示す平面図である。 【図2】この発明の第1の実施例を示す縦断面図であ
る。 【図3】この発明の第2の実施例を示す平面図である。 【図4】この発明の第2の実施例を示す縦断面図であ
る。 【図5】この発明の超音波トランスジューサの製造例を
工程別に示す断面図である。 【図6】この発明の超音波トランスジューサの製造例を
工程別に示す断面図である。 【符号の説明】 1 Si基板 2 カンチレバー 3 下部電極 4 金属層 5 圧電体膜 7 上部電極 20 SiO2
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing an example of manufacturing the ultrasonic transducer of the present invention for each process. FIG. 6 is a sectional view showing an example of manufacturing the ultrasonic transducer of the present invention for each process. [Description of Signs] 1 Si substrate 2 Cantilever 3 Lower electrode 4 Metal layer 5 Piezoelectric film 7 Upper electrode 20 SiO 2 film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−260596(JP,A) 特開 平6−132579(JP,A) 特開 昭61−220596(JP,A) 実開 昭60−167497(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 17/00 330 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-260596 (JP, A) JP-A-6-132579 (JP, A) JP-A-61-220596 (JP, A) 167497 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H04R 17/00 330

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 片持ち梁形式でシリコン基板に支持され
た二酸化シリコン薄膜と、この二酸化シリコン薄膜上に
下部電極を介して積層された圧電薄膜と、この圧電薄膜
上に積層された上部電極と、を備えてなる超音波トラン
スジューサであって、前記二酸化シリコン薄膜上に、配
向し易く且つ反応性が低い金属からなる下部電極が設け
られ、この下部電極上にアルミニウム、亜鉛または銅か
ら選択される金属層が下部電極の配向性を反映して形成
され、この金属層の配向性を反映してこの金属層上に配
向性を有する圧電薄膜が形成されてなる超音波トランス
ジューサ。
(57) [Claim 1] A silicon dioxide thin film supported on a silicon substrate in a cantilever form, a piezoelectric thin film laminated on the silicon dioxide thin film via a lower electrode, and a piezoelectric thin film An upper electrode laminated on the thin film, wherein the lower electrode made of a metal that is easily oriented and has low reactivity is provided on the silicon dioxide thin film, and the lower electrode is provided on the lower electrode. A metal layer selected from aluminum, zinc or copper is formed reflecting the orientation of the lower electrode, and a piezoelectric thin film having an orientation is formed on the metal layer reflecting the orientation of the metal layer. Ultrasonic transducer.
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