JPH11132873A

JPH11132873A - 圧電検出器及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11132873A
Application number: JP30150197A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fujii; 覚藤井; Isaku Jinno; 伊策神野; Takeshi Kamata; 健鎌田; Ryoichi Takayama; 良一高山; Hirobumi Tajika; 博文多鹿; Kazunari Nishihara; 和成西原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】強誘電体を用いた圧電検出器は、誘電体の圧
電効果を利用して力学量を検出するものであり、この圧
電効果による発生電荷量は圧電体の分極方向に影響され
ため、素子構造と圧電体の分極軸配向性は、検出器の高
感度化のために重要である。しかし、焼結体に高電界を
印加して分極処理を行う場合、特に微小な圧電体エレメ
ントや複数個の圧電体エレメントを分極する時は、均一
に分極することは容易ではないといった課題があった。
また、横効果構造の検出器において、圧電体を弾性板等
に接着する製造方法では、接着方法が不完全であると、
感度バラツキの原因となる課題があった。【解決手段】凹型形状部を設けた検出器基板におい
て、前記検出器基板に設けた凹型形状部上に、成膜基
板、下部電極膜、圧電体薄膜、上部電極膜が設け、前記
成膜基板にその端部が検出器基板に固定された片持ち
梁、あるいは、両端を固定された両端固定梁を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電検出器に関し、
特に圧電横効果型の圧電体薄膜を用いることで、小型、
高感度で、微小な加速度と衝撃を検知することが出来る
圧電検出器と、その製造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、誘電体、特にそのなかでも強誘電
体は、焦電性を用いた焦電型赤外線検出器、圧電性を用
いた加速度センサやアクチュエータ等の圧電体素子、分
極反転を用いた不揮発性メモリ、高誘電率特性を用いた
容量性素子のキーマテリアルとして研究開発が行われて
いる。

【０００３】圧電検出器は、圧電体に力が加わることに
より圧電体が電荷を発生する「圧電効果」を利用して、
力学量（加速度、圧力、等）を検出するものであり、電
圧感度がきわめて大きいといった特徴がある。

【０００４】この、圧電効果による発生電荷量は、圧電
体の分極方向に影響される。従って、素子構造と圧電体
の分極軸配向性は、検出器の高感度化のために重要であ
る。現状の圧電検出器、特に加速度センサでは、焼結体
材料が検出材料として用いられている。焼結体は、グレ
インから構成されているが、各グレインにおける分極方
向はバラバラである。従って、分極処理を実施し、分極
方向を同一方向にそろえる必要がある。

【０００５】また、圧電検出器の構造は、圧電体に加え
られる力の方向で分類され、（１）電気軸に平行（縦効
果型）、（２）電気軸と直角（横効果型）、（３）電気
軸に平行な面内のずれ、の３種類がある。これらの中で
横効果型構造は、片持ち梁、あるいは両端固定梁構造の
弾性板に圧電体を接着した構造であり、小型、高感度で
あり微小な加速度や振動を検出できる特徴がある。ま
た、逆圧電効果により、高性能なアクチュエータとして
も適用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように焼結体に高電界を印加して分極処理を行う場合、
特に、微小な圧電体エレメントや複数個の圧電体エレメ
ントを分極する場合は、均一に分極することは容易では
ないといった課題があった。

【０００７】また、横効果構造の検出器において、圧電
体を弾性板等に接着する製造方法では、接着方法が不完
全であると、感度バラツキの原因となる課題があった。

【０００８】本発明の目的は、圧電検出器ならびにその
製造方法、特に、圧電体薄膜を用いた、小型、高感度化
が可能で、感度バラツキの小さい圧電検出器を形成する
技術を供給することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の圧電検出器は、凹型形状部を設けた検出器
基板において、前記検出器基板に設けた凹型形状部上
に、成膜基板、下部電極膜、圧電体薄膜、上部電極膜が
設けられており、前記成膜基板はその端部が検出器基板
に固定された片持ち梁、あるいは、両端を固定された両
端固定梁を形成している。

