JP4359551B2 - 弾性表面波素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は高周波帯域において高い耐電力性を示すことのできる電極構造を有する弾性表面波素子の製造方法に関する。

弾性表面波素子は機械的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝播する弾性表面波を利用した電子部品であり、フィルタ、共振器またはデュプレクサなどを構成するために用いられる。

近年、携帯電話などの移動体通信端末の小型化及び軽量化が急速に進んでおり、これらの移動体通信端末に実装される電子部品の小型化が要求されている。

弾性表面波素子は、圧電性基板の表面上に、導電性材料からなる一対のくし歯状電極（ＩＤＴ（インタディジタルトランスデューサ）電極）のくし歯の部分を、互い違いに並べて配置する構成を有している。このような単純な構造を有する弾性表面波素子は移動体通信端末に実装されるフィルタ、共振器またはデュプレクサを小型化するために非常に適した素子である。

従来の弾性表面波素子のくし歯状電極部の形成方法の例を以下に示す。基板１上にＡｌ合金からなる第１の金属層４、Ｔｉからなる第２の金属層５、電極の膜厚を調節するためのＡｌ合金からなる第３の金属層６を成膜し、Ａｒをミリングガスとして用いたイオンミリングによってパターン形成し、このときに図１０に示されるような拡散防止層８、８が電極の側壁に形成される。拡散防止層８，８は第１の金属層４、第２の金属層５、第３の金属層６の材料、すなわち、Ａｌ合金及びＴｉの混合物である。このような弾性表面波素子は特許文献１（特再２００２−０３５７０２号）に記載されている。また、特許文献１にはくし歯状電極部（電極膜）の周囲に図１１に示されるような窒化珪素の保護膜９を形成することが記載されている。

また、弾性表面波素子を共振器として用いるときには、素子の温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動が小さいことが重要である。

特許文献２（特開平７−１５２７４号公報）、特許文献３（特開平８−２６５０８８号公報）にはくし歯状電極と圧電性基板の上を酸化ケイ素膜で覆うことにより、素子温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動を小さくすることができることが示されている。
特再２００２−０３５７０２号（第１０頁、第１１頁、図２１、図２４） 特開平７−１５２７４号公報（第１図） 特開平８−２６５０８８号公報（第１図）

しかし、くし歯状電極と圧電性基板の上を酸化ケイ素膜で覆う構成にすると、くし歯状電極部に空隙部が発生するという問題が生じていた。

図１２に従来の弾性表面波素子の平面図を示す。この弾性表面波素子は圧電性基板１２上に、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部1４が形成されているものである。なお、くし歯状電極１３、１４と圧電性基板１２の上は酸化ケイ素膜で覆われているが図１２では図示を省略している。くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、弾性表面波素子を外部の回路と接続するための接続電極部１５、１６が電気的に接続されている。図１３はくし歯状電極部１３、１４を図１２に示す一点鎖線（Ｂ−Ｂ線）で切断し矢印方向から見た断面図である。図１３に示されるくし歯状電極部１３、１４の断面は図１０に示されたものと同様であり、両側面に拡散防止層８，８が形成されている。くし歯状電極１３、１４と圧電性基板１２の上は酸化ケイ素膜１０で覆われている。

図１２及び図１３に示されるようにくし歯状電極１３、１４には空隙部Ｂが発生している。この空隙部Ｂはくし歯状電極１３、１４と圧電性基板１２の上に酸化ケイ素膜をするときの酸素及び水分中での熱処理工程において、くし歯状電極部１３，１４の材料が前記絶縁層１０に拡散し、酸素及び水蒸気がくし歯状電極部１３，１４に拡散することによって発生するものである。特に、くし歯状電極部１３，１４がＣｕ又はＣｕ合金で形成されるときに空隙部Ｂが発生しやすくなる。

従来の拡散防止層８，８はＡｌ合金及びＴｉの混合物、窒化珪素、あるいはＴａを含むものであった。しかし、このような材料によって形成された拡散防止層８，８ではくし歯状電極部１３，１４並びに酸素及び水分の拡散を充分に防止することができなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、くし歯状電極と圧電性基板の上を酸化ケイ素膜で覆う構成にしたときに、くし歯状電極部に空隙が発生することを抑制し、耐電力特性の優れた弾性表面波素子の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）圧電性基板の上に導電層を成膜する工程と、
（ｂ）前記導電層の上に、金属材料からなるマスク層をくし歯状電極部と同型の平面形状にパターン形成する工程と、
（ｃ）前記マスク層をマスクとし、ミリングガスとしてＡｒとＮ₂の混合ガスを使用するイオンミリング法を用いて前記導電層の側面を傾斜状に削ってくし歯状電極部を断面台形状に形成し、前記くし歯状電極部の傾斜状の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成する工程と、
（ｄ）前記圧電性基板及び前記くし歯状電極部の上に前記圧電性基板の温度−弾性定数変化特性と逆方向の温度−弾性定数変化特性を持つ絶縁性材料を塗布して絶縁層を形成する工程。

