(57)【要約】  タングステンからなる主電極層を含む薄膜電極を備える薄膜デバイスにおいて、薄膜電極が低い抵抗率を有することを実現する。下地層（７Ａ）と、下地層（７Ａ）の上に形成された主電極層（７Ｂ）とを有する薄膜電極（７）を備え、下地層（７Ａ）は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層（７Ｂ）は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる、薄膜デバイス（１）。
2013011864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層と、前記下地層の上に形成された主電極層とを有する薄膜電極を備え、
前記下地層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、
前記主電極層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる、薄膜デバイス。
【請求項２】
下地層と、前記下地層の上に形成された主電極層とを有する薄膜電極を備え、
前記下地層は、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するチタン・タングステン合金からなり、
前記主電極層は、タングステンからなる、薄膜デバイス。
【請求項３】
前記主電極層は、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するタングステンからなる、請求項２に記載の薄膜デバイス。
【請求項４】
前記下地層は、Ｘ線回折法において（１１０）面からの回折ピークのピーク強度に対する（２００）面からの回折ピークのピーク強度の比が、１．４×１０−３以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜デバイス。
【請求項５】
前記下地層の下に形成された二酸化珪素膜を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の薄膜デバイスの製造方法であって、
スパッタリング法による成膜時のガス圧を０．６５Ｐａ以上として前記下地層を成膜する下地層形成ステップと、
前記下地層上に前記主電極層を成膜する主電極層形成ステップと、を順に実施する、薄膜デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タングステンからなる薄膜電極を有する薄膜デバイスと、薄膜デバイスの製造方法と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜デバイスとして、それぞれに電極を設けた固定部材と可動部材とをギャップ空間を介して対向させ、電極に信号を印加することによって可動部材を変位させるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスがある（例えば特許文献１，２参照。）。このようなＭＥＭＳデバイスにより、スイッチ、アクチュエータ、可変容量素子、高周波フィルタなどが構成される。【０００３】
例えば特許文献１では、単結晶シリコンからなる基板と、基板上に形成された突起とを有する固定部材と、単結晶シリコンからなる可動部材とを有し、固定部材と可動部材とをギャップ空間を介して対向させたＭＥＭＳスイッチが開示されている。突起は、金とクロムとを積層した薄膜電極により構成されている。特許文献２では、シリコンおよびゲルマニウムからなる基板と、基板上に形成された基板接点とを有する固定部材と、金または金合金からなる可動部材とを有し、固定部材と可動部材とをギャップ空間を介して対向させたＭＥＭＳスイッチが開示されている。基板接点は、金または金合金からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３９３９２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜デバイスにおいて、温度変化による特性変動を小さくするためには、各部材の線膨張係数の差を小さくする必要がある。また、ＭＥＭＳデバイスのように可動部を備える場合には、耐久性に優れる部材を利用する必要がある。その他、部材間の密着性や、内部応力の極小化、密度、製造方法など多種の項目を考慮して各部材の材質を決定する必要がある。【０００６】
薄膜デバイスでは、微細加工精度の観点から、シリコン単結晶などのシリコン系の部材が利用されることがある。シリコン系の部材を用いた薄膜デバイスでは、タングステンからなる薄膜電極を用いることがある。タングステンは、線膨張係数がシリコンに近く、耐久性に優れているため、薄膜電極の材料として好ましい。タングステンからなる薄膜電極は、スパッタリング法によって形成される。ただし、タングステンからなる薄膜電極は抵抗率が高くなることがあり、薄膜デバイスの消費電力が大きくなることがあった。また、タングステンからなる薄膜電極は二酸化珪素（ＳｉＯ２）などとの密着性が低くなることがあり、薄膜電極が基板から剥離することがあった。【０００７】
そこで本発明の目的は、タングステンからなる薄膜電極を有し、薄膜電極の抵抗率が低い薄膜デバイスと、その薄膜デバイスの製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、下地層と、下地層の上に形成された主電極層とを有する薄膜電極を備える構成の薄膜デバイスに関する。下地層は、表面モフォロジーが波状（ｗａｖｙ−ｌｉｋｅ）である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる。主電極層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる。
表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンは低い抵抗率を有するため、薄膜電極の抵抗率は低くなる。また、チタン・タングステン合金は、タングステンとの密着性に優れるとともに、二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜等の多様な材質との密着性にも優れている。このため、タングステンからなる主電極層の下地層に適している。【０００９】
