JP2012114156A - Method of manufacturing piezoelectric element - Google Patents

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善明 吉田
Yutaka Kokaze
豊 小風
Masahisa Ueda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a piezoelectric element in which a ferroelectric layer is processed to have a taper angle of 70° or larger by dry etching, and etching products do not adhere to the sidewall.SOLUTION: A resist 15 composed of an organic matter is placed on a processed object where a lower electrode film 12, a ferroelectric layer 13 and an upper electrode film 14 are laminated, in this order, on a substrate 11. A mixed gas of a gas containing a halogen element (excluding Cl) in the chemical structure and a rare gas is plasmatized, and brought into contact with the resist 15 and a processed object 21. Furthermore, a bias voltage is applied to an electrode under the processed object 21 so as to inject ions in the plasma, and anisotropic etching is performed. The side surface is etched to have a taper angle of 70° or larger, and etching products do not adhere to the side surface.

Description

本発明は、圧電素子の製造方法に関し、特にドライエッチングにより形状を加工した圧電素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element, and more particularly to a method for manufacturing a piezoelectric element whose shape is processed by dry etching.

近年MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術がますます発展し、インクジェットプリンタヘッド、加速度センサ、HDDヘッドのマイクロアクチュエータ等、その応用範囲に広がりを見せている。優れた圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Tz,Ti)O3、PZT)等の強誘電体は機械的応力と電気的変化を橋渡しする材料として、MEMSへの応用が盛んに研究されている。 In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology has been further developed, and its application range has been expanded to include inkjet printer heads, acceleration sensors, HDD head microactuators, and the like. Ferroelectric materials such as lead zirconate titanate (Pb (Tz, Ti) O 3 , PZT), which have excellent piezoelectric properties, are actively studied in MEMS applications as a material that bridges mechanical stress and electrical change. Has been.

圧電素子は数μm〜数十μmの強誘電体が貴金属電極にサンドイッチされた構造をしており、従来は薬液によるウェットエッチングやアルゴンミリング等により加工されてきた。MEMSの微細化に伴い圧電素子も微細化、高精密化が進むにつれ、形状制御性の良いドライエッチングが求められてきている。
ところが、圧電素子を構成するPt、Ir等の貴金属電極、およびPZT等の強誘電体はいずれも難エッチング材料と呼ばれ、ハロゲンガスとの反応性に乏しく、またそのハロゲン化物は蒸気圧が低いという特徴がある。
A piezoelectric element has a structure in which a ferroelectric material of several μm to several tens of μm is sandwiched between noble metal electrodes, and has been conventionally processed by wet etching using a chemical solution, argon milling, or the like. Along with miniaturization of MEMS, piezoelectric elements have become finer and more precise, and dry etching with good shape controllability has been demanded.
However, the noble metal electrodes such as Pt and Ir and the ferroelectrics such as PZT constituting the piezoelectric element are all called difficult-to-etch materials and have poor reactivity with the halogen gas, and the halide has a low vapor pressure. There is a feature.

強誘電体をより垂直に加工することができれば微細化を行うことが可能であるのだが、従来技術ではドライエッチングによる強誘電体のテーパー角度は60°が限度であった。
またエッチング生成物がパターン側壁に付着しやすく、その結果、次工程以降の装置を汚染したり、次工程である配線を形成する工程において断線もしくは絶縁不良を生じさせる虞があった。
If the ferroelectric can be processed more vertically, miniaturization can be performed. However, in the prior art, the taper angle of the ferroelectric by dry etching is limited to 60 °.
Further, the etching product easily adheres to the pattern side wall, and as a result, there is a possibility that the device in the subsequent process is contaminated, or that the disconnection or insulation failure is caused in the process of forming the wiring in the next process.

特許文献2では基板を高温に加熱して、難エッチング材料とエッチングガスとの反応性を高める方法が開示されているが、この場合、有機物からなるレジストは耐熱性が乏しいため、マスク材料としてハードマスクを使用する必要があるという問題があった。   Patent Document 2 discloses a method of increasing the reactivity between a difficult-to-etch material and an etching gas by heating the substrate to a high temperature. However, in this case, a resist made of an organic substance has a poor heat resistance, so that a hard mask material is used. There was a problem that it was necessary to use a mask.

国際公開第2007/129732号International Publication No. 2007/129732 特開2003−258203号公報JP 2003-258203 A

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ドライエッチングにより、強誘電体層のテーパー角を70°以上に加工し、かつ側壁にエッチング生成物が付着しない圧電素子の製造方法を提供することにある。   The present invention was created to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art. The purpose of the present invention is to process the taper angle of the ferroelectric layer to 70 ° or more by dry etching, and an etching product is formed on the side wall. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric element that does not adhere.

