(57)【要約】【課題】センサ用の音叉等に使用される強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法に関し、分極処理が個々に必要なために生産性が悪く、コストアップになるという課題を解決し、生産効率を高めて低コストで製造可能な強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】シリコン基板上に下部電極と強誘電体と上部電極を順次成膜したウエハを機械加工して所望の電子部品を得る強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法において、上記ウエハの上部電極及び強誘電体の加工を行った後に強誘電体の分極処理を行い、この後で下部電極及びシリコン基板の加工を行って所望の電子部品を得る方法により、大きな単位で作業が行えるため、設備を削減してコストを低減し、かつ特性のバラツキを抑えて品質、信頼性の向上を図ることが可能になる。【選択図】図１
2006196739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に下部電極と強誘電体と上部電極を順次成膜してウエハを作製し、このウエハを機械加工して所望の構成の電子部品を得る強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法において、上記ウエハの上部電極及び強誘電体の加工を行った後に強誘電体を分極させる分極処理を行い、この後で下部電極及びシリコン基板の加工を行って所望の構成の電子部品を得るようにした強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法。
【請求項２】
強誘電体を分極させる分極処理が、ウエハを複数の列に分割し、この分割された列毎に分極させるようにした請求項１に記載の強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法。
【請求項３】
強誘電体を分極させる分極処理が、分極中に流れる分極電流を測定し、この分極電流により分極電圧を制御して分極させるようにした請求項１に記載の強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法。
【請求項４】
分極電圧の制御が、分極電流が所定の値以上になった後、分極電圧を降下させるように制御するものである請求項３に記載の強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法。
【請求項５】
強誘電体を分極させる分極処理を行った以降の各加工工程を、ウエハに形成された上部電極と下部電極を電気的に接続して同電位にした状態で行うようにした請求項１に記載の強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ用の音叉やアクチュエータ等に使用される強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体材料の一つであるＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系圧電材料（以下、ＰＺＴ系圧電材料という）は優れた圧電特性を示すため、センサ用の音叉やアクチュエータ等に広く用いられており、このＰＺＴ系圧電音叉を使用した音叉やアクチュエータ等が開発されている。このＰＺＴ系圧電音叉を使用した音叉は、シリコン基板上にＰＺＴ系圧電材料を成膜した後、機械加工や分極処理等を行う製造方法が一般的に用いられている。
【０００３】
図１３はこの種の従来の音叉を製造する際の強誘電体を分極させる方法を示した概念図であり、図１３において２０ａと２０ｂは音叉を示し、この音叉２０ａ，２０ｂは、シリコン基板２１上に下部電極２２、強誘電体２３、上部電極２４を順次成膜してウエハ２５を作製し、このウエハ２５を機械加工することにより個片化して所望の構成の音叉２０ａ，２０ｂを得るようにしたものである。
【０００４】
２６は電圧発生器であり、この電圧発生器２６の一端の電圧出力端子を上記各音叉２０ａ，２０ｂの上部電極２４に接続し、他端のＧＮＤ端子を各音叉２０ａ，２０ｂの下部電極２２に接続した状態で、各音叉２０ａ，２０ｂを例えば１５０℃の高温に加熱した後、電圧発生器２６から電圧を印加して強誘電体２３の分極（ポーリング）処理を行うようにしたものであった。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開平５−７０２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法では、ウエハ２５を機械加工することにより所望の構成の音叉２０ａ，２０ｂを作製し、この後で分極処理を行うという製造方法であるために、上述のようにして作製された音叉２０ａ，２０ｂには当然のことながら上部電極２４の加工、強誘電体２３の加工、下部電極２２の加工が既に完了し、かつ音叉２０ａ，２０ｂの電極パターンも完成している。
【０００７】
従って、これらの音叉２０ａ，２０ｂに分極処理を行う場合には、夫々の音叉２０ａ，２０ｂの上部電極２４と下部電極２２に電圧を供給するための電圧発生器２６、ならびにこの電圧発生器２６と各音叉２０ａ，２０ｂを接続するための電圧供給用プローブとが個々に必要になり、設備コストが高くなるばかりでなく、設備が大型化するという課題があった。
【０００８】
さらに、近年、音叉の小型化に伴ってウエハ上に多数の音叉を製造できるようになってきたことから、多数の音叉に個別に電圧を印加させるためには多数の電圧発生器が必要になり、結果としてこのように多くの音叉に一度に確実に電圧を印加して分極処理を行うためにはコスト的に高くなるという問題があった。
【０００９】
