JP4311249B2 - 弾性波装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置や弾性境界波装置等の製造方法に関し、より詳細には、フォトリソグラフィ−リフトオフ法を用いた電極形成工程を有する弾性波装置の製造方法に関する。

高周波化にともない、弾性表面波装置のインターデジタル電極などの、微細化が進んでいる。そのため、微細な電極を形成するために、フォトリソグラフィ技術が一般的に広く用いられている。

例えば、下記の特許文献１には、図３及び図４に示す電極形成方法が開示されている。

図３に示す製造方法では、まず、図３（ａ）に示す圧電基板１０１を用意する。次に、感光性樹脂からなるフォトレジスト層が圧電基板１０１の上面の全面に形成される。しかる後、該フォトレジストが露光及び現像によりパターニングされ、図３（ｂ）に示すフォトレジストパターン１０２が形成される。

しかる後、図３（ｃ）に示すように、全面に電極となる金属膜１０３が成膜される。そして、フォトレジストパターン１０２と該フォトレジストパターン１０２上の金属膜とがリフトオフ法により除去され、図３（ｄ）に示すように電極１０３Ａが形成される。

他方、図４に示す製造方法では、まず図４（ａ）に示すように圧電基板１１１を用意する。次に、図４（ｂ）に示すように圧電基板１１１の上面に、ＳｉＯ₂膜１１２をスパッタリング等により形成する。しかる後、ＳｉＯ₂膜１１２上の全面に感光性樹脂からなるレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィによりパターニングする。このようにして、図４（ｃ）に示すフォトレジストパターン１１３が形成される。

次に、エッチングによりフォトレジストパターン１１３で覆われていないＳｉＯ₂膜部分が除去される（図４（ｄ））。

しかる後、図４（ｅ）に示すように、全面に金属膜１１４を形成する。そして、レジストパターン１１３及び該レジストパターン１１３上の金属膜部分をリフトオフ法により除去する。このようにして、図４（ｆ）に示すように、複数本の電極指を有する電極１１４Ａが形成され、電極指間に、ＳｉＯ₂膜１１２Ａが電極指間膜として配置されている弾性表面波素子が得られる。
特開平１１−１８６８６６号公報

図３及び図４に示したような従来のフォトリソグラフィ−リフトオフ法を用いた電極形成方法では、リフトオフの際に、フォトレジストパターンがフォトレジストパターン上の金属膜とともに除去されていた。

他方、フォトレジストパターン１０２，１１３は、感光性樹脂からなるため、２００℃以上の高温に耐え得るものではなかった。従って、フォトレジストパターン１０２，１１３を形成した後に、電極形成用金属膜１０３，１１４を形成するに際し、高温下で金属膜を成膜することができなかった。

よって、電極形成用金属膜の成膜に際し、蒸着法を用いる場合には、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕなどの２００℃以下の低温で蒸着し得る金属材料を用いなければならなかった。また、ＴａやＷの金属を用いる場合には、スパッタリング法により成膜しなければならなかった。そのため、フォトリソグラフィ−リフトオフ法を用いた電極形成方法では、電極材料としてＴａやＷなどはあまり使用されていなかった。

加えて、フォトレジストが耐え得る温度で電極を形成しなければならないため、言い換えれば金属膜の形成に際しての基板温度が低くなるため、得られた電極の基板に対する密着強度が低いという問題もあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、フォトレジストの耐熱性にかかわらず、様々な金属からなる電極を形成することができ、しかも電極の圧電基板に対する密着性に優れた弾性表面波装置や弾性境界波装置を得ることを可能とする弾性波装置の製造方法を提供することにある。

本願の第１の発明は、圧電性基板上に無機材料膜を形成する工程と、前記無機材料膜上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をフォトリソグラフィによりエッチングし、パターニングする工程と、前記無機材料膜をエッチングする工程と、前記無機材料膜をエッチングした後、残存している無機材料膜上の前記パターニングされたレジストを剥離する工程と、次に、電極形成用金属膜を全面に形成する工程と、前記無機材料膜を前記無機材料膜上の金属膜とともに剥離し、電極を形成する工程とを備え、前記無機材料膜が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする、弾性波装置の製造方法である。

