CN101529607B - 电子部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子部件及其制造方法，该电子部件具备形成有电极部的元件，电极部具有上部电极(74)、下部电极(72)及密合层(76)，压电体(70)介于上部电极(74)与下部电极(72)之间，密合层(76)层叠于上部电极(74)与压电体(70)之间，压电体(70)具有由含铅的压电材料构成的压电层(80)，密合层(76)具有以钨为主要成分的钨层，通过将压电层(80)和所述钨层层叠而可以抑制温度上升引起的压电常数的下降及基点电压的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于各种电子设备的电子部件及其制造方法。
背景技术
首先，作为现有的电子部件之一，例如参照附图说明专利文献1所公示的角度传感器及其制造方法。
图6是现有的角速度传感器的检测元件的立体图，图7是图6的A-A剖面图。
图6中，现有的角速度传感器具备音叉型检测元件2、对从该检测元件2输出的信号进行处理并计算角速度的信号处理电路(未图示)。
检测元件2是由基部6支承相对的一对臂4的音叉型检测元件，将该基部6的一部分安装于安装衬底上而使用。在一对臂4上配置有：用于输入驱动臂4的驱动信号的驱动用的驱动电极部8、用于输出因赋予检测元件2的角速度而产生的角速度信号的探测用的探测电极部10、用于对检测元件2的驱动状态进行检测并输出检测信号的检测用的检测电极部12。以朝向臂4的相对方向且用两个驱动电极部8夹持一个探测电极部10的方式而进行配置，或者，在臂4和基部6的边界附近配置有检测用的检测电极部12。
如图7所示，两个臂4由具有硅层14和使其表面氧化的氧化硅层16这两层的硅衬底构成。
在该硅衬底上经由第一密合层18层叠有驱动电极部8及探测电极部10。该驱动电极部8及探测电极部10由在其之间介有压电体20的下部电极22和上部电极24构成，在压电体20与上部电极24之间形成有彼此密合的第二密合层26。
第一密合层18由Ti层构成，下部电极22由以含钛的铂为主要成分的Pt-Ti层构成。压电体20由以钛酸铅为主要成分的定向控制层28、和由层叠于该定向控制层28上的钛酸锆酸铅构成的PZT层30这两层组成。第二密合层26由Ti层构成，上部电极24由Au层构成。
另外，这样的检测元件2的制造方法如下。
首先，在晶片状的硅衬底上层叠第一密合层18，在该第一密合层18上层叠下部电极22，在该下部电极22上层叠定向控制层28，在该定向控制层28上层叠PZT层30，在该PZT层30上层叠第二密合层26，在该第二密合层26上层叠上部电极24。
然后，使用光刻方法实施干式蚀刻及湿式蚀刻，形成规定形状的驱动电极部8、探测电极部10、检测电极部12及将它们延长并引出的信号线路部13。
接着，实施极化处理及退火处理，使PZT特性(极化状态)稳定以确保诸特性。
然后，对晶片状的硅衬底实施干式蚀刻，将其加工成音叉形状的多个检测元件2，并进行切割而分割成单片的检测元件2。
如图8的虚线101所示，上述构成的检测元件2中的PZT特性因退火处理时的温度上升致使PZT层30的铅与第二密合层26的Ti相互反应而使压电常数下降。
另外，图9是表示该角速度传感器在高温时的基点电压变化量的经过时间变化的特性图，在使用了上述检测元件2的角速度传感器中，如图9的虚线102所示，随着高温工作时(在125℃、5V工作时)的工作时间延长，角速度不增大时的基点电压变化量变大。
图10是表示该角速度传感器相对于角速度变化的输出电压变化的特性图，该情况下，如图10的虚线103所示，在没有产生角速度的基点电压中的电压例如在负极侧发生变化而产生(A)deg/s的误差，使作为角速度传感器的精度恶化。
这样，在上述现有的构成中，因退火处理时等的温度上升而致使压电常数下降，或者随着高温工作时的工作时间的延长而使角速度不增大时的基点电压变化量变大，从而存在使特性恶化这样的问题。
专利文献1：日本特开2002-257549号公报
发明内容
本发明解决了上述问题，提供一种抑制了压电常数的下降及基点电压的变化且特性提高的电子部件及其制造方法。
本发明的构成为，具备形成有电极部的元件，所述电极部具有上部电极、下部电极及密合层，压电体介于所述上部电极与所述下部电极之间，所述密合层层叠于所述上部电极与所述压电体之间，所述压电体具有由含铅的压电材料构成的压电层，所述密合层具有以钨为主要成分的钨层，将所述压电层和所述钨层层叠。
另外，其制造方法具备：具备通过以下步骤形成电极部的电极部形成步骤，所述以下步骤为：在元件上层叠下部电极；在下部电极上层叠具有由含铅的压电材料构成的压电层的压电体；在压电体上以钨层层叠于压电层的方式而形成具有以钨为主要成分的钨层的密合层；在密合层上层叠上部电极。
