(57)【要約】      （修正有）【課題】製造工程を複雑にすることなく、簡単な工程で信頼性に優れた圧電デバイスを得ることができる圧電デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】圧電デバイスの製造方法は、ＰＺＴ等の薄膜３を形成する工程と、エッチング工程とを備え、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにし、前記エッチング工程において上部電極層４および圧電体層３の側面に形成される析出物５の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後に残留フッ素系化合物を除去する水洗工程を付加し、一方、前記析出物５の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにしたものである。【選択図】図３
2008270630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部電極層を形成し、かつこの下部電極層上に圧電体層を形成し、さらにこの圧電体層上に上部電極層を形成する薄膜形成工程と、少なくとも前記上部電極層および圧電体層をドライエッチングにより所定の形状に加工するエッチング工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにするとともに、前記エッチング工程において上部電極層および圧電体層の側面に形成される析出物の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後に前記圧電デバイスを水洗する水洗工程を付加し、一方、前記析出物の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにした圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型角速度センサやインクジェットプリンタヘッドなどの圧電デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種の圧電デバイスの製造方法においては、基板に下部電極層、圧電体層および上部電極層を順に積層し、フッ素系ガスでドライエッチングを行うことにより圧電デバイスを所定の形状に加工する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、誘電体デバイスの技術であるが、基板に下部電極層、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成された強誘電体層および上部電極層を順に積層し、その後、ドライエッチングによりデバイスを所定の形状に加工し、さらにその後、フッ素化合物と塩素化合物の組み合わせからなるエッチング液を用いて洗浄する工程を備えたデバイスの製造方法も知られている。この技術は、ドライエッチングによって強誘電体層の側面に生じたダメージ領域をエッチング液で洗浄することにより除去し、これにより誘電体デバイスとしての信頼性を向上させるものである（特許文献２参照）。
【０００４】
上記特許文献２には、ドライエッチングにより積層構造の領域を囲むように塩化化合物系の析出物が形成されると記載されており、上下電極層および強誘電体層はいずれも塩素を含まないものであることを考慮すれば、特許文献２においては、エッチングガスとして塩素系のガスを用いているものである。一般に、塩素系のガスは腐蝕性が高いため、強誘電体層の側面にダメージを与えてしまうもので、これによる悪影響を排除するため、特許文献２においては、エッチング液を用いた洗浄を行っているものと考えられる。
【特許文献１】特開２００３−１５２２３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された従来の圧電デバイスの製造方法は、フッ素系のエッチングガスを用いてドライエッチングを行っているもので、圧電デバイスを洗浄する工程は設けていない。これは、フッ素系のエッチングガスは、塩素などに比べると腐蝕性が低いため、圧電デバイスへ与えるダメージがないから洗浄の必要性を認めなかったためと考えられる。
【０００６】
しかしながら、本発明者らは、ドライエッチングのエッチングガスに使用したフッ素系ガスが圧電デバイスに残留すると、エッチング後の状態によっては、時間の経過とともに上部電極層が圧電体層から剥離することを見出した。このような上部電極層の剥離が時間の経過とともに進行することは、圧電デバイスの信頼性の低下を招き、また、圧電デバイスとしての特性を損なうものである。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載された従来のデバイスの製造方法は、塩素系ガスを用いたドライエッチングによってダメージを受けた強誘電体層の一部を除去するためにエッチング液による洗浄を行っている。この洗浄はフッ素系化合物と塩素系化合物を混合したエッチング液を用いているが、このエッチング液の場合は、腐蝕の影響を考慮しなければならず、そのため、このエッチング液を除去するために別の洗浄工程を設ける必要性が生じたり、あるいは、このエッチング液による洗浄の時間管理をはじめとする様々な管理が必要になるなど、製造工程が複雑になってしまうものである。