JP2000269767A - 弾性表面波素子の製造方法 - Google Patents

弾性表面波素子の製造方法

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JP2000269767A JP11073844A JP7384499A JP2000269767A JP 2000269767 A JP2000269767 A JP 2000269767A JP 11073844 A JP11073844 A JP 11073844A JP 7384499 A JP7384499 A JP 7384499A JP 2000269767 A JP2000269767 A JP 2000269767A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SAW素子の高耐電力性を有する電極を反応
性イオンエッチングにより信頼性よく形成する方法を提
供することを課題とする。 【解決手段】 Alと他の金属を含む電極を備えたSA
W素子の製造方法であって、該電極が反応性イオンエッ
チングによるパターニングにより形成され、反応性イオ
ンエッチングがCl2とHeの混合ガスからなるエッチ
ングガスを使用し、0.1〜3Paのガス圧下で行われ
ることを特徴とするSAW素子の製造方法により上記課
題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波(SA
W)素子の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明
は、SAW素子の高耐電力性を有する電極を反応性イオ
ンエッチングにより信頼性よく形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SAW素子を構成する電極に高パワーの
電極が印加されると電極がマイグレーションを生じフィ
ルタ特性を劣化させる。この対策として、耐電力性を上
げるためにAl合金やAl層を含む積層体を使用するこ
とが知られている(例えば、特開平7-122961号
公報、特開平10−135767号公報参照)。この電
極は、通常反応性イオンエッチングのようなドライエッ
チングで形成される。エッチングには、BCl3とCl2
のようなハロゲンを含む混合ガスが一般に使用されてい
る(例えば、特開平8−264508号公報、特開平9
−181553号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ドライエッチングにお
いて、電極に含まれるAl以外の成分が、Ti、Pd、
Si等のハロゲン化物の蒸気圧が高い物質である場合、
残渣なくエッチングを行うことが可能である。ところ
が、Cu、Mg等のようにハロゲン化物の蒸気圧が低い
金属を含む場合、ハロゲン化物が残渣として残りアフタ
ーコロージョンを誘発したり、特にこれら金属を2重量
%以上の高濃度に含む場合、エッチング自体が進行しな
いという問題があった。
【0004】また、SAW素子では、一般にLiNbO
3、LiTaO3、Li247等からなる圧電基板が使
用されるが、エッチングに使用されるガスに含まれるハ
ロゲンと、圧電基板に由来するリチウムの化合物も残渣
として残り、アフターコロージョンの発生を更に増長す
るという問題もあった。希ガスによるスパッタリングの
ような物理的エッチングにより、残渣を低減しつつ、ハ
ロゲン化物の蒸気圧が低い金属とAlを含む層のエッチ
ングレートを上げることも考えられるが、物理的エッチ
ングではサイドウォールが厚さ方向に逆テーパー状に傾
斜するという問題があった。更に、エッチング残りを除
去するために所定時間続けてエッチング(オーバーエッ
チング)が行われるが、物理的エッチングは選択性が劣
るため、この時に圧電基板もエッチングされてしまい、
SAW素子の特性が悪化するという問題もあった。
【0005】また、SAW素子について言及はされてい