また、もう一つの発明は、下地層と、下地層の上に形成された主電極層とを有する薄膜電極を備える構成の薄膜デバイスに関する。下地層は、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するチタン・タングステン合金からなる。主電極層は、タングステンからなる。特には、主電極層は、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するタングステンからなる。【００１０】
チタン・タングステン合金は、タングステンとの密着性に優れるとともに、二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜等の多様な材質との密着性にも優れている。このため、タングステンからなる主電極層の下地層に適している。また、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するタングステンは低い抵抗率を有するため、薄膜電極の抵抗率は低くなる。【００１１】
上述の薄膜デバイスにおける下地層は、Ｘ線回折法において（１１０）面からの回折ピークのピーク強度に対する（２００）面からの回折ピークのピーク強度の比が、１．４×１０−３以上であるものであってもよい。【００１２】
上述の薄膜デバイスは、下地層の下に形成された二酸化珪素膜を有する構成であってもよい。【００１３】
または、この発明は、上述の薄膜デバイスの製造方法に関し、スパッタリング法による成膜時のガス圧を０．６５Ｐａ以上として下地層を成膜する下地層形成ステップと、下地層上に主電極層を成膜する主電極層形成ステップと、を順に実施する。
この方法では、下地層及び主電極層を、表面モフォロジーが波状である結晶構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、下地層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなるため、薄膜電極の抵抗率は低くなる。また、この発明によれば、下地層は、Ｘ線回折法において（１１０）面、（２００）面、（２１１）面からの回折ピークを有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層は、タングステンからなるため、薄膜電極の抵抗率は低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る薄膜デバイスの構成を説明する図である。
【図２】第１の実施形態に係る薄膜電極の構造を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係る薄膜電極の形成方法を説明する図である。
【図４】下地層の表面モフォロジーを例示する図である。
【図５】主電極層の表面モフォロジーを例示する図である。
【図６】下地層におけるＸ線回折強度特性を例示する図である。
【図７】主電極層におけるＸ線回折強度特性を例示する図である。
【図８】下地層におけるスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧と、ピーク強度の比と、主電極層の抵抗率と、の関係を例示する図である。
【図９】主電極層における、スパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧と主電極層の抵抗率と内部応力との関係を例示する図である。
【図１０】第２の実施形態に係る薄膜デバイスの構成を説明する図である。
【図１１】第３の実施形態に係る薄膜デバイスの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
《第１の実施形態》
ここで、第１の実施形態に係る薄膜デバイスとその製造方法について、ＭＥＭＳデバイスである可変容量素子を薄膜デバイスの例にして説明する。
【００１７】
図１（Ａ）は、本実施形態に係る可変容量素子１の横断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）であり、図１（Ｂ）は、可変容量素子１の縦断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）であり、図１（Ｃ）は、可変容量素子１の駆動状態での横断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。
【００１８】
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、可変容量素子１は、固定板２と、可動板３と、アンカー部４とを備える。固定板２は、ガラスまたはシリコン単結晶からなる平板であり、その主面法線方向がＺ軸方向である。可動板３は、Ｚ軸方向を厚み方向、Ｘ軸方向を長手方向とする、シリコン単結晶からなる平板である。アンカー部４は、固定板２に接合されるとともに、図１（Ａ），（Ｃ）中に破線で示すバネ状部分４Ａを介して可動板３の長手方向の一端（固定端）に連結されている。このように、アンカー部４は、可動板３がギャップ空間を介して固定板２と対向するように、可動板３を支持する。
【００１９】
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、固定板２には、可動板３との対向面に、固定板側薄膜電極５，６と、誘電体膜９とが設けられている。固定板側薄膜電極５，６は、固定板２の主面上にＸ軸方向に沿って長尺に形成されている。固定板側薄膜電極５，６は、可動板３に対向するように形成されている。誘電体膜９は、固定板２の主面の一部と固定板側薄膜電極５，６とを覆い、固定板２の主面上における可動板３に対向する領域の略全域に設けられている。
なお、固定板２は可動板３に比べて十分に厚いため、固定板２の線膨張係数が固定板側薄膜電極５，６および誘電体膜９の線膨張係数と大きく異なっていても熱による変形がほとんど生じない。そのため、固定板側薄膜電極５，６は線膨張係数の制約なく材質を選定することができ、アルミニウム、銅、金といった低抵抗な金属によって形成することができる。同様に、誘電体膜９は、二酸化珪素膜、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムなどによって形成することができる。
【００２０】
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、可動板３には、固定板２との対向面に、可動板側薄膜電極７，８が設けられている。可動板側薄膜電極７，８は、可動板３にＸ軸方向に沿って長尺に形成されている。可動板側薄膜電極７，８は、固定板側薄膜電極５，６にギャップ空間および誘電体膜９を介して対向するように形成されている。
【００２１】
