JP2929987B2 - 弾性表面波装置の製造方法 - Google Patents

弾性表面波装置の製造方法

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JP2929987B2 JP8003635A JP363596A JP2929987B2 JP 2929987 B2 JP2929987 B2 JP 2929987B2 JP 8003635 A JP8003635 A JP 8003635A JP 363596 A JP363596 A JP 363596A JP 2929987 B2 JP2929987 B2 JP 2929987B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波装置及
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】弾性表面波装置(SAWデバイス)の高
周波化にともない、その電極パターンは、近年、サブミ
クロンオーダの領域に進んできている。そのため、SA
Wデバイス電極の加工には、半導体ICの高集積化プロ
セスで使われているプラズマやイオンによるドライエッ
チング法が活用されている。特に、塩素系ガスを用いた
反応性イオンエッチング(RIE)法が最も多用されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】SAWデバイス電極の
材料は、一般にAlを主構成元素として用いられるが、
Alは塩素系反応ガスでドライエッチング加工すると、
例えば、(J.Appl.Phys.52(1981)
p2994)に報告されているように、エッチング後に
「Al電極腐食」が発生する。従来、これを防止するめ
に、RIE加工直後に装置内をガス置換(パージ)を行
ったり、エッチング完了後の電極に対して、後処理とし
て酸素アッシングや水洗などを行うなどして対応してい
た。しかし、これらの方法では、Al電極の腐食防止効
果は乏しく、再現性の低い非効率的なプロセスとなって
いた。一方、特開昭60−244108号公報に開示さ
れている弾性表面波素子は、そのすだれ状電極の表面に
絶縁体化層を形成することにより、電極間短絡現象を防
ぎ、素子としての信頼性を高めることができると報告さ
れている。Al電極の腐食問題の対応としては、この特
許に記載されているような構造をSAWデバイス電極に
適応させることで、ある程度、その腐食防止を行えるこ
とが分かっている。しかし、その効果の信頼性は低く、
絶縁膜を単に電極表面に覆うだけの構造では、電極保護
層としての役割は不完全であるのが実状である。
【0004】本発明は、上記従来例の欠点を解決するた
めのもので、その目的は、反応性ガスを用いたドライエ
ッチング時に生じるAl電極の腐食現象を効果的に防
ぎ、信頼性の高い、弾性表面波装置及びその製造方法を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
装置は、図1に示すように、塩素系ガスを用いたドライ
エッチングで加工され、圧電基板上に配列されたAlを
主構成元素とする電極表面にC−AlN層が保護層とし
て形成されたことを特徴としている。このC−AlN保
護層の膜厚としては、5nm〜10nmであることが好
ましい。
【0006】C−AlN保護層の形成方法としては、ド
ライエッチング加工直後の電極表面を、その場の窒素/
炭素混合ガスによるプラズマ処理によることが望まし
い。ドライエッチング直後にその場で窒素/炭素混合ガ
スによるプラズマ処理を行わず、装置外に出してしまう
と、ドライエッチングの残留成分と空気中の水分とが反
応して塩化水素(HCl)が生成してしまうので、この
状態で窒素/炭素混合ガスによるプラズマ処理を行った
としても、Al電極腐食を防止することは困難であるか
らである。窒素/炭素混合ガスによるプラズマ処理時間
は、C−AlN保護層の膜厚が適切値から外れないよう
に設定する。なお、混合ガスとしてはN2/CO2 、N
2 /CH4 、N2 /CF4 等使用できる。
【0007】C−AlN保護層で被覆した電極構造を有
する本発明によれば、C−AlN層が保護層として働い
てくれるため、Al電極の腐食要因となっていたドライ
エッチング後に生成される塩素系残留元素の影響を受け
ずにすみ、腐食による電極の形状変化がなくなる。さら
に、エッチング工程以降の各作業で用いられる水溶液や
有機溶剤からの化学的・物理的ダメージの緩和、試料作
製後のSAWデバイス動作時における電極の酸化防止
等、C−AlN層は外界からのバリヤ層として、Al電
極を保護してくれるので、SAWデバイス特性(中心周
波数、Q値など)の変動も起こりにくくなる。このと
