(57)【要約】【課題】上部導体層の端部での圧電膜への応力集中を緩和し、圧電膜の絶縁破壊を抑制する。【解決手段】圧電膜４１に対して圧電性低下領域４１ａを形成する。そして、圧電膜４１の圧電性を上部導体層４２の端部の近傍から端部にかけて徐々に低下させるように圧電性に傾斜をつける。これにより、上部導体層４２の端部において、圧電膜４１の変位量が徐々に小さくなるようにさせられ、この部分での応力を緩和することが可能となる。したがって、応力によって圧電膜４１に亀裂が入ることを抑制でき、リークパスの発生を抑制できて、リーク電流の増大による圧電膜４１の絶縁破壊を抑制することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有する基板（１０）と、
前記基板の表面側に形成された薄膜状の下部導体層（４０）と、
前記下部導体層の上面に形成された圧電膜（４１）と、
前記圧電膜の上面において、前記圧電膜を覆いつつ、該圧電膜を部分的に露出させるように形成された上部導体層（４２）と、を有し、
前記圧電膜の上面側の表層部のうち、前記上部導体層から露出している部分および前記上部導体層の端部から該上部導体層の下方に入り込んだ部分には、該圧電膜のうちの前記表層部と異なる部分よりも圧電性が低くなっている圧電性低下領域（４１ａ）が備えられ、
前記圧電性低下領域は、前記上部導体層の下部に位置している部分から前記上部導体層の端部に向かって、徐々に圧電性低下量が大きくされている圧電デバイス。
【請求項２】
前記上部導体層は、プラチナ、酸化ストロンチウムルテニウム、ニッケル酸ランタン、アルミニウム、モリブデン、銀のいずれかの電極材料によって形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛によって構成されており、
前記圧電性低下領域は、前記圧電膜のうち前記圧電性低下領域と異なる部分よりも酸素濃度が低下させられた領域である請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
表面および裏面を有する基板（１０）と、
前記基板の表面側に形成された薄膜状の下部導体層（４０）と、
前記下部導体層の上面に形成されていると共に端部が傾斜面とされた圧電膜（４１）と、
前記圧電膜の上面を覆う上部導体層（４２）と、を有し、
前記圧電膜は、前記上部導体層の下方から端部側に向かうほど該圧電膜の膜厚が薄くされることで該圧電膜の端部が傾斜面とされており、
前記傾斜面と前記下部導体層のうち前記圧電膜が配置されていない位置の上面に絶縁膜（４４）が備えられている圧電デバイス。
【請求項５】
表面および裏面を有する基板（１０）と、
前記基板の表面側に形成された薄膜状の下部導体層（４０）と、
前記下部導体層の上面に形成された圧電膜（４１）と、
前記圧電膜の上面において、前記圧電膜を覆いつつ、該圧電膜を部分的に露出させるように形成された上部導体層（４２）と、を有する圧電デバイスの製造方法であって、
前記基板を用意したのち、該基板の上に前記下部導体層を形成することと、
前記下部導体層の上面に前記圧電膜を形成することと、
前記圧電膜の上に、該圧電膜を部分的に露出させるように前記上部導体層を形成することと、
加熱処理を行うことにより、前記圧電膜のうち前記上部導体層から露出させられた部分から酸素を抜き取ることで、前記圧電膜の上面側の表層部のうち、前記上部導体層から露出している部分および前記上部導体層の端部から該上部導体層の下方に入り込んだ部分において、該圧電膜のうちの前記表層部と異なる部分よりも圧電性を低下させ、前記上部導体層の下部に位置している部分から前記上部導体層の端部に向かって徐々に圧電性低下量が大きくされる圧電性低下領域（４１ａ）を形成することと、
を含む圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記圧電性低下領域を形成することでは、前記加熱処理を水素雰囲気中で行うことで、前記圧電膜中の酸素を水素と反応させて抜き取る請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電性低下領域を形成することでは、前記圧電膜のうち前記上部導体層から露出した部分を覆うように酸素ゲッター膜（４３）を成膜したのち、前記加熱処理を行うことにより、前記酸素ゲッター膜によって前記圧電膜中の酸素を抜き取る請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記圧電性低下領域を形成することでは、前記酸素ゲッター膜の厚みと前記加熱処理の温度および時間に基づいて前記圧電性低下領域の厚みと前記上部導体層の端部から該上部導体層の下方への入り込み長さを制御する請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記圧電性低下領域を形成することでは、前記酸素ゲッター膜を前記上部導体層の上にも重ねて形成する請求項７または８に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧電デバイスとして、前記下部導体層を下部電極（２ａ、６２ａ、８２ａ）、前記上部導体層を上部電極（２ｃ、６２ｃ、８２ｃ）とする圧電素子（２、６２、８２）を含み、
