(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第III族または第Ｖ族のいずれか一方の元素を添加してなる非圧電材料のウエハの主面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電薄膜を形成する工程と、この圧電薄膜をパターニングして複数の圧電薄膜に形成する工程と、上記下部電極上および複数の圧電薄膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記複数の圧電薄膜上にパターニングして所定部分の絶縁膜を除去する工程と、上記複数の圧電薄膜上および絶縁膜上に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして複数の上部電極と引き出し配線および引き出し電極を形成する工程と、複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シートに電圧を印加して複数の圧電薄膜を一括分極する工程と、個片に分離する工程からなる薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の姿勢制御やナビゲーションあるいはカメラやビデオカメラ等の手ぶれ防止に用いられる薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜微小機械式共振子ジャイロは、小型で優れた性能を有していることから航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の姿勢制御やナビゲーションあるいはカメラやビデオカメラ等の幅広い各種電子機器に利用され、今後益々拡大していくものと予測される。
【０００３】
薄膜微小機械式共振子ジャイロは非圧電材料からなるウエハ上に下部電極、圧電薄膜、上部電極を積層した構造で構成される。
【０００４】
以下、従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロについて図を用いて説明する。
【０００５】
図７（ａ）〜（ｈ）は従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスを示す工程図である。
【０００６】
図７（ａ）に示すように薄膜微小機械式共振子ジャイロはシリコンウエハ１の主面２の上に金属の材料をスパッタや蒸着により成膜して下部電極３を形成し、図７（ｂ）に示すようにこの下部電極３の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の材料をスパッタ等により成膜して圧電薄膜４を形成し、図７（ｃ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて圧電薄膜４をエッチングによりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を形成する。
【０００７】
次に図７（ｄ）に示すようにポリイミド、変性アクリレート、エポキシのいずれかの材料をパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上および下部電極３の上に塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極３の表出部（図示せず）上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上の一部の絶縁膜９を除去して下部電極３の表出部および上部電極形成部分を設け、熱硬化により絶縁膜９を形成する。
【０００８】
次に図７（ｅ）に示すように絶縁膜９の上と下部電極３の表出部上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上に金属の材料をスパッタや蒸着により金属層１０を形成し、図７（ｆ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングにより第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上にそれぞれパターンニングされた第１、第２、第３、第４の上部電極１１，１２，１３，１４が形成され、さらに引き出し配線１５，１６と引き出し電極（図示せず）が形成される。
【０００９】
次に図７（ｇ）に示すようにフォトリソグラフィを用いてエッチングにより音叉形状の薄膜機械式共振ジャイロの外形周辺に沿って、絶縁膜９から下部電極３さらにシリコンウエハの裏面に達する溝を形成して個片にする。そして図７（ｈ）に示すように下部電極３の表出部と第１、第２、第３、第４の上部電極１１，１２，１３，１４に電圧を印加して第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８が分極される。
【００１０】
従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法は、非圧電材料からなるシリコンウエハ１の主面２の上に第一の金属、圧電薄膜、第二の金属などの材料を順次積層およびパターン処理することにより形成したものであるが、通常、複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロを同時に形成するためには、シリコンウエハ１の主面２の上に複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロを一括で形成してドライエッチングなどを用いて互いに分離して個片とし、個片毎に圧電薄膜の分極を行い製造している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法によれば、シリコンウエハ１の主面２の上に薄膜微小機械式共振子ジャイロを一括して形成してドライエッチングなどを用いて互いに分離して個片とし、個々の薄膜微小機械式共振子ジャイロの圧電薄膜に対して分極を行っているため、生産性が悪いという