本発明では、前記（ｃ）工程においてＡｒとＮ_２の混合ガスを使用するイオンミリング法を用いて前記導電層を削ってくし歯状電極部を形成するとき同時に、前記くし歯状電極部の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成することができる。前記くし歯状電極部と前記絶縁層の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層を設けることにより、くし歯状電極部に空隙部が発生することを防止でき、耐電力特性を向上させることができる。

前記（ｂ）工程において、前記マスク層を例えばＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒのいずれか１種又は２種以上で形成すると、前記（ｃ）工程において、前記側面拡散防止層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものとして形成することができる。

または、本発明の弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ｅ）圧電性基板の上に導電層を成膜する工程と、
（ｆ）前記導電層の上に、金属窒化物からなるマスク層をくし歯状電極部と同型の平面形状にパターン形成する工程と、
（ｇ）前記マスク層をマスクとし、イオンミリング法を用いて前記導電層の側面を傾斜状に削ってくし歯状電極部を断面台形状に形成し、前記くし歯状電極部の傾斜状の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成する工程と、
（ｈ）前記圧電性基板及び前記くし歯状電極部の上に前記圧電性基板の温度−弾性定数変化特性と逆方向の温度−弾性定数変化特性を持つ絶縁性材料を塗布して絶縁層を形成する工程。

本発明では、前記マスク層を「金属窒化物」を用いて形成し、イオンミリング法を用いて前記導電層を削ってくし歯状電極部を形成するとき同時に、前記くし歯状電極部の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成することができる。前記くし歯状電極部と前記絶縁層の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層を設けることにより、くし歯状電極部に空隙部が発生することを防止でき、耐電力特性を向上させることができる。また、前記絶縁層を形成することにより、素子温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動を小さくすることができる。

前記（ｆ）工程において、前記マスク層を例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成することにより、前記（ｇ）工程において、前記側面拡散防止層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものとして形成することができる。

本発明でも、前記（ｇ）工程におけるイオンミリングのミリングガスとしてＡｒとＮ_２の混合ガスを用いることが好ましい。

また、前記（ｃ）工程と（ｄ）工程の間又は前記（ｇ）工程と（ｈ）工程の間に、
（ｉ）前記くし歯状電極部の上側及び側面に金属窒化物膜を成膜する工程を有することが好ましい。この前記金属窒化物膜は例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成することができる。

また、本発明では、前記（ａ）工程または前記（ｅ）工程において、前記圧電性基板の上に金属窒化物からなる下側拡散防止層を積層し、前記下側拡散防止層の上に前記導電層を形成することが好ましい。前記下側拡散防止層は前記導電層の下地層としても機能する。

さらに、前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間又は前記（ｅ）工程と（ｆ）工程の間に、
（ｊ）前記導電層の上に、金属窒化物からなる上側拡散防止層を形成する工程を有することが好ましい。

前記上側拡散防止層または前記下側拡散防止層は、例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を用いて形成される。

また、前記（ｄ）工程または前記（ｈ）工程の後、
（ｋ）前記絶縁層を熱処理する工程を有することが好ましい。前記熱処理を酸素とＨ_２Ｏのいずれか一方または両方の雰囲気中で行うと前記絶縁層を酸化させることができる。なお、前記熱処理を４００℃以上で行うことが好ましい。

前記圧電性基板をＬｉＴａＯ_３を用いて形成し、前記絶縁性材料としてシリコン化合物を用いて前記絶縁層を酸化ケイ素を主成分とするものにすることにより、前記圧電性基板の温度−弾性定数変化特性と前記絶縁層の温度−弾性定数変化特性を逆方向にすることができる。

基板や絶縁層の温度−弾性定数変化特性とは、温度が変化したときの弾性定数変化の方向及び大きさのことをいう。例えば、ＬｉＴａＯ_３は温度が上昇すると弾性定数が減少し、酸化ケイ素は温度が上昇すると弾性定数が増加する。このとき、ＬｉＴａＯ_３と酸化ケイ素は温度−弾性定数変化特性が逆方向であるいう。