第２の発明は、圧電性基板上に第１の無機材料膜を形成する工程と、前記第１の無機材料膜上に第２の無機材料膜を形成する工程と、前記第２の無機材料膜上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をフォトリソグラフィによりパターニングする工程と、前記レジスト層のパターニング後にエッチングによりレジスト層で被覆されていない領域の第１，第２の無機材料膜を除去する工程と、前記パターニングされたレジスト層を剥離する工程と、前記レジスト層の剥離後に、全面に電極形成用金属膜を形成する工程と、残存している第２の無機材料膜を該第２の無機材料膜上の金属膜とともに剥離し、電極と、電極の形成されていない領域に第１の無機材料膜が配置されている弾性波装置を得る工程とを備え、前記第１の無機材料膜が、ＳｉＯ ₂ 、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ ₂ 及びＴａ ₂ Ｏ ₅ からなる群から選択された一種により構成されており、第２の無機材料膜が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された１種により構成されている、弾性波装置の製造方法である。

本発明（第１，第２の発明）では、好ましくは、圧電性基板が、ＬｉＴａＯ₃基板からなる。

また、本発明に係る製造方法では、上記電極を構成する材料としては、特に限定されないが、好ましくは、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択された１種または該１種の金属を主体とする合金により構成されている。

また、好ましくは、本発明においては、電極がＴａ、Ｗ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種を用いて構成されており、前記無機材料層がＺｎＯにより構成される。

第１の発明に係る製造方法では、圧電性基板上に無機材料膜が形成され、該無機材料膜上にレジスト層が形成され、レジスト層をフォトリソグラフィ法によりパターニングした後、無機材料膜がエッチングされる。そして、無機材料膜のエッチング後に、パターニングされたレジスト膜が剥離され、次に電極形成用金属膜が全面に形成された後、無機材料膜が無機材料膜上の金属膜とともにリフトオフされて電極が形成される。従って、電極形成用金属膜の形成に先立ち、レジスト膜が除去されており、電極形成用金属膜形成後に、無機材料膜とともに無機材料膜上の金属膜がリフトオフされるため、電極形成金属膜の成膜及びリフトオフを２００℃以上の高温下で行うことができる。

よって、高温で蒸着しなければならない金属を用いて電極を形成することができる。また、スパッタリングだけでなく、蒸着法を用いて様々な金属からなる電極を形成することができる。よって、ＴａやＷなどの低温で蒸着できない金属を用いて該金属を蒸着し、リフトオフ法により電極を形成することができる。

加えて、圧電性基板の温度を比較的高くして電極を形成することができるので、電極の圧電性基板に対する密着性も高められる。

無機材料層が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された少なくとも一種からなるので、これらの無機材料は、フォトレジストを構成している構成樹脂に比べて耐熱性が高いため、本発明に従って、様々な金属からなる電極を蒸着法を用いて形成することができるとともに、成膜時の基板温度を高めて電極の圧電性基板への密着性を効果的に高めることができる。

第２の発明によれば、圧電性基板上に、第１，第２の無機材料膜が形成され、第２の無機材料膜上にレジスト層が形成された後、フォトリソグラフィによりレジスト層がパターニングされる。そして、パターニング後に、レジスト層により被覆されていない部分の第１，第２の無機材料膜が除去され、パターニングされたレジスト層が剥離される。そして、レジスト層の剥離後に、電極形成用金属膜が形成され、次に、第２の無機材料膜及び第２の無機材料膜上の金属膜がリフトオフにより除去される。その結果、電極と、電極が形成されていない領域に第１の無機材料膜が配置されている弾性波装置が得られる。

従って、第２の発明においても、電極形成用金属膜の形成、並びにその後の第２の無機材料膜及び金属膜のリフトオフが、比較的高温下で行われ得る。よって、第１の発明の場合と同様に、ＴａやＷなどの低温で蒸着できない金属を用いて、蒸着法により金属膜を形成し、電極を形成することができる。よって、第２の発明においても、電極形成用金属材料の制約が少なく、より生産性に優れた方法を用いてフォトリソグラフィ−リフトオフ法により電極を高精度に形成することができる。しかも、成膜に際しての温度を高めることができるので、圧電性基板に対する電極の密着強度を高めることができる。

