(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の第１面の一部の領域に酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、
前記第１面を熱酸化することで、前記酸化防止膜が形成されていない前記第１面の領域に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化防止膜を除去する酸化防止膜除去工程と、
前記酸化防止膜を除去した前記第１面に振動部を形成する振動部形成工程と、
前記第１面に対向する前記シリコン基板の第２面の領域に、前記酸化防止膜が形成された前記第１面の領域に対向する前記第２面の領域よりも広い領域にキャビティ部を形成するキャビティ部形成工程と、
を有し、
前記振動部形成工程は、蒸着により酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記振動部形成工程は、熱酸化により金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の振動デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記酸化防止膜形成工程の前に、熱酸化により酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスの製造方法。
【請求項４】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成される第１酸化シリコンと、
前記第１酸化シリコンと周縁部が連結している振動部と、を備え、
前記第１酸化シリコンの厚みは、前記振動部の厚みより厚く、
前記振動部は、蒸着により形成される第３酸化シリコンを含むことを特徴とする振動デバイス。
【請求項５】
前記第１酸化シリコンの厚みは、前記振動部に向かって薄くなっていることを特徴とする請求項４に記載の振動デバイス。
【請求項６】
前記シリコン基板はキャビティ部を有し、
前記振動部は、前記キャビティ部の領域に形成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の振動デバイス。
【請求項７】
前記振動部は、熱酸化により形成される第２酸化シリコンと、前記第３酸化シリコンと、熱酸化により形成される金属酸化膜と、を積層し形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動デバイス。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする圧力センサー。
【請求項９】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とするスピーカー。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする超音波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動デバイスの製造方法、振動デバイス、圧力センサー、スピーカー、および超音波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体などの圧力を検知する圧力センサーは、圧力が作用することによって変位するダイアフラムを有し、変位に伴う容量変化や抵抗変化を検出することで圧力を検知している。圧力センサーは、厚みが一定のダイアフラムの周辺部をケースなどに固定し、圧力が印加されるとダイアフラムの固定されていない領域が変位する構造となっている。そのため、ダイアフラムを固定している領域と固定されていない領域との境界部に圧力による応力が集中し、境界部から疲労破壊する虞があった。
これを回避するために、特許文献１や特許文献２では、ダイアフラムの中央部の厚みを周辺部より薄くし、厚みの厚い周辺部を固定することで、境界部に応力が集中してもダイアフラムが疲労破壊するのを抑制していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１４０３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のダイアフラムは、ステンレス鋼などの金属やセラミックであるため、ダイアフラムの中央部のみを薄くし厚みを一定に加工することは非常に難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る振動デバイスの製造方法は、シリコン基板の第１面の一部の領域に酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、前記第１面を熱酸化することで、前記酸化防止膜が形成されていない前記第１面の領域に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化防止膜を除去する酸化防止膜除去工程と、前記酸化防止膜を除去した前記第１面に振動部を形成する振動部形成工程と、前記第１面に対向する前記シリコン基板の第２面の領域に、前記酸化防止膜が形成された前記第１面の領域に対向する前記第２面の領域よりも広い領域にキャビティ部を形成するキャビティ部形成工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、振動部を保持する周辺部がシリコン基板を熱酸化して形成した酸化膜であり、振動部の厚さよりも厚くなるように製造している。