(57)【要約】  大きな衝撃が加わった場合でも、可撓部と重錘との境界領域及び可撓部と支持部との境界領域に亀裂が入ることを抑制する傾斜面部を設けても、感度がバラつかないセンサ素子及びセンサ素子の製造方法を提供する。可撓部の厚み寸法は、１０μｍ以下とする。重錘の主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、傾斜内壁面部を、可撓面と連続する一端と、主内壁面部を含み且つ交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなるように形成する。傾斜外壁面部を、可撓面と連続する一端と、主外壁面部を含み且つ主内壁面部に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が、０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなるように形成する。
2012063818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面上に電極が形成されるＳｉを主成分とする基板に他方の面側からエッチング処理を施して形成された、可撓性を有する可撓部、前記可撓部と連続して前記可撓部を支持する環状の支持部及び前記可撓部と連続して前記可撓部の中央部に位置する重錘を備え、
前記支持部の内壁面は前記他方の面側に位置する前記可撓部の可撓面が延びる方向と交差する交差方向に延びる主内壁面部及び前記主内壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記重錘に近づくように傾斜する傾斜内壁面部を有しており、
前記重錘の外壁面は前記主内壁面部に沿って延びる主外壁面部及び前記主外壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記支持部に近づくように傾斜する傾斜外壁面部を有しており、
前記可撓部の厚み寸法は、１０μｍ以下であり、
前記重錘の前記主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、前記傾斜内壁面部は、前記可撓面と連続する一端と、前記主内壁面部を含み且つ前記交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなるように形成されており、
前記傾斜外壁面部は、前記可撓面と連続する一端と、前記主外壁面部を含み且つ前記主内壁面部に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が、０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなるように形成されていることを特徴とするセンサ素子本体を備えてなるセンサ素子。
【請求項２】
前記傾斜内壁面部は、環状で且つ前記主内壁面部及び前記可撓面との間に角部が現れないようにして前記重錘から離れ方向に向かって凸となるように湾曲しており、
前記傾斜外壁面部は、環状で且つ前記主外壁面部及び前記可撓面との間に角部が現れないようにして前記重錘に向かう方向に向かって凸となるように湾曲している請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記主内壁面部及び前記主外壁面部は、それぞれ円筒面を呈している請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記基板がＳＯＩ基板であり、前記エッチング処理がドライエッチング処理である請求項１，２または３に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記電極上にセンサ膜が形成されており、
前記センサ膜上の前記可撓部に対向する領域に複数の駆動用電極と複数の検出用電極が形成されている請求項１，２または３に記載のセンサ素子。
【請求項６】
Ｓｉを主成分とする基板の一方の面上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上に所定のセンサ膜パターンを有するセンサ膜を形成する工程と、
前記センサ膜パターンの上に前記下部電極と対向する所定のパターンの上部電極を形成する工程と、
前記基板の前記他方の面側からエッチング処理を施して、可撓性を有する可撓部、前記可撓部と連続して前記可撓部を支持する環状の支持部及び可撓部と連続して可撓部の中央部に位置する重錘を同時に形成するエッチング工程と実施し、
前記エッチング工程では、