前記（ｂ）又は（ｆ）工程において、前記マスク層の膜厚を前記導電層の膜厚の１／２０倍から１倍の範囲で形成することが好ましい。

前記（ｂ）又は（ｆ）工程において、前記マスク層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてパターン形成することが好ましい。

また、前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間又は前記（ｅ）工程と（ｆ）工程の間に、
（ｌ）前記導電層又は前記上側拡散防止層の上にストッパー層を形成する工程を有し、
前記（ｂ）工程又は（ｆ）工程において、前記ストッパー層の上に前記マスク層を形成し、前記マスク層のパターン形成を前記ストッパー層の位置で停止することが好ましい。

前記ストッパー層は例えばＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔのいずれか１種または２種以上を用いて形成することができる。基本的には、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥによるエッチング速度が前記マスク層の前記エッチング速度よりも遅い材料を用いることが好ましい。

なお、前記（ｂ）工程又は（ｆ）工程において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いると、レジストフォトリソグラフィーを用いて前記マスク層のパターンを形成しても、前記マスク層を正確にパターン形成することができる。

前記（ｃ）工程又は（ｇ）工程の後に、
（ｍ）前記マスク層を除去する工程を有することが好ましい。

前記マスク層を除去することにより、くし歯状電極部の質量を低減することができるので弾性表面波素子の特性が向上する。

前記（ｍ）工程において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて前記マスク層を除去することにより、前記マスク層の材料が前記くし歯状電極部の側面に付着して側面拡散防止層が形成される。これによって側面拡散防止層が厚くなり、くし歯状電極部の空隙部発生をさらに抑制できる。

前記（ａ）工程または前記（ｅ）工程において、前記導電層は例えばＣｕ又はＣｕ合金によって形成する。または、前記導電層をＣｕ元素とＡｇ、Ｓｎ、Ｃ、Ｓｃ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素との合金を用いて形成する。

本発明では、前記くし歯状電極部と前記絶縁層の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層を設けることにより、くし歯状電極部に空隙部が発生することを防止でき、耐電力特性を向上させることができる。また、前記絶縁層を形成することにより、素子温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動を小さくすることができる。

図１は、本発明の弾性表面波素子の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子を示す平面図である。
符号Ｄは弾性表面波素子を示しており、この弾性表面波素子Ｄは共振器としての機能を有している。

符号２２は、圧電性基板を示している。圧電性基板２２は例えばＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃によって形成されている。圧電性基板２２上に、くし歯状電極部２３及びくし歯状電極部２４が形成されている。くし歯状電極部２３及びくし歯状電極部２４には、それぞれ図示Ｘ３方向と逆方向に延びるくし歯部２３ａ、及び図示Ｘ３方向に延びるくし歯部２４ａが形成されている。くし歯状電極部２３のくし歯部２３ａとくし歯状電極部２４のくし歯部２４ａは、所定の間隔をあけて図示Ｘ方向に互い違いに並べられている。

また、くし歯状電極部２３及びくし歯状電極部２４には、弾性表面波素子を外部の回路と接続するための接続電極部２５、２６が電気的に接続されている。

くし歯状電極部２３と接続電極部２５が電極部２７を構成し、くし歯状電極部２４と接続電極部２６が電極部２８を構成している。

図１に示される弾性表面波素子Ｄでは、くし歯状電極部２３のくし歯部２３ａとくし歯状電極部２４のくし歯部２４ａは同じ幅寸法Ｗ１を有しており、またくし歯部２３ａ，２３ａの間隔、及びくし歯部２４ａ，２４ａの間隔（以下、電極間ピッチという）λも一定の値である。前記電極間ピッチλは、隣り合うくし歯部２３ａ，２３ａ（２４ａ，２４ａ）の幅寸法の中心間の距離で規定される。

また、くし歯部２３ａとくし歯部２４ａはＬ１の長さ寸法で交差している。なお、前記電極間ピッチλは、０．６μｍ以上で１０μｍ以下、前記幅寸法Ｗ１は前記電極間ピッチλの約１／４、長さ寸法Ｌ１は６μｍ以上で１０００μｍ以下である。

弾性表面波素子Ｄは、くし歯状電極部２３及びくし歯状電極部２４が、ＣｕまたはＣｕ合金によって形成されている。なお、ここでいうＣｕ合金とは、例えば、Ｃｕ中に少量のＡｇ、Ｓｎ、Ｃを含有する合金である。添加元素であるＡｇ、Ｓｎ、Ｃの含有量は、Ｃｕ合金の比重が純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる範囲であればよい。具体的には、Ｃｕ合金中の添加元素の質量％が０．５質量％以上１０．０質量％以下であれば、このＣｕ合金の比重は、純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる。

