(57)【要約】【課題】補助電極の形成を容易とすることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、基板１の表面に、下部電極層３、圧電層４、上部電極層５を順次、積層形成し、次に上部電極層５上に第一のレジスト膜を形成し、その後ドライエッチングで第一のレジスト膜の外周を圧電層４の下部までエッチングし、次に第一のレジスト膜を剥離し、その後圧電層４の一部を除いて上部電極層５および圧電層４を覆う第二のレジスト膜８を形成して開口部１５を設け、その後少なくとも開口部１５の圧電層４をウエットエッチングによって除去して下層の下部電極層３の一部を露出させ、次にこの露出した下部電極層３上に補助電極６を形成し、次に第二のレジスト膜８を剥離するものである。【選択図】　図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、下部電極層、圧電層、上部電極層を順次、積層形成し、次に上部電極層上に第一のレジスト膜を形成し、その後ドライエッチングで第一のレジスト膜の外周を圧電層の下部までエッチングし、次に第一のレジスト膜を剥離し、その後圧電層の一部を除いて上部電極層および圧電層を覆う第二のレジスト膜を形成して開口部を設け、その後少なくとも開口部の圧電層をウエットエッチングによって除去して下層の下部電極層の一部を露出させ、次にこの露出した下部電極層上に補助電極を形成し、次に第二のレジスト膜を剥離する圧電機能部品の製造方法。
【請求項２】
下部電極層をＰｔで形成し、圧電層をチタン酸ジルコン酸鉛で形成し、上部電極層をＡｕ、補助電極をＡｕで形成した請求項１記載の圧電機能部品の製造方法。
【請求項３】
圧電層の下層にある下部電極層の一部を露出させるために、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電層をエッチングする際のエッチング液は、ＨＦ，ＨＮＯ３，Ｈ２Ｏの混合液とする液であり、エッチング後には酢酸、過酸化水素水、硝酸を用いたリンス剤によってエッチング表面に残る成分を除去する請求項２記載の圧電機能部品の製造方法。
【請求項４】
基板の表面に下部電極層を形成する前にあらかじめ、基板の表面にバッファ層を形成する請求項１記載の圧電機能部品の製造方法。
【請求項５】
バッファ層をＮｉＯ，ＣｏＯ，ＭｇＯ，Ｔｉの少なくとも一つで形成し、下部電極層をＰｔで形成し、圧電層をチタン酸ジルコン酸鉛で形成し、上部電極層をＡｕ、補助電極をＡｕで形成した請求項４記載の圧電機能部品の製造方法。
【請求項６】
圧電層の下層にある下部電極層の一部を露出させるために、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電層をエッチングする際のエッチング液は、ＨＦ，ＨＮＯ３，Ｈ２Ｏの混合液とする液であり、エッチング後には酢酸、過酸化水素水、硝酸を用いたリンス剤によってエッチング表面に残る成分を除去する請求項５記載の圧電機能部品の製造方法。
【請求項７】
チタン酸ジルコン酸鉛よりなる圧電層をＨＦ，ＨＮＯ３，Ｈ２Ｏの混合液によるウエットエッチング及び酢酸、過酸化水素水、ＨＮＯ３を用いたリンス液により除去した後、補助電極としてＡｕを真空蒸着法によって形成し、その後、第二のレジスト膜をアルカリ溶液によって除去することで、Ａｕによる補助電極が、下部電極層が露出した箇所の面積より若干内側に形成される請求項６記載の圧電機能部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセンサ、アクチュエータ、メモリ、光スイッチなどの圧電機能部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種、圧電機能部品の構成は次のような構成となっていた。すなわち従来のこの種、圧電機能部品は、基板の表面上に順次、下部電極層、圧電層、上部電極層を積層形成したものである。