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、製造工程を複雑にすることなく、簡単な工程で信頼性に優れた圧電デバイスを得ることができる圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に下部電極層を形成し、かつこの下部電極層上に圧電体層を形成し、さらにこの圧電体層上に上部電極層を形成する薄膜形成工程と、少なくとも前記上部電極層および圧電体層をドライエッチングにより所定の形状に加工するエッチング工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにするとともに、前記エッチング工程において上部電極層および圧電体層の側面に形成される析出物の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後に前記圧電デバイスを水洗する水洗工程を付加し、一方、前記析出物の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにしたもので、この製造方法によれば、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにしているため、圧電体層に与えるダメージは極めて少なくなり、これにより、圧電体層の一部を除去する工程を設ける必要がなくなるという作用効果を有し、また、前記エッチング工程において上部電極層および圧電体層の側面に形成される析出物の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後前記圧電デバイスを水洗する水洗工程を付加しているため、簡単な工程で残留フッ素による上部電極層の剥離を防止することができ、さらに、前記析出物の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにしているため、上部電極層の剥離を防止することができるとともに製造工程を省略することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明の圧電デバイスの製造方法は、基板上に下部電極層を形成し、かつこの下部電極層上に圧電体層を形成し、さらにこの圧電体層上に上部電極層を形成する薄膜形成工程と、少なくとも前記上部電極層および圧電体層をドライエッチングにより所定の形状に加工するエッチング工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにするとともに、前記エッチング工程において上部電極層および圧電体層の側面に形成される析出物の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後に前記圧電デバイスを水洗する水洗工程を付加し、一方、前記析出物の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにしているため、簡単な工程で残留フッ素による上部電極層の剥離を防止することができ、これにより、信頼性に優れた圧電デバイスを得ることができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における圧電デバイスの製造方法を示す工程図、図２は同圧電デバイスのエッチング前の断面図、図３は同圧電デバイスのエッチング後の断面図である。
【００１４】
本発明の一実施の形態における圧電デバイスの製造方法は、図１に示すように、薄膜形成工程、エッチング工程および水洗工程を主な工程としている。以下、その製造方法について説明する。
【００１５】
薄膜形成工程により得られるものは、図２に示す圧電デバイスである。この図２において、基板１はＳｉからなり、円形の板状に構成されているものである。下部電極層２は基板１上に形成されているもので、ＰｔおよびＴｉからなる。圧電体層３は下部電極層２上に形成されているもので、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。上部電極層４は圧電体層３上に形成されているもので、ＡｕおよびＴｉからなるものである。
【００１６】
上記薄膜形成工程においては、最初に、基板１上にスパッタによりＰｔとＴｉからなる下部電極層２を形成する。このとき、基板１上にＴｉからなる密着層（図示せず）をスパッタで形成してから、その上に下部電極層２を形成すると、下部電極層２と基板１間の密着性が増すので好ましいものとなる。次に、下部電極層２上にＰＺＴからなる圧電体層３をスパッタで形成する。このとき、下部電極層２上に圧電体層３の配向を制御するような配向制御層（図示せず）を形成してから、その上に圧電体層３を形成してもよい。このような配向制御層（図示せず）としてはＰＬＴ（ランタンが添加されたチタン酸鉛）、ＰＬＭＴ（ランタンとマグネシウムが添加されたチタン酸鉛）などを使用することができる。最後に圧電体層３上にＡｕおよびＴｉからなる上部電極層４をスパッタで形成する。このとき、圧電体層３上にＴｉからなる中間層（図示せず）を形成してから、その上に上部電極層４を形成すると、圧電体層３と上部電極層４間の密着性が増すので好ましいものとなる。このように、薄膜形成工程は、基板１上に下部電極層２、圧電体層３および上部電極層４を積層する工程からなるものである。
【００１７】
薄膜形成工程の終了後にはエッチング工程を行う。このエッチング工程は、下部電極層２、圧電体層３および上部電極層４を所定の形状に加工するものであるが、必要に応じて基板１のエッチングも行うものであり、エッチング工程終了後の圧電デバイスの状態が図３である。この図３において、析出物５は下部電極層２、圧電体層３および上部電極層４の側面に形成されるものであり、ドライエッチングにおけるエッチングガスとの化合物で構成されたものである。後述するように前記エッチングガスには不活性ガスのＡｒとＣＦ4の混合ガスを用いているため、この析出物５はフッ素系化合物で構成されるものである。また、このエッチング工程は、ドライエッチングで行うものであり、そのエッチングガスには腐蝕力の強い塩素系ガスではなく、塩素を含まないフッ素系のガスを用いているものである。具体的には、ＡｒとＣＦ4との混合ガスを用いることができる。