固定板側薄膜電極６と可動板側薄膜電極８とは、駆動電極である。互いに対向する可動板側薄膜電極８と固定板側薄膜電極６との間に駆動ＤＣ電圧が印加されることで、可動板側薄膜電極８と固定板側薄膜電極６との間には駆動容量が形成され、静電引力が作用する。図１（Ｃ）に示すように、駆動ＤＣ電圧を高くすると、駆動容量、さらに静電引力は大きくなり、可動板３は先端側から誘電体膜９に近づいていき、可動板側薄膜電極７，８が可動板３の先端側から誘電体膜９に接触する。可動板側薄膜電極７，８と誘電体膜９との接触面積は、駆動ＤＣ電圧に応じて連続的に変化する。可動板側薄膜電極７，８が誘電体膜９に接触している状態で、駆動ＤＣ電圧を小さくしたり、ゼロにしたりすると、駆動容量、さらに静電引力は小さくなったり、ゼロになり、可動板３の弾性によって可動板３は所定の状態に戻っていき、可動板側薄膜電極７，８は誘電体膜９から離れていく。
固定板側薄膜電極５と可動板側薄膜電極７とは、ＲＦ容量電極である。互いに対向する固定板側薄膜電極５と可動板側薄膜電極７との間には、ＲＦ容量が形成される。このＲＦ容量は、可動板側薄膜電極７と誘電体膜９との間の距離および可動板側薄膜電極７の誘電体膜９との接触面積に応じて連続的に変化する。したがって、可変容量素子１では、駆動ＤＣ電圧に応じて連続的に変化するＲＦ容量を持つことになる。
【００２２】
図２は、可動板３および可動板側薄膜電極７の構造を説明する図である。なお、可動板側薄膜電極８の構造も同様である。
【００２３】
可動板３は、シリコン単結晶からなり、表面に二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜３Ａを備える。二酸化珪素膜３Ａは、シリコン単結晶からなる可動板３を酸化することによって生成されるものであってもよく、可動板３の表面に成膜することによって形成されるものであってもよい。例えば、二酸化珪素膜３Ａの厚さは４０ｎｍであり、可動板３の厚さは４０μｍである。
【００２４】
可動板側薄膜電極７は、下地層７Ａと主電極層７Ｂとを備える。下地層７Ａはチタン・タングステン合金からなり、主電極層７Ｂはタングステンからなる。具体的には、下地層７Ａは表面モフォロジー（ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）が波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層７Ｂは、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる。例えば、下地層７Ａの厚さは１０ｎｍであり、主電極層７Ｂの厚さは５００ｎｍである。下地層７Ａと主電極層７Ｂとは、スパッタリング法により形成される。
【００２５】
一般にチタン・タングステン合金の抵抗率はタングステンの抵抗率の約２０倍程度と著しく高いが、下地層７Ａは主電極層７Ｂと比べて非常に薄いため、可動板側薄膜電極７の抵抗率においてはタングステンの抵抗率が支配的である。タングステンの抵抗率は、結晶構造に依存して変化する性質がある。タングステンは、表面モフォロジーが粒状の結晶構造を有することが一般的である。しかし、タングステンは、成膜条件によって、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有することがある。表面モフォロジーが波状である結晶構造のタングステンは、表面モフォロジーが粒状である結晶構造のタングステンよりも、抵抗率が低い。主電極層７Ｂは表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなるため、可動板側薄膜電極７の抵抗率は低い。
【００２６】
また、主電極層７Ｂを構成するタングステンは二酸化珪素膜３Ａとの密着性が低いが、下地層７Ａを構成するチタン・タングステン合金はタングステン、二酸化珪素、いずれとも高い密着性を持つ。このため、下地層７Ａを間に介して可動板３に主電極層７Ｂを設けることにより、可動板３と可動板側薄膜電極７とを強固に密着させることができる。
【００２７】
また、主電極層７Ｂを構成するタングステンの線膨張係数は４．５×１０−６Ｋ−１であり、可動板３を構成する単結晶シリコンの線膨張係数は２．４×１０−６Ｋ−１である。このように両者の線膨張係数の差は小さいため、可動板３が高温にさらされても、可動板側薄膜電極７の応力による変形を極めて小さいものにすることができる。
【００２８】
また、主電極層７Ｂを構成するタングステンは、ヤング率が約４１１ＧＰａと大きく耐摩耗性に優れる性質を有する。そのため、主電極層７Ｂが誘電体膜９に接触したり、離れたりする動作が繰り返し行われたとしても、主電極層７Ｂが変形することがない。
【００２９】
また、主電極層７Ｂは、可動板３と可動板側薄膜電極７との内部応力が小さくなるように形成される。このため、可動板３や可動板側薄膜電極７は内部応力による歪みが無く、極めて平坦な形状となる。
【００３０】
図３は、可動板側薄膜電極７，８の形成方法の概略について説明する図である。なお、説明の簡易化のために、ここでは可動板側薄膜電極８についての説明と図示を省いているが、可動板側薄膜電極７，８は、同じプロセスで形成される。
まず、表面に二酸化珪素膜３Ａを備える可動板３を用意する。そして、可動板３をスパッタリング装置に配置し、チタン・タングステン合金からなるターゲットとアルゴン・ガスとを用いたスパッタリング法により、チタン・タングステン合金からなる下地層７Ａを成膜する。この際、アルゴン・ガスのガス圧を制御することにより、チタン・タングステン合金からなる下地層７Ａは、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するように成膜される。
【００３１】
次いで、上記したターゲットを取り除いて、タングステンからなるターゲットとアルゴン・ガスとを用いたスパッタリング法により、タングステンからなる主電極層７Ｂを成膜する。この際、アルゴン・ガスのガス圧を制御することによって主電極層７Ｂの内部応力を制御し、タングステンからなる主電極層７Ｂは、可動板３と可動板側薄膜電極７との内部応力が小さくなるように成膜される。タングステンからなる主電極層７Ｂは、下地層７Ａが表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなることにより、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するように成膜される。
【００３２】
ここで、タングステンやチタン・タングステン合金の結晶構造の詳細について説明する。
【００３３】
