JP5200727B2 - 弾性波装置の製造方法及び弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波共振子や弾性波フィルタなどの弾性波装置の製造方法や弾性波装置に関し、より詳細には、圧電基板上に積層導電膜からなる電極が形成されている弾性波装置の製造方法及び弾性波装置に関する。

従来、携帯電話機のＲＦ段などにおいて、弾性表面波を利用した弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタなどの弾性波装置が広く用いられている。また、近年、弾性表面波に代わり、弾性境界波を利用した弾性波装置も種々提案されている。この種の弾性波装置では、圧電基板上にＩＤＴ電極を含む電極構造が形成されている。ＩＤＴ電極を含む電極構造は、様々な金属により形成されるが、複数の金属膜を積層した積層導電膜を用いてＩＤＴ電極などの電極が形成されていることが多い。

例えば、下記の特許文献１には、図９に示す弾性表面波装置が開示されている。図９に示す弾性表面波装置１０１では、圧電基板１０２上に、ＩＤＴ電極１０３が形成されている。ＩＤＴ電極１０３は、複数本の電極指を有する。図９では、ＩＤＴ電極１０３の複数本の電極指が形成されている部分の断面構造が示されている。隣り合う電極指間の溝を充填するように、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１０４が形成されており、絶縁層１０４及びＩＤＴ電極１０３を覆うように、ＳｉＯ_２膜からなる第２の絶縁層１０５が形成されている。

ＩＤＴ電極１０３は、主たる電極層１０３ａを有する。主たる電極層１０３ａは、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる。ＩＤＴ電極１０３の圧電基板１０２への密着性を高めるために、主たる電極層１０３ａの下方には、Ｔｉからなる密着層１０３ｂが形成されている。また、主たる電極層１０３ａの上方に、Ｃｕよりも酸化され難い金属を主成分とする電極層１０３ｃが形成されている。電極層１０３ｃは、例えばＡｌ−Ｃｕ合金からなる。

上記のように複数の電極層１０３ａ〜１０３ｃを積層してなる積層導電膜によりＩＤＴ電極１０３が形成されているため、耐電力性や信頼性が高められている。

他方、近年、信頼性や耐電力性をさらに高めるために、上方から順に、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＮｉＣｒの各金属からなる電極層を積層したＩＤＴ電極が提案されている。ここでは、Ａｌ電極層及びＰｔ電極層が主たる電極層であり、Ｔｉからなる電極層は、Ａｌからなる電極層とＰｔからなる電極層との密着性を高めるために設けられており、ＮｉＣｒからなる電極層は圧電基板への密着性を高めるために設けられている。

また、このような弾性表面波装置の製造に際しては、上記積層導電膜からなる第１の電極を形成した後に、第１の電極に電気的に接続される第２の電極をフォトリソグラフィー法により形成することがある。この場合、圧電基板上に第１の電極を形成した後に、全面にレジスト層を形成する。次にレジスト層をパターニングし、第１の電極の一部を露出させ、開口を形成する。この開口の形成は、レジスト層を現像液で現像処理し、開口が形成される部分のレジスト材料を除去することにより行われる。次に、開口内において第１の電極に電気的に接続されるように第２の電極を形成する。
特開２００６−１１５５４８号公報

上記レジスト層のパターニングに際して用いられる現像液は、アルカリ水溶液である。他方、上記積層導電膜からなる第１の電極では、例えば、ＡｌとＰｔとがＴｉを介して、あるいは直接に積層されていたりする。この場合、上記レジスト層の開口に露出している第１の電極部分では、第１の電極の側面が露出することとなる。すなわち、Ａｌ層とＰｔ層とが積層している側面が現像液に晒され、Ａｌが現像液により腐食するという問題があった。そのため、第１の電極の積層構造が破壊され、目的とする電気的特性が得られないおそれがあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、第１の電極がレジスト層の現像処理に際して腐食し難く、従って、所望とする電気的特性を発現させることができ、かつ信頼性に優れた弾性波装置を得ることを可能とする製造方法及び該弾性波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置の製造方法は、圧電基板の上面に、貴金属からなる金属膜と、卑金属からなる金属膜とを積層してなる積層導電膜からなる第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極形成後に、前記第１の電極の一部が露出する開口部を有するレジストパターン層を形成する工程とを備え、該レジストパターン層の形成が、アルカリ可溶性樹脂を主体とするフォトレジスト材料によりレジスト層を形成し、該開口部が形成される部分を除いた部分を光の照射により硬化し、しかる後、アルカリ現像液で処理することにより、硬化されていない該開口部に位置しているフォトレジスト材料を除去することにより行われ、前記レジストパターン層の形成前に、前記第１の電極の内、該第１の電極の上面の一部のみに至り、かつ前記第１の電極の側面の全てを覆うように絶縁材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記レジストパターン層の前記開口部に露出している前記第１の電極に接続されるように第２の電極を形成する工程をさらに備える。