ないが、ハロゲンを含むガスとHeとの混合ガスでAl
を含む層をエッチングする方法が特開昭61−1475
32号公報で報告されている。この公報では、Heが、
層の冷却効果とプラズマの安定化を目的として、800
sccm以上の高流量で使用されている。ところがこの
ような高流量でHeを使用すると、ガス圧を下げること
ができないため、電極とエッチングにマスクとして使用
するレジストとの選択性を上げることができないという
問題があった。
【0006】反応性イオンエッチングではなく、ECR
エッチングを用い、Cl2とHeの混合ガスを用いたA
lを含む層のエッチング方法が、特開平6−33388
3号公報に示されている。ECRエッチングは、反応性
イオンエッチングに比べて、装置が高価であること、超
高真空排気が必要であるためスループットが悪くなるこ
と等の問題がある。更に、低圧高密度プラズマが使用さ
れるため、原理的に電子密度が、反応性イオンエッチン
グに比べて、2〜3桁高く、圧電基板を使用するSAW
素子がチャージし、それに由来する欠陥や不良が発生す
る問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】反応性イオンエッチング
は、ECRエッチングに比べ、入射イオンエネルギーが
高いため、選択性が劣り、下地である圧電基板に損傷を
生じさせやすいと考えられていた。ところが本発明者等
は、Cl2とHeの混合ガスからなるエッチングガスを
使用し、0.1〜3Paのガス圧下でエッチングを行え
ば、ハロゲン化物の蒸気圧が低い金属とAlを含む電極
を、実用的な選択比で形成できることを意外にも見出し
本発明に至った。
【0008】かくして本発明によれば、Alと他の金属
を含む電極を備えたSAW素子の製造方法であって、該
電極が反応性イオンエッチングによるパターニングによ
り形成され、反応性イオンエッチングがCl2とHeの
混合ガスからなるエッチングガスを使用し、0.1〜3
Paのガス圧下で行われることを特徴とするSAW素子
の製造方法が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明のSAW素子の製造
方法を説明する。まず、SAW素子は、通常基板上に所
定形状の電極を備えている。ここで、基板としては、S
AW素子に使用できるものであれば特に限定されず、例
えば、LiNbO3、LiTaO3、Li247等の単
結晶からなる圧電基板が挙げられる。次に、圧電基板上
には所定形状の電極が形成されている。本発明において
電極は、Alと他の金属を含んでいる。ここで、他の金
属が、Mg、Cu、Mn等のハロゲン化物の蒸気圧が低
いものである場合に、本発明のSAW素子の製造方法
は、特に残渣やアフターコロージョンの発生を抑制する
ことができるという効果を奏する。この内、他の金属と
しては、Mgが特に好ましい。
【0010】また、電極中の他の金属の含有割合は、1
重量%以上が好ましく、1〜30重量%がより好まし
い。1重量%未満の場合は、マイグレーション耐性が劣
るため好ましくない。なお、他の金属の含有量を多くす
ると、一般に、耐電力性は向上するが、電極の抵抗が上
昇することが知られている。この観点から、他の金属の
含有割合は、2〜10重量%が特に好ましい。
【0011】更に、電極の構成は、例えば、Alと他の
金属との合金層の単一層、Al層と他の金属層との積層
体、Al層と合金層の積層体、他の金属の含有割合を変
化させた合金層の積層体等が挙げられる。積層体は、2
層以上であれば、その層数は限定されない。但し、ボン
ディングワイヤ用金属との相性を考慮すると、最上層は
Alを含む層であることが好ましい。特に、積層体は、
Al層又はAl合金層/Mg層/Al層又はAl合金層
との組み合わせであることが好ましい。
【0012】電極の厚さは、SAW素子の設計に応じて
重さを基準にして、電極の抵抗、マイグレーション耐性
等を考慮して適宜設定される。上記電極は、基板上に電
極形成用の金属層を積層した後、反応性イオンエッチン
