(57)【要約】 【課題】  ３０ｎｍ（３０×１０−９ｍ）から１００ｎｍ程度の金単層膜の（111）配向性を高め、しかもその薄膜の抵抗率がバルクのそれと同等になる製造手段が未だ明らかでないという問題があった。本発明は金のバルク抵抗率とほぼ等しい薄い金の単層膜を製造する手段得ることを目的とする。【解決手段】  真空中において基板の温度を１５０度から２７０度に保持し、毎秒１ナノ・メートルから３ナノ・メートルの範囲の蒸着速度で基板表面に金を蒸着して金薄膜を形成することにより、（111）配向性を高め、しかもその薄膜の抵抗率がバルクのそれと同等となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中において基板の温度を１５０度から２７０度に保持し、基板表面に金を蒸着することを特徴とする金薄膜の製造方法。
【請求項２】
真空中において基板の温度を１５０度から２７０度に保持し、毎秒１ナノ・メートルから３ナノ・メートルの範囲の蒸着速度で基板表面に金を蒸着することを特徴とする金薄膜の製造方法。
【請求項３】
真空中において基板の温度を２７０度に保持し、基板表面に金を蒸着することを特徴とする金薄膜の製造方法。
【請求項４】
真空中において基板の温度を２７０度に保持し、毎秒１ナノ・メートルから３ナノ・メートルの範囲の蒸着速度で基板表面に金を蒸着することを特徴とする金薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金薄膜の製造方法。
【請求項７】
ＡＴカット水晶基板上に請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法を用いて金薄膜による励振電極を構成したことを特徴とする水晶振動子。
【請求項８】
前記励振電極はＡＴカット水晶基板の端部に形成したパッド電極と導通しており、該パッド電極がニッケルまたはクロムを下地層とし、その上面に金層を備えた多層膜で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の水晶振動子。
【請求項９】
前記パッド電極が前記励振電極より厚いことを特徴とする請求項８に記載の水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス等に用いられる金（Ａｕ）薄膜の製造方法に関し、特にＡｕ(111)面の配向性を高め、抵抗率を改善した金薄膜の製造方法とそれを用いた水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄膜は半導体集積回路等の種々の電子デバイスで用いられてきた長い歴史があり、薄膜製造技術は製造装置の改良と共に、大いに進歩してきた。
Viancoらは、ＡＴカット水晶板上にクロムやモリブデンを下地とし、その上に金電極膜を蒸着した後、これをアニール処理して電極膜の抵抗率の変化を評価している（非特許文献１）。Viancoらは、薄膜の抵抗率増加の要因が下地電極と金電極膜との相互拡散にあることを示している。図２２（ａ）は、ＡＴカット水晶板上にニッケル下地7 nm（１０−９ｍ）、その上に金電極膜30 nm（Ａｕ／Ｎｉ；30 nm／7 nmと記す）を蒸着して形成した薄膜のX線反射率曲線を示した図であり、同図（ｂ）はこれを基に薄膜の密度とその膜厚を示す断面図である。
【０００３】
図２２（ｂ）から明らかなように、蒸着時にＡｕ／Ｎｉ；30 nm／7 nmの条件で形成した薄膜は、実際にＡｕ／Ｎｉの単純な二層構造ではなく密度の異なる４層構造となり、上から２番目の層は膜厚全体の１／２を占め、その密度は金の密度より小さく、ニッケルと金との拡散層であると考えられる。図２２の試料は基板温度を１４０℃とし、ニッケル、金を蒸着した後、アニール処理は行っていないので、蒸着中に拡散が進行したものと思われる。ちなみに、ニッケルと金とのバルク密度は、それぞれ、9.04 ×103 kg/m3、 19.4×103 kg/m3、バルク抵抗率はそれぞれ6.9×10−8 Ωｍ、2.2×10−8 Ωｍであり、ニッケルのバルク抵抗率は金の３．１倍である。
一般に下地電極は基板と金電極膜との密着性を強固にするために用いられるが、下地電極の抵抗率は金のそれよりも大きく、下地電極と金との拡散層の抵抗率は金のそれよりも大きくなる。
【０００４】
Chopraらは、マイカやガラス上に金電極膜を蒸着及びスパッタを用いて形成して、金電極膜の抵抗率の膜厚依存性を評価し、その結果、単結晶膜は多結晶膜に比べ抵抗率が低いことを示した（非特許文献２）。また、家木らは、ＳＡＷ共振子のストレスマイグレーション対策として、ＳＴカット（33.5°回転Ｙカット）水晶板上に単結晶アルミニウム電極を形成した。成膜は基板温度が150℃、蒸着速度が4 nm/sの条件で、単結晶アルミニウム電極膜が得られたと記している（非特許文献３）。格子定数からみると、ＡＴカット水晶板と金電極膜との関係はこの組合せに類似しており、金の単結晶膜を形成できる可能性がある。
