JP2020057952A

JP2020057952A - 弾性表面波装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2020057952A
Application number: JP2018187916A
Authority: JP
Inventors: 薫宮越; Kaoru Miyakoshi
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2020-04-09

Abstract

【課題】周波数温度特性改善のため表面が平坦な厚い絶縁膜を形成可能な弾性表面波装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】弾性表面波装置は、圧電基板１上に形成されたＩＤＴ電極３の電極間に下層絶縁膜５を配置する。平坦化膜７は、ＩＤＴ電極３と下層絶縁膜５との間の凹部６に充填される。絶縁膜４は、表面が平坦な平坦化膜７を介して、積層される。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波装置およびその製造方法に関し、特に周波数温度特性改善のため表面に厚い絶縁膜を備えた弾性表面波装置およびその製造方法に関する。

近年、携帯電話等の情報通信機器分野において、共振子、フィルタなどの回路素子として、圧電基板上にＩＤＴ（Interdigital transducer）電極を形成した弾性表面波装置が多く用いられている。弾性表面波装置の一例を図２に示す。図２に示すようにタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶等圧電性を有する単結晶基板、あるいは絶縁性基板上に圧電性薄膜を積層した圧電基板１上に、ＩＤＴ電極３が形成されており、このＩＤＴ電極３により励振された弾性表面波が圧電基板の表面を伝搬する構成となっている。図２に示すようにＩＤＴ電極３は、一対のくし歯状電極３ａ、３ｂから構成されている。なお図２に示す弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極と同様に形成された反射器３ｃを備える構成を示している。

ＩＤＴ電極３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムを主成分とする合金、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの金属材料から形成されており、１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の厚さとし、くし歯状電極のそれぞれの電極間の寸法は、共振させたい周波数に応じて適宜設定される。

この種の弾性表面波装置では、周波数温度特性を改善するため圧電基板およびＩＤＴ電極を覆うように酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる厚い絶縁膜が形成されている。

例えば、図３に従来の弾性表面波装置の製造方法を示す。なお図３は、図２に示したＩＤＴ電極３の一部の断面図である。まず、圧電基板１上にＩＤＴ電極形成予定領域を開口するようにフォトレジスト２をパターニングする。その後、全面にＩＤＴ電極を構成する金属膜を積層形成する（図３ａ）。

その後、通常のリフトオフ法に従いフォトレジスト２を除去することで、圧電基板１上にＩＤＴ電極３が形成される（図３ｂ）。

圧電基板１表面には、表面保護のため、さらには周波数温度特性を改善するために酸化シリコンからなる絶縁膜４を形成する。特に温度変化による周波数変動を抑制するためには、図３（ｃ）に示すように圧電基板１およびＩＤＴ電極３上に厚く絶縁膜４を形成する必要がある。

ところで厚く形成した絶縁膜４の表面は、図３（ｃ）に示すように平坦とはならない。このように絶縁膜４の表面に凹凸が残る弾性表面波装置をフィルタとして使用した場合、フィルタ特性が劣化してしまう。そのため、絶縁膜４の表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）法により研磨し、平坦化する（図３ｄ）。

また特許文献１には、ＣＭＰ法による絶縁膜表面の研磨工程なしで、表面が平坦な絶縁膜４を形成する方法が開示されている。特許文献１に開示された製造方法に従うと、圧電基板１表面に酸化シリコンからなる下層絶縁膜５を全面に形成し、ＩＤＴ電極形成予定領域を開口するようにフォトレジスト２をパターニングする（図４ａ）。

フォトレジスト２をエッチングマスクとして使用し、イオンビームを照射する反応性イオンエッチング法により下層絶縁膜５をパターニングして圧電基板１表面を露出させる。その後、全面にＩＤＴ電極を構成する金属膜を形成する（図４ｂ）。

フォトレジスト２を除去することで、圧電基板１上にＩＤＴ電極３を形成することができる。ここで特許文献１では、ＩＤＴ電極３としてＣｕ膜とＴｉ膜を形成し、Ｔｉ膜が下層絶縁膜５（特許文献１では第１絶縁物層２に相当）間に隙間なく形成されている旨記載されている。

