(57)【要約】圧電基板上に第一膜を形成する工程と、第一膜上に第二膜を形成する工程と、第二膜上に所定形状のレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして第二膜及び第一膜を異方性又は等方性エッチングし、続いて第一膜のみをアンダーカット形状に等方性エッチングする工程と、レジストパターンを除去する工程と、全面に電極材料層を形成する工程と、第二膜上に存在する電極材料層を第二膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成する工程を有する弾性表面波素子の製造方法。
2002031974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に第一膜を形成する工程と、第一膜上に第二膜を形成する工程と、第二膜上に所定形状のレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして第二膜及び第一膜を異方性又は等方性エッチングし、続いて第一膜のみをアンダーカット形状に等方性エッチングする工程と、レジストパターンを除去する工程と、全面に電極材料層を形成する工程と、第二膜上に存在する電極材料層を第二膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成する工程を有する弾性表面波素子の製造方法。
【請求項２】
第二膜が、第一膜をアンダーカット形状にエッチングする際に使用されるエッチャントに対して侵されにくい材料からなる請求項１に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項３】
第一膜及び電極材料層が、第二膜のリフトオフに使用されるエッチャントに対して侵されにくい材料からなる請求項１に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項４】
第一膜が、二酸化シリコン、シリコン又は窒化シリコンの膜からなり、第二膜が、モリブデン又はクロムの膜からなり、電極材料層が、アルミニウム又はアルミニウム合金の膜からなる請求項１〜３のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項５】
圧電基板上に第三膜を形成する工程と、第三膜上に所定形状のレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして第三膜をアンダーカット形状に等方性エッチングする工程と、全面に電極材料層を形成する工程と、第三膜上に存在する電極材料層を第三膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成する工程を有する弾性表面波素子の製造方法。
【請求項６】
電極材料層が、第三膜のリフトオフに使用されるエッチャントに対して侵されにくい材料からなる請求項５に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項７】
第三膜が、モリブデンの膜からなり、電極材料層が、アルミニウム又はアルミニウム合金の膜からなる請求項６に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項８】
レジストパターンを形成する工程の前に、圧電基板の裏面に導電膜を形成する工程を有する請求項１〜７のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項９】
圧電基板上に所定パターンの櫛型電極指を有し、電極指間の圧電基板上に他の膜を有し、電極指と他の膜の単位面積あたりの質量が、ほぼ等しい弾性表面波素子。
【請求項１０】
他の膜が、二酸化シリコン、シリコン、窒化シリコンの膜からなる請求項９に記載の弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）素子及びその形成方法に関する。更に詳しくは、ＳＡＷ素子を構成する圧電基板上への電極の形成方法及び得られたＳＡＷ素子に関する。
背景技術
近年の携帯電話に代表される移動通信機器の急速な普及に伴い、小型軽量化が可能であるＳＡＷ素子（例えば、ＳＡＷフィルタ）の需要は今後更に拡大すると予想される。
ＳＡＷ素子は、一般的に、圧電基板の表面に導電膜からなる櫛形電極が設けられた構造を有している。櫛形電極によって、機械的ＳＡＷ信号と電気的信号の変換及び逆変換が行われ、周波数選択性が実現できる。
機器の更なる小型化の要求に伴って、ＳＡＷ素子は高周波化が求められている。例えば、ＳＡＷフィルタの中心周波数は、弾性波の伝播速度に比例し、波長に反比例する。従って、中心周波数を高くするには、伝播速度の速い材料を圧電基板に用いるか、波長を短くするために櫛形電極の指（以下、電極指）の幅を細くする必要がある。例えば、ＹカットＸ伝播のタンタル酸リチウム結晶からなる圧電基板を用いて、５ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成した場合、弾性波の伝播速度は約４０００ｍ／秒であるので、電極指の幅は約０．２μｍとなる。