上記課題を解決するために本発明は、基板と、導電性材料からなる下部電極膜と、強誘電体からなる強誘電体層と、導電性材料からなる上部電極膜と、を有し、前記下部電極膜と、前記強誘電体層と、前記上部電極膜はこの順に前記基板上に配置され、前記上部電極膜と前記下部電極膜との間に電圧を印加すると前記強誘電体層の形状が変形し、電圧の印加を停止すると変形が復元する圧電素子の製造方法であって、前記基板上に、前記下部電極膜と、前記強誘電体層を構成する第一の被エッチング膜と、前記上部電極膜を構成する第二の被エッチング膜とがこの順に積層された処理対象物の、前記第二の被エッチング膜上に、前記第二の被エッチング膜を一部露出させる有機物からなるレジストを配置するレジスト配置工程と、化学構造中にハロゲン元素を含む反応ガス(ただし、Cl2は除く)と、希ガスとの混合ガスをプラズマ化し、前記レジストと前記処理対象物にプラズマを接触させ、前記処理対象物下の電極に交流電圧を印加して、プラズマ中のイオンを前記処理対象物に入射させ、前記第一、第二の被エッチング膜を部分的にエッチングし、前記下部電極膜を露出させるエッチング工程と、を有する圧電素子の製造方法である。
本発明は圧電素子の製造方法であって、前記強誘電体層は、PZT(Pb(Tz,Ti)O3)と、SBT(SrBi2Ta23)と、BIO(Bi4Ti312)と、BLT((Bi,La)4Ti312)と、PLZT((PbLa)(ZrTi)O3)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有する圧電素子の製造方法である。
本発明は圧電素子の製造方法であって、前記上部電極膜と前記下部電極膜はそれぞれ、Ptと、Irと、IrO2と、SRO(Strontium Ruthenium Oxide)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有する圧電素子の製造方法である。
本発明は圧電素子の製造方法であって、前記反応ガスは、BCl3と、CHF3と、C48とからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有する圧電素子の製造方法である。
本発明は圧電素子の製造方法であって、前記希ガスは、Heと、Neと、Arと、Krと、Xeと、Rnとからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有する圧電素子の製造方法である。
本発明は圧電素子の製造方法であって、前記エッチング工程において前記電極に印加する交流電力密度が2.25W/cm2以上である圧電素子の製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention includes a substrate, a lower electrode film made of a conductive material, a ferroelectric layer made of a ferroelectric, and an upper electrode film made of a conductive material, The lower electrode film, the ferroelectric layer, and the upper electrode film are arranged in this order on the substrate, and when a voltage is applied between the upper electrode film and the lower electrode film, the shape of the ferroelectric layer Is a method of manufacturing a piezoelectric element in which the deformation is restored when the application of voltage is stopped, and the lower electrode film and the first film to be etched constituting the ferroelectric layer are formed on the substrate, The second etching target film that constitutes the upper electrode film is made of an organic substance that exposes a part of the second etching target film on the second etching target film of the processing target laminated in this order. Resist placement process to place resist and chemical structure The reaction gas containing a halogen element (however, Cl 2 is excluded) and, to a plasma of a mixed gas of a rare gas, the resist and brought into contact with plasma in the processing object, an AC voltage to the electrodes under the processing object An etching step for applying ions to cause ions in plasma to be incident on the object to be processed, partially etching the first and second films to be etched, and exposing the lower electrode film. It is a manufacturing method.
The present invention is a method of manufacturing a piezoelectric element, wherein the ferroelectric layer includes PZT (Pb (Tz, Ti) O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 3 ), and BIO (Bi 4 Ti 3 O). 12 ), a BLT ((Bi, La) 4 Ti 3 O 12 ), and a piezoelectric element containing any one material selected from the group consisting of PLZT ((PbLa) (ZrTi) O 3 ) It is a manufacturing method.
The present invention is a method for manufacturing a piezoelectric element, wherein the upper electrode film and the lower electrode film are each selected from the group consisting of Pt, Ir, IrO 2 , and SRO (Strontium Ruthenium Oxide). This is a method of manufacturing a piezoelectric element containing one kind of material.
The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element, wherein the reaction gas includes any one gas selected from the group consisting of BCl 3 , CHF 3 , and C 4 F 8. Is the method.
The present invention is a method for manufacturing a piezoelectric element, wherein the rare gas contains any one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn. This is a method of manufacturing a piezoelectric element.
The present invention is a method for manufacturing a piezoelectric element, wherein the AC power density applied to the electrode in the etching step is 2.25 W / cm 2 or more.

