JP2000199048A - Substrate having zinc oxide film and its production - Google Patents

Substrate having zinc oxide film and its production

Info

Publication number
JP2000199048A
JP2000199048A JP139399A JP139399A JP2000199048A JP 2000199048 A JP2000199048 A JP 2000199048A JP 139399 A JP139399 A JP 139399A JP 139399 A JP139399 A JP 139399A JP 2000199048 A JP2000199048 A JP 2000199048A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zinc oxide
oxide film
substrate
layer
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP139399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazushi Asaumi
一志 浅海
Muneo Yorinaga
宗男 頼永
Kenichi Ao
青  建一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP139399A priority Critical patent/JP2000199048A/en
Publication of JP2000199048A publication Critical patent/JP2000199048A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zinc oxide film satisfying both piezoelectric characteristics and film stress in an angular velocity sensor film-formed on the surface of a silicon substrate and having the zinc oxide film as a piezoelectric element. SOLUTION: An angular velocity sensor 100 has a vibrator 2 formed by subjecting a silicon substrate 1 to etching or the like, a zinc oxide film 3 formed on the vibrator 2 as a piezoelectric element for driving and detecting the vibrator 2 and an electrode part 4 formed on the zinc oxide film 3 as a driving and detecting electrode, where the zinc oxide film 3 is composed of two layers continuously film-formed under different film forming conditions, i.e., of a seath layer 3a positioning at the base and for securing orientation properties and an upper layer 3b having film stress smaller than that of the seath layer 3a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を測定する
Gセンサ、角速度を測定する角速度センサ等として使用
される圧電素子としての酸化亜鉛膜を有する基板及びそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate having a zinc oxide film as a piezoelectric element used as a G sensor for measuring acceleration, an angular velocity sensor for measuring angular velocity, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、加速度センサ、角速度センサ等に
適した圧電素子として、酸化亜鉛(ZnO)薄膜が使わ
れている。通常、その酸化亜鉛薄膜は、シリコンウエハ
等の基板上に真空蒸着法、イオンプレーティング法、ス
パッタリング法等により形成される。さらに、この酸化
亜鉛薄膜上に、電極として電子ビーム蒸着法やスパッタ
リング法等によりAl電極やCr電極を形成する。Al
電極やCr電極は、パターニングが容易で、かつ抵抗率
が低いため、配線としても用いることが出来ることか
ら、選定されたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a zinc oxide (ZnO) thin film has been used as a piezoelectric element suitable for an acceleration sensor, an angular velocity sensor and the like. Usually, the zinc oxide thin film is formed on a substrate such as a silicon wafer by a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, or the like. Further, an Al electrode or a Cr electrode is formed on the zinc oxide thin film as an electrode by an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like. Al
Electrodes and Cr electrodes are selected because they can be used as wirings because they are easy to pattern and have low resistivity.

【0003】圧電素子としての理想的な酸化亜鉛膜の特
性は、配向性がよいこと、高抵抗なこと、低応力なこと
が望ましい。その根拠として、酸化亜鉛の結晶構造に対
称中心がないため圧電性を有するとされているが、その
圧電性を効率良く利用するには配向性が良いことが重要
である。また、電圧を印加したときに十分な電界が酸化
亜鉛膜にかかるように高抵抗にする必要がある。一方、
膜の応力が高いと基板の反りが発生したり、膜の剥がれ
が発生する原因となる。
The ideal properties of a zinc oxide film as a piezoelectric element are desirably good orientation, high resistance, and low stress. It is said that zinc oxide has piezoelectricity because there is no center of symmetry in its crystal structure, but good orientation is important to use the piezoelectricity efficiently. Further, it is necessary to increase the resistance so that a sufficient electric field is applied to the zinc oxide film when a voltage is applied. on the other hand,
If the stress of the film is high, it may cause warpage of the substrate or peeling of the film.

【0004】通常、上記のような膜質にするために酸化
亜鉛膜の成膜条件を最適化することで対策している。例
えば、スパッタリング法を用いた場合、基板温度、スパ
ッタパワー、ガス圧、ガス流量等を制御し、最適条件を
決定している。
Normally, measures are taken to optimize the film forming conditions of the zinc oxide film in order to obtain the above film quality. For example, when the sputtering method is used, the optimal conditions are determined by controlling the substrate temperature, sputtering power, gas pressure, gas flow rate, and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごと
く、スパッタリング等で成膜する場合、種々の成膜条件
を変化させて最適化を行っても、配向性が良く且つ圧電
性が優れている膜は応力が高い傾向があるという、両特
性が互いにトレードオフの関係になっていた。従って、
従来では、圧電特性と膜応力の妥協点を見出し、その条
件を最適条件としていた。
However, as described above, when a film is formed by sputtering or the like, even if optimization is performed by changing various film forming conditions, the orientation and the piezoelectricity are excellent. Both properties had a trade-off relationship with each other, with the film tending to have high stress. Therefore,
Conventionally, a compromise between piezoelectric characteristics and film stress has been found, and the conditions have been optimized.

