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JP5070813B2 - 電子部品およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、各種電子機器に用いる電子部品およびその製造方法に関するものである。
以下、従来の電子部品の一つとして、角速度センサおよびその製造方法について図面を用いて説明する。
図6は従来の角速度センサの検出素子の斜視図、図7は図6のA−A断面図である。
図6において、従来の角速度センサは、音叉型の検出素子2と、この検出素子2から出力される信号を処理して角速度を算出する信号処理回路(図示せず)とを備えている。
検出素子2は、対向する一対のアーム4を基部6にて支持した音叉型であって、この基部6を実装基板に実装して用いる。一対のアーム4には、アーム4を駆動させる駆動信号を入力するための駆動用の駆動電極部8と、検出素子2に与えられた角速度に起因して発生する角速度信号を出力するための感知用の感知電極部10と、検出素子2の駆動状態を検知して検知信号を出力するための検知用の検知電極部12を配置している。アームの対向方向に向かって、2つの駆動電極部8で1つの感知電極部10を挟むように配置し、また、アーム4と基部6の境界近傍に検知用の検知電極部12を配置している。
図7に示すように、2つのアーム4は、シリコン層14と、その表面を酸化させた酸化シリコン層16の2層を有するシリコン基板からなる。
このシリコン基板上には、第1密着層18を介して駆動電極部8および感知電極部10を積層している。この駆動電極部8および感知電極部10は、圧電体20を介在した下部電極22と上部電極24とからなり、圧電体20と上部電極24との間には互いを密着させる第2密着層26を形成している。
第1密着層18はTi層からなり、下部電極22はチタンを含有する白金を主成分とするPt−Ti層からなり、圧電体20はチタン酸鉛を主成分とする配向制御層28と、この配向制御層28上に積層したチタン酸ジルコン酸鉛からなるPZT層30の2層からなり、第2密着層26はTi層からなり、上部電極24はAu層からなる。
また、検出素子2の製造方法は次の通りである。
第1に、ウエハ状のシリコン基板に第1密着層18を積層し、この第1密着層18上に下部電極22を積層し、この下部電極22上に配向制御層28を積層し、この配向制御層28上にPZT層30を積層し、このPZT層30上に第2密着層26を積層し、この第2密着層26上に上部電極24を積層する。
第2に、フォトリソ工法を用いて、ドライエッチングおよびウェットエッチングを施し、所定形状の駆動電極部8および感知電極部10および検知電極部12およびそれらを延長して引き回した信号線路部13を形成する。
第3に、分極処理とアニール処理を施して、PZT特性(分極状態)を安定化させ諸特性を確保する。
第4に、ウエハ状のシリコン基板にドライエッチングを施して音叉形状の複数の検出素子2に加工し、ダイシングして個片の検出素子2に分離する。
上記構成の検出素子2におけるPZT特性は図8に示すように、アニール処理時の温度上昇によってPZT層30の鉛と第2密着層26のTiとが相互反応して圧電定数が低下する。
また、この検出素子2を用いた角速度センサでは、図9に示すように、高温動作時(125度で5Vの動作時)の動作時間が長くなるにつれて、角速度が加わっていない時の基点電圧変動量が大きくなる。この場合、図10に示すように、角速度が生じていない基点電圧における電圧が、例えば、マイナス側に変動してしまい、(A)度の誤差が生じて、角速度センサとしての精度を劣化させる。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2002−257549号公報
上記構成では、アニール処理時等の温度上昇に起因して圧電定数が低下したり、高温動作時の動作時間が長くなるにつれて角速度が加わっていない時の基点電圧変動量が大きくなったりして、特性が劣化するという問題点を有していた。
本発明は上記問題点を解決するもので、圧電定数の低下や基点電圧の変動を抑制し、特性向上を図った電子部品およびその製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明は、電極部を配置した素子を備え、
前記電極部は圧電体を介在させた上部電極および下部電極と、前記上部電極と前記圧電体とを密着させた密着層とを有し、前記圧電体は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層を有し、前記密着層はタングステンを主成分とするW層を有し、前記圧電層には前記W層を積層した構成である。
また、その製造方法は、素子上に下部電極を積層し、前記下部電極上に圧電体を積層し、前記圧電体上に密着層を形成し、前記密着層上に上部電極を積層して電極部を形成する電極部形成工程を備え、前記圧電体は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層を有し、前記密着層はタングステンを主成分とするW層を有し、前記圧電層には前記W層を積層する構成である。
