JPH08116101A - 圧電素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を用いた
小型・軽量で精度の良好で、かつ低コストの圧電素子と
高度なマイクロマシンニング技術を用いずに製造できる
製造方法を提供する。 【構成】 貫通した空間部分のあるアルミナ製の素子保
持基板１に接続電極４を形成する。次に基板１の空間部
分にＫＢｒ粉体２を融解して空間部分が埋められた素子
基板を作成する。ＫＢｒ充填部は研磨して平滑化し、こ
の表面上に片持梁型パターンのマスクを用いて膜面に対
して＜１００＞方向にエピタキシャル成長したＰｔ下部
電極３を形成する。さらにｒｆマグネトロンスパッタ法
でｃ軸に結晶配向したＰＺＴ膜５を形成し、その表面上
にＡｌの引出し電極膜６を形成する。このように作製さ
れた構造物を水洗い処理しＫＢｒ充填部分２を除去し、
圧電素子９を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘電体薄膜を用いた圧電
素子とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、トランスデューサ、アクチ
ュエータ、圧力センサ、超音波振動子等として自動車、
電車等の交通産業、宇宙、航空産業、医療、工業計測等
の分野で需要が高まってきている。従来のセラミックを
用いた圧電素子が、半導体を用いた素子に置き換えられ
つつあり、小型化、高性能化、低価格性、高信頼性が期
待されている。半導体式の素子は、半導体技術およびマ
イクロマシニング技術を用いて製造される。例えば歪ゲ
ージ式の圧電素子は、例えば図９に示すような加速度セ
ンサ構造で、おもり部２１、カンチレバー部２２、ゲー
ジ抵抗部２３より構成され、おもり部に加速度が加わる
ことで、カンチレバー部が歪み、ピエゾ抵抗効果によ
り、その上に形成された拡散層（ゲージ抵抗部：ピエゾ
抵抗素子）の電気抵抗値が変化する。４個のピエゾ抵抗
素子からなるホイートストーンブリッジ回路により、加
速度信号は電圧出力の形で検出することができる。半導
体を用いた素子の特徴としては、アンプ等の周辺回路も
一体化が可能であるため、部品点数・接続箇所の低減に
より小型化とともに高性能化が実現可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体素子は、半導体技術を用いた集積化による小型化
が可能な反面、アルカリ性溶液による異方性エッチング
等のマイクロマシンニング技術を駆使して、おもり部や
カンチレバー部を形成する必要があるため、製造工程が
複雑になるという問題があった。例えば、カンチレバー
部を形成するのに異方性エッチング技術を用いるが、カ
ンチレバー部の厚み等を制御することが難しい。また、
耐衝撃性・耐共振性ということで、おもり部を支えるカ
ンチレバー部が複数個で構成されるセンサエレメントに
ついては、さらに各部の寸法等の精度が要求され、製造
工程がより高度かつ複雑になる。

【０００４】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、小型・軽量で精度がよく、かつコストの安価な圧電
素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の圧電素子は、貫通した空間部分
のある素子保持基板の上に、電極膜Ａと（１００）面配
向を有する電極膜Ｂと、前記電極膜Ａと前記電極膜Ｂと
の間に存在する圧電性誘電体膜を少なくとも備えた片持
梁型の多層膜構造体を固着したという構成を備えたもの
である。

【０００６】次に本発明の第２番目の圧電素子は、貫通
した空間部分のある素子保持基板の上に、電極膜Ａと
（１００）面配向を有する電極膜Ｂと、前記電極膜Ａと
前記電極膜Ｂとの間に存在する圧電性誘電体膜を少なく
とも備えた両端支持型の多層膜構造体を固着したという
構成を備えたものである。

【０００７】前記した本発明の第１、２番目の素子構成
においては、（１００）面配向を有する電極膜Ｂが、Ｐ
ｔ電極膜及び導電性ＮｉＯ電極膜から選ばれる少なくと
も一つであることが好ましい。

【０００８】また前記構成においては、（１００）面配
向を有する電極Ｂ膜が、（１００）面配向の岩塩型結晶
構造酸化物膜の表面上に（１００）面配向させたＰｔ電
極膜であることが好ましい。

【０００９】また前記構成においては、（１００）面配
向を有する電極膜Ｂが、金属電極膜の表面上に（１０
０）面配向させた導電性ＮｉＯ電極膜であることが好ま
しい。

【００１０】また前記構成においては、岩塩型結晶構造
酸化物膜がＭｇＯ、ＮｉＯ、及びＣｏＯから選ばれる少
なくとも一つの膜であることが好ましい。

【００１１】また前記構成においては、圧電性誘電体膜
がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜であることが好ま
しい。

