JP3293564B2 - 電子デバイスの作製方法 - Google Patents
電子デバイスの作製方法Info
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Description
方法に関する。具体的にいうと、本発明は、半導体集積
回路、半導体デバイス、弾性表面波(SAW)デバイス
等の電子デバイスの作製方法に関するものである。
上に形成されたAl合金などの電極膜2を反応性イオン
エッチング(RIE)する場合、図1に示すように、電
極膜2の表面をフォトレジスト3で覆い、パターニング
されたフォトレジスト3をマスクとし、Cl2やBCl3
などの塩素系ガスを用いて選択的にエッチングする。こ
の場合、単結晶基板1の上の電極膜2の膜厚分布や反応
性イオンエッチング速度の面内分布のバラツキのため、
図1(a)のように、電極膜2が完全に除去されること
なく、単結晶基板1の上に残ることがある。そのためエ
ッチング個所において、電極膜2を残渣なく完全に除去
するためには、オーバーエッチングと称される残渣除去
プロセスが不可欠となっている。このオーバーエッチン
グ法は、図1(b)に示すように、通常のエッチング条
件を保ったままで、全エッチング時間の5%〜50%の
オーバーエッチング処理を施し、わずかに単結晶基板1
までエッチングするものである。
では、オーバーエッチング期間中には、既に電極膜1が
除去されて単結晶基板1が露出した部分までが塩素プラ
ズマに晒されることになるので、単結晶基板1が損傷さ
れて図2のようにダメージ層4が生じ、弾性表面波デバ
イスの特性が劣化するという問題があった。
のようなオーバーエッチングによる基板損傷の原因は、
反応性イオンエッチング時に基板に衝突するイオンの衝
撃による物理的損傷であるというのが通説であった。そ
のため、従来にあっては、イオン入射エネルギーを小
さくする、エッチング速度の均一性を向上させる、
エッチングの終点検出を高精度化する、といった方法
で、このイオン入射による基板損傷を抑えている。しか
し、従来方法では、基板の損傷を少なくすることはでき
るが、完全に抑えることは不可能であった。
のであり、その目的とするところは、電子デバイスの製
造時において、反応性イオンエッチングによる基板の損
傷を低減することにある。
板損傷の原因は、イオンによる物理的損傷ではなく、塩
素(イオン、原子、分子、ラジカルなどの状態のもの)
が単結晶基板や単結晶膜等の内部に拡散して単結晶基板
や単結晶膜等の結晶性を乱す化学的損傷であることを見
出した。
発明者が到達した上記知見に基づいてなされたものであ
り、単結晶基板または単結晶膜または3軸配向膜または
1軸配向膜の上に形成された薄膜をエッチングによりパ
ターニングする電子デバイスの作製方法であって、前記
薄膜を反応性イオンエッチングして該薄膜の膜厚を0.
5nm〜1000nmとした後、不活性ガスを主たるガ
スとして用いる物理的エッチングにより、残った薄膜を
除去するものである。ここで、単結晶基板または単結晶
膜または3軸配向膜または1軸配向膜としては、電子デ
バイスの種類に応じて、圧電体、誘電体、焦電体、半導
体、磁性体などの機能性単結晶材料が用いられる。特
に、電子デバイスが弾性表面波デバイスの場合には、L
iTaO3、LiNbO3、水晶、ランガサイト、LB
O等の圧電体が用いられる。
系ガスのプラズマが用いられる。ここで、塩素系ガスと
は、塩素原子を含むガスであって、例えばCl2、BC
l3、SiCl4、CCl4、CClF3、CHClF2、
CCl2F2、CHCl2F、CHCl3、CCl3F、C
H2Cl2のうち少なくとも1種以上のガスを含むもので
ある。これに対して、単結晶基板または単結晶膜または
3軸配向膜または1軸配向膜の上に形成されている薄膜
は、塩素系ガスで反応性イオンエッチング可能な元素を
少なくとも1つ含む導電体または半導体であれば良く、
具体的には、Al、Cu、Ti、Cr、Ga、As、S
e、Nb、Ru、In、Sn、Sb、Ta、Auのうち
少なくとも1つの元素を含む。
性イオンエッチングする際、薄膜を一部残しているか
ら、単結晶基板または単結晶膜または3軸配向膜または
1軸配向膜はイオンに晒されず、単結晶基板または単結
晶膜または3軸配向膜または1軸配向膜が損傷するのを
防止することができる。さらに、わずかに残った薄膜
は、不活性ガスを主たるガスとして用いる物理的エッチ
ングにより除去される。
的エッチングとは、例えばイオンミリングを挙げること
ができる。イオンミリングとは、不活性ガスのイオンを
対象物に衝突させて弾き飛ばす(スパッタする)物理的
なエッチングであって、化学反応をともなわないもので
ある。従って、イオンミリングに用いるガスは、Ar、
Kr、Xe、Ne等のうち少なくとも1つ以上の元素を
