JP3341504B2 - Al薄膜電極の製造方法 - Google Patents

Al薄膜電極の製造方法

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JP3341504B2 JP30539194A JP30539194A JP3341504B2 JP 3341504 B2 JP3341504 B2 JP 3341504B2 JP 30539194 A JP30539194 A JP 30539194A JP 30539194 A JP30539194 A JP 30539194A JP 3341504 B2 JP3341504 B2 JP 3341504B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜電極の製造方法に関
し、詳しくは、弾性表面波デバイスやLSI、プリント
基板、各種コンデンサ、フィルタ、発振子などの種々の
電子部品に用いられるAl薄膜電極(Alを主成分とす
る薄膜電極)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子部
品に形成されるAl薄膜電極の耐エレクトロマイグレー
ション性や耐ストレスマイグレーション性などを向上さ
せて信頼性(耐久性)を高める方法として、Al薄膜電
極にCuを含有させる方法が一般的に用いられている。
なお、Cuの添加により、耐エレクトロマイグレーショ
ン性や耐ストレスマイグレーション性などが向上するの
は、Al薄膜電極の結晶粒内だけではなく、結晶粒界に
もCuが存在することによる。
【0003】さらに、SiとCuを添加したり、その他
にもTiやPdを添加する方法もある。
【0004】ところで、Al薄膜電極へのCuの添加量
(Cu含有率)には、適正な範囲があり、Cu含有率が
その適正な範囲に達しない場合には、Al薄膜電極の耐
エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイグレー
ション性などを向上させて信頼性を高める効果が小さ
く、また、その範囲を越えてCuを含有させても、効果
の顕著な向上は期待できない。そのため、従来は、Cu
含有率が所定の範囲になるようにCuの添加量を制御し
ており、その範囲以上にCuを含有させないようにして
いる。
【0005】また、従来は、Al薄膜電極を成膜する場
合に、基板などのAl薄膜電極を形成する対象である基
体の温度(成膜温度)を、通常100℃以上(半導体デ
バイスなどにおいては400℃にする場合もある)にし
ている。
【0006】これは、基体温度が100℃以下になる
と、(1) Al薄膜電極の基体への密着性が低下する(2) 基体温度が100℃以下の条件で成膜されたAl薄
膜電極においては、長期放置やアニールなどによるエー
ジングによってCuがマイグレートし、結晶粒界にCu
が凝集するため、0.1重量%以上の割合でCuを添加
した場合には、耐エレクトロマイグレーション性や耐ス
トレスマイグレーション性などの向上による膜の信頼性
向上の効果は得られるものの、例えば、RIE(Reactiv
e Ion Etching)などの方法によりドライエッチングを行
う際に、結晶粒界に凝集したCuが残渣となり、腐食発
生の原因になるなどの問題点があることによる。
【0007】一方、基体温度を100℃以上にして成膜
した場合には、(1) Al薄膜電極の基体への密着性は向上するが、10
0℃以下の温度で成膜した場合のようなCuのマイグレ
ーションが起こりにくいため、0.1重量%以上の割合
でCuを含有させても、結晶粒界へのCuの凝集による
膜の信頼性向上の効果を十分に得ることができない(2) 低温で成膜され、かつ、エージングされていないA
l薄膜電極に較べて、例えば、RIE法などの方法によ
りドライエッチングを行う際に、Cu残渣が発生しやす
く、腐食が発生しやすくなるなどの問題点がある。
【0008】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、ドライエッチングによる加工が容易で、しかも信頼
性に優れたAl薄膜電極を、弾性表面波デバイスやLS
I、プリント基板などの種々の電子部品に形成すること
が可能なAl薄膜電極の製造方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明(請求項1)のAl薄膜電極の製造方法は、
成膜時の基体温度を100℃以下にして、乾式薄膜形成
方法により、該基体上にCuを所定の割合で含有するA
l薄膜電極(Alを主成分とする薄膜電極)を形成する
工程と、形成されたAl薄膜電極がエージングされて
晶粒界にCuが析出する前にドライエッチングすること
によりAl薄膜電極を加工する工程と、加工されたAl
薄膜電極をアニールする工程とを具備することを特徴と
している。
【0010】なお、本発明は、Al−Cu系の薄膜電極
