具备PZT膜的传感器元件的制造方法技术

提供一种具备PZT膜的传感器元件的制造方法，能够形成优质且大致均匀的PZT膜。在具有550μm以上的厚度的SOI衬底31的一面上形成下部电极E0。在从SOI衬底31的另一面侧加热了SOI衬底31的状态下，在下部电极E0之上形成PZT膜37。对PZT膜37实施蚀刻处理，形成规定的PZT膜图案19。在PZT膜图案19之上形成与下部电极E0相对置的规定图案的上部电极E1。对SOI衬底31的另一面实施研磨加工，使SOI衬底31的厚度薄到使PZT膜图案19的特性有效地发挥的规定厚度。之后，从SOI衬底31的另一面实施蚀刻处理，形成具有可挠性的可挠部11。

【技术实现步骤摘要】
具备PZT膜的传感器元件的制造方法本申请是申请号为201180013522.X(PCT国际申请号PCT/JP2011/055470)、申请日为2011年3月9日(PCT申请进入国家阶段日2012年9月12日)、专利技术名称为“具备PZT膜的传感器元件的制造方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及能够在角速度传感器(陀螺仪)、加速度传感器等中使用的具备PZT膜的传感器元件的制造方法。
技术介绍
在日本特开2008-190931号公报(专利文献1)中揭示了具备配备有PZT(锆钛酸铅)膜的传感器元件的压电型角速度传感器(压电陀螺仪)。在该公报中对PZT膜的形成方法没有具体记载，但一般是预先在规定厚度的SOI衬底的一面上形成下部电极，在从该SOI衬底的另一面侧加热SOI衬底的状态下，在下部电极之上形成PZT膜。而后，对PZT膜实施蚀刻处理而形成规定的PZT膜图案。接着，在PZT膜图案之上形成与下部电极相对置的规定图案的上部电极。接着，对SOI衬底实施蚀刻处理而形成具有可挠性的可挠部。专利文献1：日本特开2008-190931号公报
技术实现思路
但是，实际上在形成PZT膜时，面临难以简单地形成优质且大致均匀的PZT膜这一问题。在进行X射线衍射(XRD)解析时，在有问题的PZT膜上，作为对(100)面相对于Pyro焦和(111)面那样的不必要的峰值的优先定向的比例[PZT(100)/Pyro]、以及[PZT(100)/PZT(111)]的值减小。本专利技术的目的在于提供一种具备PZT膜的传感器元件的制造方法，能够形成优质且大致均匀的PZT膜。本专利技术的另一目的在于提供一种具备PZT膜的传感器元件的制造方法，在蚀刻处理SOI衬底时，即使从上部电极侧用静电卡盘保持SOI衬底，也能够防止PZT膜带电。在本专利技术中，如以下那样制造具备有PZT膜的传感器元件。首先，在具有550μm以上厚度的SOI衬底的一面上形成下部电极。一般情况下认为具备有PZT膜的传感器元件所需要的SOI衬底在400μm左右。因此，以往从一开始就使用400μm左右厚度的SOI衬底来形成PZT膜，但在本专利技术中使用比所需的厚度厚的、具有550μm以上厚度的SOI衬底。而后在从SOI衬底的另一面侧加热SOI衬底的状态下，在下部电极上形成PZT膜。在本申请说明书中，所谓“PZT膜”是锆钛酸铅的膜，是由钛酸铅和锆酸铅的混晶组成的膜。另外，所谓“SOI衬底”是具有在Si层内插入了SiO2层的构造的衬底。在本专利技术中，接着，对PZT膜实施蚀刻处理而形成规定的PZT膜图案，在PZT膜图案上形成和下部电极相对置的规定图案的上部电极。接着，对SOI衬底的另一面上实施研磨加工，让另一面镜面化，并且使SOI衬底的厚度薄到使PZT膜图案的特性有效发挥的规定的厚度(例如400μm左右)。其后，从SOI衬底的另一面实施蚀刻处理形成具有可挠性的可挠部。如本专利技术所示那样，专利技术人发现了如果使用具有550μm以上厚度的SOI衬底形成PZT膜，则能够得到优质且大致均匀的PZT的晶体。其原因虽然不明确，但专利技术者认为是由于形成PZT膜时加热时的热而处于SOI衬底内发生变形的状况。在本专利技术中，在形成PZT膜后，对SOI衬底的另一面实施研磨加工使SOI衬底成为期望的厚度，所以即使最初使用厚度厚的SOI衬底，也能够形成具备有所希望厚度的SOI衬底的传感器元件。优选在不对SOI衬底的另一面实施研磨加工的状态(粗糙的状态)下进行基于蚀刻处理的PZT膜的形成。这样一来，因为从SOI衬底的另一面施加的热均匀地进入到SOI衬底内，所以进一步提高了PZT膜的均匀生成。优选加热SOI衬底的温度是500～800℃。如果加热温度低于500℃，则不能充分形成PZT膜。另外，如果加热温度高于800℃，则因Pb的蒸发而不能得到所希望的组成比。虽然优选的是SOI衬底的厚度尺寸设置成550～750μm，但其上限如果考虑加热温度的影响则自然而然地确定，没有必要设置成需要以上的厚度。在从另一面研磨加工以及蚀刻处理SOI衬底时，需要从一面侧夹住SOI衬底。