一方、SondheimerやMayadasらは、多結晶膜における電子の反射をモデル化した抵抗率の理論式で、結晶粒を大きくすることで抵抗率は低減できると述べている。そして、一般に方位の異なる結晶粒の界面では電子の散乱が生じるため、配向性を高くすれば抵抗率は低減できる考えられている（非特許文献４、５）。
【０００５】
Borgesらは、マイクロバランス用水晶振動子の研究を行い、ＡＴカット水晶板と平行に（111）面が配向した膜厚200 nmの金単層電極膜を形成した。成膜は基板温度が300℃、蒸着速度が0.5〜1 nm/sの条件で蒸着すると高配向の金電極膜が得られたと記している（非特許文献６）。また、Kamijoらは、38°回転Yカット水晶板上に（111）面が配向した膜厚195 nmのアルミニウム電極膜を形成したと述べているが、これらの電極膜の抵抗率は明示されていない（非特許文献７）。
【０００６】
膜厚が極めて薄い場合（20nm〜40nm）、金薄膜は島状構造から連続膜になる領域であり、大きな内部応力が残留することが知られている。この平均応力の最大値はスパッタ法よりも真空蒸着法の方が小さいと記されている。また、真空蒸着法は、スパッタ法のように不活性ガスを使用しないため、高配向の電極膜が得られ易いと考えられる（非特許文献８、９）。
【非特許文献１】P. T. Vianco, C. H. Sifford, and J. A. Romero, 「Resistivity and adhesive strength of thin film metallizations on single crystal quartz,」 IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., vol. 44, pp. 237-249, Mar. 1997.
【非特許文献２】K. L. Chopra, L. C. Bobb, and M. H. Francombe, 「Electrical resistivity of thin single-crystal gold films,」 J. Appl. Phys., vol. 34, pp. 1699-1702, June 1963.
【非特許文献３】家木英治, 櫻井敦, 「エピタキシャルAl電極を用いたSAW共振子,」 信学誌, vol. J76-A, pp. 145-152, Feb. 1993.
【非特許文献４】E. H. Sondheimer, 「The influence of a transverse magnetic field on the conductivity of thin metallic films,」 Phys. Rev., vol. 80, p. 401-406, Nov. 1950.
【非特許文献５】A. F. Mayadas, M. Shatzkes, 「Electrical-resistivity model for polycrystalline films: the case of arbitrary reflection at external surface,」 Phys. Rev. B, vol. 1, p. 1382-1389, Feb. 1970.
【非特許文献６】G. L. Borges, K. K. Kanazawa, J. G. Gordon II, K. Ashley, and J. Richer, 「An in-situ electrochemical quartz crystal microbalance study of the underpotential deposition of copper on Au(111) electrode,」 J. Electroanal. Chem., vol. 364, pp. 281-284, 1994.
【非特許文献７】A. Kamijo, T. Mitsuzuka, 「A highly oriented Al[111] texture developed on ultrathin metal ubderlayers,」 Jpn. J. Appl. Phys., vol. 77, pp. 3799-3804, Apr. 1995.
【非特許文献８】馬来国弼, 木下是雄, 「真空蒸着膜の内部応力,」 応用物理, vol. 35, pp. 283-293, 1966.