厚み寸法が１０μｍ以下である前記可撓部が形成され、
前記支持部の内壁面が、前記可撓部の前記他方の面側に位置する可撓面が延びる方向と交差する交差方向に延びる主内壁面部及び前記主内壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記重錘に近づくように傾斜する傾斜内壁面部を有し、しかも前記重錘の前記主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、前記傾斜内壁面部の前記可撓面と連続する一端と、前記主内壁面部を含み且つ前記交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなり、
前記重錘の外壁面が前記交差方向に延びる主外壁面部及び前記主外壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記支持部に近づくように傾斜する傾斜外壁面部を有し、しかも前記傾斜外壁面部の前記可撓面と連続する一端と前記主外壁面部を含み且つ前記主内壁面に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなった状態において、前記エッチング処理を終了することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
【請求項７】
ＳＯＩ基板の一方の面上に下部電極を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の他方の面側から前記ＳＯＩ基板を加熱した状態で、前記下部電極の上にＰＺＴ膜を形成する工程と、
前記ＰＺＴ膜にエッチング処理を施して所定のＰＺＴ膜パターンを形成する工程と、
前記ＰＺＴ膜パターンの上に下部電極と対向する所定のパターンの上部電極を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記他方の面に研磨加工を施して、前記他方の面をミラー化すると共に、前記ＳＯＩ基板の厚みを前記ＰＺＴ膜パターンの特性を有効に発揮させる所定の厚みまで薄くする工程と、
前記ＳＯＩ基板の他方の面側からエッチング処理を施して、可撓性を有する可撓部、前記可撓部と連続して前記可撓部を支持する環状の支持部及び可撓部と連続して可撓部の中央部に位置する重錘を同時に形成するエッチング工程とを実施し、
前記エッチング工程では、
厚み寸法が１０μｍ以下である前記可撓部が形成され、
前記支持部の内壁面が、前記可撓部の前記他方の面側に位置する可撓面が延びる方向と交差する交差方向に延びる主内壁面部及び前記主内壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記重錘に近づくように傾斜する傾斜内壁面部を有し、しかも前記重錘の前記主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、前記傾斜内壁面部の前記可撓面と連続する一端と、前記主内壁面部を含み且つ前記交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなり、
前記重錘の外壁面が前記交差方向に延びる主外壁面部及び前記主外壁面部と連続し前記可撓面に近づくに従って前記支持部に近づくように傾斜する傾斜外壁面部を有し、しかも前記傾斜外壁面部の前記可撓面と連続する一端と前記主外壁面部を含み且つ前記主内壁面に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなった状態において、前記エッチング処理を終了することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＳＯＩ基板の加熱の温度が５００〜８００℃であり、
前記ＳＯＩ基板の厚み寸法が５５０〜７５０μｍであることを特徴とする請求項７に記載のセンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサ（ジャイロ）や加速度センサ等に用いることができるセンサ素子及びセンサ素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−１９０９３１号公報（特許文献１）には、重錘と、台座（支持部）と、重錘と台座とを接続するダイヤフラム（可撓部）とからなるセンサ素子本体及びダイヤフラム（可撓部）上に設けられたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜からなる圧電素子を備えた圧電型のセンサ素子（加速度センサ・角速度センサ）が示されている。この公報に記載のセンサ素子では、台座に対する重錘の変位をダイヤフラム上に設けられた圧電素子に生じた電圧に基づいて、加速度・角速度を検出する。従来のセンサ素子の製造方法では、シリコン基板の一方の面側から酸化膜に到達するまで深掘りエッチングすることにより、支持部と重錘とを形成している。【０００３】