そして上部電極層に電圧を加えることで圧電層を電界によって歪ませ、各種機能を発揮する構成となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に於いて問題となるのは、下部電極層からの電極取り出し時に例えばワイヤボンディングなどの方法で取り出そうとすると密着性が悪いというものであった。これに対し、下部電極層の上に別途補助電極を形成することが考えられるが、下部電極層を露出させた後に補助電極を形成することは、その露出部のみに精度良く形成する必要があり難しかった。この時補助電極の形成時に位置ズレが起こってしまうと、以下の問題が発生する。すなわち、上述のごとく、圧電層は上下電極層に電圧を加えることで歪むものであり、常に応力を受ける部分であるが、補助電極の位置ズレが発生して圧電層の上部にまで補助電極が形成された状態で上下電極層に電圧をかけると、補助電極が圧電層の上下を挟み込んでいるために、上下間で電圧差が生じた場合、挟み込まれた圧電層の部分が歪むことでクラックなどを生じさせ、その結果、補助電極が下部電極層から剥がれやすくなるという問題があった。そこで本発明は、補助電極の形成が容易な圧電機能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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そしてこの目的を達成するため本発明は、基板の表面に、下部電極層、圧電層、上部電極層を順次、積層形成し、次に上部電極層上に第一のレジスト膜を形成し、その後ドライエッチングで第一のレジスト膜の外周を圧電層の下部までエッチングし、次に第一のレジスト膜を剥離し、その後圧電層の一部を除いて上部電極層および圧電層を覆う第二のレジスト膜を形成して開口部を設け、その後少なくとも開口部の圧電層をウエットエッチングによって除去して下層の下部電極層の一部を露出させ、次にこの露出した下部電極層上に補助電極を形成し、次に第二のレジスト膜を剥離するものである。
【０００５】
すなわち、本発明の製造方法によれば、ウエットエッチングにより開口部の開口面積よりも下部電極層の露出面積を大きくすることができるので補助電極が圧電層の上下を挟み込むようなことがなくなり、つまり挟み込まれた圧電層の部分が歪むことがないので、クラックが生じたり、補助電極が下部電極層から剥がれたりするという問題がなくなる。さらに、本発明の方法によれば、第二のレジスト膜を剥がす前に補助電極を蒸着により形成するので、その後第二のレジスト膜を除去すれば、補助電極は下部電極層の露出した部分に自動的に形成されるので、製造が極めて簡便であるという利点も有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態を添付図面に従って説明する。図１は本発明の圧電機能部品の一実施の形態として角速度センサを示したものである。この角速度センサは図２の分解斜視図に示すようにシリコンで形成された音叉形状の基板１上に、バッファ層２、下部電極層３、圧電層４、上部電極層５、補助電極６が形成されている。ここでこの角速度センサが角速度を検出する時の動作について図１を用いて少し説明する。図１に示すように上部電極層５は、励振電極５Ａ、検出電極５Ｂのように分割されており、それぞれ下部電極層３とともに圧電層４を挟むように対向している。このような状態で、励振電極５Ａと下部電極層３との間に電圧を加えると、これら励振電極５Ａと下部電極層３に挟まれた圧電層４の部分が伸縮し、結果として基板１に設けられた２本の腕部１０Ａ及び１０Ｂの形状を歪ませるので、音叉の水平方向に振動が起こる。このとき、この音叉の腕と平行方向を軸とする角速度が発生すると、腕部１０Ａ，１０Ｂにはこの軸と振動方向の垂直な方向へたわみが発生する。そしてこのたわみ量を検出電極５Ｂによって検出するのである。このような音叉型の角速度センサの動作については良く知られたものであるのでこれ以上述べないが、つまり、このような角速度センサにおいては、腕部１０Ａ，１０Ｂの励振及び角速度量の検知を行う為に圧電層４を利用したものである。
【０００７】