図４は、チタン・タングステン合金の表面モフォロジーを例示する図である。図４は、電子顕微鏡を用いて撮影した写真である。図４（Ａ）は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる下地層７Ａを示し、図４（Ｂ）は、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる比較例の下地層を示す。図４（Ａ）に示す下地層７Ａは、スパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．８５Ｐａとして成膜されている。図４（Ｂ）に示す比較例の下地層は、スパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．２０Ｐａとして成膜されている。下地層７Ａと比較例の下地層とは、アルゴン・ガスのガス圧以外は同じ成膜条件で成膜されている。なお、図４（Ａ），（Ｂ）ともに、複数の横線が視認されるが、これは電子顕微鏡でのプローブ走査に伴うノイズである。
【００３４】
チタン・タングステン合金をスパッタリング法によって成膜する際には、アルゴン・ガスのガス圧を０．２０Ｐａ程度とすることが一般的である。このような一般的なガス圧で成膜されたチタン・タングステン合金は、図４（Ｂ）に示すように、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有する。一方、一般的なガス圧よりも高いガス圧、例えば、アルゴン・ガスのガス圧を０．８５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金は、図４（Ａ）に示すように、表面モフォロジーが粒状ではなく波状である結晶構造を有する。
【００３５】
図５は、タングステンの表面モフォロジーを例示する図である。図５は、図４と同様に、電子顕微鏡を用いて撮影した写真である。図５（Ａ）は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる主電極層７Ｂを示し、図５（Ｂ）は、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するタングステンからなる比較例の主電極層を示す。図５（Ａ）に示す主電極層７Ｂは、図４（Ａ）に示す下地層７Ａ上に成膜されている。図５（Ｂ）に示す比較例の主電極層は、図４（Ｂ）に示す比較例の下地層上に成膜されている。主電極層７Ｂと比較例の主電極層とは、下地層以外は同じ成膜条件で成膜されている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）ともに、複数の横線が視認されるが、これは電子顕微鏡でのプローブ走査に伴うノイズである。
【００３６】
表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる下地層７Ａ上に成膜されたタングステンは、図５（Ａ）に示すように、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有する。表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる比較例の下地層上に成膜されたタングステンは、図５（Ｂ）に示すように、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有する。このように、チタン・タングステン合金からなる下地層上に成膜されたタングステンは、下地層と同じ結晶構造を有する。
【００３７】
図６は、チタン・タングステン合金の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析した結果を示す図である。ここで用いた試料は、シリコン単結晶からなる基板と、スパッタリング法によって基板上に成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層とを有するものである。ここで、チタン・タングステン合金からなる導体層は下地層である。具体的には、チタンの含有量が１０重量％であるチタン・タングステン合金からなるターゲットとアルゴン・ガスとを用い、スパッタ電力を２０００Ｗとしたスパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのチタン・タングステン合金からなる導体層が基板上に成膜されたものである。ここでは、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧の大きさを変更した上で成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析した。
【００３８】
図６（Ａ）は、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．８５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析したときのＸ線回折強度特性を示す。
図６（Ａ）に示すように、この導体層では、４０度近傍、５８度近傍、７２度近傍において、チタン−タングステン合金の回折ピークが存在している。４０度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（１１０）面からの回折ピークである。５８度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（２００）面からの回折ピークである。７２度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークである。また、この導体層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金によって構成されている。なお、３３度近傍、６２度近傍、７０度近傍において、シリコン単結晶からなる基板の回折ピークが存在している。７０度近傍のシリコン単結晶からなる基板の回折ピークは、本来はより強いピーク強度で検出されるものであるが、７２度近傍のチタン・タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークを視認し易くするために、ここでは弱いピーク強度に補正して表示している。後述の図も同様の補正を行っている。
【００３９】
図６（Ｂ）は、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．６５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析したときのＸ線回折強度特性を示す。
