JP2005223876A - マルチバンド用表面弾性波素子の製造方法 - Google Patents

マルチバンド用表面弾性波素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は表面弾性波素子の製造方法に関するものである。
【解決手段】圧電セラミック基板11上に第1導電層12、導電性物質から成るエッチング停止膜13、及び第2導電層14を順次に形成する段階と、第1表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層14の上面にマスク15を形成する段階と、上記マスク15を利用して第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層14をエッチングする段階と、上記マスク15を除去した後、上記第1表面弾性フィルター領域に該当する第2導電層14と上記第2表面弾性波フィルター領域に該当するエッチング停止膜13上に各々上記第1及び第2表面弾性フィルターの各電極を形成するためのフォトレジストパターン16を形成する段階と、上記フォトレジストを用いて上記第1及び第2導電層12,14と上記エッチング停止膜13を選択的にエッチングする段階と、上記フォトレジストを除去する段階とを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は表面弾性波素子(SAW)の製造方法に関するもので、より詳しくは同一基板上に相異な厚さの電極を有するマルチバンド用表面弾性波素子の製造方法に関するものである。
最近、表面弾性波素子はデュアルバンドフィルターまたはマルチバンドフィルター特性を得るために同一基板上に2個以上の表面弾性波フィルターが形成された素子形態で製造される。上記マルチバンド用表面弾性波素子は相異する周波数帯域においてフィルタリング特性を得るために、各電極が異なる質量を有するよう構成されることが要求され(マスローディング(mass−loading)効果)、そのため一般的に各周波数帯域に対して相異する厚さの電極を提供する方案が利用されている。
従来の方式において、特開平10−190390号公報(出願人:株式会社村田製作所、出願日:1996.12.25)には、フォトリソグラフィーとエッチング工程を利用して同一基板上に相異する厚さを有する電極を備えた表面弾性波素子を製造する方法が開示されている。図3(A)ないし図3(E)は上記文献によるデュアルバンドフィルターのための表面弾性波素子の製造方法を示す。
上記文献によると、図3(A)のように、圧電セラミック基板(101)の上面全体に第1の表面弾性波フィルターの第1電極に該当する導電層(102)を蒸着し、上記第1表面弾性波フィルターに属する導電層(102)領域に第1電極が形成されるようパターニングされたフォトレジスト(105)を形成する。次いで、図3(B)のようにエチェントを用いて露出した導電層(102)を選択的に除去することにより、上記圧電セラミック基板(101)の一領域に第1電極(102a)を有する第1表面弾性波フィルター(110a)が設けられる。次に、図3(C)のように上記圧電セラミック基板(101)の全面に第2表面弾性波フィルターの第2電極を形成するためにパターニングされたフォトレジスト(106)を形成した後、図3(D)のように第2電極に該当する厚さで導電層(104)を蒸着する。次いで、上記導電層(104)の一部(104b)をフォトレジストと共にリフトオフ(lift−off)させることにより、上記圧電セラミック基板(101)の他領域に第2電極(104a)を有する第2表面弾性波フィルター(110b)が設けられる。
このように、上記特開平10−190390号公報にはフォトレジスト工程とエッチング工程を利用して相異する厚さの電極(102a、104a)を有する2個の表面弾性波フィルター(110a、110b)を同一圧電セラミック基板(101)上に形成することによりデュアルバンドフィルター用表面弾性波素子(110)を提供する。
特開平10−190390号公報
ところで、上記製造方法はフォトレジスト及びリフトオフ工程により好ましくない問題が起こりかねない。先ず、図3(E)のフォトレジストパターン形成工程において通常のフォトリソグラフィー工程の限界により得られたパターンの側面においてきれいなプロファイルを得るのが大変困難である。こうした問題により上記フォトレジストパターンの側面プロファイルが大変不良になり、結果として図3(B)の段階から得られる第1電極(102a)の側面に比べてリフトオフ工程が適用される第2電極(104a)の側面が不均一になる問題が生じ、さらに第2表面弾性波フィルター(110b)の特性を低下させかねない。
