JP4376164B2

JP4376164B2 - 弾性表面波素子の製造方法

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Publication number: JP4376164B2
Application number: JP2004295319A
Authority: JP
Inventors: 利浩目黒; 剛池田; 晴彦藤本; 恭輔尾崎; 聡和賀; 真佐々木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: JP2006014260A

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として、特許文献１に記載されているように電極となるＡｌ膜の上に積層されたレジスト層をパターニングした後、イオンミリングによってエッチングするという方法がある。

または特許文献２に記載されているように、リフトオフ用のレジスト層に電極膜の形状の凹部をパターニングして、この凹部内に電極膜をスパッタまたは蒸着法によって成膜するという方法がある。なお、特許文献２では電極膜の両側部に被覆電極膜を形成し、この被覆電極膜によってストレスマイグレーションによる電極膜におけるヒロックを抑制し、電気的特性を向上させている。
特開平６−０４５２８８号公報（第２頁、第３頁、図１、図２）特開２００２−２６８８６号公報（第４頁、第５頁、第３図から第６図）

図２２および図２３は特許文献１に開示された弾性表面波素子の電極の製造方法を示す模式的な断面図である。

まず、図２２に示されるように圧電性基板の上に電極層となるＡｌ膜１をスパッタ法や蒸着法を用いて成膜し、Ａｌ膜１の上にレジスト層Ｒを積層してこのレジスト層を電極層の形状にパターニングする。次に、図２３に示されるように、Ａｌ膜１をイオンミリングによってエッチングしてＡｌ電極２を形成する。

ここで、レジスト層Ｒの膜厚は８０００Å程度、Ａｌ膜１の膜厚は１０００Å程度あり、レジスト層Ｒの膜厚が非常に厚くなっている。このため、このレジスト層ＲをマスクとしてＡｌ膜１をイオンミリングでエッチングするときに、レジスト層がミリング粒子の侵入を妨げて、Ａｌ膜の正確なエッチングを妨げることがある。また、レジスト層ＲにＡｌ膜１の削りかすが再付着してバリ３が形成される。Ａｌ電極２の形成後にレジスト層Ｒを除去する。しかし、バリ３をレジスト層Ｒと同時に除去することはできないので、レジスト層Ｒを除去したときに、バリ３がＡｌ電極２上に倒れ落ちてＡｌ電極２がショートするという問題が生じる。

図２４ないし図２８は特許文献２に開示された弾性表面波素子の電極の製造方法を示す模式的な断面図である。

まず、図２４に示されるように圧電性基板５の上にレジストを積層し、露光現像して電極部形成のためのレジストパターン１１を形成する。レジストパターン１１のレジスト除去部１１ａは下拡がりのテーパー形状の断面を有している。次に、図２５に示される工程では、レジストパターン１１の上からＴｉからなる下層電極層６とＡｌからなる上層電極層７を蒸着法によって成膜する。さらに図２６に示す工程では、スパッタ法を用いて下層電極層６と上層電極層７の露出面にＴｉＮからなる被覆電極膜８を成膜する。次に、図２７に示されるように、被覆電極膜８の上面をエッチングして除去したのちレジストパターン１１を剥離すると図２８に示される構造の電極が得られる。

このように、特許文献２に示される弾性表面波素子の製造方法は、被覆電極膜８を成膜するために蒸着成膜工程とスパッタ成膜工程を必要とし、工数の増加を招いていた。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、電極間の短絡のないくし歯状電極部を確実に形成し、同時にくし歯状電極部の両側部を保護する側壁層を容易に形成することのできる弾性表面波素子の製造方法を提供することを目的とする。

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）前記導電層の上にストッパー層を形成する工程と、
（ｃ）前記ストッパー層の上にマスク層を形成し、前記ストッパー層で止まるように前記マスク層を部分的に除去して、前記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、
（ｄ）前記マスク層をマスクとして、イオンミリング法を用いて前記ストッパー層と前記導電層を削ってくし歯状電極部を形成し、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第１側壁層を形成する工程。

本発明では圧電性基板の上に成膜された前記導電層をイオンミリング法を用いて削ることによりくし歯状電極部を形成する。イオンミリング法によって前記導電層を削ると前記くし歯状電極部の側面に前記マスク層の材料が付着し、第１側壁層が形成される。このように、本発明では前記導電層のエッチングと前記第１側壁層の形成を同時に行なうことができる。

