具備pzt膜的傳感器元件的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01180013522. X (PCT國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/JP2011/055470)、申請(qǐng) 日為2011年3月9日（PCT申請(qǐng)進(jìn)入國家階段日2012年9月12日）、發(fā)明名稱為"具備 PZT膜的傳感器元件的制造方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及能夠在角速度傳感器（陀螺儀）、加速度傳感器等中使用的具備PZT膜 的傳感器元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在日本特開2008-190931號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)1)中揭示了具備配備有PZT (鋯鈦酸 鉛）膜的傳感器元件的壓電型角速度傳感器（壓電陀螺儀）。在該公報(bào)中對(duì)PZT膜的形成 方法沒有具體記載，但一般是預(yù)先在規(guī)定厚度的SOI襯底的一面上形成下部電極，在從該 SOI襯底的另一面?zhèn)燃訜酳OI襯底的狀態(tài)下，在下部電極之上形成PZT膜。而后，對(duì)PZT膜 實(shí)施蝕刻處理而形成規(guī)定的PZT膜圖案。接著，在PZT膜圖案之上形成與下部電極相對(duì)置 的規(guī)定圖案的上部電極。接著，對(duì)SOI襯底實(shí)施蝕刻處理而形成具有可撓性的可撓部。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2008-190931號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 但是，實(shí)際上在形成PZT膜時(shí)，面臨難以簡單地形成優(yōu)質(zhì)且大致均勻的PZT膜這一 問題。在進(jìn)行X射線衍射（XRD)解析時(shí)，在有問題的PZT膜上，作為對(duì)（100)面相對(duì)于Pyro 焦和（111)面那樣的不必要的峰值的優(yōu)先定向的比例[PZT(IOO)/Pyro]、以及[PZT(IOO)/ PZT(Ill)]的值減小。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種具備PZT膜的傳感器元件的制造方法，能夠形成優(yōu)質(zhì) 且大致均勻的PZT膜。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種具備PZT膜的傳感器元件的制造方法，在蝕刻處 理SOI襯底時(shí)，即使從上部電極側(cè)用靜電卡盤保持SOI襯底，也能夠防止PZT膜帶電。
[0008] 在本發(fā)明中，如以下那樣制造具備有PZT膜的傳感器元件。首先，在具有550 μm 以上厚度的SOI襯底的一面上形成下部電極。一般情況下認(rèn)為具備有PZT膜的傳感器元件 所需要的SOI襯底在400 μ m左右。因此，以往從一開始就使用400 μ m左右厚度的SOI襯 底來形成PZT膜，但在本發(fā)明中使用比所需的厚度厚的、具有550 μ m以上厚度的SOI襯底。 而后在從SOI襯底的另一面?zhèn)燃訜酳OI襯底的狀態(tài)下，在下部電極上形成PZT膜。在本申 請(qǐng)說明書中，所謂"PZT膜"是鋯鈦酸鉛的膜，是由鈦酸鉛和鋯酸鉛的混晶組成的膜。另外， 所謂"SOI襯底"是具有在Si層內(nèi)插入了 SiO2層的構(gòu)造的襯底。
[0009] 在本發(fā)明中，接著，對(duì)PZT膜實(shí)施蝕刻處理而形成規(guī)定的PZT膜圖案，在PZT膜圖 案上形成和下部電極相對(duì)置的規(guī)定圖案的上部電極。接著，對(duì)SOI襯底的另一面上實(shí)施研 磨加工，讓另一面鏡面化，并且使SOI襯底的厚度薄到使PZT膜圖案的特性有效發(fā)揮的規(guī)定 的厚度（例如400 μ m左右）。其后，從SOI襯底的另一面實(shí)施蝕刻處理形成具有可撓性的 可撓部。
[0010] 如本發(fā)明所示那樣，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了如果使用具有550 μ m以上厚度的SOI襯底形成 PZT膜，則能夠得到優(yōu)質(zhì)且大致均勻的PZT的晶體。其原因雖然不明確，但發(fā)明者認(rèn)為是由 于形成PZT膜時(shí)加熱時(shí)的熱而處于SOI襯底內(nèi)發(fā)生變形的狀況。在本發(fā)明中，在形成PZT 膜后，對(duì)SOI襯底的另一面實(shí)施研磨加工使SOI襯底成為期望的厚度，所以即使最初使用厚 度厚的SOI襯底，也能夠形成具備有所希望厚度的SOI襯底的傳感器元件。
[0011] 優(yōu)選在不對(duì)SOI襯底的另一面實(shí)施研磨加工的狀態(tài)（粗糙的狀態(tài)）下進(jìn)行基于蝕 刻處理的PZT膜的形成。這樣一來，因?yàn)閺腟OI襯底的另一面施加的熱均勻地進(jìn)入到SOI 襯底內(nèi)，所以進(jìn)一步提高了 PZT膜的均勻生成。