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、生産性の高い薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、第III族または第Ｖ族のいずれか一方の元素を添加してなる非圧電材料のウエハの主面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電薄膜を形成する工程と、この圧電薄膜をパターニングして複数の圧電薄膜に形成する工程と、上記下部電極上および複数の圧電薄膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記複数の圧電薄膜上にパターニングして所定部分の絶縁膜を除去する工程と、上記複数の圧電薄膜上および絶縁膜上に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして複数の上部電極と引き出し配線および引き出し電極を形成する工程と、複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シートに電圧を印加して複数の圧電薄膜を一括分極する工程と、個片に分離する工程からなる薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法であり、ウエハの主面上に形成した複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロの圧電薄膜を一括で分極することができるため生産性を著しく高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子ジャイロについて図を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子ジャイロの構造を示す斜視図、図２はシリコンウエハ上での薄膜微小機械式共振子ジャイロの配置図、図３（ａ）〜（ｊ）は図２のＢ−Ｂ断面における製造プロセスを示す工程図である。
【００２０】
図１において、２０は非圧電材料のシリコンからなる音叉、２１，２２はこの音叉２０のアーム、３はこのアーム２１，２２の主面上に形成された下部電極、５，６，７，８，２４，２５は下部電極３の上に形成された圧電薄膜、９は下部電極３の上に形成された絶縁膜、１１，１２，１３，１４，２６，２７は圧電薄膜上に形成された上部電極、１５，１６，２８，２９，３０，３１はこの上部電極１１，１２，１３，１４，２６，２７からの引き出し配線、３２，３３，３４，３５はこの引き出し配線と接続した引き出し電極、３６は下部電極３の表出部であり、これらで薄膜微小機械式共振子ジャイロを構成している。
【００２１】
次に上記薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスについて図３（ａ）〜（ｊ）を用いて説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示すように厚み５００μｍ程度のシリコンウエハ１の主面２の上に白金とチタンまたはイリジウムとチタン等の材料をスパッタや蒸着により２０００Å程度成膜して下部電極３を形成し、図３（ｂ）に示すように下部電極３の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の材料をスパッタにより２〜３μｍ程度成膜して圧電薄膜４を形成し、図３（ｃ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて圧電薄膜４の上に第一のレジスト膜（図示せず）を形成し、ドライエッチングまたはウエットエッチングによりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を形成して第一のレジスト膜を除去する。
【００２３】
次に図３（ｄ）に示すようにポリイミド、変性アクリレート、エポキシのいずれかの絶縁材料をスピンコート法によりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上および下部電極３の上に絶縁膜９を塗布し、図３（ｅ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて絶縁膜９の上に第二のレジスト膜（図示せず）を形成し、ドライエッチングにより下部電極３の表出部３６の上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上の所定部分の絶縁膜９を除去して下部電極３の表出部３６および上部電極形成部分を設け、第二のレジスト膜を除去し熱硬化を行い膜厚０．５〜５μｍ程度の絶縁膜９を形成する。
【００２４】
次に図３（ｆ）に示すように絶縁膜９の上と下部電極３の表出部３６の上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上に金、チタンなどの材料をスパッタや蒸着により膜厚２０００Å程度の金属層１０を形成し、図３（ｇ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて金属層１０の上に第三のレジスト膜を形成し、ウエットエッチングによりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の上部電極１１，１２，１３，１４と引き出し配線１５，１６および引き出し電極（図示せず）が形成される。
【００２５】
次に分極について説明する。
【００２６】
図２はシリコンウエハ１の主面２の上に形成された薄膜機械式共振ジャイロの配置図である。
【００２７】
図２に示すように２つの音叉のアームが対向して凹と凸を噛み合わせて対を構成しシリコンウエハ１の主面２の上に配置し、下部電極３の表出部３６の形成と同時に下部電極３の表出部３７をシリコンウエハ１の主面２の上の周辺の一部に形成し、複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロの下部電極３と電気的に接続される下部電極３の表出部３７と、シリコンウエハ１の主面２の上の複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シート３８，３９，４０に電圧を印加して一括分極を行い、第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を分極する。