一般に、櫛形電極のパターニングには二つの方法が知られている。一つは、圧電基板上に成膜した導電膜に、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成した後、導電膜をエッチングすることでパターニングする方法である。他の一つは、圧電基板上にレジストパターンを形成した後、導電膜を成膜し、レジストパターンを溶解してレジストパターン上に堆積した導電膜をリフトオフすることでパターニングする方法である。
上記パターニング方法には以下のような課題がある。
櫛形電極の材料には、抵抗率が低く、比重が軽くて反射を生じにくいという理由から、アルミニウムが用いられる。しかしアルミニウムはストレスマイグレーションが発生しやすい欠点があり、大電力下では耐電力性が劣り、信頼性の高い素子を得ることが困難である。
一般に、アルミニウムに少量の銅やマグネシウムを添加したアルミニウム合金を使用するとストレスマイグレーンョンが抑えられ、耐電力性が改善できることが知られている。しかし、添加物を含むアルミニウムは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が困難である。なぜなら、アルミニウムのＲＩＥでは、塩素系の反応ガスが用いられるが、銅やマグネシウムと反応して形成されるそれらの塩化物は沸点が高く、ＲＩＥ後に残渣として基板表面に残る可能性があるからである。このような現象は添加量が大きくなるほど顕著に起きる。銅やマグネシウムの添加量は大きいほど耐電力性の改善効果も大きくなる傾向にあるが、ＲＩＥによるパターン形成法では上述のように残渣が多くなるので、電極材料として適していない。
これに対して、アルゴンのような不活性イオンによる物理的なエッチング方法によれば、このようなアルミニウム合金のパターニングが可能である。しかし、パターニング時に圧電基板がイオン衝撃により削られる。このような基板損傷は、ＳＡＷ素子の特性の劣化原因となる。
以上のような問題を回避する手段として、リフトオフによるパターニング方法がある。これは、基板１１上にレジストパターン１２を形成した後（図４（ａ））、導電膜１３を形成し（図４（ｂ））、レジストパターン１２を溶解して不要な導電膜１３を除去することで、電極１４を形成する方法である。この方法では、導電膜をエッチングする必要がないので、アルミニウム合金のようなＲＩＥが困難な材料でも使用できる。また、基板の損傷もない。
しかしながら、上記の方法では、レジストパターンの側壁や基板との境界部にも導電膜が付着するため、レジストパターンを溶解して不要部分をリフトオフした時に、電極の端部にバリ１５や欠け１６が生じる（図４（ｃ））。このような端部の形状ばらつきはＳＡＷ素子の特性を悪化させる。
このような問題を解決する方法として、特開平９−１６２６７０号公報には、レジストパターンの下に二酸化シリコン膜を設け、二酸化シリコン膜をアンダーカットが入るようにエッチングした後、アルミニウム合金膜を成膜し、リフトオフするという製造方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、圧電基板の表面が導電膜で覆われていない状態でレジストパターンを形成するので、レジストパターンのベーク工程で圧電基板に焦電が生じ、レジストパターンが変質してパターン欠陥が発生するという問題が起きる。
また、アルミニウム合金の真空成膜工程においては、蒸着粒子のエネルギーにより基板温度が上昇し、レジストから大量のガス状分子が放出されて真空度が悪化する恐れがあった。成膜室の真空度の悪化はアルミニウム合金膜の膜質の低下を引き起こし、ＳＡＷ素子特性を劣化させる。
発明の開示
本発明は、上記の問題を解決するリフトオフによる電極の形成方法を含むＳＡＷ素子の形成方法を提供するものである。
かくして本発明によれば、圧電基板上に第一膜を形成する工程と、第一膜上に第二膜を形成する工程と、第二膜上に所定形状のレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして第二膜及び第一膜を異方性又は等方性エッチングし、続いて第一膜のみをアンダーカット形状に等方性エッチングする工程と、レジストパターンを除去する工程と、全面に電極材料層を形成する工程と、第二膜上に存在する電極材料層を第二膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成する工程を有する第１のＳＡＷ素子の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、圧電基板上に第三膜を形成する工程と、第三膜上に所定形状のレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして第三膜をアンダーカット形状に等方性エッチングする工程と、全面に電極材料層を形成する工程と、第三膜上に存在する電極材料層を第三膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成する工程を有する第２のＳＡＷ素子の製造方法が提供される。