前記上部電極の上にミラー（１２）が積層され、前記下部電極と前記上部電極との間に電位差を発生させることで前記ミラーを屈曲させ、マイクロレーザを前記ミラーで反射させるレーザスキャナ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧電デバイスとして、前記下部導体層を下部配線（６３ａ）、前記圧電膜を絶縁膜（６３ｂ）、前記上部導体層を上部配線（６３ｃ）とする配線（６３）と、前記下部導体層を下部電極（２ａ、６２ａ、８２ａ）、前記上部導体層を上部電極（２ｃ、６２ｃ、８２ｃ）とする圧電素子（２、６２、８２）とを含み、
前記上部電極の上にミラー（１２）が積層され、前記下部電極と前記上部電極との間に電位差を発生させることで前記ミラーを屈曲させ、マイクロレーザを前記ミラーで反射させるレーザスキャナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電膜の上面および下面にそれぞれ上部電極と下部電極を配置した圧電デバイスおよびその製造方法、レーザスキャナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電デバイスとして、圧電膜の上面と下面に上部電極と下部電極を配置し、上部電極および下部電極への電圧印加によって圧電膜に対して電圧を印加することで圧電膜を変位させる圧電素子が知られている。圧電素子は、下部電極上に圧電膜を形成し、その上に上部電極を成膜してパターニングすることで製造されるため、構造上、圧電膜の上面において上部電極が形成された部分と形成されていない部分が存在することになる。このため、上部電極が形成された部分を電圧印加部、上部電極が形成されていない部分を電圧非印加部として、上部電極の端部において電圧印加部では圧電膜が変位し、電圧非印加部では圧電膜が変位しない。これにより、電圧印加部と電圧非印加部との境界において応力集中が起き、圧電膜に亀裂が発生してリークパスとなり、リーク電流の増大によって圧電膜の絶縁破壊が生じるという問題がある。
【０００３】
このような応力集中を抑制する技術として、上部電極よりも外側において圧電膜にイオン注入を行うことで、圧電膜の圧電性を低下させるという方法が提案されている（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２００７−１９５３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、イオン注入法においてはイオンが異方性を持って注入されるため、イオン注入された領域とされていない領域との境界が圧電膜の上面に対して垂直になる。このため、結局、圧電膜のうち変位が生じる部分と変位しない部分もしくは変位が小さくなる部分との境界において応力集中が起き、上記問題を発生させることになる。
【０００６】
また、圧電デバイスとして、圧電素子だけでなく、圧電素子等に接続される配線部についても同様のことが言える。配線部は、意図的に圧電駆動を行うための部分ではないが、下部電極の上に圧電膜を介して上部電極を形成した構造と同様の構造とされ得る。その場合、例えば上部電極が配線として機能させられるが、上部電極と下部電極との間の電位差に基づいて圧電膜が変位する構造になることから、上記問題を発生させることになる。
【０００７】
すなわち、圧電素子や配線部のように、下部電極のような下部導体層の上に圧電膜を介して上部電極のような上部導体層が備えられる構造の圧電デバイスについて、上記問題が発生させられる。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、上部導体層の端部での圧電膜への応力集中を緩和し、圧電膜の絶縁破壊を抑制することができる圧電デバイスおよびその製造方法、レーザスキャナ装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の圧電デバイスは、表面および裏面を有する基板（１０）と、基板の表面側に形成された薄膜状の下部導体層（４０）と、下部導体層の上面に形成された圧電膜（４１）と、圧電膜の上面において、圧電膜を覆いつつ、該圧電膜を部分的に露出させるように形成された上部導体層（４２）と、を有し、圧電膜の上面側の表層部のうち、上部導体層から露出している部分および上部導体層の端部から該上部導体層の下方に入り込んだ部分には、該圧電膜のうちの表層部と異なる部分よりも圧電性が低くなっている圧電性低下領域（４１ａ）が備えられ、圧電性低下領域は、上部導体層の下部に位置している部分から上部導体層の端部に向かって、徐々に圧電性低下量が大きくされている。
