JP2008261638A - 慣性力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は基板のクラックや割れを抑制して歩留まりを向上し、検出特性の劣化を抑制して検出精度を向上する慣性力センサの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板６４上に第１導体層６６を形成する第１導体層形成工程と、第１導体層６６上に圧電層６８を形成する圧電層形成工程と、圧電層６８上に第２導体層７０を形成する第２導体層形成工程と、圧電層６８および第１、第２導体層６６、７０にエッチング加工を施して、慣性力を検出する電極部を形成する電極部形成工程と、基板６４にエッチング加工を施して、検出素子５２を形成する素子形成工程とを備え、基板６４の裏面に機械研削加工を施して、基板６４の厚みを薄く加工する厚み加工工程を設け、かつ、厚み加工工程後に、基板６４の裏面の表層を除去する表層除去工程を設けた構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種電子機器に用いる慣性力センサの製造方法に関するものである。

以下、従来の慣性力センサの一つとして、角速度センサの製造方法について図面を用いて説明する。

図５は従来の角速度センサの検出素子の斜視図である。

図５において、従来の角速度センサは、音叉型の検出素子２と、この検出素子２から出力される信号を処理して角速度を算出する信号処理回路（図示せず）とを備えている。

検出素子２は、対向する一対のアーム４を基部６にて支持した音叉型であって、この基部６を実装基板に実装して用いる。一対のアーム４には、アーム４を駆動させる駆動信号を入力するための駆動用の駆動電極部８と、検出素子２に与えられた角速度に起因して発生する角速度信号を出力するための感知用の感知電極部１０と、検出素子２の駆動状態を検知して検知信号を出力するための検知用の検知電極部１２を配置している。アームの対向方向に向かって、２つの駆動電極部８で１つの感知電極部１０を挟むように配置し、アーム４と基部６の境界近傍に検知用の検知電極部１２を配置している。また、これら、駆動電極部８、感知電極部１０、検知電極部１２からは信号線１３を引き出している。

次に、検出素子の製造方法について説明する。

第１に、図６に示すようなウエハ状のシリコンからなる基板１４上に、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、第１導体層１６を形成し、この第１導体層１６上に圧電層１８を形成し、この圧電層１８上に第２導体層２０を形成する。

第２に、フォトリソ工法を用いて、圧電層１８および第１、第２導体層１６、２０にドライエッチング加工を施して、図７（ｅ）に示すように、所定形状の駆動電極部８、感知電極部１０、検知電極部１２、およびそれらから引き出された信号線１３を形成する。

第３に、分極処理とアニール処理を施して、ＰＺＴ特性（分極状態）を安定化させ諸特性を確保する。なお、この際、第２導体層２０をウェットエッチング加工するとともに、圧電層１８をウェットエッチング加工している。

第４に、図７（ｆ）に示すように、基板裏面に機械研削加工（バックグラインド加工）を施して、所定の厚みまで薄く加工する。

第５に、基板にドライエッチング加工を施して、一部分を介して互いに連結された音叉形状の複数の素子を形成する。この図７（ｆ）のＡ部は図１におけるＡ部に相当する。最後に、図８に示すように、隣接する素子が連結された部分を、ダイシングラインＣに沿ってダイシングして、個片の検出素子２に分離する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−１２９６５２号公報

上記構成では、図７（ｆ）に示すように、基板１４の裏面に機械研削加工（バックグラインド加工）を施して、所定の厚みまで薄く加工した際、この機械研削加工の研削応力等によって、図９に示すように、基板１４の裏面の表層に加工変質層２２が形成される。この加工変質層２２は、シリコンの単結晶の構造が破壊されており、アモルファス化したり多結晶化したりしている。

これによって、ウエハ状の基板１４に反りが発生し、クラックが発生したり割れたりして歩留まりが低下するという問題点を有していた。また、慣性力を検出する検出素子２として用いた場合において、加工変質層２２に経時変化が生じて、検出特性が変化するという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、基板のクラックや割れを抑制して歩留まりを向上するとともに検出特性の変化を抑制して検出精度を向上する慣性力センサの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、基板上に第１導体層を形成する第１導体層形成工程と、前記第１導体層上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層上に第２導体層を形成する第２導体層形成工程と、前記圧電層および前記第１、第２導体層にエッチング加工を施して、慣性力を検出する電極部を形成する電極部形成工程と、前記基板にエッチング加工を施して、素子を形成する素子形成工程とを備え、前記基板の裏面に機械研削加工を施して、前記基板の厚みを薄く加工する厚み加工工程を設け、かつ、厚み加工工程後に、前記基板裏面の表層を除去する表層除去工程を設けた構成である。