【0006】ところが、実際には、圧電特性、膜応力と
も単体ではより良い特性の成膜条件があるにもかかわら
ず、その条件を同時に満たさないため、膜応力を低くす
ることを優先させて圧電特性を妥協した結果、センサ感
度を犠性にせざるを得なかったり、また、逆に圧電特性
を優先させた場合、膜厚を厚くすると膜にクラックが入
り、不良の原因になる等の問題があった。
[0006] However, in practice, although there are film forming conditions with better characteristics in terms of both the piezoelectric characteristics and the film stress, the conditions are not satisfied at the same time. As a result of compromising the characteristics, the sensitivity of the sensor must be sacrificed.On the other hand, when priority is given to the piezoelectric characteristics, if the film thickness is increased, the film will crack, causing problems such as failure. there were.

【0007】本発明は上記問題に鑑み、一面上に成膜さ
れた圧電素子としての酸化亜鉛膜を有する基板におい
て、圧電特性と膜応力を共に満足する酸化亜鉛膜を実現
することを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to realize a zinc oxide film which satisfies both piezoelectric characteristics and film stress on a substrate having a zinc oxide film as a piezoelectric element formed on one surface. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明では、基板(1)の一面上に成
膜された酸化亜鉛膜(3)を、異なる成膜条件で連続成
膜された少なくとも2層より構成するとともに、該基板
の一面側に位置し配向性を確保するための第1の層(3
a)と、この第1の層の上に位置し該第1の層よりも膜
応力の小さい第2の層(3b)とを有するものとしたこ
とを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, a zinc oxide film (3) formed on one surface of a substrate (1) is continuously formed under different film forming conditions. A first layer (3) which is formed of at least two layers formed and is located on one surface side of the substrate to secure orientation.
a) and a second layer (3b) located above the first layer and having a smaller film stress than the first layer.

【0009】本発明は、酸化亜鉛膜において、基板の一
面側に位置し配向性を確保するための第1の層(3a)
を有することで、上層の第2の層(3b)が低応力な膜
であっても、該第2の層を下地の該第1の層の配向性に
ならって高配向な膜とできるという、本発明者等が実験
的に見出した知見に基づくものである。これら両層の積
層構造を有する酸化亜鉛膜は、高い圧電特性と低い膜応
力を有する膜を実現でき、この酸化亜鉛膜を圧電素子と
した基板をGセンサ等に用いた場合には、従来の単層成
膜に比べ、良好なセンサ感度が得られる。
According to the present invention, in a zinc oxide film, a first layer (3a) located on one surface side of a substrate for ensuring orientation.
That the second layer (3b) as the upper layer is a film having a low stress even if the upper layer is a low-stress film. This is based on the findings experimentally found by the present inventors. A zinc oxide film having a laminated structure of these two layers can realize a film having high piezoelectric characteristics and low film stress. When a substrate using this zinc oxide film as a piezoelectric element is used for a G sensor or the like, a conventional film is used. Good sensor sensitivity can be obtained as compared with single layer film formation.

【0010】また、請求項3記載の発明は、一面上に圧
電素子としての酸化亜鉛膜(3)を成膜してなる基板
(1)を製造する方法に係るものであり、該酸化亜鉛膜
を、酸化亜鉛ターゲットを用いたスパッタリング法によ
り該基板の一面上に順次第1の層(3a)、第2の層
(3b)が連続的に成膜されるものとし、更に、該第1
の層の方を、該第2の層よりも低いガス圧もしくは低い
基板温度とした条件で形成することを特徴としている。
[0010] The invention according to claim 3 relates to a method of manufacturing a substrate (1) having a zinc oxide film (3) as a piezoelectric element formed on one surface thereof. A first layer (3a) and a second layer (3b) are sequentially formed on one surface of the substrate by sputtering using a zinc oxide target.
Is formed under the condition that the gas pressure or the substrate temperature is lower than that of the second layer.

【0011】本製造方法は、請求項1記載の酸化亜鉛膜
を有する基板を適切に製造する製造方法を提供し得るも
のである。また、請求項4及び請求項5記載の発明は、
請求項3記載の酸化亜鉛膜を有する基板の製造方法にお
ける具体的な成膜条件を提供するもので、該成膜条件
は、本発明者等の検討によって得られたものである。
The present manufacturing method can provide a manufacturing method for appropriately manufacturing a substrate having a zinc oxide film according to the first aspect. Further, the invention according to claim 4 and claim 5
The present invention provides specific film forming conditions in the method for manufacturing a substrate having a zinc oxide film according to claim 3, and the film forming conditions have been obtained by the study of the present inventors.

