(57)【要約】【課題】より少ない工程で振動素子を製造可能な振動素子の製造方法、信頼性の高い振動素子、およびかかる振動素子を備えた信頼性の高い電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の振動素子の製造方法は、基部と、基部から延出する振動腕と、基部に設けられた電極２３と、を備える振動素子の製造方法であって、基板１１とバッファー層１２と下部電極層１３と圧電体層１４と上部電極層１５とがこの順で積層されている積層体１０にエッチング処理を施し、圧電体層１４の途中まで加工した後、下部電極層１３に接続された電極（第１電極）２３を圧電体層１４から露出させるため、振動腕を形成する領域をマスクしながらエッチング処理を施す。これにより、電極２３が形成されるとともに、マスクされていない領域では、基板１１まで加工が進む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部から延出するよう設けられた２つの振動腕と、前記各基部に設けられた第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることにより前記各振動腕が励振されるよう構成された振動素子を製造する方法であって、
基板と、第１電極層と、圧電体層と、第２電極層と、がこの順で積層されている積層体を準備する工程と、
前記積層体の表面のうち、前記振動腕を形成する領域、および、前記第１電極を形成する領域に第１マスクを重ねる工程と、
前記第１マスクを介して前記積層体に第１エッチング処理を施すことにより、前記圧電体層の厚さの途中まで加工する工程と、
前記第１マスクを除去した後、前記振動腕を形成する領域に第２マスクを重ねる工程と、
前記第２マスクを介して前記積層体に第２エッチング処理を施すことにより、前記第１電極を形成する領域において第１電極層が露出するまで加工して前記第１電極を形成する工程と、
前記第２マスクを除去した後、前記２つの振動腕の間に位置する領域が露出するように第３マスクを重ねる工程と、
前記第３マスクを介して前記積層体に第３エッチング処理を施すことにより、前記２つの振動腕の間に位置する領域が貫通するまで加工する工程と、
前記第３マスクを除去して前記第２電極層を露出させ、前記第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする振動素子の製造方法。
【請求項２】
前記第３マスクは、前記振動腕を形成する領域から前記振動腕を形成する領域の外側の領域に至る部分に重なるよう設けられる請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項３】
前記積層体に前記第２エッチング処理を施すことにより、前記２つの振動腕の間に位置する領域において前記基板の厚さの途中まで加工する請求項１または２に記載の振動素子の製造方法。
【請求項４】
前記積層体は、さらに、前記基板と前記第１電極層との間に設けられ、金属酸化物を含む中間層を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１電極層は、白金または白金を含む合金で構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２電極層は、金または金を含む合金で構成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項７】
前記基板は、シリコンで構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１エッチング処理、前記第２エッチング処理および前記第３エッチング処理は、互いに同じ種類のエッチングガスを用いたドライエッチング処理である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項９】
基板と第１電極層とが積層されている積層体を含む基部と、前記基部から延出するよう設けられ、一部が基板と第１電極層と圧電体層と第２電極層とがこの順で積層されている積層体を含む２つの振動腕と、を備え、
前記基板は、前記第１電極層が積層されている側に位置している第１面と、段差を介して前記第１面より外側に位置している第２面と、を有していることを特徴とする振動素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の振動素子を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子の製造方法、振動素子および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動素子としては、例えば、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラやビデオカメラ等の振動制御補正（いわゆる手ぶれ補正）等に用いられ、角速度、加速度等の物理量を検出するセンサーが知られている。例えば、特許文献１には、角速度センサー（振動ジャイロセンサー）が記載されている。
特許文献１に記載の振動ジャイロセンサーは、基部と、基部から延出された連結アームと、連結アームの先端部から延出された駆動アームと、基部から延出された検出アームとを備える。このような振動ジャイロセンサーは、駆動アームを屈曲振動させた状態で、所定方向の角速度を受けると、駆動アームにコリオリ力が作用し、それに伴って、検出アームが屈曲振動する。このような検出アームの屈曲振動を検出することにより、角速度を検出することができる。
【０００３】