特開２０００−２３５０４１号公報（特許文献２）には、重錘の外壁面及び台座の内壁面の金属板（ダイヤフラム）と接合される部分が金属板に向かうに従って先太りとなるように、重錘の外壁面及び台座の内壁面の金属板と接合される部分に曲面処理部（傾斜面部）を設けた圧電型加速度センサが開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９０９３１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３５０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のエッチングにより形成された従来のセンサ素子は、支持部の内周面及び重錘の外周面と、可撓部とがほぼ直交するように形成されている。そのため特許文献１に記載のセンサ素子の構造では、センサ素子に加わる衝撃が大きくなると、重錘と可撓部との境界領域及び可撓部と支持部との境界領域に亀裂が入ることがある。【０００６】
特許文献２に記載の曲面処理部を設けたセンサ素子では、重錘と金属板との接合領域及び金属板と支持部との接合領域に亀裂または剥離が入ることをある程度防止できる。しかしながら、亀裂または剥離が入ることを防止するために設けた曲面処理部が台座に対する重錘の変位を阻害してしまうことがある。そのため、特許文献２に記載のセンサ素子では、センサ素子ごとの感度にバラつきが生じることがある。【０００７】
本発明の目的は、大きな衝撃が加わった場合でも、可撓部と重錘との境界領域及び可撓部と支持部との境界領域に亀裂が入ることを抑制する傾斜面部を設けても、感度がバラつかないセンサ素子及び素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、従来のセンサ素子において感度のバラツキが生じる原因が、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部を大きくし過ぎると、可撓部の可撓性が低くなることに起因することを見出した。すなわち従来のセンサ素子では、可撓部の厚みに応じて傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部の大きさも大きくなっている。そこで、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部の長さは、重錘の主外壁面部の最大直径の長さに対して一定範囲の割合とすることが好ましい。【０００９】
本願発明者は、この発見に基づいて、本発明を発明した。本発明は、一方の面上に電極が形成されるＳｉを主成分とする基板の他方の面側に、可撓性を有する可撓部、環状の支持部及び重錘を備えたセンサ素子を改良の対象とする。可撓部、支持部及び重錘は、基板に他方の面側（電極が形成された面と反対の面側）からエッチング処理を施すことにより形成することができる。環状の支持部は、可撓部と連続して可撓部を支持するように形成される。重錘は、可撓部と連続して可撓部の中央部に位置するように形成される。支持部の内壁面は、主内壁面部及び傾斜内壁面部を有している。主内壁面部は、基板の他方の面側に位置する可撓部の可撓面が延びる方向と交差する交差方向に延びている。傾斜内壁面部は、主内壁面部と連続しており、可撓面に近づくに従って重錘に近づくように傾斜している。また重錘の外壁面は、主外壁面部及び傾斜外壁面部を有している。主外壁面部は、支持部の内壁面の主内壁面部に沿って延びる。傾斜外壁面部は、主外壁面部と連続しており、基板の他方の面側に位置する可撓部の可撓面に近づくに従って支持部に近づくように傾斜する。本発明のセンサ素子では、可撓部の厚み寸法が１０μｍ以下である。そして、重錘の主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、傾斜内壁面部は、可撓面と連続する一端と、主内壁面部を含み且つ交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなるように形成されている。さらに傾斜外壁面部は、可撓面と連続する一端と、主外壁面部を含み且つ主内壁面部に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が、０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなるように形成されている。このような数値範囲に入るように各部の寸法を規定すると、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部が存在している部分を、主内壁面部及び主外壁面部が存在している部分よりも肉厚にしてセンサ素子の強度を確保することができ、しかも可撓部に必要な可撓性を確保することができる。そのため、感度を大幅に低下させることなく、壊れにくいセンサ素子を得ることができる。【００１０】