【００１２】次に本発明の第１番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板の前記空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に片持梁型パターンのマスクを用い
て、（１００）面配向の岩塩型結晶構造酸化物膜、（１
００）面配向のＰｔ電極膜、圧電性誘電体膜、電極膜を
順次形成した後、水洗して上記のアルカリハライド部を
除去するという構成を備えたものである。

【００１３】次に本発明の第２番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板の前記空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に両端支持型パターンのマスクを用い
て、（１００）面配向の岩塩型結晶構造酸化物膜、（１
００）面配向のＰｔ電極膜、圧電性誘電体膜、電極膜を
順次形成した後、水洗して上記のアルカリハライド部を
除去するという構成を備えたものである。

【００１４】次に本発明の第３番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板の前記空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に片持梁型パターンのマスクを用い
て、金属電極膜、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ膜、
圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上
記のアルカリハライド部を除去するという構成を備えた
ものである。

【００１５】次に本発明の第４番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板の前記空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に両端支持型パターンのマスクを用い
て、金属電極膜、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ膜、
圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上
記のアルカリハライド部を除去するという構成を備えた
ものである。

【００１６】次に本発明の第５番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板のその空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に片持梁型パターンのマスクを用い
て、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ膜、圧電性誘電体
膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上記のアルカリ
ハライド基版を除去するという構成を備えたものであ
る。

【００１７】次に本発明の第６番目の製造方法は、貫通
した空間部分のある素子保持基板のその空間部分にアル
カリハライドを埋め込み、表面を平滑にして、基板を作
製し、前記基板上に片持梁型パターンのマスクを用い
て、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ膜、圧電性誘電体
膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上記のアルカリ
ハライド基版を除去するという構成を備えたものであ
る。

【００１８】前記した本発明の第１〜６番目の製造方法
においては、アルカリハライド基板が，ＫＣｌ、ＫＢ
ｒ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ及
びＣｓＩから選ばれる少なくとも一つの材料であること
が好ましい。

【００１９】また前記した本発明の第１〜６番目の製造
方法においては、圧電性誘電体膜がチタン酸ジルコン酸
鉛膜であることが好ましい。

【００２０】また前記した本発明の第１、２番目の製造
方法においては、岩塩型結晶構造酸化物膜がＭｇＯ、Ｎ
ｉＯ及びＣｏＯから選ばれる少なくとも一つの膜である
ことが好ましい。

【００２１】

【作用】前記した本発明の第１番目の圧電素子の構成に
よれば、貫通した空間部分のある素子保持基板の上に、
電極膜Ａと（１００）面配向を有する電極膜Ｂと、前記
電極膜Ａと前記電極膜Ｂとの間に存在する圧電性誘電体
膜を少なくとも備えた片持梁型の多層膜構造体を固着し
たという構成を備えたことにより、小型・軽量で精度が
大変良く、かつコストの安価な圧電素子を実現できる。
すなわち、（１００）面配向を有する電極膜Ｂを用いた
ことにより、例えば２〜１０μｍ程度の薄膜化ができ、
かつこの膜は検出感度が高く、強度も実用的には十分で
あるため、小型・軽量で精度が高いものとなる。さら
に、半導体を用いた同用途の素子における寸法精度が必
要なマイクロマシンニングの高度な技術を用いることも
必要ないので、コストも安価なものとすることができ
る。

【００２２】次に本発明の第２番目の圧電素子の構成に
よれば、貫通した空間部分のある素子保持基板の上に、
電極膜Ａと（１００）面配向を有する電極膜Ｂと、前記
電極膜Ａと前記電極膜Ｂとの間に存在する圧電性誘電体
膜を少なくとも備えた両端支持型の多層膜構造体を固着
したという構成を備えたことにより、小型・軽量で精度
が良く、強度も良好でかつコストの安価な圧電素子を実
現できる。すなわち、（１００）面配向を有する電極膜
Ｂを用いたことにより、例えば２〜１０μｍ程度の薄膜
化ができ、かつこの膜は検出感度が高く、強度もさらに
安定しているため、小型・軽量で精度が高いものとな
る。さらに、半導体を用いた同用途の素子における寸法
精度が必要なマイクロマシンニングの高度な技術を用い
ることも必要ないので、コストも安価なものとすること
ができる。