前記第１の無機材料層が、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ₂及びＴａ₂Ｏ₅からなる群から選択された一種により構成されており、第２の無機材料層が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された１種により構成されているので、第２の無機材料層が酸可溶性またはアルカリ可溶性であるため、酸またはアルカリを用いてエッチングすることにより、電極を損傷することなく、第２の無機材料膜を除去することができる。

圧電性基板としてＬｉＴａＯ₃基板を用いる場合には、該ＬｉＴａＯ₃基板の電気機械結合係数が高いため、低損失の弾性波装置を提供することができる。

前記電極が、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択された１種または該１種の金属を主体とする合金により構成されている場合には、十分な反射係数を得ることができる。

前記電極がＴａ、Ｗ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種を用いて構成されており、前記無機材料層がＺｎＯである場合には、ＺｎＯがＨＣｌなどの酸に可溶であるため、酸を用いて無機材料層を除去することができ、しかも電極がＴａ、Ｗ、Ａｕ及びＰｔからなるため、酸により浸食され難い。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）〜（ｇ）を参照して、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の製造方法を説明する。

図１（ａ）に示すように、まず、圧電性基板１としてＬｉＴａＯ₃基板を用意する。本実施形態では、３６°ＹカットＸ伝搬、オイラー角で（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板が用いられる。もっとも、圧電性基板１としては、他の結晶方位のＬｉＴａＯ₃基板を用いてもよく、あるいは他の圧電単結晶からなるものを用いてもよい。

また、絶縁性基板上に圧電性薄膜を積層してなる圧電性基板を用いてもよい。

図１（ｂ）に示すように、上記圧電性基板１上に、全面に無機材料膜２を形成する。本実施形態では、無機材料膜２として、ＺｎＯ膜が用いられている。もっとも、無機材料膜２は、ＺｎＯ以外の無機材料、例えばＳｉＯ₂などで形成されていてもよい。また、上記無機材料膜２は、ＺｎＯをスパッタリングすることにより、形成されており、その膜厚は０．１μｍとされている。

次に、上記無機材料膜２上に、フォトレジストをスピンコーティングし、０．１μｍの厚みのフォトレジスト層を形成した。しかる後、露光及び現像を行うことにより、図１（ｃ）に示すフォトレジストパターン３を形成した。そして、さらにフォトレジストパターン３を浸食しないが、無機材料膜２をエッチングし得るエッチャントを用いエッチングを行った。このようにして、図１（ｄ）に示すように、パターニングされた無機材料膜２Ａを得た。

次に、パターニングされた無機材料膜２Ａ上のフォトレジストパターン３を溶剤を用いて剥離した（図１（ｅ））。

そして、図１（ｆ）に示すように、全面に電極形成用金属膜４を形成した。本実施形態では、金属膜４として０．０５μｍのＡｕ膜を２５０℃の温度で蒸着により形成した。この場合、耐熱性が低いフォトレジストパターン３が既に除去されており、圧電性基板１上には、パターニングされた無機材料膜２Ａのみが存在しているので、Ａｕからなる金属膜４を上記のように２５０℃の温度で蒸着により形成することができる。そして、２５０℃の比較的高い温度でＡｕからなる金属膜４を成膜したため、Ａｕからなる金属膜４の圧電性基板１に対する密着性も高められている。

しかる後、ＮａＯＨ液でエッチングすることにより、ＺｎＯ膜からなる無機材料膜２Ａ及び該無機材料膜２Ａ上の金属膜部分がリフトオフにより除去される。従って、無機材料膜２Ａ間に存在していた金属膜のみが残存し、図１（ｇ）に示す電極４Ａが圧電性基板１上に形成される。このようにして、電極４Ａを有する弾性波装置が得られる。

上記のように、本実施形態では、ＺｎＯからなり、パターニングされた無機材料膜２Ａが、従来法におけるフォトレジストパターンの代わりに用いられてリフトオフにより電極４Ａが形成される。従って電極４Ａを構成する金属材料の制約が少なく、かつフォトレジストが耐え得ない比較的高い温度で金属膜４の成膜を行うことができる。よって、圧電性基板１に対する密着性に優れ、かつ様々な金属からなる電極４Ａを圧電性基板１上に形成することができる。

第１の実施形態では、電極３Ａは、Ａｕにより形成されていたが、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、ＷまたはＭｏなどの金属により電極を形成してもよい。

