(57)【要約】【課題】本発明は圧電定数の低下や基点電圧変動量の増加を抑制し、特性向上を図った角速度センサおよびその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】シリコン基板上には、チタンを主成分とするＴｉ層からなる第１密着層６８と、チタン白金を主成分とするＰｔ−Ｔｉ層からなる下部電極７２と、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする配向制御層７８と、鉛を含有する圧電材料からなる圧電層８０と、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と、金を主成分とするＡｕ層からなる上部電極７４とを積層した構成である。【選択図】図２
2008128702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
また、検出素子２の製造方法は次の通りである。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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２００２−２５７５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、検出素子５２の製造方法は次の通りである。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】同検出素子のＰＺＴからなる圧電層の圧電特性図
【図４】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
【図５】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
【図６】従来の角速度センサの検出素子の斜視図
【図７】図６のＡ−Ａ断面図
【図８】同検出素子のＰＺＴからなる圧電層の圧電特性図
【図９】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
【図１０】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】
【００４２】
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
【図１】
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【図２】
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【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】
2008128702.tif 000009
【図８】
2008128702.tif 000010
【図９】
2008128702.tif 000011
【図１０】
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