上記構成により、基板の裏面に機械研削加工を施すので、基板の厚みを所定の厚みまで薄くできるとともに、基板裏面の表層に機械研削加工に起因する加工変質層が形成されたとしても、厚み加工工程後に、基板裏面の表層を除去するので、加工変質層も除去される。したがって、基板のクラックや割れを抑制して歩留まりを向上できるとともに、経時変化も生じないので検出特性の劣化を抑制して検出精度を向上できる。

図１は本発明の一実施の形態における電子部品の一つである角速度センサの検出素子の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

図１において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、音叉型の検出素子５２と、この検出素子５２から出力される信号を処理して角速度を算出する信号処理回路（図示せず）とを備えている。

検出素子５２は、対向する一対の可撓性を有するアーム５４を基部５６にて支持した音叉型であって、この基部５６を実装基板に実装して用いる。一対のアーム５４には、アーム５４を駆動させる駆動信号を入力するための駆動用の駆動電極部５８と、検出素子５２に与えられた角速度に起因して発生する角速度信号を出力するための感知用の感知電極部６０と、検出素子５２の駆動状態を検知して検知信号を出力するための検知用の検知電極部６２を配置している。アーム５４の対向方向に向かって、２つの駆動電極部５８で１つの感知電極部６０を挟むように配置し、また、アーム５４と基部５６の境界近傍に検知用の検知電極部６２を配置している。さらに、駆動電極部５８、感知電極部６０、検知電極部６２を延長して引き廻した信号線６３（電極パッド等も含む）を配置している。

次に、検出素子の製造方法について説明する。

第１に、ウエハ状のシリコンからなる基板６４上に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、第１導体層６６を形成し（第１導体層形成工程）、この第１導体層６６上に圧電層６８を形成し（圧電層形成工程）、この圧電層６８上に第２導体層７０を形成する（第２導体層形成工程）。

第１導体層６６はチタンを含有し白金を主成分とするＰｔ−Ｔｉ層からなり、圧電層６８は鉛を含有する圧電材料であって、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするＰＺＴや、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするＰＬＺＴ等からなり、第２導体層７０は金を主成分とするＡｕ層からなる。

また、基板６４と第１導体層６６との間には、第１導体層６６との密着性を向上させるために高融点金属を主成分とする層を介して形成したり、第１導体層６６と圧電層６８との間には、圧電層６８の分極特性を向上させるためにチタン酸鉛を主成分とする配向制御層を介して形成したり、圧電層６８と第２導体層７０との間には、第２導体層７０との密着性を向上させるために高融点金属層を介して形成したりしてもよい。

第２に、フォトリソ工法を用いて、圧電層６８および第１、第２導体層６６、７０にドライエッチング加工を施して、図３（ｅ）に示すように、所定形状の駆動電極部５８、感知電極部６０、検知電極部６２、およびそれらから引き出された信号線６３を形成する（電極部形成工程）。

この際、信号線６３の一部は完全にエッチングを施さず、その一部を通じて、電極部がアースされるようにアースと電気的に接続しておく。次に、これら電極部を形成した後、ウェットエッチングを施して、信号線６３の一部を取り除き、所定形状の信号線６３を形成する。

第３に、分極処理とアニール処理を施して、例えば、ＰＺＴからなる圧電層の特性（分極状態）を安定化させ諸特性を確保する。なお、この際、第２導体層７０をウェットエッチング加工するとともに、圧電層６８をウェットエッチング加工している。

第４に、図３（ｆ）に示すように、基板裏面に機械研削加工（バックグラインド加工）を施して、所定の厚みまで薄く加工する。

第５に、図３（ｇ）に示すように、電極部を形成した基板６４上に保護層７２を形成する（保護層形成工程）。この保護層７２を形成した状態で、図３（ｈ）に示すように、基板６４の裏面の表層にウェットエッチング加工を施して、基板６４の裏面の表層を除去する（表層除去工程）。

これにより、機械研削加工の研削応力等に起因した加工変質層７４が除去される。基板６４と加工変質層７４との境界近傍の図３（ｇ）のＢ部の拡大図を図４に示す。図４に示すように、機械研削加工により基板６４の表層は微小凹凸７６が形成されており、基板６４と加工変質層７４との境界近傍にも微小凹凸７６が形成されている。すなわち、ウェットエッチング加工を施して加工変質層７４を除去すると、基板６４の裏面に形成された微小凹凸７６が露出することとなる。

第６に、図３（ｉ）に示すように、保護層７２を除去する（保護層除去工程）。図３（ｉ）のＡ部が図１のＡ部に相当する。

第７に、ウエハ状の基板６４にドライエッチング加工を施して、一部分を介して互いに連結された音叉形状の複数の検出素子５２を形成する。この図３（ｉ）のＡ部は図１におけるＡ部に相当する。