さらに、くし歯状電極部２３及びくし歯状電極部２４の図示Ｘ方向と図示Ｘ方向の反対側に所定の距離をおいて、長方形状の電極（ストリップ）２９ａが図示Ｘ方向に複数並べられた反射器２９，２９が形成されている。図１では、反射器２９を構成する各電極の端部どうしは開放されている。ただし、反射器２９を構成する各電極の端部どうしは、短絡されていてもよい。

接続電極部２５、２６及び反射器２９，２９は、くし歯状電極部２３，２４と同じ材料で形成されてもよいし、Ａｕなど他の導電性材料によって形成されてもよい。

図２は弾性表面波素子Ｄを図１の２−２線で切断し矢印方向から見た断面図と同じ方向から見た断面図である。

圧電性基板２２、くし歯状電極部２３，２４の上は、絶縁層４０によって覆われている。接続電極部２５、２６は絶縁層４０によって覆われることなく露出している。図１では圧電性基板２２の上に形成された電極部２７、２８及び反射器２９，２９の平面構造を明確に示すために絶縁層４０の記載を省略している。

圧電性基板２２はＬｉＴａＯ_３で形成され、絶縁層４０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）によって形成されている。くし歯状電極部２３、２４の上に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）がスパッタ成膜された絶縁性薄膜が形成されてもよい。

なお、くし歯状電極部２３，２４の膜厚ｔは５０ｎｍから２００ｎｍであり、絶縁層４０の膜厚Ｈ（圧電性基板２２の上面から絶縁層４０の上面までの厚さ寸法の最大値）は５０ｎｍから５００ｎｍである。

基板や絶縁層の温度−弾性定数変化特性とは、温度が変化したときの弾性定数変化の方向及び大きさのことをいう。例えば、ＬｉＴａＯ_３は温度が上昇すると弾性定数が減少し、酸化ケイ素は温度が上昇すると弾性定数が増加する。このとき、ＬｉＴａＯ_３と酸化ケイ素は温度−弾性定数変化特性が逆方向であるという。

温度−弾性定数変化特性が逆方向であるＬｉＴａＯ_３と酸化ケイ素を用いて圧電性基板１２及び絶縁層４０を形成すると、素子温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動を小さくすることができる。絶縁層４０を酸化ケイ素で形成するときには、絶縁層４０を、シリコン化合物を塗布、熱処理するスピンオングラス法によって形成することが好ましい。スピンオングラス法では、前記熱処理は通常酸素とＨ_２Ｏのいずれか一方または両方の雰囲気中で行われる。従って、絶縁層４０は酸化膜になる。

また、ＬｉＴａＯ_３と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）も温度−弾性定数変化特性が逆方向になる組み合わせである。

なお、図２には示していないが、弾性表面波素子Ｄでは反射器２９，２９の上も絶縁性薄膜２０を介して絶縁層４０によって覆われている。

また、弾性表面波素子Ｄでは絶縁層４０は均一の密度の薄膜である。なお、「絶縁層４０が均一の密度である」とは、絶縁層４０の内部、特にくし歯状電極部の周辺に空隙やヒビ割れがなく全ての領域に絶縁性材料が存在していることをいう。

弾性表面波素子Ｄの接続電極部２５または接続電極部２６の一方を接地側とし、もう一方から高周波信号を入力すると、圧電性基板２２の表面に表面波が励起され、この表面波が図示Ｘ方向及び図示Ｘ方向と反平行方向に進行する。前記表面波は反射器２９，２９によって反射されて、くし歯状電極部２３，２４に戻って来る。弾性表面波素子Ｄは、共振周波数と反共振周波数を有しており、反共振周波数において最もインピーダンスが高くなる。

ＬｉＴａＯ₃からなる圧電性基板２２は、Ｘ軸を中心とするＹ軸からＺ軸方向への回転切断角度θ（カット角）が、３６°以上で５６°以下の回転ＹカットＬｉＴａＯ₃基板である。

弾性表面波素子Ｄの特徴部分を説明する。
弾性表面波素子Ｄのくし歯状電極部２３，２４と絶縁層４０の間には金属窒化物からなる上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２が設けられている。さらに、くし歯状電極部２３，２４と圧電性基板２２の間には金属窒化物からなる下側拡散防止層４３が設けられている。上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２、下側拡散防止層４３が拡散防止層である。

上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２、下側拡散防止層４３を形成する金属窒化物は例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものである。

くし歯状電極部２３，２４と絶縁層４０の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層を設けると、絶縁層４０を形成しても、くし歯状電極部に空隙部が発生することがなくなるので、耐電力特性を向上させることができる。