レジストに対して重合性のあるガスを用いるので、レジストのテーパー形状を垂直に保つようにエッチングを行うことができる。
テーパー角が70°以上で加工でき、かつエッチング残留物が側壁に付着しないので、微細な圧電素子を形成することができる。
室温でエッチングを行うので、マスクに有機物からなるレジストを使用することができる。
Since a gas that is polymerizable with respect to the resist is used, etching can be performed so as to keep the tapered shape of the resist vertical.
Since the taper angle can be processed at 70 ° or more and the etching residue does not adhere to the side wall, a fine piezoelectric element can be formed.
Since etching is performed at room temperature, a resist made of an organic material can be used for the mask.

(a)〜(d):本発明である圧電素子の製造方法を説明するための図(A)-(d): The figure for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which is this invention 本発明で使用するICP型エッチング装置の構造を説明するための図The figure for demonstrating the structure of the ICP type etching apparatus used by this invention

<圧電素子の構造>
まず、本発明の製造方法により形成された圧電素子の構造を説明する。図1(d)は、圧電素子10の断面図を示している。
圧電素子10は強誘電体層13と上部電極膜14と下部電極膜12とを有している。
<Structure of piezoelectric element>
First, the structure of the piezoelectric element formed by the manufacturing method of the present invention will be described. FIG. 1D shows a cross-sectional view of the piezoelectric element 10.
The piezoelectric element 10 has a ferroelectric layer 13, an upper electrode film 14, and a lower electrode film 12.

強誘電体層13は下部電極膜12上に配置され、上部電極膜14は強誘電体層13上に配置されている。下部電極膜12下には基板11が配置されている。
上部電極膜14と下部電極膜12は不図示の制御回路と電気的に接続されている。
The ferroelectric layer 13 is disposed on the lower electrode film 12, and the upper electrode film 14 is disposed on the ferroelectric layer 13. A substrate 11 is disposed under the lower electrode film 12.
The upper electrode film 14 and the lower electrode film 12 are electrically connected to a control circuit (not shown).

このような圧電素子10は圧電効果を有し、強誘電体層13に外部から圧力を加えて形状を変形させると、強誘電体層13に電気分極が誘起され、上部電極膜14と下部電極膜12との間に電圧が発生する。逆に、不図示の制御回路から上部電極膜14と下部電極膜12との間に電圧を印加すると強誘電体層13の形状が変形し、電圧の印加を停止すると形状が復元する。   Such a piezoelectric element 10 has a piezoelectric effect, and when the shape is deformed by applying pressure to the ferroelectric layer 13 from the outside, electric polarization is induced in the ferroelectric layer 13, and the upper electrode film 14 and the lower electrode A voltage is generated between the membrane 12. Conversely, when a voltage is applied between the upper electrode film 14 and the lower electrode film 12 from a control circuit (not shown), the shape of the ferroelectric layer 13 is deformed, and when the voltage application is stopped, the shape is restored.

強誘電体層13は強誘電体からなり、ここではPZT(Pb(Tz,Ti)O3)を用いている。ただし本発明は強誘電体層13の材料としてPZTに限定されず、PZT、SBT(SrBi2Ta23)、BIO(Bi4Ti312)、BLT((Bi,La)4Ti312)、PLZT ((PbLa)(ZrTi)O3)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有するものも含まれる。 The ferroelectric layer 13 is made of a ferroelectric, and here, PZT (Pb (Tz, Ti) O 3 ) is used. However, the present invention is not limited to PZT as the material of the ferroelectric layer 13, but PZT, SBT (SrBi 2 Ta 2 O 3 ), BIO (Bi 4 Ti 3 O 12 ), BLT ((Bi, La) 4 Ti 3 O 12 ) and PLZT ((PbLa) (ZrTi) O 3 ) are also included that contain any one material selected from the group consisting of:

上部電極膜14と下部電極膜12は導電性材料からなり、ここではどちらもPt膜を用いている。ただし本発明は上部電極膜14と下部電極膜12の材料としてPtに限定されず、それぞれPt、Ir、IrO2、SRO(Strontium Ruthenium Oxide)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有するものも含まれる。
基板11はここでは熱酸化膜(SiO2)付きのSi基板を用いており、絶縁層である熱酸化膜が下部電極膜12と接触するように配置されている。
The upper electrode film 14 and the lower electrode film 12 are made of a conductive material, and here both use Pt films. However, the present invention is not limited to Pt as the material of the upper electrode film 14 and the lower electrode film 12, and any one material selected from the group consisting of Pt, Ir, IrO 2 and SRO (Strongium Ruthenium Oxide), respectively. The thing containing is also included.
Here, a Si substrate with a thermal oxide film (SiO 2 ) is used as the substrate 11, and the thermal oxide film that is an insulating layer is disposed so as to be in contact with the lower electrode film 12.