最後に、隣接する検出素子５２が連結された部分を、ダイシングして、個片の検出素子５２に分離する。

上記検出素子５２は、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、アーム５４の駆動電極部５８に交流信号を通電すれば、アーム５４が駆動振動方向に駆動振動する。このとき、駆動振動方向がＸ軸になるように配置した場合、Ｚ軸周りの角速度が生じると、アーム５４にＹ軸方向のコリオリ力が発生するので、アーム５４がＹ軸方向に撓もうとする。したがって、この撓みを感知電極部６０によって、感知することにより角速度信号を感知できる。

上記構成により、基板６４の裏面に機械研削加工を施すので、基板６４の厚みを所定の厚みまで薄くできるとともに、基板６４の裏面の表層に機械研削加工に起因する加工変質層７４が形成されたとしても、厚み加工工程後に、基板６４の裏面の表層を除去するので、加工変質層７４も除去される。したがって、基板６４のクラックや割れを抑制して歩留まりを向上できるとともに、経時変化も生じないので検出特性の劣化を抑制して検出精度を向上できる。

また、機械研削加工は、バックグラインド加工にすることにより、精度よく基板６４を薄く加工できるとともに、加工変質層７４の厚みも精度よく形成される。その後の工程において、加工変質層７４を除去する際に、加工変質層７４の厚み精度がなければ、検出素子５２として機能させる際に、２つのアーム５４の厚みが異なることに起因して、駆動振動が安定せずに検出感度を劣化させる恐れがあるが、上記構成によれば検出感度の劣化を抑制できる。

さらに、基板６４の裏面の表層にウェットエッチング加工を施す際には、あらかじめ保護層７２を設けているので、基板６４の電極側をエッチングしてしまう恐れがなく、検出素子５２を精度よく製造できる。

なお、ウェットエッチング加工を施さずに、基板６４の裏面の表層にポリッシング加工を施して、基板６４の裏面の表層を除去してもよい。または、基板６４の裏面の表層にドライエッチング加工を施して、基板６４の裏面の表層を除去してもよい。

本発明に係る慣性力センサは、検出特性の変動を抑制し、特性向上を図れるので、各種電子機器に適用できるものである。

本発明の一実施の形態における角速度センサの検出素子の斜視図 図１のＡ−Ａ断面図 同検出素子の製造工程図 図３のＡ部の拡大図 従来の角速度センサの検出素子の斜視図 同検出素子の製造に用いるウエハ状のシリコン基板の斜視図 同検出素子の製造工程図 同検出素子の個片分離時のシリコン基板の斜視図 加工変質層が形成されたウエハ状のシリコン基板の断面図

符号の説明

５２ 検出素子
５４ アーム
５６ 基部
５８ 駆動電極部
６０ 感知電極部
６２ 検知電極部
６３ 信号線
６４ 基板
６６ 第１導体層
６８ 圧電層
７０ 第２導体層
７２ 保護層
７４ 加工変質層
７６ 微小凹凸

Claims (5)

1. 基板上に第１導体層を形成する第１導体層形成工程と、前記第１導体層上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層上に第２導体層を形成する第２導体層形成工程と、前記圧電層および前記第１、第２導体層にエッチング加工を施して、慣性力を検出する電極部を形成する電極部形成工程と、前記基板にエッチング加工を施して、素子を形成する素子形成工程とを備え、前記基板の裏面に機械研削加工を施して、前記基板の厚みを薄く加工する厚み加工工程を設け、かつ、厚み加工工程後に、前記基板裏面の表層を除去する表層除去工程を設けた慣性力センサの製造方法。
2. 前記表層除去工程では、前記基板裏面の表層にウェットエッチング加工を施して、前記基板裏面の表層を除去する表層除去工程とし、
   前記表層除去工程前に、前記電極部を形成した前記基板上に保護層を形成する保護層形成工程を設け、前記表層除去工程後に、前記保護層を除去する保護層除去工程を設けた請求項１記載の慣性力センサの製造方法。
3. 前記表層除去工程では、前記基板裏面の表層にポリッシング加工を施して、前記基板裏面の表層を除去する表層除去工程とした請求項１記載の慣性力センサの製造方法。
4. 前記表層除去工程では、前記基板裏面の表層にドライエッチング加工を施して、前記基板裏面の表層を除去する表層除去工程とした請求項１記載の慣性力センサの製造方法。
5. 前記機械研削加工は、バックグラインド加工とした請求項１記載の慣性力センサの製造方法。

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