傾斜内壁面部と可撓面との間及び主内壁面部と可撓面との間並びに傾斜外壁面部と可撓面との間及び主外壁面部と可撓面との間に角部が存在すると、角部に大きな応力が集中して、角部からセンサ素子に亀裂が入る原因となりうる。傾斜内壁面部は、環状で且つ主内壁面部及び可撓面との間に角部が現れないようにして重錘から離れる方向に向かって凸となるように湾曲しているのが好ましく、また傾斜外壁面部は環状で且つ主外壁面部及び可撓面との間に角部が現れないようにして重錘に向かう方向に向かって凸となるように湾曲して形成されているのが好ましい。このような状況を可能にするためには、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部は、主内壁面部及び主外壁面部が接平面となるような湾曲面によって形成されているのが好ましい。角部が存在しなければ、角部から亀裂が入る可能性が無くなるので、さらに耐衝撃性を高めることができる。【００１１】
主内壁面部及び主外壁面部は、それぞれ円筒面を呈していることが好ましい。本願明細書において、円筒面とは、直径が一定の円筒面だけを含むものではなく、エッチング処理により形成される直径寸法が僅かに変化する円筒面に近似した形状を含むものである。このように構成すると、主内壁面部、主外壁面部、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部は、面の途中に角部を有してない連続性のある面から構成できるので、応力が集中する箇所を減らすことができる。そのため、センサ素子の強度をさらに高めることができる。【００１２】
基板はＳＯＩ基板であり、エッチング処理がドライエッチング処理であることが好ましい。本明細書において、「ＳＯＩ基板」とは、Ｓｉ層内にＳｉＯ２層が挿入された構造を有する基板である。このように構成すると、可撓部、支持部及び重錘を所望の形状に形成することが容易となる。【００１３】
具体的なセンサ素子としては、電極上にセンサ膜を形成し、このセンサ膜上の可撓部に対向する領域に複数の駆動用電極と複数の検出用電極を形成する。このように構成すると、傾斜内壁面部及び傾斜外壁面部と連続する可撓部に駆動用電極及び検出用電極が支持される構造となるので、センサ素子の出力のバラつきが更に少なくなる。【００１４】
本発明のセンサ素子の製造方法では、Ｓｉを主成分とする基板の一方の面上に下部電極を形成する。次に下部電極の上に所定のセンサ膜パターンを有するセンサ膜を形成し、センサ膜パターンの上に下部電極と対向する所定のパターンの上部電極を形成する。そして、基板の他方の面からエッチング処理を施して、可撓性を有する可撓部、可撓部と連続して可撓部を支持する環状の支持部及び可撓部と連続して可撓部の中央部に位置する重錘を同時に形成するエッチング工程を実施する。エッチング工程では、厚み寸法が１０μｍ以下である可撓部を形成する。同時に、支持部の内壁面が、可撓部の他方の面側に位置する可撓面が延びる方向と交差する交差方向に延びる主内壁面部及び前記主内壁面部と連続し可撓面に近づくに従って重錘に近づくように傾斜する傾斜内壁面部を有し、しかも重錘の主外壁面部の最大直径をＲとしたときに、傾斜内壁面部の可撓面と連続する一端と、主内壁面部を含み且つ交差方向に延びる第１の仮想筒状面との間の最短距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなり、重錘の外壁面が交差方向に延びる主外壁面部及び主外壁面部と連続し可撓面に近づくに従って支持部に近づくように傾斜する傾斜外壁面部を有し、しかも傾斜外壁面部の可撓面と連続する一端と主外壁面部を含み且つ主内壁面に沿って延びる第２の仮想筒状面との間の最短距離が０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなった状態において、エッチング処理を終了する。【００１５】