また、リフトオフ工程時電極部分がストリップ液のような多量の水分に露出され、これにより腐食の可能性が高くなるという問題がある。一方、マルチバンド用表面弾性波素子の場合、相異する厚さの電極を有する3個以上の表面弾性波フィルターを製造するために、2回以上のリフトオフ工程が繰り返されなければならないので、これにより上記問題が深刻になるばかりでなく、全体工程が複雑になりすぎるという問題がある。
本発明は、上記した技術的課題を成し遂げるためのもので、その目的は、同一圧電セラミック基板に少なくとも2個の表面弾性波フィルターを形成するにあたって、電極形成のための導電層と上記導電層と相異するエッチング条件を有する導電性物質から成るエッチング停止膜を用いて相異な電極の厚さを具現する表面弾性波素子の製造方法を提供することにある。
上記した技術的課題を解決するために、本発明は、一つの圧電セラミック基板上に相異な電極厚さを有する第1及び第2表面弾性波フィルターを含む表面弾性波素子の製造方法において、圧電セラミック基板上に第1導電層、導電性物質から成るエッチング停止膜、及び第2導電層を順次に形成する段階と、上記第1表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層上面にマスクを形成する段階と、上記マスクを利用して上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層を選択的に除去する段階と、上記マスクを除去した後に上記第1表面弾性フィルター領域に該当する第2導電層と上記第2表面弾性波フィルター領域に該当するエッチング停止膜上に各々上記第1及び第2表面弾性フィルターの各電極を形成するためのフォトレジストパターンを形成する段階と、上記フォトレジストを利用して上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的に除去する段階と、上記フォトレジストを除去する段階とを含む表面弾性波素子の製造方法を提供する。
好ましくは、上記第1導電層と上記第2導電層が同一金属から成り、上記第2導電層はAlから成り、上記エッチング停止膜はCrまたはMoから成ることができる。また、本発明に用いられるエッチング停止膜は約5nm〜約20nmの厚さを有することが好ましい。本発明の一実施形態において、上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層を除去する段階は燐酸、硝酸、及び酢酸を含んだエチェントによりウェットエッチングする段階から具現することができ、これと異なりClガスでドライエッチングする段階から具現することもできる。
また、上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的に除去する段階は、高いバイアスパワー範囲においてArガスを用いて上記エッチング停止膜を物理的に除去する段階であることができる。この場合、上記エッチング停止膜を物理的に除去する段階は、上記エッチング停止膜の除去後、上記第1導電層が完全に除去される前に、上記エッチング停止膜除去時に使用するバイアスパワーを下げる段階を含み、上記圧電セラミック基板の表面への損傷を防止することもできる。これと異なり、上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的にエッチングする段階はClガスとOガスを用いてドライエッチングする段階とさせることもできる。
さらに、本発明は3個以上のフィルター領域を有する表面弾性波素子の製造方法を提供する。上記方法は一つの圧電セラミック基板上に相異する電極厚さを有する複数個の表面弾性波フィルターを含む表面弾性波素子の製造方法において、圧電セラミック基板上に各層同士にエッチング停止膜が介在された複数個の導電層から成る電極構造物を形成する段階と、上記エッチング停止膜を利用して上記各表面弾性波フィルター領域を選択的にエッチングすることにより上記各領域ごとに異なる厚さの電極構造物を形成する段階と、上記表面弾性フィルター領域の電極構造物上に電極パターンを形成するためのフォトレジストを形成する段階と、上記フォトレジストを用いて上記電極構造物を選択的にエッチングすることにより上記各表面弾性波フィルターの電極を形成する段階とを含む。