特に、くし歯状電極部２３，２４がＣｕ又はＣｕ合金によって形成されていると空隙部が発生しやすいので、本発明はくし歯状電極部２３，２４をＣｕ又はＣｕ合金によって形成する弾性表面波素子に適用すると効果的である。

図１に示された弾性表面波素子の製造方法を説明する。
図３から図６は弾性表面波素子Ｄのくし歯状電極部２３、２４の製造工程を示す断面図である。これらの図は弾性表面波素子Ｄを図１の２−２線で切断し矢印方向から見た断面図と同じ方向から見た断面図である。

図３に示される工程では、スパッタ法や蒸着法を用いて、圧電性基板２２の上に下側拡散防止層４３、導電層３１、上側拡散防止層４１、ストッパー層３２、マスク層３３を真空中で連続的に成膜する。下側拡散防止層４３の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ、導電層３１の膜厚は４０ｎｍから１５０ｎｍ、上側拡散防止層４１の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ、ストッパー層３２の膜厚は２ｎｍから１０ｎｍ、マスク層３３の膜厚は２ｎｍから１５０ｎｍである。

下側拡散防止層４３（下地層）と上側拡散防止層４１は、ＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成する。特に、イオンミリングによるエッチング速度が導電層３１（くし歯状電極部２３、２４）の前記エッチング速度よりも遅い材料を用いて形成することが好ましい。具体的には、ＴｉＮを用いて形成することが好ましい。

導電層３１は例えばＣｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＡｇのいずれか１種または２種以上、または、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＡｇのいずれか１種または２種以上の元素とＡｇ、Ｓｎ、Ｃ、Ｓｃのいずれか１種または２種以上の元素との合金を用いて形成する。具体的には、例えば、Ｃｕ中に少量のＡｇ、Ｓｎ、Ｃを含有する合金である。添加元素であるＡｇ、Ｓｎ、Ｃの含有量は、Ｃｕ合金の比重が純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる範囲であればよい。具体的には、Ｃｕ合金中の添加元素の質量％が０．５質量％以上１０．０質量％以下であれば、このＣｕ合金の比重は、純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる。

ストッパー層３２は例えばＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔのいずれか１種または２種以上を用いて形成する。基本的には、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥによるエッチング速度がマスク層３３の前記エッチング速度よりも遅い材料を用いることが好ましい。ストッパー層を２層以上の多層膜としてもよい。

マスク層３３は金属材料によって形成される。前記金属材料は例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上からなる金属窒化物である。

次に、図４に示す工程では、マスク層３３を図１に示されたくし歯状電極部２３、くし歯状電極部２４、接続電極部２５、２６及び反射器２９，２９と同型の平面形状にパターン形成する。本実施の形態では、マスク層３３の上にレジスト層Ｒ１を積層してこのレジスト層Ｒ１をｉ線を用いて露光現像して目的のパターン形状の凹部を形成した後、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてマスク層３３を削る。なお、マスク層を削るＲＩＥ時の基板温度は約６０℃である。マスク層３３の下層にあるストッパー層３２は例えばＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔなどによって形成されており、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥによるエッチング速度がマスク層３３の前記エッチング速度よりも遅くなっている。従って、ＲＩＥをストッパ層３２の位置で終了させることが容易になる。

次に、レジスト層Ｒ１を剥離し、図５に示されるように、マスク層３３をマスクとして、ＡｒとＮ_２の混合ガスをミリングガスとして用いるイオンミリング法を用いて導電層３１を削り、くし歯状電極部２３、２４を形成する。ミリング入射角度は圧電性基板２２の法線方向から０°から６０°の範囲である。

この工程において、くし歯状電極部２３、２４の側面にマスク層３３の材料を含む側面拡散防止層４２が付着形成される。図５に示すイオンミリング時における基板温度は約１００℃である。このように、本発明では導電層３１のエッチングによって、くし歯状電極部２３、２４の形成と側面拡散防止層４２の形成を同時に行なうことができる。

ＡｒとＮ_２の混合ガスをミリングガスとして用いるイオンミリング法を用いて導電層３１を削ると、側面拡散防止層４２はマスク層の材料を含む金属窒化物によって形成されることになる。具体的には側面拡散防止層４２はＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものになる。

なお、マスク層を窒素を含まない金属材料、例えば、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒのいずれか１種又は２種以上で形成した場合でも、ＡｒとＮ_２の混合ガスをミリングガスとして用いるイオンミリング法を用いて導電層３１を削ると、側面拡散防止層４２はマスク層の材料を含む金属窒化物によって形成される。具体的には側面拡散防止層４２はＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものになる。