また、多数の音叉に夫々個々の電圧発生器から個別に電圧を印加して分極処理を行う方法においては、分極処理後の音叉の特性のバラツキを抑えることが困難であり、性能面における課題をも有したものであった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決し、低コストで高信頼性の電子部品を製造することが可能な、強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、シリコン基板上に下部電極と強誘電体と上部電極を順次成膜してウエハを作製し、このウエハを機械加工して所望の構成の電子部品を得る強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法において、上記ウエハの上部電極及び強誘電体の加工を行った後に強誘電体を分極させる分極処理を行い、この後で下部電極及びシリコン基板の加工を行って所望の構成の電子部品を得るという方法にしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明による製造方法は、電極加工工程前に分極処理を行うことにより大きな単位で作業を行うことができるため、設備を削減してコストを低減すると共に生産効率を高め、かつ特性のバラツキを抑えて品質、信頼性の向上を図ることが可能になるという格別の効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法の製造工程を示したフローチャートであり、以下、この図１のフローチャートを参照しながら本実施の形態による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法について説明する。
【００１５】
まず、図２は最初の工程となる成膜工程を説明するためのウエハの構成を示した断面図であり、図１において１はシリコン基板であり、このシリコン基板１上に白金等の導電性部材からなる下部電極２をスパッタ法等により形成する。続いて、この下部電極２上に強誘電体特性を示すＰＺＴの強誘電体３をスパッタ法等により形成する。さらに、この強誘電体３上に金等の導電性部材からなる上部電極４をスパッタ法等により形成する。このようにして、シリコン基板１上に、下部電極２と上部電極４間に強誘電体３が挟まれた構造のウエハ５を作製することにより成膜工程が完了する。
【００１６】
続いて、次の工程である上部電極加工工程（１）について図３を用いて説明すると、上記ウエハ５に形成された上部電極４を音叉の電極形状に加工し、強誘電体３を露出させる。この結果、音叉の電極を形成する箇所の上部電極４は図８に示すように複数の列（Ａ列〜Ｈ列）に分割される。このように複数に分割された中の一例としてのＡ列は、図９に示すように、中央部に音叉６が複数並列に配置されており、また両端に電圧供給用端子７と電圧測定用端子８も同時に作製されている。また、この複数の音叉６と電圧供給用端子７、電圧測定用端子８は連結部９，１０によって接続されている。なお、Ｂ列〜Ｈ列は、上記Ａ列と音叉６の数が異なるのみで、それ以外は同様に形成されたものであるため、ここでの説明は省略する。
【００１７】
続いて、次の工程である強誘電体加工工程（１）について図４を用いて説明すると、上記図３において強誘電体３が露出した部分を、図８に示すように、＋ＣＯＭ１及び＋ＣＯＭ２の下部電極２が露出するように強誘電体３の加工を行う。
【００１８】
続いて、次の工程である分極工程について図５を用いて説明すると、まず電圧発生器１１Ａを用意し、この電圧発生器１１Ａの一端の電圧出力端子を電流測定器１２Ａの一端のＨｉ側に接続し、さらに電流測定器１２Ａの他端のＬｏｗ側をＡ列の電圧供給用端子７と接続する。また、電圧発生器１１Ａの他端のＧＮＤ端子は＋ＣＯＭ１と接続し、共に接地する。さらに、Ｂ列〜Ｈ列においても同様に、電圧発生器１１Ｂ〜１１Ｈの電圧出力端子を電流測定器１２Ｂ〜１２Ｈの一端のＨｉ側に接続し、さらに電流測定器１２Ｂ〜１２Ｈの他端のＬｏｗ側をＢ列〜Ｈ列の電圧供給用端子７と接続し、電圧発生器１１Ｂ〜１１Ｈの他端のＧＮＤ端子は＋ＣＯＭ１と接続し、共に接地し、この状態でウエハ５を１５０℃の高温に加熱する。
【００１９】
次に、電圧発生器１１ＡからＡ列の電圧供給用端子７に電圧（分極電圧）を印加する。このとき、図１０に示すように、分極電圧印加時に一定時間後に分極電圧が例えば２０Ｖの一定になるまで分極電圧を上昇させ、分極電圧が一定になった後、十分な時間、一定の分極電圧を印加し続ける。
【００２０】
この分極電圧印加状態のときに強誘電体３が分極（ポーリング）処理されるものであり、この強誘電体３の分極中には分極電流が流れる。この分極電流は、図１１に示すようにリーク電流、吸収電流、熱刺激電流の３種類から構成され、分極電圧印加時にはリーク電流が流れ続ける。また、分極電圧印加直後には吸収電流が流れ、十分な時間が経過した後に吸収電流は流れなくなる。ここで、この吸収電流が流れる時間（吸収時間）は数μ秒程度であり、さらに吸収電流が流れなくなってから十分な時間が経過すると、熱刺激電流が増大し始める。
【００２１】
そこで、この分極電圧印加中に、この分極電流を監視することとし、吸収時間が経過した後において、分極電流が所定の電流値を超えた場合に分極電圧を降下させる。このとき、分極電圧は分極時の電圧より十分低い電圧（冷却電圧）、例えば５Ｖになるまで一定間隔で降下させるものとし、このような作業をＡ列〜Ｈ列全てにおいて、個々に行う。
【００２２】
次に、Ａ列〜Ｈ列全ての分極電圧が冷却電圧になった後、冷却電圧を印加した状態でウエハ５の温度を室温まで冷却し、冷却を終えたら電圧発生器１１Ａ〜１１Ｈの出力電圧、すなわち分極電圧を０Ｖまで降下して電圧印加を終了する。
【００２３】
続いて、次の工程である上部電極加工工程（２）について説明すると、ウエハ５の上部電極４の連結部９，１０を加工し、連結部９，１０の上部電極４を切断加工することにより、各音叉６の上部電極４部分を分離する。