<圧電素子の製造装置>
図2に本発明で使用する誘導結合プラズマ(ICP)型エッチング装置80を示す。
エッチング装置80は真空槽89とプラズマ生成部92とガス供給部81と真空排気部82と温度制御部88とを有している。
<Piezoelectric element manufacturing equipment>
FIG. 2 shows an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus 80 used in the present invention.
The etching apparatus 80 includes a vacuum chamber 89, a plasma generation unit 92, a gas supply unit 81, a vacuum exhaust unit 82, and a temperature control unit 88.

真空槽89の内部には処理対象物を載置するためのステージ86が設けられている。
温度制御部88はステージ86に接続され、例えばステージ86に設けられた不図示の冷却パイプに温度制御した熱媒体を流すことにより、ステージ86上に載置される処理対象物の温度を制御できるようにされている。
Inside the vacuum chamber 89, a stage 86 for placing a processing object is provided.
The temperature control unit 88 is connected to the stage 86, and can control the temperature of the processing object placed on the stage 86 by flowing a temperature-controlled heat medium through a cooling pipe (not shown) provided on the stage 86, for example. Has been.

プラズマ生成部92はRFアンテナ83とマッチングボックス87aとプラズマ用高周波電源94とを有している。RFアンテナ83は真空槽89の上方に設置され、マッチングボックス87aを介してプラズマ用高周波電源94に電気的に接続されており、真空槽89内に供給されたエッチングガスをプラズマ化できるようにされている。   The plasma generator 92 includes an RF antenna 83, a matching box 87a, and a plasma high-frequency power source 94. The RF antenna 83 is installed above the vacuum chamber 89 and is electrically connected to the plasma high-frequency power source 94 via the matching box 87a so that the etching gas supplied into the vacuum chamber 89 can be converted into plasma. ing.

またステージ86内には不図示の電極が配置され、電極にはマッチングボックス87bを介してバイアス用高周波電源85が電気的に接続されており、プラズマ中のイオンを加速してステージ86上に配置された処理対象物に衝突させてエッチングできるようにされている。   In addition, an electrode (not shown) is arranged in the stage 86, and a high frequency power supply 85 for bias is electrically connected to the electrode via a matching box 87b. The ions in the plasma are accelerated and arranged on the stage 86. It can be etched by colliding with the processed object.

ガス供給部81と真空排気部82はどちらも真空槽89の外部に配置されている。真空排気部82は真空槽89内部に接続され、真空槽89内を真空排気可能にされており、ガス供給部81は真空槽89内部に接続され、真空槽89内にエッチングガスを供給可能にされている。   Both the gas supply unit 81 and the vacuum exhaust unit 82 are disposed outside the vacuum chamber 89. The evacuation unit 82 is connected to the inside of the vacuum chamber 89 so that the inside of the vacuum chamber 89 can be evacuated, and the gas supply unit 81 is connected to the inside of the vacuum chamber 89 so that the etching gas can be supplied into the vacuum chamber 89. Has been.

<圧電素子の製造方法>
次に、本発明である圧電素子の製造方法を、図1(a)〜(d)を参照して説明する。
図1(a)の符号20は、基板11上に、下部電極膜12と、後述するようにエッチング後に強誘電体層13を構成する第一の被エッチング膜13aと、上部電極膜14を構成する第二の被エッチング膜14aとを、この順にスパッタ法等により成膜した状態の処理対象物を示している。
<Method for manufacturing piezoelectric element>
Next, a method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention will be described with reference to FIGS.
Reference numeral 20 in FIG. 1A constitutes a lower electrode film 12, a first etched film 13a that forms a ferroelectric layer 13 after etching, and an upper electrode film 14, as will be described later. The object to be processed in a state where the second film to be etched 14a is formed in this order by the sputtering method or the like is shown.

先ず、レジスト配置工程として、第二の被エッチング膜14a上に有機物からなるフォトレジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像して、図1(b)の符号21に示すように、第二の被エッチング膜14aを一部露出させるレジスト15を配置する。   First, as a resist placement step, a photoresist made of an organic material is applied onto the second film to be etched 14a, exposed to a predetermined pattern, developed, and as shown by reference numeral 21 in FIG. A resist 15 that partially exposes the second film to be etched 14a is disposed.