[0012] 優(yōu)選加熱SOI襯底的溫度是500~800°C。如果加熱溫度低于500°C，則不能充分 形成PZT膜。另外，如果加熱溫度高于800°C，則因 Pb的蒸發(fā)而不能得到所希望的組成比。 雖然優(yōu)選的是SOI襯底的厚度尺寸設(shè)置成550~750 μ m，但其上限如果考慮加熱溫度的影 響則自然而然地確定，沒有必要設(shè)置成需要以上的厚度。
[0013] 在從另一面研磨加工以及蝕刻處理SOI襯底時(shí)，需要從一面?zhèn)葕A住SOI襯底。優(yōu) 選靜電卡盤使用能夠均勻地冷卻襯底并固定它的靜電卡盤。但是如果單純使用靜電卡盤， 則PZT膜帶電而發(fā)生膜破損，與各層的粘合強(qiáng)度降低。其結(jié)果，無法得到所希望的壓電特 性。因而優(yōu)選在將上部電極和下部電極設(shè)置成同電位的狀態(tài)下，利用靜電卡盤從上部電極 側(cè)保持SOI襯底。此外，靜電卡盤只要使用公知的技術(shù)即可。如果將上部電極和下部電極 設(shè)置在同一電位，則PZT膜難以帶電，所以PZT膜的特性難以受到影響。
[0014] 此外，如果如上述那樣從上部電極側(cè)用靜電卡盤夾住SOI襯底而保持SOI襯底，則 由于從靜電卡盤接收到的電壓，在PZT膜圖案的形成有上部電極圖案的部分和未形成的部 分上發(fā)生不同的電場。其結(jié)果，在PZT膜圖案產(chǎn)生變形，有可能引起PZT膜圖案的膜破裂或 者與各層的粘合強(qiáng)度的降低。因而，也可以在形成了 PZT膜圖案后，不立即形成上部電極， 在進(jìn)行用于形成可撓部的研磨加工以及蝕刻處理后形成上部電極。這種情況下，首先在PZT 膜圖案上形成用于形成上部電極的上部電極材料層。其后，如上所述的那樣，通過研磨加工 使SOI襯底的厚度薄到規(guī)定的厚度，通過蝕刻處理形成可撓部。而后，對(duì)形成于PZT膜圖案 上的上部電極材料層實(shí)施蝕刻處理，在PZT膜圖案上形成規(guī)定圖案的上部電極。
[0015] 這種情況下，也是在從另一面研磨加工以及蝕刻處理SOI襯底時(shí)，在將上部電極 材料層和下部電極設(shè)置成相同電位的狀態(tài)下，從上部電極材料層側(cè)用靜電卡盤保持SOI襯 底即可。
[0016] 如果像這樣在PZT膜圖案上形成了上部電極材料層的狀態(tài)下，從上部電極材料層 側(cè)利用靜電卡盤夾住，則PZT膜圖案內(nèi)的電場變成固定，因?yàn)槌蔀槟て屏训鹊脑虻淖冃?難以產(chǎn)生，所以能夠形成穩(wěn)定的PZT膜圖案。
[0017] 為了將上部電極和下部電極設(shè)置成相同電位，可以采用各種構(gòu)造。例如，上部電極 能夠形成為包含取出下部電極的輸出的下部電極輸出電極。這種情況下，能夠通過在厚度 方向上貫通PZT膜圖案的貫通孔內(nèi)與上部電極一起形成并將下部電極輸出電極和下部電 極連接起來的貫通導(dǎo)電部、和在PZT膜圖案上與上部電極一起形成并將下部電極輸出電極 和其他的上部電極連接起來的表面導(dǎo)電部，來形成設(shè)為相同電位的狀態(tài)。如果這樣，則能夠 通過貫通導(dǎo)電部和表面導(dǎo)電部來電連接下部電極和上部電極整體并形成相同電位。貫通導(dǎo) 電部以及表面導(dǎo)電部與上部電極一起形成，所以可以容易將上部電極和下部電極設(shè)置成相 同電位。
[0018] 而且，在蝕刻處理后，需要解除除了下部電極輸出電極以外的上部電極和下部電 極的同電位的狀態(tài)。因此，直到蝕刻SOI襯底之前，優(yōu)選使用多模穴襯底形成多個(gè)傳感器元 件，在分割多模穴襯底時(shí)將表面導(dǎo)電部設(shè)置成非導(dǎo)通狀態(tài)。如果這樣，則能夠使用多模穴襯 底量產(chǎn)傳感器元件，而且能夠在分割多模穴襯底的同時(shí)解除同電位狀態(tài)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是用本發(fā)明的實(shí)施方式的方法制造的傳感器元件（角速度傳感器）的平面 圖。
[0020] 圖2是圖1的II-II線剖面圖。
[0021] 圖3(A)~（F)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法的一個(gè)例子的工序圖。
[0022] 圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法的圖。
[0023] 圖5是用圖3㈧~（F)所示的方法制造的實(shí)施例的傳感器元件的PZT膜成分的 X射線衍射圖。
[0024] 圖6是比較例的傳感器元件的PZT膜成分的X射線衍射圖。
[0025] 圖7(A)~（F)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法的另一例子的工序圖。
[0026] 符號(hào)說明
[0027] 1 :傳感器元件（角速度傳感器）
[0028] 3 :傳感器主體
[0029] 5 :檢測部
[0030] 11、111:可撓部
[0031] 19、119 :PZT 膜圖案
[0032] 19a:貫通孔
[0033] 21:貫通導(dǎo)電部
[0034] 31、131:SOI 襯底
[0035] 37 :PZT 膜
[0036] 41 :表面導(dǎo)電部
[0037] 139:上部電極材料層
[0038] C、C' ：靜電卡盤
[0039] El:上部電極
[0040] E0、E100:下部電極<