JP2002043646A - 薄膜、薄膜の製造方法および電子部品 - Google Patents
薄膜、薄膜の製造方法および電子部品Info
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Abstract
ことができる薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 薄膜としてのAlN圧電薄膜10は、S
iの基板12上に形成される。この場合、AlN圧電薄
膜10は、Arと窒素との混合ガスであって窒素流量比
(窒素流量/(Ar流量+窒素流量))が10%〜75
%である混合ガスを用いるスパッタリング法で形成され
る。
Description
方法および電子部品に関し、特にたとえば圧電薄膜共振
子、フィルタ、センサおよびアクチュエータなどの電子
部品に用いられる圧電体薄膜、誘電体薄膜および磁性体
薄膜などの薄膜などに関する。
振子の共振周波数は、圧電基板の厚さに反比例するの
で、超高周波領域では圧電基板をきわめて薄く加工する
必要がある。しかしながら、圧電基板自体の厚さを薄く
するのは、その機械的強度や取扱い上の制限などから、
基本モードでは数100MHzが実用上の高周波限界と
されてきた。
ダイヤフラム型の圧電薄膜共振子が提案されており、フ
ィルタや共振器に用いられている。図5は従来の圧電薄
膜共振子の一例を示す断面図解図である。図5に示す圧
電薄膜共振子1はSi基板2を含む。Si基板2には、
微細加工法を用いて裏面から部分的にエッチングするこ
とによって、数μm以下の厚さの薄膜支持部3が形成さ
れる。薄膜支持部3の上には、両主面に一対の励振用電
極として下層電極4aおよび上層電極4bを有する圧電
体薄膜としてのAlN圧電薄膜5が設けられる。それに
よって、薄膜支持部3およびその周辺部分がダイヤフラ
ム部6として形成される。図5に示す圧電薄膜共振子1
では、薄膜支持部3は微細加工技術を用いて薄く形成す
ることができ、AlN圧電薄膜5もスパッタリングなど
によって薄く形成することができるので、数100MH
z〜数1000MHzまで高周波特性をのばすことがで
きる可能性がある。
振特性などの良好な共振特性を得るために図6に示す圧
電薄膜共振子が提案されている。図6は従来の圧電薄膜
共振子の他の例を示す断面図解図である。図6に示す圧
電薄膜共振子7では、図5に示す圧電薄膜共振子1と比
べて、Si基板2の上層部分にSiO2 、Si3 N4、
Al2 O3 またはZnOなどの薄膜8が形成される。
よび7を実現するためには、ダイヤフラム部6が破壊さ
れないように全体の応力を制御する必要があり、SiO
2 の薄膜は強い圧縮性を持ち、Si3 N4 の薄膜および
Al2 O3 の薄膜は強い引っ張り性を持つことなどか
ら、AlN圧電薄膜5の内部応力を制御する必要があ
る。
を示すためには、C軸が基板に対して垂直に配向し、ロ
ッキングカーブの半値幅が狭い方が望ましいといわれて
いる(たとえば、”弾性波素子技術ハンドブック”、日
本学術振興会弾性波素子技術第150委員会、オーム社
(1991))。一般的に、スパッタリング法でAlN
圧電薄膜を作製する場合、良好なC軸配向膜は成膜圧力
が0.6Pa以下の低ガス圧領域で得られている(たと
えば、A. Rodriguez-Navarro, W. Otano-Rivera, J. M.
Garcia-Ruiz, R. Messier and L. J. Pilione, J. Mat
er. Res., Vol.12, No. 7, 1850(1997))。一方、低ガ
ス圧領域では釘打ち効果(peening効果)が強い
ため、形成したAlN圧電薄膜は強い圧縮性を持ってし
まう。したがって、従来、成膜時のガス圧によってAl
N圧電薄膜の内部応力を制御していた。
ス圧を高くするとAlN圧電薄膜の配向性が低下し、そ
れにともない共振特性も低下する。したがって、ガス圧
により制御されたAlN圧電薄膜の内部応力と配向性と
はトレードオフの関係にあり、高い配向性を保ちなが
ら、内部応力を制御することが困難であった。
い配向性を保ちながら内部応力を制御することができる
薄膜を提供することである。この発明の他の目的は、高
い配向性を保ちながら内部応力を制御することができる
薄膜の製造方法を提供することである。この発明のさら
に他の目的は、高い配向性を保ちながら内部応力を制御
することができる薄膜を有する電子部品を提供すること
である。
は、基板の表面に形成されるAlNを主成分とする薄膜
において、結晶性がC軸配向であり、ロッキングカーブ
の半値幅が1.4°〜1.6°であり、内部応力が±1
GPaの範囲で制御することができることを特徴とす
る、薄膜である。この発明にかかる薄膜の製造方法は、
Arと窒素との混合ガスであって窒素流量比(窒素流量
/(Ar流量+窒素流量))が10%〜75%である混
合ガスを用いるスパッタリング法でこの発明にかかる薄
膜を形成する、薄膜の製造方法である。この発明にかか