本発明の製造方法によれば、エッチング処理の制御だけで、センサ素子を製造することができる。したがって格別の設備を必要とすることく、既存の設備を用いて本発明のセンサ素子を簡単に製造することができる。【００１６】
なおこのようなエッチングの制御は、エッチングの所用時間とエッチング結果との関係を事前に試験により確認することにより、簡単に実施することができる。【００１７】
基板がＳＯＩ基板であり、エッチング処理がドライエッチング処理である場合には、センサ膜をＰＺＴ膜とすることができる。本明細書では、「ＰＺＴ膜」とは、チタン酸ジルコン酸鉛の膜であり、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の混晶からなる膜である。具体的には、ＳＯＩ基板の一方の面上に下部電極を形成し、ＳＯＩ基板の他方の面側からＳＯＩ基板を加熱した状態で、下部電極の上にＰＺＴ膜を形成し、このＰＺＴ膜にエッチング処理を施して所定のＰＺＴ膜パターンを形成する。そして、ＰＺＴ膜パターンの上に下部電極と対向する所定のパターンの上部電極を形成する。この場合には、ＳＯＩ基板の他方の面に研磨加工を施して、他方の面をミラー化すると共に、ＳＯＩ基板の厚みをＰＺＴ膜パターンの特性を有効に発揮させる所定の厚みまで薄くする。このようにすると、ＰＺＴ膜を形成した後、ＳＯＩ基板の他方の面に研磨加工を施してＳＯＩ基板を所望の厚みにすることができるので、当初に厚みの厚いＳＯＩ基板を用いても、所望の厚みのＳＯＩ基板を備えたセンサ素子を形成できる。そのため、感度が良好で、長寿命のセンサ素子を得ることができる。【００１８】
なお、ＳＯＩ基板の加熱の温度が５００〜８００℃であり、ＳＯＩ基板の厚み寸法が５５０〜７５０μｍであることが好ましい。このような条件とすると、良質でほぼ均質なＰＺＴの結晶を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態のセンサ素子（圧電型角速度センサ）の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の一実施の形態におけるセンサ素子の検出部の製造方法の態様を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施の形態におけるセンサ素子の製造方法の態様を示す図である。
【図５】本発明によるセンサ素子の一例を顕微鏡で撮影した写真である。
【図６】図５に示したセンサ素子の傾斜内壁面部をＳＥＭで撮影した写真である。
【図７】重錘の傾斜内壁面部の寸法と、重錘が破壊される加重との関係の実験結果の一例を示す図である。
【図８】重錘の傾斜内壁面部の寸法と、センサ素子の感度の変化率との関係の実験結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態としてのＰＺＴ膜を備えたセンサ素子（圧電型角速度センサ）１の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２に示すように、本実施の形態の角速度センサ１は、上面から見たときに１辺が１．７ｍｍの大きさを有する正方形形状を有しており、センサ素子本体３とセンサ素子本体３の一方の面側に設けられた検出部５とを有している。センサ素子本体３には、可撓部７と、環状の支持部９と、円柱状の重錘１１とがドライエッチング処理により形成されている。センサ素子本体３の厚み寸法Ｌ１は約４０５μｍである。可撓部７は、絶縁層１３と、Ｂｏｘ層１５と、活性層１７とから構成されている。絶縁層１３は、ＳｉＯ2からなる酸化膜の層であり、０．１μｍの厚み寸法を有している。Ｂｏｘ層１５は、ＳｉＯ2からなる酸化膜であり、絶縁層として機能する。Ｂｏｘ層１５の厚み寸法は、０．５μｍである。活性層１７は、Ｓｉから構成されており、５μｍの厚み寸法を有している。本実施の形態では、図２から明らかなように、絶縁層１３、Ｂｏｘ層１５及び活性層１７は、センサ素子本体３の全体にわたって設けられている。なお、図２は理解を容易にするため、検出部５及び可撓部７は、厚み寸法を誇張して描いている。可撓部７の外周部は、可撓部７と連続する環状の支持部９により支持されており、可撓部７の中央部には、可撓部７と連続する重錘１１が設けられている。従って可撓部７は、支持部９と重錘１１との間に位置しており、支持部９と重錘１１との間にドーナツ状の可撓面７ａを露出させている。可撓面７ａは、図２に示すＤ１の方向に延びている。
【００２１】