その後、圧電基板１表面に、表面保護のため、さらには周波数温度特性を改善するため、酸化シリコンからなる絶縁膜４を形成する。このような形成工程により厚い絶縁膜４の表面が平坦化される（図４ｄ）とも記載されている。

特許文献１には上記のように記載されているが、ＣｕやＴｉを含む一般的な金属膜を形成し、その後フォトレジスト２（特許文献１ではレジストパターン３に相当）を除去する方法では、圧電基板１の表面に垂直な方向から金属膜を形成することが好ましく、その結果、図４（ｃ）に示すように圧電基板１上に形成されるＩＤＴ電極３の側面は、通常傾斜する構造となる。

そこで、特許文献１に記載されているようにＩＤＴ電極３を下層絶縁膜５と隙間なく形成しようとすると、圧電基板１の表面に垂直な方向と、斜め方向から金属膜を積層形成する必要があり、下層絶縁膜５上に金属膜が乗り上げたり、さらにはフォトレジスト２の側面に金属膜が付着する等の不具合を招いてしまい好ましくない。さらにまたこれらの方法では、ＩＤＴ電極３の厚さと下層絶縁膜５の厚さが揃い表面が平坦化されることはない。つまり、特許文献１に記載された内容だけでは、当業者はＩＤＴ電極３と下層絶縁膜５の表面を平坦化することはできない。

また厚い絶縁膜４を形成する際、絶縁膜の膜質むらを抑制することも弾性表面波装置の特性を安定化させるために重要な要件となり、バイアススパッタリング法により厚い絶縁膜４を形成する方法が広く用いられている（例えば特許文献２）。

バイアススパッタリング法は、絶縁膜を堆積させると同時に、堆積させた絶縁膜の一部をスパッタリングすることで、所望の形状の絶縁膜を堆積させる方法である。このような方法で垂直な側面を有する酸化シリコンからなる下層絶縁膜５と傾斜した側面を有するＩＤＴ電極３との間に絶縁膜を形成しようとすると、図５に示すように絶縁膜４の形成の初期段階において、下層絶縁膜５表面の角部５ａがスパッタリングにより除去され、ＩＤＴ電極３の側壁との間の寸法が大きくなり、絶縁膜４を形成しても平坦化されず凹部６が残ってしまう。この凹部６は、絶縁膜４を厚く形成しても平坦化されずに残ることになる。

特許３８４１０５３号公報特開２０１２−１４９３１０号公報

従来提案されている弾性表面波装置の製造方法では、表面が平坦な厚い絶縁膜４を形成することができなかった。本発明は表面が平坦な厚い絶縁膜を形成可能な弾性表面波装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、圧電基板と、該圧電基板上に形成された少なくとも一対のくし歯状電極を備えたＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極を覆うように形成された第１の絶縁物からなる絶縁膜とを備えた弾性表面波装置において、隣接する前記ＩＤＴ電極間の前記圧電基板上に形成された第１の絶縁物からなる前記ＩＤＴ電極の厚さと同じ厚さの下層絶縁膜と、前記ＩＤＴ電極と前記下層絶縁膜との間隙に充填され表面を覆うように積層形成された前記第１の絶縁物あるいは第２の絶縁物からなる平坦化膜とを備え、前記平坦化膜上に前記第１の絶縁物からなる絶縁膜が形成されていることを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の弾性表面波装置において、前記第１の絶縁物が酸化シリコンからなり、前記第２の絶縁物が窒化シリコンからなることを特徴とする。