【非特許文献９】生地文也, 永田三郎, 「低圧プラズマスパッタリング法による金属薄膜の内部応力,」応用物理, vol. 42, pp. 115-123, 1973.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の文献を参照しても、３０ｎｍ（３０×１０−９ｍ）から１００ｎｍ程度の金単層膜の（111）配向性を高め、しかもその薄膜の抵抗率がバルクのそれと同等になる製造手段が未だ明らかでないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金の単層膜の配向性を高め、抵抗率をバルクのそれと同等にするため、請求項１の発明は、真空中において基板の温度を１５０度から２７０度に保持し、基板表面に金を蒸着して金薄膜を製造方法することを特徴とする。
請求項２の発明は、真空中において基板の温度を１５０度から２７０度に保持し、毎秒１ナノ・メートルから３ナノ・メートルの範囲の蒸着速度で基板表面に金を蒸着して金薄膜を製造方法することを特徴とする。
請求項３の発明は、真空中において基板の温度を２７０度に保持し、基板表面に金を蒸着して金薄膜を製造方法することを特徴とする。
請求項４の発明は、真空中において基板の温度を２７０度に保持し、毎秒１ナノ・メートルから３ナノ・メートルの範囲の蒸着速度で基板表面に金を蒸着して金薄膜を製造方法することを特徴とする。
請求項５の発明は、前記基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金薄膜の製造方法である。
請求項６の発明は、前記基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金薄膜の製造方法である。
請求項７の発明は、ＡＴカット水晶基板上に請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法を用いて金薄膜による励振電極を構成した水晶振動子であることを特徴とする。
請求項８の発明は、前記励振電極はＡＴカット水晶基板の端部に形成したパッド電極と導通しており、該パッド電極がニッケルまたはクロムを下地層とし、その上面に金層を備えた多層膜で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の水晶振動子である。
請求項９の発明は、前記パッド電極が前記励振電極より厚いことを特徴とする請求項８に記載の水晶振動子である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金薄膜の製造方法は、金薄膜の配向性を高め、抵抗率をバルクのそれに近づけたので、電子デバイス等へ応用すると該デバイスの性能を大幅に改善出来るという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の金薄膜の製造方法を用いて構成し金薄膜の断面図であって、１は基板、２は金の単層膜である。金薄膜の製造方法は、クライオポンプ等を使用して蒸着装置の中を高真空にし、蒸着される基板の温度を２７０度に保持し、金の蒸着速度を毎秒２ナノメートル（2 nm/s）で所定の膜厚まで蒸着して金の薄膜を得る。
【００１１】
以下、配向性が高く、抵抗率がバルクのそれに近い金の単層膜が得られるまでの実験過程を詳細に説明する。
抵抗加熱蒸着法を用いて薄膜を作ると、被蒸着物質の電極材料が加熱ボートと直接接触して加熱されるため、ボート材料と電極材料とが反応するという問題がある。一方、電極材料に電子ビームを当て加熱・溶融する電子ビーム蒸着法は、上記の問題がなく、純度の高い蒸着膜が得られるものと考えられるのでこの方法を採用することにした。
従来から被蒸着基板は薄膜の密着性、内部応力の減少のために予め所定の温度で加熱しておくことが必要であるので、加熱源としてハロゲンヒータとシースヒータとを用いることにした。また、電極材料を入れる坩堝の上方には膜厚分布を均一にするための補正板を設け、真空槽の排気系はクライオポンプを用いた。
【００１２】
坩堝は回転式で10 ccと40 ccの２種類の容量のものを用いた。そして、蒸着速度の再現性を考慮し、１回のプロセス毎に金ササブキ（粒状の金）を補充して金インゴットと金ササブキの総重量が同一になるようにした。電極材料の金に電子ビームを当てることにより発生する二次電子は、蒸着速度に影響を及ぼすばかりではなく、散乱した場合には周りの物体を溶融するおそれがあるので、電子ビームのパワーが高い場合、吸収板のみでは二次電子を十分に処理できないため、坩堝自体を接地することにした。