さらに、本発明は、一つの圧電セラミック基板上に形成された相異な厚さの電極を有する第1及び第2表面弾性波フィルター領域を含む表面弾性波素子において、上記圧電セラミック基板上面の第1表面弾性波フィルター領域に順次に積層された第1下部導電層、第1 エッチング停止膜及び第1上部導電層を含んだ第1電極と、上記圧電セラミック基板上面の第2表面弾性波フィルター領域に順次に積層された第2導電層と第2エッチング停止膜を含む第2電極とを含み、上記第1下部導電層と上記第2導電層は同一厚さを有し同一物質から成り、上記第1エッチング停止膜と上記第2エッチング停止膜は同一厚さを有し、同一導電物質から成ることを特徴とする表面弾性波素子を提供する。
上述したように、本発明によると、リフトオフ工程無しにエッチング停止膜を用いて相異する厚さを有する表面弾性波フィルターの電極を形成することにより不均一な電極側面プロファイル問題を改善できるばかりでなく、ストリップ液などによる電極腐食問題を効果的に防止することができる。また、電極を構成する導電層に対する蒸着工程を完了した状態で電極形成工程が進むので、電極蒸着のための工程チェンバへの繰り返した移送過程を避けられ、一つのフォトレジストを用いて相異する厚さの電極を同時にパターニングすることにより工程を簡素化させられる。
以下、添付の図を参照しながら本発明の好ましき実施の形態を説明する。
図1(A)ないし図1(F)は本発明による表面弾性波素子の製造方法を説明するための各工程別断面図である。本工程は一つの圧電セラミック基板上に相異な電極厚さを有する第1及び第2表面弾性波フィルターを含んだ表面弾性波素子の製造方法を示す。
先ず、図1(A)のように圧電セラミック基板(11)上に第1導電層(12)、導電性物質から成るエッチング停止膜(13)、及び第2導電層(14)を順次に形成する。圧電セラミック基板(11)はLiTaOまたはLiNbOであることができ、上記エッチング停止膜(13)は少なくとも第1導電層とはエッチング条件に応じてエッチング率の差が大きい導電性物質から成る。好ましくは、第1導電層(12)は通常の表面弾性波フィルターの電極物質であるAlから成り、エッチング停止膜(13)はCrまたはMoから成る。また、上記第2導電層(14)は第1導電層(12)と同一金属のAlから成ることができる。この際、各導電層(12、14)とエッチング停止膜(13)の厚さは所望の電極厚さで決定される。即ち、第2導電層(14)は第1及び第2表面弾性波フィルターの電極厚さの差により決定され、第1導電層(12)とエッチング停止膜(13)の厚さは第2表面弾性波フィルターの電極厚さにより決定される。但し、以降の除去工程及び電極特性に対する影響に鑑みて、上記エッチング停止膜(13)は5nmないし20nmほどに薄く形成することが好ましい。
次いで、図1(B)のように、上記第1表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層(14)の上面にマスク(15)を形成する。上記マスク(15)は第1表面弾性波フィルター領域のための遮蔽部とされ、フォトレジストを利用して形成することができる。即ち、フォトレジストを上記第2導電層(14)の全面に形成した後、上記第2表面弾性波フィルター領域のフォトレジスト部分のみ露光させ除去することにより図1(B)のようなマスク(15)を形成することができる。
次に、図1(C)のように、上記マスク(15)を利用して上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層(14)を選択的にエッチングして除去する。本段階においてはウェットエッチング工程とドライエッチング工程がすべて使用されることができるが、第2導電層(14)に対しては高エッチング率を有しエッチング停止膜(13)に対しては低エッチング率を有するエチェント及びエッチング条件を選択しなければならない。したがって、第2導電層(14)物質がAlで、エッチング停止膜(13)物質がCrまたはMoの場合、ウェットエッチング工程には燐酸、硝酸及び酢酸を含んだエチェントを使用することが好ましい。また、ドライエッチング工程には反応性イオンエッチング(reactive ion etch;RIE)と誘導結合プラズマエッチング工程(inductively coupling plasma etch:ICP)が用いられることができ、より具体的にはAlのような金属に対して反応性を有するガス、即ちClガスが使用されることができる。但し、Clガスを使用するエッチング工程の場合にはCrのようなエッチング停止膜(13)がほぼ反応しないよう低いバイアスパワーを印加する条件下に施すことが好ましい。