このような振動ジャイロセンサーの基部や駆動アームは、例えば圧電体材料により形成される。そして、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて圧電体材料を加工することにより、基部や駆動アームを形成する。
例えば、特許文献２には、基板の表面に、バッファー層、下部電極層、圧電層、上部電極層、レジスト膜を順次、積層形成し、その後ドライエッチングでレジスト膜の外周を圧電層の途中までエッチングする工程を有する圧電機能部品の製造方法が開示されている。そして、途中までエッチングされた圧電層は、その後の工程で再度エッチングに供され、残った部分が除去される。この方法によれば、圧電層をエッチングする際に一度に下部電極層に到達するまでエッチングした場合に比べて、圧電層が剥がれ難くなるという効果が得られる。
一方、特許文献２の製造方法では、下部電極層を露出させる工程について特に記載されていないものの、特許文献２の段落００１０に記載された補助電極として、圧電層に設けられた窓部から露出させることが開示されている。このため、特許文献２に記載されている製造方法に加え、この下部電極層を露出させる工程も必要になる。
【０００４】
以下、特許文献２の製造方法に下部電極層を露出させる工程も加えた方法を従来技術として説明する。
図１０〜１２は、それぞれ従来の振動素子の製造方法を説明するための断面図である。また、図１３は、図１０〜１２に示す製造方法により製造される振動素子の斜視図、図１４は、図１３に示す振動素子のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１０〜１２に示す断面図も、図１３のＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【０００５】
図１３、１４に示す振動素子９は、音叉型の素子であって、基部９０１と、基部９０１から同じ方向へ延出する２本の振動腕９０２と、を備えている。基部９０１と振動腕９０２は複数層を積層した積層体で一体的に形成されている。この積層体は、シリコン基板９１と、その上に設けられたバッファー層９２と、その上に設けられた下部電極層９３と、その上に設けられた圧電層９４と、その上に設けられた上部電極層９５と、を備えている。また、下部電極層９３は、圧電層９４を貫通する窓部９４１内に設けられた補助電極９６を介して振動素子９の上面に露出している。そして、上部電極層９５と補助電極９６（下部電極層９３）との間に電圧を印加することにより、振動素子９を励振することができる。
また、各振動腕９０２に設けられた上部電極層９５は、並列する２本の上部電極層９５１、９５２を構成しており、上部電極層９５１と上部電極層９５２は、電気的に互いに分離している。
なお、説明の便宜上、図１４において補助電極９６は省略している。
【０００６】
次に、振動素子９の製造方法（従来の振動素子の製造方法）について工程順に説明する。
図１０〜１２に示す従来の振動素子９の製造方法では、まず、図１０（ａ）に示すように、下方から、シリコン基板９１、バッファー層９２、下部電極層９３、圧電層９４および上部電極層９５をこの順で積層する。
【０００７】
次いで、上部電極層９５上にレジスト膜を成膜し、必要な形状にパターニングすることにより、図１０（ｂ）に示すように、第１のレジスト膜９７１を形成する。
次いで、１回目のドライエッチングに供し、図１０（ｃ）に示すように、圧電層９４の途中まで除去する。
【０００８】
次いで、第１のレジスト膜９７１を除去した後、図１１（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜９７１で覆われていた上部電極層９５および圧電層９４からなる島状部のうち、上面、側面、および圧電層９４の上面のうち島状部の周りの領域を覆うように第２のレジスト膜９７２を形成する。
次いで、２回目のドライエッチングに供し、図１１（ｅ）に示すように、除去せずに残していた圧電層９４と、下部電極層９３およびバッファー層９２を除去する。
次いで、ドライエッチングのエッチングガスの種類を変え、シリコン基板９１を３回目のエッチングに供する。これにより、図１１（ｆ）に示すように、シリコン基板９１が貫通されるように加工される。
【０００９】
次いで、特許文献２には記載されていないものの、下部電極層９３を露出させる必要があるため、第２のレジスト膜９７２を除去した後、図１２（ｇ）に示すように、第３のレジスト膜９７３を形成する。このとき、下部電極層９３を露出させる領域には、第３のレジスト膜９７３を形成しないようにする。
次いで、４回目のドライエッチングに供し、図１２（ｈ）に示すように、第３のレジスト膜９７３を形成しなかった領域において、下部電極層９３を露出させる。
その後、第３のレジスト膜９７３を除去することにより、図１２（ｉ）に示す振動素子９が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１０５６１４号公報
【特許文献２】特開２００８−３００８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の振動素子の製造方法では、少なくとも４回のエッチング工程を必要としていた。このため、製造歩留まりを高めることが難しく、できるだけ工数を減らす必要があった。しかも、製造工程の途中でエッチングガスの種類を変える必要があり、その作業に多くの手間と時間を要していた。