【００１３】
真空蒸着法で成膜する場合、主な蒸着パラメータは基板の加熱温度と蒸着速度とである。基板温度は基板に到達した金原子の基板表面での動き易さを決定し、蒸着速度は金原子の基板への供給量を決定する。この２つの組合せで結晶性が変化するので、蒸着パラメータの最適条件を見出すために、基板温度を広温度範囲、蒸着速度を色々変えて評価することにした。
そこで、基板温度を制御するため基板表面に熱電対を取付けた。ハロゲンヒータとシースヒータの設定温度は個別に決められるが、ここでは同一とした。図２はヒータの設定温度と基板温度との関係を示す図である。○印はハロゲンヒータの電流値が35 A、シースヒータの電流値が50 Aの場合で、基板温度の最高到達点は240℃であった。これに対し、●印はハロゲンヒータの電流値が70 A、シースヒータの電流値が85 Aの場合で、基板温度の最高到達点は270℃であった。この結果、ハロゲンヒータの電流値を70 A、シースヒータの電流値を85 Aとし、基板温度を制御することにした。
【００１４】
蒸着速度の制御には5 MHzの水晶振動子膜厚計を用いることにした。電子ビームの最大パワーは、装置の規格から坩堝容量が10 ccの場合6 kW、40 ccの場合10 kWに制限されている。図３は電子ビームのパワーと蒸着速度との関係を示す図で、○印が10 ccの坩堝を、●印が40 ccの坩堝を用いた場合である。坩堝容量10 ccの場合、金インゴットの冷却効率が高く電子ビームのパワーを上げても蒸着速度は最高で1.0 nm/sであった。これに対し、坩堝容量40 ccの場合、蒸着が開始するパワーは4 kWと大きいが、電子ビームのパワー6.6 kWで蒸着速度は2.6 nm/sに達することが分かった。この結果、坩堝容量40 ccを用いて蒸着速度を制御することにした。
【００１５】
各種条件による抵抗率及び結晶性の評価は、ポリッシュ仕上げした水晶基板（ＡＴカット基板）の片面全面に蒸着した金薄膜について行った。ポリッシュ基板の外形寸法は25 mm (X)×20 mm (Z')×0.08 mm (Y') で、蒸着領域は 23 mm (X)×18 mm (Z')とした。蒸着は次の手順で行った。
１．基板洗浄
２．真空槽排気（基板洗浄後１５分以内に開始、３時間排気、到達真空度6 (×10−5 Pa)
３．基板予備加熱（１時間）
４．蒸着
【００１６】
基板温度と蒸着速度とを図２、３に示した曲線に基づいて制御し、成膜の結晶性及び抵抗率を評価した。金単層膜の膜厚は、非特許文献２より抵抗率が最小値に飽和する100 nmに設定することにした。また、抵抗率はピン径0．5 mm、ピンピッチ1．5 mmのプローブを用いた四探針法により測定した。測定箇所は、23 mm (X) ×18 mm (Z')の蒸着領域の中央1点とした。抵抗率（体積抵抗率）ρＶは次式で表される。
ρＶ＝Ｒ×α×ｔ                                        （１）
ここで、Ｒは抵抗、αは測定位置で決まる補正係数、ｔは膜厚である。なお、ρＶと膜厚によって変わる表面抵抗率ρＳとの関係は次のとおりである。
ρＳ＝ρＶ／ｔ                                         （２）
図４は、蒸着速度が2 nm/sのとき、抵抗率と基板温度との関係を示す図である。この図より明らかなように270℃のとき抵抗率が最も低く、2.24×10−8 Ωmであり、バルクの抵抗率2．2×10−8 Ωmとほぼ同等の値が得られた。図５は基板温度が270℃のとき、抵抗率と蒸着速度との関係を示す図である。この図より抵抗率は、蒸着速度が2 nm/sのとき最も低い抵抗率を示している。
【００１７】
次に、金単層膜の結晶性の評価として、Ｘ線回折(X-ray Diffraction、ＸＲＤ)を用いて調べた。図６（ａ）は、最も小さな抵抗率が得られた条件、即ち基板温度が270℃、蒸着速度が2 nm/sの条件で成膜した金薄膜のX線回折パターンを示す図である。また、図６（ｂ）は比較として、前述したニッケル7 nmを下地とした金100 nm（Ａｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nm）の電極膜のX線回折パターンを示す図である。図６（ａ）から分かるように、水晶（SiO2）のピークとAu(111)ピークのみが検出され、金は単配向していると言える。また、図６（ａ）のAu(111)ピークは、図６（ｂ）に示したAu(111)ピークと比較して、X線強度は極めて大きいことが分かる。図７（ａ）は、図６（ａ）のAu(111)ピークのX線ロッキングカーブを示す図である。