さて、それではこの角速度センサについて今一度、図２を用いて構成を詳細に説明する。すなわち、本発明の一実施の形態として示す角速度センサは、シリコンよりなる基板１が音叉型をした形状であり、この基板１の上にはほぼ同じ形状をしたバッファ層２、下部電極層３が当接されている。さらに、これらの上には、圧電層４および上部電極層５が形成されている。さらに、圧電層４の一部は下層にある下部電極層３が露出するように穴１３が形成されており、この穴１３の内側には補助電極６が形成されている。ここで、補助電極６の外周大きさは圧電層４の穴１３の内周よりも若干小さい形状となっている。つまり、補助電極６は圧電層４を挟み込んでいないので、圧電層４に歪みが発生することがなく、これによって補助電極６が下部電極層３より剥離することがなくなるのである。
【０００８】
さらに、本一実施の形態の角速度センサでは、バッファ層２の材料はＮｉＯ，ＣｏＯ，ＭｇＯ，Ｔｉの少なくとも一つの材料よりなり、下部電極層３はＰｔよりなり、圧電層４はチタン酸ジルコン酸鉛よりなり、上部電極層５及び補助電極６はＡｕよりなり、バッファ層２、下部電極層３、圧電層４をこれら材料とすることにより、圧電層４の特性を最大限向上させることができるものである。
【０００９】
また、補助電極６を上部電極層５と同じ材料としておけば、補助電極６と上部電極層５にワイヤーボンディングなどの方法により外部への電極取り出しを行う場合でも、材料が同じなので同じ条件で接続できるという利点も有する。
【００１０】
次に本一実施の形態による角速度センサの製造方法について、図面を用いて説明する。なお、本来は本一実施の形態による角速度センサは、同一基板上に複数個同時に形成するものであるが、ここでは一つの角速度センサについて説明する。図３は本一実施の形態による角速度センサの製造方法の流れを説明したものであるが、実際の製造順序を図４〜図１５を用いて説明する。初めに、図４に示すようにシリコン基板１の表面上に、ＮｉＯよりなるバッファ層２ＮｉＯが＜１００＞方向に結晶配向するように形成する（図３Ａ）。これを形成する方法としてはニッケルアセチルアセトナトを昇華気化させたガスを材料とするＭＯＣＶＤ法が代表的である。ここでバッファ層２としてＭｇＯ，ＣｏＯを用いる場合は同様にＭＯＣＶＤ法が最適であるが、Ｔｉの場合にはスパッタリングによっても形成できる。次に図５に示すように下部電極層３としてＰｔをスパッタリングなどの方法によって形成する（図３Ｂ）。次に図６に示すように圧電層４としてチタン酸ジルコン酸鉛をスパッタリングなどの方法により形成する（図３Ｃ）。次に図７に示すように上部電極層５としてＡｕをスパッタリング、真空蒸着などの方法により形成する（図３Ｄ）。Ａｕを直接形成した場合に密着強度などが問題になる場合は、Ａｕを形成する前にＣｒやＴｉなどを薄く形成しておけば良い。実験ではＴｉを２０から１００オングストローム程度、真空蒸着により形成することで十分な密着性が得られた。さて、通常、シリコン基板１上には圧電特性の高い圧電層４を形成することが難しいが、上記のような製造方法によって、圧電特性の高い圧電層４であるチタン酸ジルコン酸鉛を形成することができるようになるのである。ここで、図８〜図１０では図１における音叉形状の腕部１０Ａ，１０Ｂ部分における断面図を示しており、図８〜図１０における左側部及び右側部は図１における腕部１０Ａ及び１０Ｂに対応するものである。また、図１１〜図１５は図１における音叉形状の根元部における断面図であり、この根元部には腕部１０Ａ，１０Ｂに形成された励振電極５Ａ及び検出電極５Ｂの電気信号取り出し部が設けられている。さて図面に戻って製造順序を説明すると、音叉形状の腕部１０Ａ，１０Ｂにおいては図８に示すように、根元部においては図１１に示すように第一のレジスト膜７を形成する（図３Ｅ）。次に図９及び図１２に示すようにドライエッチングによって上部電極層５及び圧電層４をエッチングする（図３Ｆ）。このとき、エッチングは下層の下部電極層３に到達する前に止めるようにする。次に図１０及び図１３に示すように、第一のレジスト膜７を剥離する（図３Ｇ）。次に、音叉形状の根元部において図１４に示すように第二のレジスト膜８を形成するが（図３Ｈ）、下部電極層３の電気信号を取り出すため圧電層４の一部を除いて形成し開口部１５を設ける。