次いで、図1(D)のように、上記マスク(15)を除去した後に前記第1表面弾性フィルター領域に該当する第2導電層(14)と上記第2表面弾性波フィルター領域に該当するエッチング停止膜(13)上に各々上記第1及び第2表面弾性フィルターの各電極を形成するためのフォトレジストパターン(16)を形成する。上記フォトレジスト(16)は第2導電層(14)及び露出したエッチング停止膜(13)の全面に形成した後、所望の電極パターンで露光させてから除去する方式により形成することができる。このように、本発明においては2個の表面弾性波フィルターの電極を同時に形成するためのフォトレジストパターン(16)が用いられる。
次に、図1(E)のように、上記フォトレジスト(16)を利用して上記第1及び第2導電層(12、14)と上記エッチング停止膜(13)を選択的にエッチングして除去することにより第1及び第2表面弾性波フィルター(20a、20b)のための電極(17a、17b)を形成する。本エッチング工程は第1導電層(12)とエッチング停止膜(13)及び第2導電層(14)を相異するエッチング条件において除去できるが、工程効率の面に鑑みて同時に除去するためのエッチング条件で実行することが好ましい。したがって、本段階のエッチング工程はエッチング停止膜(13)が第1及び第2導電層(12、14)と共にエッチングされる条件を選択することが好ましい。
これを満足する好ましきエッチング条件としては、エッチング停止膜(13)がCrまたはMoの場合、ClガスにOガスを添加する工程を利用することができる。こうしたエッチング条件においては、OガスはCrまたはMo物質がClガスと反応できるよう反応性を向上させる作用をするので、上記エッチング停止膜(13)をAlである第1及び第2導電層(12、14)と共に除去することができる。
これと異なり、エッチング停止膜(13)を除去するための条件としては、Alである第1及び第2導電層(12、14)を除去する場合は相対的に弱いバイアスパワーにおいてClガスを利用し、エッチング停止膜(13)をエッチングする際は強いバイアスパワーにおいてArガスを利用してエッチング停止膜を除去することができる。この場合、Arガスとエッチング停止膜(13)は別途の化学的反応を伴わず、比較的薄い厚さのエッチング停止膜(13)はプラズマ状態において高エネルギーを有するArイオンによるイオン衝撃によりエッチング停止膜(13)を物理的に除去することができる。但し、エッチング停止膜(13)のための強いバイアスパワーは表面状態に敏感な表面弾性波素子の特性を考慮して、圧電セラミック基板(11)の表面が損傷されないよう、エッチング停止膜(13)が除去された後、第1導電層(12)が完全に除去される前に低くなることが好ましい。
最後に、図1(F)のように、図1(E)に使用されたフォトレジスト(16)を除去することにより第1及び第2表面弾性波フィルター(20a、20b)の電極(17a、17b)を相異な厚さで形成することができる。このように本発明による表面弾性波素子は厚さが異なる2個の電極をリフトオフ工程を利用せずに、同時に形成することができる。したがって、リフトオフ工程時に伴う不均一な電極側面プロファイルやストリップ液による腐食の問題を防止できるばかりでなく、電極を構成する導電層に対する蒸着工程を完了した状態で電極形成工程が進むので電極蒸着のための工程チャンバへの繰り返した移送過程を省く同時に、一つのフォトレジストを用いて相異な厚さの電極を同時にパターニングすることができる。
本発明は相異する電極厚さを有する3個以上の表面弾性波フィルターを含んだ表面弾性波素子の製造工程に容易に応用されることができる。即ち、圧電セラミック基板上に各層間にエッチング停止膜が介在した複数個の導電層から成る電極構造物を形成し、次に図1(C)と図1(D)の工程を繰り返し上記エッチング停止膜を用いて上記各表面弾性波フィルター領域を選択的にエッチングすることにより上記各領域ごとに異なる厚さの電極構造物を形成する。
次に、上記表面弾性フィルター領域の電極構造物上に電極パターンを形成するためのフォトレジストを形成した後に、上記フォトレジストを利用して上記電極構造物を選択的にエッチングすることにより上記各表面弾性波フィルターの電極を形成する。これにより相異する電極厚さを有する3個以上の表面弾性波フィルターを含む表面弾性波素子を形成することができる。図2は本発明の一実施形態であり、3個のフィルター領域を有する表面弾性波素子の断面図を示す。