図７（ｂ）は、Ａｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nmの電極膜のX線ロッキングカーブを示す図である。図７（ａ）のロッキングカーブ半値全幅(Full Width at Half Maximum、ＦＷＨＭ)は0.65°であり非常に高い配向性を示している。このＦＷＨＭ値は、Kamijoらが非特許文献７で示したアルミニウム電極の(111)面のＦＷＨＭ値2.0°よりもかなり小さい。なお、図７（ｂ）に示したＡｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nm膜のロッキングカーブはブロードとなり、正確なＦＷＨＭ値を求めることができなかった。
【００１８】
図８は金単層膜のX線ポールフィギュア図である。基準面はAu(200)面であり、Au(111)面との面間角は54.7°である。また、図９はAu(111)面の断面構造を示す図である。金の結晶構造は面心立方構造(face-centered cubic structure、fcc)であり、(111)面は6回回転対称である。従って、X線ポールフィギュア図では60°回転ごとにピークが現れることになるが、ピーク強度が不揃いでブロードとなっていることから、単結晶ではないと考えられる。なお、面心立方構造の場合、原子の充填が最稠密の(111)面で、結晶面の単位面積あたりの表面エネルギ密度が最小となり、ウルフの定理からAu(111)面は最も安定な配向であるといえる（R. Lacmann, 「Die gleichgewichtsform von kristallen,」N. Jbl. Miner. Abh., vol. 122, pp. 36-89, Aug. 1974. ）。
【００１９】
図１０は金単層膜（蒸着速度2 nm/s、膜厚100 nm）のＦＷＨＭ値と基板温度との関係を示す図である。また、図１１は金単層膜（基板温度270℃、膜厚100 nm）のＦＷＨＭ値と蒸着速度との関係を示す図である。ＦＷＨＭ値の基板温度依存性、蒸着速度依存性ともＦＷＨＭ値と抵抗率との間に完全な相関はないが、図１０、１１より基板温度270℃、蒸着速度2 nm/sの条件の場合、ＦＷＨＭ値と抵抗率がともに最小になることが判明した。
【００２０】
次に、FE-SEM（Field Emission Scanning Electron Microscope）とAFM（Atomic Force Microscope）とを用いて金薄膜表面の状態を観察した。FE-SEMによる評価では、0．2 kVの低加速電圧で、極表面の二次電子像を撮影することができた。観察領域は4.0μｍ×6.0μｍである。AFMによる評価では、三次元像と表面粗さの定量値を得た。三次元像の観察領域は5.0μｍ×5.0μｍであり、この中の2.5μｍ×2.5μｍの領域を、表面粗さを求める対象領域とした。図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、蒸着速度を2nm/s、基板温度をそれぞれ150℃、200℃及び270℃に設定して成膜した金薄膜のFE-SEM像写真を示した図である。基板温度の増加に伴って結晶粒が大きくなり、特に基板温度を270℃に設定した場合、150℃、200℃の場合の結晶粒の大きさとの差が明確であった。結晶粒が大きくなると抵抗率が低くなるという観点から、図４の基板温度と抵抗率との相関が得られる。また、基板温度をそれぞれ150℃、200℃及び270℃に設定した金薄膜のAFM像を撮影し、それぞれ算術平均表面粗Raも評価したが、Raに大きな差はなかった。
【００２１】
基板温度が270℃、蒸着速度をそれぞれ1 nm/s、2 nm/s及び3 nm/sと変化させて成膜した金の単層膜のFE-SEM像を撮影して結晶粒の大きさを比較した。その結果、蒸着速度が2 nm/sの場合に結晶粒が最も大きいことが判明した。また、蒸着速度が3 nm/sの場合、結晶粒が小さくなった。その理由は、基板への金原子の供給量が多くなり、十分に結晶の成長が追いつけないものと考えられる。基板温度と同様に、蒸着速度と結晶粒との関係から結晶粒の大きさと抵抗率との間には図５に示すような相関がほぼ得られると考えられる。
また、蒸着速度3 nm/sの場合のFE-SEM像及びAFM像（図示しない）を撮影したが、表面粗さは小さいが、抵抗率は大きい。従って、抵抗率は結晶粒の外表面より内表面（側面）の状態が大きく影響するものと考えられる。
