JP5844026B2 - 圧電素子の製造方法 - Google Patents
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Description
一般的に難エッチング材料の加工には、ドライエッチングが多く用いられている。難エッチング材料のエッチング時にはハロゲンを含むガスが多く用いられ、フッ素系や塩素系等のハロゲン系のガスと、不活性ガスであるアルゴン等の混合ガスやフッ素系と塩素系ガスの混合ガスが用いられる。
特許文献4に開示されている方法では、例えば強酸や特殊な剥離液を使用するとなると、下部電極や誘電体膜がダメージを受けるおそれがあり、一方、水を用いた場合には、側壁付着膜を十分に除去でできないおそれがある。
特許文献5に開示されている方法では、SOG等によりハードマスクを形成するため、マスク形状とする工程が増える(または、マスク形成する工程が複雑となる)ほか、エッチング後にマスクを除去することも困難となる。
前記マスクを介して、前記上部電極、前記圧電膜、及び前記下部電極の一部をドライエッチングすることにより、前記上部電極及び前記圧電膜をパターニングし、かつ、前記パターニングされた圧電膜の側面に、前記下部電極を構成する材料を含む膜を付着させる工程と、
少なくとも前記パターニングされた圧電膜の側面に前記下部電極を構成する材料を含んで付着した膜を酸化させる酸化処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
<3> 前記上部電極及び前記圧電膜をドライエッチングによりパターニングした後、前記マスクを除去し、その後、前記酸化処理を行うことを特徴とする<1>又は<2>に記載の圧電素子の製造方法。
図1は、第1実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す図である。
まず、圧電素子を製造するための部材(圧電素子用部材)10を用意する(図1(A))。
圧電素子用部材10の構成は特に限定されず、目的とするデバイスに応じた層構成を有する部材を用いればよい。本実施形態における圧電素子用部材10は、支持体となるシリコン基板12上に、絶縁膜14、Ti等の密着層16、下部電極に相当する貴金属膜18が順次形成されている。さらに、下部電極18上に圧電膜20が形成された後、上部電極に相当する貴金属膜22が形成されている。
このような圧電素子用部材10(以下、単に「基板」という場合がある。)を用い、上部電極22と圧電膜20をドライエッチングによりパターニングする。
圧電素子用部材10の上部電極22側に、上部電極22及び圧電膜20をパターニングするためのマスク24を形成する(図1(B))。
マスク24は、レジスト(ネガ型レジスト又はポジ型レジスト)を用いて形成すれば良い。例えば、東京応化のOFPRシリーズやTSMRシリーズ、AZ社のAZ1500や10XTなどを用いることができる。レジストを、スピンコート法、スプレーコート法等の公知の方法により上部電極22上に塗布した後、ソフトベーク(プリベーク)を行う。
次に、マスク24を介して、上部電極22、圧電膜20、及び下部電極18の一部をドライエッチングすることにより上部電極22及び圧電膜20をパターニングする(図1(C))。
ドライエッチングの方法はエッチングによりパターニングすべき材料に応じて選択すればよく、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECP:Electron Cyclotron resonance Plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、磁場強化型ICPなどの各エッチング装置によりドライエッチングを施すことができる。
ドライエッチングにより上部電極22及び圧電膜20をパターニングした後、マスク24を除去する(図1(D))。
酸素プラズマ等によりアッシングを行ってレジストマスク24を除去する。酸素プラズマを用いたアッシング処理では、ICP、マイクロ波アッシャー、バレル式のアッシャーを用いれば良い。アッシング処理条件は、例えば、マイクロ波を用いたマイクロ波励起表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)などで酸素ガスを200sccm、30Pa、マイクロ波出力1kWで行えばよい。必要に応じ、ポリマー除去液などを用いて残渣を除去してもよい。
このようにマスク24を除去しておけば、次の酸化処理により形成される酸化膜28に、マスク24を構成する材料が混入することを防ぐことができる。
レジストマスク24を除去した後、少なくともパターニングされた圧電膜20aの側面を酸化処理する(図1(E))。