本発明の目的は、より少ない工程で振動素子を製造可能な振動素子の製造方法、信頼性の高い振動素子、およびかかる振動素子を備えた信頼性の高い電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の振動素子の製造方法は、基部と、前記基部から延出するよう設けられた２つの振動腕と、前記各基部に設けられた第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることにより前記各振動腕が励振されるよう構成された振動素子を製造する方法であって、
基板と、第１電極層と、圧電体層と、第２電極層と、がこの順で積層されている積層体を準備する工程と、
前記積層体の表面のうち、前記振動腕を形成する領域、および、前記第１電極を形成する領域に第１マスクを重ねる工程と、
前記第１マスクを介して前記積層体に第１エッチング処理を施すことにより、前記圧電体層の厚さの途中まで加工する工程と、
前記第１マスクを除去した後、前記振動部を形成する領域に第２マスクを重ねる工程と、
前記第２マスクを介して前記積層体に第２エッチング処理を施すことにより、前記第１電極を形成する領域において第１電極層が露出するまで加工して前記第１電極を形成する工程と、
前記第２マスクを除去した後、前記２つの振動腕の間に位置する領域が露出するように前記第３マスクを重ねる工程と、
前記第３マスクを介して前記積層体に第３エッチング処理を施すことにより、前記２つの振動腕の間に位置する領域が貫通するまで加工する工程と、
前記第３マスクを除去して前記第２電極層を露出させ、前記第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
これにより、圧電体層を加工しつつ、第１電極層を露出させる加工を行うので、より少ない工程で振動素子を製造することができる。
【００１３】
［適用例２］
本発明の振動素子の製造方法では、前記第３マスクは、前記振動腕を形成する領域から前記振動腕を形成する領域の外側の領域に至る部分に重なるよう設けられるのが好ましい。
これにより、第３エッチング処理において、振動腕を形成する領域の圧電体層および下部電極層がその側面から加工されてしまうのを防ぐことができる。その結果、振動腕の振動特性が損なわれるのを防ぐことができる。
【００１４】
［適用例３］
本発明の振動素子の製造方法では、前記積層体に前記第２エッチング処理を施すことにより、前記２つの振動腕の間に位置する領域において前記基板の厚さの途中まで加工することが好ましい。
これにより、第１電極層が露出するまで加工しつつ、併せて、前記領域において圧電体層、下部電極層および基板も同時に加工することができるので、これらの工程を別々に行う場合に比べて加工効率を高めることができる。
【００１５】
［適用例４］
本発明の振動素子の製造方法では、前記積層体は、さらに、前記基板と前記第１電極層との間に設けられ、金属酸化物を含む中間層を備えていることが好ましい。
これにより、基板と第１電極層との密着性をより高め、振動素子の信頼性を高めることができる。
【００１６】
［適用例５］
本発明の振動素子の製造方法では、前記第１電極層は、白金または白金を含む合金で構成されていることが好ましい。
これらの材料は、エッチング処理の処理レートが比較的小さいため、エッチング処理によって第１電極層を露出させる際、その作業性が向上する。
【００１７】
［適用例６］
本発明の振動素子の製造方法では、前記第２電極層は、金または金を含む合金で構成されていることが好ましい。
これらの材料は、耐候性が比較的高いため、経時的な導電性の低下といった不具合の発生を抑制することができる。
【００１８】
［適用例７］
本発明の振動素子の製造方法では、前記基板は、シリコンで構成されていることが好ましい。
シリコン製の基板は、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等により、精密な加工が可能であるため、振動素子の製造に好適に用いられる。
【００１９】
［適用例８］
本発明の振動素子の製造方法では、前記第１エッチング処理、前記第２エッチング処理および前記第３エッチング処理は、互いに同じ種類のエッチングガスを用いたドライエッチング処理であることが好ましい。
これにより、ガス交換等が不要になるため、工数を削減することができる。
【００２０】
［適用例９］
本発明の振動素子は、基板と第１電極層とが積層されている積層体を含む基部と、前記基部から延出するよう設けられ、一部が基板と第１電極層と圧電体層と第２電極層とがこの順で積層されている積層体を含む２つの振動腕と、を備え、
前記基板は、前記第１電極層が積層されている側に位置している第１面と、段差を介して前記第１面より外側に位置している第２面と、を有していることを特徴とする。
これにより、基板と第１電極層との接続面の外縁部に応力が集中し難くなるため、基板と第１電極層との間に剥離が生じ難くなる。その結果、信頼性の高い振動素子が得られる。
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の振動素子の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図２に示す振動腕近傍の部分拡大図である。
【図４】本発明の振動素子の製造方法の実施形態を説明するための断面図である。
【図５】本発明の振動素子の製造方法の実施形態を説明するための断面図である。
【図６】本発明の振動素子の製造方法の実施形態を説明するための断面図である。