比較するため、図１３は前述したニッケル7 nmを下地とした金100 nm（Ａｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nm）の電極膜の表面状態のFE-SEM像写真を示した図である。AFM像（図示しない）も撮影したが、結晶粒は非常に細かく、表面粗さは小さいことが分かった。表面粗さが小さい方が、電子の散乱が少なく抵抗率は小さくなると考えられるが、この電極の抵抗率は前述したように、基板温度270℃、蒸着速度2 nm/sの金単層電極のそれの1．7倍であった。
【００２２】
基板温度が270℃、蒸着速度が2 nm/s の蒸着条件が、抵抗率が最も低く、かつ高い配向性を示す金の単層膜を作る最適設定条件であり、電子デバイスに応用する更に薄い金単層膜、例えば36 nmの抵抗率及び結晶性を評価することにした。図１４は膜厚と抵抗率との関係を示す図で、●印は金単層膜で膜厚は36 nmと100 nmの場合を示す。比較としてニッケル7 nmを下地とした金30 nmの電極膜（Ａｕ／Ｎｉ；30 nm／7 nm）及びニッケル7 nm、金100 nmの電極膜（Ａｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nm）の抵抗率を▲印で示している。図１４から明らかなように、36nmの金単層電膜の抵抗率は3．29×10−8Ωmで、ニッケルを下地とした金30 nmの薄膜の抵抗率は6．20×10−8Ωm であるから、金単層膜の抵抗率はニッケルを下地とした金薄膜のそれの約１／２であった。
また、36nmの金単層膜の抵抗率は、ニッケルを下地とした金100 nmの薄膜のそれよりも低く、またChopraらが非特許文献２で示した、マイカ上に形成した同等膜厚の単結晶金電極膜の4．0×10−8Ωm よりも低く、良好な結果であると言える。
【００２３】
図１５は膜厚36 nmの金単層膜の結晶性を評価したXRDパターンを示す図である。図６（ａ）に示した膜厚100 nmの金単層膜と比較するとX線強度は小さくなるが、Au(111)ピークのみが検出されており単配向していることが分かる。また、図１６はAu(111)ピークのロッキングカーブを示す図で、ＦＷＨＭ値は0．82°であり高い配向性を示していることが分かる。
次に、膜厚36 nmの金単層膜の表面状態をFE-SEM像（図示しない）を撮影して調べると、金単層膜は完全な連続膜にはなっていないことが分かった。また、膜厚36 nmの金単層膜のAFM像（図示しない）から、36 nmの金単層膜が100 nmの薄膜の結晶成長の途中であるとすると、表面粗さは成長初期には小さいことも分かった。
【００２４】
金単層膜を電子デバイスに応用するにあたり、環境試験に耐える必要があるので、高温放置試験を行った。36 nmの金単層膜は連続膜ではないことから、熱処理により結晶性が変わり、抵抗率が変化することも考えられるので、熱処理による抵抗率の変化を評価した。熱処理は真空中で熱処理温度は120℃、270℃とし、それぞれ４時間行った。図１７の●印は36 nmの金単層膜、▲印は100 nmの金単層膜でそれぞれ熱処理前後の抵抗率を示す。金単層膜の場合、いずれの膜厚でも120℃の熱処理前後で抵抗率の変化はみられなかった。次いで、これらの試料を更に270℃で処理した場合も、いずれの膜厚の金単層膜とも抵抗率の変化はみられなかった。
図１７においては金単層膜と比較するため、Ａｕ／Ｎｉ；30 nm／7 nm及びＡｕ／Ｎｉ；100 nm／7 nmの薄膜の抵抗率をそれぞれ○印、△印で重ね書きしたが、Ａｕ／Ｎｉ；30 nm／7 nmの薄膜は抵抗率が増加することが分かった。これは、前述したように、ニッケルと金との相互拡散によるものであると考えられる。
図１８に金単層膜36 nm、100 nmの熱処理前後のＦＷＨＭ値を示す。前述の条件の熱処理によるＦＷＨＭ値の変化はなく、結晶性は変わらず金単層膜は熱に対し安定であると言える。
【００２５】
金単層膜の抵抗率は基板の表面粗さの影響を受ける可能性がある。そこで、予め厚さ220μmから83μmまでエッチングした基板を用いて実験した。この場合、片面の総エッチング量は約70μmになる。この基板上に36 nmの金単層膜を形成して抵抗率を測定した。図１９に抵抗率とウェハエッチング量との関係を示す。エッチング量約70μmの抵抗率は3．11×10−8Ωmであり、エッチング量4．2μm の抵抗率より低い。図２０は基板のエッチング量と基板の表面粗さとの関係を示す図である。エッチング量が多い方が表面粗さは小さいことから、ウェハの表面が平滑な方が抵抗率を低減できると考える。
【００２６】