【００１０】
このように、圧電膜に対して圧電性低下領域を形成している。そして、圧電膜の圧電性を上部導体層の端部の近傍から端部にかけて徐々に低下させるように圧電性に傾斜をつけるようにしている。このため、上部導体層の端部において、圧電膜の変位量が徐々に小さくなるようにさせられ、この部分での応力を緩和することが可能となる。したがって、応力によって圧電膜に亀裂が入ることを抑制でき、リークパスの発生を抑制できて、リーク電流の増大による圧電膜の絶縁破壊を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、請求項４に記載の圧電デバイスでは、圧電膜は、上部導体層の下方から端部側に向かうほど該圧電膜の膜厚が薄くされることで該圧電膜の端部が傾斜面とされており、傾斜面と下部導体層のうち圧電膜が配置されていない位置の上面に絶縁膜（４４）が備えられている。
【００１２】
このような構成では、圧電膜の厚さが上部導体層の下方から端部に向かうほど薄くなる。つまり、上部導体層の下方から端部に向かうほど絶縁膜が厚くなる。このように、絶縁膜が厚くなることで圧電膜にかかる実効電界が低下し、これによって圧電膜の変位量が低下することで応力が低減される。したがって、上部導体層の端部近傍において応力を緩和することが可能となり、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段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】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかるレーザスキャナ装置の模式図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】圧電素子や配線の断面図である。
【図４】第２実施形態で説明する圧電素子や配線の断面図である。
【図５】第２実施形態の変形例として説明する圧電素子や配線の断面図である。
【図６】第３実施形態で説明する圧電素子や配線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態では、圧電デバイスとして、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて形成されるＭＥＭＳスキャナ装置、すなわちマイクロレーザをＭＥＭＳミラーで反射させて障害物の検知を行うレーザスキャナ装置を例に挙げる。以下、本実施形態にかかるレーザスキャナ装置について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１７】
図１および図２に示す本実施形態のレーザスキャナ装置１００は、可変焦点型の光走査装置であり、反射部１と、屈曲部２と、支持梁３と、制御部５と、第１の駆動部６と、連結部７と、第２の駆動部８と、支持部９とを備える。
【００１８】
なお、図１は断面図ではないが、図を見やすくするために、後述するミラー１２、圧電素子６２、配線６３、パッド６４ａ、６４ｂ、圧電素子８２にハッチングを施してある。
【００１９】
レーザスキャナ装置１００が備える上記の構成要素のうち、反射部１、屈曲部２、支持梁３、第１の駆動部６、連結部７、第２の駆動部８、支持部９は、図２に示すように板状の基板１０を用いて形成されている。
【００２０】
本実施形態では、基板１０は、デバイス層１０ａ、埋め込み酸化層（以下、ＢＯＸ（Buried Oxideの略）層という）１０ｂ、ハンドル層１０ｃが順に積層された構造のＳＯＩ（Silicon on Insulatorの略）基板にて構成されている。
【００２１】
デバイス層１０ａは例えばＳｉ等で構成され、ＢＯＸ層１０ｂはＳｉＯ2等で構成され、ハンドル層１０ｃはＳｉ等で構成される。デバイス層１０ａは、レーザスキャナ装置１００が備える反射部１、屈曲部２、支持梁３、第１の駆動部６、連結部７、第２の駆動部８、支持部９にパターニングされている。
【００２２】
反射部１は、レーザスキャナ装置１００に照射された光ビームを反射させるものであり、基部１１と、ミラー１２とを備える。基部１１は、デバイス層１０ａを円形にパターニングすることにより形成された部分である。基部１１の上面には、屈曲部２、ミラー１２が順に積層されている。ミラー１２は、屈曲部２と反対側の表面である反射面１２ａにおいて光ビームを反射させる部分であり、例えばＡｌにより構成されている。
【００２３】
図２に示すように、基部１１の内周部１１ａでは、ハンドル層１０ｃおよびＢＯＸ層１０ｂが除去されている。また、基部１１の外周部１１ｂでは、ハンドル層１０ｃおよびＢＯＸ層１０ｂが残されている。
【００２４】