図６（Ｂ）に示すように、この導体層では、４０度近傍、５８度近傍、７２度近傍において、チタン−タングステン合金の回折ピークが存在している。４０度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（１１０）面からの回折ピークである。５８度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（２００）面からの回折ピークである。７２度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークである。５８度近傍のピーク強度は、非常に弱い。また、この導体層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金によって構成されている。なお、３３度近傍、６２度近傍、７０度近傍において、シリコン単結晶からなる基板の回折ピークが存在している。
【００４０】
図６（Ｃ）は、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．２Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析したときのＸ線回折強度特性を示す。
図６（Ｃ）に示すように、この導体層では、４０度近傍、７２度近傍において、チタン−タングステン合金の回折ピークが存在している。５８度近傍には、チタン−タングステン合金の回折ピークは確認できない。４０度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（１１０）面からの回折ピークである。７２度近傍のピークは、チタン−タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークである。７２度近傍のピーク強度は、非常に弱い。また、この導体層は、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金によって構成されている。なお、３３度近傍、６２度近傍、７０度近傍において、シリコン単結晶からなる基板の回折ピークが存在している。
【００４１】
図６（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、チタン・タングステン合金からなる導体層の成膜時のアルゴン・ガスのガス圧が低い場合、チタン−タングステン合金の（２００）面からの回折ピークである５８度近傍のピークとチタン−タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークである７２度近傍のピークとは、ピーク強度が非常に弱くなったり、ピークが現われなかったりする。言い換えれば、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を高くすることによって、チタン−タングステン合金の（２００）面からの回折ピークである５８度近傍のピークとチタン−タングステン合金の（２１１）面からの回折ピークである７２度近傍のピークとが、強いピーク強度で現れる。また、図６（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧が低くなるにつれて、チタン−タングステン合金の（１１０）面からの回折ピークである４０度近傍のピークが低い角度にシフトし、ピーク強度が強くなっている。
このことは、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧に応じてチタン−タングステン合金の結晶構造は変化することを示している。すなわち、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を高くして成膜すると、チタン・タングステン合金からなる導体層は表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するようになり、ガス圧を低くして成膜すると、チタン・タングステン合金からなる導体層は表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するようになることが分かる。これは、ガス圧が高い場合には、チタン・タングステン合金の粒子は基板近傍に到達したときのエネルギーが弱く、基板上の様々な部分に到達するためであると考えられる。
【００４２】
図７は、タングステンの結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析した結果を示す図である。ここで用いた試料は、シリコン単結晶からなる基板と、スパッタリング法によって基板上に成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層と、スパッタリング法によってチタン・タングステン合金からなる導体層上に成膜されたタングステンからなる導体層とを有するものである。ここで、チタン・タングステン合金からなる導体層は下地層であり、タングステンからなる導体層は主電極層である。具体的には、チタンの含有量が１０重量％であるチタン・タングステン合金からなるターゲットとアルゴン・ガスとを用い、スパッタ電力を２０００Ｗとしたスパッタリング法により、膜厚１０ｎｍのチタン・タングステン合金からなる導体層が基板上に成膜され、その上に、タングステンからなるターゲットとアルゴン・ガスとを用い、スパッタ電力を５００Ｗとしたスパッタリング法により、膜厚２００ｎｍのタングステンからなる導体層が成膜されたものである。ここでは、チタン・タングステン合金からなる導体層の成膜時のアルゴン・ガスのガス圧の大きさを変更した上で、タングステンからなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析した。
【００４３】
図７（Ａ）は、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．８５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の上に成膜されたタングステンからなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析したときのＸ線回折強度特性を示す。