【００１０】また、本発明の圧電検出器は、成膜基板が
貼り合わされた検出器基板において、前記成膜基板に設
けた凹型形状部上に、下部電極膜、圧電体薄膜、上部電
極膜、および振動板膜が設けられており、前記圧電体薄
膜はその端部を成膜基板に固定された片持ち梁、あるい
は、両端を固定された両端固定梁を形成している。

【００１１】さらに、本発明の圧電検出器は、成膜基板
に設けた凹型形状部上に、下部電極膜、圧電体薄膜、上
部電極膜、および振動板膜が設けられており、前記圧電
体薄膜はその端部を成膜基板に固定された片持ち梁、あ
るいは、両端を固定された両端固定梁を形成している。

【００１２】上記問題点を解決するために本発明の圧電
検出器の製造方法は、成膜基板上に下部電極膜を形成す
る工程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜を形成する工
程、前記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程、前
記成膜基板を切断する工程、前記切断した成膜基板を検
出器基板上に固定し検出器基板に設けた凹型形状部上に
片持ち梁あるいは両端固定梁を形成する工程、検出器基
板を切断し検出部構造体を作製する工程を有している。

【００１３】また、本発明の圧電検出器の製造方法は、
成膜基板上に下部電極膜を形成する工程、前記下部電極
膜上に圧電体薄膜を形成する工程、前記圧電体薄膜上に
上部電極膜を形成する工程、前記成膜基板を検出器基板
上に固定し、検出器基板に設けた凹型形状部上に圧電体
薄膜を配置させる工程、前記成膜基板および検出器基板
を切断し検出部構造体を作製する工程を有している。

【００１４】さらに、本発明の圧電検出器の製造方法
は、検出器基板上に成膜基板を貼り合わせる工程、前記
検出器基板に貼り合わせた成膜基板上に下部電極膜を形
成する工程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜を形成する
工程、前記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程、
前記上部電極膜上に振動板膜を形成する工程、圧電体薄
膜を形成した表側から前記下部電極膜に設けたエッチン
グホールを介して圧電体薄膜の下に位置する成膜基板部
分ををエッチング除去し凹型形状部を形成する工程、成
膜基板および検出器基板を切断して検出部構造体を作製
する工程を有している。

【００１５】さらにまた、本発明の圧電検出器の製造方
法は、成膜基板上に下部電極膜を形成する工程、前記下
部電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程、前記圧電体薄
膜上に上部電極膜を形成する工程、前記上部電極膜上に
振動板膜を形成する工程、圧電体薄膜を形成した表側か
ら前記下部電極膜に設けたエッチングホールを介して圧
電体薄膜の下に位置する成膜基板部分ををエッチング除
去し凹型形状部を形成する工程、成膜基板を切断して検
出部構造体を作製する工程を有している。

【００１６】本発明は上記構成により、圧電体が薄膜材
料であるために微細加工が可能であり、微小かつ多様な
形状の検出器を容易に形成できる点や、検出器全体の小
型化を図れる点、検出器の集積化が可能となる点で有効
である。

【００１７】また上記構成では、振動板膜は成膜基板、
あるいは圧電体薄膜上に直接作製された膜材料である。
従って、作製プロセスにおいて、振動板と圧電体薄膜の
接着工程が不要であり、接着工程による感度バラツキが
低減でき、信頼性向上の点で有効である。

【００１８】さらに、大きな基板が得られない単結晶基
板材料においても、成膜基板を検出器基板に貼り合わせ
た後に成膜する作製方法により、成膜基板の大面積化が
可能である。従って、素子の作製プロセスのスループッ
トの効率化の点で有効であり、検出器の低コスト化の点
でも有効である。

【００１９】さらにまた、圧電体薄膜と電極膜と振動板
薄膜からのみ構成される梁構造の検出器は、梁構造のバ
ネ定数が小さく、高感度で微小な振動を検出できる点で
有効である。

【００２０】また、圧電体薄膜は、その結晶構造の配向
性を制御することが可能であり、分極軸を成膜基板面に
対して垂直に配向させることが可能である。従って、効
果的に発生電荷を検出することが可能である。さらに、
スパッタリング法をはじめとする成膜方法により、分極
処理することなく、自発分極が一方向に揃った圧電体薄
膜を作成することが可能であり、分極処理を行う必要が
ない。従って、均一な圧電特性を持つ薄膜材料を作成で
きる点で有効である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の圧電検出器の製造方
法に関する一実施例について、図面を参照しながら説明
する。