更に、本発明によれば、圧電基板上に所定パターンの櫛型電極指を有し、電極指間の圧電基板上に他の膜を有し、電極指と他の膜の単位面積あたりの質量が、ほぼ等しいＳＡＷ素子が提供される。
発明の実施の形態
以下、本発明のＳＡＷ素子及びその製造方法を説明する。
まず、第１のＳＡＷ素子の製造方法について説明する。
ＳＡＷ素子は、通常、圧電基板を備えている。ここで、圧電基板としては、ＳＡＷ素子に使用することができるものであれば特に限定されない。具体的には、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７等の圧電基板が挙げられる。更に、ガラス、樹脂等の基板上にＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７等の圧電材を膜状に形成した基板も本発明の圧電基板に含まれる。
この基板の裏面側（圧電効果を生じない側）には表面側に形成される電極と導通しうる導電膜が予め形成されることが好ましい。裏面側の導電膜（裏面導電膜）は、電極材料層を所定の形状にパターニングする際やレジストのベーク工程での温度変化により生じる圧電基板の焦電効果に由来する電荷を逃がす機能を有する。従って、レジストパターンに焦電による欠陥が発生することを防止することができる。裏面導電膜は、Ｍｏ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｎ等からなる金属膜を使用することができる。
圧電基板の表面に第一膜を形成する。第一膜は、特に限定されず、導電膜、絶縁膜及び半導体膜のいずれも使用することができる。この内、以下で説明する第二膜のリフトオフの際に使用されるエッチャントに侵されにくい材料からなることが好ましい。例えば、二酸化シリコンや窒化シリコンのような絶縁材料の膜、シリコンのような半導体材料の膜が挙げられる。
第一膜の厚さは、特に限定されないが、最終的に形成される電極指の単位面積当たりの質量とほぼ同じ質量となるように、設定することが好ましい。これにより、ＳＡＷの速度が、電極指の下と、電極指の間に残った第一膜の下で同じになるので、弾性波の反射やバルク波としての放射が低減される。その結果、損失の少ないＳＡＷ素子が得られる。更に、電極を構成する材料がストレスマイグレーションしても、電極指間の第一膜が障壁となり電極指同士が短絡するのを防ぐことができる。その結果、長寿命の素子が得られる。
次に、第一膜上に第二膜を形成する。第二膜は、以降の工程で第一膜のアンダーカット形状へのエッチングの際に使用するエッチャントに侵されにくい材料であれば、特に限定されない。特に、レジストパターン作製工程での圧電基板への焦電効果に由来する電荷を逃がすために、第二膜は導電膜であることが好ましい。具体的には、第一膜に二酸化シリコンや窒化シリコンのような絶縁膜を使用した場合、第二膜にはモリブデンのような金属膜を使用することが好ましい。第二膜の厚さは、特に限定されず第二膜を構成する材料によって異なるが、第一膜のエッチングに対する耐性及び焦電効果に由来する電荷を逃がすことを考慮して設定することが好ましい。例えば、第二膜にモリブデン膜を使用した場合、２０〜１２０ｎｍの範囲とすることができる。
次に、第二膜上に所定形状のレジストパターンを形成する。レジストパターンの形成方法は、特に限定されず、公知のフォトリソグラフィ法を使用することができる。また、レジストは、ポジ型、ネガ型のいずれも使用することができる。
次いで、レジストパターンをマスクとして第二膜及び第一膜を異方性又は等方性エッチングし、続いて第一膜のみをアンダーカット形状に等方性エッチングする。
まず、前者の第二膜及び第一膜のエッチングにおいて、異方性及び等方性エッチングの内、より微細なパターンを形成することができる異方性エッチングを採用することが好ましい。具体的には、ＲＩＥ法のような異方性のドライエッチングが挙げられる。なお、第二膜にモリブデンを使用し、エッチングをＲＩＥ法で行う場合、ＳＦ６のようなエッチャントを使用することが好ましい。なお、このエッチング時に第二膜は完全に除去されるが、圧電基板がエッチングによりダメージを受けることを抑制するために、第一膜は完全に除去しないことが好ましい。残存させる第一膜の膜厚は、１０〜５０ｎｍであることが好ましい。
後者の第一膜の等方性エッチングは、第一膜のみをアンダーカット形状に形成しうる条件下で行われる。このエッチングには、第二膜を侵しにくいエッチャントを使用することが好ましい。例えば、第一膜に二酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を使用し、第二膜にモリブデン膜を使用した場合、フッ酸溶液からなるエッチャントに、所望のアンダーカット形状を形成しうる時間、浸漬することにより形成することができる。
ここで、アンダーカット形状は、第一膜の高さを１とした場合、第二膜の端部からエッチング除去される幅が０．３〜０．５の範囲の割合になるような形状であることが好ましい。この範囲にすることで、後の電極材料層をリフトオフすることにより得られる電極にバリや欠けが生じることを防ぐことができる。