本発明のレジスト配置方法はこれに限定されず、第二の被エッチング膜14a上に有機物からなるインプリントレジストを塗布し、加熱して軟化させ、所定のパターンのモールド(型)を押しつけて冷却し、モールドを離してレジストにパターン形状を転写し、次いで酸素ガスでエッチングしてパターンの底面の残膜を除去し、図1(b)の符号21に示すように、第二の被エッチング膜14aを一部露出させるレジスト15を配置してもよい。   The resist arrangement method of the present invention is not limited to this, and an imprint resist made of an organic material is applied onto the second film to be etched 14a, softened by heating, and then cooled by pressing a mold having a predetermined pattern. Then, the mold is released, the pattern shape is transferred to the resist, and then the remaining film on the bottom surface of the pattern is removed by etching with oxygen gas. As shown by reference numeral 21 in FIG. A resist 15 that partially exposes 14a may be disposed.

エッチング装置80の真空槽89内を真空排気部82により真空排気して、真空雰囲気を形成する。以後真空排気を継続して真空雰囲気を維持する。
次いでエッチング工程として、レジスト配置工程後の処理対象物21を、不図示の搬入装置から真空槽89内の真空雰囲気を維持しながら、真空槽89内に搬入し、レジスト15が形成された面とは逆の面をステージ86に向け、レジスト15側を露出させてステージ86上に載置する。
The inside of the vacuum chamber 89 of the etching apparatus 80 is evacuated by the evacuation unit 82 to form a vacuum atmosphere. Thereafter, evacuation is continued to maintain the vacuum atmosphere.
Next, as an etching process, the processing object 21 after the resist placement process is carried into the vacuum chamber 89 from a loading device (not shown) while maintaining the vacuum atmosphere in the vacuum chamber 89, and the surface on which the resist 15 is formed. Is placed on the stage 86 with the opposite side facing the stage 86 and the resist 15 side exposed.

ステージ86上の処理対象物21の温度を、温度制御部88により制御する。エッチング中の温度は20℃〜80℃の範囲にするのが好ましい。室温でエッチングを行うことにより、マスクに有機物からなるレジストを使用できるからである。   The temperature control unit 88 controls the temperature of the processing object 21 on the stage 86. The temperature during etching is preferably in the range of 20 ° C to 80 ° C. This is because a resist made of an organic material can be used for the mask by performing etching at room temperature.

真空槽89内を真空排気しながら、ガス供給部81から真空槽89内にエッチングガスを供給する。
エッチングガスは化学構造中にハロゲン元素を含む重合性のある反応ガス(ただし、Cl2は除く)と、希ガスとの混合ガスを用いる。
While the vacuum chamber 89 is evacuated, an etching gas is supplied from the gas supply unit 81 into the vacuum chamber 89.
As the etching gas, a mixed gas of a polymerizable reactive gas containing a halogen element in its chemical structure (excluding Cl 2 ) and a rare gas is used.

反応ガスは、BCl3、CHF3、C48とからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有するガスを使用する。また希ガスは、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnとからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有するガスを用いる。
エッチングガスの圧力はレジスト15とのエッチング選択比に応じて0.1Pa〜10Paの範囲にするのが好ましい。
As the reaction gas, a gas containing any one kind of gas selected from the group consisting of BCl 3 , CHF 3 , and C 4 F 8 is used. Further, as the rare gas, a gas containing any one kind of gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn is used.
The pressure of the etching gas is preferably in the range of 0.1 Pa to 10 Pa according to the etching selectivity with the resist 15.

プラズマ用高周波電源94を起動し、RFアンテナ83に交流電流を流し、RFアンテナ83から真空槽89内に電波を放射させ、エッチングガスをプラズマ化し、イオンやラジカル等の活性種を生成して、レジスト15と処理対象物21にプラズマを接触させる。   The plasma high frequency power supply 94 is activated, an alternating current is passed through the RF antenna 83, radio waves are emitted from the RF antenna 83 into the vacuum chamber 89, the etching gas is turned into plasma, and active species such as ions and radicals are generated, Plasma is brought into contact with the resist 15 and the processing object 21.

またバイアス用高周波電源85を起動し、処理対象物21下の電極にここでは600kHzのバイアス電圧を印加して、生成されたイオン等を処理対象物21に入射させる。
ここでは処理対象物21下の電極に印加する交流電力密度は2.25W/cm2以上が好ましい。
In addition, the bias high-frequency power source 85 is activated, and a bias voltage of 600 kHz is applied to the electrode under the processing target 21 to cause the generated ions or the like to enter the processing target 21.
Here, the AC power density applied to the electrode under the processing object 21 is preferably 2.25 W / cm 2 or more.