さらに、無機材料膜は、ＺｎＯ以外の無機材料、例えば、ＣｄＳ、ＳｉまたはＰｂＳなどを用いて形成されていてもよく、これらのアルカリ可溶性の無機材料膜を用いた場合には、上記と同様にアルカリ水溶液でエッチングすることにより、電極をエッチングすることなく、無機材料膜を除去することができる。

図２（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の製造方法を説明するための各模式的断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ＬｉＴａＯ₃からなる圧電性基板１１を用意する。

次に、図２（ｂ）に示すように、圧電性基板１１上に、全面に、第１の無機材料膜１２を形成する。本実施形態では、第１の無機材料膜１２は、ＳｉＯ₂をパターニングすることにより形成されている。また、無機材料膜１２の厚みは０．０８μｍとした。

次に、無機材料膜１２上に、第２の無機材料膜として、０．１μｍの厚みのＺｎＯ膜をスパッタリングにより全面に成膜した。このようにして、図２（ｃ）に示すように、第１，第２の無機材料膜１２，１３が積層されている構造を得た。

次に、第２の無機材料膜１３上に、全面にスピンコーティングにより０．１μｍのフォトレジスト層を形成し、露光及び現像を行うことにより、図２（ｄ）に示すフォトレジストパターン１４を形成した。

しかる後、エッチングにより、フォトレジストパターン１４に被覆されていない第１，第２の無機材料膜部分を除去した。このようにして、図２（ｅ）に示すように、パターニングされた第１，第２の無機材料膜１２Ａ，１３Ａを形成した。しかる後、溶剤を用いて、フォトレジストパターン１４を除去した。このようにして、図２（ｆ）に示すように、圧電性基板１１上に、パターニングされた第１，第２の無機材料膜１２Ａ，１３Ａが積層されている構造を得た。

しかる後、図２（ｇ）に示すように、電極形成用金属膜１５として、０．０８μｍの厚みのＡｕ膜を２５０℃の温度で蒸着法により成膜した。本実施形態においても、Ａｕからなる電極形成用金属膜１５の形成に際しては、フォトレジストパターンが存在していないため、フォトレジストが耐え得ない比較的高い温度で金属膜１５を成膜することができる。よって、様々な金属を用いて蒸着法などにより金属膜１５を形成することができ、かつ金属膜１５の圧電性基板１１への密着性も高めることができる。

しかる後、ＮａＯＨでエッチングすることにより、ＺｎＯからなる第２の無機材料膜１３Ａ及び該第２の無機材料膜１３Ａ上の金属膜部分がリフトオフされる。このようにして、図２（ｈ）に示すように、Ａｕからなる電極１５Ａと、該電極１５Ａが設けられている領域以外の領域に設けられている第１無機材料膜１２Ａとからなる複合膜が圧電性基板１１上に形成された構造を有する弾性波装置が得られる。

そして、最後に図２（ｉ）に示すように、周波数温度特性を改善するために、ＳｉＯ₂からなる温度特性改善膜１６が全面に形成される。このＳｉＯ₂からなる温度特性改善膜１６の形成は、スパッタリング等の適宜の方法で行われ得る。

ＳｉＯ₂の周波数温度係数の極性は、圧電性基板１１を構成しているＬｉＴａＯ₃基板の周波数温度係数の極性と逆であり、従って、ＳｉＯ₂膜の形成により、得られる弾性波装置の周波数温度係数を±０に近づけることができ、周波数温度特性を改善することができる。

なお、本実施形態では、温度特性改善膜としてＳｉＯ₂膜を形成したが、使用する圧電性基板の周波数温度係数に応じて弾性波装置全体の周波数温度係数を±０に近づけ得る限り、ＳｉＯ₂以外の他の絶縁性材料を用いてもよい。このような材料としては、例えば、窒化シリコンが挙げられる。また、当然のことながら、温度特性改善膜を実施例１に用いてもよい。

また、第２の実施形態では、第１の無機材料膜１２が、ＳｉＯ₂を用いて形成されていたが、これ以外の絶縁性材料、例えばＳｉ、ＴａＮ、ＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅などにより形成されてもよい。さらに、第２の無機材料膜１３についても、ＺｎＯ以外の材料、例えばＳｉ、ＣｄＳまたはＰｂＳなどにより形成することができる。