き、C−AlN表層に存在するカーボンの効果は、窒化
アルミニウム層の窪みなどで、少なからず点在するAl
面を覆うことによって、Al電極をより完全に近い状態
で外界の雰囲気(酸素など)から隔絶することである。
このことによって、更に保護層としての役割を確実なも
のとすることができる。
【0008】また、本発明の製造方法によれば、エッチ
ング室内で窒素/炭素混合ガスによるプラズマの処理を
行うことにより、Al電極の腐食要因となっていた塩素
系エッチングガスの残留元素(塩素系生成物など)、酸
素及び水分が除去されるので、ドライエッチング後のA
l電極への腐食効果はさらに低減させることが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0010】
【実施例】
(実施例1)エッチングの後処理の評価として、下記の
(1)から(7)の製造方法により作製した電極につい
て、それぞれ10サンプルを任意に取り出し、光学顕微
鏡及び電子顕微鏡(SEM)を用いてエッチング後の電
極部における腐食有無を時間を追って比較調査した。イ
オンビームスパッタ法で、64°回転Yカットニオブ酸
リチウム(LiNbO3 )基板上に成膜した、組成Al
−0.5wt%Cu、膜厚200nmの電極膜を1μm
のラインアンドスペースを持つ電極パターンに加工し、
1GHz帯のSAWフィルタを作製した。Al電極のエ
ッチング加工は、塩素(Cl2 )ガスを用いた反応性イ
オンビームエッチング(ECR−RIBE)装置によ
り、放電圧力0.25Pa、入射電力50Wの条件で行
った。
【0011】(1)後処理なし (2)エッチング装置内をガス置換によるパージ処理 (3)引き続きその場でアッシング処理:アッシング処
理は、電極加工と同一室内において、酸素プラズマ放電
を30分間行った。放電条件は、酸素分圧10Pa、入
射電力100Wである。
【0012】(4)エッチング装置から取り出した後、
サンプルをアッシング処理:アッシング処理は、電極加
工と同一の室内に戻して、酸素プラズマ放電を30分間
行った。放電条件は、酸素分圧10Pa、入射電力10
0Wである。
【0013】(5)エッチング装置から取り出した後、
サンプルを水洗処理 (6)引き続きその場で窒素プラズマ処理:窒素プラズ
マ処理は、電極加工と同一室内において、窒素ラジカル
イオンビームを3分間照射した。放電条件は、放電圧力
0.07Pa、入射電力300Wである。このとき、電
極表面に形成されるAlN保護層の厚さは5nmであっ
た。
【0014】(7)エッチング装置から取り出した後、
サンプルを窒素プラズマ処理:窒素プラズマ処理は、電
極加工と同一の室内に戻し、窒素ラジカルイオンビーム
を20分間照射した。ここでの放電条件は、放電圧力
0.07Pa、入射電力300Wである。形成されたA
lN層の厚さは25nmであった。
【0015】(8)引き続きその場でN2 /CO2 プラ
ズマ処理:N2 /CO2 プラズマ処理は、電極加工と同
一室内において、N2 /CO2 ラジカルイオンビームを
5分間照射した。ここでの放電条件としては、使用ガス
2 +30%CO2 、放電圧力0.07Pa、入射電力
300Wである。このとき、電極表面に形成されるC−
AlN保護層の厚さは5nmであった。
【0016】(9)エッチング装置から取り出した後、
サンプルをN2 /CO2 プラズマ処理:N2 /CO2
ラズマ処理は、電極加工と同一の室内に戻し、N2 /C
2ラジカルイオンビームを40分間照射した。放電条
件は、使用ガスN2 +30%CO2 、放電圧力0.07
Pa、入射電力300Wである。形成されたC−AlN
層の厚さは30nmであった。
【0017】表1に(1)〜(9)について調べた、そ
れぞれの1日後、1週間後及び1ヶ月後における電極の
腐食有無のサンプル数を示す。ドライエッチングによる
加工後、N2 /CO2 プラズマ処理を行うことにより、
他の後処理に比べAl電極の腐食が充分抑えられている
ことが分かる。但し、N2 /CO2 プラズマはエッチン
グ直後のその場処理でなければ、その効果は現れず、電
極形成後、装置外に出すことなく電極保護層を設けなけ
れば効果がないことがわかる。
【0018】
【表1】
【0019】(実施例2)実施例1で最も効果のあった
(8)の結果は、C−AlN層の厚さが5nmのときの
データであった。そこでC−AlN保護膜の膜厚とAl
腐食の関係を調べるため、実施例1で効果が判明した
(8)のプロセスについて、N2 /CO2 プラズマ処理
の時間を変え、C−AlN層の膜厚が1nm〜30nm
のAl電極を作製し、実施例1と同様、それぞれ10サ
ンプルについて、外観検査によって腐食有無を調べた。
結果を表2に示す。表2よりC−AlN層の厚さは5n