含むものであればよい。もっとも、これらの不活性ガス
に塩素系ガスを少量添加して反応性イオンエッチング
(RIE)やイオンビームエッチングしてもよい。不活
性ガスに添加する塩素系ガスの量は、単結晶基板や単結
晶膜等の特性劣化が問題とならない程度の量であればよ
い。
による基板の損傷はイオン衝撃による物理的な損傷であ
ると考えられていたので、最終段階においてイオンミリ
ング等の物理的エッチングを行なって基板ごと薄膜を除
去すれば、基板損傷が大きくなると考えられていた。し
かし、実際は反応性イオンエッチングによる基板損傷
は、化学的な損傷であるため、物理的エッチングによっ
て最後の薄膜を除去することにより、基板に損傷を及ぼ
すことなく薄膜を完全に除去することができ、電子デバ
イスの特性を向上させることができる。
薄膜の膜厚は、前記のように0.5nm〜1000nm
が好ましい。0.5nmよりも薄い膜厚を目標にする
と、反応性イオンエッチング速度のばらつき等によって
薄膜に孔があく恐れがあり、1000nmよりも厚いと
物理的エッチングの加工時間が長くなり過ぎるためであ
る。
表面波デバイスの場合を例にとって添付図により説明す
る。まず、図3(a)に示すように、直径3インチの単
結晶LiTaO3基板11上に、スパッタリングにより
1wt%のCuを含有したAl(以下、Al−1wt%
Cuと記す)からなる電極膜12を100nmの膜厚に
成膜する。ついで、図3(b)に示すように、Al−1
wt%Cuからなる電極膜12の上にフォトレジストを
塗布し、フォトリソグラフィプロセスによりフォトレジ
ストをパターニングして線幅(L/S=)0.5μm、
膜厚1μmのレジストパターン13を形成する。
トパターン13をマスクとして電極膜12を反応性イオ
ンエッチングする。このとき、電極膜12を20nm残
すように反応性イオンエッチングを行なって電極膜12
を途中まで除去する。反応性イオンエッチングは、BC
l3+Cl2+N2の混合ガスを用いて平行平板RIE装
置で行なう。もちろん、平行平板RIE装置の代わり
に、ICP、ECR、ヘリコンなど高密度プラズマ源を
使ってもよい。
TaO3基板11は電極膜12によって覆われていて露
出しないから、塩素系ガスを含む混合ガスによって反応
性イオンエッチングを行っても、LiTaO3基板11
は塩素プラズマに晒されず、損傷することがない。
合ガスをRIE装置のチャンバ内から完全に排気した
後、LiTaO3基板11を大気に晒すことなく、図3
(d)に示すように、Arイオンミリングで残りの電極
膜12をオーバーエッチングぎみに除去し、LiTaO
3基板11を完全に露出させる。Arイオンミリング
は、ECRプラズマ源を用いたイオンシャワー方式で行
なう。もちろん他の高密度プラズマ源を用いても良い。
また、イオンシャワー方式の代わりに、基板にRFまた
はDCのバイアスを印加するイオン引き込み方式でも良
い。さらに、オーバーエッチング時間は、全イオンミリ
ング時間の30%とした。
の物理的損傷はデバイス特性に大きな影響を与えないこ
とが確認された。従って、電極膜12の残りをイオンミ
リングにより除去する際、充分なオーバーエッチング処
理を施し、電極膜12の残渣を完全に除去することがで
きる。
ト剥離液でレジストパターン13を除去して洗浄するこ
とにより、電極膜12がパターニングされた櫛歯状電極
が得られる。この基板11(親基板)を切断し、組立や
配線接続等を行うことにより弾性表面波デバイスが得ら
れる。
は、イオンミリングにより充分なオーバーエッチング処
理を施しているにも拘らず、良好なデバイス特性が得ら
れる。これに対し、従来技術では、30%ものオーバー
エッチングを行うと、塩素プラズマで基板が化学的な損
傷を受け、デバイス特性(挿入損失など)が著しく劣化
していた。
用いて反応性イオンエッチングするようすを示す断面図
である。
板を示す断面図である。
極形成工程を示す断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 単結晶基板または単結晶膜または3軸配
向膜または1軸配向膜の上に形成された薄膜をエッチン
グによりパターニングする電子デバイスの作製方法であ
って、 前記薄膜を反応性イオンエッチングして該薄膜の膜厚を
0.5nm〜1000nmとした後、不活性ガスを主た
るガスとして用いる物理的エッチングにより、残った薄
膜を除去することを特徴とする電子デバイスの作製方
法。 - 【請求項2】 前記物理的エッチングは、イオンミリン
グであることを特徴とする、請求項1に記載の電子デバ
イスの作製方法。 - 【請求項3】 前記反応性イオンエッチングは、塩素系
ガスを含むガスを用いたものである、請求項1又は2に
記載の電子デバイスの作製方法。
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