図2によると、上記表面弾性波素子(30)は一つの圧電セラミック基板(21)上に形成された3個の表面弾性波フィルター領域(30a、30b、30c)を含む。上記第1表面弾性波フィルター(30a)の電極(27a)は下部、中間、及び上部導電層部分(22a、24a、26a)と下部及び上部エッチング停止膜(23a、25a)を含み、上記第2表面弾性波フィルター(30b)の電極(27b)は下部及び上部導電層部分(22b、24b)と下部及び上部エッチング停止膜(23b、25b)を含む。また、上記第3表面弾性波フィルター(30c)の電極(27c)は導電層部分(22c)とエッチング停止膜(23c)を含む。上記第1表面弾性波フィルターの下部導電層(22a)と上記第2表面弾性波フィルターの下部導電層(22b)、及び上記第3表面弾性波フィルターの導電層(22c)はAlなどの同一導電層から成るので、同一な厚さを有し、上記第1表面弾性波フィルターのエッチング停止膜(23a)と上記第2表面弾性波フィルターのエッチング停止膜(23b)及び上記第3表面弾性波フィルターのエッチング停止膜(23c)はCrまたはMoなどの同一物質層から成るので、その厚さが相互に同じである。これと類似に、上記第1表面弾性波フィルターの中間導電層(24a)と上記第2表面弾性波フィルターの上部導電層(24b)及び上記第1表面弾性波フィルターのエッチング停止膜(25a)と上記第2表面弾性波フィルターのエッチング停止膜(25b)とは各々同一な導電層及び同一物質層から成るので、相互に同じ厚さを有する。
図2に示した表面弾性波素子(30)は同一な圧電基板上に第1導電層、第1エッチング停止膜、第2導電層、第2エッチング停止膜、及び第3導電層を順次に形成した後、第1表面弾性フィルター領域の第3導電層上にマスクを形成してから、第2及び第3表面弾性波フィルター領域に該当する第3導電層を除去し、次いで第1及び第2表面弾性波フィルター領域の上面にマスクを形成した後、第2エッチング停止膜と第2導電層を除去することにより形成されることができる。この場合、第2エッチング停止膜を1次的に除去した後、第1エッチング停止膜に低い選択性を有するエッチング条件において第2導電層を除去して第1エッチング停止膜の上部までエッチングされるよう制御する。
このように、本発明は上述した実施形態及び添付の図により限定されるものではなく、添付の請求の範囲により限定される。したがって、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形、及び変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有するものにとっては明らかであろう。
(A)ないし(F)は本発明による表面弾性波素子の製造方法を説明するための各工程別断面図である。 本発明により製造された3個のフィルター領域を有する表面弾性波素子の断面図である。 (A)ないし(E)は従来の表面弾性波素子の製造方法を説明するための各工程別断面図である。
符号の説明
11 圧電セラミック基板
12 第1導電層
13 エッチング停止膜
14 第2導電層
15 マスク
16 フォトレジストパターン
20 表面弾性波素子

Claims (14)

  1. 一つの圧電セラミック基板上に相異な電極厚さを有する第1及び第2表面弾性波フィルターを含む表面弾性波素子の製造方法において、
    上記圧電セラミック基板上に第1導電層、導電性物質から成るエッチング停止膜、及び第2導電層を順次に形成する段階と、
    上記第1表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層の上面にマスクを形成する段階と、
    上記マスクを利用して上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層を選択的に除去する段階と、
    上記マスクを除去した後、上記第1表面弾性フィルター領域に該当する第2導電層と上記第2表面弾性波フィルター領域に該当するエッチング停止膜上に各々上記第1及び第2表面弾性フィルターの各電極を形成するためのフォトレジストパターンを形成する段階と、
    上記フォトレジストを利用して上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的に除去する段階と、
    上記フォトレジストを除去する段階と、