支持部９は後に詳細に説明するように、ＳＯＩ基板のＳｉ層２０をドライエッチングにより加工することにより、環状に構成されている。本発明では、環状に形成された支持部９の内壁面２１は、主内壁面部２１ａ及び傾斜内壁面部２１ｂを有している。主内壁面部２１ａは、可撓面７ａが延びる方向Ｄ１と交差するＤ２の交差方向に延びている。本実施の形態では、可撓面７ａが延びる方向Ｄ１と、主内壁面部２１ａが延びる方向Ｄ２とはほぼ直交しており、主内壁面部２１ａは円筒形を呈している。傾斜内壁面部２１ｂは、主内壁面部２１ａと連続しており、可撓面７ａに近づくに従って重錘１１に近づくように傾斜する。本実施の形態では、傾斜内壁面部２１ｂは、環状で且つ内側に向かって収束するように湾曲する形状を呈している。言い換えると、傾斜内壁面部２１ｂは、環状で且つ主内壁面部２１ａ及び可撓面７ａとの間に角部が現れないようにして重錘１１から離れ方向に向かって凸となるように湾曲している。本実施の形態においては、傾斜内壁面部２１ｂの可撓面７ａと連続する一端２２と主内壁面部２１ｂを含み交差方向Ｄ２に延びる第１の仮想筒状面ＩＳ１との間の距離を４０μｍとしてある。図２に示すように、傾斜内壁面部２１ｂは、環状で且つ可撓面７ａとも連続し、主内壁面部２１ａ及び可撓面７ａとの間に角部が現れなようにして重錘１１に向かう方向に向かって凸となるように湾曲している。
【００２２】
ＳＯＩ基板のＳｉ層をエッチングすることにより形成された重錘１１の外壁面２３は、主外壁面部２３ａ及び傾斜外壁面部２３ｂを有している。本実施の形態では、主外壁面部２３ａの半径Ｂは、約２５０μｍ、即ち直径は約５００μｍとなっている。主外壁面部２３ａは、支持部９の主内壁面部２１ａに沿って延びている。また、主外壁面部２３ａは、可撓面７ａが延びる方向Ｄ１と交差する交差方向Ｄ２に延びている。本実施の形態では、可撓面７ａが延びる方向Ｄ１と、主外壁面部２３ａが延びる方向Ｄ２とはほぼ直交している。そのため、主外壁面部２３ａは円筒形を呈しており、重錘１１は円柱状に形成されている。重錘１１の長さは、約４６０μｍである。傾斜外壁面部２３ｂは、主外壁面部２３ａと連続しており、可撓面７ａに近づくに従って支持部９に近づくように傾斜している。本実施の形態では、傾斜外壁面部２３ｂは、環状で且つ外側に向かって広がるように湾曲する形状を呈している。本実施の形態の傾斜外壁面部２３ｂも、図２に示すように、可撓面７ａとも連続し、主外壁面部２３ａ及び可撓面７ａとの間に角部が現れない形状になっている。本実施の形態においては、傾斜外壁面部２３ｂの可撓面７ａと連続する一端２４と主外壁面部２３ａを含み主内壁面部２１ａに沿って交差方向Ｄ２に延びる第２の仮想筒状面ＩＳ２との間の距離は２０μｍとなっている。
【００２３】
このように構成すると、傾斜内壁面部２１ｂ及び傾斜外壁面部２３ｂが存在している部分は、主内壁面部２１ａ及び主外壁面部２３ａが存在している部分よりも肉厚に形成されることになる。そのためセンサ素子に衝撃が加わった場合における、傾斜内壁面部２１ｂ及び傾斜外壁面部２３ｂの耐衝撃性能は、向上する。
【００２４】
検出部５は、絶縁層１３の上に形成された下部電極Ｅ０と、下部電極Ｅ０の上に形成されたＰＺＴ膜パターン２５と、ＰＺＴ膜パターン２５の上に形成されて下部電極Ｅ０と対向する上部電極Ｅ１とから形成されている。ＰＺＴ膜パターン２５は、Ｐｂ１．３（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）ＯＸをターゲットとするスパッタにより形成されたＰＺＴからなり、３μｍの厚み寸法を有している。上部電極Ｅ１は、ＴｉとＡｕとの積層薄膜から構成されている。下部電極Ｅ０は、主として可撓部７上に形成されており、ＴｉとＰｔとの積層薄膜から構成されている。上部電極Ｅ１は、起電圧の変化により角速度を検出する複数の検出用電極Ｅ１１と、重錘１１を振動させるために用いる複数の駆動用電極Ｅ１２と、下部電極出力電極Ｅ１３とを含んでいる。下部電極出力電極Ｅ１３は、ＰＺＴ膜パターン２５を厚み方向に貫通する貫通孔２５ａ内に形成された貫通導電部２７によって下部電極Ｅ０と電気的に接続されており、下部電極Ｅ０の出力を取り出す役割を果たしている。
【００２５】
次に本例のセンサ素子（角速度センサ）１の製造方法について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、多数個取り用基板となるＳＯＩ基板３１を用意する。なお、図３は、便宜的に多数個取り用基板に含まれる１つのセンサ素子の断面を示している。ＳＯＩ基板３１は、Ｓｉ層２０′及びＳｉの活性層１７′の間にＳｉＯ２層１５′が挿入された構造を有している。Ｓｉの活性層１７′には、活性化処理がなされている。Ｓｉ層２０′の下面には酸化膜からなる絶縁層３３が形成されており、Ｓｉの活性層１７′の上にも酸化膜からなる絶縁層１３′が形成されている。本例で用いたＳＯＩ基板３１の厚み寸法Ｌ２は約６２５μｍである。厚み寸法Ｌ２は５５０〜７５０μｍが望ましい。