次に、公知の方法で、レジストパターンを除去する。
更に、全面に電極材料層を形成する。本発明の方法では、レジストパターンを除去してから電極材料層を形成するので、形成中の真空度の悪化がなく、膜質のよい電極材料層を得ることができる。その結果、耐電力性に優れた信頼性の高いＳＡＷ素子が得られる。
ここで、電極材料は、特に限定されず、公知の材料をいずれも使用することができる。この内、リフトオフの際に使用されるエッチャントに侵されにくい材料からなることが好ましい。例えば、アルミニウム又はその合金が挙げられる。合金には、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｍｎ等とＡｌとの合金が挙げられる。この内、耐電力性を向上させる観点から、合金からなることが好ましい。合金中のアルミニウム以外の金属の含有割合は、１重量％以上であることが好ましく、１〜３０重量％であることがより好ましい。電極材料層の厚さは、所望の特性のＳＡＷ素子が得られるように、使用する材料に応じて適宜設定することができる。但し、電極にバリや欠けが生じることを防ぐために、第一膜の厚さより薄いことが好ましい。
次いで、第二膜上に存在する電極材料層を第二膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成することができる。リフトオフは、第一膜及び電極材料層を侵しにくいエッチャントを使用して行うことが好ましい。例えば、第一膜に二酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を使用し、第二膜にモリブデン膜を使用し、導電材料層にアルミニウム又はその合金層を使用した場合、硝酸二アンモニウムセリウム（ＩＶ）溶液からなるエッチャントに、第二膜を除去しうる時間、浸漬することにより行うことができる。
次に、第２のＳＡＷ素子の製造方法について説明する。
まず、圧電基板上に第三膜を形成する。ここで、圧電基板には、第１のＳＡＷ素子の製造方法と同一の基板を使用することができる。また、第１のＳＡＷ素子の製造方法と同様に、裏面導電膜を有していることが好ましい。更に、第三膜には、第１のＳＡＷ素子の製造方法の第二膜と同一の膜を使用することができる。
次に、第三膜上に所定形状のレジストパターンを形成する。レジストパターンには、第１のＳＡＷ素子の製造方法と同一のレジストからなるパターンを使用することができる。
次いで、レジストパターンをマスクとして第三膜をアンダーカット形状に例えばＲＩＥのような手段で等方性エッチングする。ここで、アンダーカット形状をより制御性よく形成するために、等方性エッチングの前に、第三膜を途中まで（即ち、圧電基板を露出させない）、異方性エッチングで除去することが好ましい。更に、ＲＩＥでは、雰囲気圧力を制御することで、等方性及び異方性のエッチングを行うことができるので、この工程に使用することがより好ましい。なお、エッチャントとしては、ＲＩＥの場合、例えばＳＦ６を使用することができる。
ここで、アンダーカット形状は、第三膜の高さを１とした場合、レジストパターンの端部からエッチング除去される幅が０．３〜０．５の範囲の割合になるような形状であることが好ましい。この範囲にすることで、後の電極材料層をリフトオフすることにより得られる電極にバリや欠けが生じることを防ぐことができる。
次に、第１のＳＡＷ素子の製造方法と同様にして、全面に電極材料層を形成する。
更に、第三膜上に存在する電極材料層を第三膜をエッチング除去することでリフトオフして電極を形成することができる。第三膜の除去は、第１のＳＡＷ素子の製造方法の第二膜の除去と同様の方法で行うことができる。なお、リフトオフは、電極材料層を侵しにくいエッチャントを用いて行うことが好ましい。
本発明の製造方法により得られるＳＡＷ素子の一例を図１（概略平面図）に示す。図のＳＡＷ素子は、電極が２つの反射電極と１組の櫛型の励振電極とから構成される。図中、Ａ及びＢは１組の櫛型の励振電極であり、Ｃ及びＤは反射電極である。Ｙは電極指の開口長を、λは電極指の周期を意味する。
ＳＡＷ素子は、フィルタ（例えば、マッチドフィルタ）、共振器、遅延線、発振器、音響光学装置、コンボルバー等に使用することができる。例えば、フィルタに使用する場合、ＳＡＷ素子を直列腕と並列腕に所望数配置することにより形成されたラダー型の構造が挙げられる。この構造以外にも、公知の構造をいずれも採用することができる。
実施例
以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
図２を用いて以下の実施例を説明する。
まず、タンタル酸リチウム基板（圧電基板）１の裏面に、モリブデン膜（図示せず）を３００ｎｍの厚さでスパッタ法により成膜する。
次に、基板表面に二酸化シリコン膜（第一膜）２を６１ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法で形成する。更に、モリブデン膜（第二膜）３を５０ｎｍの厚さでスパッタ法で形成する。次に、エキシマレーザステッパにより、形成を所望する２００ｎｍの幅の櫛型電極指状に開口を有するレジストパターン４を形成する（図２（ａ））。