ここで、圧電膜20aの側面(側壁付着膜26)をできるだけ低温で酸化できる方法が好ましい。PZT等の圧電膜20aは、例えば400℃以上の高温に晒されると特性が劣化し易い。また、インクジェットヘッド等のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などの構造体を有する基板に高温処理を適用すると、熱応力により、基板のそりが発生したり、膜の剥れなどの問題が発生するおそれがある。
酸化処理は、少なくとも側壁付着膜26が酸化するように行うが、側壁付着膜26の膜厚は、数nm〜数十nm程度(通常、50nm以下)である。一方、上部・下部電極22,18の各膜厚は、通常、100〜200nm程度あるので、プラズマ酸化法で側壁付着膜26が酸化するように酸化処理した後も電極22,18は導電性を保持することができる。
図2は、第2実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す図である。
圧電素子用部材10の構成は、第1実施形態で示したものと同じであり(図2(A))、マスク24の形成(図2(B))及びドライエッチングによるパターニング(図2(C))は、第1実施形態と同じであるため、説明は省略する。
マスク24を介して、上部電極22、圧電膜20、及び下部電極18の一部をドライエッチングすることにより上部電極22及び圧電膜20をパターニングした後、マスク24を除去する前に、酸化処理を行う(図2(D))。
酸化処理は、第1実施形態と同様、プラズマ酸化を行うことが好ましい。マスク24で覆われている上部電極22aの上面は酸化されないが、下部電極18、圧電膜20a、上部電極22aのそれぞれ露出している部分が酸化される。圧電膜20aの側面には、ドライエッチング時のオーバーエッチングにより下部電極18を構成していた材料を含む膜(側壁付着膜26)が付着しており、側壁付着膜26が酸化されて絶縁膜28となる。
酸化処理後、マスク24を除去する(図2(E))。第1実施形態と同様、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりマスク24を除去することができる。なお、酸化処理の際、プラズマ酸化を行えば、酸素プラズマによりレジストマスク24が削られるため、酸化処理とともにマスク24を除去することも可能である。
例えば、各電極を構成する材料、圧電膜を構成する材料としては、以下のものが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではない。
貴金属(各電極):Pt,Ru,RuO2,Ir,IrO2,Auなど
高誘電体(DRAMキャパシタ):BST:(Ba,Sr)TiO3、SRO:SrTiO3、BTO:BaTiO3、ZnO、ZrO2、HfO2
強誘電体(FeRAM、アクチュエータ等):PZT:Pb(Zr,Ti)O3、PZTN:Pb(Zr,Ti)Nb2O8、PLZT:(Pb,La)(Zr,Ti)O3
11 圧電素子
12 シリコン基板
14 絶縁膜
16 密着層
18 下部電極
20 圧電膜
20a 圧電膜(パターニング後)
22 上部電極
22a 上部電極(パターニング後)
24 マスク(感光性樹脂層)
26 側壁付着膜
28 酸化膜(絶縁膜)
30 ドライエッチング装置
Claims (3)
- 支持体上に、下部電極と、圧電膜と、上部電極とが、この順に積層されている圧電素子用部材の前記上部電極側に、前記上部電極及び前記圧電膜をパターニングするためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを介して、前記上部電極、前記圧電膜、及び前記下部電極の一部をドライエッチングすることにより、前記上部電極及び前記圧電膜をパターニングし、かつ、前記パターニングされた圧電膜の側面に、前記下部電極を構成する材料を含む膜を付着させる工程と、
少なくとも前記パターニングされた圧電膜の側面に前記下部電極を構成する材料を含んで付着した膜を酸化させる酸化処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。 - 前記酸化処理をプラズマ酸化法により行うことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子の製造方法。
- 前記上部電極及び前記圧電膜をドライエッチングによりパターニングした後、前記マスクを除去し、その後、前記酸化処理を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧電素子の製造方法。
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