また、マスク層３３をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上といった金属窒化物で形成したときには、導電層３１のイオンミリングを窒素を含まないミリングガスを用いておこなっても、側面拡散防止層４２はＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものになる。

導電層３１のエッチングをＣｌ系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって行なうこともできる。しかし、Ｃｌ系ガスを用いたＲＩＥ法では、基板温度を２００℃以上にする必要があり、圧電性基板２２の温度を急激に２００℃以上に上昇させると圧電性基板２２が損傷しやすくなる。従って、本発明のように、導電層３１をイオンミリングによって削ることが好ましい。

なお、マスク層３３と下側拡散防止層４３の材料はイオンミリングに用いるミリングガスによるエッチングの速度が導電層３１の前記ミリングガスによるエッチングの速度より遅い材料を用いることが好ましい。マスク層のエッチング速度が遅ければ遅いほどマスク層３３の膜厚を薄くすることができる。

マスク層３３の膜厚が薄いとイオンミリング時のミリング粒子の侵入がしやすく、導電層３１の正確なエッチングを可能にする。すなわち、くし歯状電極部２３、２４の微細なパターンを正確に加工することができる。また、導電層３１の削りかすがマスク層３３に再付着する程度も低く、くし歯状電極部２３、２４が短絡することも防止できる。

本発明ではマスク層３３の膜厚は導電層３１の膜厚の１／２０倍から１倍の範囲であることが好ましい。

また、下側拡散防止層４３のエッチング速度が遅ければイオンミリング工程を下側拡散防止層４３の位置で正確に終了することが容易になる。

次に、図６に示される工程では、ＣＦ_４ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてマスク層３３を除去する。この工程で、くし歯状電極部２３、２４間の下側拡散防止層４３も除去する。前記マスク層を除去することにより、くし歯状電極部の質量を低減することができるので弾性表面波素子の特性が向上する。

また、ＲＩＥ法を用いてマスク層３３を除去するとくし歯状電極部２３、２４の側面２３ｂ、２４ｂ上の側面拡散防止層４２を厚くすることができる。

マスク層３３を除去した後、圧電性基板２２及びくし歯状電極部２３、２４の上に絶縁層４０を塗布形成すると、図１、図２に示された弾性表面波素子が得られる。

本実施の形態では絶縁層４０の材料はポリシラザン（クラリアントジャパン製）である。ポリシラザンはケイ素Ｓｉと窒素Ｎの環状化合物に水素Ｈが付加した構造を有しており、ジブチルエーテル溶媒に溶かした状態でスピンコート法によって塗布される。絶縁層４０の成膜膜厚（塗布膜厚）はＨ１＝５０〜５００ｎｍである。

絶縁層４０をスピンコート法によって塗布したのち、窒素雰囲気中で１５０℃の温度で３分間ベークしてジブチルエーテル溶媒を除去する。さらに酸素（Ｏ_２）及び水蒸気（Ｈ_２Ｏ）雰囲気中で４００℃のキュアを３０分間行う。このキュア工程によって、アンモニアＮＨ_３やＨ_２が遊離し、絶縁層４０は酸化ケイ素を主成分とする層となる。

基板や絶縁層の温度−弾性定数変化特性とは、温度が変化したときの弾性定数変化の方向及び大きさのことをいう。例えば、ＬｉＴａＯ_３は温度が上昇すると弾性定数が減少し、酸化ケイ素は温度が上昇すると弾性定数が増加する。このとき、ＬｉＴａＯ_３と酸化ケイ素は温度−弾性定数変化特性が逆方向であるいう。温度−弾性定数変化特性が逆方向であるＬｉＴａＯ_３と酸化ケイ素を用いて圧電性基板１２及び絶縁層４０を形成すると、素子温度が変化したときの直列共振周波数及び並列共振周波数の変動を小さくすることができる。

くし歯状電極部２３，２４と絶縁層４０の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層である上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２を設けると、絶縁層４０の形成工程において酸素（Ｏ_２）及び水蒸気（Ｈ_２Ｏ）雰囲気中で４００℃の熱処理を行ったときに、くし歯状電極部２３，２４の材料の絶縁層４０へ拡散及び酸素及び水分のくし歯状電極部２３、２４への拡散を充分に防止することができる。従って、くし歯状電極部に空隙部が発生することがなくくし歯状電極部２３、２４を正確な寸法で形成できる。また、弾性表面波素子の耐電力特性を向上させることができる。