【0012】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例であ
る。
Note that the reference numerals in parentheses above are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiment described later.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、酸化亜鉛膜を有する
基板として、酸化亜鉛膜を圧電素子として使用する角速
度センサに適用したものとして説明する。図1に、本発
明の一実施形態に係る角速度センサ100の模式的な断
面構成を示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a substrate having a zinc oxide film is described as being applied to an angular velocity sensor using a zinc oxide film as a piezoelectric element. FIG. 1 shows a schematic sectional configuration of an angular velocity sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

【0014】角速度センサ100は、シリコン基板1に
半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシン加工を
施すことにより形成されたものであり、基板1の水平面
内に、該基板1に片持ち支持された可動部としての振動
子(例えば2脚音叉形状)2を形成したものである。角
速度センサ100は、例えば、車両に搭載され姿勢制御
に適用される角速度センサとして使用され、その場合、
基板1の水平面方向(図中、z軸方向)を上下方向とし
て搭載される。その基本動作は、振動子2を基板1の水
平面内の所定方向(図中、x軸方向)に駆動振動させる
とともに、z軸回りの角速度Ωが入力されたときに発生
するコリオリ力によって、振動子2がy軸方向に振動し
(検知振動)、この検知振動の大きさを電気的に検知
し、角速度を検出するようになっている。
The angular velocity sensor 100 is formed by subjecting a silicon substrate 1 to a known micromachining process using a semiconductor manufacturing technique, and is provided in a horizontal plane of the substrate 1 so as to be movable with the substrate 1 cantilevered. A vibrator (for example, a two-leg tuning fork shape) 2 is formed as a part. The angular velocity sensor 100 is used, for example, as an angular velocity sensor mounted on a vehicle and applied to attitude control.
The substrate 1 is mounted with the horizontal direction (z-axis direction in the figure) as the vertical direction. The basic operation is that the vibrator 2 is driven and vibrated in a predetermined direction (x-axis direction in the figure) in the horizontal plane of the substrate 1 and is vibrated by Coriolis force generated when an angular velocity Ω around the z-axis is input. The child 2 vibrates in the y-axis direction (detection vibration), and the magnitude of the detection vibration is electrically detected to detect the angular velocity.

【0015】次に、図1に基づき、角速度センサ100
の具体的構成を述べる。なお、シリコン基板(本発明で
いう基板)1において、図1中、上側の面を表面(基板
の一面)、下側の面を裏面ということとする。振動子2
は、シリコン基板1の裏面側の所定領域をエッチングす
ることにより形成されたダイヤフラムを、溝1aにより
所定形状に区画することにより構成されている。図示し
ないが、この振動子2は、その平面形状(図1の上方か
ら見た形状)が例えば一般的に振動子として用いられる
2脚音叉形状をなし、2脚部分とは反対側の一端側1b
にてシリコン基板1の本体に片持ち支持されている。
Next, based on FIG.
Is described below. In FIG. 1, in the silicon substrate (substrate according to the present invention) 1, the upper surface is referred to as a front surface (one surface of the substrate), and the lower surface is referred to as a back surface. Vibrator 2
Is formed by dividing a diaphragm formed by etching a predetermined region on the back surface side of the silicon substrate 1 into a predetermined shape by a groove 1a. Although not shown, the vibrator 2 has a planar shape (a shape as viewed from above in FIG. 1), for example, a two-leg tuning fork shape generally used as a vibrator, and has one end opposite to the two-leg portion. 1b
Are cantilevered by the body of the silicon substrate 1.

【0016】シリコン基板1の表面側における振動子2
の所定領域には、駆動及び検知用の圧電素子として酸化
亜鉛膜3が形成されている(図示例では検知用の検知部
分を示す)。図1に示す様に、この酸化亜鉛膜3は、シ
リコン基板1の表面側に位置し配向性を確保するための
シーズ層(第1の層)3aと、このシーズ層3aの上に
位置しシーズ3aよりも膜応力の小さい上層(第2の
層)3bとの2層構造を有するもので、圧電特性と膜応
力を共に満足するようになっている。
Oscillator 2 on the front side of silicon substrate 1
In a predetermined area, a zinc oxide film 3 is formed as a piezoelectric element for driving and detecting (a detecting portion for detection is shown in the illustrated example). As shown in FIG. 1, the zinc oxide film 3 is located on the surface side of the silicon substrate 1 and has a seed layer (first layer) 3a for ensuring orientation, and is located on the seed layer 3a. It has a two-layer structure of an upper layer (second layer) 3b having a smaller film stress than the sheath 3a, and satisfies both piezoelectric characteristics and film stress.