【図７】本発明の振動素子を備えるモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の振動素子を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の振動素子を備えるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図１０】従来の振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】従来の振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来の振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１０〜１２に示す製造方法により製造される振動素子の斜視図である。
【図１４】図１３に示す振動素子のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、振動素子の製造方法、振動素子および電子機器について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜振動素子＞
まず、本発明の振動素子の実施形態について説明する。
図１は、本発明の振動素子の実施形態を示す平面図、図２は、図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【００２３】
図１に示す振動素子１は、音叉型の素子であって、基部２１と、１対の振動腕２２１、２２２と、を有している。図面が煩雑になるのを避けるため、図１では、これら以外の部位（電極等）の図示を省略している。
なお、以下の説明では、振動素子１およびその製造方法について音叉型の素子を例に説明するが、本発明はかかる素子に限定されるものではない。例えば、Ｈ型音叉、三脚音叉、ダブルＴ型、くし歯型、直交型、角柱型といった種々の形態の素子にも適用可能である。
【００２４】
このような振動素子１は、パッケージ内に封止されるとともに、図示しない制御用のＩＣと電気的に接続されることで、ジャイロセンサー等を構築することができる。ジャイロセンサーは、角速度、加速度等の物理量を検出することにより、例えば、撮像機器の手振れ補正や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星信号を用いた移動体ナビケーションシステムにおける車両等の姿勢検出、姿勢制御等に用いられる。
【００２５】
図１に示す振動素子１は、基部２１および１対の振動腕２２１、２２２が、複数層の積層体で一体的に形成されている。
この積層体は、図２の下方から、基板１１、バッファー層（中間層）１２、下部電極層（第１電極層）１３、圧電体層１４および上部電極層（第２電極層）１５をこの順で積層してなるものである。この積層体を音叉型に加工することで、図１に示す振動素子１が得られる。
振動素子１の大きさや厚さは、振動素子１の発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性等に応じて適宜設定される。
【００２６】
以下、振動素子１の各部についてさらに詳述する。
基部２１は、１対の振動腕２２１、２２２の一端を支持する部位であり、１対の振動腕２２１、２２２に設けられた電極層の接点となる４つの電極２３、２４、２５、２６が設けられている。この電極とＩＣとを図示しない配線で接続することにより、振動素子１を励振させたり、検出した信号をＩＣで受信し、解析したりすることができる。
【００２７】
また、４つの電極２３、２４、２５、２６のうち、電極（第１電極）２３の構造は、基部２１に設けられた下部電極層１３が部分的に露出した構造になっている。一方、残る電極２４、２５、２６の構造は、基部２１に設けられた上部電極層１５が露出した構造になっている。このうち、電極２４が第２電極に相当する。
また、基部２１に設けられた基板１１のうち、バッファー層１２が積層されている部分は、局所的に隆起した状態になっている。換言すれば、基部２１に設けられた基板１１のうち、バッファー層１２が積層されていない部分は、バッファー層１２が積層されている部分に比べて、その厚さが薄くなっている。その結果、基板１１には、バッファー層１２が積層されている部分と、バッファー層１２が積層されていない部分とで、段差１６が生じている。
【００２８】
１対の振動腕２２１、２２２は、それぞれ基部２１から図１の上方に延出する長尺状の部材である。
また、振動腕２２１は、図２に示すように、基板１１、バッファー層１２、下部電極層１３、圧電体層１４および上部電極層１５が下方からこの順で積層された積層体で構成されている。また、上部電極層１５は、振動腕２２１の長手方向に対して直交する幅方向（図２の左右方向）において互いに離間している。この結果、振動腕２２１の上部電極層１５は、電気的に分離した一対の電極として機能する。ここでは、図２に示す振動腕２２１の上部電極層１５のうち、左側の上部電極層１５を検出電極１５１とし、右側の上部電極層１５を励振電極１５２とする。このうち、検出電極１５１は、前述した基部２１に設けられた電極２６と接続されており、励振電極１５２は、基部２１に設けられた電極２４と接続されている。
【００２９】
さらに、振動腕２２１に設けられた圧電体層１４も、上部電極層１５が積層されている部分が、局所的に隆起した状態になっている。換言すれば、振動腕２２１に設けられた圧電体層１４のうち、上部電極層１５が積層されていない部分は、上部電極層１５が積層されている部分に比べて、その厚さが薄くなっている。その結果、圧電体層１４には、上部電極層１５が積層されている部分と、上部電極層１５が積層されていない部分とで、段差１７が生じている。
【００３０】