る電子部品は、この発明にかかる薄膜を用いた、電子部
品である。
ング法に用いられるArと窒素との混合ガスの窒素流量
比を制御することによって、薄膜の配向性を変化させる
ことなく薄膜の内部応力を制御することができる。その
ため、薄膜をたとえば圧電共振子に搭載する場合、反り
や割れを減少するように薄膜の内部応力を選択しても、
薄膜の配向性の変化による共振特性への影響を小さくす
ることができる。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
電薄膜の一例を示す断面図解図である。図1に示すAl
N圧電薄膜10は、Siなどの基板12上に形成され
る。この場合、AlN圧電薄膜10は、Alターゲット
を有するRFマグネトロンスパッタ装置を用い、Arと
窒素との混合ガスを用いて形成される。また、この場
合、基板12の温度は100℃で、装置のRFパワーは
100Wで、窒素流量比は5%〜90%で、AlN圧電
薄膜10が形成される。
10の内部応力およびC軸配向性の窒素流量比の依存性
を図2および図3のグラフに示す。内部応力σは、Al
N圧電薄膜10の形成前後の基板12の反り量δ、反り
量の測定距離L、AlN圧電薄膜10の膜厚d、基板1
2のヤング率E、基板12の厚さtおよび基板12のポ
アソン比pとの関係(式1)から算出した。 σ=4Et2 δ/3d(1−p)L2 ・・・(式1) また、C軸配向性については、X線回折の(002)ロ
ッキングカーブ半値幅を測定した。
うに、窒素流量比が10%〜75%において、AlN圧
電薄膜10のC軸配向性が1.4°〜1.6°と高配向
の安定領域で、AlN圧電薄膜10の内部応力を±1G
Paの範囲で制御することができる。
は、成膜パラメーターである窒素流量比を制御すること
によって、高いC軸配向性を保ちながら、内部応力を制
御することができる。
一例を示す断面図解図である。図4に示す圧電薄膜共振
子20はSi基板22を含む。
N4 またはAl2 O3 などの薄膜24、下層電極26
a、圧電体薄膜としてのAlNを主成分とするAlN圧
電薄膜28および上層電極26bが、その順番に形成さ
れる。この場合、薄膜24は、Si基板22の上面全面
に形成される。下層電極26aは、薄膜24の上面にお
いて中央部を含む部分に形成される。AlN圧電薄膜2
8は、薄膜24の中央部を含む部分に対応して、薄膜2
4および下層電極26aの上面に形成される。上層電極
26bは、薄膜24の中央部を含む部分に対応して、A
lN圧電薄膜28の上面に形成される。また、この場
合、AlN圧電薄膜28は、上述の図1に示すAlN圧
電薄膜10を形成する条件と同じ条件で形成される。ま
た、それ以外の薄膜24、下層電極26aおよび上層電
極26bは、スパッタリングや蒸着などの手段で形成さ
れる。
部に対応する部分を裏面から異方性エッチングやRIE
(Reactive Ion Etching)などの
手段で除去することによって、ダイヤフラム部30が形
成される。を形成する。
して用いる圧縮性の強いSiO2 や引っ張り性の強いS
i3 N4 、Al2 O3 などの応力を緩和するようにAl
N圧電薄膜28の内部応力を制御しても、AlN圧電薄
膜28の配向性の変化が小さいため、電気機械結合係数
k2 がバルクの30%以上で安定した共振特性が得られ
る。
周波数の温度特性などの共振特性を向上させる手段とし
て薄膜24とAlN圧電薄膜28との膜厚比を調整する
ことがあるが、膜厚比が変わることによるダイヤフラム
部30の反りの調整をAlN圧電薄膜28の内部応力で
制御することが可能である。
は、ダイヤフラム部30の反りを小さくするためにAl
N圧電薄膜28の内部応力を制御しても、共振特性の変
化を小さくすることができる。
誘電体薄膜や磁性体薄膜などの他の薄膜にも適用され得
る。
ず、フィルタ、センサおよびアクチュエータなどの他の
電子部品にも適用され得る。
振子などの電子部品に用いられるたとえば圧電体薄膜な
どの薄膜の高い配向性を保ちながら内部応力を制御する
ことができる。
断面図解図である。
性を示すグラフである。
存性を示すグラフである。
断面図解図である。
である。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板の表面に形成されるAlNを主成分
とする薄膜において、 結晶性がC軸配向であり、ロッキングカーブの半値幅が
1.4°〜1.6°であり、内部応力が±1GPaの範
囲で制御することができることを特徴とする、薄膜。 - 【請求項2】 Arと窒素との混合ガスであって窒素流
量比(窒素流量/(Ar流量+窒素流量))が10%〜
75%である混合ガスを用いるスパッタリング法で請求
項1に記載の薄膜を形成する、薄膜の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の薄膜を用いた、電子部
品。
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