そのため、酸化膜のシリコン基板とキャビティ部との境界部に、振動部の振動による応力や圧力が加えられることより生じる応力が集中しても酸化膜の厚さが厚いので、応力による疲労破壊を抑制することができる。従って、耐久性に優れた振動デバイスを製造することができる。また、熱酸化という簡単な酸化膜形成工程を行うのみなので低価格で振動デバイスを製造することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の振動デバイスの製造方法において、前記振動部形成工程は、蒸着により酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、熱酸化により金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、を含んでいることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、振動部形成工程において、膜厚制御が容易な蒸着によって酸化膜を形成することにより、振動部を所望の厚みになるようにコントロールすることができる。また、酸化膜上に金属酸化膜を形成することにより、振動部の靱性を高め安定して振動させることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の振動デバイスの製造方法において、前記酸化防止膜形成工程の前に、熱酸化により酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含んでいることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、酸化防止膜形成工程の前に、熱酸化により酸化膜を形成することにより、酸化防止膜成膜時の応力や酸化膜形成時の応力を緩和し、酸化防止膜や酸化膜における結晶欠陥の発生を抑制することができる。
【００１２】
［適用例４］本適用例に係る振動デバイスは、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成される第１酸化シリコンと、前記第１酸化シリコンと周縁部が連結している振動部と、を備え、前記第１酸化シリコンの厚みは、前記振動部の厚みより厚いことを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、振動部の周縁部に連結している第１酸化シリコンのシリコン基板とキャビティ部との境界部に、振動部の振動による応力や圧力が加えられることより生じる応力が集中しても、第１酸化シリコンの厚みが振動部の厚みより厚いため、応力による疲労破壊を抑制することができ、耐久性に優れた振動デバイスを得ることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記第１酸化シリコンの厚みは、前記振動部に向かって薄くなっていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、第１酸化シリコンの厚みが振動部に向かって薄くなっていることにより、第１酸化シリコンと振動部との連結部に大きな段差がないため、応力の集中を厚みの厚い第１酸化シリコンのシリコン基板とキャビティ部との境界部側に移すことができ、耐久性に優れた振動デバイスを得ることができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記シリコン基板はキャビティ部を有し、前記振動部は、前記キャビティ部の領域に形成されていることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、振動部がキャビティ部の領域に形成されていることにより、振動部が拘束されていないので自由に振動することができる。また、キャビティ部側から圧力を加え振動部を自由に変形させることができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記振動部は、熱酸化により形成される第２酸化シリコンと、蒸着により形成される第３酸化シリコンと、熱酸化により形成される金属酸化膜と、を積層し形成されていることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、振動部が熱酸化により形成される第２酸化シリコンと、蒸着により形成される第３酸化シリコンと、熱酸化により形成される金属酸化膜と、を積層し形成されていることにより、第２酸化シリコンがキャビティ部を形成する際に、第２酸化シリコンがストッパーとなるので、精度良くシリコン基板の一部を溶解しキャビティ部を形成することができる。また、第２酸化シリコン上に膜厚制御が容易な蒸着によって第３酸化シリコンを形成することで、所望の共振周波数となるように振動部の厚みをコントロールすることができる。更に、靱性がある金属酸化膜を積層することにより、振動部の破損を抑え振動部を安定して振動させることができる。