図７（Ａ）に示すように、この導体層では、４０度近傍、５８度近傍、７２度近傍において、タングステンの回折ピークが存在している。４０度近傍のピークは、タングステンの（１１０）面からの回折ピークである。５８度近傍のピークは、タングステンの（２００）面からの回折ピークである。７２度近傍のピークは、タングステンの（２１１）面からの回折ピークである。また、この導体層は、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンによって構成されている。なお、３３度近傍、６２度近傍、７０度近傍において、シリコン単結晶からなる基板の回折ピークが存在している。７０度近傍のシリコン単結晶からなる基板の回折ピークは、本来はより強いピーク強度で検出されるものであるが、７２度近傍のタングステンの（２１１）面からの回折ピークを視認し易くするために、ここでは弱いピーク強度に補正して表示している。後述の図も同様の補正を行っている。
図７（Ｂ）は、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．２Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の上に成膜されたタングステンからなる導体層の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析したときのＸ線回折強度特性を示す。図７（Ｂ）に示すように、この導体層では、４０度近傍、５８度近傍、７２度近傍において、タングステンの回折ピークが存在している。４０度近傍のピークは、タングステンの（１１０）面からの回折ピークである。５８度近傍のピークは、タングステンの（２００）面からの回折ピークである。７２度近傍のピークは、タングステンの（２１１）面からの回折ピークである。５８度近傍のピーク強度は非常に弱く、７２度近傍のピーク強度も弱い。また、この導体層は、表面モフォロジーが粒状である結晶構造を有するタングステンによって構成されている。なお、３３度近傍、６２度近傍、７０度近傍において、シリコン単結晶からなる基板の回折ピークが存在している。
【００４４】
ここで図７を前述の図６と比較すると、下地層であるチタン・タングステン合金からなる導体層と、主電極層であるタングステンからなる導体層とでは、各面の回折ピークの位置はほとんど変わっていないことが分かる。このことは、タングステンからなる主電極層は、下地層が表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなることにより、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するように成膜されることを示している。よって、下地層の結晶構造によって主電極層の結晶構造をおおよそ制御できる。
【００４５】
次に、タングステンやチタン・タングステン合金の結晶構造が、薄膜電極の抵抗率に及ぼす影響について説明する。
【００４６】
ここで、チタン・タングステン合金からなる導体層において、（１１０）面からの回折ピークのピーク強度に対する（２００）面からの回折ピークのピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）を、タングステンやチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造を示す指標とする。
図８（Ａ）は、前述したチタン・タングステン合金の結晶構造をＸ線回折法（θ−2θ法）によって解析した結果における、スパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧と、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）との関係を示す図である。成膜時のアルゴン・ガスを０．２Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は０．０である。成膜時のアルゴン・ガスを０．６Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は１．４×１０−３である。成膜時のアルゴン・ガスを０．８５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は２．２８×１０−２である。
【００４７】
図８（Ｂ）は、前述したチタン・タングステン合金のスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧と、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）と、スパッタリング法によってチタン・タングステン合金上に成膜されたタングステンからなる導体層の抵抗率の関係を示す図である。なお、ここでピーク強度比と抵抗値とをサンプリングしたスパッタガス圧のサンプリング間隔は一定ではないが、定性的には、ピーク強度比と抵抗値はサンプル間で線形変化するものと見なすことができる。そのため、以下では、サンプル間でピーク強度比と抵抗値が線形変化すると仮定して説明を行う。
【００４８】
成膜時のアルゴン・ガスを０．２Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は０．０であり、タングステンからなる導体層の抵抗率は約２２μΩｃｍである。成膜時のアルゴン・ガスを０．６Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は１．４×１０−３であり、タングステンからなる導体層の抵抗率は約１５μΩｃｍである。成膜時のアルゴン・ガスを０．８５Ｐａとして成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層では、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は２．２８×１０−２であり、タングステンからなる導体層の抵抗率は約１３μΩｃｍである。
【００４９】
このことから、下地層であるチタン・タングステン合金からなる導体層のスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を高くすることによって、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）が高くすることができ、主電極層であるタングステンからなる導体層の抵抗値を低くすることができることが分かる。
【００５０】
そして、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を０．６Ｐａ以上としてチタン・タングステン合金からなる導体層を成膜した場合、ピーク強度の比ＴｉＷ（２００）/（１１０）は１．４×１０−３以上となり、タングステンからなる導体層の抵抗率は約１３μΩｃｍ程度で一定になっていることがわかる。
【００５１】