【００２２】（実施例１）図１に、本発明の一実施例の
圧電検出器を、図２にその作製プロセスの断面図を示
す。成膜基板１０１として（１００）ＭｇＯ単結晶基板
（厚さ３００μm）を用いた。そして、成膜基板１０１
上に下部電極膜１０２、圧電体薄膜１０３および上部電
極膜１０４を作製した。下部電極膜１０２および上部電
極膜１０４としてＰｔ薄膜を、高周波マグネトロンスパ
ッタ法により作製した。スパッタ成膜条件は、基板温度
が６００℃、スパッタガスはＡｒ（９５％）と酸素（５
％）の混合ガスで、ガス圧は０.５Ｐａ、高周波投入パ
ワー密度は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３.５６ＭＨｚ）で、成
膜時間は１時間であった。膜の厚さは０.１５μｍであ
った。圧電薄膜１０３として表１に示した材料を、明示
した成膜条件により作製した。表１の条件で成膜するこ
とにより、すべての誘電体は、分極軸が基板面に対して
垂直方向に優先配向したｃ軸配向単結晶膜を（１００）
ＭｇＯ単結晶基板上で得た。次に、上部電極１０４を、
スパッタエッチングによりパターニングした（図２
（ａ））。Ｐｔ薄膜のエッチング条件は、真空度０.０
６Torr、Ａｒガス流量１０sccm、プラズマパワー１７０
Wの条件で、１５分を要した。続いて、１０３を、表２
に示したプロセス条件でパターニングを行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】続いて、成膜基板１０１を厚さ１０〜２０
μｍ程度に研磨した後に、幅０．１mm長さ２mm程度の短
冊形状に切断した（図２（ｂ））。

【００２６】圧電体薄膜１０３が、検出器基板１０５の
凹型形状部１０６上に配置されるように、切断した成膜
基板１０１を接着固定した後、点線で切断することによ
り、一括して検出部構造体を作製した。（図２
（ｃ））。本実施例では、ガラス製の１０５を用い、
接着には、エポキシ系接着剤を使用した。しかし、ガラ
ス基板とＭｇＯ単結晶基板では、直接接合による固定も
可能である。また、１０５としてＳｉ単結晶基板を用い
ても問題はない。図２（ｃ）では、片持ち梁を形成した
場合を図示しているが、この工程で両端固定梁構造を作
製し、圧電検出器とすることも可能である。接続後、１
０５に外部電極接続ホールをサンドブラスト法で形成し
た後、１０５上に形成されている検出器電極１０８と１
０２および１０４をボンディングワイヤ１０９でそれぞ
れ接続した（図２（ｄ））。１１０、１１１は、１０５
に実装したインピーダンス変換用の電界効果トランジス
タおよび抵抗である。最後に、ガラス製の封止用キャッ
プ１１２を１０５と直接接合技術により接合し、検出器
全体を封止した（図２（ｅ））。

【００２７】本発明では、研磨して薄層化した成膜基板
が振動板として機能している。したがって、圧電体薄膜
と振動板を接着する必要がないために、感度バラツキを
低減できるため、信頼性向上の点で有効である。

【００２８】また、本発明では、圧電体薄膜の分極軸が
成膜基板面に対して垂直に配向しているために、分極処
理を行うことなく高い圧電特性が期待できる。従って、
検出器の高感度化の点で有効である。