くし歯状電極部の側面が前記第１側壁層で覆われると、くし歯状電極部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。

また、くし歯状電極部の側面が前記第１側壁層で覆われることにより、くし歯状電極部が腐食しにくくなり薬剤耐性が向上する。さらに、くし歯状電極部の酸化を抑制することもできる。

また、本発明では前記マスク層の膜厚をレジスト層に比べて薄くすることができる。膜厚の薄い本発明のマスク層は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、くし歯状電極部の微細なパターンを正確に加工することができる。また、前記導電層の削りかすが前記マスク層に再付着する程度も低く、くし歯状電極部が短絡することも防止できる。

本発明では前記マスク層の膜厚は前記導電層の膜厚の１／２０倍から１倍の範囲であることが好ましい。

本発明では、前記（ｃ）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。

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。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（ｃ）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。

なお、前記（ｄ）工程の後に、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し、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第２側壁層を形成することができる。

前記第２側壁層が形成されるとくし歯状電極部の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さらに低減し、弾性表面波素子の耐電力性などの電気的特性がさらに向上する。また、くし歯状電極部の薬剤耐性及び耐酸化性もさらに向上する。

また、本発明では前記（ａ）工程において、前記圧電性基板の上に下地層を介して前記導電層を形成し、前記（ｄ）工程において、前記下地層の位置でイオンミリングを停止することが好ましい。

前記下地層を形成すると、この下地層を前記（ｄ）工程のイオンミリングのストッパー層として機能させることができる。

前記下地層はイオンミリングによるエッチング速度がくし歯状電極部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、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ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好ましい。

本発明では、前記（ａ）工程において、前記導電層を例えば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、Ｃｕのいずれか１種または２種以上との元素の合金を用いて形成することが好ましい。

本発明の前記（ｃ）工程において、前記マスク層を形成するのに好ましい材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を有する材料である。

また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、Ｔａ、ＴａＮ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏのいずれか１種または２種以上を有する材料を用いてマスク層を形成し、前記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て、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し、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第１側壁層を形成する工程。

また、イオンミリングのミリングガスとしてＡｒ、ＡｒとＮ₂の混合ガス、ＡｒとＯ₂の混合ガスのいずれかを用いることができる。

本発明のようにイオンミリング法によって前記導電層を削ると前記くし歯状電極部の側面に前記マスク層の材料が付着し、第１側壁層が形成される。このように、本発明では前記導電層のエッチングと前記第１側壁層の形成を同時に行なうことができる。

また、本発明ではマスク層の膜厚をレジスト層に比べて薄くすることができる。膜厚の薄い本発明のマスク層は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、くし歯状電極部の微細なパターンを正確に加工することができる。また、前記導電層の削りかすが前記マスク層に再付着する程度も低く、くし歯状電極部が短絡することも防止できる。

図１は、本発明の実施の形態の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は共振器としての機能を有している。

符号１２は、圧電性基板を示している。本実施の形態では、圧電性基板１２は例えばＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３によって形成されている。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。くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、それぞれ図示Ｘ３方向と逆方向に延びるくし歯部１３ａ、及び図示Ｘ３方向に延びるくし歯部１４ａが形成されている。くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａ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。

くし歯状電極部１３と接続電極部１５が電極部１７を構成し、くし歯状電極部１４と接続電極部１６が電極部１８を構成している。

図１に示される実施の形態では、くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａは同じ幅寸法Ｗ１を有しており、またくし歯部１３ａ，１３ａの間隔、及びくし歯部１４ａ，１４ａ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１３ａ，１３ａ（１４ａ，１４ａ）の幅寸法の中心間の距離で規定される。

また、くし歯部１３ａとくし歯部１４ａ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１／２、長さ寸法Ｌ１は６μｍ以上で１０００μｍ以下である。

