具备pzt膜的传感器元件的制造方法
【专利说明】
[0001] 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）、发明名称为"具备 PZT膜的传感器元件的制造方法"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明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。
【背景技术】
[0003] 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。
[0004] 专利文献1 :日本特开2008-190931号公报
【发明内容】
[0005] 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(IOO)/Pyro]、以及[PZT(IOO)/ PZT(Ill)]的值减小。
[0006] 本发明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。
[0007] 本发明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。
[0008] 在本发明中，如以下那样制造具备有PZT膜的传感器元件。首先，在具有550 μm 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400 μ m左右。因此，以往从一开始就使用400 μ m左右厚度的SOI衬 底来形成PZT膜，但在本发明中使用比所需的厚度厚的、具有550 μ m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。
[0009] 在本发明中，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400 μ m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。
[0010] 如本发明所示那样，发明人发现了如果使用具有550 μ m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，但发明者认为是由 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。在本发明中，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。
[0011] 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。
[0012] 优选加热SOI衬底的温度是500~800°C。如果加热温度低于500°C，则不能充分 形成PZT膜。另外，如果加热温度高于800°C，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550~750 μ m，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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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】
[0019] 图1是用本发明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。
[0020] 图2是图1的II-II线剖面图。
[0021] 图3(A)~（F)是表示本发明的实施方式的制造方法的一个例子的工序图。
[0022] 图4是用于说明本发明的实施方式的制造方法的图。
[0023] 图5是用图3㈧~（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。
[0024] 图6是比较例的传感器元件的PZT膜成分的X射线衍射图。
[0025] 图7(A)~（F)是表示本发明的实施方式的制造方法的另一例子的工序图。
[0026] 符号说明
[0027] 1 :传感器元件（角速度传感器）
[0028] 3 :传感器主体
[0029] 5 :检测部
[0030] 11、111:可挠部
[0031] 19、119 :PZT 膜图案
[0032] 19a:贯通孔
[0033] 21:贯通导电部
[0034] 31、131:SOI 衬底
[0035] 37 :PZT 膜
[0036] 41 :表面导电部
[0037] 139:上部电极材料层
[0038] C、C' ：静电卡盘
[0039] El:上部电极
[0040] E0、E100:下部电极<