【００２９】（実施例２）図３に、本発明の一実施例の
圧電検出器を、図４に、その作製プロセスの断面図を示
す。

【００３０】成膜基板２０１として（１００）Ｓｉ単結
晶基板（厚さ４００μm）を用いた。そして、成膜基板
２０１上に下部電極膜２０２、圧電体薄膜２０３および
上部電極膜２０４を作製した。下部電極膜２０２および
上部電極膜２０４としてＰｔ薄膜を、高周波マグネトロ
ンスパッタ法により作製した。スパッタ成膜条件は、基
板温度が６００℃、スパッタガスはＡｒ（９５％）と酸
素（５％）の混合ガスで、ガス圧は０.５Ｐａ、高周波
投入パワー密度は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３.５６ＭＨｚ）
で、成膜時間は１時間であった。膜の厚さは０.１５μ
ｍであった。圧電薄膜２０３として、菱面体結晶構造を
持つ組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を作製し
た。表１に示した正方晶ＰＺＴとの作製条件の相違は、
ターゲット組成が、（Ｐｂ_0.56Ｚｒ_0.44ＴｉＯ₃＋０．
２ＰｂＯ）であることのみである。これにより、分極軸
が基板面に対して垂直方向に優先配向した（１１１）面
配向ＰＺＴ膜を（１００）Ｓｉ単結晶基板上で得た。な
お、Ｓｉ単結晶基板の結晶面の方位に関わらず、（１１
１）面配向ＰＺＴ膜を得た。次に、Ｐｔを、スパッタエ
ッチングによりパターニングして、２０４を作製した
（図４（ａ））。Ｐｔ薄膜のエッチング条件は、真空度
０.０６Torr、Ａｒガス流量１０sccm、プラズマパワー
１７０Wの条件で、１５分を要した。続いて、２０３
は、表２に示した正方晶ＰＺＴのプロセスと同一条件で
パターニングを行った。

【００３１】続いて、成膜基板２０１を厚さ１０〜２０
μｍ程度に研磨した後に、圧電体薄膜２０３が、検出器
基板２０５に設けた凹型形状部２０６上に配置されるよ
うに、成膜基板２０１を接合固定した（図４（ｂ））。
本実施例では、ガラス製の２０５を用い、直接接合技
術により２０１と２０５を固定した。２０５としてＳｉ
単結晶基板を用いても問題はない。また、接着剤による
接着も可能である。接合後、図４（ｃ）の線分α−
α’、β−β’、およびγ−γ’で切断することによ
り、片持ち梁構造の検出部構造体を一括して作製した
（図４（ｄ））。本実施例では、幅０．０７５mm、長さ
２mmの大きさで切断した。なお、この切断工程で、線分
γ−γ’のみを切断すれば、両端固定梁構造の検出部構
造体を一括して作製することが可能である。

【００３２】最後に、検出器基板２０５を回路基板２０
７に接着固定した後に、各電極をボンディングワイヤ２
１０で接続し、金属製のステム２１２とキャップ２１３
を溶接により封止した。２０８、２０９は、２０７に実
装したインピーダンス変換用の電界効果トランジスタお
よび抵抗である。

【００３３】本発明では、研磨して薄層化した成膜基板
が振動板として機能している。したがって、圧電体薄膜
と振動板を接着する必要がないために、感度バラツキを
低減できるため、信頼性向上の点で有効である。

【００３４】また、本発明では、圧電体薄膜の分極軸が
成膜基板面に対して垂直に配向しているために、分極処
理を行うことなく高い圧電特性が期待できるために、検
出器の高感度化の点で有効である。

【００３５】さらに、本発明では、成膜基板を検出器基
板に接合した後に切断することにより、小型の圧電体検
出構造体を、効率よく一括して作製できるために、プロ
セスの効率化および検出器の低コスト化の点で有効であ
る。

【００３６】（実施例３）図５に、本発明の一実施例の
圧電検出器を、図６に、その作製プロセスの断面図を示
す。

【００３７】成膜基板３０１として（１００）ＭｇＯ単
結晶基板（厚さ３００μm、１５mm□）を、検出器基板
３０２である６インチ（１００）Ｓｉ単結晶ウエハーに
直接接合により貼り合わせた。なお、３０２としてガラ
ス基板を用いても直接接合は可能である。そして、成膜
基板の厚さが１０〜２０μｍ程度になるように研磨した
（図６（ａ））。成膜基板３０１の厚さを薄くするため
には、研磨以外に、エッチングによるプロセスも可能で
ある。