【００２３】前記した本発明の第１、２番目の圧電素子
の構成において、（１００）面配向を有する電極膜Ｂ
が、Ｐｔ電極膜及び導電性ＮｉＯ電極膜から選ばれる少
なくとも一つという構成を用いれば、さらに小型・軽量
で精度が良く、かつコストの安価な圧電素子を実現でき
る。

【００２４】また前記した本発明の第１、２番目の圧電
素子の構成において、（１００）面配向を有する電極Ｂ
膜が、（１００）面配向の岩塩型結晶構造酸化物膜の表
面上に（１００）面配向させたＰｔ電極膜を用いれば、
さらに小型・軽量で精度が良く、かつコストの安価な圧
電素子を実現できる。

【００２５】また前記した本発明の第１、２番目の圧電
素子の構成において、（１００）面配向を有する電極膜
Ｂが、金属電極膜の表面上に（１００）面配向させた導
電性ＮｉＯ電極膜を用いれば、さらに小型・軽量で精度
が良く、かつコストの安価な圧電素子を実現できる。

【００２６】また前記において、岩塩型結晶構造酸化物
膜がＭｇＯ、ＮｉＯ、及びＣｏＯから選ばれる少なくと
も一つの膜であるという構成によれば、電極Ｂに（１０
０）面配向を容易に転写できる。

【００２７】また前記した本発明の第１、２番目の圧電
素子の構成において、圧電性誘電体膜がチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）膜であるという構成によれば、圧電特
性に優れたものとなり、使用に応じた検出感度を高くす
ることができる。

【００２８】次に本発明の第１〜６番目の製造方法の構
成によれば、前記圧電素子を効率よく、合理的に製造で
きる。例えば水溶性のアルカリハライドを埋め込んだ基
板上に保持膜を介して素子膜を形成した後、水洗により
アルカリハライド部分を除去する製造工程であるため、
小型でかつ低価格な片持梁型あるいは両端支持型の圧電
素子構造を容易に製造できる。

【００２９】前記において、アルカリハライドとして
は、例えばＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣ
ｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ及びＣｓＩから選ばれる少なく
とも一つの材料を使用できる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００３１】（実施例１）本実施例の圧電素子９は、図
１に示すように、両表面に引出し電極膜３１、４が形成
されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通し
た空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミ
ナ製のセンサ保持基板１に固着された片持梁型の構造の
ものである。

【００３２】以上のように構成された圧電素子９の製造
方法について説明する。その製造工程を図３に示す。

【００３３】１ｍｍ角の貫通した空間部分のある大きさ
が５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製の素子保持基板１
に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃で焼成することに
より、接続電極４を形成した。続いて、上記のセンサ基
板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め固めた後、そのま
ま、減圧下、７４０℃で加熱することによりＫＢｒを融
解して、空間部分が埋められた素子基板を作製した。Ｋ
Ｂｒ充填部は表面を研磨して平滑化した。このようにし
て作製したＫＢｒ充填部分２を有する基板の表面上に、
片持梁型のパターンのマスクを用いて、プラズマＭＯＣ
ＶＤ法で同表面に対して垂直方向が＜１００＞方向に結
晶配向した岩塩型結晶構造酸化物のＭｇＯ膜３０（厚さ
２μｍ）を形成した。この膜形成には、ＣＶＤ原料ガス
にマグネシウムアセチルアセトナートの蒸気および酸素
の混合ガスを用い、素子保持基板１を４００℃に加熱し
て行った。次に、スパッタ法によりＰｔ膜を膜面に対し
て＜１００＞方向に１μｍ厚でエピタキシャル成長させ
て、引出し電極膜３１を形成した。さらに、ｒｆマグネ
トロンスパッタ法でその引出し電極３１の表面上に厚み
５μｍのｃ軸に結晶配向したＰＺＴ膜５を形成し、その
表面上にスパッタ法でＡｌ膜の引出し電極膜６を形成し
た。このように作製された構造物を水洗い処理すること
により、ＫＢｒ充填部２を除去し、乾燥した後、素子保
持基板１の表面上に予め、Ｐｄペーストを焼成して形成
された接続電極４に上記の多層膜の引出し電極膜６が接
触するように、導電性接着剤８を用いて接着し、圧電素
子９を作製した。

【００３４】これは圧電特性を示すＰＺＴ膜４がわずか
２μｍ厚のＭｇＯ膜３０、１μｍ厚のＰｔ膜３１で支え
られているだけにもかかわらず、十分に強度があり、ク
ラック等による電極の導通切れが皆無にできることがわ
かった。