【００１８】
このエッチング工程の後の工程は、エッチング工程の結果によって異なるものであり、析出物５の厚みが所定の閾値未満の場合には水洗工程を行い、閾値以上であれば水洗工程を行わないものである。
【００１９】
このように、析出物５の厚みに応じて水洗工程の有無を定めているのは、析出物５の厚みが上部電極層４の剥離に依存しているからである。すなわち、析出物５が厚い場合には水洗工程を行わなくても上部電極層４の剥離は生じず、また、たとえ剥離が生じていたとしても実用上何ら問題の無い程度のごく微小な剥離に留まるのに対し、析出物５が薄い場合には水洗工程を行わないと上部電極層４に剥離が生じてしまうという依存性である。なぜこのような依存性が生じるのかについては、その理論的な解明は完全にはなされていないが、以下の理由によるものと考えられる。
【００２０】
ドライエッチングに使用したフッ素系ガスの一部は、化学反応を起こして圧電体層３の側壁に析出物５として付着するもので、この析出物５の表面部に位置するフッ素もしくはその化合物、あるいは析出物５は構成していないが表面に付着したフッ素もしくはその化合物が、外気の例えば水分と反応してフッ素イオン化し、そしてこのフッ素イオンが上部電極層４の剥離を引き起こすものと考えられる。このとき、析出物５が厚いときには、析出物５の表面で生じたフッ素イオンは上部電極層４へは届かないが、析出物５が薄いときにはフッ素イオンが上部電極層４に届いてしまい、その結果、上部電極層４の剥離が生じると考えられる。したがって、析出物５の表面で生じたフッ素イオン、あるいは、水洗することで時間経過により生じるはずであったフッ素イオンは水洗工程によって除去することができるため、上部電極層４の剥離を防止することができるものと考えられる。
【００２１】
この水洗工程における水洗時間は圧電デバイスの大きさ、水の量および水の攪拌状況によっても異なるが、基板１として一般的な半導体ウェハの大きさである直径が１０〜２０ｃｍ程度のＳｉ基板を用い、そしてこの基板１の大きさに対し十分な大きな水槽にこの基板１を入れて流水洗浄を行うのであれば、５〜１０分程度でよい。
【００２２】
上記本発明の一実施の形態における圧電デバイスの製造方法においては、エッチング工程による析出物５の厚みが所定の値以上の場合にはフッ素除去工程を行わず、一方、所定の値未満の場合にフッ素除去工程を行うようにしているものである。この所定の値となる閾値は、圧電体層３の組成比や、エッチングガスの組成比およびエッチング工程における反応速度等に依存するものであるが、実験的に求めることができるものである。
【００２３】
また、前記水洗工程は、エッチング工程の後、すぐに行うのが最も好ましいが、残留フッ素による上部電極層４の剥離は最初はゆっくりと進み時間経過とともに剥離スピードが上昇するものであり、したがって、実用上は、４時間以内、好ましくは１時間以内に行うのが好ましい。
【００２４】
水洗工程の後、または水洗工程を行う必要が無い場合には、次の工程に進む。この次の工程およびそれ以降の工程は圧電デバイスの用途によっても異なるものであるが、例えば、アニール工程や、分極工程、保護膜形成工程、端子へのめっき工程、一枚の基板１から個片の複数の圧電デバイスを得るための分割工程、検査工程などが考えられる。
【００２５】
以上のように本発明の一実施の形態における圧電デバイスの製造方法は、基板１上に下部電極層２を形成し、かつこの下部電極層２上に圧電体層３を形成し、さらにこの圧電体層３上に上部電極層４を形成する薄膜形成工程と、少なくとも前記上部電極層４および圧電体層３をドライエッチングにより所定の形状に加工するエッチング工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記エッチング工程を、塩素を含まないフッ素系のエッチングガスで行うようにするとともに、前記エッチング工程において上部電極層４および圧電体層３の側面に形成される析出物５の厚みが閾値未満の場合には前記エッチング工程の後前記圧電デバイスを水洗する水洗工程を付加し、一方、前記析出物５の厚みが閾値以上のときには水洗工程を行わないようにしているため、製造工程を複雑にすることなく、簡単な工程で残留フッ素による上部電極層４の剥離を防止することができ、これにより、信頼性に優れた圧電デバイスを得ることができるという優れた効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、信頼性に優れた圧電デバイスを得ることができるという効果を有するものであり、特に角速度センサなどの慣性力センサ、あるいはインクジェットプリンタなどの圧電へッド等に適用して有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態における圧電デバイスの製造方法を示す工程図
【図２】同圧電デバイスのエッチング前の断面図
【図３】同圧電デバイスのエッチング後の断面図
【符号の説明】
【００２８】
１  基板
２  下部電極層
３  圧電体層
４  上部電極層
５  析出物
【図１】
2008270630.tif 000003
【図２】
2008270630.tif 000004
【図３】
2008270630.tif 000005