【００３８】次に、成膜基板３０１上に下部電極膜３０
３としてＰｔ薄膜を作製した。作製条件は、高周波マグ
ネトロンスパッタ法により、基板温度が６００℃、スパ
ッタガスはＡｒ（９５％）と酸素（５％）の混合ガス
で、ガス圧は０.５Ｐａ、高周波投入パワー密度は２.５
Ｗ／ｃｍ²（１３.５６ＭＨｚ）であり、成膜時間は１時
間であった。膜の厚さは０.１５μｍであった。次に、
下部電極膜３０３を、スパッタエッチングによりパター
ニングし、エッチングホール３０４を形成した（図６
（ｂ））。Ｐｔ薄膜のエッチング条件は、真空度０.０
６Torr、Ａｒガス流量１０sccm、プラズマパワー１７０
Wの条件で、１５分を要した。そして、圧電体薄膜３０
５および上部電極膜３０６を作製した。圧電体薄膜３０
５として表１に示した材料を、明示した成膜条件により
作製した。表１の条件で成膜することにより、すべての
誘電体は、分極軸が基板面に対して垂直方向に優先配向
したｃ軸配向単結晶膜を（１００）ＭｇＯ単結晶基板上
で得た。次に、上部電極３０６を、下部電極膜３０３と
同条件でスパッタエッチングによりパターニングした。
続いて、圧電体薄膜３０５を、表２に示したプロセス条
件でパターニングを行った（図６（ｂ））。さらに、振
動板膜３０７を上部電極膜３０６の上に形成した（図６
（ｃ））。３０７としては、ＮｉＣｒ薄膜を高周波マグ
ネトロンスパッタ法により、作製した。膜厚は圧電体薄
膜３０５と同じ厚みとした。成膜条件は、基板温度が２
００℃、スパッタガスはＡｒガスで、ガス圧は０.８Ｐ
ａ、高周波投入パワー密度は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３.５
６ＭＨｚ）である。なお、振動板膜３０７は、Ｐｔ，Ｃ
ｒ，Ａｌなどのヤング率の高い金属材料が適している
が、ＳｉＯ２や樹脂膜あるいは、フォトレジストのよう
な絶縁物でも問題はない。また、振動板膜と電極膜が同
じ材料でも問題はない。

【００３９】続いて、圧電体薄膜３０５の下部に位置す
る成膜基板部分を、下部電極膜に設けたエッチングホー
ル３０４を介して、ケミカルエッチングにより除去した
（図６（ｄ））。ＭｇＯ単結晶基板のエッチング除去
は、８０℃の熱リン酸水溶液（２０ｗｔ％）により行っ
た。次に、図６（ｅ）の線分α−α’、β−β’、γ−
γ’、δ−δ’、ε−ε’で切断することにより、片持
ち梁構造の検出部構造体を、一括して作製した（図６
（ｆ））。最後に、検出器基板３０２を回路基板３０９
に接着固定した後に、各電極をボンディングワイヤ３１
２で接続し、金属製のステム３１４とキャップ３１５を
溶接により封止した（図６（ｇ））。３１０、３１１
は、３０９に実装したインピーダンス変換用の電界効果
トランジスタおよび抵抗である。

【００４０】なお、成膜基板３０１としてＭｇＯ基板を
例示したが、ステンレス金属基板やＳｉ単結晶基板をは
じめ、エッチング可能な基板であれば他の基板も本発明
において有効であることは明らかである。

【００４１】本発明では、検出部の梁構造が、圧電体薄
膜、上下電極膜および振動板膜のみから構成されてい
る。従って、梁構造部全体の厚さが小さいため、梁構造
部のバネ定数の低減化が図れる。従って、小さな振動や
加速度でも、高感度で検出できる点で効果的である。

【００４２】また、本発明では、振動板膜を直接圧電体
薄膜上に形成している。従って、圧電体薄膜と振動板を
接着する必要がないために、感度バラツキを低減できる
ため、信頼性向上の点で有効である。

【００４３】さらに、本発明では、圧電体薄膜の分極軸
が成膜基板面に対して垂直に配向しているために、分極
処理を行うことなく高い圧電特性が期待できるために、
検出器の高感度化の点で有効である。

【００４４】さらにまた、本実施例で例示したＭｇＯ単
結晶基板等は、大面積化が困難であり、３０mm□程度が
限度である。本発明では、成膜基板を検出器基板に貼り
合わせた後に圧電体薄膜を形成している。従って、検出
基板を大面積化することにより、圧電体薄膜形成の効率
化が図れるとともに、検出器の作製プロセスのスループ
ットの効率が向上するために、検出器の低コスト化の点
で有効である。