【００２８】
次に図３（ｈ）に示すようにフォトリソグラフィを用いてドライエッチングにより音叉形状の薄膜械式共振子ジャイロの外形周辺に沿って絶縁膜９から下部電極３さらにシリコンウエハ１の深さ３００μｍ程度に達する溝１７，１８を形成し、シリコンウエハ１の主面２の上に保護テープ（図示せず）を張り合わせ、図３（ｉ）に示すように裏面１９を溝１７，１８に達するまで研削し個片にする。
【００２９】
以上のようにシリコンウエハ１の主面２の上に形成した複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいて、２つの音叉のアームが対向して凹と凸を噛み合わせて対を構成して配置したことにより１ウエハ当たりの取れ数を増やすことができ、生産性を高めることができる。
【００３０】
また、複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロの下部電極３と電気的に接続される下部電極３の表出部３７と、シリコンウエハ１の主面２の上の複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シート３８，３９，４０に電圧を印加して一括で分極することができ、生産性を著しく高めることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図１において、実施の形態１と異なる点は、プラズマエッチングよりシリコンウエハ１の主面上の自然酸化膜を除去し、第III族または第Ｖ族の元素を添加し電気的に導体のシリコンウエハとしたところにある。
【００３２】
また、この構成の薄膜機械式共振ジャイロの製造プロセスについて図４（ａ）〜（ｊ）を用いて説明する。
【００３３】
図４（ａ）に示すように厚み５００μｍ程度のシリコンウエハ１の主面２の上の自然酸化膜（図示せず）をプラズマエッチングにより除去し、第III族または第Ｖ族の元素を添加したシリコンウエハ４５の主面４６の上に白金とチタンまたはイリジウムとチタン等の材料をスパッタや蒸着により２０００Å程度成膜して下部電極３を形成し、図４（ｂ）に示すように下部電極３の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の材料をスパッタにより２〜３μｍ程度成膜して圧電薄膜４を形成し、図４（ｃ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて圧電薄膜４の上に第一のレジスト膜（図示せず）を形成し、ドライエッチングまたはウエットエッチングによりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を形成して第一のレジスト膜を除去する。
【００３４】
次に図４（ｄ）に示すようにポリイミド、変性アクリレート、エポキシのいずれかの絶縁材料をスピンコート法によりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上および下部電極３の上に絶縁膜９を塗布し、図４（ｅ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて絶縁膜９の上に第二のレジスト膜（図示せず）を形成し、ドライエッチングにより下部電極３の表出部３６の上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上の所定部分の絶縁膜９を除去して下部電極３の表出部３６および上部電極形成部分を設け、第二のレジスト膜を除去し熱硬化を行い膜厚０．５〜５μｍ程度の絶縁膜９を形成する。
【００３５】
次に図４（ｆ）に示すように絶縁膜９の上と下部電極３の表出部３６の上および第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上に金、チタンなどの材料をスパッタや蒸着により膜厚２０００Å程度の金属層１０を形成し、図４（ｇ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて金属層１０の上に第三のレジスト膜を形成し、ウエットエッチングによりパターンニングされた第１、第２、第３、第４の上部電極１１，１２，１３，１４と引き出し配線１５，１６および引き出し電極（図示せず）が形成される。
【００３６】
次に図４（ｈ）に示すようにフォトリソグラフィを用いてドライエッチングにより音叉形状の薄膜械式共振子ジャイロの外形周辺に沿って絶縁膜９から下部電極３さらにシリコンウエハ４５の深さ３００μｍ程度に達する溝１７，１８を形成する。
【００３７】
次に分極について説明する。
【００３８】
図２に示すように複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シート３８，３９，４０とシリコンウエハ４５に電圧を印加して一括分極を行い、図４（ｉ）に示すように第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を分極する。
【００３９】
次に図４（ｊ）に示すようにシリコンウエハ４５の主面４６の上に保護テープ（図示せず）を張り合わせ、シリコンウエハ４５の裏面４７を溝１７，１８に達するまで研削し個片にする。
【００４０】
以上のようにプラズマエッチングよりシリコンウエハ表面の自然酸化膜を除去し、第III族または第Ｖ族の元素を添加し電気的に導体としたシリコンウエハ４５とシリコンウエハ４５の主面４６の上の複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シート３８，３９，４０に電圧を印加して一括で分極することができ、生産性を著しく高めることができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図１において、実施の形態１と同様である。