【００２６】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板３１の一方の面上（絶縁層１３′）の上に下部電極Ｅ０を形成する。下部電極Ｅ０は、ＳＯＩ基板３１の一方の面上に厚み２０ｎｍのＴｉ膜をスパッタにより形成してからＴｉ膜を酸化処理し、その上に厚み１００ｎｍのＰｔ膜をスパッタにより形成して構成する。
【００２７】
次に、図３（Ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板３１をヒータＨ上に載置して、ＳＯＩ基板３１の他方の面側からＳＯＩ層３１を約７００℃で加熱した状態で、下部電極Ｅ０上にＰＺＴ膜３７を形成する。具体的には、Ｐｂ１．３（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）ＯＸをターゲットとしてスパッタにより厚み３μｍのＰＺＴ膜３７を形成する。加熱温度は５００〜８００℃が望ましい。このＰＺＴ膜３７の形成工程は、ＳＯＩ基板３１の他方の面に研磨加工を施こさない状態（粗い状態）で行なう。
【００２８】
次に、ＰＺＴ膜３７の上にレジスト膜を形成した後、ウエットエッチング処理を施して、図３（Ｄ）に示すように、貫通孔２５ａを含む所定の形状のＰＺＴ膜パターン２５を形成する。
【００２９】
次に、図３（Ｅ）に示すように、上部電極材料層３９及び貫通導電部２７を形成する。貫通導電部２７は、下部電極Ｅ０とを接続するように、貫通孔２５ａ内に上部電極材料層３９と一緒に形成する。上部電極材料層３９及び貫通導電部２７は、ＰＺＴ膜パターン２５を含めて一方の面上に全面的に厚み２０ｎｍのＴｉ膜をスパッタにより形成してからＴｉ膜を酸化処理し、その上に厚み３００ｎｍのＡｕ膜をスパッタにより形成して構成する。
【００３０】
次に、上部電極材料層３９の上にフォトレジスト膜を形成し、所定パターンのレジスト膜が形成された上部電極材料層３９にイオンビームエッチングを施して、図３（Ｆ）に示すように、上部電極Ｅ１を形成する。その後、レジスト膜を除去する。上部電極Ｅ１のパターンは、複数の検出用電極Ｅ１１と複数の駆動用電極Ｅ１２と下部電極出力電極Ｅ１３とを含んでいる。下部電極出力電極Ｅ１３は、貫通導電部２７により下部電極Ｅ０と電気的に接続されている。図４は、上部電極Ｅ１を形成した後の多数個取り用基板の平面図である。図４に示すように、下部電極出力電極Ｅ１３と他の上部電極（Ｅ１１，Ｅ１２）とがＰＺＴ膜パターン２５上に形成された表面導電部４１により電気的に接続されている。このため、上部電極Ｅ１の形成後においては、下部電極Ｅ０と上部電極Ｅ１は、電気的に接続されている。
【００３１】
次に、ＳＯＩ基板３１の他方の面に研磨加工を施して、ＳＯＩ基板３１の厚みをＰＺＴ膜の特性を有効に発揮させる所定の厚み（図２のＬ１の寸法：４０５μｍ）まで薄くする。研磨されたＳＯＩ基板３１の他方の面（裏面）はミラー状態になっている。そして、ＳＯＩ基板３１の他方の面からエッチング処理を施して、図２に示すような重錘７、支持部９及び可撓部１１を形成してセンサ本体３を作る。具体的には、図３（Ｆ）に示すように、ＳＯＩ基板３１を上部電極Ｅ１側から静電チャックＣにより保持する。そしてフォトリソ技術によるドライエッチングにより、ＳＯＩ基板３１の他方の面（裏面）からエッチング処理を施こす。前述したように、下部電極Ｅ０と上部電極Ｅ１は、電気的に接続されているため、上部電極Ｅ１と下部電極Ｅ０とが同電位になった状態で、ＳＯＩ基板３１は、上部電極Ｅ１側から静電チャックＣにより保持されることになる。したがって静電チャックＣを利用しても、ＰＺＴ膜が帯電することはない。
【００３２】
次に図３の工程により製造されたセンサ素子をドライエッチングする方法について図４を用いて詳細に説明する。図４（Ａ）には、図３（Ｆ）に示すセンサ素子から絶縁層３３を取り除いた状態を示す図である。図４（Ａ）に示すＳＯＩ基板３１の他方の面（裏面）からドライエッチング処理を施していく。このドライエッチングは、異方性エッチングであるので、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、エッチングは基板３１の他方の面から垂直方向に進んでいく。従って、エッチングが進むことにより、支持部９の主内壁面部２１ａ及び重錘１１の主外壁面部２３ａが形成されていく。そして、図４（Ｄ）に示すように、所望の厚みの可撓部７が形成された後、支持部９の内壁面が傾斜内壁面部２１ｂを有し、重錘１１の外壁面が傾斜外壁面部２３ｂを有する状態において、ドライエッチング処理を終了する。