また、振動腕２２１に設けられた基板１１も、バッファー層１２が積層されている部分が、局所的に隆起した状態になっている。換言すれば、基部２１に設けられた基板１１のうち、バッファー層１２が積層されていない部分は、バッファー層１２が積層されている部分に比べて、その厚さが薄くなっている。その結果、基板１１には、バッファー層１２が積層されている部分と、バッファー層１２が積層されていない部分とで、段差１６が生じている。
なお、図示しないものの、基部２１のうち、電極２３以外の部分についても、振動腕２２１と同様、圧電体層１４に段差１７が生じている。
【００３１】
一方、振動腕２２２も、振動腕２２１と同様の構造になっている。
すなわち、振動腕２２２の上部電極層１５は、振動腕２２２の長手方向に対して直交する幅方向（図２の左右方向）において互いに離間している。この結果、振動腕２２２の上部電極層１５は、電気的に分離した一対の電極として機能する。ここでは、図２に示す振動腕２２２の上部電極層１５のうち、左側の上部電極層１５を励振電極１５３とし、右側の上部電極層１５を検出電極１５４とする。このうち、励振電極１５３は、基部２１に設けられた電極２４と接続されており、検出電極１５４は、基部２１に設けられた電極２５と接続されている。
【００３２】
このような振動素子１において、励振電極１５２（電極２４）と下部電極層１３（電極２３）との間に電圧を印加すると、励振電極１５２と下部電極層１３とに挟まれている圧電体層１４の部分が伸縮し、振動腕２２１において図２の左右方向に往復する振動を生じさせる。同様に、励振電極１５３と下部電極層１３との間に電圧を印加すると、励振電極１５３と下部電極層１３とに挟まれている圧電体層１４の部分が伸縮し、振動腕２２２において図２の左右方向に往復する振動を生じさせる。
この状態において振動素子１に角速度が加わると、コリオリ力により、振動腕２２１、２２２には、振動方向と直交する方向への力が発生する。この力によるたわみ量を検出電極１５１、１５４で検出することにより、振動素子１に加わった角速度量を知ることができる。
【００３３】
ここで、振動素子１では、図２に示すように、基板１１に段差１６が形成されている。この段差１６は、前述したように、バッファー層１２が積層されている部分と積層されていない部分との間で、基板１１の厚さが異なることによって形成されたものである。このような段差１６を設けることにより、基板１１とバッファー層１２との間に剥離が生じ難くなる。これは、段差１６を設けることにより、例えば基板１１とバッファー層１２との間に生じる熱膨張差に伴う応力や、圧電体層１４の伸縮によって生じる応力が、基板１１とバッファー層１２との接続面の外縁部に集中し難くなるためであると考えられる。
【００３４】
同様に、圧電体層１４にも段差１７が形成されている。この段差１７は、前述したように、上部電極層１５が積層されている部分と積層されていない部分との間で、圧電体層１４の厚さが異なることによって形成されたものである。このような段差１７を設けることにより、圧電体層１４と上部電極層１５との間に剥離が生じ難くなる。これは、段差１７を設けることによって、例えば圧電体層１４と上部電極層１５との間に生じる熱膨張差に伴う応力や、圧電体層１４の伸縮によって生じる応力が、圧電体層１４と上部電極層１５との接続面の外縁部に集中し難くなるためであると考えられる。
【００３５】
図３は、図２に示す振動腕２２１近傍の部分拡大図である。
図３に示す振動腕２２１の基板１１のうち、バッファー層１２に接している面（下部電極層１３側に位置している面）を第１面１１１とし、第１面の外側に段差１６を介して位置し、バッファー層１２が接していない面を第２面１１２とする。第１面１１１と第２面１１２との段差１６の高さは、特に限定されないが、基板１１の厚さをｔとし、段差１６の高さをｈとしたとき、０．００１ｔ以上０．１ｔ以下程度であるのが好ましく、０．００３ｔ以上０．０１ｔ以下程度であるのがより好ましい。段差１６の高さｈを前記範囲内に設定することで、段差１６が振動腕２２１の振動特性に及ぼす影響を抑えつつ、応力集中に伴う剥離が生じる確率をより低下させることができる。
【００３６】
一方、振動腕２２１の基板１１のうち、第２面１１２の幅ｗは、特に限定されないものの、０．０１ｔ以上１ｔ以下程度であるのが好ましく、０．０３ｔ以上０．５ｔ以下程度であるのがより好ましい。第２面の幅ｗを前記範囲内に設定することで、やはり段差１６が振動腕２２１の振動特性に及ぼす影響を抑えつつ、応力集中に伴う剥離が生じる確率をより低下させることができる。
【００３７】
＜振動素子の製造方法＞
次に、本発明の振動素子の製造方法の実施形態について説明する。
図４〜６は、それぞれ本発明の振動素子の製造方法の実施形態を説明するための断面図である。なお、図４〜６の断面図は、図１のＢ−Ｂ線に対応する断面図である。
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、［１］基板１１とバッファー層（中間層）１２と下部電極層（第１電極層）１３と圧電体層１４と上部電極層（第２電極層）１５とがこの順で積層されている積層体１０を準備する工程と、［２］積層体１０の上面のうち、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域２２０、および、基部２１において電極２３を形成すべき領域２３０に、第１マスク２７１を重ねる工程と、［３］積層体１０に第１エッチング処理を施す工程と、［４］第１マスク２７１を除去した後、領域２２０に第２マスク２７２を重ねる工程と、［５］積層体１０に第２エッチング処理を施す工程と、［６］第２マスク２７２を除去した後、振動腕２２１と振動腕２２２の間に位置する領域２２６が露出するように第３マスク２７３を重ねる工程と、［７］積層体１０に第３エッチング処理を施す工程と、［８］第３マスク２７３を除去する工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。