グによるパターニングにより形成される。金属層の形成
方法は、特に限定されず、例えば、スパッタ法のような
公知の方法をいずれも使用することができる。
【0013】次に、反応性イオンエッチングによるパタ
ーニングに先立って、通常所定パターンの電極を形成す
るためのマスクが金属層上に形成される。このマスク
は、例えば、金属層上にレジスト層を塗布することによ
り形成した後、フォトリソグラフィ法により所定形状に
パターニングすることにより形成することができる。こ
の所定形状にパターニングされたレジスト層を、レジス
トパターンと称する。次いで、レジストパターンをマス
クとして、反応性イオンエッチングによるパターニング
により電極が形成される。ここで、本発明では、反応性
イオンエッチングが、Cl2とHeの混合ガスからなる
エッチングガスを使用し、0.1〜3Paのガス圧下で
行われることを特徴の1つとしている。
【0014】一般にAl合金のドライエッチングでは、
Al合金のエッチングレートの増大を目的として、Cl
2ガスが使用され、更に、自然酸化膜を除去するため
に、還元性のBCl3、CCl4、SiCl4等のガスが
加えられる。また、Cl2ガスに添加されるハロゲンを
含むガスは、側壁保護膜の成分となって、サイドエッチ
を防止する役割も果たす。しかし、ハロゲン化物の蒸気
圧が低い他の金属をAl電極が含む場合、残渣が発生し
たり、エッチング自体が進行しない。これは塩素ラジカ
ルが電極の表面に付着しても、純Alの電極と異なり、
活性化エネルギーが高いため、反応が進行しないためで
ある。
【0015】そこで、本発明では、Heを使用すること
により、Heの原子半径が小さいことを利用して、平均
自由工程を大きくとることができるため、基板に垂直に
入射することができ、その結果活性化エネルギーを小さ
くすることができる。ここで、平均自由工程λは、λ=
3.11×10-24×T/(P×σ2)(式中、Tは温度
(K)、Pはガス圧(Pa)、σは粒子の直径(m)を
意味する)で表される。ここで、ガス圧を上記範囲で行
うことにより、Heの散乱を抑え、平均自由工程を所定
程度に大きく取ることができる。なお、上記した特開昭
61−147532号公報では、Heの流量が大きいた
めガス圧が高く、平均自由工程を大きく取ることができ
ない。
【0016】更に、ガス圧が3Paより大きい場合、平
均自由工程が小さくなると共に散乱も増加することとな
る。一方、ガス圧が0.1Pa未満の場合、安定なプラ
ズマ放電を得ることが困難である。なお、このようなガ
ス圧の範囲であれば、図1に示すように、電極とレジス
トとの選択性を向上させることができる。なお、電極に
は、Al(2000Å)/Mg(300Å)/Al(2
000Å)の積層膜を用いた。
【0017】Heの混合割合は、流量比で70%以上で
あることが好ましく、80〜98%であることがより好
ましい。また、混合ガスの全流量は、10〜100sc
cm程度である。流量比を70%以上とすることによ
り、・平均自由工程を大きく取ることができ、・必要な
量のCl2のみ使用するので、基板に由来する不揮発性
のリチウムの塩化物の発生を抑制することができ、・ア
フターコロージョンの発生を防止することができ、・図
2に示すように、電極とレジストとの選択性を向上させ
ることができる。ここで、電極の構成は図1の場合と同
じである。
【0018】なお、本発明では上記エッチング条件で、
実用的なエッチングレートで自然酸化膜も除去すること
ができる。また、自然酸化膜を含めた電極に使用される
金属と塩素ラジカルの反応の活性化エネルギーは、基板
と塩素ラジカルの活性化エネルギーより小さいので、基
板と電極との選択性を十分確保することができる。反応
性イオンエッチングのRFパワーは、30〜120Wで
あることが好ましい。RFパワーが30W未満の場合、
実用的なエッチングレート及び選択比が得られないので
好ましくなく、120Wより大きい場合、レジスト及び