その後、モリブデン膜３をＳＦ６ガス（エッチャント）によるＲＩＥで垂直にエッチングする。続いて、二酸化シリコン膜２をＳＦ６ガスによるＲＩＥで垂直にエッチングする。このとき、二酸化シリコン膜２の厚さが、残り３０ｎｍのところでエッチングを停止する。次に、フッ酸溶液で二酸化シリコン膜２を５０ｎｍ等方性エッチングする。モリブデン膜３はフッ酸に侵されないので、二酸化シリコン膜２のみエッチングされて、アンダーカット状となる。同時に二酸化シリコン膜２の残膜が除去されて基板１表面が露出する（図２（ｂ））。
次に、レジストパターン４を酸素プラズマで除去する（図２（ｃ））。
次に、銅を２重量％含むアルミニウム合金膜（電極材料層）５を５０ｎｍの厚さでスパッタ法により形成する（図２（ｄ））。
最後に、硝酸二アンモニウムセリウム（ＩＶ）水溶液に基板を浸し、モリブデン膜３をエッチングする。モリブデン膜３上に堆積した不要なアルミニウム合金層５が、リフトオフされてＳＡＷ素子用の電極指６が完成する（図２（ｅ））。
ここで、二酸化シリコン膜２の厚さは、アルミニウム合金層５の密度と二酸化シリコン膜２の密度の比に応じて、両者の質量が同じになるように設定する。アルミニウム合金の密度は２．７ｇ／ｃｍ３、二酸化シリコンのそれは２．２ｇ／ｃｍ３であるので、二酸化シリコン膜２の厚さは、アルミニウムの約１．２３倍とすればよい。上記の方法により製造した弾性表面波素子の中心周波数は５ＧＨｚであった。
なお、図示していないが、基板１の裏面に成膜したモリブデン膜は、基板上に設けたモリブデン膜３と接続されている。
実施例２
図３（ａ）〜（ｄ）を用いて以下の実施例を説明する。
まず、タンタル酸リチウム基板１の裏面にモリブデン膜を３００ｎｍの厚さでスパッタ法により形成する（図示せず）。次に、基板１表面にモリブデン膜（第三膜）７を７０ｎｍの厚さでスパッタ法により形成する。次に、エキシマレーザステッパにより、形成を所望する２００ｎｍの幅の櫛型電極指状に開口を有するレジストパターン４を形成する（図３（ａ））。
その後、モリブデン膜７を圧力０．０５ＴｏｒｒのＳＦ６ガスによるＲＩＥで、垂直にエッチングする。このときモリブデン膜の厚さが残り３０ｎｍのところでエッチングを停止する。続いて、ＳＦ６ガスの圧力を０．５Ｔｏｒｒに高めた条件でＲＩＥを行い、モリブデン膜７を５０ｎｍ等方性エッチングする。これによりモリブデン膜７にレジストパターン４端部から５０ｎｍのアンダーカットが入る。同時に基板１表面が露出する（図３（ｂ））。
次に、アルミニウム合金層５を５０ｎｍの厚さでスパッタ法により形成する（図３（ｃ））。
最後に、硝酸二アンモニウムセリウム（ＩＶ）水溶液に基板１を浸し、モリブデン膜７をエッチングする。これにより、モリブデン膜７上に堆積した不要なアルミニウム合金層がリフトオフされてＳＡＷ素子用の電極指６が完成する（図３（ｄ））。
発明の効果
第一膜又は第三膜をアンダーカット形状にエッチングしてから電極材料層を形成し、次いで、余分な電極材料層をリフトオフするので、電極端部にバリや欠けを生じず、ばらつきのない電極形状を得ることができる。
また、圧電基板裏面に、裏面導電膜を形成すれば、第二膜又は第三膜を裏面導電膜と導通させることができるので、レジストパターン形成工程において圧電基板の焦電により、レジストパターンに欠陥が発生することを防ぐことができる。
更にまた、電極指の単位面積当たりの質量と、電極指間の第一膜の単位面積あたりの質量をほぼ同じにすることで、ＳＡＷの速度が、電極指の下と、第一膜の下で同じになるので、弾性波の反射やバルク波としての放射が低減できる。その結果、損失の少ない素子を得ることができる。また、電極を構成する材料が万一ストレスマイグレーションしても、電極指間の第一膜が障壁となり電極指同士が短絡するのを防ぐことができる。その結果、長寿命の素子を得ることができる。
更に、第１のＳＡＷの素子の製造方法によれば、レジストパターンを除去してから導電材料層を形成するので、形成中の真空度の悪化がなく、膜質のよい導電材料層が得られる。その結果、耐電力性に優れた信頼性の高いＳＡＷ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＳＡＷ素子の一例の概略平面図である。
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明のＳＡＷ素子の製造方法の概略工程断面図である。
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明のＳＡＷ素子の製造方法の概略工程断面図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は、従来のリフトオフ法によるＳＡＷ素子の製造方法の概略工程断面図である。
【図１】
2002031974.tif 000003
【図２】
2002031974.tif 000004
【図３】
2002031974.tif 000005
【図４】
2002031974.tif 000006
【国際調査報告】
2002031974.tif 000007
2002031974.tif 000008