【００２０】
［適用例８］本適用例に係る圧力センサーは、上記適用例に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、圧力が加わったことにより生じる応力による疲労破壊を抑制し、耐久性に優れた振動デバイスを備えているため信頼性の高い圧力センサーを得ることができる。
【００２２】
［適用例９］本適用例に係るスピーカーは、上記適用例に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、振動部の振動により生じる応力による疲労破壊を抑制し、耐久性に優れた振動デバイスを備えているため信頼性の高いスピーカーを得ることができる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係る超音波デバイスは、上記適用例に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、振動部の振動により生じる応力による疲労破壊を抑制し、耐久性に優れた振動デバイスを備えているため信頼性の高い超音波デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】圧電膜を備えた振動デバイスの形状を模式的に示す概略平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図３】振動デバイスの製造方法を示す工程図。
【図４】振動デバイスの製造方法の洗浄工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図５】振動デバイスの製造方法の酸化膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図６】振動デバイスの製造方法の酸化防止膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図７】振動デバイスの製造方法の酸化膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図８】振動デバイスの製造方法の酸化防止膜除去工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図９】振動デバイスの製造方法の振動部形成工程の酸化膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１０】振動デバイスの製造方法の振動部形成工程の金属酸化膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１１】振動デバイスの製造方法の下部電極形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１２】振動デバイスの製造方法の圧電膜形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１３】振動デバイスの製造方法の上部電極形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１４】振動デバイスの製造方法のキャビティ部形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１５】振動デバイスの製造方法のキャビティ部形成工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１６】振動デバイスの製造方法の分割工程を説明する図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図。
【図１７】本発明の実施形態に係る振動デバイスを備える圧力センサーの構成を示す概略断面図。
【図１８】本発明の実施形態に係る振動デバイスを備えるスピーカーの構成を示す概略断面図。
【図１９】本発明の実施形態に係る振動デバイスを備える超音波デバイスの構成を示す概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
【００２８】
＜実施形態＞
［振動デバイス］
先ず、本発明の実施形態に係る振動デバイスの形状について、圧電膜を備えた振動デバイスを一例として挙げ、図１および図２を参照して説明する。図１は、圧電膜を備えた振動デバイスの形状を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図である。
【００２９】