【0017】また、酸化亜鉛膜3の上には、酸化亜鉛膜
3に対して信号を入出力するための駆動電極及び検知電
極としての電極部4が成膜されている。この電極部4
は、シリコン基板1の表面側のTiWまたはTiNから
なるバリアメタルとその上のアルミニウム(Al)膜と
から構成されている。なお、図1中の電極部4は、検知
用圧電素子としての酸化亜鉛膜3から検知振動による信
号を取り出す検知電極を構成している。
On the zinc oxide film 3, an electrode portion 4 as a drive electrode for inputting / outputting a signal to / from the zinc oxide film 3 and a detection electrode is formed. This electrode part 4
Is composed of a barrier metal made of TiW or TiN on the surface side of the silicon substrate 1 and an aluminum (Al) film thereon. The electrode section 4 in FIG. 1 constitutes a detection electrode for extracting a signal due to detection vibration from the zinc oxide film 3 as a detection piezoelectric element.

【0018】また、シリコン基板1の表面側における振
動子2の酸化亜鉛膜3が形成されていない領域には、シ
リコン酸化膜5が形成され、その上には、上記電極部4
と電気的に接続された配線部4aが構成されている。こ
の配線部4aは、上記電極部4と同様の材質により電極
部4と一体に形成されており、図示しない外部回路と電
気的に接続されている。
A silicon oxide film 5 is formed in a region where the zinc oxide film 3 of the vibrator 2 is not formed on the surface side of the silicon substrate 1, and the electrode portion 4 is formed thereon.
And a wiring portion 4a electrically connected to. The wiring portion 4a is formed integrally with the electrode portion 4 using the same material as the electrode portion 4 and is electrically connected to an external circuit (not shown).

【0019】かかる構成を有する角速度センサ100
は、上記外部回路によって、駆動電極としての電極部4
に駆動信号を印加し、その部分における駆動用圧電素子
としての酸化亜鉛膜3によって振動子2を、x軸方向と
平行な方向に駆動振動させる。この駆動振動のもと、z
軸回りの角速度Ωが入力されたときに発生するコリオリ
力によって、振動子2がy軸方向と平行な方向に振動
(検知振動)し、この検知振動の大きさを検知用圧電素
子としての酸化亜鉛膜3を介して検知電極としての電極
部4から上記外部回路に出力し、角速度が検出される。
The angular velocity sensor 100 having such a configuration
Is an electrode part 4 as a drive electrode by the external circuit.
And a vibrator 2 is driven and vibrated in a direction parallel to the x-axis direction by a zinc oxide film 3 as a driving piezoelectric element in that portion. Under this driving vibration, z
The vibrator 2 vibrates in the direction parallel to the y-axis direction (detection vibration) due to the Coriolis force generated when the angular velocity Ω around the axis is input, and the magnitude of this detection vibration is oxidized as the detection piezoelectric element. The angular velocity is output from the electrode section 4 as a detection electrode to the external circuit via the zinc film 3.

【0020】次に、上記角速度センサ100の製造方法
について、図2に示す工程図を参照して述べる。なお、
図2(a)〜(f)は上記図1に示す断面図に対応した
製造工程途中の断面を示すものである。図2(a)及び
(b)に示す様に、シリコン基板1の表面上に、熱酸化
により膜厚5000オングストローム程度のシリコン酸
化膜5を形成し、このシリコン酸化膜5をパターニング
して、駆動及び検知用の圧電素子としての酸化亜鉛膜3
(駆動部及び検知部)を形成する部分に窓5Aを開け、
窓5A内にシリコン基板1を露出させる。
Next, a method of manufacturing the angular velocity sensor 100 will be described with reference to a process chart shown in FIG. In addition,
2A to 2F show cross sections in the course of the manufacturing process corresponding to the cross section shown in FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, a silicon oxide film 5 having a thickness of about 5000 Å is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation, and the silicon oxide film 5 is patterned and driven. Oxide film 3 as piezoelectric element for detection and detection
The window 5A is opened at a portion where the (driving unit and detecting unit) are formed,
The silicon substrate 1 is exposed in the window 5A.

【0021】次に、図2(c)に示す様に、酸化亜鉛膜
3を、酸化亜鉛ターゲットを用いたスパッタリング法に
より、シリコン基板1の表面上に順次、シーズ層3a、
上層3bを連続的に成膜する。このとき、シーズ層3a
の方を上層3bよりも低いガス圧もしくは低い基板温度
とした条件で成膜を行う。つまり、シーズ層3aとして
低ガス圧、低温条件で配向性が良い膜を薄く成膜してお
くことで、シリコン基板1の反り量を押さえつつ、その
上に上層3bとして高ガス圧、高温条件で低応力の膜を
成膜する。
Next, as shown in FIG. 2C, a zinc oxide film 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by a sputtering method using a zinc oxide target.
The upper layer 3b is continuously formed. At this time, the seed layer 3a
Is formed under the condition that the gas pressure or the substrate temperature is lower than that of the upper layer 3b. In other words, by forming a thin film having good orientation under low gas pressure and low temperature conditions as the seed layer 3a, the amount of warpage of the silicon substrate 1 is suppressed, and the upper layer 3b is formed thereon under high gas pressure and high temperature conditions. To form a low stress film.