本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、前記レジストパターン層の前記開口部に露出している前記第１の電極部分に電気的に接続されるように第２の電極を形成される。この場合には、第１の電極が現像液により腐食し難いため、第２の電極を第１の電極に確実に電気的に接続することができる。

本発明に係る弾性波装置の製造方法の他の特定の局面では、前記第１の電極の形成に際し、少なくとも１つのＩＤＴ電極と、該少なくとも１つのＩＤＴ電極に接続された第１の配線パターンとが形成されて、前記第２の電極の形成に際し、少なくとも電極パッドと、該電極パッドに連ねられた第２の配線パターンとが形成される。この場合には、ＩＤＴ電極と、電極パッドとを、異なる電極により形成することができる。従って、ＩＤＴ電極に適した積層導電膜を用いてＩＤＴ電極を形成することができるので、弾性波装置の特性を高めたり、設計の自由度を高めたりすることができる。

本発明に係る弾性波装置の製造方法では、前記第１の積層導電膜が、貴金属からなる金属膜と、卑金属からなる金属膜とを積層してなる積層導電膜である。卑金属からなる導電膜は、現像液により腐食し易いが、本発明によれば、第１の積層導電膜からなる第１の電極の側面が前記絶縁膜により被覆されているので、卑金属からなる導電膜の腐食を確実に防止することができる。

本発明に係る弾性波装置の製造方法において、上記第１の積層導電膜に用いられる貴金属としては、ＰｔまたはＡｕが好ましく用いられ、その場合には、弾性波の反射係数を高めることができる。また、上記卑金属としては、好ましくはＡｌまたはＡｌ合金が用いられ、その場合には、電気的損失を低くすることができる。

上記絶縁膜は、好ましくは、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び窒化酸化ケイ素からなる群から選択された１種のケイ素化合物からなる。この場合には、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３などからなる圧電基板を用いた弾性波装置において、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができ、温度特性を改善することができる。

本発明のさらに別の特定の局面では、上記絶縁膜が有機高分子からなり、その場合には、第１の電極の側面を覆うように絶縁膜を容易に形成することができる。

本発明に係る弾性波装置の製造方法及び弾性波装置によれば、レジストパターン層の開口部内において、第１の電極の一部が露出するが、該第１の電極の側面が上記絶縁膜により被覆されているので、現像液により第１の電極が腐食し難い。従って、所望とする電気的特性を有し、かつ信頼性に優れた弾性波装置を提供することが可能となる。

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）〜（ｃ）〜図４を参照して、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造方法を説明する。本実施形態では、図１（ａ）に示す圧電基板１を先ず用意する。圧電基板１としては、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂＯ_３などの圧電単結晶またはＰＺＴなどの圧電セラミックスからなる基板を用いることができる。

圧電基板１上に、ＩＤＴ電極２ａを含む第１の電極３を形成する。第１の電極３の形成に際しては、蒸着、メッキもしくはスパッタリングなどの薄膜形成法により圧電基板１の全面に複数層の金属膜を形成し、次にパターニングを行う。パターニングはフォトリソグラフィー法などの適宜の方法により行われる。

第１の電極３は複数の金属膜を積層してなる第１の積層導電膜からなる。ここでは、上方から順に、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＮｉＣｒの順にこれらの金属からなる複数の金属膜が積層される。より具体的には、第１の電極３の端部を拡大して示す図１（ｃ）に示すように、上方から、Ｔｉ膜３ａ、Ａｌ膜３ｂ、Ｔｉ膜３ｃ、及びＰｔ膜３ｄ並びにＮｉＣｒ膜３ｅがこの順序で積層されている。ここで、主たる電極層は、膜厚が相対的に厚いＡｌ膜３ｂ及びＰｔ膜３ｄである。ＮｉＣｒ膜３ｅは、圧電基板１への密着性を高める層として設けられている。Ｔｉ膜３ｃは、Ａｌ膜３ｂと、Ｐｔ膜３ｄとの密着性を高めるために設けられている。また、最上部のＴｉ膜３ａは、Ａｌ膜３ｂの酸化を防止するための保護膜として設けられている。