振動デバイス１００は、図１および図２に示すように、ベースとなるシリコン基板（Ｓｉ）１０と、シリコン基板１０の表面を熱酸化することにより形成される第１酸化シリコン（ＳｉＯ2）３０と、周縁部２４が第１酸化シリコン３０と連結している振動部２２と、振動部２２を振動させるための圧電膜４０と、を含んで構成されている。振動デバイス１００は、平面視で正方形であり、シリコン基板１０の中央部に正方形のキャビティ部２８が形成されている。よって、シリコン基板１０は、中央が開口したリング状である。また、振動部２２の周縁部２４で連結し、シリコン基板１０に固定する第１酸化シリコン３０もリング状である。従って、振動デバイス１００は、キャビティ部２８が形成されている領域に正方形の振動部２２が形成されている構造であり、振動部２２を拘束することがなく、自由に振動させることができる。また、キャビティ部２８側から圧力を加えることにより振動部２２を自由に変形させることができる。
【００３０】
第１酸化シリコン３０は、シリコン基板１０の表面を熱酸化することにより形成されているため、固定部２６においてシリコン基板１０と一体化している。また、第１酸化シリコン３０の厚みは、振動部２２の厚みより厚く形成されており、更に、固定部２６における厚みに比べ、振動部２２と連結している部分の厚みが薄くなるように形成されており、つまり、第１酸化シリコン３０の厚みは振動部２２に向かって薄くなっている。そのため、第１酸化シリコン３０のシリコン基板１０とキャビティ部２８との境界部２９に応力が集中しても第１酸化シリコン３０の厚みが厚いので、破損する虞を低減できる。更に、第１酸化シリコン３０と振動部２２との連結部に大きな段差がないため、応力の集中を第１酸化シリコン３０のシリコン基板１０とキャビティ部２８との境界部２９側に移すことができる。よって、耐久性に優れた振動デバイス１００を得ることができる。
【００３１】
振動部２２は、シリコン基板１０の表面を熱酸化することにより形成される第２酸化シリコン（ＳｉＯ2）３２と、蒸着により形成される第３酸化シリコン（ＳｉＯ2）３４と、金属を熱酸化することにより形成される金属酸化膜３６と、を含み構成されている。振動部２２は、キャビティ部２８側から第２酸化シリコン３２、第３酸化シリコン３４、金属酸化膜３６の順に積層されて形成されている。金属酸化膜３６はアルミニウム（Ａｌ）などの金属を熱酸化した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などである。
【００３２】
なお、熱酸化により形成された第２酸化シリコン３２はキャビティ部２８を形成する際に、第２酸化シリコン３２がストッパーとなるので、精度良くシリコン基板１０だけを溶解しキャビティ部２８を形成することができる。また、第２酸化シリコン３２上に膜厚制御が容易な蒸着によって第３酸化シリコン３４を形成することで、所望の厚みになるように振動部２２の厚みをコントロールすることができる。更に、靱性がある金属酸化膜３６を積層することにより、振動部２２の破損を抑え振動部２２を安定して振動させることができる。金属酸化膜３６の材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）以外に、ジルコニウム（Ｚｒ）の酸化膜である二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）やチタン（Ｔｉ）の酸化膜である酸化チタン（ＴｉＯ2）などが好適である。
【００３３】
振動部２２のキャビティ部２８側とは反対側の表面には、振動部２２を励振するための圧電膜４０が設けられている。振動部２２の金属酸化膜３６上に、下部電極３８と、圧電膜４０と、上部電極４２と、が積層して形成されている。下部電極３８は第１酸化シリコン３０の上部に形成されているリード電極３８ａと、上部電極４２は第１酸化シリコン３０の上部に形成されているリード電極４２ａと、それぞれ電気的に接続されている。そのため、外部からリード電極３８ａ，４２ａを介して、下部電極３８および上部電極４２に電圧が印加されると圧電膜４０の圧電特性により振動部２２が振動する。下部電極３８および上部電極４２の材料としては、白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）やチタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）などが好適である。また、圧電膜４０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が大きな圧電特性を有しているので好適である。
【００３４】
［振動デバイスの動作原理］
次に、振動デバイス１００の動作原理について説明する。
振動部２２上に設けられた下部電極３８と上部電極４２に所定の交流電圧が印加すると、例えば、下部電極３８にマイナス電位が上部電極４２にプラス電位が印加されると圧電膜４０は、振動部２２の板厚方向と交差する方向に伸張し、逆に、下部電極３８にプラス電位が上部電極４２にマイナス電位が印加されると圧電膜４０は、振動部２２の板厚方向と交差する方向に縮む。そのため、交流電圧を印加することで、圧電膜４０を伸縮運動させることができる。従って、圧電膜４０が形成されている振動部２２は、圧電膜４０の伸縮運動と連動して伸縮運動する。
【００３５】