【００３８】
［１］
まず、基板１１、バッファー層１２、下部電極層１３、圧電体層１４および上部電極層１５がこの順で積層されてなる積層体１０を準備する（図４（ａ）参照）。
基板１１の構成材料は、シリコン、セラミックス、ガラス等が挙げられる。このうち、基板１１の構成材料はシリコンであるのが好ましい。シリコン製の基板１１は、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等により、精密な加工が可能であるため、振動素子１の製造に好適に用いられる。
【００３９】
また、バッファー層１２の構成材料としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物やＴｉ等で構成される。このうち、金属酸化物が好ましく用いられる。金属酸化物を含むバッファー層１２を基板１１と下部電極層１３との間に介挿することで、基板１１と下部電極層１３との密着性をより高め、振動素子１の信頼性を高めることができる。
【００４０】
また、下部電極層１３および上部電極層１５の構成材料としては、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、白金合金、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が挙げられる。
なお、基板１１と下部電極層１３との間には、バッファー層１２に代えて、あるいは、バッファー層１２に追加して、任意の目的の層が設けられていてもよい。
【００４１】
このうち、下部電極層１３の構成材料としては、白金または白金を含む合金が好ましく用いられる。これらの金属材料は、導電性に優れるため、下部電極層１３の材料として有用である。また、これらの金属材料は、エッチング処理の処理レートが比較的小さいため、エッチング処理によって下部電極層１３を露出させる工程において、下部電極層１３を露出させた時点でエッチング処理を終了するタイミングを測り易くなるため、その作業性が向上する。その結果、製造効率を高めるとともに、製造歩留まりを高めることができる。
一方、上部電極層１５の構成材料としては、金または金を含む合金が好ましく用いられる。これらの金属材料は、耐候性が比較的高いため、経時的な導電性の低下といった不具合の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、圧電体層１４の構成材料としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）等の酸化物系材料が挙げられる。
なお、これらの各層は、例えば、スパッタリング、真空蒸着のような物理的成膜法、ＣＶＤのような化学的成膜法、めっき法等により成膜される。
【００４３】
［２］
次に、図４（ｂ）に示すように、積層体１０の上面のうち、振動腕２２１の検出電極１５１および励振電極１５２を形成すべき領域２２０、振動腕２２２の励振電極１５３および検出電極１５４を形成すべき領域２２０、ならびに、基部２１において電極２３を形成すべき領域２３０に、それぞれ第１マスク２７１を成膜する。
第１マスク２７１としては、例えばフォトレジスト膜等が用いられる。これにより、露光、現像処理を経ることで、所望の平面視形状を有する第１マスク２７１を効率よく成膜することができる。
【００４４】
［３］
次に、第１マスク２７１を介して積層体１０に第１エッチング処理を施す。これにより、第１マスク２７１で覆われていない領域が徐々に除去されるよう加工される。そして、図４（ｃ）に示すように、圧電体層１４の厚さの途中まで加工されたところで、第１エッチング処理を終了する。このようなタイミングで第１エッチング処理を終えることにより、積層体１０には、上部電極層１５と部分的に突出した圧電体層１４とで構成される島状部１８が形成される。
第１エッチング処理としては、ウェットエッチング処理も用いられるが、好ましくはドライエッチング処理が用いられる。ドライエッチング処理に用いられるエッチングガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ａｒ、ＳＦ６、Ｏ２、Ｃ４Ｆ８等を含むガスが挙げられる。
【００４５】
圧電体層１４の途中で加工を止めるとき、その加工深さは、特に限定されないものの、圧電体層１４の厚さの５％以上７０％以下程度であるのが好ましい。この程度の加工深さに設定することで、上部電極層１５が剥離し難くなる効果を確保しつつ、圧電体層１４自体の機械的特性の低下を防止し、結果として圧電体層１４と下部電極層１３との密着性も確保することができる。
【００４６】
［４］
次に、第１マスク２７１を除去する。第１マスク２７１の除去には、例えばアッシング処理等を用いることができる。
続いて、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域２２０に第２マスク２７２を成膜する。
【００４７】
第２マスク２７２としては、例えばフォトレジスト膜等が用いられる。
なお、このとき、図５（ｄ）に示すように、島状部１８の上面から、側面、そして島状部１８の外側の領域にかけて第２マスク２７２で覆うように成膜するのが好ましい。このように島状部１８の外側の領域に至るまで第２マスク２７２を重ねることにより、後述する第２エッチング処理により、圧電体層１４に段差１７を形成することができる。
【００４８】
［５］