図２１は本発明に係る水晶振動子の実施の形態を示す図であって、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）はＱ−Ｑにおける断面図である。水晶基板１１はフォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて、ＡＴカット水晶基板１の一方の主面の中央より少し離れた位置に凹陥部１２を形成し、該凹陥部１２の薄い平板を振動部１３とすると共に、水晶基板１１の平坦側に電極１４を形成し、電極１４からリード電極１５を水晶基板１１の端部まで延在し、端部に設けたパッド電極１６と接続する。そして、凹陥部１２側の振動部１３と、該振動部１３に連なる４面の傾斜部１７とに電極１４と対向して電極１８を形成し、該電極１８からリード電極１９を延在し、端部のパッド電極２０と接続して、水晶振動素子を構成する。そして、端部には２箇所にリード電極配線用の貫通穴が設けられ、一方の水晶基板面のみで電極の導通が図られるようになっている。パッド電極１６、２０と水晶基板との接着度は、電極部よりも強固なことが必要なので、予めニッケルを下地とした金の電極を形成し、その上に上記電極１４、１８及びリード電極１５、１９を形成する。
本発明の特徴は電極１４、１８及びリード電極１５、１９に上述した高配向性で、抵抗率の低い金単層膜を用いて形成したことである。
【００２７】
以上の説明はＡＴカット水晶基板を用いて高配向性で且つ抵抗率の小さな金単層膜の成膜方法を説明したが、本発明はＡＴカット水晶基板のみならず、他のカットの水晶基板等の他の基板材料にも適用できることは説明するまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る基板上に蒸着した金薄膜の構成を示した概略断面図である。
【図２】蒸着装置の設定温度と基板の温度との関係を示す図である。
【図３】蒸着装置のビームパワーと蒸着速度との関係を示す図である。
【図４】基板温度と抵抗率との関係を示す図である。
【図５】蒸着速度と抵抗率との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は金単層膜のＸ線解説パターンを示す図、（ｂ）はニッケル下地に金の薄膜のＸ線解説パターンを示す図である。
【図７】（ａ）は金単層膜のAu(111)のＸ線ロッキングカーブを示す図、（ｂ）はニッケル下地に金の薄膜のＸ線ロッキングカーブを示す図である。
【図８】金単層膜のＸ線ポールフィギュア図である。
【図９】金単層膜のAu(111)面の断面構造を示す図である。
【図１０】基板温度とロッキングカーブ半値全幅（FWHM）との関係を示す図である。
【図１１】蒸着速度とロッキングカーブ半値全幅（FWHM）との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）（ｃ）は基板温度をそれぞれ１５０℃、２００℃、２７０℃にして薄膜を形成したときのＦＥ−ＳＥＭ像である。
【図１３】はＡｕ／Ｎｉ；100nm／7 nmで形成した薄膜のＦＥ−ＳＥＭ像である。
【図１４】薄膜の膜厚と抵抗率との関係を示す図である。
【図１５】36nm金単層膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図１６】36nm金単層膜のAu(111)のＸ線ロッキングカーブを示す図である。
【図１７】熱処理温度と抵抗率との関係を示す図である。
【図１８】熱処理温度とロッキングカーブ半値全幅（FWHM）との関係を示す図である。
【図１９】基板のエッチング量と抵抗率との関係を示す図である。
【図２０】基板のエッチング量と基板の表面粗さとの関係を示す図である。
【図２１】本発明に係る水晶振動子の構造を示した概略構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図ある。
【図２２】（ａ）はＡＴカット水晶基板上にニッケル下地7nm、金30nmの薄膜のＸ線反射率曲線を示した図、（ｂ）はその多層膜の密度と膜厚を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  金の薄膜
１１  水晶基板
１２  凹陥部
１３  振動部
１４、１８  電極
１５、１９  リード電極
１６、２０  パッド電極
１７  傾斜部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１２】
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【図１３】
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