m以上ないとAl電極の腐食は抑制できないことがわか
る。
【0020】
【表2】
【0021】(実施例3)実施例2でAl腐食に効果の
あった、C−AlN保護膜の膜厚が5nm以上電極を有
するSAWデバイスについて、SAW特性を測定した。
表3はC−AlN保護層の厚さとSAW特性に設計値か
らのずれが見られたサンプル数との関係を示す。表3に
示すようにC−AlN保護層の膜厚が大きい電極を有す
るSAWでは、SAWフィルタの中心周波数、帯域幅、
帯域外特性の設計値からのずれが大きい。C−AlN層
が厚いと保護層としての役割は充分果たすものの、SA
Wデバイス特性に対する影響(設計値からのズレ)が無
視できなくなるので、層の厚さは出来るだけ薄い方が良
い。実施例2と実施例3とから、C−AlN保護層の好
ましい厚さは5nm〜10nmであることがわかる。
【0022】
【表3】
【0023】なお、以上述べた実施例においては、Al
系電極のドライエッチングには、塩素ガスを用いた例に
ついてのみ述べたが、エッチングガスとしては、四塩化
炭素(CCl4 )、三塩化ホウ素ガス(BCl3 )、塩
素ガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガス等の塩素系ガスを
用いても同様の結果が得られた。またN2 /CO2 プラ
ズマ処理として、N2 /CO2 ラジカルイオンビームに
よる例について述べたが、平行平板型プラズマ放電等に
よるN2 /CO2 プラズマ処理でも同様の結果が得られ
た。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
ライエッチング加工したAl電極表面を窒素/炭素混合
ガスによるプラズマ処理することによって、電極表層部
にC−AlN保護層を設け、さらにAl電極の腐食要因
となっていた残留元素をエッチング装置内から除去する
窒素/炭素混合ガスによるプラズマ処理を用いた電極製
造方法により、ドライエッチング後に生じていたAl電
極の腐食を再現性高く防止することができる。このこと
によって、製造歩留まりの高い塩素系ガスを用いたRI
Eが可能となり、微細電極加工プロセスの信頼性が向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための電極の断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 Al、もしくはAl合金電極 3 C−AlN保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−244108(JP,A) 特開 平2−234507(JP,A) 特開 平2−170429(JP,A) 特開 昭63−185804(JP,A) 特開 昭63−131572(JP,A) 特開 平4−45274(JP,A) 特開 平5−88204(JP,A) 特開 平5−102774(JP,A) 特公 昭55−2731(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03H 3/08 - 3/10 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/302 - 21/308

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板上に配列されたAlを主構成元
    素とする電極を持つ弾性表面波装置において、電極を塩
    素系ガスを用いたドライエッチング法により形成した直
    後、引き続き同一室内で少なくとも窒素と炭素を含む混
    合ガスによるプラズマ処理を行い、電極表面にC−Al
    N層を形成させることを特徴とする弾性表面波装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記ドライエッチング終了後ガス置換に
    よるパージ処理を行った後で前記プラズマ処理を行うこ
    とを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置の製造方
    法。
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TW513855B (en) * 2001-01-15 2002-12-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Saw device and method for manufacturing the device

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