電極材料についても、第１の実施形態と同様に、Ａｕ以外の電極材料例えばＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏなどを用いてもよい。これらの電極を用い、さらに第２の無機材料膜１３を、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＣｄＳまたはＰｂＳなどで構成することにより、アルカリ水溶液を用い、電極をエッチングすることなく、第２の無機材料膜を容易に除去することができる。従って第２の実施形態では、好ましくは、第２の無機材料膜１３は、上記アルカリ水溶液で除去され得るアルカリ可溶性無機材料、すなわちＺｎＯ、Ｓｉ、ＣｄＳまたはＰｂＳにより形成されていることが望ましい。

また、第２の実施形態において、電極が、Ｔａ，Ｗ、ＡｕまたはＰｔからなり、第２の無機材料膜１３がＺｎＯで形成されている場合には、ＨＣｌなどの酸を用い、電極をエッチングすることなく、ＺｎＯからなる無機材料膜を除去することも可能である。

すなわち、電極とエッチング液と第２の無機材料膜１３と組み合わせについては、第２の無機材料膜１３Ａの除去に際し、電極をエッチングすることがないように、電極材料、エッチング液及び第２の無機材料膜を選択すればよい。言い換えれば、第２の無機材料膜１３は、電極をエッチングしないエッチャントにより除去される材料で構成されていることが望ましい。

なお、第１，第２の実施形態では、上記のようにして圧電性基板１，１１上に、弾性波装置を構成する電極４Ａ，１５Ａが形成されるが、この電極３Ａ、１５Ａについての具体的な形状については、弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタなどの目的とする弾性波装置の機能に応じて適宜の形状とされ得る。

（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の製造方法を説明するための各正面断面図。 （ａ）〜（ｉ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の製造方法を説明するための各正面断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の弾性波装置の製造方法の一例を示すための正面断面図。 （ａ）〜（ｆ）は、従来の弾性波装置の製造方法の他の例を説明するための各正面断面図。

符号の説明

１…圧電性基板
２…無機材料膜
３…フォトレジストパターン
４…電極形成用金属膜
４Ａ…電極
１１…圧電性基板
１２…第１の無機材料膜
１３…第２の無機材料膜
１４…フォトレジストパターン
１５…電極形成用金属膜
１５Ａ…電極

Claims (5)

1. 圧電性基板上に無機材料膜を形成する工程と、
   前記無機材料膜上にレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をフォトリソグラフィによりエッチングし、パターニングする工程と、
   前記無機材料膜をエッチングする工程と、
   前記無機材料膜をエッチングした後、残存している無機材料膜上の前記パターニングされたレジストを剥離する工程と、
   次に、電極形成用金属膜を全面に形成する工程と、
   前記無機材料膜を前記無機材料膜上の金属膜とともに剥離し、電極を形成する工程とを備え、
   前記無機材料膜が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする、弾性波装置の製造方法。
2. 圧電性基板上に第１の無機材料膜を形成する工程と、
   前記第１の無機材料膜上に第２の無機材料膜を形成する工程と、
   前記第２の無機材料膜上にレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をフォトリソグラフィによりパターニングする工程と、
   前記レジスト層のパターニング後にエッチングによりレジスト層で被覆されていない領域の第１，第２の無機材料膜を除去する工程と、
   前記パターニングされたレジスト層を剥離する工程と、
   前記レジスト層の剥離後に、全面に電極形成用金属膜を形成する工程と、
   残存している第２の無機材料膜を該第２の無機材料膜上の金属膜とともに剥離し、電極と、電極の形成されていない領域に第１の無機材料膜が配置されている弾性波装置を得る工程とを備え、
   前記第１の無機材料膜が、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ₂及びＴａ₂Ｏ₅からなる群から選択された一種により構成されており、第２の無機材料膜が、ＺｎＯ、ＣｄＳ及びＰｂＳからなる群から選択された１種により構成されている、弾性波装置の製造方法。
3. 前記圧電性基板が、ＬｉＴａＯ₃基板からなる、請求項１または２に記載の弾性波装置の製造方法。
4. 前記電極が、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択された１種または該１種の金属を主体とする合金により構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法。
5. 前記電極がＴａ、Ｗ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種を用いて構成されており、前記無機材料膜がＺｎＯである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法。

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