しかし、圧電膜４０は振動部２２の一方の主面にしか形成されていないため、圧電膜４０が伸張すると振動部２２の圧電膜４０が形成されている主面側に引張応力が発生し、圧電膜４０側を凸とする屈曲状に変形する。また、逆に、圧電膜４０が縮むと振動部２２の圧電膜４０が形成されている主面側に圧縮応力が発生し、圧電膜４０側を凹とする屈曲状に変形する。そのため、圧電膜４０に交流電圧を印加することにより、振動部２２を振動部２２の中央部を最大変位とする屈曲振動で励振させることができる。なお、屈曲振動する振動部２２の共振周波数は、振動部２２の板厚と振動部２２の板厚方向と交差する方向の長さにより決定されるため、所望の共振周波数になるように、振動部２２の板厚と長さを設定する。屈曲振動の共振周波数は、振動部２２の板厚に比例し、振動部２２の長さに反比例する。つまり、板厚が厚くなると共振周波数は高くなり、長さが長くなると共振周波数は低くなる。なお、振動部２２の長さとは、振動部２２の対向する周縁部２４間の長さとする。
【００３６】
ここで、所望の共振周波数で振動している振動部２２に、キャビティ部２８側から圧力を印加すると、振動部２２は圧電膜４０側を凸とする屈曲状に変形し振動部２２の長さが長くなる。そのため、振動部２２の共振周波数は圧力が印加される前に比べ低くなる。印加する圧力量と振動部２２の長さの変化量とは比例関係にあるため、振動部２２の共振周波数の変化量を検出することにより、印加した圧力を計測することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、振動デバイス１００の外形形状を平面視で正方形を例に説明したが、この形状に限定することはなく、長方形や円形や楕円形であっても構わない。また、キャビティ部２８や圧電膜４０の形状も正方形に限定する必要はなく、長方形や円形や楕円形であっても構わない。更に、振動デバイス１００やキャビティ部２８や圧電膜４０の形状は正方形などの同一形状とすることはなく、それぞれを正方形や長方形や円形や楕円形などを自由に組み合わせて構成しても構わない。
【００３８】
［振動デバイスの製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る振動デバイス１００の製造方法の一例として、振動部２２に圧電膜４０を有する振動デバイス１００の製造方法を挙げ、図３から図１６を参照して説明する。
図３は、振動デバイスの製造方法を示す工程図である。図４〜図１６は、振動デバイスの製造方法の主要な工程毎の図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図である。
【００３９】
図１および図２に示すような圧電膜４０を備えた振動デバイス１００の製造方法は、図３に示すように、酸化防止膜形成工程（Ｓｔｅｐ３）と、酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）と、酸化防止膜除去工程（Ｓｔｅｐ５）と、振動部形成工程（Ｓｔｅｐ６）と、キャビティ部形成工程（Ｓｔｅｐ１０）と、を含んでいる。また、振動部形成工程（Ｓｔｅｐ６）は、蒸着により酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、熱酸化により金属酸化膜３６を形成する金属酸化膜形成工程と、を含んでいる。
【００４０】
＜洗浄工程（Ｓｔｅｐ１）＞
先ず、洗浄工程（Ｓｔｅｐ１）では、図４に示すように、振動デバイス１００のベースとなる第１面２０ａと第２面２０ｂとを有するシリコン基板（Ｓｉ）１０を準備し、フッ酸（ＨＦ）等によりシリコン基板１０の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。なお、本実施形態では、複数個の振動デバイス１００を一括で製造する、大型のシリコン基板１０を用いた方法を例に説明する。
【００４１】
＜酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ２）＞
次に、酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ２）では、酸化炉に洗浄したシリコン基板１０を設置し、酸素ガス雰囲気中で一般的な熱酸化の処理温度である１０００℃に加熱する。この工程により、図５に示すように、シリコン基板１０の第１面２０ａ上に酸化膜である第２酸化シリコン（ＳｉＯ2）３２が２０ｎｍ〜６０ｎｍの厚みに形成される。なお、本工程を行うことにより、以降の酸化防止膜成膜時の応力や酸化膜形成時の応力を緩和し、酸化防止膜や酸化膜における結晶欠陥の発生を抑制することができる。
【００４２】
＜酸化防止膜形成工程（Ｓｔｅｐ３）＞
酸化防止膜形成工程（Ｓｔｅｐ３）では、図６に示すように、第１面２０ａ側に形成された第２酸化シリコン３２上に、ＣＶＤ法などの蒸着によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の酸化防止膜４４を形成し、振動部２２となる領域にパターニングする。パターニングする方法としては、振動部２２の領域が開口した金属マスクなどを用いる方法や、酸化防止膜４４を第１面２０ａ側の第２酸化シリコン３２の全面に蒸着し、その後、フォトリゾラフィにより振動部２２の領域以外を除去して形成する方法などが用いられる。
【００４３】
＜酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）＞