の製造方法に限られるものではなく、例えば、Si、T
iあるいはPdなどの他の添加物を含むAl薄膜電極
(すなわち、Alを主成分とする薄膜電極)の製造方法
をも包含するものである。
【0011】また、請求項2のAl薄膜電極の製造方法
は、薄膜電極のCu含有量が、0.1〜10重量%の範
囲にあることを特徴としている。
【0012】また、請求項3のAl薄膜電極の製造方法
は、ドライエッチング用のレジストパターンの熱処理条
件を100℃以下、1時間以内とし、かつ、成膜後12
0時間以内にドライエッチングすることを特徴としてい
る。
【0013】さらに、請求項4のAl薄膜電極の製造方
法は、アニール温度110℃以上、アニール時間1時間
以上の条件でアニールを行うことを特徴としている。
【0014】
【作用】成膜時の基体温度を100℃以下にして、乾式
薄膜形成方法により、該基体上に成膜することによりA
l薄膜電極に、固溶限界を越えるような割合でCuを含
有させることが可能になり、また、Al薄膜電極が長期
放置や熱処理などによりエージングされて結晶粒界にC
uが析出する前にドライエッチングすることにより、そ
の加工性が確保される。さらに、加工後のAl薄膜電極
をアニールすることにより、Al薄膜電極の基体への密
着性を向上させるとともに、固溶限界を越えたCuをマ
イグレートさせて結晶粒界に析出させることが可能にな
り、耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイ
グレーション性などを向上させて信頼性(耐久性)を高
めることができるようになる。
【0015】したがって、ドライエッチングにより容易
に加工することが可能で、しかも信頼性に優れたAl薄
膜電極を、弾性表面波デバイスやLSI、プリント基板
などの種々の電子部品に形成することが可能になる。
【0016】なお、成膜時の基体温度を100℃以下に
することにより、効率よく、固溶限界を越える割合でC
uを含有するAl薄膜電極を形成することが可能にな
る。
【0017】また、Al薄膜電極のCu含有量を、0.
1〜10重量%の範囲に制御することにより、固溶限界
を越えたCuをマイグレートさせて結晶粒界に析出させ
ることが可能になる。
【0018】さらに、ドライエッチング用のレジストパ
ターンの熱処理条件を100℃以下、1時間以内とし、
かつ、成膜後120時間以内にドライエッチングを行う
ことにより、Al薄膜電極を容易に加工して、所望のパ
ターンを形成することが可能になる。
【0019】さらに、アニール温度110℃以上、アニ
ール時間1時間以上の条件でアニールを行うことによ
り、確実に、Al薄膜電極の基体への密着性を向上させ
るとともに、固溶限界を越えたCuをマイグレートさせ
て結晶粒界に析出させることが可能になり、耐エレクト
ロマイグレーション性や耐ストレスマイグレーション性
などを向上させて信頼性(耐久性)を高めることが可能
になる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を示してその特徴とす
るところをさらに詳しく説明する。なお、この実施例で
は、弾性表面波デバイス用のAl薄膜電極(Alを主成
分とする薄膜電極)を製造する場合を例にとって説明す
る。
【0021】(1)まず、弾性表面波デバイス用の基板
(基体)として、水晶、LiTaO3、又はLiNbO3
からなる基板を用意するとともに、電極材料として、A
l−Cu又はAl−Si−Cuを用意した。そして、基
板温度を−20〜+100℃の範囲に調整し、基板上
に、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、又はIBS法(イ
オンビームスパッタ法)により、薄膜(Al薄膜電極)
を成膜した。なお、電極材料の組成などを制御して、A
l薄膜電極の平均Cu含有率が0.1〜10重量%にな
るように調整した。
【0022】(2)それから、成膜後のAl薄膜電極に、
線幅0.2〜20μmのレジストパターンを形成し、成
膜後120時間以内に、塩素系のエッチングガスを用い
てRIE法によりドライエッチングした。なお、このと
き、Al薄膜電極(サンプル)は、レジストパターンの
熱処理時に、100℃以下×1時間以内の条件で加熱
(熱処理)する以外は、30℃以下の温度(常温)に保
持した。なお、線幅0.2〜20μmのレジストパター
ンを形成したのは、線幅が0.2μm以下の場合には、
RIE法によるドライエッチングでは対応できないこ
と、線幅(すなわちAl薄膜電極の幅)が20μm以上
の弾性表面波デバイスの場合には、特に問題にするほど
の耐ストレスマイグレーションは必要がなく、また、エ
レクトロマイグレーションも105A/cm2以上の条件で
ないと発生しないことを考慮したものである。
【0023】(3)そして、ドライエッチングを行うこと
により所定のパターンに加工したAl薄膜電極を、循環