根据上述结构，可以抑制温度上升引起的压电常数的下降及基点电压的变化。
附图说明
图1是本发明一实施方式的角速度传感器的检测元件的立体图；
图2是图1的2-2的剖面图；
图3是同上检测元件的由PZT构成的压电层的压电特性图；
图4是表示该角速度传感器在高温时的基点电压变化量的经过时间变化特性图；
图5是表示同上角速度传感器相对于角速度变化的输出电压变化的特性图；
图6是现有的角速度传感器的检测元件的立体图；
图7是图6的7-7的剖面图；
图8是同上检测元件的由PZT构成的压电层的压电特性图；
图9是表示同上角速度传感器在高温时的基点电压变化量的经过时间变化的特性图；
图10是表示同上角速度传感器的相对于角速度变化的输出电压变化的特性图。
附图标记说明
52：检测元件
54：臂
56：基部
58：驱动电极部
60：探测电极部
62：检测电极部
63：信号线路部
64：硅层
66：氧化硅层
68：第一密合层
70：压电体
72：下部电极
74：上部电极
76：第二密合层
78：定向控制层
80：压电层
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
(实施方式)
图1是本发明的一实施方式的电子部件之一即角速度传感器的检测元件的立体图，图2是图1的A-A的剖面图。
图1中，本发明的一实施方式的角速度传感器具备音叉型检测元件52、对从该检测元件52输出的信号进行处理并计算角速度的信号处理电路(未图示)。
检测元件52为由基部56支承相对的一对具有挠性的臂54的音叉型检测元件，将该基部56的一部分安装于安装衬底而使用。在一对臂54上配置有：用于输入使臂54驱动的驱动信号的驱动用的驱动电极部58、用于输出因赋予检测元件52的角速度而产生角速度信号的探测用的探测电极部60、用于对检测元件52的驱动状态进行检测并输出检测信号的检测用的检测电极部62。以朝向臂54的相对方向且用两个驱动电极部58夹持一个探测电极部60的方式而进行配置，且将检测用的检测电极部62配置于臂54和基部56的边界附近。另外，还配置有使驱动电极部58、探测电极部60、检测电极部62延长并引出的信号线路部63(还包含电极焊盘等)。
如图2所示，两个臂54由具有硅层64、使其表面氧化的氧化层66这两层的硅衬底构成。
在该硅衬底上，经由第一密合层68层叠有驱动电极部58、探测电极部60、检测电极部62。该驱动电极部58、探测电极部60、检测电极部62由在其之间介有压电体70的下部电极72和上部电极74构成，在压电体70与上部电极74之间形成有彼此密合的第二密合层76。
第一密合层68由以钛为主要成分的Ti层构成。下部电极72由含钛且以铂为主要成分的Pt-Ti层构成，压电体70由以钛酸铅为主要成分的定向控制层78、层叠于该定向控制层78上的含铅的压电材料组成的压电层80这两层构成。第二密合层76由以钨为主要成分的钨层构成，上部电极74由以金为主要成分的Au层构成。作为定向控制层78使用PLMT(lead Titanate addedwith Lanthanum and Magnesium)及PLT(lead Titanate added with Lanthanum)，作为由含铅的压电材料构成的压电层80使用以钛酸锆酸铅为主要成分的PZT(lead Zirconium Titanate)及以添加镧的钛酸锆酸铅为主要成分的PLZT(Lanthanum-modified Lead Zirconate Titanate)等。
如图1所示，检测元件52在彼此正交的X轴、Y轴、Z轴上，只要交流信号通过臂54的驱动电极部58，驱动臂54就会在驱动振动方向驱动而产生振动。此时，在以设驱动振动方向为X轴的方式进行配置的情况下，当产生绕Z轴的角速度时，臂54在Y轴方向发生科里奥利力，因此，臂54向Y轴方向挠曲。因此，可以通过利用探测电极部60探测该挠曲，从而探测角速度。
另外，本实施方式的检测元件52的制造方法如下。
首先，在晶片状的硅衬底上层叠第一密合层68，在该第一密合层68上层叠下部电极72、在该下部电极72上层叠定向控制层78，在该定向控制层78上层叠压电层80，在该压电层80上层叠第二密合层76，在该第二密合层76上层叠上部电极74。
然后，使用光刻方法实施干式蚀刻并形成规定形状的驱动电极部58、探测电极部60、检测电极部62、及使它们延长而引出的信号线路部63。此时，对信号线路部63的一部分完全不实施蚀刻，而通过该一部分电接地以使电极部接地。接着，在形成这些电极部之后，实施湿式蚀刻，去除信号线路部63的一部分而形成规定形状的信号线路部63。