特に、くし歯状電極部２３，２４がＣｕ又はＣｕ合金によって形成されていると特に空隙部が発生しやすいが、上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２を設けるとくし歯状電極部に空隙部が発生することを充分に防止することができる。

また、くし歯状電極部２３、２４の側面２３ｂ、２４ｂが側面拡散防止層４２で覆われると、くし歯状電極部２３、２４を構成する原子の流動が抑えられるのでストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが低減し、くし歯状電極部２３、２４の表面に突起や窪みが発生することが抑制される。つまり、弾性表面波素子の耐電力性などの電気的特性が向上する。さらに、くし歯状電極部２３、２４の側面２３ｂ、２４ｂが側面拡散防止層４２で覆われることにより、くし歯状電極部２３、２４が腐食しにくくなり薬剤耐性が向上する。さらに、くし歯状電極部２３、２４の酸化を抑制することもできる。

また、図６に示された工程の後、図７に示されるように、くし歯状電極部２３、２４の上側及び側面に金属窒化物膜５０をスパッタ法又は蒸着法によって成膜してよい。この金属窒化物膜５０は例えばＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成する。

次に図８に示されるようにＣＦ_４ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法又はイオンミリング法を用いてマスク層３３上の金属窒化物膜５０、マスク層３３、くし歯状電極部２３、２４間の金属窒化物膜５０及び下側拡散防止層４３を除去する。さらに、図９に示されるように、圧電性基板２２及びくし歯状電極部２３、２４の上に絶縁層４０を塗布形成する。絶縁層４０をスピンコート法によって塗布したのち、窒素雰囲気中で１５０℃の温度で３分間ベークしてジブチルエーテル溶媒を除去する。さらに酸素（Ｏ_２）及び水蒸気（Ｈ_２Ｏ）雰囲気中で４００℃のキュアを３０分間行う。このキュア工程によって、アンモニアＮＨ_３やＨ_２が遊離し、絶縁層４０は酸化ケイ素を主成分とする層となる。

図６から図９に示された製法によっても、くし歯状電極部２３，２４と絶縁層４０の間に「金属窒化物」からなる拡散防止層である上側拡散防止層４１、側面拡散防止層４２を設けることができる。

本発明の弾性表面波素子の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の平面図、 図１の弾性表面波素子を２−２線で切断して矢印方向から見た部分断面図、 図１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の製造方法の一工程を示す部分断面図、 図１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の製造方法の一工程を示す部分断面図、 図１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の製造方法の一工程を示す部分断面図、 図１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の製造方法の一工程を示す部分断面図、 本発明の弾性表面波素子の他の製造方法の一工程を示す部分断面図、 本発明の弾性表面波素子の他の製造方法の一工程を示す部分断面図、 本発明の弾性表面波素子の他の製造方法の一工程を示す部分断面図、 従来の弾性表面波素子の電極の部分断面図、 従来の弾性表面波素子の電極の部分断面図、 従来の弾性表面波素子の電極の部分平面図、 従来の弾性表面波素子の電極の部分断面図、

符号の説明

Ｄ 弾性表面波素子
２２ 圧電基板
２３、２４ くし歯状電極部
２５、２６ 接続電極部
２７、２８ 電極部
２９ 反射器
３１ 導電層
３２ ストッパー層
３３ マスク層
４０ 絶縁層
４１ 上側拡散防止層
４２ 側面拡散防止層
４３ 下側拡散防止層

Claims (24)