次に、酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）では、酸化炉に酸化防止膜４４が形成されたシリコン基板１０を設置し、水素（Ｈ2）と酸素（Ｏ2）の混合ガス雰囲気中で一般的な熱酸化の処理温度である１０００℃に加熱する。なお、水素（Ｈ2）を含む混合ガスを用いることで、酸化レートを速めることができるので、厚みの厚い酸化膜を形成することができる。この工程により、図７に示すように、酸化防止膜４４が形成されていないシリコン基板１０の表面（第１面２０ａ）に第２酸化シリコン３２を含み酸化した酸化膜である第１酸化シリコン３０（ＳｉＯ2）が形成される。なお、第１酸化シリコン３０は、シリコン基板１０中のシリコン（Ｓｉ）に酸素（Ｏ2）が結合して酸化シリコン（ＳｉＯ2）となるため、シリコン（Ｓｉ）単体の厚みより厚くすることができるので、振動部２２を保持する固定部２６を厚くすることができる。なお、第１酸化シリコン３０は１０００ｎｍ〜３０００ｎｍの厚みに形成される。
【００４４】
＜酸化防止膜除去工程（Ｓｔｅｐ５）＞
酸化防止膜除去工程（Ｓｔｅｐ５）では、図８に示すように、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）を用いたウェットエッチングにより第２酸化シリコン３２上に形成されている酸化防止膜４４であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を除去する。なお、酸化防止膜４４を除去する方法としてはドライエッチングであっても構わない。
【００４５】
＜振動部形成工程（Ｓｔｅｐ６）＞
振動部形成工程（Ｓｔｅｐ６）は、上述したように、蒸着により酸化膜を形成する酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ６−１）と、熱酸化により金属酸化膜３６を形成する金属酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ６−２）と、を含んでいる。
【００４６】
先ず、酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ６−１）では、図９に示すように、第１酸化シリコン３０と第２酸化シリコン３２との表面に、ＣＶＤ法などの蒸着により酸化膜である第３酸化シリコン（ＳｉＯ2）３４を形成する。ＣＶＤ法などの蒸着は膜厚制御が容易なので、精度良く膜厚を制御することができる。そのため、この工程において、振動部２２が所望の共振周波数となるように膜厚を制御して形成する。なお、第３酸化シリコン３４は５００ｎｍ〜３０００ｎｍの厚みに形成される。
【００４７】
次に、金属酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ６−２）では、図１０に示すように、第３酸化シリコン３４上に、アルミニウム（Ａｌ）などの金属をスパッタリングし、その後、酸化炉により酸素ガス雰囲気中で９００℃に加熱する。この工程により、第３酸化シリコン３４上に、金属が熱酸化された酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの金属酸化膜３６が形成される。この金属酸化膜３６は靱性があるので、振動部２２に金属酸化膜３６を積層することにより、脆性を有する第３酸化シリコン３４の亀裂や破壊を防止し、振動部２２の破損を抑え振動部２２を安定して振動させることができる。なお、金属酸化膜３６の材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）以外に、ジルコニウム（Ｚｒ）の酸化膜である二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）やチタン（Ｔｉ）の酸化膜である酸化チタン（ＴｉＯ2）などが好適である。
【００４８】
＜下部電極形成工程（Ｓｔｅｐ７）＞
下部電極形成工程（Ｓｔｅｐ７）では、図１１に示すように、振動部２２上に白金（Ｐｔ）などの金属をスパッタリングし、下部電極３８を形成する。下部電極３８をパターニングする方法としては、振動部２２の中央領域やリード電極３８ａ（図１参照）領域が開口した金属マスクなどを用いる方法や、振動部２２や固定部２６を含む第１酸化シリコン３０の全面に金属をスパッタリングし、その後、フォトリゾラフィにより下部電極３８の形状とリード電極３８ａの形状とをパターニングする方法などが用いられる。なお、下部電極３８は、１３０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みに形成されており、下部電極３８の材料としては、白金（Ｐｔ）以外に、イリジウム（Ｉｒ）やチタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）などが好適である。
【００４９】
＜圧電膜形成工程（Ｓｔｅｐ８）＞
