JP2004356700A

JP2004356700A - Method for manufacturing piezoelectric resonator, and piezoelectric resonator, piezoelectric filter, and duplexer

Info

Publication number: JP2004356700A
Application number: JP2003148796A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nakamura; 大佐中村; Hajime Yamada; 一山田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】共振特性の劣化の抑制することができる圧電共振子の製造方法、ならびに圧電共振子、圧電フィルタ、およびデュプレクサを提供する。
【解決手段】基板２上に、下部電極５、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜６、および上部電極７を順に形成する圧電共振子１の製造方法である。下部電極５上に圧電性酸化膜を形成した後、該圧電性酸化膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングすることで圧電性酸化膜をパターニングして圧電性薄膜６を形成する圧電性薄膜形成工程と、圧電性薄膜形成工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第１のアッシング工程とを備える。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a piezoelectric resonator capable of suppressing deterioration of resonance characteristics, and a piezoelectric resonator, a piezoelectric filter, and a duplexer.
A method of manufacturing a piezoelectric resonator includes sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of a piezoelectric oxide, and an upper electrode on a substrate. After a piezoelectric oxide film is formed on the lower electrode 5, a resist pattern is formed on the piezoelectric oxide film, and the piezoelectric oxide film is patterned by etching using the resist pattern as a mask to form a piezoelectric thin film 6. The method includes a piezoelectric thin film forming step to be formed, and a first ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the piezoelectric thin film forming step.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電共振子の製造方法、ならびに圧電共振子、圧電フィルタおよびデュプレクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電共振子は、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の対向する上部電極及び下部電極が挟む構造の振動部を有している。上記圧電薄膜としては、ＺｎＯ、ＰＺＴ（ＰｂＴｉ_ｘＺｒ_{（１−ｘ）}Ｏ_３）、Ｔａ_２Ｏ_５などの圧電性酸化膜が用いられる。このような圧電共振子は、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
従来の圧電共振子の製造方法は、例えば、下記の▲１▼〜▲７▼の工程を有している。
【０００４】
▲１▼ Ｓｉ基板上に絶縁膜を形成する。
【０００５】
▲２▼ 絶縁膜上に第１のリフトオフプロセス（下部電極形成用のレジストパターンを形成した後、下部電極となる電極膜を絶縁膜上に形成し、レジストパターンを除去する）で、下部電極を形成する。
【０００６】
▲３▼ 下部電極上および絶縁膜の一部の上に圧電性酸化膜を形成する。
【０００７】
▲４▼ 圧電性酸化膜上にレジストパターンを形成する。
【０００８】
▲５▼ レジストパターンをマスクとして、エッチングにより圧電性酸化膜をパターニングする。
【０００９】
▲６▼ 圧電性酸化膜上のレジストパターンを除去する。
【００１０】
▲７▼ パターニングされた圧電性酸化膜上に第２のリフトオフプロセス（上部電極形成用のレジストパターンを形成した後、上部電極となる電極膜を圧電性酸化膜上に形成し、レジストパターンを除去する）で上部電極を形成する。
【００１１】
上記の工程のうち、特に、▲６▼、▲７▼の工程の後では、ＺｎＯなどからなる圧電性酸化膜上や上部電極周辺にレジスト残渣が発生することがある、このレジスト残渣があると、以下のような問題が生じる。
【００１２】
まず、ＺｎＯなどからなる圧電性酸化膜上に、レジスト残渣が発生すると、レジスト残渣の上から上部電極が形成されることになるため、上部電極からの信号の印加がうまくできなくなり、圧電共振子の特性が劣化することがある。また、熱が加わった際、レジスト残渣の部分から剥離が生じる可能性があり、信頼性が十分に得られないことがある。また、上部電極周辺にレジスト残渣が発生すると、レジスト残渣の重さなどが影響し、共振特性が劣化する可能性がある。