【0022】それによって、従来の単層成膜において
は、配向性が低温、低ガス圧条件に比べ若干劣るため圧
電定数がそれほど高くない条件の膜も、下地のシーズ層
の配向にならって配向性良く成膜することが出来る。具
体的には、スパッタリング法により、例えば高抵抗化の
ためにNiを2mol%添加した酸化亜鉛ターゲットを
用いて、基板温度が300℃、ガス圧が1.5mTor
rとなる条件で、厚さ1000オングストローム程度の
シーズ層3aを成膜し、その上に基板温度が300℃、
ガス圧が5mTorrとなる成膜条件で厚さ9000オ
ングストローム程度の上層3bを成膜し、合計で1μm
となるように2層の積層構造となる酸化亜鉛膜を形成す
る。
Accordingly, in the conventional single-layer film formation, the film having a condition that the piezoelectric constant is not so high because the orientation is slightly inferior to the condition of low temperature and low gas pressure can be oriented according to the orientation of the seed layer of the base. A film can be formed with good properties. Specifically, the substrate temperature is set to 300 ° C. and the gas pressure is set to 1.5 mTorr by a sputtering method using, for example, a zinc oxide target to which 2 mol% of Ni is added for increasing the resistance.
r, a seed layer 3a having a thickness of about 1000 Å is formed, and a substrate temperature of 300 ° C. is formed thereon.
The upper layer 3b having a thickness of about 9000 angstroms is formed under a film forming condition of a gas pressure of 5 mTorr, and the total thickness is 1 μm.
Then, a zinc oxide film having a two-layered structure is formed so that

【0023】本発明者等の検討によれば、このときの成
膜条件の範囲としては、シーズ層3aとしては基板温度
が室温〜300℃、ガス圧が1.5mTorr〜5mT
orrで成膜し、その上の上層3bとしては基板温度が
100℃〜300℃、ガス圧が5mTorr〜10mT
orrとなる条件で成膜するのが望ましい。次に、図2
(d)に示す様に、酸化亜鉛膜3をパターニングするこ
とにより、窓5A内のシリコン基板1を覆い且つ窓5A
周縁のシリコン酸化膜5上まで延びた酸化亜鉛膜(駆動
用圧電素子及び検知用圧電素子)3を形成する。
According to the study by the present inventors, the range of the film forming conditions at this time is as follows: the seed layer 3a has a substrate temperature of room temperature to 300 ° C. and a gas pressure of 1.5 mTorr to 5 mT.
The upper layer 3b is formed thereon at a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C. and a gas pressure of 5 mTorr to 10 mT.
It is desirable to form a film under the condition of orr. Next, FIG.
As shown in FIG. 5D, the silicon oxide film 3 is patterned to cover the silicon substrate 1 in the window 5A and to cover the window 5A.
A zinc oxide film (a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element) 3 extending to the peripheral silicon oxide film 5 is formed.

【0024】次に、図2(e)に示す様に、スパッタリ
ング法により、例えば厚さ500オングストロームのT
iWまたはTiNとその上に厚さ1000〜2000オ
ングストロームのAlを成膜し、これらをイオンミリン
グやドライエッチング等を用い一緒にパターニングし
て、駆動及び検知電極としての電極部4とシリコン酸化
膜2上の配線部4aとを一体に形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (e), a 500 angstrom thick T
An iW or TiN film and an Al film having a thickness of 1000 to 2000 angstroms are formed thereon and patterned together by ion milling, dry etching or the like to form an electrode portion 4 as a drive and detection electrode and a silicon oxide film 2. The upper wiring portion 4a is formed integrally.