本実施形態では、図１、図２に示すように、屈曲部２およびミラー１２が、基部１１における少なくとも内周部１１ａの上面に積層されており、内周部１１ａは、ミラー１２が屈曲する際、反射面１２ａと共に屈曲する。
【００２５】
屈曲部２は、上面形状が円形状とされ、反射面１２ａを球面状に屈曲させることで反射面１２ａによる反射光の焦点位置を変化させるものであり、下部電極２ａ、圧電膜２ｂ、上部電極２ｃが順に積層された構造の圧電素子により構成されている。
【００２６】
下部電極２ａと上部電極２ｃは、それぞれ、図示しない配線を介して後述する制御装置５１の出力端子に接続されている。制御装置５１により下部電極２ａと上部電極２ｃとの間に電位差が発生させられると、圧電膜２ｂが変形する。また、これに伴い、圧電膜２ｂを含む屈曲部２と共に積層構造をなす基部１１およびミラー１２が屈曲し、反射面１２ａが屈曲して、反射光の焦点位置が変化する。
【００２７】
図１中に示したように、反射面１２ａの平面における一方向をｘ方向、反射面１２ａの平面におけるｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。反射部１は、反射部１を中心としてｘ方向の両側に延設された支持梁３により両持ち支持されている。支持梁３は、反射部１をｘ方向に平行な第１回転軸Ａｒ１周りに揺動可能とするものである。
【００２８】
図１に示すように、反射部１は、支持梁３を介して第１の駆動部６により支持されている。第１の駆動部６は、支持梁３を共振振動させることにより、反射部１を第１回転軸Ａｒ１周りに揺動させるものであり、デバイス層１０ａをパターニングして形成された長方形状の枠体６１の上面に、４つの圧電素子６２と、配線６３とを形成することで構成されている。支持梁３は、枠体６１の対向する２つの辺のうち、それぞれの中央部と接続されている。
【００２９】
図２に示すように、圧電素子６２は、下部電極６２ａと、圧電膜６２ｂと、上部電極６２ｃとが順に積層された構造とされている。
【００３０】
４つの圧電素子６２をそれぞれ圧電素子６２１、６２２、６２３、６２４とすると、図１に示すように、第１回転軸Ａｒ１の一方側に圧電素子６２１、６２２が配置され、他方側に圧電素子６２３、６２４が配置されている。また、反射部１のｘ方向における一方側に圧電素子６２１、６２３が配置され、他方側に圧電素子６２２、６２４が配置されている。
【００３１】
配線６３は、図２に示すように、下部配線６３ａと、絶縁膜６３ｂと、上部配線６３ｃとが順に積層された構造とされており、図１に示すように、４つの配線６３１、６３２、６３３、６３４に分けられている。
【００３２】
図１、図２に示すように、配線６３１は、枠体６１の上面に形成されており、圧電素子６２１と圧電素子６２２とを電気的に接続している。図１に示すように、配線６３２は、枠体６１の上面に形成されており、圧電素子６２３と圧電素子６２４とを電気的に接続している。枠体６１のうち上面に配線６３１、６３２が形成された部分は、図２に示すように、内周部１１ａ、後述する基部８１に比べて厚みが大きい。
【００３３】
配線６３３、６３４は、それぞれ、圧電素子６２１、６２３を支持部９の上面に形成されたパッド６４ａ、６４ｂに接続するものであり、デバイス層１０ａの上面のうち、枠体６１から連結部７、第２の駆動部８、支持部９に至る部分に形成されている。パッド６４ａ、６４ｂは、図示しない配線もしくはボンディングワイヤ等を介して制御装置５１に接続されている。
【００３４】
図１に示すように、枠体６１のうち、ｘ方向の一方の端部から、ｙ方向の外側へ向けて連結部７が延設されている。連結部７は、枠体６１と反対側の端部において、第２の駆動部８と接続されている。
【００３５】
第２の駆動部８は、連結部７を通して枠体６１をｙ方向に平行な軸周りに揺動させることにより、反射部１をｙ方向に平行な第２回転軸Ａｒ２周りに揺動させるものである。第２回転軸Ａｒ２は、反射面１２ａに平行で、かつ、第１回転軸Ａｒ１に垂直である。第２の駆動部８は、デバイス層１０ａをパターニングして形成された基部８１の上面に、２つの圧電素子８２を形成することで構成されている。
【００３６】
図１に示すように、基部８１は、反射部１のｙ方向における両側に配置され、ｘ方向に延設されており、ｘ方向の一方側の端部において連結部７と接続され、他方側の端部において支持部９と接続されている。基部８１のうち、反射部１に対して圧電素子６２１、６２２とｙ方向における同じ側に配置された部分を基部８１ａ、圧電素子６２３、６２４と同じ側に配置された部分を基部８１ｂとする。
【００３７】
図２に示すように、圧電素子８２は、下部電極８２ａと、圧電膜８２ｂと、上部電極８２ｃとが順に積層された構造とされている。
【００３８】
２つの圧電素子８２をそれぞれ圧電素子８２１、８２２とする。図１に示すように、圧電素子８２１、８２２は、それぞれ、基部８１ａ、８１ｂの上面に形成されており、また、基部８１ａ、８１ｂの上面のうち連結部７側の端部から、支持部９の上面に至って形成されている。