基板にダメージが生じるので好ましくない。ここで、電
極が、Al層又はAl合金層と他の金属(特にMg)層
との積層体からなる場合、他の金属層の部分でエッチン
グレートが劣化する場合がある。この場合、100〜3
00℃で金属層をアニール処理することにより、他の金
属がAl中に拡散し固溶体となり、エッチングレートの
劣化を防ぐことができる。
【0019】また、近年SAW素子の高周波数化が進
み、電極のパターンの微細化が進む傾向にある。SAW
素子が高周波化されるほど、弾性表面波の波長が短くな
り、ドライエッチング時(特にオーバーエッチング時)
の圧電基板表面へのダメージに対して敏感になり、例え
ば素子の損失が増加する。そこで、反応性イオンエッチ
ングを2段階に分け、後半のエッチング時に、RFパワ
ーを下げる及び/又はガス圧を上げることにより、圧電
基板表面のダメージを軽減することができる。後半のエ
ッチング時間は全エッチング時間の10〜40%である
ことが好ましい。ここで、後半のエッチングは、オーバ
ーエッチングであることが好ましい。
【0020】RFパワーを下げる程度は、前半のRFパ
ワーに対して、後半のRFパワーが50%以上100%
未満であることが好ましく、60〜95%であることが
より好ましい。ガス圧を上げる程度は、前半のガス圧に
対して、後半のガス圧を1.5〜3倍程度にすることが
好ましく、2〜3倍であることがより好ましい。
【0021】本発明により製造されたSAW素子は、一
般に2つの反射電極と1組の櫛形の励振電極とから構成
される。SAW素子の一例を図3に示す。図3は、SA
W素子の概略平面図である。図中、A及びBは1組の櫛
形の励振電極であり、C及びDは反射電極である。Yは
開口長を、λは電極の周期を意味する。なお、図3の構
成は単なる例示であって、本発明により形成されるSA
W素子はこの構造に限定されない。
【0022】このSAW素子は、フィルタ、共振器、遅
延線、発振器、マッチドフィルタ、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。
【0023】
【実施例】次に本発明の具体的形態を実施例により説明
するが、これらの実施例により本発明は何ら制限を受け
るものでない。 (実施例1)LiTaO3の単結晶からなる圧電基板上
に、厚さ400nmのAl層、Al中にMgを2重量%
含む合金層(以下、Al−2%Mg合金層、以下同じ意
味で使用)及びAl−4%Mg合金層を形成し、Al層
及び合金層上に1.2μmルールの櫛形電極形成用のレ
ジストパターンをフォトリソグラフィ法により形成し
た。この後、レジストパターンをマスクとして、以下の
条件で、前記層を反応性イオンエッチングによりドライ
エッチングに付した。 ・エッチング条件 エッチングガス:Cl2とHeの混合ガス(流量比1:
9) ガス圧:1Pa RFパワー:70W エッチング後、アッシャー室でO2によりレジストパタ
ーンをアッシングし、アフターコロージョン対策として
のSF6によるポストエッチング、溶液処理、水洗を施
した。
【0024】Al−2%Mg合金層及びAl−4%Mg
合金層のいずれにおいても、Al層と同程度のシャープ
さで電極を形成することができた。なお、レジストと、
Al層、Al−2%Mg合金層及びAl−4%Mg合金
層との選択比は、それぞれ1.9、1.5及び1.2で
あった。
【0025】(実施例2)36°YカットX伝播のLi
TaO3の単結晶からなる圧電基板1(図4A)上に、
厚さ430nmのAl−3%Cu合金層2をスパッタ法
で形成し(図4B)、その上に800MHz帯用フィル
タの櫛形電極形成用のレジストパターン3をフォトリソ
グラフィ法により形成した(図4C)。この後、レジス
トパターン3をマスクとして、以下の条件で、オーバー
エッチング時間を種々変更しつつ、合金層2を反応性イ
オンエッチングによりドライエッチングすることによ
り、電極4を形成した(図4D)。 ・エッチング条件 エッチングガス:Cl2とHeの混合ガス(流量比0.