次に、スパッタリング法によるタングステンからなる導体層の成膜時のアルゴン・ガスのガス圧が薄膜電極の内部応力に及ぼす影響について説明する。
【００５２】
前述のように、下地層であるチタン・タングステン合金からなる導体層の結晶構造により、主電極層であるタングステンからなる導体層の結晶構造を制御できることから、タングステンのスパッタリング法による成膜時の成膜条件は任意に設定することができる。
図９は、図７と同様に、シリコン単結晶からなる基板上にスパッタリング法によって成膜されたチタン・タングステン合金からなる導体層の上に、スパッタリング法によってタングステンからなる導体層を形成した構造において、タングステンからなる導体層のスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧と、タングステンからなる導体層の内部応力と、タングステンからなる導体層の抵抗率の関係を示す図である。
図９に示すように、主電極層であるタングステンからなる導体層においては、成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を異ならせることによって、タングステンからなる導体層の内部応力が変化することがわかる。具体的には、主電極層であるタングステンからなる導体層のスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を高くすることによって内部応力は引張応力となり、ガス圧を低くすることによって内部応力は圧縮応力となることが分かる。一方、タングステンからなる導体層の抵抗率は、ガス圧によって変化していない。このため、抵抗率に影響を与えることなく、任意に主電極層の内部応力を設定できることがわかる。
【００５３】
則ち、下地層であるチタン・タングステン合金からなる導体層の成膜時にスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を制御して予め主電極層であるタングステンからなる導体層の結晶構造を確定しておけば、主電極層であるタングステンからなる導体層の成膜時のスパッタリング法による成膜時のアルゴン・ガスのガス圧を制御することにより、タングステンからなる導体層の抵抗率とは独立にタングステンからなる導体層の内部応力を設定できる。このため、可動板や可動板側薄膜電極に作用する内部応力と均衡するように、主電極層の内部応力を設定することで、可動板や可動板側薄膜電極の変形を防ぐことが可能になる。
【００５４】
以上に説明したように、本実施形態の薄膜デバイスによれば、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる下地層を設けることによって、タングステンからなる主電極層と表面に形成された二酸化珪素膜を有するシリコンからなる可動板との間の高い密着性を確保することができ、その上、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる主電極層を設けることによって、主電極層の抵抗率を低減することができる。そして、高信頼性で低消費電力の可変容量素子を構成することができる。
【００５５】
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態に係る薄膜デバイスについて、ＭＥＭＳデバイスである可変容量素子を薄膜デバイスの例にして説明する。
【００５６】
図１０（Ａ）は、本実施形態に係る可変容量素子１１の横断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。
【００５７】
図１０（Ａ）に示すように、可変容量素子１１は、固定板１２と、可動電極板１３と、枠部１４とを備える。
固定板１２は、ガラスまたはシリコン単結晶からなる平板であり、その主面法線方向はＺ軸方向である。可動電極板１３は、Ｚ軸方向を厚み方向、Ｘ軸方向を長手方向とする平板であり、下地層１３Ａと主電極層１３Ｂとを積層した構成である。例えば、下地層１３Ａの厚さは１０ｎｍであり、主電極層１３Ｂの厚さは５００ｎｍである。
【００５８】
下地層１３Ａはチタン・タングステン合金からなり、主電極層１３Ｂはタングステンからなる。具体的には、下地層１３Ａは表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層１３Ｂは、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる。下地層１３Ａと主電極層１３Ｂとは、スパッタリング法により形成される。主電極層１３Ｂは表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなるため、低い抵抗率を有する。
【００５９】
枠部１４は、固定板１２に接合されるとともに、可動電極板１３の長手方向の両端（固定端）に接合されている。このように、枠部１４は、可動電極板１３がギャップ空間を介して固定板１２と対向するように、可動電極板１３を支持する。
【００６０】
固定板１２は、可動電極板１３との対向面に、固定板側薄膜電極１５Ａ，１５Ｂと、誘電体膜１６とが設けられている。固定板側薄膜電極１５Ａ，１５Ｂは、固定板１２の主面上にＸ軸方向に沿って配列されている。固定板側薄膜電極１５Ａ，１５Ｂは、可動電極板１３に対向するように形成されている。誘電体膜１６は、固定板２の主面の一部と固定板側薄膜電極１５Ａ，１５Ｂとを覆い、固定板１２の主面上における可動電極板１３に対向する領域の略全域に設けられている。
【００６１】
可動電極板１３と固定板側薄膜電極１５Ａとは、駆動電極である。互いに対向する可動電極板１３と固定板側薄膜電極１５Ａとの間に駆動ＤＣ電圧が印加されることで、可動電極板１３と固定板側薄膜電極１５Ａとの間には駆動容量が形成され、静電引力が作用する。駆動ＤＣ電圧を高くすると、駆動容量、さらに静電引力は大きくなり、可動電極板１３は中央部分から誘電体膜１６に近づいていき、可動電極板１３の中央部分から誘電体膜１６に接触する。可動電極板１３と誘電体膜１６との接触面積は、駆動ＤＣ電圧に応じて連続的に変化する。可動電極板１３が誘電体膜１６に接触している状態で、駆動ＤＣ電圧を小さくしたり、ゼロにしたりすると、駆動容量、さらに静電引力は小さくなったり、ゼロになり、可動電極板１３の弾性によって可動電極板１３は所定の状態に戻っていき、誘電体膜１６から離れていく。
可動電極板１３と固定板側薄膜電極１５Ｂとは、ＲＦ容量電極である。互いに対向する可動電極板１３と固定板側薄膜電極１５Ｂとの間には、ＲＦ容量が形成される。このＲＦ容量は、可動電極板１３と誘電体膜１６との間の距離および可動電極板１３の誘電体膜１６との接触面積に応じて連続的に変化する。したがって、可変容量素子１１では、駆動ＤＣ電圧に応じて連続的に変化するＲＦ容量を持つことになる。