【００４５】また、本発明では、エッチングにより検出
器構造体を形成している。従って、小型集積化が可能で
あり、複数の梁構造を並列あるいは２次元に配置した検
出器を作成することも可能である。

【００４６】なお、実施例１〜３では、表１に明示した
圧電材料を用いたが、本発明が他の圧電体薄膜材料につ
いても有効であることは明らかである。また、実施例１
および３では、成膜基板として（１００）ＭｇＯ単結晶
基板を、実施例２においては（１００）Ｓｉ単結晶基板
を用いたが、成膜基板材料がこれらに限定されないこと
は明らかである。

【００４７】（実施例４）図７に、本発明の一実施例の
圧電検出器を、図８に、その作製プロセスの断面図を示
す。

【００４８】成膜基板４０１として（１００）Ｓｉ単結
晶基板（厚さ４００μm）を用いた。そして、成膜基板
４０１上に下部電極膜４０２として、Ｐｔ薄膜を実施例
２と同条件で作製した。膜の厚さは０.１５μｍであっ
た。次に、４０２を、スパッタエッチングによりパター
ニングして、エッチングホール４０３を作製した（図８
（ａ））。エッチング条件は実施例２と同様である。続
いて、圧電体薄膜４０４、および上部電極膜４０５を作
製した。圧電体薄膜４０４として、菱面体結晶構造を持
つ組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を、実施例２
と同条件で作製した。これにより、分極軸が基板面に対
して垂直方向に優先配向した（１１１）面配向ＰＺＴ膜
を（１００）Ｓｉ単結晶基板上で得た。なお、Ｓｉ単結
晶基板の結晶面の方位に関わらず、（１１１）面配向Ｐ
ＺＴ膜を得た。上部電極膜４０５は、４０２と同条件で
作製した。４０５を４０２と同条件でスパッタエッチン
グによりパターニングした後、４０４を、表２に示した
正方晶ＰＺＴのプロセスと同一条件でパターニングを行
った（図８（ａ））。

【００４９】さらに、振動板膜４０６を上部電極膜４０
５の上に形成した（図８（ｂ））。４０６として、Ｎｉ
Ｃｒ薄膜を、高周波マグネトロンスパッタ法により作製
した。膜厚は圧電体薄膜４０４と同じ厚みとした。成膜
条件は、基板温度が２００℃、スパッタガスはＡｒガス
で、ガス圧は０.８Ｐａ、高周波投入パワー密度は２.５
Ｗ／ｃｍ²（１３.５６ＭＨｚ）である。なお、振動板膜
４０６は、Ｐｔ，Ｃｒ，Ａｌなどのヤング率の高い金属
材料が適しているが、ＳｉＯ２や樹脂膜あるいは、フォ
トレジストのような絶縁物でも問題はない。また、振動
板膜と電極膜が同じ材料でも問題はない。

【００５０】続いて、圧電体薄膜４０４の下部に位置す
る成膜基板部分を、下部電極膜に設けたエッチングホー
ル４０３を介して、ケミカルエッチングにより除去した
（図８（ｃ））。Ｓｉ単結晶基板のエッチング除去は、
フッ酸、硝酸、および酢酸の混合溶液により行った。次
に、図８（ｄ）の線分α−α’、β−β’、γ−γ’、
δ−δ’、ε−ε’で切断することにより、片持ち梁構
造の検出部構造体を、一括して作製した（図８
（ｅ））。最後に、成膜基板４０１を回路基板４０８に
接着固定した後に、各電極をボンディングワイヤ４１１
で接続し、金属製のステム４１３とキャップ４１４を溶
接により封止した（図８（ｆ））。４０９、４１０は、
４０８に実装したインピーダンス変換用の電界効果トラ
ンジスタおよび抵抗である。

【００５１】なお、成膜基板４０１としてＳｉ基板を例
示したが、４０１としてＭｇＯ基板を用いれば、実施例
３と同様のプロセスで実施例４に示した構造の圧電検出
器が作成可能である。さらに、ステンレス金属基板をは
じめ、エッチング可能な基板であれば他の成膜基板も本
発明において有効であることは明らかである。