5:9.5) ガス圧:2Pa RFパワー:60W
【0026】エッチング後、アッシャー室でO2により
レジストパターンをアッシングし(図4E)、アフター
コロージョン対策としてのSF6によるポストエッチン
グ、溶液処理、水洗を施した。得られたフィルタのオー
バーエッチング時間に対する中心周波数及び最小挿入損
失との関係を図5及び6に示す。図から分かるように、
オーバーエッチング時間を変動させても、中心周波数及
び最小挿入損失の変動は低く抑えることができた。この
ことは、上記エッチング条件が、圧電基板へ与えるダメ
ージは、問題にならないレベルであることを示してい
る。
【0027】(実施例3)以下の手順で、帯域が192
0〜1980MHzのフィルタを作製した。36°Yカ
ットX伝播のLiTaO3の単結晶からなる圧電基板上
に、スパッタ法により、下からAl層(850Å)、M
g層(140Å)及びAl層(850Å)の積層体を形
成した。形成後、真空中で1時間、200℃でアニール
処理した。積層体上に所定形状のレジストパターンをフ
ォトリソグラフィ法により形成した。この後、レジスト
パターンをマスクとして、以下の条件で、前記積層体を
反応性イオンエッチングによりドライエッチングした。 ・エッチング条件 エッチングガス:Cl2とHeの混合ガス(流量比1:
9) ガス圧:1Pa RFパワー:最初70Wで、オーバーエッチング時(全
エッチング時間の%)に50Wに下げる
【0028】エッチング後、アッシャー室でO2により
レジストパターンをアッシングし、アフターコロージョ
ン対策としてのSF6によるポストエッチング、溶液処
理、水洗を施した。得られたフィルタは、図7の等価回
路図に示すように、正規型一端子対弾性表面波共振器
(SAW素子)が、直列腕に3つ(S1、S2、S
3)、並列腕に2つ(P1、P2)配置された構成のラ
ダー型フィルタである。なお、直列腕の弾性表面波共振
器を直列共振器、並列腕の弾性表面波共振器を並列共振
器と称する。直列共振器は、電極の周期1.94μm、
開口長30μm、励振電極の対数165、反射電極の対
数80とした。並列共振器P1は、電極の周期2.03
μm、開口長55μm、励振電極の対数100、反射電
極の対数78とし、P2は反射電極の対数を39とする
こと以外はP1と同一とした。
【0029】得られたフィルタは、残渣やアフターコロ
ージョンも発生せず、良好なパターンの電極を有してい
た。更に、フィルタの通過特性を図8に示す。この図に
は、ほぼシュミレーション通りのフィルタ特性が得られ
ることが示されていることから、圧電基板へのエッチン
グによるダメージはないものと考えられる。更に、RF
パワーを70Wのままで、ガス圧を最初1Paで、オー
バーエッチング時に3Paに上げること以外は、上記と
同様にしてフィルタを作製した。得られたフィルタは、
上記と同様に良好な電極を有し、通過特性もほぼシュミ
レーション通りの結果が得られた。
【0030】(比較例1)エッチング条件を下記のよう
に変更すること以外は実施例1と同様にして、Al層、
Al−2%Mg合金層及びAl−4%Mg合金層をエッ
チングした。 ・エッチング条件 エッチングガス:BCl3とCl2の混合ガス(流量比
1:1) ガス圧:5Pa RFパワー:50W
【0031】実施例1と同様にして後処理した。Al層
の場合は、マスクの形状を反映したシャープな電極を得
ることができた。Al−2%Mg合金層の場合は、エッ
チングは最後まで進行したものの、Mg、Cl、C及び
Oの成分からなる残渣が多数圧電基板上に残ると共に、
アフターコロージョンも多く見られた。更に、Al−4
%Mg合金層の場合、約150nmの厚さまでエッチン
グが進んだものの、これ以上エッチングは進まなかっ
た。また、アフターコロージョンも多く見られた。
【0032】(実施例4)Mgの含有割合を0〜5重量
%に変動させること以外は、実施例1と同様にして電極
を形成した。得られた電極のMgの含有割合に対する電
極とレジストの選択性を図9に示す。また、Mgの含有
割合を0〜5重量%に変動させること以外は、比較例1
と同様にして電極を形成した。得られた電極のMgの含
有割合に対する電極とレジストの選択性も図9に示す。
図9から、本発明のエッチング条件によれば、Mgの含
有割合が増えても、選択性が維持されていることが分か
る。
【0033】(比較例2)エッチング条件を下記のよう
に変更すること以外は実施例1と同様にして、Al−5
%Cu合金層をエッチングした。 ・エッチング条件 エッチングガス:BCl3とCl2とHeの混合ガス(流
量比BCl3+Cl2:He=1:9、BCl3とCl2
添加割合を変化させた) ガス圧:2Pa RFパワー:100W
【0034】実施例1と同様にして後処理した。図10
にBCl3とCl2の添加割合に対する合金層のエッチン
グレートを示す。図10から明らかなように、BCl3
の添加量が増加するに従って、エッチングレートが減少
し、BCl3の添加が逆効果であることが分かった。
【0035】
【発明の効果】本発明のSAW素子の製造方法によれ
ば、ハロゲン化物の蒸気圧が低い他の金属とAlとを高