【００３９】
基部８１ａの上面のうちｙ方向において圧電素子８２１よりも反射部１に近い部分、基部８１ｂの上面のうちｙ方向において圧電素子８２２よりも反射部１に近い部分には、それぞれ、連結部７から支持部９に至る配線６３３、６３４が形成されている。
【００４０】
支持部９は、支持梁３、第１の駆動部６、連結部７、第２の駆動部８を介して反射部１を支持するものであり、反射部１、屈曲部２、支持梁３、第１の駆動部６、連結部７、第２の駆動部８を内部に配置した長方形状の枠体で構成されている。ただし、第１の駆動部６、第２の駆動部８のうち、配線６３３、６３４の一部と、パッド６４ａ、６４ｂと、圧電素子８２１、８２２の一部は、支持部９の上面に形成されている。図２に示すように、支持部９は、内周部１１ａ、基部８１に比べて厚みが大きい。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態にかかるレーザスキャナ装置１００が構成されている。このように構成されたレーザスキャナ装置１００では、第１の駆動部６の圧電素子６２が備える下部電極６２ａ、上部電極６２ｃに対して制御装置５１により共振走査用電圧を印加することで、圧電膜６２ｂを変形させ、支持梁３を共振振動させる。これにより、反射部１を第１回転軸Ａｒ１周りに揺動させる。
【００４２】
また、第２の駆動部８の圧電素子８２が備える下部電極８２ａ、上部電極８２ｃに対して制御装置５１により強制走査用電圧を印加することで、圧電膜８２ｂを変形させ、基部８１の連結部７側の端部、連結部７、枠体６１の連結部７側の端部をｘｙ平面に垂直な方向に変位させる。これにより、反射部１をｙ方向に平行な第２回転軸Ａｒ２周りに揺動させる。
【００４３】
このように、第１の駆動部６および第２の駆動部８により、反射部１がｘ方向に平行な第１回転軸Ａｒ１およびｙ方向に平行な第２回転軸Ａｒ２周りに揺動し、２次元での走査が可能となる。
【００４４】
また、レーザスキャナ装置１００では、屈曲部２を構成する圧電素子が備える下部電極２ａ、上部電極２ｃに対して制御装置５１により電圧を印加することで、圧電膜２ｂを変形させ、反射面１２ａを屈曲させる。これにより、反射光の焦点位置を変化させる。このようにして、マイクロレーザを走査し、障害物の検知を行うことなどを可能としている。
【００４５】
このような可変焦点型のレーザスキャナ装置１００において、屈曲部２、圧電素子６２、配線６３、圧電素子８２は、下部導体層の上に圧電膜を介して上部導体層が形成された構造を採ることになる。このため、これらを以下に説明する構造としている。
【００４６】
なお、以下の説明では、屈曲部２、圧電素子６２、配線６３、圧電素子８２がすべて同様の断面構造とされていることから、これらの構造を総括して、図３に示す下部導体層４０、圧電膜４１、上部導体層４２として説明するが、これらは屈曲部２、圧電素子６２、配線６３、圧電素子８２の該当部分のことを示している。すなわち、下部導体層４０は下部電極２ａ、６２ａ、８２ａおよび下部配線６３ａに該当し、圧電膜４１は圧電膜２ｂ、６２ｂ、８２ｂおよび絶縁膜６３ｂに該当し、上部導体層４２は上部電極２ｃ、６２ｃ、８２ｃおよび上部配線６３ｃに該当する。
【００４７】
図３に示すように、屈曲部２、圧電素子６２、配線６３、圧電素子８２は、下部導体層４０の上に圧電膜４１と上部導体層４２が順に形成された構造とされている。換言すれば、圧電膜４１の下面側に下部導体層４０が形成され、圧電膜４１の上面側に上部導体層４２が形成されている。このように、圧電膜４１の上面および下面それぞれに上部導体層４２と下部導体層４０とが備えられることで圧電デバイスが構成されている。
【００４８】
下部導体層４０は、例えばプラチナ（Ｐｔ）や酸化ストロンチウムルテニウム（以下、ＳＲＯという）、ニッケル酸ランタン（以下、ＬＮＯという）等の単層膜もしくは複数の積層膜によって構成され、薄膜状の電極とされている。
【００４９】
圧電膜４１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）等によって構成されている。上部導体層４２の端部から上部導体層４２が形成されていない位置において、圧電膜４１の表層部には圧電性低下領域４１ａが形成されている。すなわち、上部導体層４２が形成されていない領域から上部導体層４２の端部の下方に入り込むように、圧電膜４１の表層部に圧電性低下領域４１ａが形成されている。
【００５０】
圧電性低下領域４１ａは、例えば圧電膜４１をＰＺＴによって構成している場合には、ＰＺＴから酸素が外部に排出されることで酸素濃度が低下させられた領域であり、ＰＺＴの他の部分と比較して圧電性が低下させられたものとなっている。圧電性低下領域４１ａは、圧電膜４１のうち上部導体層４２から露出させられている領域においては、一定の厚みで形成されており、上部導体層４２の下方に入り込んだ位置では、上部導体層４２の端部からの距離が離れるほど厚みが徐々に薄くなっている。すなわち、圧電性低下領域４１ａは、上部導体層４２の下方のうち端部から離れた位置から端部に向かって徐々に厚くなっている。そして、圧電性低下領域４１ａの厚みが厚くなるほど圧電膜４１の圧電性が低下することから、圧電膜４１は、上部導体層４２の下方のうち端部から離れた位置から端部に向かって徐々に圧電性低下量が大きくされた構造、つまり圧電性に傾斜が付けられた構造とされている。