1. 以下の工程を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
   （ａ）圧電性基板の上に導電層を成膜する工程と、
   （ｂ）前記導電層の上に、金属材料からなるマスク層をくし歯状電極部と同型の平面形状にパターン形成する工程と、
   （ｃ）前記マスク層をマスクとし、ミリングガスとしてＡｒとＮ₂の混合ガスを使用するイオンミリング法を用いて前記導電層の側面を傾斜状に削ってくし歯状電極部を断面台形状に形成し、前記くし歯状電極部の傾斜状の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成する工程と、
   （ｄ）前記圧電性基板及び前記くし歯状電極部の上に前記圧電性基板の温度−弾性定数変化特性と逆方向の温度−弾性定数変化特性を持つ絶縁性材料を塗布して絶縁層を形成する工程。
2. 前記（ｂ）工程において、前記マスク層をＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒのいずれか１種又は２種以上で形成し、前記（ｃ）工程において、前記側面拡散防止層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものとして形成する請求項１記載の弾性表面波素子の製造方法。
3. 以下の工程を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
   （ｅ）圧電性基板の上に導電層を成膜する工程と、
   （ｆ）前記導電層の上に、金属窒化物からなるマスク層をくし歯状電極部と同型の平面形状にパターン形成する工程と、
   （ｇ）前記マスク層をマスクとし、イオンミリング法を用いて前記導電層の側面を傾斜状に削ってくし歯状電極部を断面台形状に形成し、前記くし歯状電極部の傾斜状の側面に前記マスク層の材料を含む金属窒化物からなる側面拡散防止層を形成する工程と、
   （ｈ）前記圧電性基板及び前記くし歯状電極部の上に前記圧電性基板の温度−弾性定数変化特性と逆方向の温度−弾性定数変化特性を持つ絶縁性材料を塗布して絶縁層を形成する工程。
4. 前記（ｆ）工程において、前記マスク層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成し、前記（ｇ）工程において、前記側面拡散防止層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を有するものとして形成する請求項３に記載の弾性表面波素子の製造方法。
5. 前記（ｇ）工程におけるイオンミリングのミリングガスとしてＡｒとＮ₂の混合ガスを用いる請求項３又は４に記載の弾性表面波素子の製造方法。
6. 前記（ｇ）工程におけるイオンミリングのミリングガスとしてＮ₂を含まないガスを用いる請求項３又は４に記載の弾性表面波素子の製造方法。
7. 前記（ｃ）工程と（ｄ）工程の間又は前記（ｇ）工程と（ｈ）工程の間に、
   （ｉ）前記くし歯状電極部の上側及び側面に金属窒化物膜を成膜する工程を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
8. 前記金属窒化物膜をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上で形成する請求項７に記載の弾性表面波素子の製造方法。
9. 前記（ａ）工程または前記（ｅ）工程において、前記圧電性基板の上に金属窒化物からなる下側拡散防止層を積層し、前記下側拡散防止層の上に前記導電層を形成する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
10. 前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間又は前記（ｅ）工程と（ｆ）工程の間に、
    （ｊ）前記導電層の上に、金属窒化物からなる上側拡散防止層を形成する工程、を有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
11. 前記上側拡散防止層または前記下側拡散防止層をＴａＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのいずれか１種又は２種以上を用いて形成する請求項９または１０に記載の弾性表面波素子の製造方法。
12. 前記（ｄ）工程または前記（ｈ）工程の後、
    （ｋ）前記絶縁層を熱処理する工程を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
13. 前記熱処理を酸素とＨ₂Ｏのいずれか一方または両方の雰囲気中で行い、前記絶縁層を酸化させる請求項１２に記載の弾性表面波素子の製造方法。
14. 前記熱処理を４００℃以上で行う請求項１２または１３に記載の弾性表面波素子の製造方法。
15. 前記圧電性基板をＬｉＴａＯ₃を用いて形成し、前記絶縁性材料としてシリコン化合物を用いて前記絶縁層を酸化ケイ素を主成分とするものにする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
16. 前記（ｂ）又は（ｆ）工程において、前記マスク層の膜厚を前記導電層の膜厚の１／２０倍から１倍の範囲で形成する請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
17. 前記（ｂ）又は（ｆ）工程において、前記マスク層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてパターン形成する請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
18. 前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間又は前記（ｅ）工程と（ｆ）工程の間に、
    （ｌ）前記導電層又は前記上側拡散防止層の上にストッパー層を形成する工程を有し、
    前記（ｂ）工程又は前記（ｆ）工程において、前記ストッパー層の上に前記マスク層を形成し、前記マスク層のパターン形成を前記ストッパー層の位置で停止する請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
19. 前記ストッパー層をＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔのいずれか１種または２種以上を用いて形成する請求項１８に記載の弾性表面波素子の製造方法。
20. 前記（ｂ）工程又は前記（ｆ）工程において、レジストフォトリソグラフィーを用いて前記マスク層のパターンを形成する請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
21. 前記（ｃ）工程又は前記（ｇ）工程の後に、
    （ｍ）前記マスク層を除去する工程を有する請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
22. 前記（ｍ）工程において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて前記マスク層を除去することにより、前記マスク層に含まれる材料が前記くし歯状電極部の側面に付着して側面拡散防止層が形成される請求項２１に記載の弾性表面波素子の製造方法。
23. 前記（ａ）工程または前記（ｅ）工程において、前記導電層をＣｕ又はＣｕ合金で形成する請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
24. 前記（ａ）工程または前記（ｅ）工程において、前記導電層をＣｕ元素とＡｇ、Ｓｎ、Ｃ、Ｓｃ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素との合金を用いて形成する請求項２３に記載の弾性表面波素子の製造方法。

Images