【００１３】
そこで、従来では、Ａｒ等によるイオンミリングやイオンビームエッチングでレジスト残渣を除去していた。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−１６８６７４号公報（公開日：平成１３年６月２２日）
【００１５】
【特許文献２】
特開昭５８−１２１８１７号公報（公開日：昭和５８年７月２０日）
【００１６】
【特許文献３】
特開昭５８−１３７３１７号公報（公開日：昭和５８年８月１５日）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ａｒ等によるイオンミリング、イオンビームエッチングでは、ＺｎＯなどからなる圧電性酸化膜に対してダメージを与えてしまう。つまり、Ａｒ等によるイオンミリング、イオンビームエッチングでは、粒子を対象物にぶつけて物理的に削り取るものであるため、レジスト残渣だけでなくＺｎＯなどからなる圧電性酸化膜も削り取られてしまう。よって、ＺｎＯなどからなる圧電性酸化膜の表面が粗くなったり、結晶が破壊されたりしてしまう。その結果、圧電共振子の共振特性が劣化してしまうという問題が発生していた。
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共振特性の劣化の抑制することができる圧電共振子の製造方法、ならびに圧電共振子、圧電フィルタ、およびデュプレクサを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電共振子の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板上に、下部電極、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜、および上部電極を順に形成する圧電共振子の製造方法であって、下部電極上に圧電性酸化物からなる圧電性酸化膜を形成した後、該圧電性酸化膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングすることで圧電性酸化膜をパターニングし、レジストパターンを除去することで圧電性薄膜を形成する圧電性薄膜形成工程と、圧電性薄膜形成工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第１のアッシング工程とを備えることを特徴としている。
【００２０】
上記の方法によれば、第１のアッシング工程において、例えばＺｎＯ等からなる圧電性薄膜が削られることがなく、上記圧電性薄膜形成工程において生じる圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができる。また、酸素（Ｏ_２）を含むガスを用いているので、第１のアッシング工程中に圧電性薄膜に酸素欠陥が発生しても、酸素を含むガスによって酸素欠陥が修復される。したがって、圧電性薄膜の表面が粗くなったり、結晶が破壊され、圧電共振子の特性が劣化することなく圧電共振子を製造することができる。
【００２１】
さらに、圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができるため、後に形成される上部電極のレジスト残渣が残留していることによる剥離を防止することができる。したがって、信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００２２】
本発明の圧電共振子の製造方法は、圧電性薄膜上にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜を露光すると共に不要なレジスト膜を除去することで、上部電極形成用レジストパターンを形成する上部電極形成用レジストパターン形成工程と、上部電極形成用レジストパターン形成工程後に酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第２のアッシング工程とを更に備えることが好ましい。
【００２３】
上記の方法によれば、第２のアッシング工程において、酸素を含むガスでプラズマアッシングしているので、例えばＺｎＯ等の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜にダメージを与えることなく、上部電極形成用レジストパターン形成工程で圧電性薄膜上に生じるレジスト残渣を除去することができる。
【００２４】
さらに、圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることにより後に形成される上部電極が剥離することを防止することができる。したがって、より一層信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００２５】
本発明の圧電共振子の製造方法は、圧電性薄膜上にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜を露光すると共に不要なレジスト膜を除去することで、上部電極形成用レジストパターンを形成する上部電極形成用レジストパターン形成工程と、上部電極形成用レジストパターンをマスクとして、圧電性薄膜上に上部電極を成膜する上部電極成膜工程と、上記上部電極形成用レジストパターンを除去するリフトオフ工程と、上記リフトオフ工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第３のアッシング工程とを更に備えることが好ましい。
【００２６】