第二の被エッチング膜14aの露出した部分はプラズマと反応し、生成された第二の被エッチング膜14aのエッチング生成物が蒸発し、又は入射したイオンにスパッタされ、ガス化したエッチング生成物が真空排気されて除去されて、上部電極膜14が形成され、第一の被エッチング膜13aが露出される。   The exposed portion of the second etching target film 14a reacts with the plasma, and the generated etching product of the second etching target film 14a evaporates, or is sputtered by incident ions, and the gasified etching product is generated. The upper electrode film 14 is formed by being evacuated and removed, and the first film to be etched 13a is exposed.

次いで第一の被エッチング膜13aの露出した部分はプラズマと反応し、生成された第一の被エッチング膜13aのエッチング生成物が蒸発し、又は入射したイオンにスパッタされ、ガス化したエッチング生成物が真空排気されて除去され、強誘電体層13が形成される。   Next, the exposed portion of the first film to be etched 13a reacts with plasma, and the generated etching product of the first film to be etched 13a evaporates or is sputtered by incident ions to gasify the etching product. Is evacuated and removed, and the ferroelectric layer 13 is formed.

重合性のあるガスを用いているので、レジスト15は活性種から保護され、サイドエッチングされにくく、テーパー形状が垂直に保たれる。スパッタエッチングにより、第一、第二の被エッチング膜13a、14aのテーパー角度は、レジスト15のテーパー角度が転写され、強誘電体層13のテーパー角度は70°以上で形成される。   Since a polymerizable gas is used, the resist 15 is protected from active species, is not easily side-etched, and the tapered shape is kept vertical. By the sputter etching, the taper angle of the resist 15 is transferred as the taper angle of the first and second films to be etched 13a and 14a, and the taper angle of the ferroelectric layer 13 is formed to be 70 ° or more.

エッチングガスは希ガスを含有し、処理対象物21は2.25W/cm2以上の交流電力密度を印加されるので、エッチング生成物は処理対象物の側面に付着するが、入射するイオンにスパッタされて側面から除去されるため、エッチング生成物は側面に残留しない。 The etching gas contains a rare gas, and the processing object 21 is applied with an AC power density of 2.25 W / cm 2 or more, so that the etching product adheres to the side surface of the processing object, but sputters on the incident ions. As a result, the etching product does not remain on the side surface.

エッチング生成物が処理対象物の側面に残留しない理由としては、上記理由に加えて、エッチングガスは希ガスを含有し、処理対象物21は2.25W/cm2以上の交流電力密度を印加されることにより、エッチング生成物がより高いエネルギーのイオンにスパッタされてより遠くまで飛ばされ、側面に付着しないから、という可能性も考えられる。 As a reason why the etching product does not remain on the side surface of the processing object, in addition to the above reason, the etching gas contains a rare gas, and the processing object 21 is applied with an AC power density of 2.25 W / cm 2 or more. Therefore, there is a possibility that the etching product is sputtered by higher energy ions and is blown farther and does not adhere to the side surface.

図1(c)に示す処理対象物22のように、下部電極膜12が露出したら、プラズマ用高周波電源94とバイアス用高周波電源85の動作をそれぞれ停止し、かつガス供給部81からのエッチングガスの供給を停止する。
ここでは、ステージ86を囲むようにシールド91が設けられており、エッチングで生じる付着物の真空槽89の内壁への付着が防止されている。
When the lower electrode film 12 is exposed as in the processing object 22 shown in FIG. 1C, the operations of the plasma high-frequency power source 94 and the bias high-frequency power source 85 are stopped, and the etching gas from the gas supply unit 81 is stopped. Stop supplying.
Here, a shield 91 is provided so as to surround the stage 86, and adhesion of deposits generated by etching to the inner wall of the vacuum chamber 89 is prevented.

次いで、エッチング後の処理対象物22をエッチング装置80から取り出し、処理対象物22の表面に剥離液を接触させる。レジスト15は剥離液に溶解され、除去されて、図1(d)に示すような圧電素子10が得られる。
本発明のレジスト除去方法はこれに限定されず、処理対象物22に酸素ラジカル等を接触させることにより、レジスト15を化学的に酸化分解して揮発させ、除去してもよい。
Next, the processed object 22 after etching is taken out from the etching apparatus 80, and a peeling solution is brought into contact with the surface of the processed object 22. The resist 15 is dissolved in the stripping solution and removed to obtain the piezoelectric element 10 as shown in FIG.
The resist removal method of the present invention is not limited to this, and the resist 15 may be chemically oxidized and volatilized to be removed by bringing oxygen radicals or the like into contact with the object 22 to be processed.