図１（ａ）及び（ｂ）では、第１の電極３は、図示を容易するために、第１の層として図示しているが、実際には、上記の通り５層の金属膜を積層した積層導電膜である。上記第１の電極３は、図４に模式的平面図で示すように、ＩＤＴ電極２ａと、ＩＤＴ電極２ａに接続された第１の配線パターン２ｂと、第１の配線パターン２ｂに電気的に接続された電極パッド２ｃとを有する。電極パッド２ｃは、後で形成されるレジストパターン層の開口部にその一部が露出している部分である。

上記第１の電極３を形成した後に、図１（ａ）に示す絶縁膜６を形成する。絶縁膜６は、後工程で形成されるレジストパターン層の開口部に露出している第１の電極３の一部、ここでは電極パッド２ｃの一部において、側面を被覆するように設けられている。側面が被覆されればよいが、本実施形態では、側面を被覆し、かつ第１の電極３の上面の一部に至るように形成されている。

上記絶縁膜６は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮまたはＳｉＯＮなどの無機縁材料、あるいは有機高分子材料などの適宜の絶縁性材料により形成することができる。上記無機絶縁材料を用いた場合には、ＩＤＴ電極を覆うように形成する絶縁膜と同時に形成することができる。また、有機高分子材料を用いて絶縁膜を形成した場合には、絶縁膜の形成が容易となる。

上記絶縁６の形成は、第１の電極３を形成した後、フォトリソグラフィーにより絶縁膜６を形成してもよく、あるいは絶縁性材料を第１の電極３の側面を被覆するよう印刷する方法など適宜の方法で行い得る。

絶縁膜６を形成した後に、圧電基板１の上面の全面にレジスト層を形成する。次に、このレジスト層をフォトリソグラフィー法によりパターニングし、図１（ｂ）に示すレジストパターン層４を形成する。レジストパターン層４は、開口部４ａを有する。この開口部４ａに第１の電極３が部分的に露出している。開口部４ａを形成するパターニングに際しては、アルカリ可溶性樹脂を主体とするフォトレジスト材料により全面にレジスト層を形成する。次に、開口部４ａが形成される部分を除いた部分を光の照射により硬化し、しかる後、アルカリ現像液５で処理することにより、硬化されていない開口部４ａに位置しているフォトレジスト材料を除去する。

この場合、図１（ｂ）に示すように、アルカリ現像液５に第１の電極３の一部がさらされることになる。もっとも、アルカリ現像液５に曝される部分において、第１の電極３を被覆する絶縁膜６が予め形成されている。すなわち、絶縁膜６が第１の電極３の側面を被覆している。従って、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ膜３ｂの側面が露出している部分が絶縁膜６により被覆されている。

従って、アルカリ現像液５に、Ａｌ膜３ｂが露出していないため、Ａｌ膜３ｂが腐食し難い。これを、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）及び（ｂ）は、上記絶縁膜６が形成されていない比較例を説明するための図である。絶縁膜６が形成されていない場合、アルカリ現像液５に、Ａｌ膜３ｂの側面が露出することになる。Ａｌは両性金属であるため、アルカリ現像液によって溶解する。そのため、図２（ｂ）に示すように、Ａｌ膜３ｂが溶解していく。

これに対して、本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜６により、Ａｌ膜３ｂの側面が被覆されているため、Ａｌ膜３ｂの腐食が進行しない。

次に、図１（ｂ）に示す工程の後、全面に第２の電極を形成する金属膜を、蒸着、スパッタリングまたはメッキにより形成する。金属膜は、開口部４ａ内だけでなく、レジストパターン層４の上面にも付着する。しかる後、レジストパターン層４と、レジストパターン層４上の不要な電極材料を溶剤を用いたリフトオフ法により除去する。このようにして、図３に示す第２の電極８を形成することができる。第２の電極８は、上記開口部４ａが形成されている領域に相当する部分に形成されている。第１の電極３が腐食されていないため、第２の電極８は、第１の電極３と確実に電気的に接続される。このようにして第１の電極３に対する第２の電極８の電気的接続の信頼性を効果的に高めることができる。

より具体的な第２の実施形態を図５〜図８を参照して説明する。

先ず、図５（ａ）に示すように、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電基板１１を用意する。次に、圧電基板１１上に、全面にＳｉＯ_２からなる絶縁膜１２を形成する。絶縁膜の厚みは１２０ｎｍとした。また、絶縁膜１２の形成は、スパッタ法により行った。