【００５１】
例えば、圧電膜４１は、０．５〜５．０μｍの厚みで形成されており、圧電性低下領域４１ａは、最も厚みが厚い位置において０．１〜５．０μｍの厚みで形成されている。圧電性低下領域４１ａは、例えば上部導体層４２の下方に端部から０．１〜１００μｍ入り込んで形成されている。
【００５２】
上部導体層４２は、圧電膜４１の上に形成された薄膜状の電極であり、圧電膜４１が部分的に露出するような形態で圧電膜４１を覆っている。上部導体層４２のうち圧電膜４１を覆っている部分の端、つまり圧電膜４１が露出させられている部分との境界位置を上部導体層４２の端部と呼んでいる。
【００５３】
上部導体層４２は、例えばＰｔ、ＳＲＯ、ＬＮＯによって構成されるが、水素透過性の低い材料であれば、他の電極材料によって構成されていても良い。水素透過性の低い材料としては、Ｐｔ、ＳＲＯの他、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）などが挙げられ、これらの電極材料のいずれか１つもしくは複数によって上部導体層４２を形成することができる。
【００５４】
このように、圧電膜４１に対して圧電性低下領域４１ａを形成している。そして、圧電膜４１の圧電性を上部導体層４２の端部の近傍から端部にかけて徐々に低下させるように圧電性に傾斜をつけるようにしている。このため、上部導体層４２の端部において、圧電膜４１の変位量が徐々に小さくなるようにさせられ、この部分での応力を緩和することが可能となる。したがって、応力によって圧電膜４１に亀裂が入ることを抑制でき、リークパスの発生を抑制できて、リーク電流の増大による圧電膜４１の絶縁破壊を抑制することが可能となる。
【００５５】
続いて、本実施形態にかかるレーザスキャナ装置１００の製造方法について説明する。ただし、レーザスキャナ装置１００の基本的な製造方法については従来と同様であり、フォトリソグラフィおよびエッチングによりデバイス層１０ａの表面に各圧電素子、各配線、各パッド、ミラー１２等を形成したり、基板１０をパターニングする工程を行えば良い。このため、ここでは屈曲部２、圧電素子６２、配線６３、圧電素子８２のように、下部導体層４０の上に圧電膜４１と上部導体層４２が順に形成され、かつ圧電性低下領域４１ａが備えられた構造の部分の製造工程について説明する。
【００５６】
まず、ＳＯＩ基板などで構成される基板１０を用意し、この基板１０の上に、ＰｔやＳＲＯ等の電極材料を成膜することで下部導体層４０を形成する。その後、下部導体層４０の上に、ＰＺＴ等の圧電材料を成膜したのち、図示しないマスクを用いて圧電材料を所望のレイアウトにパターニングすることで圧電膜４１を形成する。続いて、圧電膜４１の上に、Ｐｔ、ＳＲＯ等の電極材料を成膜したのち、図示しないマスクを用いて電極材料を所望のレイアウトにパターニングすることで上部導体層４２を形成する。これにより、図３に示した下部導体層４０と圧電膜４１および上部導体層４２を有する圧電素子構造が形成される。
【００５７】
なお、ここでは図示していないが、基板１０の上にはＴｉ／ＳｉＯ2などの酸化膜層を配置し、その上に下部導体層４０を形成するようにしても良い。また、下部導体層４０、圧電膜４１および上部導体層４２を成膜するごとにパターニングするようにしているが、これらをすべて成膜したのちに１層ずつパターニングするようにしても良い。
【００５８】
続いて、圧電膜４１中に圧電性低下領域４１ａを形成する工程を行う。具体的には、図示しないが、ガス導入が行える加熱装置内に圧電素子構造を形成した試料を配置し、加熱装置内を水素雰囲気として加熱処理を行う。例えば、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスと共に水素を導入することで加熱装置内を水素雰囲気とし、例えば１００〜４００℃の温度での加熱処理を行う。
【００５９】
これにより、水素雰囲気中の水素による還元効果に基づき、圧電膜４１の表層部において、ＰＺＴ等の圧電材料中の酸素が水素と結合して引き抜かれる。このため、この酸素が引き抜かれた部分において圧電性が低下させられ圧電性低下領域４１ａが構成される。
【００６０】
