JP5644671B2 - 圧電膜素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1において、全体を示す符号1は、この実施の形態に係る典型的な圧電膜素子の一構成例を例示している。この圧電膜素子1は、シリコン(Si)からなる基板2を備える。その基板2の上面には、下地層となる下部電極層3が形成されている。その下部電極層3は、白金(Pt)薄膜からなる。その下部電極層3が形成された基板2上には、非鉛圧電材料である圧電膜層4が形成されている。
圧電膜素子1を製造するにあたり、先ず、基板2((100)面方位)を準備する。次に、図2(a)に示すように、RFマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板2上に下部電極層3を成膜する。次に、下部電極層3上にKNN圧電膜層4をRFマグネトロンスパッタリング法で成膜する。
次に、図2(a)に示すように、OFPR−800などのフォトレジスト5を塗布し、露光及び現像を行い、KNN圧電膜層4上にフォトレジストパターンを形成する。
次に、図2(d)に示すように、Cr膜6をエッチングマスクとしてフッ酸系エッチング液を用い、ウェットエッチングを行うことでKNN圧電膜層4を所望の素子形状に加工する。ここで、フッ酸の濃度が酢酸濃度よりも低い場合には、十分なエッチング速度が得られない。そのため、フッ酸の濃度としては、少なくとも25%以上の濃度とすることが好適である。
次に、図2(e)に示すように、Cr膜除去用のエッチング液として第二硝酸セリウムアンモニウムを用い、残留したCr膜6を除去する。KNN圧電膜層4を水洗、乾燥する。なお、第二硝酸セリウムアンモニウムに代えて、フェリシアン化カリウムなどのCr膜エッチング液を用いてもよい。
以上の製法により得られた圧電膜素子1の下部電極層3及び図示しない上部電極層に、電圧検知手段を接続することでセンサが得られ、電圧印加手段を接続することでアクチュエータが得られる。アクチュエータとしては、インクジェットプリンタ用ヘッド、スキャナーや超音波発生装置などに用いることができる。センサとしては、ジャイロ、超音波センサ、圧カセンサや速度・加速度センサなどに用いることができる。
上記実施の形態によると、Cr膜6をエッチングマスクとして用いる工程と、フッ酸系エッチング液を用いるウェットエッチング工程とによりKNN圧電膜層4を短時間で微細加工することができる。それに加えて、下部電極層3において選択的に加工を停止する工程により、下部電極層3において選択的にエッチングを停止することができるとともに、サイドエッチングを抑制したKNN圧電膜層4を形成することができる。
図2(a)において、基板2は、熱酸化膜付きのSi基板((100)面方位、厚さ0.525mm、熱酸化膜厚さ200nm、サイズ4インチウェハ)を用いた。RFマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板2上に下部電極層3(Pt、膜厚205nm)を形成するにあたり、基板2と下部電極層3との間に図示しないTi密着層(2.2nm)を蒸着した。Ti密着層と下部電極層3とは、基板温度100〜350℃、放電パワー200W、導入ガスAr雰囲気、圧力2.5Pa、成膜時間1〜3分、10分の条件で成膜した。
図2(b)及び(c)において、OFPR−800などのフォトレジスト5を塗布し、露光及び現像を行い、KNN圧電膜層4上にフォトレジストパターンを形成した。次に、RFマグネトロンスパッタリング法によりCr膜6を約200nm成膜した。その後、アセトン洗浄によりフォトレジスト5を除去するリフトオフにより、Cr膜マククパターンをKNN圧電膜層4上に形成した。
以上のように構成されたKNN圧電膜付き基板を実施例1〜6、及び比較例1〜3の試作品として製作した。これらの試作品について、図2(d)及び(e)に示すように、Cr膜6をエッチングマスクとしてフッ酸(HF)、又はフッ酸と酢酸との混合液をエッチング液として用い、ウェットエッチングにより微細加工を行った。そして、この微細加工特性の比較と評価を行った。この実施例1〜6、及び比較例1〜3におけるエッチング液の条件と、エッチング速度、及びサイドエッチングの比率とを下記の表1にまとめて示す。
Cr膜マスクパターンを施したKNN圧電膜付き基板に対するウェットエッチング速度を確認するため、フッ酸(49%)と酢酸(99.9%)との混合比が異なる9通りのエッチング液を作製した。
図3にウェットエッチングプロセスを用いて作製したKNN圧電膜層の微細パターンを示す。図3からも明らかなように、フッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより、KNN圧電膜層を短時間で微細加工できるとともに、下部電極層において選択的にエッチングを停止できるということが確認できた。
以上の説明からも明らかなように、本発明の圧電膜素子の製造方法、及び圧電膜デバイスを上記実施の形態、実施例、及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態、実施例、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であり、次に示すような変形例も可能である。
Claims (5)
- 基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に組成式(K1−xNax)NbO3で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜にフッ酸系エッチング液を用いてウェットエッチングを行う工程とを備え、
前記ウェットエッチング工程において、Cr膜をマスクとして用いることを特徴とする圧電膜素子の製造方法。 - 前記下部電極にPtを用いることを特徴とする請求項1記載の圧電膜素子の製造方法。
- 前記圧電膜は、擬立方晶の結晶構造を有し、前記結晶構造が(001)面方向に優先配向するよう成膜することを特徴とする請求項1または2に記載の圧電膜素子の製造方法。
- 前記圧電膜の組成が、0.4≦x≦0.7の範囲となるようスパッタ法により成膜することを特徴とすること特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の圧電膜素子の製造方法。
- 前記基板に酸化膜付きSi基板を用いることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の圧電膜素子の製造方法。
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