本実施の形態では、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４が、Ａｌ、またはＡｌ合金あるいは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１３及びくし歯状電極部１４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）１９ａが図示Ｘ方向に複数並べられた反射器１９，１９が形成されている。図１では、反射器１９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１９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１５、１６及び反射器１９，１９は、くし歯状電極部１３，１４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１に示された弾性表面波素子の製造方法を説明する。
図２から図６は弾性表面波素子Ｄのくし歯状電極部１３、１４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２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１２の上に下地層２０、導電層２１、ストッパー層２２、マスク層２３を真空中で連続的に成膜する。下地層２０の膜厚は５〜２０ｎｍ、導電層２１の膜厚は４０から１５０ｎｍ、ストッパー層２２の膜厚は５から１０ｎｍ、マスク層２３の膜厚は２から１５０ｎｍである。

下地層２０はイオンミリングによるエッチング速度が導電層２１（くし歯状電極部１３、１４）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、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ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好ましい。また、下地層２０を例えばＴｉ層とＴａ層の積層構造にしてもよい。

導電層２１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２２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２３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２３を形成する好ましい材料として以下のものがある。
（１）Ｔａ、ＴａＮ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏのいずれか１種または２種以上。
（２）Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上。

上記（２）に示された材料は（１）に示された材料より比重が軽いものである。
次に、図３に示す工程では、マスク層２３を図１に示されたくし歯状電極部１３、くし歯状電極部１４、接続電極部１５、１６及び反射器１９，１９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２３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２３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２３の下層にあるストッパー層２２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２３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２２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４に示されるように、マスク層２３をマスクとして、イオンミリング法を用いて導電層２１を削り、くし歯状電極部１３、１４を形成する。ミリング入射角度は圧電性基板１２の法線方向から０°から６０°の範囲である。なお、イオンミリングのミリングガスとしてＡｒ、ＡｒとＮ_２の混合ガス、ＡｒとＯ_２の混合ガスのいずれかを用いる。この工程において、くし歯状電極部１３、１４の側面にマスク層２３の材料を含む第１側壁層２４が付着形成される。図４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２１のエッチングによって、くし歯状電極部１３、１４の形成と第１側壁層２４の形成を同時に行なうことができる。

くし歯状電極部１３、１４の側面１３ｂ、１４ｂが第１側壁層２４で覆われると、くし歯状電極部１３、１４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１３、１４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。

また、くし歯状電極部１３、１４の側面１３ｂ、１４ｂが第１側壁層２４で覆われることにより、くし歯状電極部１３、１４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１３、１４の酸化を抑制することもできる。

マスク層２３をマスクとして、イオンミリング法を用いて導電層２１を削るとき、ミリングガスとしてＡｒとＮ_２の混合ガスを用いると第１側壁層はマスク層の材料の窒化物となる。また、ミリングガスとしてＡｒとＯ_２の混合ガスを用いると第１側壁層はマスク層の材料の酸化物となる。導電層２１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１２の温度を急激に２００℃以上に上昇させると圧電性基板１２が損傷しやすくなる。従って、本発明のように、導電層２１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２３と下地層２０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２１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２３の膜厚を薄くすることができる。

マスク層２３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２１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１３、１４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２１の削りかすがマスク層２３に再付着する程度も低く、くし歯状電極部１３、１４が短絡することも防止できる。

本発明ではマスク層２３の膜厚は導電層２１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、下地層２０のエッチング速度が遅ければイオンミリング工程を下地層２０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２３を除去する。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２３を除去するとくし歯状電極部１３、１４の側面１３ｂ、１４ｂ上に第１側壁層２４を介して、マスク層２３の材料を含む第２側壁層２５を形成することができる。

第２側壁層２５が形成されるとくし歯状電極部１３、１４の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さらに低減し、弾性表面波素子の耐電力性などの電気的特性がさらに向上する。また、くし歯状電極部の薬剤耐性及び耐酸化性もさらに向上する。

なお、マスク層２３をＤＬＣを用いて形成したときには、図３及び図６に示される工程におけるマスク層の反応性イオンエッチングにＯ_２ガスを用いる。

マスク層２３を形成する材料にＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を用いて、これらの材料が含まれる第１の側壁層２４や第２側壁層２５を形成するとくし歯状電極部１３、１４の質量を軽くすることができる。くし歯状電極部１３、１４の質量が軽くなると弾性表面波素子の共振特性Ｑ及び共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａｒの差Δｆが大きくなる。