上記の方法によれば、第３のアッシング工程において、酸素を含むガスでプラズマアッシングしているので、例えばＺｎＯ等の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜にダメージを与えることなく、リフトオフ工程で上部電極上および上部電極周辺に生じるレジスト残渣を除去することができる。
【００２７】
さらに、上部電極上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることにより、レジスト残渣の重さなどが影響し、共振特性が劣化することを防止することができる。したがって、より一層信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００２８】
本発明の圧電共振子の製造方法は、圧電性薄膜上にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜を露光すると共に不要なレジスト膜を除去することで、上部電極形成用レジストパターンを形成する上部電極形成用レジストパターン形成工程と、上部電極形成用レジストパターン形成工程後に酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第２のアッシング工程と、上部電極形成用レジストパターンをマスクとして、圧電性薄膜上に上部電極を成膜する上部電極成膜工程と、上記上部電極形成用レジストパターンを除去するリフトオフ工程と、上記リフトオフ工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第３のアッシング工程とを更に備えることが好ましい。
【００２９】
上記の方法によれば、第２のおよび第３のアッシング工程において、酸素を含むガスでプラズマアッシングしているので、例えばＺｎＯ等の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜にダメージを与えることなく、上部電極形成用レジストパターン形成工程およびリフトオフ工程で圧電性薄膜上に生じるレジスト残渣を除去することができる。
【００３０】
さらに、圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることにより、後に形成される上部電極が剥離することを防止することができる。さらに、上部電極上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることによりレジスト残渣の重さなどが影響し、共振特性が劣化することを防止することができる。したがって、より一層信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００３１】
本発明の圧電共振子の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板上に、下部電極、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜、および上部電極を順に形成する圧電共振子の製造方法であって、圧電性薄膜上にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜を露光すると共に不要なレジスト膜を除去することで、上部電極形成用レジストパターンを形成する上部電極形成用レジストパターン形成工程と、上部電極形成用レジストパターン形成工程後に酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第２のアッシング工程とを備えることを特徴としている。
【００３２】
上記の方法によれば、第２のアッシング工程において、例えばＺｎＯ等からなる圧電性薄膜が削られることがない。また、酸素（Ｏ_２）を含むガスを用いているので、第２のアッシング工程中に圧電性薄膜に酸素欠陥が発生しても、酸素を含むガスによって酸素欠陥が修復される。したがって、圧電性薄膜にダメージを与えることなく、上記上部電極形成用レジストパターン形成工程において生じる圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができる。したがって、圧電共振子の特性が劣化することを防止することができる。
【００３３】
さらに、圧電性薄膜上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることにより、後に形成される上部電極が剥離することを防止することができる。したがって、信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００３４】
本発明の圧電共振子の製造方法は、基板上に、下部電極、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜、および上部電極を順に形成する圧電共振子の製造方法であって、上記第２のアッシング工程の後、上記上部電極形成用レジストパターンをマスクとして、圧電性薄膜上に上部電極を成膜する上部電極成膜工程と、上記上部電極形成用レジストパターンを除去するリフトオフ工程と、上記リフトオフ工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第３のアッシング工程とを更に備えることが好ましい。
【００３５】
上記の方法によれば、上記の方法に加えて、第３のアッシング工程において、酸素を含むガスでプラズマアッシングしているので、例えばＺｎＯ等の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜にダメージを与えることなく、リフトオフ工程で上部電極上に生じるレジスト残渣を除去することができる。
【００３６】
さらに、上部電極上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることにより、レジスト残渣の重さなどが影響し、共振特性が劣化することを防止することができる。したがって、より一層信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００３７】