【0025】次に、図2(f)に示す様に、駆動用圧電
素子及び検知用圧電素子としての酸化亜鉛膜3を形成し
た領域におけるシリコン基板1の裏面を、アルカリ(例
えばKOH水溶液等)等によりエッチングしてダイヤフ
ラム6を形成する。最後に、シリコン基板1の表面にお
いてダイヤフラム6の部分に、振動子2の形状を画定す
るパターンを有するレジスト(図示せず)を形成し、該
表面側からドライエッチング等を行うことにより、溝1
aにより区画された振動子2が形成される。こうして上
記図1に示す断面構成が出来上がる。
Next, as shown in FIG. 2F, the back surface of the silicon substrate 1 in the region where the zinc oxide film 3 as the driving piezoelectric element and the detecting piezoelectric element is formed is treated with an alkali (for example, KOH aqueous solution). The diaphragm 6 is formed by etching. Finally, a resist (not shown) having a pattern defining the shape of the vibrator 2 is formed on the diaphragm 6 on the surface of the silicon substrate 1, and dry etching or the like is performed from the surface side to form a groove 1.
The vibrator 2 partitioned by a is formed. Thus, the sectional configuration shown in FIG. 1 is completed.

【0026】ところで、本実施形態によれば、酸化亜鉛
膜3において、基板1の表面側に位置し配向性を確保す
るためのシーズ層3aを有することで、上層3bが低応
力な膜であっても、上層3bを下地のシーズ層3aの配
向性にならって高配向な膜とできる。そして、これら積
層構造を有する酸化亜鉛膜3は高い圧電特性と低い膜応
力を有する膜を実現でき、従来の単層成膜に比べ、良好
なセンサ感度が得られる。
By the way, according to the present embodiment, the zinc oxide film 3 has the seed layer 3a located on the surface side of the substrate 1 for ensuring the orientation, so that the upper layer 3b is a low stress film. However, the upper layer 3b can be a highly oriented film following the orientation of the underlying seed layer 3a. And, the zinc oxide film 3 having such a laminated structure can realize a film having high piezoelectric characteristics and low film stress, and can obtain better sensor sensitivity than the conventional single-layer film formation.

【0027】ここで、本実施形態の上記効果を、本発明
者等が試作した従来の単層成膜構造の角速度センサと比
較した具体例に示す。図3は、その従来構造の試作品を
示すもので、上記図1に示す角速度センサ100におい
て、圧電素子としての酸化亜鉛膜J3のみを単層成膜と
したもので、他の部分は同一(図3中、本実施形態と同
一の符号で示してある)としている。
Here, the above-mentioned effect of the present embodiment will be shown in a specific example in comparison with a conventional angular velocity sensor having a single-layered film-forming structure as a prototype manufactured by the present inventors. FIG. 3 shows a prototype of the conventional structure. In the angular velocity sensor 100 shown in FIG. 1, only a single layer of a zinc oxide film J3 as a piezoelectric element is formed, and the other parts are the same ( In FIG. 3, the same reference numerals are used as in the present embodiment).

【0028】図4は、図1で示した積層成膜構造(本実
施形態)と図3で示した単層成膜構造(比較例)におい
て、各々の圧電定数とシリコン基板1の反り量を記した
ものである。図中、白丸は左側の縦軸に示す圧電定数
(×10-12 m/V)を表し、黒丸は右側の縦軸に示す
反り量(μm)を表す。図4の横軸において、比較例1
は基板温度:室温(R.T.)、ガス圧1.5mTor
rの成膜条件、比較例2は基板温度:300℃、ガス圧
5mTorrの成膜条件で、それぞれ単層成膜された酸
化亜鉛膜J3を有するものである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the piezoelectric constant and the amount of warpage of the silicon substrate 1 in the laminated film structure (this embodiment) shown in FIG. 1 and the single-layer film structure (comparative example) shown in FIG. It is written. In the figure, white circles represent the piezoelectric constant (× 10 −12 m / V) shown on the left vertical axis, and black circles show the warpage amount (μm) shown on the right vertical axis. In the horizontal axis of FIG.
Is the substrate temperature: room temperature (RT), and the gas pressure is 1.5 mTorr.
Comparative Example 2 has a zinc oxide film J3 formed as a single layer under the conditions of a substrate temperature of 300 ° C. and a gas pressure of 5 mTorr.

【0029】また、図4の横軸において実施形態は、基
板温度:室温、ガス圧:1.5mTorrの条件で成膜
された厚さ1000オングストローム程度のシーズ層3
aと、基板温度:300℃、ガス圧:5mTorrの成
膜条件で成膜された厚さ9000オングストローム程度
の上層3bとの積層構造からなる酸化亜鉛膜3を有する
ものである。
Further, in the embodiment on the horizontal axis of FIG. 4, the seed layer 3 having a thickness of about 1000 angstroms formed under the conditions of a substrate temperature: room temperature and a gas pressure: 1.5 mTorr.
a, and a zinc oxide film 3 having a laminated structure of an upper layer 3b having a thickness of about 9000 angstroms formed under the conditions of a substrate temperature of 300 ° C. and a gas pressure of 5 mTorr.