具体的には、重錘１１の主外壁面部２３ａの最大直径をＲとしたときに、傾斜内壁面部２３ｂの可撓面７と連続する一端２２と主内壁面部２１ａを含み交差方向に延びる第１の仮想筒状面ＩＳ１との間の距離が０．０４Ｒ〜０．１６Ｒとなり、傾斜外壁面部２３ｂの可撓面７と連続する一端２４と主外壁面部２３ａを含み交差方向に延びる第２の仮想筒状面ＩＳ２との間の距離が０．０２Ｒ〜０．０８Ｒとなる状態においてドライエッチング処理を終了する。傾斜内壁面部２３ｂの可撓面７と連続する一端２２と主内壁面部２１ａを含み交差方向に延びる第１の仮想筒状面ＩＳ１との間の距離は、ローディング効果により、傾斜外壁面部２３ｂの可撓面７と連続する一端２４と主外壁面部２３ａを含み交差方向に延びる第２の仮想筒状面ＩＳ２との間の距離の２倍となる。なお、多数個取り用基板を分割する工程は、本発明の要旨とは関係ないので説明を省略する。
【００３３】
図５は、ドライエッチングにより支持部９と重錘１１とを試験的に形成したときに、基板を裏面側撮影した写真を拡大した写真であり、図６は図５に示したセンサ素子本体の傾斜内壁部２１ｂをＳＥＭで撮影した写真である。図６の写真から明かなように、本発明のセンサ素子では、傾斜内壁部２１ｂが存在することにより、支持部と可撓部との間に、裾引きしたような形状が現れている。
【００３４】
図７は、ＭＥＭＳセンサに本発明を適用した場合の、重錘の傾斜外壁部の寸法と、重錘が破壊される加重との関係の実験結果の一例を示している。図７に示す結果によれば、重錘の傾斜外壁部の寸法が大きくなると、破壊加重が比例的に大きくなっている。このように、傾斜外壁部が大きければ大きいほど、応力は分散されて１箇所に集中しなくなるので、センサ素子本体が破壊されることが少なくなる。
【００３５】
図８は、本実施の形態のセンサ素子本体において、傾斜外壁面部の寸法とセンサの感度との関係について実験を行った結果を示すグラフである。実験は、駆動電圧０．１Ｖｐｐ、として、インピーダンスアナライザを測定器として行った。図８に示すように、重錘部の直径５００μｍに対して、傾斜外壁面部の寸法が１０μｍ〜４０μｍである場合、即ち重錘部の直径をＲとした場合に、傾斜外壁面部の寸法が、それぞれ０．０２Ｒ〜０．０８Ｒである場合には、感度変化率がほぼ５％以内となっているため、感度はほとんどバラついていないことが確認された。
【００３６】
上記の実施の形態は、ＰＺＴ膜を備えた角速度センサ（ジャイロ）の製造方法を示した例であるが、加速度センサ等の他のセンサ素子を製造する場合にも本発明を適用できるのは勿論である。また、各層の寸法や、材料などは上記実施の形態のものに限定されないのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のセンサ素子によれば、センサ素子に大きな衝撃が加わった場合でも、可撓部と重錘の境界領域及び可撓面と支持部の境界領域に亀裂が入ることを抑制する傾斜面部を設けても、感度がバラつかないセンサ素子を提供できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  センサ素子（圧電型角速度センサ）
３  センサ素子本体
５  検出部
７  可撓部
７ａ  可撓面
９  支持部
１１  重錘
１３  絶縁層
１５  Ｂｏｘ層
１７  活性層
２０  Ｓｉ層
２１  内壁面
２１ａ  主内壁面部
２１ｂ  傾斜内壁面部
２３  外壁面
２３ａ  主外壁面部
２３ｂ  傾斜外壁面部
２５  ＰＺＴ膜パターン
２５ａ  貫通孔
Ｅ１  上部電極
Ｅ０  下部電極
Ｅ１１  検出用電極
Ｅ１２  駆動用電極
Ｅ１３  下部電極出力電極
２７  貫通導電部
３１  ＳＯＩ基板
３３  絶縁層
３７  ＰＺＴ膜
３９  上部電極材料層
【図１】
2012063818.tif 000003
【図２】
2012063818.tif 000004
【図３】
2012063818.tif 000005
【図４】
2012063818.tif 000006
【図７】
2012063818.tif 000007
【図５】
2012063818.tif 000008
【図６】
2012063818.tif 000009
【図８】
2012063818.tif 000010
【国際調査報告】
2012063818.tif 000011
2012063818.tif 000012
2012063818.tif 000013
2012063818.tif 000014
2012063818.tif 000015
2012063818.tif 000016