絶縁膜１２の厚みと、第１の電極３の厚みは等しくされており、両者の上面が面一とされている。

次に、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１２上に、アルカリ現像液で現像されるフォトレジスト材料を用いて、全面にレジスト層を形成した。しかる後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、図５（ｂ）に示すレジストパターン層１３を形成した。レジストパターン層１３は、ＩＤＴ電極を含む第１の電極が形成される部分に相当する開口部１３ａを有する。

しかる後、レジストパターン層１３をマスクとして、下方のＳｉＯ_２からなる絶縁膜１２をドライエッチングする。その結果、図５（ｃ）に示すように第１の電極の形成が予定されている部分では、圧電基板１１の上面が露出されることになる。

次に、図５（ｄ）に示すように、上記レジストパターン層１３を残したまま、圧電基板１１の全面に第１の電極を形成するための第１の積層導電膜を形成する。ここでは、下方から順に、ＮｉＣｒ膜、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜及びＡｌＣｕ膜をこの順序で蒸着により積層した。各金属膜の厚みは、ＮｉＣｒ膜＝１０ｎｍ、Ｐｔ膜＝３０ｎｍ、Ｔｉ膜＝１０ｎｍ、及びＡｌＣｕ膜＝７０ｎｍとした。この積層導電膜を蒸着法により形成した後、レジストパターン層１３と、上部の積層導電膜をリフトオフ法により除去した。それによって、図６（ａ）及び（ｂ）に示す構造を得た。ここでは、パターニングされた絶縁膜１２と同じ厚みで、第１の電極３が形成されている。主たる電極層は相対的に厚みが厚いＰｔ膜及びＡｌＣｕ膜であり、Ｔｉ膜は両側の電極層の密着性を高めるために設けられている。また、ＮｉＣｒ膜は、圧電基板１１の密着性を高める密着層として設けられている。第１の電極３は、ＩＤＴ電極２ａと、第１の配線パターン２ｂと、ＩＤＴ電極２ａに配線パターン２ｂを介して電気的に接続されている電極パッド２ｃとを有する。電極パッド２ｃは、ある程度の面積を有する矩形の形状とされている。もっとも、電極パッド２ｃの平面形状は特に限定されない。

次に、図７（ａ）に示すように、圧電基板１１の上面の全面に、ＳｉＯ_２からなる第２の絶縁膜２１及びＳｉＮからなる第３の絶縁膜２２を形成する。ＳｉＯ_２膜の厚みは４７０ｎｍとし、ＳｉＮ膜の厚みは６０ｎｍとした。

しかる後、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、図７（ｂ）に示すようにパターニングし、開口部２３を形成した。開口部２３は、第２の電極８が形成される部分に相当する。もっとも、本実施形態では、図７（ｂ）において、上記開口部２３の一部において、第２，第３の絶縁膜２１，２２の一部を残した。これは、開口部２３に露出している第１の電極３、より具体的には電極パッド２ｃの側面を被覆するように、本発明に従って絶縁膜を形成するためである。言い換えれば、第２の絶縁膜２１により、開口部２３に露出している第１の電極３部分の側面を被覆するように、第２の絶縁膜２１の一部を残存させた。この場合、第２の絶縁膜２１上の第３の絶縁膜２２も残ることとなる。

しかる後、第１の実施形態と同様に、全面にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層を図８（ａ）に示すようにパターニングし、レジストパターン層２４を形成した。このパターニングに際し、アルカリ現像液を用いた。第１の実施形態における絶縁膜６に相当する第２の絶縁膜２１により電極パッド２ｃの側面が被覆されているので、第１の電極３の腐食は生じ難い。

しかる後、第１の実施形態と同様に、全面に第２の金属を形成するための金属膜を成膜し、リフトオフ法によりレジスト層と共に、余分な金属材料を除去する。このようにして、図８（ｂ）に示す第２の電極８が形成される。なお、第２の電極８は、第２の積層導電膜からなる。第２の積層導電膜は、下方から順に、ＡｌＣｕ膜、Ｔｉ膜、Ａｌ膜を、それぞれ、５００ｎｍ、２００ｎｍ及び１０００ｎｍの厚みとなるように蒸着することにより形成した。第２の電極８は、第１の電極３と強固に接合されるので、両者の間の電気的接続の信頼性を高めることができる。

しかる後、図８（ｃ）に示すように、第２の電極８の上面に金属バンプ２５を形成する。よって、本実施形態によれば、金属バンプ２５を用いてフリップチップボンディング可能な弾性波装置を得ることができる。

本願発明者の実験によれば、上記アルカリ現像液による処理時間は通常２０〜３０秒程度であるが、上記第２の絶縁膜２１により側面を被覆していない場合、１０００ｎｍの厚みのＡｌ膜が、数十〜数百ｎｍの厚みとなるように腐食が生じていた。これに対して、本実施形態によれば、このような腐食を確実に抑制することができた。