本願請求項３に係る発明は、圧電基板上に、少なくとも一対のくし歯状電極を備えたＩＤＴ電極を形成し、該ＩＤＴ電極を覆うように第１の絶縁物からなる絶縁膜を形成する弾性表面波装置の製造方法において、前記圧電基板を用意する工程と、該圧電基板上に第１の絶縁物からなる下層絶縁膜を全面に形成する工程と、該下層絶縁膜上にＩＤＴ電極形成予定領域を開口するフォトレジストを形成する工程と、該フォトレジストをエッチングマスクとして使用し、前記ＩＤＴ電極形成予定領域の前記下層絶縁膜をエッチング除去し、露出する前記圧電基板上に前記ＩＤＴ電極をリフトオフ法により形成する工程と、前記ＩＤＴ電極、前記下層絶縁膜および前記ＩＤＴ電極と前記下層絶縁膜との間に露出する前記圧電基板表面を覆い表面が平坦化された前記第１の絶縁物あるいは第２の絶縁物からなる平坦化膜を形成する工程と、該平坦化膜上に前記第１の絶縁物からなる絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本願請求項４に係る発明は、請求項３記載の弾性表面波装置の製造方法において、前記平坦化膜を形成する工程は、化学気相成長法により前記平坦化膜を形成する工程であり、前記平坦化膜上に前記絶縁膜を形成する工程は、バイアススパッタリング法により前記絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする。

本発明の弾性表面波装置およびその製造方法によれば、ＩＤＴ電極３を形成した後、平坦化膜によって表面を平坦化することで、その後形成する厚い絶縁膜の表面を平坦化することができる。本発明の弾性表面波装置をフィルタとして使用した場合、特性劣化を招くことなく、良好な特性を得ることが可能となる。

また平坦化膜としてシリコン窒化膜を用いた場合、シリコン窒化膜の防湿性の効果を享受することができ、信頼性の高い弾性表面波装置を提供することが可能となる。

本発明の製造方法は、通常のリフトオフ法によりＩＤＴ電極を形成し、下層絶縁膜との間に凹部が形成されていたとしても、平坦化膜を形成する工程を追加するだけで、バイアススパッタ法を用いて表面が平坦な厚い絶縁膜を形成することができる。平坦化膜の形成工程を付加することで厚い絶縁膜表面を平坦化する方法は、ＣＭＰ法による平坦化する方法と比較して、簡便で、制御性が良いという利点がある。

本発明の弾性表面波装置の製造方法を説明する図である。弾性表面波装置の説明図である。従来の弾性表面波装置の製造方法の説明図である。従来の別の弾性表面波装置の製造方法に説明図である。従来の別の弾性表面波装置の製造方法の詳細な説明図である。

本発明の弾性表面波装置およびその製造方法は、周波数温度特性改善のため厚い絶縁膜を備えており、この絶縁膜の表面をＣＭＰ法による研磨なしで平坦化することができる。以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。

本発明の第１の実施例について説明する。本発明の弾性表面波装置は次のように形成することができる。まず、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶等圧電性を有する単結晶基板、あるいは絶縁性基板上に圧電性薄膜を積層した圧電基板１を用意する。この圧電基板１表面に酸化シリコンからなる下層絶縁膜５を形成し、下層絶縁膜５上にＩＤＴ電極形成予定領域を開口するようにフォトレジスト２をパターニングする（図１ａ）。

フォトレジスト２をエッチングマスクとして使用し、下層絶縁膜５をパターニングして圧電基板１表面を露出させる。その後全面にＩＤＴ電極３を構成する金属膜を積層形成する（図１ｂ）。ここで、後述する平坦化膜を形成して平坦化するため、ＩＤＴ電極３の厚さは下層絶縁膜５の厚さとほぼ同じ厚さに形成するのが好ましい。

フォトレジスト２を除去することで、圧電基板１上にＩＤＴ電極３を形成することができる。ここでＩＤＴ電極３を形成する方法は、通常のリフトオフ法のため、ＩＤＴ電極と下層絶縁膜５とは離れ、凹部６が形成された状態となる。そこで本発明では、下層絶縁膜５の側面とＩＤＴ電極３の側面との間に残る凹部６を充填して表面を平坦化するため、化学気相成長（Chemical Vaper Deposition : ＣＶＤ）法により窒化シリコンあるいは酸化シリコンからなる平坦化膜７を全面に形成する（図１ｃ）。特に、減圧ＣＶＤ法はステップカバレッジ性が良く、凹部６を充填し、さらに表面が平坦な平坦化膜７を形成することができる。

その後、平坦化膜７上に酸化シリコンからなる厚い絶縁膜４を形成する。この厚い絶縁膜４は、周波数温度特性を改善することを目的とするため、膜質むらを抑制して形成することができるバイアススパッタリング法により形成する。