【００６２】
図１０（Ｂ）は、可変容量素子１１の製造方法の一部を説明する図である。まず、固定板側薄膜電極１５Ａ，１５Ｂと、枠部１４と、誘電体膜１６とを形成した状態の固定板１２を用意し、ギャップ空間となる領域に犠牲層１９を設ける。ここでは犠牲層１９は二酸化珪素とする。
【００６３】
次に、犠牲層１９および枠部１４の上面に、チタン・タングステン合金をスパッタリング法により成膜し、下地層１３Ａを形成する。
【００６４】
次に、下地層１３Ａの上面にタングステンをスパッタリング法により成膜し、主電極層１３Ｂを形成する。
【００６５】
そして、二酸化珪素に対する選択性を持つエッチャントを用いて、犠牲層１９をウェット・エッチングにより除去する。例えば、タングステンおよびチタン・タングステン合金が耐食性を持つフッ酸（ＨＦ）をエッチャントとして利用することができる。
以上の工程により、可動電極板１３において低い抵抗率を実現した可変容量素子１１を製造できる。可動板と可動板側薄膜電極とを一体として形成した可動電極板とする場合であっても、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなる下地層１３Ａと、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる主電極層１３Ｂとを設けることで、主電極層の抵抗率を低減することができる。
【００６６】
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態に係る薄膜デバイスについて、圧電薄膜共振子を例に説明する。
【００６７】
図１１は、本実施形態に係る圧電薄膜共振子２１の横断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。
【００６８】
圧電薄膜共振子２１は、固定板２２と、圧電膜２３と、保護膜２４と、周波数調整膜２５と、上側薄膜電極２６と、下側薄膜電極２７とを備える。
固定板２２は、シリコン単結晶からなる平板であり、その主面法線方向はＺ軸方向である。保護膜２４、下側薄膜電極２７、圧電膜２３、上側薄膜電極２６、および周波数調整膜２５、はこの順に積層され、下側薄膜電極２７と上側薄膜電極２６とが圧電膜２３を介して対向する部分が固定板２２から浮き上がるメンブレン構造として構成される。圧電膜２３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、上面に上側薄膜電極２６が設けられ、下面に下側薄膜電極２７が設けられる。この両薄膜電極間に所定の周波数信号が印加されることで、圧電膜２３は厚み縦振動の共振モードで振動する。保護膜２４および周波数調整膜２５は二酸化珪素からなる薄膜であり、保護膜２４は下側薄膜電極２７および圧電膜２３の下面に、周波数調整膜２５は上側薄膜電極部２６の上面に設けられる。
【００６９】
上側薄膜電極２６は、下地層２６Ａと、主電極層２６Ｂとを備える。下地層２６Ａは圧電膜２３の上面にスパッタリング法により形成され、主電極層２６Ｂは下地層２６Ａの上面にスパッタリング法により形成される。下側薄膜電極２７は、下地層２７Ａと、主電極層２６７とを備える。下地層２７Ａは保護膜２４の上面にスパッタリング法により形成され、主電極層２７Ｂは下地層２７Ａの上面にスパッタリング法により形成される。
【００７０】
下地層２６Ａ，２７Ａはチタン・タングステン合金からなり、主電極層２６Ｂ、２７Ｂはタングステンからなる。具体的には、下地層２６Ａ，２７Ａは表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するチタン・タングステン合金からなり、主電極層２６Ｂ、２７Ｂは、表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなる。主電極層２６Ｂ、２７Ｂは表面モフォロジーが波状である結晶構造を有するタングステンからなるため、低い抵抗率を有する。
【００７１】
このような構成の圧電薄膜共振子２１によれば、上側薄膜電極２６と、下側薄膜電極２７とが低い抵抗率を有することにより、挿入損失を小さくすることができ、低消費電力を実現することができる。また、二酸化珪素で構成される保護膜２４および周波数調整膜２５と各薄膜電極部２６，２７との強い密着性を実現できる。その上、チタン・タングステン合金やタングステンは共にヤング率が大きく、密度が大きいため、音響インピーダンスが高い。そのため、振動が圧電膜２３に集中し、比帯域が大きく、高いＱ値を実現することができる。
【００７２】
以上の各実施形態で説明したように本発明は実施できるが、その他、タングステンを主材料とする薄膜電極を有するのであれば、他の薄膜デバイスであっても本発明は適用できる。例えば、一般的な基板配線に本発明の薄膜電極を採用しても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１，１１…可変容量素子
２，１２，２２…固定板
３…可動板
３Ａ…二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜
４…アンカー部
４Ａ…バネ状部分
５，６，７，８，１５Ａ，１５Ｂ，２６，２７…薄膜電極
９，１６…誘電体膜
７Ａ，１３Ａ，２６Ａ，２７Ａ…下地層
７Ｂ，１３Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ…主電極層
１３…可動電極板
１４…枠部
１９…犠牲層
２１…圧電薄膜共振子
２３…圧電膜
２４…保護膜
２５…周波数調整膜
【図１】
2013011864.tif 000003
【図２】
2013011864.tif 000004
【図３】
2013011864.tif 000005
【図６】
2013011864.tif 000006
【図７】
2013011864.tif 000007
【図８】
2013011864.tif 000008
【図９】
2013011864.tif 000009
【図１０】
2013011864.tif 000010
【図１１】
2013011864.tif 000011
【図４】
2013011864.tif 000012
【図５】
2013011864.tif 000013
【国際調査報告】
2013011864.tif 000014
2013011864.tif 000015
2013011864.tif 000016
2013011864.tif 000017