図７はＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板上に、ＴｉＮからなる厚さ２０ｎｍの下地層、ＡｌＳｃＣｕ合金からなる厚さ１３０ｎｍのくし歯状電極部、膜厚５ｎｍのＴｉＮ層及び膜厚５ｎｍのＣｒ層、酸化ケイ素膜が下から順に積層されている弾性表面波素子をＬｉＴａＯ_３基板のＸ軸に直交する断面から観察した拡大写真である。図８に図７の断面写真のくし歯状電極部周辺の拡大部分写真を示す。

図７及び図８に示される弾性表面波素子は本発明の製造方法を用いて形成されている。すなわち、前記下地層、前記くし歯状電極部となる導電層、前記ＴｉＮ層及びＣｒ層からなる積層構造を有するストッパー層と、ストッパー層の上にマスク層として厚さ１２０ｎｍのＴａ層を積層し、図３ないし図６に示された工程を経てくし歯状電極部をパターン形成したものである。形成された弾性表面波素子の平面形状は図１に示された弾性表面波素子と同様である。

図８をみると、くし歯状電極部の側壁上には第１側壁層及び第２側壁層が形成されていることがわかる。

図９は図８に示された第１側壁層の組成をエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＸ；ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸｒａｙＤｅｔｅｃｔｏｒ）によって分析した結果であり、図１０は図８に示された第２側壁層の組成をＥＤＸによって分析した結果である。

図９から第１側壁層はマスク層の材料であるＴａとくし歯状電極部のＡｌが主体となっていることがわかる。また、図１０から第２側壁層はマスク層の材料であるＴａが主体であり、また下地層の材料Ｔｉとストッパ層の材料Ｃｒを含んでいることがわかる。

図１１はＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板上に、厚さ５ｎｍのＴｉ層と厚さ５ｎｍのＴａ層が積層された下地層、ＣｕＡｇ合金からなる厚さ８０ｎｍのくし歯状電極部、膜厚５ｎｍのＣｒ層、酸化ケイ素膜が下から順に積層されている弾性表面波素子をＬｉＴａＯ_３基板のＸ軸に直交する断面から観察した拡大写真である。図１２に図１１の断面写真のくし歯状電極部周辺の拡大部分写真を示す。

図１１及び図１２に示される弾性表面波素子は本発明の製造方法を用いて形成されている。すなわち、前記下地層、前記くし歯状電極部となる導電層、前記Ｃｒ層からなるストッパー層と、ストッパー層の上にマスク層として厚さ６０ｎｍのＴａ層を積層し、図３ないし図６に示された工程を経てくし歯状電極部をパターン形成したものである。形成された弾性表面波素子の平面形状は図１に示された弾性表面波素子と同様である。

図１２をみると、くし歯状電極部の側壁上には第１側壁層が形成されていることがわかる。

図１３は図１２に示された第１側壁層の組成をＥＤＸによって分析した結果である。
図１３から第１側壁層はマスク層の材料であるＴａとくし歯状電極部のＣｕ、ストッパー層のＣｒを主体としていることがわかる。またミリングガス由来のＡｒも検出されている。

図１４はＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板上に、厚さ５ｎｍのＴｉＮからなる下地層、ＣｕＡｇ合金からなる厚さ８０ｎｍのくし歯状電極部、膜厚５ｎｍのＣｒ層、酸化ケイ素膜が下から順に積層されている弾性表面波素子をＬｉＴａＯ_３基板のＸ軸に直交する断面から観察した拡大写真である。図１５に図１４の断面写真のくし歯状電極部周辺の拡大部分写真を示す。

図１４及び図１５に示される弾性表面波素子は本発明の製造方法を用いて形成されている。すなわち、前記下地層、前記くし歯状電極部となる導電層、前記Ｃｒ層からなるストッパー層と、ストッパー層の上にマスク層として厚さ６０ｎｍのＴａ層を積層し、図３ないし図６に示された工程を経てくし歯状電極部をパターン形成したものである。形成された弾性表面波素子の平面形状は図１に示された弾性表面波素子と同様である。

図１５をみると、くし歯状電極部の側壁上には第１側壁層が形成されていることがわかる。

図１６は図１５に示された第１側壁層の組成をＥＤＸによって分析した結果である。
図１６から第１側壁層はマスク層の材料であるＴａとくし歯状電極部のＣｕ、ストッパー層のＣｒを主体としていることがわかる。なお、検出されたＡｌは分析サンプルを保持しているＡｌ製の試料台由来である。