圧電膜形成工程（Ｓｔｅｐ８）では、図１２に示すように、振動部２２の中央領域の下部電極３８上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電膜４０をスパッタリングし、圧電膜４０を形成する。圧電膜４０をパターニングする方法としては、振動部２２の中央に形成された下部電極３８を覆う領域が開口した金属マスクなどを用いる方法や、下部電極３８が形成された振動部２２や固定部２６を含む第１酸化シリコン３０の全面にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電膜４０をスパッタリングし、その後、フォトリゾラフィにより圧電膜４０の形状にパターニングする方法などが用いられる。なお、圧電膜４０は５００ｎｍ〜３０００ｎｍの厚みに形成される。
【００５０】
＜上部電極形成工程（Ｓｔｅｐ９）＞
上部電極形成工程（Ｓｔｅｐ９）では、図１３に示すように、圧電膜４０上に白金（Ｐｔ）などの金属をスパッタリングし、上部電極４２を形成する。上部電極４２をパターニングする方法としては、圧電膜４０を覆う領域やリード電極４２ａ領域が開口した金属マスクなどを用いる方法や、下部電極３８と圧電膜４０とが形成された振動部２２や固定部２６を含む第１酸化シリコン３０の全面に金属をスパッタリングし、その後、フォトリゾラフィにより上部電極４２形状とリード電極４２ａ形状とをパターニングする方法などが用いられる。なお、上部電極４２は、下部電極３８と同様に、１３０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みに形成されており、上部電極４２の材料としては、白金（Ｐｔ）以外に、下部電極３８と同様に、イリジウム（Ｉｒ）やチタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）などが好適である。
【００５１】
＜キャビティ部形成工程（Ｓｔｅｐ１０）＞
キャビティ部形成工程（Ｓｔｅｐ１０）では、先ず、シリコン基板１０の第２面２０ｂ側にキャビティ部２８を形成するための保護膜４６を形成する。保護膜４６は、シリコン基板１０をエッチングするエッチャントやエッチングガスに耐性のあるシリコン（Ｓｉ）の酸化膜である酸化シリコン（ＳｉＯ2）が好適である。酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ２）と同様に、酸素ガス雰囲気中で１０００℃に加熱し、シリコン基板１０の第２面２０ｂ側に酸化膜である酸化シリコン（ＳｉＯ2）を形成する。その後、フォトリゾラフィによりキャビティ部２８形成領域に、図１４に示すように、開口部をパターニングしシリコン基板１０を露出させエッチングを行う。
【００５２】
キャビティ部２８をエッチングして形成する方法は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などをエッチャントとするウェットエッチング法や、アルゴン（Ａｒ）ガスとフッ素（Ｆ2）ガスとを含むエッチングガスとするドライエッチング法などで行う。図１５に示すように、保護膜４６側からエッチングを行い、第１酸化シリコン３０や第２酸化シリコン３２が現れると第１酸化シリコン３０や第２酸化シリコン３２とが保護膜４６と同一材料であるため、ストッパーとして働きエッチングが終了し、キャビティ部２８が形成される。
【００５３】
＜個片化工程（Ｓｔｅｐ１１）＞
個片化工程（Ｓｔｅｐ１１）では、第２面２０ｂ側の保護膜４６を除去した後、図１６に示すように、ダイシングなどの方法でシリコン基板１０と第１酸化シリコン３０とで構成される固定部２６を切断する。この工程により、大型のシリコン基板１０から個片化した複数の振動デバイス１００を得ることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、酸化防止膜形成工程（Ｓｔｅｐ３）前に、第２酸化シリコン３２を形成する酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ２）を行う製造方法を説明したが、これに限定されることはなく、第２酸化シリコン３２を形成する酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ２）を、振動部形成工程（Ｓｔｅｐ６）で、酸化膜形成工程（Ｓｔｅｐ６−１）の前に行う製造方法でも構わない。この製造方法でも同等の効果が得られる。
【００５５】
以上の工程を経て、振動部２２が振動することによる応力やキャビティ部２８側から圧力が加えられることにより生じる応力が、第１酸化シリコン３０のシリコン基板１０とキャビティ部２８との境界部２９に集中しても、第１酸化シリコン３０の厚みが厚いため応力による疲労破壊を抑制することができる。そのため、耐久性に優れた振動デバイス１００を製造することができる。
【００５６】
［圧力センサー］
次に、本発明の実施形態に係る振動デバイス１００を備えた圧力センサー２００について、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の実施形態に係る振動デバイスを備える圧力センサーの構成を示す概略断面図である。
圧力センサー２００は、図１７に示すように、圧力導入口２４０を有し、振動デバイス１００を保持するケース２１０と、圧力導入口２４０の反対側を封止するカバー２２０と、振動デバイス１００と、を含み構成されている。