【００４２】
また、この構成の薄膜機械式共振ジャイロの製造プロセスについて図５（ａ）〜（ｊ）を用いて説明する。
【００４３】
図５（ａ）〜（ｆ）に示す工程は実施の形態１と同様であり省略する。
【００４４】
図５（ｇ）に示すようにフォトリソグラフィ技術を用いて金属層１０の上に第三のレジスト膜を形成し、ウエットエッチングにより第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８の上にそれぞれパターンニングされた第１、第２、第３、第４の上部電極１１，１２，１３，１４と引き出し配線１５，１６および引き出し電極が形成される。
【００４５】
次に図５（ｈ）に示すようにフォトリソグラフィを用いてドライエッチングにより音叉形状の薄膜械式共振子ジャイロの外形周辺に沿って絶縁膜９から下部電極３さらにシリコンウエハ１の深さ３００μｍ程度に達する溝１７，１８を形成する。
【００４６】
次に分極について説明する。
【００４７】
図６はシリコンウエハ１の主面２の上に形成された薄膜機械式共振ジャイロの配置図である。
【００４８】
図６に示すようにシリコンウエハ１の主面２の上の複数の上部電極を覆い電気的に接続する第一の導電性シート３８，３９，４０と、複数の下部電極３と電気的に接続される第一の下部電極３の表出部３６を覆い電気的に接続する第二の導電性シート４１，４２，４３，４４に電圧を印加して一括分極を行い、図５（ｉ）に示すように第１、第２、第３、第４の圧電薄膜５，６，７，８を分極する。
【００４９】
次に図５（ｊ）に示すようにシリコンウエハ１の主面２の上に保護テープ（図示せず）を張り合わせ、シリコンウエハ１の裏面１９を溝１７，１８に達するまで研削し個片にする。
【００５０】
以上のようにシリコンウエハ１の主面２の上に形成した複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロの圧電薄膜を第一の導電性シート３８，３９，４０と第二の導電性シート４１，４２，４３，４４に電圧を印加して一括で分極することができ生産性を高めることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、第III族または第Ｖ族のいずれか一方の元素を添加してなる非圧電材料のウエハの主面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電薄膜を形成する工程と、この圧電薄膜をパターニングして複数の圧電薄膜に形成する工程と、上記下部電極上および複数の圧電薄膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記複数の圧電薄膜上にパターニングして所定部分の絶縁膜を除去する工程と、上記複数の圧電薄膜上および絶縁膜上に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして複数の上部電極と引き出し配線および引き出し電極を形成する工程と、複数の上部電極を覆い電気的に接続する導電性シートに電圧を印加して複数の圧電薄膜を一括分極する工程と、個片に分離する工程からなる薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造方法であり、ウエハの主面上に形成した複数の薄膜微小機械式共振子ジャイロの圧電薄膜を一括で分極することができ生産性を著しく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるシリコンウエハ上の薄膜微小機械式共振子ジャイロの配置図
【図３】本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスを示す工程図
【図４】本発明の実施の形態２における薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスを示す工程図
【図５】本発明の実施の形態３における薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスを示す工程図
【図６】本発明の実施の形態３におけるシリコンウエハ上の薄膜微小機械式共振子ジャイロの配置図
【図７】従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロの製造プロセスを示す工程図
【符号の説明】
１  シリコンウエハ
２  シリコンウエハの主面
３  下部電極
４  圧電薄膜
５  第１の圧電薄膜
６  第２の圧電薄膜
７  第３の圧電薄膜
８  第４の圧電薄膜
９  絶縁膜
１０  金属層
１１  第１の上部電極
１２  第２の上部電極
１３  第３の上部電極
１４  第４の上部電極
１５  引き出し配線
１６  引き出し配線
１７  溝
１８  溝
１９  シリコンウエハの裏面
２０  音叉
２１  音叉のアーム（凸部）
２２  音叉のアーム（凸部）
２３  音叉のアーム（凹部）
２４  第５の圧電薄膜
２５  第６の圧電薄膜
２６  第５の上部電極
２７  第６の上部電極
２８  引き出し配線
２９  引き出し配線
３０  引き出し配線
３１  引き出し配線
３２  引き出し電極
３３  引き出し電極
３４  引き出し電極
３５  引き出し電極
３６  下部電極の表出部
３７  下部電極の表出部
３８  第１の導電性シート
３９  第１の導電性シート
４０  第１の導電性シート
４１  第２の導電性シート
４２  第２の導電性シート
４３  第２の導電性シート
４４  第２の導電性シート
４５  第III族または第Ｖ族を添加したシリコンウエハ
４６  自然酸化膜を除去したシリコンウエハの主面
４７  シリコンウエハの裏面
【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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