次に、第２マスク２７２を介して積層体１０に第２エッチング処理を施す。これにより、第２マスク２７２で覆われていない領域が徐々に除去されるよう加工される。このとき、基部２１において電極２３を形成すべき領域２３０も、第２マスク２７２で覆われていないため、上部電極層１５および圧電体層１４が順次除去される。そして、図５（ｅ）に示すように、下部電極層１３が露出したところで、第２エッチング処理を終了する。これにより、基部２１において下部電極層１３の露出面を形成することができ、この露出面が前述した電極（第１電極）２３となる。
【００４９】
また、下部電極層１３が露出するまで加工が進む一方、振動腕２２１を形成すべき領域と振動腕２２２を形成すべき領域との間の領域２２６や、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域と基部２１を形成すべき領域との間の領域２２７においては、領域２３０よりも第２エッチング処理の開始時点における厚さがそもそも薄い。このため、これらの領域２２６、２２７では、第２エッチング処理において、自ずと領域２３０よりも加工が進むことになる。これにより、下部電極層１３を露出させる加工を行いつつ、併せて、領域２２６、２２７における圧電体層１４、下部電極層１３、バッファー層１２および基板１１の加工も同時に行うことができる。その結果、これらの加工を別々に行う場合に比べて、加工効率を高めることができる。
【００５０】
具体的には、これらの領域２２６、２２７では、領域２３０において下部電極層１３が露出するまで加工が進むとき、基板１１に至るまで加工が進む。そして、領域２３０において下部電極層１３が露出したときには、領域２２６、２２７では、基板１１の厚さの途中まで加工が進んでいることになる。
換言すれば、第２エッチング処理を開始するとき、領域２３０は、島状部１８の分だけ厚さが厚くなっており、この分だけ、領域２３０の加工進度を遅らせることができる。このため、この島状部１８の厚さが、下部電極層１３の厚さとバッファー層１２の厚さの合計よりも厚くなるように第１エッチング処理における加工量を設定しておくことにより、第２エッチング処理では、領域２２６、２２７の基板１１の厚さの途中まで加工を進めることができるようになる。
【００５１】
したがって、島状部１８の高さ（厚さ）をＨとし、下部電極層１３の厚さとバッファー層１２の厚さの合計をＴとしたとき、Ｔ＜Ｈを満足するのが好ましく、２Ｔ＜Ｈ＜１０Ｔを満足するのがより好ましい。これにより、下部電極層１３およびバッファー層１２や基板１１の厚さの大小関係にもよるが、領域２３０において下部電極層１３を露出させたとき、領域２２６、２２７では、基板１１を貫通させることなく、基板１１の途中まで加工を進めることができる。
なお、第２エッチング処理により、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域２２０は、その周囲が掘り下げられることとなるため、島状部１９および段差１７が形成される。
【００５２】
［６］
次に、第２マスク２７２を除去する。第２マスク２７２の除去には、例えばアッシング処理等を用いることができる。
続いて、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域２２０および基部２１において電極２３を形成すべき領域２３０に第３マスク２７３を成膜する。換言すれば、基板１１を除去すべき領域、すなわち、振動腕２２１を形成すべき領域と振動腕２２２を形成すべき領域との間の領域２２６や、振動腕２２１、２２２を形成すべき領域と基部２１を形成すべき領域との間の領域２２７が露出するように第３マスク２７３を成膜する。
【００５３】
第３マスク２７３としては、例えばフォトレジスト膜等が用いられる。
なお、このとき、図５（ｆ）に示すように、島状部１９の上面から、側面、そして島状部１９の外側の領域にかけて第３マスク２７３で覆うように成膜するのが好ましい。このように島状部１９の外側の領域に至るまで第３マスク２７３を重ねることにより、後述する第３エッチング処理において、圧電体層１４、下部電極層１３およびバッファー層１２が側面から加工されてしまうのを防ぐことができる。これにより、振動腕２２１、２２２の振動特性が損なわれるのを防ぐことができる。
【００５４】
［７］
次に、第３マスク２７３を介して積層体１０に第３エッチング処理を施す。これにより、図６（ｇ）に示すように、第３マスク２７３で覆われていない領域２２６、２２７が除去されるよう加工される。その結果、領域２２６、２７７の基板１１が除去される。また、これにより、段差１６が形成される。
【００５５】
［８］
次に、第３マスク２７３を除去する。第３マスク２７３の除去には、例えばアッシング処理等を用いることができる。これにより、図６（ｈ）に示すように、電極２３を露出させることができ、かつ、上部電極層１５を露出させることができる。
また、図面には示していないものの、基部２１では、上部電極層１５で構成された電極２４、２５、２６も露出する。
以上のようにして振動素子１が得られる。
【００５６】
なお、上述したような振動素子の製造方法では、少なくとも３回のエッチング処理により、振動素子１を得ることができる。このため、従来に比べて製造にかかる工数も減らすことができ、製造歩留まりを高めることができる。すなわち、より少ない工程で振動素子１を製造することができる。
また、従来の製造方法では、ドライエッチングにより、図８（ｄ）の形状から図８（ｅ）の形状に変化させる。その後、エッチングガスの種類を変えて、図８（ｅ）の形状から図８（ｆ）の形状に変化させる。このように従来の製造方法では、エッチングガスを変える必要があった。これは、仮にエッチングガスの種類を変えなかった場合、図８（ｆ）の形状を作る際、圧電層９４、下部電極層９３およびバッファー層９２の側面が加工されてしまう不具合が発生するからである。