上記構成により、電極部は圧電体を介在させた上部電極および下部電極と、この上部電極と圧電体とを密着させる密着層とを有し、圧電体は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層を有し、密着層はタングステンを主成分とするW層を有し、前記圧電層にはW層を積層しているので、温度上昇による圧電定数の低下や基点電圧の変動を抑制できる。
図1は本発明の一実施の形態における電子部品の一つである角速度センサの検出素子の斜視図、図2は図1のA−A断面図である。
図1において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、音叉型の検出素子52と、この検出素子52から出力される信号を処理して角速度を算出する信号処理回路(図示せず)とを備えている。
検出素子52は、対向する一対の可撓性を有するアーム54を基部56にて支持した音叉型であって、この基部56を実装基板に実装して用いる。一対のアーム54には、アーム54を駆動させる駆動信号を入力するための駆動用の駆動電極部58と、検出素子52に与えられた角速度に起因して発生する角速度信号を出力するための感知用の感知電極部60と、検出素子52の駆動状態を検知して検知信号を出力するための検知用の検知電極部62を配置している。アーム54の対向方向に向かって、2つの駆動電極部58で1つの感知電極部60を挟むように配置し、また、アーム54と基部56の境界近傍に検知用の検知電極部62を配置している。さらに、駆動電極部58、感知電極部60、検知電極部62を延長して引き廻した信号線路部63(電極パッド等も含む)を配置している。
図2に示すように、2つのアーム54は、シリコン層64と、その表面を酸化させた酸化シリコン層66の2層を有するシリコン基板からなる。
このシリコン基板上には、第1密着層68を介して駆動電極部58および感知電極部60および検知電極部62を積層している。この駆動電極部58および感知電極部60および検知電極部62は、圧電体70を介在した下部電極72と上部電極74とからなり、圧電体70と上部電極74との間には互いを密着させる第2密着層76を形成している。
第1密着層68はチタンを主成分とするTi層からなり、下部電極72はチタンを含有し白金を主成分とするPt−Ti層からなり、圧電体70はチタン酸鉛を主成分とする配向制御層78と、この配向制御層78上に積層した鉛を含有する圧電材料からなる圧電層80の2層からなり、第2密着層76はタングステンを主成分とするW層からなり、上部電極74は金を主成分とするAu層からなる。配向制御層78としては、PLMTやPLTがあり、鉛を含有する圧電材料からなる圧電層80としては、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするPZTや、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするPLZT等がある。
上記検出素子52は、図1に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、アーム54の駆動電極部58に交流信号を通電すれば、アーム54が駆動振動方向に駆動振動する。このとき、駆動振動方向がX軸になるように配置した場合、Z軸周りの角速度が生じると、アーム54にY軸方向のコリオリ力が発生するので、アーム54がY軸方向に撓もうとする。したがって、この撓みを感知電極部60によって、感知することにより角速度信号を感知できる。
また、検出素子52の製造方法は次の通りである。
第1に、ウエハ状のシリコン基板に第1密着層68を積層し、この第1密着層68上に下部電極72を積層し、この下部電極72上に配向制御層78を積層し、この配向制御層78上に圧電層80を積層し、この圧電層80上に第2密着層76を積層し、この第2密着層76上に上部電極74を積層する。
第2に、フォトリソ工法を用いて、まず、ドライエッチングを施して、所定形状の駆動電極部58および感知電極部60および検知電極部62およびそれらを延長して引き回した信号線路部63を形成する。この際、信号線路部63の一部は完全にエッチングを施さず、その一部を通じて、電極部がアースされるようにアースと電気的に接続しておく。次に、これら電極部を形成した後、ウェットエッチングを施して、信号線路部63の一部を取り除き、所定形状の信号線路部63を形成する。
第3に、分極処理とアニール処理を施して、例えば、PZTからなる圧電層の特性(分極状態)を安定化させ諸特性を確保する。
第4に、ウエハ状のシリコン基板にドライエッチングを施して音叉形状の複数の検出素子52に加工し、ダイシングして個片の検出素子52に分離する。
上記構成の検出素子52におけるPZTからなる圧電特性は図3に示すように、アニール処理時の温度上昇によって圧電層80の鉛と酸素と第2密着層76のタングステンを主成分とするW層とが相互反応して圧電定数が低下するが、第2密着層76としてTi層を用いた従来よりも圧電定数の低下は小さい。
また、この検出素子52を用いた角速度センサでは、図4に示すように、高温動作時(125度で5Vの動作時)の動作時間が長くなるにつれて、角速度が加わっていない時の基点電圧変動量が大きくなるが、従来よりも電圧変動量は小さい。すなわち、図5に示すように、角速度が生じていない基点電圧における電圧が、例えば、マイナス側に変動したとしても、その変動量は従来の(A)度よりも小さい(B)度となり、誤差を低減して、角速度センサとしての精度の劣化を抑制できる。