図１７はイオンミリングに対する（ＡｌＳｃＣｕ合金膜）対（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＣｕＡｇ膜のいずれか１種）の選択比をしめすグラフである。

ここでいう選択比とは（ＡｌＳｃＣｕ合金膜のエッチング速度）／（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＣｕＡｇ膜のいずれか１種のエッチング速度）である。エッチングレートとはイオンミリングによる単位時間（例えば１０分間）当りの削り量である。

ミリングガスとしては、Ａｒのみ、ＡｒとＮ_２（５％）の混合ガス、ＡｒとＮ_２（１０％）の混合ガス、ＡｒとＯ_２（５％）の混合ガス、ＡｒとＯ_２（１０％）の混合ガスの５種類について測定した。

各ミリングガスの結果において、左からＡｌＳｃＣｕ合金膜対Ｔａ膜の選択比、ＡｌＳｃＣｕ合金膜対Ｔｉ膜の選択比、ＡｌＳｃＣｕ合金膜対ＴａＮ膜の選択比、ＡｌＳｃＣｕ合金膜対ＴｉＮ膜の選択比、ＡｌＳｃＣｕ合金膜対Ｃｒ膜の選択比、ＡｌＳｃＣｕ合金膜対ＣｕＡｇ膜の選択比を示している。

選択比が１以上であれば前述した選択比の定義式における分母の合金（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＣｕＡｇ膜のいずれか１種）のエッチングレートが分子の合金（ＡｌＳｃＣｕ合金）のエッチングレートより小さい。従って、ＡｌＳｃＣｕ合金との組合わせにおいて選択比が１以上となる材料を用いて、本発明のマスク層と下地層を形成することが好ましい。

図１７からはＴａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜のいずれもＡｌＳｃＣｕ合金との組合わせにおいて選択比が１以上となっている。特に、選択比が大きくなるＴｉ、ＴｉＮを用いてマスク層と下地層を形成することが好ましい。

図１８はイオンミリングに対する（ＣｕＡｇ膜）対（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＡｌＳｃＣｕ合金膜のいずれか１種）の選択比をしめすグラフである。

選択比の定義は実施例４と同じである。
ミリングガスとしては、Ａｒのみ、ＡｒとＮ_２（５％）の混合ガス、ＡｒとＮ_２（１０％）の混合ガス、ＡｒとＯ_２（５％）の混合ガス、ＡｒとＯ_２（１０％）の混合ガスの５種類について測定した。

各ミリングガスの結果において、左からＣｕＡｇ膜対Ｔａ膜の選択比、ＣｕＡｇ膜対Ｔｉ膜の選択比、ＣｕＡｇ膜対ＴａＮ膜の選択比、ＣｕＡｇ膜対ＴｉＮ膜の選択比、ＣｕＡｇ膜対Ｃｒ膜の選択比、ＣｕＡｇ膜対ＡｌＳｃＣｕ合金膜の選択比を示している。

ＣｕＡｇ合金との組合わせにおいて選択比が１以上となる材料を用いて、本発明のマスク層と下地層を形成することが好ましい。

図１７からはＴａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＡｌＳｃＣｕ合金のいずれもＣｕＡｇ合金との組合わせにおいて選択比が１以上となっている。特に、選択比が大きくなるＴｉ、ＴｉＮを用いてマスク層と下地層を形成することが好ましい。

図１９は本発明の製造方法を用いて形成された２種類の弾性表面波素子の周波数特性を示すグラフである。

第１の弾性表面波素子は前記下地層、前記くし歯状電極部となる導電層、前記ＴｉＮ層及びＣｒ層からなる積層構造を有するストッパー層と、ストッパー層の上にマスク層として厚さ６０ｎｍのＴａ層を積層し、図３ないし図６に示された工程を経てくし歯状電極部をパターン形成したものである。