このとき、圧電膜４１の上面に水素透過性の低い材料で構成された上部導体層４２が形成されているため、圧電膜４１の上面のうち上部導体層４２から露出させられている部分で酸素と水素の結合が生じる。このため、圧電性低下領域４１ａは、圧電膜４１の表層部のうち上部導体層４２から露出させられている部分およびその近傍にのみ形成され、上部導体層４２の下方においては、上部導体層４２の端部から所定距離の範囲内において形成されることになる。したがって、上部導体層４２の下方においては、圧電性低下領域４１ａは、上部導体層４２の端部から離れるほど徐々に厚みが薄くなった状態になる。
【００６１】
このようにして、圧電膜４１の表層部に圧電性低下領域４１ａが形成された圧電素子等を含む圧電デバイスを製造することができる。
【００６２】
なお、上記したように、水素雰囲気での加熱処理の温度を１００〜４００℃としているが、１００℃未満であると酸素を水素と結合させる還元反応を十分に生じさせることができず、４００℃を超えると圧電膜４１の劣化温度となるためである。また、圧電性低下領域４１ａの深さについては、加熱処理の温度や時間、さらには水素濃度等によって制御できる。このため、圧電性低下領域４１ａの深さを適宜調整することにより、より応力を緩和することが可能となり、より上記効果を得ることが可能となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態にかかる圧電デバイスでは、圧電膜４１に対して圧電性低下領域４１ａを形成することで、圧電膜４１の圧電性を上部導体層４２の端部の近傍から端部にかけて徐々に低下させるように圧電性に傾斜をつけている。これにより、上部導体層４２の端部における応力を緩和できる。したがって、応力によって圧電膜４１に亀裂が入ることを抑制でき、リークパスの発生を抑制できて、リーク電流の増大による圧電膜４１の絶縁破壊を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、圧電デバイスが配線６３である場合にも、上記構造とすることにより、配線部において圧電膜４１に亀裂が入ることを抑制できるため、圧電膜４１の上面の上部導体層４２を配線６３として使用しても絶縁破壊が生じることを抑制できる。このため、配線部を圧電デバイスとは異なる構造として別途形成する必要もなくなるため、製造工数の軽減を図ることも可能となる。
【００６５】
（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実施形態に対して圧電性低下領域４１ａの形成方法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主に説明する。
【００６６】
本実施形態では、水素雰囲気に基づく酸素還元ではなく、他の手法を用いて酸素還元を行う。
【００６７】
まず、第１実施形態と同様の方法により、ＳＯＩ基板などの基板１０の上に下部導体層４０と圧電膜４１および上部導体層４２を順に形成することで、圧電素子構造を形成する。
【００６８】
続いて、圧電膜４１中に圧電性低下領域４１ａを形成する工程を行う。具体的には、図４に示すように、圧電膜４１の上面のうち上部導体層４２から露出している部分を覆うように酸素ゲッター膜４３を形成する。例えば、マスクを用いて酸素ゲッター膜４３を所望範囲に形成するようにしている。酸素ゲッター膜４３は、圧電膜４１中から酸素を捕獲して抜き取ることができる膜であり、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）等によって構成される。
【００６９】
このとき、酸素ゲッター膜４３については、図４に示すように、上部導体層４２が形成されていない領域にのみ形成されるようにしても良いが、図５に示すように、上部導体層４２の上に部分的に重なって形成されるようにしても良い。酸素ゲッター膜４３を上部導体層４２が形成されていない領域にのみ形成されるようにする場合、高いマスク合せ精度
が要求されるが、酸素ゲッター膜４３を上部導体層４２と部分的に重なるように形成することで、マスク合わせ精度を緩和することができる。
【００７０】
その後、加熱装置内に圧電素子構造および酸素ゲッター膜４３を形成した試料を配置し、加熱装置内において加熱処理を行う。例えば、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気とし、１００〜４００℃の温度での加熱処理を行う。
【００７１】
これにより、酸素ゲッター膜４３による酸素捕獲効果に基づき、圧電膜４１の表層部において、ＰＺＴ等の圧電材料中の酸素が酸素ゲッター膜４３に引き抜かれる。このため、この酸素が引き抜かれた部分において圧電性が低下させられた圧電性低下領域４１ａが構成される。このようにして、第１実施形態と同様の構造の圧電性低下領域４１ａが構成される。
【００７２】
この後、酸素ゲッター膜４３を除去する工程を行うことで、第１実施形態で説明した図３と同様の構造の圧電素子を製造することができる。
【００７３】