上記構成により、電極部は圧電体70を介在させた上部電極74および下部電極72と、この上部電極74と圧電体70とを密着させる第2密着層76とを有し、圧電体70は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層80を有し、第2密着層76はタングステンを主成分とするW層を有し、圧電層80にはW層を積層しているので、温度上昇による圧電定数の低下や基点電圧の変動を抑制できる。
また、タングステンを主成分とするW層からなる第2密着層76はウェットエッチングを施して所定形状に形成できるので、圧電層80に対する圧電特性の劣化を抑制できる。
すなわち、駆動電極部58および感知電極部60および検知電極部62は、ドライエッチングを施して所定形状に形成するが、この際、電荷がチャージされて圧電層80の圧電特性が劣化してしまうことを抑制するために、アースに電気的に接続してチャージされないようにしている。各々の電極部を延長して引き廻した信号線路部63の少なくとも一部をアースと電気的に接続しておき、その後、信号線路部63の少なくとも一部にウェットエッチングを施して所定形状に形成しているので、圧電特性の劣化を抑制しつつ、所定形状の電極部および信号線路部63を形成できる。
特に、電極部を延長して引き廻した信号線路部63にウェットエッチングを施しているので、第2密着層76はウェットエッチング可能な材料でなければならない。ウェットエッチングに適した材料としては、CrやAlやTi等も存在するが、アニール処理時等の温度上昇時に圧電層80と相互作用が発生して特性を劣化させるので、角速度センサの検出素子52としては望ましくない。一方、相互作用が発生しにくい材料としては、RuやMoやTa等も存在するが、ウェットエッチングを施すことができないので、同様に望ましくない。
本発明に係る電子部品は、圧電定数の低下や基点電圧変動量の増加を抑制し、特性向上を図れるので、各種電子機器に適用できるものである。
本発明の一実施の形態における角速度センサの検出素子の斜視図 図1のA−A断面図 同検出素子のPZTからなる圧電層の圧電特性図 同角速度センサの高温時における基点電圧変動量の経時変化を示す特性図 同角速度センサの角速度変化に対する出力電圧変化を示す特性図 従来の角速度センサの検出素子の斜視図 図6のA−A断面図 同検出素子のPZTからなる圧電層の圧電特性図 同角速度センサの高温時における基点電圧変動量の経時変化を示す特性図 同角速度センサの角速度変化に対する出力電圧変化を示す特性図
符号の説明
52 検出素子
54 アーム
56 基部
58 駆動電極部
60 感知電極部
62 検知電極部
63 信号線路部
64 シリコン層
66 酸化シリコン層
68 第1密着層
70 圧電体
72 下部電極
74 上部電極
76 第2密着層
78 配向制御層
80 圧電層

Claims (6)

  1. 電極部を配置した素子を備え、
    前記電極部は圧電体を介在させた上部電極および下部電極と、前記上部電極と前記圧電体とを密着させた密着層とを有し、
    前記圧電体は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層を有し、
    前記密着層はタングステンを主成分とするW層を有し、
    前記圧電層には前記W層を積層した電子部品。
  2. 前記素子には可撓性を有するアームを設けるとともに、前記アームには前記アームを駆動振動させる駆動用の前記電極部と前記アームの撓みを感知させる感知用の前記電極部を配置し、前記素子で角速度を感知する請求項1記載の電子部品。
  3. 前記素子には前記電極部を延長して引き廻した信号線路部を設け、前記電極部はドライエッチングを施して形成し、前記信号線路部の少なくとも一部はウェットエッチングを施して形成した請求項2記載の電子部品。
  4. 素子上に下部電極を積層し、前記下部電極上に圧電体を積層し、前記圧電体上に密着層を形成し、前記密着層上に上部電極を積層して電極部を形成する電極部形成工程を備え、
    前記圧電体は鉛を含有する圧電材料からなる圧電層を有し、
    前記密着層はタングステンを主成分とするW層を有し、
    前記圧電層には前記W層を積層する電子部品の製造方法。
  5. 可撓性を有するアームを設けた素子を形成する素子形成工程を有し、
    前記電極部形成工程では、
    前記アーム上に前記アームを駆動振動させる駆動用の前記電極部と前記アームの撓みを感知させる感知用の前記電極部を形成し、
    前記素子で角速度を感知する請求項4記載の電子部品の製造方法。
  6. 前記電極部を延長して引き廻した信号線路部を前記素子上に設ける工程を有し、ドライエッチングを施して前記電極部を形成した後、ウェットエッチングを施して前記信号線路部の少なくとも一部を形成する請求項5記載の電子部品の製造方法。
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