【００３５】また、＜１００＞方向に結晶配向した岩塩
型結晶構造酸化物のＭｇＯ膜３０の代わりに同じく、そ
れぞれ、ニッケルアセチルアセトナートおよびコバルト
アセチルアセトナートを原料ガスとして用いたプラズマ
ＭＯＣＶＤ法で製造された、＜１００＞方向に結晶配向
したＮｉＯ膜およびＣｏＯ膜を用いた場合も、全く同様
のセンサエレメントが作製できることがわかった。

【００３６】また、ＫＢｒの代わりに、同じアルカリハ
ライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣｌ、Ｔｌ
Ｂｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充填剤を用いた場
合も、全く同様のセンサエレメントが作製できることが
わかった。

【００３７】（実施例２）本実施例の圧電素子１０は、
図２に示すように、両表面に引出し電極膜３１、４が形
成されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通
した空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアル
ミナ製のセンサ保持基板１に固着された両端支持型の構
造のものである。

【００３８】以上のように構成された圧電素子１０の製
造方法について説明する。その製造工程は実施例１とほ
ぼ同じで図３で示される。

【００３９】実施例１と同じく、１ｍｍ角の貫通した空
間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製
の素子保持基板１に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃
で焼成することにより、接続電極４を形成した。続い
て、上記のセンサ基板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め
固めた後、そのまま、減圧下、７４０℃で加熱すること
によりＫＢｒを融解して、空間部分が埋められた素子基
板を作製した。ＫＢｒ充填部は表面を研磨して平滑化し
た。このようにして作製したＫＢｒ充填部分２を有する
基板の表面上に、両端支持型のパターンのマスクを用い
て、プラズマＭＯＣＶＤ法で同表面に対して垂直方向が
＜１００＞方向に結晶配向した岩塩型結晶構造酸化物の
ＭｇＯ膜３０（厚さ２μｍ）を形成した。この膜形成に
は、ＣＶＤ原料ガスにマグネシウムアセチルアセトナー
トの蒸気および酸素の混合ガスを用い、素子保持基板１
を４００℃に加熱して行った。次に、スパッタ法により
Ｐｔ膜を膜面に対して＜１００＞方向に１μｍ厚でエピ
タキシャル成長させて、引出し電極膜３１を形成した。
さらに、ｒｆマグネトロンスパッタ法でその引出し電極
３１の表面上に厚み５μｍのｃ軸に結晶配向したＰＺＴ
膜５を形成し、その表面上にスパッタ法でＡｌ膜の引出
し電極膜６を形成した。このように作製された構造物を
水洗い処理することにより、ＫＢｒ充填部２を除去し、
乾燥した後、素子保持基板１の表面上に予め、Ｐｄペー
ストを焼成して形成された接続電極４に上記の多層膜の
引出し電極膜６が接触するように、導電性接着剤８を用
いて接着し、圧電素子１０を作製した。

【００４０】これは実施例１と同様、圧電特性を示すＰ
ＺＴ膜４がわずか２μｍ厚のＭｇＯ膜３０、１μｍ厚の
Ｐｔ膜３のみに支えられているだけにもかかわらず、十
分に強度があり、クラック等による電極の導通切れが皆
無にできることがわかった。

【００４１】また実施例１と同様、＜１００＞方向に結
晶配向した岩塩型結晶構造酸化物のＭｇＯ膜３０の代わ
りに同じく、それぞれ、ニッケルアセチルアセトナート
およびコバルトアセチルアセトナートを原料ガスとして
用いたプラズマＭＯＣＶＤ法で製造された、＜１００＞
方向に結晶配向したＮｉＯ膜およびＣｏＯ膜を用いた場
合も、全く同様のセンサエレメントが作製できることが
わかった。

【００４２】また実施例１と同様、ＫＢｒの代わりに、
同じアルカリハライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、
ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充
填剤を用いた場合も、全く同様のセンサエレメントが作
製できることがわかった。

【００４３】（実施例３）本実施例の圧電素子１１は、
図４に示すように、両表面に引出し電極膜３２、４が形
成されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通
した空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアル
ミナ製のセンサ保持基板１に固着された片持梁型の構造
のものである。