【００５７】
ケース２１０は、内部にガラス台座２５０が設けられており、低融点ガラスなどの接合部材２６０を介して振動デバイス１００を固定している。ガラス台座２５０は、ケース２１０と振動デバイス１００との線膨張係数の違いにより生じる歪を緩和するために設けられている。また、ケース２１０のカバー２２０側には、外部と電気的接続を図るためのリード端子２３０が設けられており、リード端子２３０と振動デバイス１００の表面に形成されたリード電極４２ａとがボンディングワイヤー２７０を介して電気的に接続されている。圧力導入口２４０とは反対側で、ケース２１０とカバー２２０と振動デバイス１００とに囲まれた空間部２８０は、減圧雰囲気又は大気圧雰囲気で気密されている。
【００５８】
振動デバイス１００に交流電圧が印加されて振動部２２が振動している状態で、圧力導入口２４０から圧力が印加されると、上述した動作原理で説明したように、圧力に比例して振動デバイス１００の振動部２２の長さが変化し、振動部２２の共振周波数が変化するため、振動部２２の共振周波数の変化量を検出することにより、印加した圧力を高精度に計測することができる。
【００５９】
［スピーカー］
次に、本発明の実施形態に係る振動デバイス１００を備えたスピーカー３００について、図１８を参照して説明する。
図１８は、本発明の実施形態に係る振動デバイスを備えるスピーカーの構成を示す概略断面図である。スピーカー３００は、図１８に示すように、振動デバイス１００を保持するケース３１０と、振動デバイス１００の圧電膜４０側に設けられたカバー３２０と、振動デバイス１００の振動部２２側に設けられたフロントカバー３４０と、を含み構成されている。
【００６０】
ケース３１０の内部には、エポキシ系接着剤などの接合部材３５０を介して振動デバイス１００が固定されている。また、ケース３１０のカバー３２０側には、外部と電気的接続を図るためのリード端子３３０が設けられており、リード端子３３０と振動デバイス１００の表面に形成されたリード電極４２ａとがボンディングワイヤー３６０を介して電気的に接続されている。
リード端子３３０から音声などに対応した電気信号を入力すると、圧電膜４０を介して振動部２２が振動し、音声としてフロントカバー３４０側から出力される。
【００６１】
［超音波デバイス］
次に、本発明の実施形態に係る振動デバイス１００を備えた超音波デバイスとして超音波プローバー４００を一例に挙げ、図１９を参照して説明する。
図１９は、本発明の実施形態に係る振動デバイスを備える超音波デバイスの構成を示す概略平面図である。
超音波デバイスとしての超音波プローバー４００は、図１９に示すように、プローブヘッド４２０と筐体４４０とを有するプローブ本体４１０と、超音波画像を表示する装置端末（図示せず）とプローブ本体４１０とを結ぶケーブル４３０と、を含み構成されている。
【００６２】
プローブ本体４１０のプローブヘッド４２０には、被検対象物に触れる接触面４５０側に音響カプラー４６０の一部が露出するように設けられている。音響カプラー４６０は、シリコーンゴムなどの弾性材料から形成され内部に液体やジェルなどの流動体が満たされており、筐体４４０内部に設けられた超音波トランスデューサーユニット４７０との間で効率的に超音波を伝達する。
【００６３】
超音波トランスデューサーユニット４７０には、超音波を送受する複数の振動デバイス１００が備えられており、振動デバイス１００から超音波が発信されると、超音波トランスデューサーユニット４７０から超音波ビームとして出射される。出射された超音波ビームは音響カプラー４６０内の流動体を効率的に伝搬し、被検対象物に進入していく。その後、被検対象物内で反射した超音波ビームは再び音響カプラー４６０内の流動体を効率的に伝わって超音波トランスデューサーユニット４７０内の振動デバイス１００で受信される。振動デバイス１００では受信した超音波が電気信号に変換される。電気信号はケーブル４３０を介して装置端末に供給されて画像処理が施されて超音波画像が表示される。
【００６４】
以上、本発明の振動デバイス１００、圧力センサー２００、スピーカー３００、および超音波デバイスとしての超音波プローバー４００について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０…シリコン基板、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、２２…振動部、２４…周縁部、２６…固定部、２８…キャビティ部、２９…境界部、３０…第１酸化シリコン、３２…第２酸化シリコン、３４…第３酸化シリコン、３６…金属酸化膜、３８…下部電極、３８ａ…リード電極、４０…圧電膜、４２…上部電極、４２ａ…リード電極、４４…酸化防止膜、４６…保護膜、１００…振動デバイス、２００…圧力センサー、３００…スピーカー、４００…超音波デバイスとしての超音波プローバー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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