第２の弾性表面波素子は、上記第１の弾性表面波素子の製法とほぼ同じであるがマスク層の材料がＴｉＮである点でのみ異なる製法で形成されたものである。

形成された弾性表面波素子の平面形状は図１に示された弾性表面波素子と同様である。双方の弾性表面波素子とも、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板上に、ＴｉＮからなる厚さ５ｎｍの下地層、ＣｕＡｇ合金からなる厚さ８０ｎｍのくし歯状電極部、膜厚５ｎｍのＴｉＮ層及び膜厚５ｎｍのＣｒ層、酸化ケイ素膜が下から順に積層されている。一対のくし歯状電極の交差幅は６６μｍで１００対である。

第１の弾性表面波素子及び第２のくし歯状電極部の側壁上には第１側壁層及び第２側壁層が形成される。第１の弾性表面波素子の第１側壁層及び第２側壁層はＴａを主体とする材料からなり、第２の弾性表面波素子の第１側壁層及び第２側壁層はＴｉＮを主体とする材料からなる。ＴｉＮはＴａより比重が小さいので、第２の弾性表面波素子のくし歯状電極部の質量は、第１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の質量より軽くなる。

図１９のグラフにおいて、点線は第１の弾性表面波素子の周波数−インピーダンス特性であり、実線は第２の弾性表面波素子の周波数−インピーダンス特性である。

図１９からくし歯状電極部の質量が軽い第２の弾性表面波素子は、第１の弾性表面波素子よりも高周波側に反共振周波数があることがわかる。

この結果から、前記マスク層の材料にＴａよりも質量の軽い材料、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を用いて、これらの材料が含まれる第１の側壁層２４や第２側壁層２５を形成し、くし歯状電極部１３、１４の質量を軽くすると、弾性表面波素子の反共振周波数を高くすることができることがわかる。

図２０（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法を用いて形成された２種類の弾性表面波素子の反射係数Ｓ_１１を示すグラフである。

図２０（ａ）は前記下地層、前記くし歯状電極部となる導電層、前記ＴｉＮ層及びＣｒ層からなる積層構造を有するストッパー層と、ストッパー層の上にマスク層として厚さ６０ｎｍのＴａ層を積層し、図３ないし図６に示された工程を経てくし歯状電極部をパターン形成した弾性表面波素子（第１の弾性表面波素子）の測定結果である。

図２０（ｂ）は第１の弾性表面波素子とほぼ同じであるがマスク層の材料がＴｉＮである点でのみ異なる製法で形成された弾性表面波素子（第２の弾性表面波素子）の測定結果である。

図２０（ａ）（ｂ）の縦軸は、一対のくし歯状電極（交差幅６６μｍで１００対）の共振器において反共振周波数farで測定した反射係数Ｓ_１１を示している。

反射係数Ｓ_１１は、弾性表面波共振器の信号入力電極と接地電極との間に信号を印加したときの入力波の反射を規定するパラメータであり、理想的な共振器の場合、反共振周波数において反射係数Ｓ_１１は１となる。これは、反共振周波数において、インピーダンスが無限大となり、共振器のＱ値が無限大であることを意味するので、反射係数Ｓ_１１が１に近づくほど特性の優れた共振器になる。

第１の弾性表面波素子及び第２の弾性表面波素子の圧電性基板のカット角を４４°、４６°、４８°とし、くし歯状電極部の規格化膜厚Ｈ／λ（λは圧電性基板の表面を伝播する表面波の波長、Ｈはくし歯状電極部の膜厚）を０．０４０から０．０５０の範囲で変化させた。

図２０から反射係数Ｓ_１１はカット角が大きくなるにつれて大きくなり、また規格化膜厚Ｈ／λが大きくなるにつれて小さくなることがわかる。

また、図２０（ａ）と図２０（ｂ）を比較すると、図２０（ｂ）の方が全体に反射係数Ｓ_１１が１に近づいている傾向を示している。

この結果から、前記マスク層の材料にＴａよりも質量の軽い材料、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を用いて、これらの材料が含まれる第１の側壁層２４や第２側壁層２５を形成し、くし歯状電極部１３、１４の質量を軽くすると、反射係数Ｓ_１１が１に近い特性の優れた共振器を形成できることがわかる。

図２１（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法を用いて形成された２種類の弾性表面波素子の帯域幅Δｆを示すグラフである。