【００２４】
続いて、次の工程である強誘電体加工工程（２）について説明すると、ウエハ５の強誘電体３の連結部９，１０を加工し、連結部９，１０の強誘電体３を切断加工することにより、各音叉６間の強誘電体３部分を分離する。
【００２５】
続いて、次の工程である下部電極加工工程について図６を用いて説明すると、ウエハ５の下部電極２の露出している箇所の所定の部分のみを加工することにより、各音叉６の下部電極２部分を分離する。
【００２６】
続いて、次の工程であるシリコン基板加工工程について図７を用いて説明すると、ウエハ５のシリコン基板１の露出している箇所の所定の部分のみを加工することにより、各音叉６のシリコン基板１部分を分離し、これにより所定の形状の音叉６が得られるようになるものである。
【００２７】
このように本実施の形態による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法は、加工工程の途中で分極処理を行うことにより大きな単位で作業を行うことができるため、分極処理の際に必要となる上部電極及び下部電極への電圧供給用プローブや配線を最小限にすることが可能になり、これにより分極装置のコストを大幅に削減することができるばかりでなく、分極中に流れる分極電流を監視しながら分極電圧を制御して分極を行うようにしたことによって安定した分極を行うことができるようになり、特性のバラツキを抑えて品質、信頼性の向上を図ることが可能となるものである。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。
【００２９】
本実施の形態は、上記実施の形態１による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法の分極工程以降の工程が一部異なるようにしたものであり、これ以外は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
【００３０】
図１２は本発明の実施の形態２による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法の中で、分極工程を終えた状態を示した断面図であり、図１２において、１３は上部電極加工工程（１）において放電加工により除去された切断部、１４はこの切断部１３により分離された上部電極４と下部電極２を電気的に接続した接続部であり、この接続部１４は金を蒸着することにより形成したものであり、このように上部電極４と下部電極２を電気的に接続した状態で分極工程を行った以降の各加工工程を行うようにしたものである。
【００３１】
このように本実施の形態による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法は、強誘電体３を分極させる分極処理を行った以降の各加工工程を、ウエハ５に形成された上部電極４と下部電極２を電気的に接続して同電位にした状態で行うようにしたことにより、分極処理を行った強誘電体３の分極が劣化したり、また、進行したりすることがないようになるものであり、強誘電体３の性能を十分に発揮し、さらに優れた性能の強誘電体材料を用いた電子部品を安定して製造することが可能になるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法は、ウエハ上に音叉を製造する場合の分極装置等の設備コストの削減、生産効率向上による製造コストの削減が図れると共に、特性のバラツキを抑えて品質、信頼性の向上を図ることが可能になるという効果を有し、強誘電体材料を用いた音叉やアクチュエータ等の電子部品の製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１による強誘電体材料を用いた電子部品の製造方法の製造工程を示したフローチャート
【図２】同成膜工程を説明するウエハの断面図
【図３】同上部電極加工工程（１）を説明するウエハの断面図
【図４】同強誘電体加工工程（１）を説明するウエハの断面図
【図５】同分極工程を説明するウエハの断面図
【図６】同下部電極加工工程を説明するウエハの断面図
【図７】同シリコン基板加工工程を説明するウエハの断面図
【図８】同上部電極加工工程（１）と強誘電体加工工程（１）を終えたウエハの平面図
【図９】同上部電極加工工程（１）と強誘電体加工工程（１）を終えたＡ列の平面図
【図１０】同分極工程における分極電圧と時間、ウエハ温度の関係を示した特性図
【図１１】同分極工程における分極電流を示した特性図
【図１２】本発明の実施の形態２による分極工程を終えた状態を示した断面図
【図１３】従来の音叉を分極する方法を説明する概念図
【符号の説明】
【００３４】
１  シリコン基板
２  下部電極
３  強誘電体
４  上部電極
５  ウエハ
６  音叉
７  電圧供給用端子
８  電圧測定用端子
９，１０  連結部
１１Ａ〜１１Ｈ  電圧発生器
１２Ａ〜１２Ｈ  電流測定器
１３  切断部
１４  接続部
【図１】
2006196739.tif 000003
【図２】
2006196739.tif 000004
【図３】
2006196739.tif 000005
【図４】
2006196739.tif 000006
【図５】
2006196739.tif 000007
【図６】
2006196739.tif 000008
【図７】
2006196739.tif 000009
【図８】
2006196739.tif 000010
【図９】
2006196739.tif 000011
【図１０】
2006196739.tif 000012
【図１１】
2006196739.tif 000013
【図１２】
2006196739.tif 000014
【図１３】
2006196739.tif 000015