【0030】図4から分かるように、比較例としての単
層成膜では、圧電定数と反り量がトレードオフの関係に
あり、高圧電定数かつ低応力の成膜条件を探すことは容
易ではない。比較例1では圧電特性が高いけれども反り
量が大きい(膜応力が大きい)、比較例2では反り量が
小さい(膜応力が小さい)けれども圧電特性が低い。そ
れに対して、本実施形態の積層成膜では、各比較例の良
い方の特性レベルを満足する、即ち、高圧電定数と低応
力を共に満足させることが可能である。
As can be seen from FIG. 4, in a single-layer film formation as a comparative example, there is a trade-off relationship between the piezoelectric constant and the amount of warpage, and it is not easy to find a film formation condition with a high piezoelectric constant and low stress. . Comparative Example 1 has high piezoelectric characteristics but a large amount of warpage (large film stress), and Comparative Example 2 has a small amount of warpage (small film stress) but low piezoelectric characteristics. On the other hand, in the multilayer film formation of the present embodiment, it is possible to satisfy the better characteristic level of each comparative example, that is, satisfy both the high piezoelectric constant and the low stress.

【0031】(他の実施形態)なお、上記実施形態では
角速度センサの例として説明したが、本発明は加速度セ
ンサ(Gセンサ)にも適用できる。例えば、加速度セン
サとしては、上記の構造においてy軸方向に加速度が加
わったときに、振動子2が同じくy軸方向に変位し、そ
の変位を圧電素子としての亜鉛酸化膜で検出するような
ものにできる。
(Other Embodiments) In the above embodiment, an example of an angular velocity sensor has been described. However, the present invention can be applied to an acceleration sensor (G sensor). For example, as the acceleration sensor, in the above structure, when an acceleration is applied in the y-axis direction, the vibrator 2 is also displaced in the y-axis direction, and the displacement is detected by a zinc oxide film as a piezoelectric element. Can be.

【0032】また、本発明の要部は酸化亜鉛膜にあるか
ら、その他、基板、電極部等の構成は適宜設計変更して
よいことは勿論である。また、一面上に成膜された圧電
素子としての酸化亜鉛膜を有する基板であれば、圧電特
性と膜応力を共に満足する酸化亜鉛膜を実現すべく、本
発明を適用可能である。
Further, since the main part of the present invention is a zinc oxide film, it goes without saying that the structure of the substrate, the electrode portion and the like may be appropriately changed in design. In addition, the present invention can be applied to a substrate having a zinc oxide film as a piezoelectric element formed on one surface so as to realize a zinc oxide film that satisfies both piezoelectric characteristics and film stress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る角速度センサの断面
構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す角速度センサの製造方法を示す工程
図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing the angular velocity sensor shown in FIG.

【図3】本発明者等が試作した従来構造の角速度センサ
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional angular velocity sensor prototyped by the present inventors.

【図4】本発明の具体的な効果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing specific effects of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、3…酸化亜鉛膜、3a…シーズ層、
3b…上層。
Reference numeral 1: silicon substrate, 3: zinc oxide film, 3a: seed layer,
3b: Upper layer.