本発明の圧電共振子の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板上に、下部電極、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜、および上部電極を順に形成する圧電共振子の製造方法であって、圧電性薄膜上にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜を露光すると共に不要なレジスト膜を除去することで、上部電極形成用レジストパターンを形成する上部電極形成用レジストパターン形成工程と、上部電極形成用レジストパターンをマスクとして、圧電性薄膜上に上部電極を成膜する上部電極成膜工程と、上記上部電極形成用レジストパターンを除去するリフトオフ工程と、上記リフトオフ工程後に、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う第３のアッシング工程とを備えることを特徴としている。
【００３８】
上記の方法によれば、第３のアッシング工程において、酸素を含むガスでプラズマアッシングしているので、例えばＺｎＯ等の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜にダメージを与えることなく、リフトオフ工程で上部電極上に生じるレジスト残渣を除去することができる。
【００３９】
さらに、上部電極上のレジスト残渣を除去することができるため、レジスト残渣が残留していることによりレジスト残渣の重さなどが影響し、共振特性が劣化することを防止することができる。したがって、信頼性の高い圧電共振子を提供することができる。
【００４０】
また、本発明の圧電共振子の製造方法では、前記酸素を含むガスが、Ｏ_２ガス、またはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスのいずれかであることが好ましい。なお、このＣＦ_４とＯ_２との混合ガスの混合比は、例えばＣＦ_４とＯ_２＝１：９とすることが好ましい。
【００４１】
また、前記各アッシング工程は、ＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いるアッシングと、Ｏ_２ガスを用いるアッシングとを含むことが好ましい。これにより、レジスト残渣をより一層除去することができる。
【００４２】
また、前記圧電性酸化物は、ＺｎＯ、ＰＺＴ（ＰｂＴｉ_ｘＺｒ_{（１−ｘ）}Ｏ_３）、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれかであることが好ましい。
【００４３】
また、基板は開口部もしくは凹部を有し、開口部もしくは凹部上に前記下部電極、圧電性薄膜および上部電極が積層されている振動部が形成されているが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の圧電共振子は、上記の課題を解決するために、上記の製造方法を用いて製造されたことを特徴としている。
【００４５】
上記の構成によれば、上記の方法により製造するので、共振特性の劣化が抑えられた圧電共振子が得られる。
【００４６】
また、本発明の圧電フィルタは、上記の課題を解決するために、上記の圧電共振子を、ラダー構成にて備えることを特徴としている。
【００４７】
上記の構成によれば、上記の方法により製造された圧電共振子を用いているので、圧電共振子の共振特性の劣化が抑えられており、特性劣化が抑えられた信頼性の高い圧電フィルタが得られる。
【００４８】
また、本発明のデュプレクサは、上記の圧電フィルタを有することを特徴としている。
【００４９】
上記の構成によれば、上記圧電フィルタは上記の方法により製造された圧電共振子を用いているので、圧電フィルタの共振特性の劣化が抑えられており、特性劣化が抑えられた信頼性の高いデュプレクサが得られる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５１】
まず、本実施の形態にかかる圧電共振子の構造の一例について図１を参照して説明する。圧電共振子１は、基板２、該基板２の上面に形成されている支持膜３を備えている。さらに、基板２には、該基板２を下面から厚さ方向に貫通し、支持膜３まで達する開口部（空洞部）４が形成されている。また、この支持膜３上には、順に、下部電極５、圧電性酸化物からなる圧電性薄膜６、および上部電極７を備えている。
【００５２】
基板２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、ＰＺＴ（ＰｂＴｉ_ｘＺｒ_{（１−ｘ）}Ｏ_３）のうちいずれかを主成分とするものを用いることができる。
【００５３】
上記支持膜３は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる少なくとも１層からなっていればよい。
【００５４】
下部電極５および上部電極７は、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、ステンレス系の合金、Ａｌ合金、Ａｌに添加物（例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ）、エリンバ等の恒弾性材料等からなる少なくとも１層からなっていればよい。上記エリンバとは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の合金で、磁気相転移点付近で熱処理することにより膨張係数をコントロールできるものである。
【００５５】
圧電性薄膜６は、例えば、ＺｎＯ、ＰＺＴ（ＰｂＴｉ_ｘＺｒ_{（１−ｘ）}Ｏ_３）、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、Ｔａ_２Ｏ_５等の圧電性酸化物からなる少なくとも１層からなっている。