<実施例1>
基板上に下部電極膜(Pt膜)と第一の被エッチング膜(PZT膜)と第二の被エッチング膜(Pt膜)とをこの順にスパッタ法等により成膜し、次いで、第二の被エッチング膜上に、第二の被エッチング膜を一部露出させるレジストを配置した状態の処理対象物を作成した。
<Example 1>
A lower electrode film (Pt film), a first film to be etched (PZT film), and a second film to be etched (Pt film) are formed in this order on the substrate by sputtering or the like, and then the second film to be etched is formed. An object to be processed in a state where a resist that partially exposes the second film to be etched was disposed on the etching film was prepared.

この処理対象物をICP型エッチング装置の真空槽内に搬入した。真空槽内を真空排気しながら、エッチングガスとしてArガスとBCl3ガスとをそれぞれ4.2×10-2Pa・m3/sec(25sccm)の流量で真空槽内に供給し、真空槽内を1.0Pa〜0.1Paの圧力にした。次いで、プラズマ用高周波電源から1000W〜500Wの交流電力を印加してエッチングガスをプラズマ化し、レジストと処理対象物に接触させた。またバイアス用高周波電源から400W〜100Wの交流電力を印加して、プラズマ中のイオンを処理対象物に入射させ、第一、第二の被エッチング膜を部分的に異方性エッチングした。 This object to be treated was carried into a vacuum chamber of an ICP type etching apparatus. While evacuating the vacuum chamber, Ar gas and BCl 3 gas are supplied into the vacuum chamber at a flow rate of 4.2 × 10 −2 Pa · m 3 / sec (25 sccm) as an etching gas, Was set to a pressure of 1.0 Pa to 0.1 Pa. Next, an AC power of 1000 W to 500 W was applied from a high frequency power source for plasma to make the etching gas into plasma, and the resist was brought into contact with the object to be processed. Further, AC power of 400 W to 100 W was applied from a high frequency power source for bias, ions in the plasma were incident on the object to be processed, and the first and second films to be etched were partially anisotropically etched.

エッチング後に真空槽から取り出して、SEM(走査型電子顕微鏡)で撮影すると、エッチングされた側面のテーパー角度は72°に形成され、この側面にエッチング生成物は付着しなかったことが確認された。   When the film was taken out from the vacuum chamber after etching and photographed with an SEM (scanning electron microscope), the taper angle of the etched side surface was formed at 72 °, and it was confirmed that the etching product did not adhere to this side surface.

<比較例1>
実施例1と同様にして第二の被エッチング膜上に、第二の被エッチング膜を一部露出させるレジストを配置した処理対象物をICP型エッチング装置の真空槽内に搬入した。真空槽内を真空排気しながら、エッチングガスとしてBCl3ガスを8.4×10-2Pa・m3/sec(50sccm)の流量で真空槽内に供給し、真空槽内を1.0Pa〜0.1Paの圧力にした。次いで、プラズマ用高周波電源から1000W〜500Wの交流電力を印加してエッチングガスをプラズマ化し、レジストと処理対象物に接触させた。またバイアス用高周波電源から400W〜100Wの交流電力を印加して、プラズマ中のイオンを処理対象物に入射させ、第一、第二の被エッチング膜を部分的に異方性エッチングした。
<Comparative Example 1>
In the same manner as in Example 1, an object to be processed in which a resist that partially exposes the second film to be etched was placed on the second film to be etched was carried into a vacuum chamber of an ICP type etching apparatus. While evacuating the inside of the vacuum chamber, BCl 3 gas as an etching gas is supplied into the vacuum chamber at a flow rate of 8.4 × 10 −2 Pa · m 3 / sec (50 sccm). The pressure was 0.1 Pa. Next, an AC power of 1000 W to 500 W was applied from a high frequency power source for plasma to make the etching gas into plasma, and the resist was brought into contact with the object to be processed. Further, AC power of 400 W to 100 W was applied from a high frequency power source for bias, ions in the plasma were incident on the object to be processed, and the first and second films to be etched were partially anisotropically etched.

エッチング後に真空槽から取り出して、SEMで撮影すると、エッチングされた側面のテーパー角度は60°以下に形成され、この側面にエッチング生成物が付着していることが確認された。またマスク除去後にSEMで撮影すると、側面に付着したエッチング生成物が除去されずフェンス状に残留したことが確認された。   When the film was taken out from the vacuum chamber after etching and photographed with SEM, the taper angle of the etched side surface was formed to be 60 ° or less, and it was confirmed that the etching product adhered to this side surface. Moreover, when it image | photographed by SEM after mask removal, it was confirmed that the etching product adhering to the side surface was not removed but remained in the shape of a fence.