    を有することを特徴とする表面弾性波素子の製造方法。
  2. 上記第1導電層と上記第2導電層は同一金属から成ることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  3. 上記第2導電層はAlから成り、上記エッチング停止膜はCrまたはMoから成ることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  4. 上記エッチング停止膜の厚さは約5nm〜約20nmであることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  5. 上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層を除去する段階は、燐酸、硝酸及び酢酸を含むエチェントによりウェットエッチングする段階であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  6. 上記第2表面弾性波フィルター領域に該当する第2導電層を除去する段階は、Clガスによりドライエッチングする段階であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  7. 上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的に除去する段階は、高いバイアスパワーにおいてArガスを用いて上記エッチング停止膜を物理的に除去する段階であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  8. 上記エッチング停止膜を物理的に除去する段階は、上記エッチング停止膜が除去された後、上記第1導電層が完全に除去される前に、上記エッチング停止膜除去時に用いられるバイアスパワーを低くする段階を含むことを特徴とする請求項7に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  9. 上記第1及び第2導電層と上記エッチング停止膜を選択的にエッチングする段階は、ClガスとOガスを用いてドライエッチングする段階であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子の製造方法。
  10. 一つの圧電セラミック基板上に相異な電極厚さを有する複数個の表面弾性波フィルターを含む表面弾性波素子の製造方法において、
    上記圧電セラミック基板上に各層間にエッチング停止膜が介在された複数個の導電層から成る電極構造物を形成する段階と、
    上記エッチング停止膜を利用して上記各表面弾性波フィルター領域を選択的にエッチングすることにより上記各領域ごとに異なる厚さの電極構造物を形成する段階と、
    上記表面弾性フィルター領域の電極構造物上に電極パターンを形成するためのフォトレジストを形成する段階と、
    上記フォトレジストを利用して上記電極構造物を選択的にエッチングすることにより上記各表面弾性波フィルターの電極を形成する段階と、
    を有することを特徴とする表面弾性波素子の製造方法。
  11. 一つの圧電セラミック基板上に形成された相異な厚さの電極を有する第1及び第2表面弾性波フィルター領域を含む表面弾性波素子において、
    上記圧電セラミック基板上面の第1表面弾性波フィルター領域に順次に積層された第1下部導電層と第1エッチング停止膜及び第1上部導電層を含む第1電極と、
    上記圧電セラミック基板上面の第2表面弾性波フィルター領域に順次積層された第2導電層と第2エッチング停止膜を含む第2電極とを含み、
    上記第1下部導電層と上記第2導電層は同一な厚さを有し同一物質から成り、上記第1エッチング停止膜と上記第2エッチング停止膜は同一な厚さを有し同一導電物質から成ることを特徴とする表面弾性波素子。
  12. 上記第1上部及び下部導電層と上記第2導電層は同一の金属から成ることを特徴とする請求項11に記載の表面弾性波素子。
  13. 上記第1上部導電層はAlから成り、上記第1及び第2エッチング停止膜はCrまたはMoから成ることを特徴とする請求項11に記載の表面弾性波素子。
  14. 上記第1及び第2エッチング停止膜の厚さは約5nm〜約20nmであることを特徴とする請求項11に記載の表面弾性波素子。
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