なお、上記したように、本実施形態でも、加熱処理の温度を１００〜４００℃としているが、１００℃未満であると酸素ゲッター膜４３による酸素捕獲効果を十分に生じさせることができず、４００℃を超えると圧電膜４１の劣化温度となるためである。また、圧電性低下領域４１ａの深さや上部導体層４２の端部から下方への入り込み長さについては、加熱処理の温度や時間、さらには酸素ゲッター膜４３の種類や厚み等によって制御できる。このため、圧電性低下領域４１ａの深さを適宜調整することにより、より応力を緩和することが可能となり、より上記効果を得ることが可能となる。
【００７４】
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対して圧電性の低下のさせ方を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００７５】
本実施形態では、第１、第２実施形態のような圧電膜４１の一部について圧電性を低下させた圧電性低下領域４１ａを形成するのではなく、図６に示すように、絶縁膜４４を形成する構造としている。
【００７６】
具体的には、上部導体層４２の端部近辺において、圧電膜４１の厚みが上部導体層４２の下方から端部側に向かうほど徐々に薄くなるようにしている。本実施形態の場合、圧電膜４１が上部導体層４２の下方から端部にかけて、さらに上部導体層４２が配置されていない位置まで形成してあり、上部導体層４２よりも外側に向かうほど圧電膜４１の厚みが薄くされている。つまり、圧電膜４１の端部が傾斜させられた傾斜面とされ、基板１０の水平方向における圧電膜４１の寸法が下部導体層４０側から上部導体層４２側に向かうに連れて小さくなる形状とされている。この傾斜面を覆うように下部導体層４０の上に絶縁膜４４が形成されている。圧電膜４１の上面と絶縁膜４４の上面は必ずしも同一平面とされている必要はないが、本実施形態の場合、圧電膜４１の上面と絶縁膜４４の上面とを同一平面としてある。そして、圧電膜４１と絶縁膜４４の上に上部導体層４２が形成されることで圧電素子が構成されている。
【００７７】
このように、上部導体層の下方から端部に向かうほど絶縁膜４４が厚くなるようにしている。これにより、絶縁膜４４が厚くなることで圧電膜にかかる実効電界が低下し、変位量が低下することで応力が低減される。このため、上部導体層４２の端部近傍において応力を緩和することが可能となり、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
続いて、本実施形態にかかる圧電素子の製造方法について説明する。
【００７９】
第１実施形態と同様の方法により、ＳＯＩ基板などの基板１０の上に下部導体層４０と圧電膜４１を形成する。そして、図示しないマスクを配置し、圧電膜４１を部分的にエッチングする。このとき、除去後の圧電膜４１の端部が傾斜面となるようにエッチング条件を設定する。このようにエッチング対象の端部が傾斜面となるようなエッチング方法については周知となっているため、ここでは詳細については省略するが、例えば、圧電膜４１におけるエッチングのマスクとの選択比を下げることにより、圧電膜４１の端部を傾斜面にできる。
【００８０】
次に、圧電膜４１の上面および圧電膜４１が除去されることで露出させられた下部導体層４０の上面に絶縁材料を成膜し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などを行うことで絶縁材料の表面の平坦化を行う。これにより、圧電膜４１の上面において絶縁材料が除去され、圧電膜４１の端部の傾斜面上および下部導体層４０の上面にのみ絶縁材料が残される。これにより、圧電膜４１の上面と同一平面の上面を有する絶縁膜４４が構成される。
【００８１】
この後、絶縁膜４４の上面の一部を含めて、圧電膜４１の上面に上部導体層４２を形成することで、本実施形態の圧電素子が製造される。
【００８２】
（他の実施形態）
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。
【００８３】
例えば、上記実施形態で説明した各種材料については一例を示したに過ぎず、他の材料を用いて圧電素子を構成しても良い。また、圧電素子の適用例としてＭＥＭＳスキャナ装置を例に挙げたが、それ以外の装置にも、上記角実施形態で説明した構造の圧電素子を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    基板
１２    ミラー
４０    下部導体層
４１    圧電膜
４１ａ  圧電性低下領域
４２    上部導体層
４３    酸素ゲッター膜
４４    絶縁膜
１００  レーザスキャナ装置
【図１】
2018157118.tif 000003
【図２】
2018157118.tif 000004
【図３】
2018157118.tif 000005
【図４】
2018157118.tif 000006
【図５】
2018157118.tif 000007
【図６】
2018157118.tif 000008