【００５７】
これに対し、本実施形態に係る振動素子の製造方法では、図５（ｆ）に示すように、島状部１９の側面を第３マスク２７３で覆う工程を設けている。このため、エッチングガスの種類を変えることなく、基板１１を加工することができる。このため、３回のエッチング処理において同じ種類のエッチングガスを用いることができ、ガス交換等が不要になるため、工数を削減することができる。
【００５８】
なお、従来の製造方法においてこのような不具合の発生を防ぐためには、図８（ｅ）に示す島状部の側面を覆うようにマスクを形成する工程を追加すればよいことになる。ただし、その場合、マスクを形成する工程が１つ増え、全部で少なくとも４回のマスク形成工程が必要になるため、製造効率の観点からは好ましくない。
これに対し、本実施形態に係る振動素子の製造方法では、エッチングガスの種類を変えることなく、かつ、少なくとも３回のマスク形成工程で不具合の発生を抑えることができる。
そして、以上説明したような振動素子１は、各種の電子機器に組み込んで使用することができる。
このような電子機器によれば、信頼性を優れたものとすることができる。
【００５９】
＜電子機器＞
ここで、本発明の振動素子を備える電子機器の一例について、図７〜図９に基づき、詳細に説明する。
図７は、本発明の振動素子を備えるモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【００６０】
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、ジャイロセンサーとして機能する前述した振動素子１が内蔵されている。
【００６１】
図８は、本発明の振動素子を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサーとして機能する前述した振動素子１が内蔵されている。
【００６２】
図９は、本発明の振動素子を備えるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００６３】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
【００６４】
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、ジャイロセンサーとして機能する前述した振動素子１が内蔵されている。
【００６５】
なお、本発明の電子機器は、図７のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図８の携帯電話機、図９のディジタルスチルカメラの他にも、電子デバイスの種類に応じて、例えば、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ヘッドマウントディスプレイ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲームコントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。
【００６６】
以上、本発明について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の振動素子では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明の振動素子の製造方法には、任意の工程を追加することもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１……振動素子  ９……振動素子  １０……積層体  １１……基板  １２……バッファー層  １３……下部電極層  １４……圧電体層  １５……上部電極層  １６……段差  １７……段差  １８……島状部  １９……島状部  ２１……基部  ２３……電極  ２４……電極  ２５……電極  ２６……電極  ９１……シリコン基板  ９２……バッファー層  ９３……下部電極層  ９４……圧電層  ９５……上部電極層  ９６……補助電極  １００……表示部  １１１……第１面  １１２……第２面  １５１……検出電極  １５２……励振電極  １５３……励振電極  １５４……検出電極  ２２０……領域  ２２１……振動腕  ２２２……振動腕  ２２６……領域  ２２７……領域  ２３０……領域  ２７１……第１マスク  ２７２……第２マスク  ２７３……第３マスク  ９０１……基部  ９０２……振動腕  ９４１……窓部  ９５１……上部電極層  ９５２……上部電極層  ９７１……第１のレジスト膜  ９７２……第２のレジスト膜  ９７３……第３のレジスト膜  １１００……パーソナルコンピューター  １１０２……キーボード  １１０４……本体部  １１０６……表示ユニット  １２００……携帯電話機  １２０２……操作ボタン  １２０４……受話口  １２０６……送話口  １３００……ディジタルスチルカメラ  １３０２……ケース  １３０４……受光ユニット  １３０６……シャッターボタン  １３０８……メモリー  １３１２……ビデオ信号出力端子  １３１４……入出力端子  １４３０……テレビモニター  １４４０……パーソナルコンピューター
【図１】
2015087284.tif 000003
【図２】
2015087284.tif 000004
【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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