然后，实施极化处理和退火处理，使例如由PZT构成的压电层的特性(极化状态)稳定以确保诸特性。
接着，对晶片状的硅衬底实施干式蚀刻并将其加工成音叉状的多个检测元件52，并进行切割而分割成单片的检测元件52。
如图3的实线105所示，上述构成的本实施方式的检测元件52的由PZT构成的压电特性因退火处理时的温度上升而使压电层80的铅、氧、和以第二密合层76的钨为主要成分的钨层相互反应致使压电常数下降，但是，压电常数的下降比作为第二密合层76使用Ti层的现有技术(虚线101)中的小。
另外，在使用了该实施方式的检测元件52的角速度传感器中，如图4的表示高温时的基点电压变化量的经过时间变化的特性图的实线106所示，随着高温工作时(125℃、5V工作时)的工作时间延长，角速度不增大时的基点电压变化量变大，但是，电压变化量比现有技术(虚线102)中的小。
即，如图5的表示角速度传感器相对于角速度的输出电压变化的特性图的实线107所示，不产生角速度的基点电压的电压例如即使在负极侧发生了变化，其变化量也是比现有技术(虚线103)中的(A)deg/s小的(B)deg/s，从而误差减小，可抑制作为角速度传感器的精度的劣化。
如上所述，对于本实施方式的检测元件，电极部具有上部电极74、下部电极72及第二密合层76，压电体70介于上部电极74与下部电极72之间，第二密合层76使该上部电极74和压电体70密合，压电体70具有由含铅的压电材料构成的压电层80，第二密合层76具有以钨为主要成分的钨层，压电层80上层叠有钨层，因而，可以抑制温度上升引起的压电常数的下降及基点电压的变化。
另外，将由以钨为主要成分的钨层构成的第二密合层76实施干式蚀刻且可形成规定形状，因此，可以抑制压电层80的压电特性的劣化。
即，将驱动电极部58、探测电极部60及检测电极部62实施干式蚀刻且可形成规定形状，但此时，为抑制注入电荷而致使压电层80的压电特性劣化的情况，使其电接地且不注入电荷。将使各电极部延长并引出的信号线路部63的至少一部分电接地，其后，对信号线路部63的至少一部分实施湿式蚀刻而形成规定形状，因此，可以抑制压电特性的劣化，同时可形成规定形状的电极部及信号线路部63。
特别是由于对将电极部延长并引出的信号线路部63实施湿式蚀刻，因此，第二密合层76最好是可实施湿式蚀刻的材料。作为适合湿式蚀刻的材料也有Cr、Al及Ti等，但由于在退火处理时等的温度上升时与压电层80发生相互作用而使特性劣化，因而作为角速度传感器的检测元件52不予优选这些材料。另一方面，作为难以产生相互作用的材料也有Ru、Mo及Ta等，但由于不能实施湿式蚀刻，因而同样不予优选。作为可实施湿式蚀刻且难以产生相互作用的材料，例如可列举钨等。
产业上的可应用性
本发明的电子部件由于抑制了压电常数的下降及基点电压变化量的增加且提高了特性，因而可以应用于各种电子设备。
Claims (6)
1.一种电子部件，具备在基板上形成有电极部的元件，所述电极部具有上部电极、下部电极及密合层，压电体介于所述上部电极与所述下部电极之间，所述下部电极经由第一密合层配置在所述基板上，所述上部电极经由所述压电体配置在所述下部电极上，在所述上部电极与所述压电体之间具有使彼此密合的第二密合层，所述压电体具有由含铅的压电材料构成的压电层，所述密合层具有以钨为主要成分的钨层。
2.如权利要求1所述的电子部件，所述元件由具有挠性的臂构成，所述电极部由驱动用电极部和探测用电极部构成，所述驱动用电极部形成于所述臂，驱动所述臂振动，所述探测用电极部探测所述臂的挠曲，通过所述元件来探测角速度。
3.如权利要求2所述的电子部件，在所述元件上使所述电极部延长而形成有信号线路部，所述电极部通过干式蚀刻而形成，所述信号线路部的至少一部分通过湿式蚀刻而形成。
4.一种电子部件的制造方法，具备通过以下步骤形成电极部的电极部形成步骤，
所述以下步骤为：在元件上层叠下部电极；在所述下部电极上层叠具有由含铅的压电材料构成的压电层的压电体；在所述压电体上以钨层层叠于所述压电层的方式而形成具有以钨为主要成分的所述钨层的密合层；在所述密合层上层叠上部电极。
5.如权利要求4所述的电子部件的制造方法，还具备形成由具有挠性的臂构成的元件的元件形成步骤，所述电极部形成步骤具有在所述臂上形成驱动所述臂振动的驱动用的所述电极部和探测所述臂的挠曲的探测用的所述电极部的步骤。
6.如权利要求5所述的电子部件的制造方法，还具有在所述元件上使所述电极部延长而形成信号线路部的步骤，形成所述信号线路部的步骤是在所述电极部形成步骤中使用干式蚀刻而形成所述电极部之后，使用湿式蚀刻形成所述信号线路部的至少一部分。
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