【００５２】本発明では、検出部の梁構造が、圧電体薄
膜、上下電極膜および振動板膜のみから構成されてい
る。従って、梁構造部全体の厚さが小さいため、梁構造
部のバネ定数の低減化が図れる。従って、小さな振動や
加速度でも、高感度で検出できる点で効果的である。

【００５３】また、本発明では、振動板膜を直接圧電体
薄膜上に形成している。従って、圧電体薄膜と振動板を
接着する必要がないために、感度バラツキを低減できる
ため、信頼性向上の点で有効である。

【００５４】さらに、本発明では、圧電体薄膜の分極軸
が成膜基板面に対して垂直に配向しているために、分極
処理を行うことなく高い圧電特性が期待できるために、
検出器の高感度化の点で有効である。

【００５５】また、本発明では、エッチングにより検出
器構造体を形成している。従って、小型集積化が可能で
あり、複数の梁構造を並列あるいは２次元に配置した検
出器を作成することも可能である。

【００５６】なお、実施例１〜４では、表１に明示した
圧電材料を用いたが、本発明が他の圧電体薄膜材料につ
いても有効であることは明らかである。また、実施例１
および３では、成膜基板として（１００）ＭｇＯ単結晶
基板を、実施例２および４においては（１００）Ｓｉ単
結晶基板を用いたが、成膜基板材料がこれらに限定され
ないことは明らかである。

【００５７】また、実施例１〜４では、インピーダンス
変換のための電界効果トランジスタおよび抵抗を、検出
器と同じキャップ内に配置した。しかし、電界効果トラ
ンジスタおよび抵抗を、封止用キャップの外に配置する
ことも、本発明において有効であることは明らかであ
る。さらに、圧電体検出部の容量によっては、電界効果
トランジスタを省くことも可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明は、圧電体が薄膜材
料であるために微細加工が可能であり、微小かつ多様な
形状の検出器を容易に形成できる点や、検出器全体の小
型化を図れる点、検出器の集積化が可能となる点で有効
である。

【００５９】また本発明では、振動板膜は成膜基板、あ
るいは圧電体薄膜上に直接作製された膜材料である。従
って、作製プロセスにおいて、振動板と圧電体薄膜の接
着工程が不要であり、接着工程による感度バラツキが低
減でき、信頼性向上の点で有効である。

【００６０】さらに、大きな基板が得られない単結晶基
板材料においても、成膜基板を検出器基板に固定した後
に成膜する作製方法により、成膜基板の大面積化が可能
である。従って、素子の作製プロセスのスループットの
効率化の点で有効であり、検出器の低コスト化の点でも
有効である。

【００６１】さらにまた、圧電体薄膜と電極膜と振動板
薄膜からのみ構成される梁構造の検出器は、梁構造のバ
ネ定数が小さく、高感度で微小な振動を検出できる点で
有効である。

【００６２】また、圧電体薄膜は、その結晶構造の配向
性を制御することが可能であり、分極軸を成膜基板面に
対して垂直に配向させることが可能である。従って、効
果的に発生電荷を検出することが可能である。さらに、
スパッタリング法をはじめとする成膜方法により、分極
処理することなく、自発分極が一方向に揃った圧電体薄
膜を作成することが可能であり、分極処理を行う必要が
ない。従って、均一な圧電特性を持つ薄膜材料を作成で
きる点で有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）実施例１の圧電検出器の断面図（ｂ）実施例１の圧電検出器の検出部構造体の平面図