10……圧電素子
11……基板
12……下部電極膜
13……強誘電体層
13a……第一の被エッチング膜
14……上部電極膜
14a……第二の被エッチング膜
15……レジスト
20……レジスト配置工程前の処理対象物
21……レジスト配置工程後の処理対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric element 11 ... Substrate 12 ... Lower electrode film 13 ... Ferroelectric layer 13a ... First to-be-etched film 14 ... Upper electrode film 14a ... Second to-be-etched film 15 ... Resist 20 …… Processing object before resist placement process 21 …… Processing object after resist placement process

Claims (6)

基板と、
導電性材料からなる下部電極膜と、
強誘電体からなる強誘電体層と、
導電性材料からなる上部電極膜と、を有し、
前記下部電極膜と、前記強誘電体層と、前記上部電極膜はこの順に前記基板上に配置され、
前記上部電極膜と前記下部電極膜との間に電圧を印加すると前記強誘電体層の形状が変形し、電圧の印加を停止すると変形が復元する圧電素子の製造方法であって、
前記基板上に、前記下部電極膜と、前記強誘電体層を構成する第一の被エッチング膜と、前記上部電極膜を構成する第二の被エッチング膜とがこの順に積層された処理対象物の、前記第二の被エッチング膜上に、前記第二の被エッチング膜を一部露出させる有機物からなるレジストを配置するレジスト配置工程と、
化学構造中にハロゲン元素を含む反応ガス(ただし、Cl2は除く)と、希ガスとの混合ガスをプラズマ化し、前記レジストと前記処理対象物にプラズマを接触させ、前記処理対象物下の電極に交流電圧を印加して、プラズマ中のイオンを前記処理対象物に入射させ、前記第一、第二の被エッチング膜を部分的にエッチングし、前記下部電極膜を露出させるエッチング工程と、
を有する圧電素子の製造方法。
A substrate,
A lower electrode film made of a conductive material;
A ferroelectric layer made of a ferroelectric;
An upper electrode film made of a conductive material,
The lower electrode film, the ferroelectric layer, and the upper electrode film are disposed on the substrate in this order,
When a voltage is applied between the upper electrode film and the lower electrode film, the shape of the ferroelectric layer is deformed, and when the voltage application is stopped, the deformation is restored.
A processing object in which the lower electrode film, the first etching target film constituting the ferroelectric layer, and the second etching target film constituting the upper electrode film are laminated in this order on the substrate. A resist disposing step of disposing a resist made of an organic substance that partially exposes the second etching target film on the second etching target film;
A reaction gas containing a halogen element in the chemical structure (however, except for Cl 2 ) and a rare gas are turned into plasma, plasma is brought into contact with the resist and the object to be processed, and an electrode under the object to be processed An etching step in which an alternating voltage is applied to the substrate, ions in plasma are incident on the object to be processed, the first and second etching target films are partially etched, and the lower electrode film is exposed;
A method of manufacturing a piezoelectric element having
前記強誘電体層は、PZT(Pb(Tz,Ti)O3)と、SBT(SrBi2Ta23)と、BIO(Bi4Ti312)と、BLT((Bi,La)4Ti312)と、PLZT((PbLa)(ZrTi)O3)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有する請求項1記載の圧電素子の製造方法。 The ferroelectric layer includes PZT (Pb (Tz, Ti) O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 3 ), BIO (Bi 4 Ti 3 O 12 ), and BLT ((Bi, La) 4. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, comprising any one material selected from the group consisting of Ti 3 O 12 ) and PLZT ((PbLa) (ZrTi) O 3 ). 前記上部電極膜と前記下部電極膜はそれぞれ、Ptと、Irと、IrO2と、SRO(Strontium Ruthenium Oxide)とからなる群より選択されるいずれか1種類の材料を含有する請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の圧電素子の製造方法。 The upper electrode film and the lower electrode film each contain any one material selected from the group consisting of Pt, Ir, IrO 2 , and SRO (Strongium Ruthenium Oxide). Item 3. A method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of Items 2 to 3. 前記反応ガスは、BCl3と、CHF3と、C48とからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有する請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の圧電素子の製造方法。 4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the reaction gas contains any one kind of gas selected from the group consisting of BCl 3 , CHF 3 , and C 4 F 8. Manufacturing method. 前記希ガスは、Heと、Neと、Arと、Krと、Xeと、Rnとからなる群より選択されるいずれか1種類のガスを含有する請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の圧電素子の製造方法。   The said rare gas contains any one kind of gas selected from the group which consists of He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn. The manufacturing method of the piezoelectric element of description. 前記エッチング工程において前記電極に印加する交流電力密度が2.25W/cm2以上である請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の圧電素子の製造方法。 6. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein an AC power density applied to the electrode in the etching step is 2.25 W / cm 2 or more.
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