【００４４】以上のように構成された圧電素子１１の製
造方法について説明する。その製造工程は実施例１とほ
ぼ同じで図６で示される。

【００４５】実施例１と同じく、１ｍｍ角の貫通した空
間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製
の素子保持基板１に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃
で焼成することにより、接続電極４を形成した。続い
て、上記のセンサ基板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め
固めた後、そのまま、減圧下、７４０℃で加熱すること
によりＫＢｒを融解して、空間部分が埋められた素子基
板を作製した。ＫＢｒ充填部は表面を研磨して平滑化し
た。このようにして作製したＫＢｒ充填部分２を有する
基板の表面上に、片持梁型のパターンのマスクを用い
て、スパッタ法により、金属Ｎｉ膜３２（厚さ０．８μ
ｍ）を形成し、さらにその表面上に、プラズマＭＯＣＶ
Ｄ法で同表面に対して垂直方向が＜１００＞方向に結晶
配向した岩塩型結晶構造酸化物のＮｉＯ膜３３（Ｌｉ添
加）（厚さ０．４μｍ）を形成した。この膜形成には、
ＣＶＤ原料ガスにニッケルアセチルアセトナートの蒸気
とＬｉジピバロイルメタンキレートの蒸気および酸素の
混合ガスを用い、素子保持基板１を４００℃に加熱して
行った。さらに、ｒｆマグネトロンスパッタ法でそのＮ
ｉＯ膜３３の表面上に厚み５μｍのｃ軸に結晶配向した
ＰＺＴ膜５を形成し、その表面上にスパッタ法でＡｌ膜
の引出し電極膜６を形成した。このように作製された構
造物を水洗い処理することにより、ＫＢｒ充填部２を除
去し、乾燥した後、素子保持基板１の表面上に予め、Ｐ
ｄペーストを焼成して形成された接続電極４に上記の多
層膜の引出し電極膜６が接触するように、導電性接着剤
８を用いて接着し、圧電素子１１を作製した。

【００４６】これは実施例１と同様、圧電特性を示すＰ
ＺＴ膜４がわずか０．８μｍ厚の金属Ｎｉ膜３２と０．
４μｍ厚のＮｉＯ膜（Ｌｉ添加）３３のみに支えられて
いるにもかかわらず、十分に強度があり、クラック等に
よる電極の導通切れが皆無にできることがわかった。

【００４７】また実施例１と同様、ＫＢｒの代わりに、
同じアルカリハライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、
ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充
填剤を用いた場合も、全く同様のセンサエレメントが作
製できることがわかった。

【００４８】（実施例４）本実施例の圧電素子１２は、
図５に示すように、両表面に引出し電極膜３２、４が形
成されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通
した空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアル
ミナ製のセンサ保持基板１に固着された両端支持型の構
造のものである。

【００４９】以上のように構成された圧電素子１１の製
造方法について説明する。その製造工程は実施例３とほ
ぼ同じで図６で示される。

【００５０】実施例１と同じく、１ｍｍ角の貫通した空
間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製
の素子保持基板１に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃
で焼成することにより、接続電極４を形成した。続い
て、上記のセンサ基板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め
固めた後、そのまま、減圧下、７４０℃で加熱すること
によりＫＢｒを融解して、空間部分が埋められた素子基
板を作製した。ＫＢｒ充填部は表面を研磨して平滑化し
た。このようにして作製したＫＢｒ充填部分２を有する
基板の表面上に、両端支持型のパターンのマスクを用い
て、スパッタ法により、金属Ｎｉ膜３２（厚さ０．８μ
ｍ）を形成し、さらにその表面上に、プラズマＭＯＣＶ
Ｄ法で同表面に対して垂直方向が＜１００＞方向に結晶
配向した岩塩型結晶構造酸化物のＮｉＯ膜３３（Ｌｉ添
加）（厚さ０．４μｍ）を形成した。この膜形成には、
ＣＶＤ原料ガスにニッケルアセチルアセトナートの蒸気
とＬｉジピバロイルメタンキレートの蒸気および酸素の
混合ガスを用い、素子保持基板１を４００℃に加熱して
行った。さらに、ｒｆマグネトロンスパッタ法でそのＮ
ｉＯ膜３３の表面上に厚み５μｍのｃ軸に結晶配向した
ＰＺＴ膜５を形成し、その表面上にスパッタ法でＡｌ膜
の引出し電極膜６を形成した。このように作製された構
造物を水洗い処理することにより、ＫＢｒ充填部２を除
去し、乾燥した後、素子保持基板１の表面上に予め、Ｐ
ｄペーストを焼成して形成された接続電極４に上記の多
層膜の引出し電極膜６が接触するように、導電性接着剤
８を用いて接着し、圧電素子１１を作製した。