濃度に含む電極を反応性イオンエッチングでパターニン
グすることにより形成するに際して、アフターコロージ
ョンの発生を抑制し、電極下の基板の掘れを生じないエ
ッチングを実現することができる。本発明の製造方法に
より、高耐電力性の電極を用いたSAW素子の製造が容
易となり、SAW素子を用いたアンテナ分波器のような
装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガス圧と選択比の関係を示すグラフである。
【図2】混合ガス中のHeの割合と選択比の関係を示す
グラフである。
【図3】SAW素子の概略平面図である。
【図4】実施例2のSAW素子の製造方法の概略断面図
である。
【図5】実施例2のSAW素子のオーバーエッチング時
間と中心周波数の関係を示すグラフである。
【図6】実施例2のSAW素子のオーバーエッチング時
間と最小挿入損失の関係を示すグラフである。
【図7】実施例3のSAW素子の等価回路図である。
【図8】実施例3のSAW素子の通過特性を示すグラフ
である。
【図9】実施例4のMgの含有割合と選択比の関係を示
すグラフである。
【図10】比較例2のBCl3とCl2の添加割合と合金
層のエッチングレートの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 圧電基板 2 合金層 3 レジストパターン 4 電極 P1、P2 並列共振器 S1〜S3 直列共振器 A、B 励振電極 C、D 反射電極 Y 開口長 λ 電極の周期
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊形 理 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 良夫 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F004 AA08 BB13 CA02 CA03 DA04 DA18 DA22 DB09 DB12 EA28 FA01 5F043 DD12 DD15 GG10 5J097 AA28 AA31 BB01 BB11 CC02 DD13 DD16 FF01 FF03 GG03 GG05 HA02 KK01 KK04 KK09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Alと他の金属を含む電極を備えた弾性
    表面波素子の製造方法であって、該電極が反応性イオン
    エッチングによるパターニングにより形成され、反応性
    イオンエッチングがCl2とHeの混合ガスからなるエ
    ッチングガスを使用し、0.1〜3Paのガス圧下で行
    われることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 他の金属がCu、Mg又はその両方であ
    る請求項1に記載の弾性表面波素子の製造方法
  3. 【請求項3】 他の金属がハロゲン化物の蒸気圧が低い
    金属である請求項1に記載の弾性表面波素子の製造方法
  4. 【請求項4】 電極が、Al層又はその合金層とMg層
    との積層体である請求項2に記載の弾性表面波素子の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 電極が、他の金属を1重量%以上含む請
    求項1〜4のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 電極が、LiNbO3、LiTaO3又は
    Li247の単結晶からなる圧電基板上に形成された
    請求項1〜5のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 Heが、全混合ガス中に、流量比で70
    %以上含まれる請求項1〜6のいずれかに記載の弾性表
    面波素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 パターニング前に、電極形成用の金属層
    がアニール処理に付される請求項1〜7のいずれかに記
    載の弾性表面波素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 アニール処理が、100〜300℃の温
    度下で行われる請求項8に記載の弾性表面波素子の製造
    方法。
  10. 【請求項10】 反応性イオンエッチングが2段階から
    なり、後半のエッチング時のRFパワーが、前半に比べ
    て50%以上100%未満となる請求項1〜9のいずれ
    かに記載の弾性表面波素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 反応性イオンエッチングが2段階から
    なり、後半のエッチング時のガス圧が、前半に比べて
    1.5〜3倍高い請求項1〜10のいずれかに記載の弾
    性表面波素子の製造方法。
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