式オーブン、ホットプレート、ランプアニール炉(以
上、雰囲気はいずれも空気又は窒素雰囲気)、又は真空
アニール炉(真空雰囲気)を用いて、110℃以上の温
度で1時間以上のアニールを行った。
【0024】上記の手順にしたがって、Al薄膜電極の
成膜、加工、アニールを行うことにより、加工が容易
で、Cu残渣やそれに起因する電極腐食がなく、かつ、
基体への密着性が大きく、信頼性(耐久性)に優れたA
l薄膜電極を形成することができた。
【0025】[具体例](1) 基板温度25℃で、LiTaO3基板上に、Al−
Cu(2重量%)を電子ビーム蒸着法により蒸着して成
膜した後、RIE法による加工を行い、線幅1.5μm
のくし歯状電極を形成した。このくし歯状電極を観察し
たところ、Cu残渣の発生及びそれによる腐食の発生は
全く認められなかった。
【0026】(2)また、前記くし歯状電極が形成された
LiTaO3基板を窒素雰囲気の循環式オーブンに入れ
て150℃×8時間のアニールを行った。アニール後の
Al薄膜電極を観察したところ、Al薄膜電極中のCu
が結晶粒界に凝集していることが確認された。
【0027】(3)さらに、アニール後のAl薄膜電極に
ついて耐電力寿命試験を行い、その信頼性(耐久性)を
評価したところ、信頼性(耐久性)がアニールを行って
いないAl薄膜電極の約2倍、従来の高温で成膜したA
l薄膜電極の約3倍に向上していることが確認された。
【0028】なお、上記実施例では、弾性表面波デバイ
ス用のAl薄膜電極を製造する場合を例にとって説明し
たが、本発明は、弾性表面波デバイス用のAl薄膜電極
を製造する場合に限らず、LSI、プリント基板、各種
コンデンサ、フィルタ、発振子などの種々の電子部品の
Al薄膜電極を形成する場合にも適用することが可能で
ある。
【0029】なお、本発明は、さらにその他の点におい
ても上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨
の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可
能である。
【0030】
【発明の効果】上述のように、本発明のAl薄膜電極の
製造方法は、成膜時の基体温度を100℃以下にして、
乾式薄膜形成方法により、該基体上にCuを所定の割合
で含有するAl薄膜電極を形成した後、Al薄膜電極が
エージングされて結晶粒界にCuが析出する前にドライ
エッチングすることによりAl薄膜電極を加工し、その
後、加工されたAl薄膜電極をアニールするようにして
いるので、Al薄膜電極に固溶限界を越える割合でCu
を含有させることが可能になるとともに、加工性が確保
され、さらに、固溶限界を越えた量のCuを結晶粒界中
に析出させることが可能になり、耐エレクトロマイグレ
ーション性や耐ストレスマイグレーション性などを向上
させることができる。
【0031】したがって、ドライエッチングにより容易
に加工することが可能で、しかも信頼性に優れたAl薄
膜電極を、弾性表面波デバイスやLSI、プリント基板
などの種々の電子部品に形成することが可能になる。
【0032】また、ドライエッチングを行うことが困難
になる前、すなわち、結晶粒界中にCuがマイグレート
して凝集する前に、ドライエッチングによりAl薄膜電
極の加工を行うようにしているため、凝集したCuが残
渣となること、及びそれに起因する電極腐食を防止する
ことができる。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】成膜時の基体温度を100℃以下にして
    乾式薄膜形成方法により、該基体上にCuを所定の割合
    で含有するAl薄膜電極(Alを主成分とする薄膜電
    極)を形成する工程と、 形成されたAl薄膜電極がエージングされて結晶粒界に
    Cuが析出する前にドライエッチングすることによりA
    l薄膜電極を加工する工程と、 加工されたAl薄膜電極をアニールする工程とを具備す
    ることを特徴とするAl薄膜電極の製造方法。
  2. 【請求項2】Al薄膜電極のCu含有量が、0.1〜1
    0重量%の範囲にあることを特徴とする請求項記載の
    Al薄膜電極の製造方法。
  3. 【請求項3】ドライエッチング用のレジストパターンの
    熱処理条件を100℃以下、1時間以内とし、かつ、成
    膜後120時間以内にドライエッチングすることを特徴
    とする請求項1又は2記載のAl薄膜電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 アニール温度110℃以上、アニール時
    間1時間以上の条件でアニールを行うことを特徴とする
    請求項1,2又は3記載のAl薄膜電極の製造方法。
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