【００５１】これは実施例３と同様、圧電特性を示すＰ
ＺＴ膜４がわずか０．８μｍ厚の金属Ｎｉ膜３２と０．
４μｍ厚のＮｉＯ膜（Ｌｉ添加）３３のみに支えられて
いるにもかかわらず、十分に強度があり、クラック等に
よる電極の導通切れが皆無にできることがわかった。

【００５２】また実施例３と同様、ＫＢｒの代わりに、
同じアルカリハライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、
ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充
填剤を用いた場合も、全く同様のセンサエレメントが作
製できることがわかった。

【００５３】（実施例５）本実施例の圧電素子１３は、
図７に示すように、両表面に引出し電極膜３４、４が形
成されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通
した空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアル
ミナ製のセンサ保持基板１に固着された片持梁型の構造
のものである。

【００５４】以上のように構成された圧電素子１３の製
造方法について説明する。その製造工程は実施例１とほ
ぼ同じで図９で示される。

【００５５】実施例１と同じく、１ｍｍ角の貫通した空
間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製
の素子保持基板１に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃
で焼成することにより、接続電極４を形成した。続い
て、上記のセンサ基板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め
固めた後、そのまま、減圧下、７４０℃で加熱すること
によりＫＢｒを融解して、空間部分が埋められた素子基
板を作製した。ＫＢｒ充填部は表面を研磨して平滑化し
た。このようにして作製したＫＢｒ充填部分２を有する
基板の表面上に、片持梁型のパターンのマスクを用い
て、その表面上に、プラズマＭＯＣＶＤ法で同表面に対
して垂直方向が＜１００＞方向に結晶配向した岩塩型結
晶構造酸化物のＮｉＯ膜３４（Ｌｉ添加）（厚さ０．４
μｍ）を形成した。この膜形成には、ＣＶＤ原料ガスに
ニッケルアセチルアセトナートの蒸気とＬｉジピバロイ
ルメタンキレートの蒸気および酸素の混合ガスを用い、
素子保持基板１を４００℃に加熱して行った。さらに、
ｒｆマグネトロンスパッタ法でそのＮｉＯ膜３４の表面
上に厚み５μｍのｃ軸に結晶配向したＰＺＴ膜５を形成
し、その表面上にスパッタ法でＡｌ膜の引出し電極膜６
を形成した。このように作製された構造物を水洗い処理
することにより、ＫＢｒ充填部２を除去し、乾燥した
後、素子保持基板１の表面上に予め、Ｐｄペーストを焼
成して形成された接続電極４に上記の多層膜の引出し電
極膜６が接触するように、導電性接着剤８を用いて接着
し、圧電素子１３を作製した。

【００５６】これは実施例１と同様、圧電特性を示すＰ
ＺＴ膜４がわずか０．４μｍ厚のＮｉＯ膜（Ｌｉ添加）
３４のみに支えられているにもかかわらず、十分に強度
があり、クラック等による電極の導通切れが皆無にでき
ることがわかった。

【００５７】また実施例１と同様、ＫＢｒの代わりに、
同じアルカリハライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、
ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充
填剤を用いた場合も、全く同様のセンサエレメントが作
製できることがわかった。

【００５８】（実施例６）本実施例の圧電素子１４は、
図８に示すように、両表面に引出し電極膜３４、４が形
成されたＰＺＴ膜５（厚さ５μｍ）が、１ｍｍ角の貫通
した空間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアル
ミナ製のセンサ保持基板１に固着された両端支持型の構
造のものである。