【図２】実施例１の圧電検出器の作製プロセスの断面図

【図３】（ａ）実施例２の圧電検出器の断面図（ｂ）実施例２の圧電検出器の検出部構造体の平面図

【図４】実施例２の圧電検出器の作製プロセスの断面図

【図５】（ａ）実施例３の圧電検出器の断面図（ｂ）実施例３の圧電検出器の検出部構造体の平面図

【図６】実施例３の圧電検出器の作製プロセスの断面図

【図７】（ａ）実施例４の圧電検出器の断面図（ｂ）実施例４の圧電検出器の検出部構造体の平面図

【図８】実施例４の圧電検出器の作製プロセスの断面図

【符号の説明】

１０１成膜基板１０２下部電極膜１０３圧電体薄膜１０４上部電極膜１０５検出器基板１０６凹型形状部１０７外部電極引き出しホール１０８検出器電極１０９ボンディングワイヤ１１０電界効果トランジスタ１１１抵抗１１２封止用キャップ２０１成膜基板２０２下部電極膜２０３圧電体薄膜２０４上部電極膜２０５検出器基板２０６凹型形状部２０７回路基板２０８電界効果トランジスタ２０９抵抗２１０ボンディングワイヤ２１１回路基板電極２１２ステム２１３封止用キャップ３０１成膜基板３０２検出器基板３０３下部電極膜３０４エッチングホール３０５圧電体薄膜３０６上部電極膜３０７振動板膜３０８凹型形状部３０９回路基板３１０電界効果トランジスタ３１１抵抗３１２ボンディングワイヤ３１３回路基板電極３１４ステム３１５封止用キャップ４０１成膜基板４０２下部電極膜４０３エッチングホール４０４圧電体薄膜４０５上部電極膜４０６振動板膜４０７凹型形状部４０８回路基板４０９電界効果トランジスタ４１０抵抗４１１ボンディングワイヤ４１２回路基板電極４１３ステム４１４封止用キャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高山良一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者多鹿博文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西原和成大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹型形状部を設けた検出器基板におい
て、前記凹型形状部上に、成膜基板、下部電極膜、圧電
体薄膜、及び上部電極膜を設け、前記成膜基板はその端
部が前記検出器基板に固定した片持ち梁、あるいは両端
を固定した両端固定梁を有することを特徴とする圧電検
出器。
【請求項２】成膜基板を貼り合わせた検出器基板にお
いて、前記成膜基板に設けた凹型形状部上に、下部電極
膜、圧電体薄膜、上部電極膜、および振動板膜を設け、
前記圧電体薄膜はその端部を成膜基板に固定した片持ち
梁、あるいは両端を固定した両端固定梁を有することを
特徴とする圧電検出器。
【請求項３】成膜基板に設けた凹型形状部上に、下部
電極膜、圧電体薄膜、上部電極膜、および振動板膜を設
け、前記圧電体薄膜はその端部を成膜基板に固定した片
持ち梁、あるいは両端を固定した両端固定梁を有するこ
とを特徴とする圧電検出器。
【請求項４】成膜基板上に下部電極膜を形成する工
程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程、前
記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程、前記成膜
基板を切断する工程、前記切断した成膜基板を検出器基
板上に固定し検出器基板に設けた凹型形状部上に片持ち
梁あるいは両端固定梁を形成する工程、検出器基板を切
断し検出部構造体を作製する工程を有することを特徴と
する圧電検出器の製造方法。
【請求項５】成膜基板上に下部電極膜を形成する工
程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程、前
記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程、前記成膜
基板を検出器基板上に固定し、検出器基板に設けた凹型
形状部上に圧電体薄膜を配置させる工程、前記成膜基板
および検出器基板を切断し検出部構造体を作製する工程
を有することを特徴とする圧電検出器の製造方法。
【請求項６】検出器基板上に成膜基板を貼り合わせる
工程、前記検出器基板に貼り合わせた成膜基板上に下部
電極膜を形成する工程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜
を形成する工程、前記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成
する工程、前記上部電極膜上に振動板膜を形成する工
程、圧電体薄膜を形成した表側から前記下部電極膜に設
けたエッチングホールを介して圧電体薄膜の下に位置す
る成膜基板部分ををエッチング除去し凹型形状部を形成
する工程、成膜基板および検出器基板を切断して検出部
構造体を作製する工程を有することを特徴とする圧電検
出器の製造方法。
【請求項７】成膜基板上に下部電極膜を形成する工
程、前記下部電極膜上に圧電体薄膜を形成する工程、前
記圧電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程、前記上部
電極膜上に振動板膜を形成する工程、圧電体薄膜を形成
した表側から前記下部電極膜に設けたエッチングホール
を介して圧電体薄膜の下に位置する成膜基板部分ををエ
ッチング除去し凹型形状部を形成する工程、成膜基板を
切断して検出部構造体を作製する工程を有することを特
徴とする圧電検出器の製造方法。
【請求項８】圧電体薄膜の分極軸が、成膜基板面に対
して垂直に配向していることを特徴とする請求項１、２
または３に記載の圧電検出器。