次に図１５に示すようにＨＦ，ＨＮＯ３，Ｈ２Ｏの混合液によるエッチング液により圧電層４をエッチングする（図３Ｉ）。次に図１６に示すようにＡｕの真空蒸着により補助電極６を形成した後（図３Ｊ）、図１７に示すように第二のレジスト膜８を除去する（図３Ｋ）。このようにして必要な部分にのみ補助電極６が形成される。さてここで、圧電層４をエッチングするためのウエットエッチング液は混合比をＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏが１：３：３０となるようにした。また、ウエットエッチング後には酢酸、過酸化水素水の混合液とＨＮＯ３とＨ２Ｏの混合液につけることにより、ウエットエッチング時に残ったチタン酸ジルコン酸鉛の残渣物を綺麗に取り除くことができる。このようにすれば、露出した下部電極層３は第二のレジスト膜の開口部１５より必ず大きな形状となり、また、チタン酸ジルコン酸鉛の残渣がなくなるのである。さらにこの上に補助電極６を真空蒸着で形成するので、Ａｕは開口部１５の下部電極層３の領域にしか形成されず、また、この下部電極層３がウエットエッチングにより露出した領域は第二のレジスト膜８の開口部１５より大きいので、補助電極６は必ず下部電極層３が露出した領域より小さい領域に形成されるのである。
【００１１】
次に、図１８に示すように第三のレジスト膜９を形成して（図３Ｌ）、その後、図１９及び図２０に示すようにドライエッチングにより、圧電層４、下部電極層３及びバッファ層２及び基板１を貫通するまでエッチングする（図３Ｍ，Ｎ）。
【００１２】
そして最後に図２１に示すように第三のレジスト膜９を酸素アッシングなどの方法によって除去する（図３Ｏ）。
【００１３】
なお、本一実施の形態に於いては、圧電機能部品の代表的なものとして角速度センサについて示したが、圧電体を利用する他の圧電機能部品、例えばセンサ、アクチュエータ、メモリ、光スイッチなど圧電体の両側に電極を構成し、これら電極に電圧を加えることで、発生する圧電体の特性変化、例えば歪み、誘電率変化の現象を利用する部品のすべてに応用できるものである。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明の製造方法によれば、ウエットエッチングにより開口部の開口面積よりも下部電極層の露出面積を大きくすることができるので補助電極が圧電層の上下を挟み込むようなことがなくなり、つまり挟み込まれた圧電層の部分が歪むことがないので、クラックが生じたり、補助電極が下部電極層から剥がれたりするという問題がなくなる。さらに、本発明の方法によれば、第二のレジスト膜を剥がす前に補助電極を蒸着により形成するので、その後第二のレジスト膜を除去すれば、補助電極は下部電極層の露出した部分に自動的に形成されるので、製造が極めて簡便であるという利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による角速度センサの斜視図
【図２】同分解斜視図
【図３】本発明の一実施の形態による角速度センサの製造工程を示す流れ図
【図４】同製造工程を示す断面図
【図５】同断面図
【図６】同断面図
【図７】同断面図
【図８】同断面図
【図９】同断面図
【図１０】同断面図
【図１１】同断面図
【図１２】同断面図
【図１３】同断面図
【図１４】同断面図
【図１５】同断面図
【図１６】同断面図
【図１７】同断面図
【図１８】同断面図
【図１９】同断面図
【図２０】同断面図
【図２１】同断面図
【符号の説明】
１　基板
２　バッファ層
３　下部電極層
４　圧電層
５　上部電極層
５Ａ　励振電極
５Ｂ　検出電極
６　補助電極
７　第一のレジスト膜
８　第二のレジスト膜
９　第三のレジスト膜
１０Ａ　腕部
１０Ｂ　腕部
１３　穴
１５　開口部
【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】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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