バイアススパッタリング法は、先に説明したように絶縁膜を堆積させると同時に、堆積させた絶縁膜の一部をスパッタリングしながら絶縁膜を堆積させる方法である。本発明では、図１（ｃ）に示すように表面が平坦化された平坦化膜７上に絶縁膜４を堆積させるため、平坦化膜７がスパッタリングされたとしてもその表面の平坦性は保たれ、絶縁膜４の表面は平坦となる。特に平坦化膜７を窒化シリコンとし、絶縁膜４として酸化シリコンとした場合、酸化シリコンよりスパッタリングされにくい窒化シリコンからなる平坦化膜７で表面が被覆されているため、スパッタリングにより表面の平坦性を損なわずに絶縁膜４を形成することができる。その結果、図１（ｄ）に示すように表面が平坦な厚い絶縁膜４を備えた弾性表面波装置を形成することができる。

なお、平坦化膜７を構成する膜は窒化シリコンに限らない。本発明の平坦化膜７と絶縁膜４は、弾性表面波装置の圧電基板１が温度変化により変形して周波数特性が変動することを防止する目的で形成されているため、この目的を達成し、表面を平坦化できる材料であれば、適宜選択することができる。ただし、防湿効果の高い窒化シリコンを選択すると、弾性表面波装置の信頼性が向上し好ましい。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、厚い絶縁膜４の表面をＣＭＰ法により平坦化する必要がなく、また平坦化膜の形成は一般的な製造方法によれば良く、簡便に弾性表面波装置を形成することが可能となる。本発明の弾性表面波装置は、厚い絶縁膜４の表面が平坦となり、周波数温度特性が改善される。

１：圧電基板、２：フォトレジスト、３：ＩＤＴ電極、３ａ、３ｂ：くし歯状電極、３ｃ：反射器、４：絶縁膜、５：下層絶縁膜、５ａ：角部、６：凹部、７：平坦化膜

Claims

圧電基板と、該圧電基板上に形成された少なくとも一対のくし歯状電極を備えたＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極を覆うように形成された第１の絶縁物からなる絶縁膜とを備えた弾性表面波装置において、
隣接する前記ＩＤＴ電極間の前記圧電基板上に形成された第１の絶縁物からなる前記ＩＤＴ電極の厚さと同じ厚さの下層絶縁膜と、
前記ＩＤＴ電極と前記下層絶縁膜との間隙に充填され表面を覆うように積層形成された前記第１の絶縁物あるいは第２の絶縁物からなる平坦化膜とを備え、
前記平坦化膜上に前記第１の絶縁物からなる絶縁膜が形成されていることを特徴とする弾性表面波装置。
請求項１記載の弾性表面波装置において、前記第１の絶縁物が酸化シリコンからなり、前記第２の絶縁物が窒化シリコンからなることを特徴とする弾性表面波装置。
圧電基板上に、少なくとも一対のくし歯状電極を備えたＩＤＴ電極を形成し、該ＩＤＴ電極を覆うように第１の絶縁物からなる絶縁膜を形成する弾性表面波装置の製造方法において、
前記圧電基板を用意する工程と、
該圧電基板上に第１の絶縁物からなる下層絶縁膜を全面に形成する工程と、
該下層絶縁膜上にＩＤＴ電極形成予定領域を開口するフォトレジストを形成する工程と、
該フォトレジストをエッチングマスクとして使用し、前記ＩＤＴ電極形成予定領域の前記下層絶縁膜をエッチング除去し、露出する前記圧電基板上に前記ＩＤＴ電極をリフトオフ法により形成する工程と、
前記ＩＤＴ電極、前記下層絶縁膜および前記ＩＤＴ電極と前記下層絶縁膜との間に露出する前記圧電基板表面を覆い表面が平坦化された前記第１の絶縁物あるいは第２の絶縁物からなる平坦化膜を形成する工程と、
該平坦化膜上に前記第１の絶縁物からなる絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
請求項３記載の弾性表面波装置の製造方法において、
前記平坦化膜を形成する工程は、化学気相成長法により前記平坦化膜を形成する工程であり、前記平坦化膜上に前記絶縁膜を形成する工程は、バイアススパッタリング法により前記絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。