【００５９】以上のように構成された圧電素子１４の製
造方法について説明する。その製造工程は実施例５とほ
ぼ同じで図９で示される。

【００６０】実施例１と同じく、１ｍｍ角の貫通した空
間部分のある大きさが５ｍｍ角で１ｍｍ厚のアルミナ製
の素子保持基板１に、Ｐｄペーストを塗布し１０５０℃
で焼成することにより、接続電極４を形成した。続い
て、上記のセンサ基板の空間部分に、ＫＢｒ粉体を詰め
固めた後、そのまま、減圧下、７４０℃で加熱すること
によりＫＢｒを融解して、空間部分が埋められた素子基
板を作製した。ＫＢｒ充填部は表面を研磨して平滑化し
た。このようにして作製したＫＢｒ充填部分２を有する
基板の表面上に、両端支持型のパターンのマスクを用い
て、その表面上に、プラズマＭＯＣＶＤ法で同表面に対
して垂直方向が＜１００＞方向に結晶配向した岩塩型結
晶構造酸化物のＮｉＯ膜３４（Ｌｉ添加）（厚さ０．４
μｍ）を形成した。この膜形成には、ＣＶＤ原料ガスに
ニッケルアセチルアセトナートの蒸気とＬｉジピバロイ
ルメタンキレートの蒸気および酸素の混合ガスを用い、
素子保持基板１を４００℃に加熱して行った。さらに、
ｒｆマグネトロンスパッタ法でそのＮｉＯ膜３４の表面
上に厚み５μｍのｃ軸に結晶配向したＰＺＴ膜５を形成
し、その表面上にスパッタ法でＡｌ膜の引出し電極膜６
を形成した。このように作製された構造物を水洗い処理
することにより、ＫＢｒ充填部２を除去し、乾燥した
後、素子保持基板１の表面上に予め、Ｐｄペーストを焼
成して形成された接続電極４に上記の多層膜の引出し電
極膜６が接触するように、導電性接着剤８を用いて接着
し、圧電素子１４を作製した。

【００６１】これは実施例５と同様、圧電特性を示すＰ
ＺＴ膜４がわずか０．４μｍ厚のＮｉＯ膜（Ｌｉ添加）
３４のみに支えられているにもかかわらず、十分に強度
があり、クラック等による電極の導通切れが皆無にでき
ることがわかった。

【００６２】また実施例５と同様、ＫＢｒの代わりに、
同じアルカリハライド材料のＫＣｌ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、
ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩのいずれかの充
填剤を用いた場合も、全く同様のセンサエレメントが作
製できることがわかった。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、製造される圧電素子
は、半導体式のような寸法精度が必要なマイクロマシン
ニングの高度な技術を用いることなく、高性能な圧電素
子が安価に実現できるので、それを用いた加速度センサ
が従来に比べて低価格で製造できることになる。従っ
て、圧電素子利用の分野でより広い範囲に使用できるこ
とになるという効果が生じて、実用面で極めて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の圧電素子の外観図

【図２】本発明の実施例２の圧電素子の外観図

【図３】本発明の実施例１、２の圧電素子の製造工程を
示すフロー図

【図４】本発明の実施例３の圧電素子の外観図

【図５】本発明の実施例４の圧電素子の外観図

【図６】本発明の実施例３、４の圧電素子の製造工程を
示すフロー図

【図７】本発明の実施例５の圧電素子の外観図

【図８】本発明の実施例６の圧電素子の外観図

【図９】本発明の実施例５、６の圧電素子の製造工程を
示すフロー図

【図１０】歪ゲージ式の半導体加速度センサエレメント
の一部切り裂き外観図

【符号の説明】

１ 素子保持基板 ２ ＫＢｒ充填部分 ３ Ｐｔ下部電極膜 ４ 接続電極 ５ ＰＺＴ膜 ６ 導電性接着剤 ７ センサ保持基板 ８ 接続電極 ９ 接続電極 １０ 接着剤 １１ 加速度センサエレメント １２ 導電性ＮｉＯ膜 １３ 金属Ｎｉ膜 １５ Ｎｉ−Ｃｒ電極膜 １６ 導電性ペースト １７ Ａｕ線 １８ 接続電極 １９ 接続電極 ２０ 接着剤 ２１ おもり部 ２２ カンチレバー部 ２３ ゲージ抵抗部（ピエゾ抵抗素子） ２４ 接続電極 ２５ 上部ストッパウエハ ２６ センシングウエハ ２７ 下部ストッパウエハ ２８ エアギャップ ３１ おもり部 ３２ 上部対向電極 ３３ おもり電極（可動電極） ３４ 下部対向電極 ３５ 上部ガラス ３６ シリコン ３７ 下部ガラス ３８ エアギャップ １０１ ＫＢｒ充填部分 １０６ 導電性ペースト １０８ 接続電極 １０９ 接続電極 １１１ 加速度センサエレメント １１２ 導電性ＮｉＯ膜 ２１１ 加速度センサエレメント ２０８ 接続電極 ２０９ 接続電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ａ 41/22 (72)発明者 鳥井 秀雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貫通した空間部分のある素子保持基板の上
   に、電極膜Ａと（１００）面配向を有する電極膜Ｂと、
   前記電極膜Ａと前記電極膜Ｂとの間に存在する圧電性誘
   電体膜を少なくとも備えた片持梁型の多層膜構造体を固
   着した圧電素子。
2. 【請求項２】貫通した空間部分のある素子保持基板の上
   に、電極膜Ａと（１００）面配向を有する電極膜Ｂと、
   前記電極膜Ａと前記電極膜Ｂとの間に存在する圧電性誘
   電体膜を少なくとも備えた両端支持型の多層膜構造体を
   固着した圧電素子。
3. 【請求項３】（１００）面配向を有する電極膜Ｂが、Ｐ
   ｔ電極膜及び導電性ＮｉＯ電極膜から選ばれる少なくと
   も一つである請求項１または２に記載の圧電素子。
4. 【請求項４】（１００）面配向を有する電極Ｂ膜が、
   （１００）面配向の岩塩型結晶構造酸化物膜の表面上に
   （１００）面配向させたＰｔ電極膜である請求項１また
   は２に記載の圧電素子。
5. 【請求項５】（１００）面配向を有する電極膜Ｂが、金
   属電極膜の表面上に（１００）面配向させた導電性Ｎｉ
   Ｏ電極膜である請求項１または２に記載の圧電素子。
6. 【請求項６】岩塩型結晶構造酸化物膜がＭｇＯ、Ｎｉ
   Ｏ、及びＣｏＯから選ばれる少なくとも一つの膜である
   請求項４に記載の圧電素子。
7. 【請求項７】圧電性誘電体膜がチタン酸ジルコン酸鉛
   （ＰＺＴ）膜である請求項１または２に記載の圧電素
   子。
8. 【請求項８】貫通した空間部分のある素子保持基板の前
   記空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平滑
   にして、基板を作製し、前記基板上に片持梁型パターン
   のマスクを用いて、（１００）面配向の岩塩型結晶構造
   酸化物膜、（１００）面配向のＰｔ電極膜、圧電性誘電
   体膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上記のアルカ
   リハライド部を除去する圧電素子の製造方法。
9. 【請求項９】貫通した空間部分のある素子保持基板の前
   記空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平滑
   にして、基板を作製し、前記基板上に両端支持型パター
   ンのマスクを用いて、（１００）面配向の岩塩型結晶構
   造酸化物膜、（１００）面配向のＰｔ電極膜、圧電性誘
   電体膜、電極膜を順次形成した後、水洗して上記のアル
   カリハライド部を除去する圧電素子の製造方法。
10. 【請求項１０】貫通した空間部分のある素子保持基板の
    前記空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平
    滑にして、基板を作製し、前記基板上に片持梁型パター
    ンのマスクを用いて、金属電極膜、（１００）面配向の
    導電性ＮｉＯ膜、圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成し
    た後、水洗して上記のアルカリハライド部を除去する圧
    電素子の製造方法。
11. 【請求項１１】貫通した空間部分のある素子保持基板の
    前記空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平
    滑にして、基板を作製し、前記基板上に両端支持型パタ
    ーンのマスクを用いて、金属電極膜、（１００）面配向
    の導電性ＮｉＯ膜、圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成
    した後、水洗して上記のアルカリハライド部を除去する
    圧電素子の製造方法。
12. 【請求項１２】貫通した空間部分のある素子保持基板の
    その空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平
    滑にして、基板を作製し、前記基板上に片持梁型パター
    ンのマスクを用いて、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ
    膜、圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成した後、水洗し
    て上記のアルカリハライド基版を除去する圧電素子の製
    造方法。
13. 【請求項１３】貫通した空間部分のある素子保持基板の
    その空間部分にアルカリハライドを埋め込み、表面を平
    滑にして、基板を作製し、前記基板上に片持梁型パター
    ンのマスクを用いて、（１００）面配向の導電性ＮｉＯ
    膜、圧電性誘電体膜、電極膜を順次形成した後、水洗し
    て上記のアルカリハライド基版を除去する圧電素子の製
    造方法。
14. 【請求項１４】アルカリハライド基板が，ＫＣｌ、ＫＢ
    ｒ、ＫＩ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＣｓＢｒ及
    びＣｓＩから選ばれる少なくとも一つの材料である請求
    項８〜１３のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
15. 【請求項１５】圧電性誘電体膜がチタン酸ジルコン酸鉛
    膜である請求項８〜１３のいずれかに記載の圧電素子の
    製造方法。
16. 【請求項１６】岩塩型結晶構造酸化物膜がＭｇＯ、Ｎｉ
    Ｏ及びＣｏＯから選ばれる少なくとも一つの膜である請
    求項８または９記載の圧電素子の製造方法。