図２１（ａ）は実施例７の第１の弾性表面波素子の測定結果であり、図２１（ｂ）は実施例７の第２の弾性表面波素子の測定結果である。

第１の弾性表面波素子の第１側壁層及び第２側壁層はＴａを主体とする材料からなり、第２の弾性表面波素子の第１側壁層及び第２側壁層はＴｉＮを主体とする材料からなる。ＴｉＮはＴａより比重が小さいので、第２の弾性表面波素子のくし歯状電極部の質量は、第１の弾性表面波素子のくし歯状電極部の質量より軽くなる。

図２１の縦軸は帯域幅Δｆ＝(far-fr)／frを示している。弾性表面波共振器の共振周波数ｆｒと反共振周波数farはネットワークアナライザー（Anritsu社 MS4662A）で測定した。

図２１から帯域幅Δｆはカット角が大きくなるにつれて小さくなり、また規格化膜厚Ｈ／λが小さくなるにつれて小さくなることがわかる。

また、図２１（ａ）と図２１（ｂ）を比較すると、図２１（ｂ）の方が全体に帯域幅Δｆが大きい。

この結果から、前記マスク層の材料にＴａよりも質量の軽い材料、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を用いて、これらの材料が含まれる第１の側壁層２４や第２側壁層２５を形成し、くし歯状電極部１３、１４の質量を軽くすると、帯域幅Δｆの大きい優れた共振器を形成できることがわかる。

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、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製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の断面写真、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断面写真、図８に示された第１側壁層の組成分析結果を示すグラフ、図８に示された第２側壁層の組成分析結果を示すグラフ、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断面写真、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断面写真、図１２に示された第１側壁層の組成分析結果を示すグラフ、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断面写真、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断面写真、図１５に示された第１側壁層の組成分析結果を示すグラフ、イオンミリングに対する（ＡｌＳｃＣｕ合金膜）対（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＣｕＡｇ膜のいずれか１種）の選択比をしめすグラフイオンミリングに対する（ＣｕＡｇ合金膜）対（Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｃｒ膜、ＡｌＳｃＣｕ合金膜のいずれか１種）の選択比をしめすグラフ、本発明の製造方法を用いて形成された２種類の弾性表面波素子の周波数特性を示すグラフ、本発明の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の反射係数Ｓ _１１を示すグラフ、本発明の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の反射係数Ｓ _１１を示すグラフ、本発明の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の帯域幅Δｆを示すグラフ、本発明の製造方法を用いて形成された弾性表面波素子の帯域幅Δｆを示すグラフ、従来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、従来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、従来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、従来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、従来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、従来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、従来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、

符号の説明

Ｄ弾性表面波素子
１２圧電基板
１３、１４くし歯状電極部
１５、１６接続電極部
１７、１８電極部
１９反射器
２０下地層
２１導電層
２２ストッパー層
２３マスク層
２４第１側壁層
２５第２側壁層

Claims

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）前記導電層の上にストッパー層を形成する工程と、
（ｃ）前記ストッパー層の上にマスク層を形成し、前記ストッパー層で止まるように前記マスク層を部分的に除去して、前記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、
（ｄ）前記マスク層をマスクとして、イオンミリング法を用いて前記ストッパー層と前記導電層を削ってくし歯状電極部を形成し、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第１側壁層を形成する工程。
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１記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記マスク層をＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を有する材料を用いて形成する請求項１または２に記載の弾性表面波素子の製造方法。
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、Ｔａ、ＴａＮ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏのいずれか１種または２種以上を有する材料を用いてマスク層を形成し、前記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て、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し、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第１側壁層を形成する工程。
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４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記マスク層の上にレジスト層を形成し、レジスト層を露光現像して、前記レジスト層を、くし歯状電極と同型の平面形状にパターン形成する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、前記マスク層を削って、前記マスク層をくし歯状電極と同型の平面形状にパターンとする請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法。
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した後に、
（ｈ）前記マスク層を除去する工程を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記（ｈ）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し、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第２側壁層を形成する請求項８記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記圧電性基板の上に下地層を介して前記導電層を形成し、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に、前記下地層の位置でイオンミリングを停止する請求項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。
前記下地層をＴｉ、Ｔａ、ＴｉＮを用いて形成する請求項１０記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記導電層をＣｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＡｇ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。
前記導電層を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、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。
イオンミリングのミリングガスとしてＡｒ、ＡｒとＮ₂の混合ガス、ＡｒとＯ₂の混合ガスのいずれかを用いる請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。