フロントページの続き (72)発明者 頼永 宗男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 青 建一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 4K029 AA06 AA24 BA49 BB02 CA05 DC05 EA03 EA08 Continued on the front page (72) Inventor Muneo Yorinaga 14 Iwatani, Shimowasumi-cho, Nishio-shi, Aichi Prefecture Inside the Japan Automobile Parts Research Institute (72) Inventor Kenichi Ao 1-1 1-1 Showacho, Kariya-shi, Aichi Pref. F term in DENSO Corporation (reference) 4K029 AA06 AA24 BA49 BB02 CA05 DC05 EA03 EA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一面上に成膜された圧電素子としての酸
化亜鉛膜(3)を有する基板(1)であって、 前記酸化亜鉛膜は、異なる成膜条件で連続成膜された少
なくとも2層より構成されるとともに、 前記基板の一面側に位置し配向性を確保するための第1
の層(3a)と、この第1の層の上に位置し前記第1の
層よりも膜応力の小さい第2の層(3b)とを有するこ
とを特徴とする酸化亜鉛膜を有する基板。
1. A substrate (1) having a zinc oxide film (3) as a piezoelectric element formed on one surface, wherein the zinc oxide film is formed by at least two films continuously formed under different film forming conditions. A first layer for ensuring orientation while being located on one surface side of the substrate.
A substrate having a zinc oxide film, comprising: a first layer (3a); and a second layer (3b) located on the first layer and having a smaller film stress than the first layer.
【請求項2】 前記基板(1)はシリコン(Si)から
なることを特徴とする請求項1に記載の酸化亜鉛膜を有
する基板。
2. The substrate having a zinc oxide film according to claim 1, wherein said substrate (1) is made of silicon (Si).
【請求項3】 一面上に圧電素子としての酸化亜鉛膜
(3)を成膜してなる基板(1)を製造する方法におい
て、 前記酸化亜鉛膜は、酸化亜鉛ターゲットを用いたスパッ
タリング法により、前記基板の一面上に順次、第1の層
(3a)、第2の層(3b)が連続的に成膜されるもの
であって、 前記第1の層を、前記第2の層よりも低いガス圧もしく
は低い基板温度とした条件で形成することを特徴とする
酸化亜鉛膜を有する基板の製造方法。
3. A method of manufacturing a substrate (1) having a zinc oxide film (3) as a piezoelectric element formed on one surface thereof, wherein the zinc oxide film is formed by a sputtering method using a zinc oxide target. A first layer (3a) and a second layer (3b) are successively formed on one surface of the substrate in sequence, wherein the first layer is formed more than the second layer. A method for manufacturing a substrate having a zinc oxide film, wherein the substrate is formed under conditions of a low gas pressure or a low substrate temperature.
【請求項4】 前記第1の層(3a)を形成するガス圧
を1.5mTorr〜5mTorr、前記第2の層(3
b)を形成するガス圧を5mTorr〜10mTorr
とすることを特徴とする請求項3に記載の酸化亜鉛膜を
有する基板の製造方法。
4. A gas pressure for forming the first layer (3a) is 1.5 mTorr to 5 mTorr, and the gas pressure for forming the second layer (3a) is 1.5 mTorr to 5 mTorr.
b) forming a gas pressure of 5 mTorr to 10 mTorr
4. The method for manufacturing a substrate having a zinc oxide film according to claim 3, wherein:
【請求項5】 前記第1の層(3a)を形成する際の前
記基板温度を室温〜300℃、前記第2の層(3b)を
形成する際の前記基板温度を100℃〜300℃とし、
前記温度範囲において、前記第1の層を前記第2の層よ
りも低い基板温度とした条件で形成することを特徴とす
る請求項3または4に記載の酸化亜鉛膜を有する基板の
製造方法。
5. The substrate temperature when forming the first layer (3a) is from room temperature to 300 ° C., and the substrate temperature when forming the second layer (3b) is from 100 ° C. to 300 ° C. ,
5. The method for manufacturing a substrate having a zinc oxide film according to claim 3, wherein the first layer is formed at a substrate temperature lower than that of the second layer in the temperature range. 6.
JP139399A 1999-01-06 1999-01-06 Substrate having zinc oxide film and its production Pending JP2000199048A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP139399A JP2000199048A (en) 1999-01-06 1999-01-06 Substrate having zinc oxide film and its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP139399A JP2000199048A (en) 1999-01-06 1999-01-06 Substrate having zinc oxide film and its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000199048A true JP2000199048A (en) 2000-07-18

Family

ID=11500261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP139399A Pending JP2000199048A (en) 1999-01-06 1999-01-06 Substrate having zinc oxide film and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000199048A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002114598A (en) * 2000-10-03 2002-04-16 Toppan Printing Co Ltd Transparent conductive material and method for manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002114598A (en) * 2000-10-03 2002-04-16 Toppan Printing Co Ltd Transparent conductive material and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6089090A (en) Vibration gyro sensor
JP3508025B2 (en) Micromechanical silicon-on-glass tuning fork gyroscope manufacturing method
US7164179B2 (en) Angular-velocity sensor
US7260990B2 (en) Angular speed sensor and method for fabricating the same
US20130032906A1 (en) Ferroelectric device
WO2008059781A1 (en) Electronic component and method for manufacturing the same
JP2000199048A (en) Substrate having zinc oxide film and its production
JP5011834B2 (en) Piezoelectric membrane sensor
JP5407250B2 (en) Angular velocity sensor element, method of manufacturing angular velocity sensor element, angular velocity sensor, and electronic device
JP5903667B2 (en) Inertial force sensor
JPH11346137A (en) Manufacture of quartz oscillator
JP3458493B2 (en) Piezoelectric sensor element and method of manufacturing the same
US9231182B2 (en) Angular velocity sensor
JPH10339638A (en) Angular speed sensor
JPH10122869A (en) External force detector and its manufacture
US20240107887A1 (en) Method For Manufacturing Device
JP6594527B2 (en) Compound sensor
JPH09260735A (en) Thin-film piezoelectric element
JPS63187714A (en) Piezoelectric thin film resonator
JPH08261766A (en) Vibration gyro scope
JPH08293614A (en) Pressure sensor
JPH11132873A (en) Piezoelectric detector and its manufacture
JPH09166442A (en) Vibrating gyro
JP2014170994A (en) Mems oscillator manufacturing method, mems oscillator, electronic apparatus and mobile object
WO2015198536A1 (en) Angular velocity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071211

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071218

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080415