优选静电卡盘使用能够均匀地冷却衬底并固定它的静电卡盘。但是如果单纯使用静电卡盘，则PZT膜带电而发生膜破损，与各层的粘合强度降低。其结果，无法得到所希望的压电特性。因而优选在将上部电极和下部电极设置成同电位的状态下，利用静电卡盘从上部电极侧保持SOI衬底。此外，静电卡盘只要使用公知的技术即可。如果将上部电极和下部电极设置在同一电位，则PZT膜难以带电，所以PZT膜的特性难以受到影响。此外，如果如上述那样从上部电极侧用静电卡盘夹住SOI衬底而保持SOI衬底，则由于从静电卡盘接收到的电压，在PZT膜图案的形成有上部电极图案的部分和未形成的部分上发生不同的电场。其结果，在PZT膜图案产生变形，有可能引起PZT膜图案的膜破裂或者与各层的粘合强度的降低。因而，也可以在形成了PZT膜图案后，不立即形成上部电极，在进行用于形成可挠部的研磨加工以及蚀刻处理后形成上部电极。这种情况下，首先在PZT膜图案上形成用于形成上部电极的上部电极材料层。其后，如上所述的那样，通过研磨加工使SOI衬底的厚度薄到规定的厚度，通过蚀刻处理形成可挠部。而后，对形成于PZT膜图案上的上部电极材料层实施蚀刻处理，在PZT膜图案上形成规定图案的上部电极。这种情况下，也是在从另一面研磨加工以及蚀刻处理SOI衬底时，在将上部电极材料层和下部电极设置成相同电位的状态下，从上部电极材料层侧用静电卡盘保持SOI衬底即可。如果像这样在PZT膜图案上形成了上部电极材料层的状态下，从上部电极材料层侧利用静电卡盘夹住，则PZT膜图案内的电场变成固定，因为成为膜破裂等的原因的变形难以产生，所以能够形成稳定的PZT膜图案。为了将上部电极和下部电极设置成相同电位，可以采用各种构造。例如，上部电极能够形成为包含取出下部电极的输出的下部电极输出电极。这种情况下，能够通过在厚度方向上贯通PZT膜图案的贯通孔内与上部电极一起形成并将下部电极输出电极和下部电极连接起来的贯通导电部、和在PZT膜图案上与上部电极一起形成并将下部电极输出电极和其他的上部电极连接起来的表面导电部，来形成设为相同电位的状态。如果这样，则能够通过贯通导电部和表面导电部来电连接下部电极和上部电极整体并形成相同电位。贯通导电部以及表面导电部与上部电极一起形成，所以可以容易将上部电极和下部电极设置成相同电位。而且，在蚀刻处理后，需要解除除了下部电极输出电极以外的上部电极和下部电极的同电位的状态。因此，直到蚀刻SOI衬底之前，优选使用多模穴衬底形成多个传感器元件，在分割多模穴衬底时将表面导电部设置成非导通状态。如果这样，则能够使用多模穴衬底量产传感器元件，而且能够在分割多模穴衬底的同时解除同电位状态。附图说明图1是用本专利技术的实施方式的方法制造的传感器元件(角速度传感器)的平面图。图2是图1的II-II线剖面图。图3(A)～(F)是表示本专利技术的实施方式的制造方法的一个例子的工序图。图4是用于说明本专利技术的实施方式的制造方法的图。图5是用图3(A)～(F)所示的方法制造的实施例的传感器元件的PZT膜成分的X射线衍射图。图6是比较例的传感器元件的PZT膜成分的X射线衍射图。图7(A)～(F)是表示本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备PZT膜的传感器元件的制造方法，其特征在于：在具有550μm以上的厚度的SOI衬底的一面上形成下部电极，在从上述SOI衬底的另一面侧加热了上述SOI衬底的状态下，在上述下部电极之上形成PZT膜，对上述PZT膜实施蚀刻处理，形成规定的PZT膜图案，在上述PZT膜图案之上形成用于形成与上述下部电极相对置的上部电极的上部电极材料层，对上述SOI衬底的上述另一面实施研磨加工，使上述SOI衬底的厚度薄到使上述PZT膜图案的特性有效地发挥的规定厚度，之后，从上述SOI衬底的上述另一面实施蚀刻处理，形成具有可挠性的可挠部，对上述上部电极材料层实施蚀刻处理，在上述PZT膜图案之上形成规定图案的上述上部电极。

【技术特征摘要】
2010.03.12 JP 2010-0559261.一种具备PZT膜的传感器元件的制造方法，其特征在于：在具有550μm以上的厚度的SOI衬底的一面上形成下部电极，在从上述SOI衬底的另一面侧加热了上述SOI衬底的状态下，在上述下部电极之上形成PZT膜，对上述PZT膜实施蚀刻处理，形成规定的PZT膜图案，在上述PZT膜图案之上形成用于形成与上述下部电极相对置的上部电极的上部电极材料层，对上述SOI衬底的上述另一面实施研磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：今村彻治，田村雅英，中野贵之，矢野秀和，
申请(专利权)人：北陆电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP