薄膜传感元件制造技术

本发明专利技术旨在提供小型、轻量、精度高且成本低的加速度传感元件及热电式红外线传感元件等薄膜传感元件。在平板型ＫＢｒ基板１的表面利用等离子体ＭＯＣＶＤ法形成以基板表面垂直方向为结晶取向（１００）方向的岩盐式晶体结构氧化物膜１２，利用溅射法在其表面外延生长ＰＺＴ膜４，然后在其表面形成Ｎｉ－Ｃｒ电极膜１５，将上述多层膜反转后用粘接剂２０粘接到中央有穿通的空间部分的传感器基板７上，将接续电极１９连接后，通过整体进行水洗处理，除去ＫＢｒ基板１。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用对加速度传感元件和热电式红外线传感元件等有用的电介质薄膜的。近年来，加速度传感器在汽车、电车等交通工业、宇航工业、医疗、工业测量等领域的需要不断提高。以往使用的是机械式的传感器，但是，近年来，正在逐渐地改换为使用半导体的应变仪式或电容式的传感器，可望实现小型化、高性能化、低价格和高可靠性。半导体式的加速度传感器是利用半导体技术和微机械加工技术制造的。应变仪式的加速度传感器例如是附图说明图14所示的结构(H.V.Allen等人，传感器和传动装置(Sensors and Actuators)，20(1989)，pp.153-161)。在图14中，71是应变仪式的加速度传感元件，22是悬臂部，23是应变电阻部(压电电阻元件)、24是接续电极，25是上部制动基片，26是传感基片，27是下部制动基片，28是空气隙，29是平衡锤部。加速度传感器由平衡锤部29、悬臂部22和应变电阻部23构成，当有加速度加到平衡锤部29上时，悬臂部22便发生畸变，由于压电电阻效应，则在其上形成的扩散层(应变电阻部压电元件)的电阻值便发生变化。利用由4个压电电阻元件构成的惠斯登电桥电路，便可以电压输出的形式检测出加速度信号。另外，电容式的加速度传感器例如是图15所示的结构(H.Seidel等人，传感器和传动装置(Sensors and Actuators)，A21-A23，(1990)，pp.312-315)。在图15中，81是电容式的加速度传感元件，32是上部对向电极，33是平衡锤电极(可动电极)，34是下部对向电极，35是上部玻璃板，36是硅树脂，37是下部玻璃板，38是空气隙，39是平衡锤部。将平衡锤电极33作为形成电容的一边的电极设在平衡锤部39的上面，其与固定的上部和下部对向电极32，34之间的间隔变化引起电容的变化，通过检测该电容的变化量便可得到加速度信号。使用电容式的加速度传感器时，由于加速度引起的电容量变化大，所以，通过精心设计检测电路，便可进行高精度的测量。使用半导体的加速度传感器的特征是，由于放大器等外部电路也可以实现一体化，所以，通过减少部件数量和连接点，不仅可以实现小型化，而且还可以实现高性能化。另一方面，热电式红外线传感器是应用电介质薄膜的热式红外线传感器，具有在常温下可以工作以及灵敏度与波长的关系小等特长，在热式传感器中，是一种高灵敏度的传感器。这种热电式红外线传感器利用了电介质材料即钛酸镧铅(以下，称为PLT)具有很大的热电特性这一特点，通常，使用结晶取向为热电系数最高的晶轴方向即C轴的PLT膜进行制造。热电式红外线传感器为了将接收的红外线有效地变换为传感器输出，必须是PLT膜的热变化对红外线接收量的变化敏感。因此，用以支撑并保持PLT膜的构造体的形状及其材料必须设计成热容量小并且热传导引起的热损失小。例如，将热电式红外线传感器使用于红外线点传感器等情况时，其心脏部即先有的热电式红外线传感元件具有图28所示的结构。即，在厚度约3μm的PLT膜204的两侧表面设有下部引出电极223和上部引出电极225，为了使热容量和热传导都很小，只用聚酰亚胺树脂膜222和232将成为一体的PLT膜204以及下部引出电极223和上部引出电极225保持住。并且，利用中央部具有呈矩形剖面的贯通孔的陶瓷制的陶瓷基板207保持聚酰亚胺树脂膜222和232。另外，206，216，230是导电性粘接剂，208，209是接续电极。具有上述结构的热电式红外线传感元件，以往，是用图29(a)～(f)所示的方法制造的(例如，参见高山良一等人，“焦电型赤外线画像センサ，ナシヨナルテクニカルレポ-ト，第39卷(No.4)(1993)，122-130页)。首先，准备一块在(100)面上裂开并进行过镜面研磨的MgO单晶基板221。在将MgO单晶基板221加热到600℃的状态下，利用射频(rf)溅射法溅射上钛酸镧铅的陶瓷靶，在MgO单晶基板221的表面形成C轴取向的PLT膜204。(图29(a))。然后，将该PLT膜204的上部表面除去，涂上聚酰亚胺树脂，形成第1层聚酰亚胺树脂膜222。接着，在其表面利用溅射法形成Ni-Cr下部引出电极膜223(图29(b))。然后，在其上涂上聚酰亚胺树脂，形成第2层聚酰亚胺树脂膜232(图29(c))。将这样已形成了多层膜构成物的MgO单晶基板221反转，放到中央部具有呈矩形剖面的贯通孔的氧化铝等陶瓷制的陶瓷基板227上，利用粘接剂230将MgO单晶基板221与陶瓷基板227粘接固定(图29(d))。粘接之后，为了提高PLT膜204的热灵敏度，利用腐蚀方法留下在MgO单晶基板221上形成的多层膜构成物，而将MgO单晶基板221的MgO完全除去(图29(e))。在除去MgO后露出新表面的PLT膜204的表面上形成Ni-Cr的上部引出电极膜225。然后，使用导电性胶206和216将预先在陶瓷基板227上形成的接续电极209和208分别与上部引出电极225和下部引出电极223连接(图29(f))。这样，便可得到先有的热电式红外线传感元件。但是，上述半导体式的加速度传感器，由于使用了半导体集成化技术可以使其实现小型化，与此相反，因为必须使用碱性溶液的各向异性腐蚀等微机械加工技术来形成平衡锤部及悬臂部，所以，存在制造工序复杂的问题。例如，对于应变仪式的情况，为了形成悬臂部而使用各向异性腐蚀技术，但是，要控制悬臂部的厚度等却很困难。另外，在耐冲击性、耐共振性方面，对于由多个支撑平衡锤部的悬臂部构成的传感元件，进而还要求各部分的尺寸等的精度，从而使制造工序更加复杂。另外，在上述先有的热电式红外线传感器中，是只用聚酰亚胺树脂膜222和232来保持热电性电介质氧化物膜即PLT膜204和利用陶瓷基板207来保持上述聚酰亚胺树脂膜222及232的周围的结构。因此，由于因聚酰亚胺树脂膜222及232和PLT膜204及陶瓷基板207的材料特性不同而发生收缩等情况，引出电极223和/或225容易发生断裂，而且保持PLT膜204的聚酰亚胺树脂膜222和/或232也容易发生龟裂。还有，在先有的热电式红外线传感元件的制造方法中，由于使用在(100)面上裂开的经过镜面研磨的价格昂贵的MgO单晶基板，所以，红外线传感元件的价格高，并且，在形成热电性电介质氧化物膜之后，利用腐蚀方法将PLT膜204的正下面部分的MgO单晶基板221除掉时还必须特别留神，从而存在制造工序很复杂的问题。本专利技术就是为了解决上述先有的问题，其目的旨在提供小型、轻量、精度高并且成本低的。另外，本专利技术的另一个目的是要提供在基底基板上不使用MgO单晶并且为了形成薄膜部分不必研磨就可将所用的基底基板除去的。更具体地说，本专利技术的目的是旨在提供小型、轻量、精度高并且成本低的加速度传感器和加速度传感元件及其制造方法。本专利技术的另一个目的是旨在提供在基底基板上不使用MgO单晶并且为了形成热电薄膜部分不必研磨就可以将所用的基底基板除去的热电式红外线传感元件及其制造方法。为了达到上述目的，本专利技术的薄膜传感元件在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上，固定至少由电极膜A、具有(100)面取向的电极膜B、和在上述电极膜A与上述电极膜B之间存在的压电性电介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜传感元件，其特征在于：将至少由电极膜Ａ、具有（１００）面取向的电极膜Ｂ和上述电极膜Ａ与上述电极膜Ｂ之间存在的压电性电介质氧化物膜构成的多层膜构造体固定在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上。

【技术特征摘要】
JP 1994-2-7 013413/94;JP 1994-6-20 136981/941.一种薄膜传感元件，其特征在于将至少由电极膜A、具有(100)面取向的电极膜B和上述电极膜A与上述电极膜B之间存在的压电性电介质氧化物膜构成的多层膜构造体固定在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上。2.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于将在具有(100)面取向的电极膜B上形成了压电性电介质氧化物膜进而在上述压电性电介质氧化物膜上形成了电极膜A的多层膜构造体反转后，粘接到具有开口部的传感器保持基板上。3.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于具有(100)面取向的电极膜B是至少从Pt电极膜和导电性NiO电极膜中选择的一种。4.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于具有(100)面取向的电极膜B是在(100)面取向的岩盐式晶体结构氧化物膜的表面上形成的(100)面取向的Pt电极膜。5.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于具有(100)面取向的电极膜B是在金属电极膜的表面上经过(100)面取向的导电性NiO电极膜。6.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上形成复盖该开口部的(100)面取向的岩盐式晶体结构氧化物膜，在其表面上形成(100)面取向的Pt电极膜B，然后在其上形成压电性电介质氧化物膜，最后在上述压电性电介质氧化物膜上形成电极膜A。7.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上形成复盖开口部的金属电极膜，并在其表面上形成(100)面取向的导电性NiO膜B，然后在其上形成压电性电介质氧化物膜，最后在上述压电性电介质氧化物膜上形成电极膜A。8.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于在其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上形成复盖该开口部的(100)面取向的导电性NiO膜B，并在其表面上形成压电性电介质氧化物膜，最后在上述压电性电介质氧化物膜上形成电极膜A。9.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于传感器保持基板用陶瓷形成。10.按权利要求4或6所述的薄膜传感元件，其特征在于岩盐式晶体结构氧化物膜是至少从MgO、NiO和CoO中选择的一种膜。11.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于压电性电介质氧化物膜是钛酸锆酸铅(PZT)膜。12.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于压电性电介质氧化物膜为钛酸镧酸铅(PLT)膜。13.按权利要求3，5，7，8，或10所述的薄膜传感元件，其特征在于在NiO膜中作为掺杂剂添加锂。14.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于传感元件至少是从加速度传感元件和热电式红外线传感元件中选择的一种薄膜传感元件。15.按权利要求1所述的薄膜传感元件，其特征在于压电性电介质氧化物膜的厚度在100nm～20μm的范围内。16.一种将至少由电极膜A、具有(100)面取向的电极膜B和在上述电极膜A与上述电极膜B之间存在的压电性电介质氧化物膜构成的多层膜构造体固定到其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上的薄膜传感元件的制造方法，其特征在于在碱卤化物基板上至少形成具有(100)面取向的电极膜，并在其上形成压电性电介质氧化物膜，然后在其上形成电极膜从而成为多层膜构造体，将上述多层膜构造体固定到其中央部附近具有略呈矩形剖面的开口部的传感器保持基板上后，利用水将上述碱卤化物基板溶解并除去。17.按权利要求16所述的薄膜传感元件的制造方法，其特征在于碱卤化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：鸟井秀雄，鎌田健，林重德，高山良一，平尾孝，服部益三，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]