なお、第１，第２の実施形態では、圧電基板１，１１上に、ＩＤＴ電極２ａを含む１ポート型弾性波共振子が形成されていたが、１ポート型弾性波共振子に限らず、複数の弾性波共振子を接続してなる弾性波フィルタや、弾性波遅延線などの様々な弾性波装置の製造に本発明を適用することができる。また、弾性表面波に限らず、弾性境界波を利用した弾性境界波装置の製造方法に本発明を適用することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態の製造方法において、第１の電極の側面を覆うように絶縁膜を形成した状態を示す略図的正面断面図であり、（ｂ）は、アルカリ現像液によりレジスト層をパターニングした状態を示す正面断面図であり、（ｃ）は、絶縁膜により第１の電極の側面が被覆されている状態を示す模式的拡大断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、比較例の製造方法において、アルカリ現像液に第１の電極が曝されている状態を示す断面図及びアルカリ現像液により第１の電極の一部が腐食している状態を示す模式的断面図である。 第１の実施形態の製造方法で得られる弾性波装置を説明するための模式的正面断面図である。 第１の実施形態で得られる弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態の弾性波装置の製造方法の各工程を説明するための模式的正面断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の弾性波装置の製造方法において、第１の電極が形成された後の状態を示す正面断面図及び平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の製造方法において、第２，第３の絶縁膜を形成した状態及び第２，第３の絶縁膜をパターニングした状態を示す各模式的正面断面図である。 本発明の第２の実施形態の製造方法において、（ａ）は、レジスト層がパターニングされた後の状態を示す模式的正面断面図であり、（ｂ）は、第２の電極を形成するための金属膜を全面に形成した状態を示す模式的断面図であり、（ｃ）は、第２の電極形成後の状態を示す模式的断面図である。 従来の弾性表面波装置の製造方法を説明するための正面断面図である。

符号の説明

１，１１…圧電基板
２ａ…ＩＤＴ電極
２ｂ…第１の配線パターン
２ｃ…電極パッド
３…第１の電極
３ａ…Ｔｉ膜
３ｂ…Ａｌ膜
３ｃ…Ｔｉ膜
３ｄ…Ｐｔ膜
３ｅ…ＮｉＣｒ膜
４…レジストパターン層
４ａ…開口部
５…アルカリ現像液
６…絶縁膜
８…第２の電極
１２…絶縁膜
１３…レジストパターン層
１３ａ…開口部
２１…第２の絶縁膜
２２…第３の絶縁膜
２３…開口部
２４…レジストパターン層
２５…金属バンプ

Claims (7)

1. 圧電基板の上面に、貴金属からなる金属膜と、卑金属からなる金属膜とを積層してなる積層導電膜からなる第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極形成後に、前記第１の電極の一部が露出する開口部を有するレジストパターン層を形成する工程とを備え、該レジストパターン層の形成が、アルカリ可溶性樹脂を主体とするフォトレジスト材料によりレジスト層を形成し、該開口部が形成される部分を除いた部分を光の照射により硬化し、しかる後、アルカリ現像液で処理することにより、硬化されていない該開口部に位置しているフォトレジスト材料を除去することにより行われ、
   前記レジストパターン層の形成前に、前記第１の電極の内、該第１の電極の上面の一部のみに至り、かつ前記第１の電極の側面の全てを覆うように絶縁材料からなる絶縁膜を形成する工程と、
   前記レジストパターン層の前記開口部に露出している前記第１の電極に接続されるように第２の電極を形成する工程をさらに備える、弾性波装置の製造方法。
2. 前記レジストパターン層の前記開口部に露出している前記第１の電極部分に電気的に接続されるように前記第２の電極を形成する、請求項１に記載の弾性波装置の製造方法。
3. 前記第１の電極の形成に際し、少なくとも１つのＩＤＴ電極と、該少なくとも１つのＩＤＴ電極に接続された第１の配線パターンとが形成されて、
   前記第２の電極の形成に際し、少なくとも電極パッドと、該電極パッドに連ねられた第２の配線パターンとが形成される、請求項２に記載の弾性波装置の製造方法。
4. 前記貴金属がＰｔまたはＡｕである、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. 前記卑金属がＡｌまたはＡｌ合金である、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。
6. 前記絶縁膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び窒化酸化ケイ素からなる群から選択された１種のケイ素化合物からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法。
7. 前記絶縁膜が有機高分子からなる、請求項１〜５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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