【００５６】
また、上記圧電共振子１では、支持膜３、下部電極５、圧電性薄膜６、並びに上部電極７から構成される振動部の全体の厚みで共振周波数が決まる。この振動部は、下部電極５と上部電極７とが対向している部分のことを指し、この振動部は基板１における開口部４が形成されている領域の上面側に形成されている。言い換えれば、上記振動部は、空気等の気体に面している。また、図７に示すように、圧電共振子１ａとして、圧電共振子１における上記開口部４に代えて、基板２に設けた凹部４ａを設けたものであってもよい。さらに、上記開口部４に代えて、基板２との間に形成した空隙部に面するように設定してもよく、また圧電共振子を方持ばり構造や、オーバーハング構造に設定してもよい。
【００５７】
以下に、本実施の形態にかかる圧電共振子の製造方法の一例について、図２ないし図６に基づいて説明する。
【００５８】
本実施の形態にかかる圧電共振子の製造方法は、基本的に、以下
（１）基板１に支持膜３を形成する支持膜形成工程、
（２）上記支持膜３上に下部電極５を形成する下部電極形成工程、
（３）下部電極５上に圧電性薄膜６を形成する圧電性薄膜形成工程、
（４）圧電薄膜６上に上部電極を形成する上部電極形成工程、および
（５）基板１に開口部４を形成する開口部形成工程、
を有している。
【００５９】
以下では、上記（１）〜（５）の工程について具体的な例を挙げてより詳細に説明する。なお、本実施の形態では、Ｓｉからなる基板１に、ＳｉＯ_２膜とＡｌ_２Ｏ_３膜とからなる支持膜３、Ａｌ膜とＴｉ膜とからなる下部電極５、ＺｎＯ膜からなる圧電薄膜６およびＡｌ膜とＴｉ膜とからなる上部電極７を形成する例について説明する。
【００６０】
上記（１）の支持膜形成工程は、図２（ａ）に示すように、まず、Ｓｉからなる基板１の上面に、例えば、熱酸化、あるいは電子ビーム蒸着、スパッタリング法等の成膜法により、ＳｉＯ_２からなる第１の支持膜３ａを形成する。次いで、図２（ｂ）に示すように、第１の支持膜３ａ上に、電子ビーム蒸着、スパッタリング法等の成膜法により酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる第２の支持膜３ｂを形成する。これにより、第１の支持膜３ａと第２の支持膜３ｂとからなる支持膜３を形成することができる。
【００６１】
なお、上記酸化アルミニウムからなる第２の支持膜３ｂは、例えば、酸化アルミニウムを蒸着源とした電子ビーム蒸着では、成膜速度０．８ｎｍ／ｓｅｃ以下で成膜すればよい。また、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる第２の支持膜３ｂを形成する場合には、同様に、アルミニウムを蒸着源とし、窒素雰囲気で電子ビーム蒸着、またはＡｌをターゲットとし、窒素ガスを用いる反応性スパッタを行うことにより形成することができる。
【００６２】
上記（２）の下部電極形成工程は、まず図３（ａ）に示すように、第２の支持膜３ｂ（支持膜３）上に、レジスト膜を形成し、このレジスト膜を露光すると共に不要な部分（下部電極を形成する部分）のレジスト膜を除去することにより下部電極形成用レジストパターン１１を形成する（下部電極形成用レジストパターン形成工程）。次いで、図３（ｂ）に示すように、例えば、スパッタリング、蒸着等により、第２の支持膜３ｂ上にＡｌ膜とＴｉ膜とからなる下部電極５を形成する（下部電極成膜工程）。その後、図３（ｃ）に示すように、下部電極形成用レジストパターン１１を除去する（下部電極形成用レジストパターンリフトオフ工程）。
【００６３】
上記（３）の圧電性薄膜形成工程は、まず図４（ａ）に示すように、スパッタリング、ＣＶＤ等の成膜法により、下部電極５および第２の支持膜３ｂ（支持膜３）上に、ＺｎＯからなる圧電性酸化膜６ａを形成する（圧電性酸化膜成膜工程）。次いで、図４（ｂ）に示すように、圧電性酸化膜６ａ上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を露光すると共に不要な部分（圧電性酸化膜６ａの除去する部分）のレジスト膜を除去することにより圧電性薄膜形成用レジストパターン１２を形成する（圧電性薄膜形成用レジストパターン形成工程）。そして、図４（ｃ）に示すように、上記圧電性薄膜形成用レジストパターン１２をマスクとして、エッチング等により、圧電性酸化膜６ａをパターニングし、圧電性薄膜６を形成する。その後、図４（ｄ）に示すように、圧電性薄膜形成用レジストパターン１２を除去する（圧電性薄膜形成用レジストパターン除去工程（圧電性薄膜形成工程））。このとき、図４（ｄ）に示すように、圧電性薄膜６上には、レジスト残渣１３が残ることがある。そこで、Ｏ_２を含むガス、例えば、Ｏ_２ガスのみあるいはＣＦ_４とＯ_２との混合ガス等を用いたプラズマによるアッシングを行う（圧電性薄膜形成時アッシング工程（第１のアッシング工程））。この圧電性薄膜形成時アッシング工程により、図４（ｅ）に示すように、圧電性薄膜６上のレジスト残渣１３を除去することができる。
【００６４】
なお、上記ＺｎＯからなる圧電性酸化膜６ａは、例えば、ＺｎＯターゲットを用いたＲＦスパッタリング法において、基板温度：５０℃〜５００℃、ＲＦパワー：３００Ｗ〜１５００Ｗ、ガス圧０．０５Ｐａ〜０．７Ｐａで成膜することにより、高配向膜を形成することができる。
【００６５】
上記（４）の上部電極形成工程は、まず図５（ａ）に示すように、圧電性薄膜６、下部電極５あるいは第２の支持膜３ｂ（支持膜３）上に、レジスト膜を形成し、このレジスト膜を露光すると共に不要な部分（上部電極を形成する部分）のレジスト膜を除去することにより上部電極形成用レジストパターン１４を形成する（上部電極形成用レジストパターン形成工程）。このとき、図５（ｂ）に示すように、圧電性酸化膜６上には、レジスト残渣１５が残ることがある。そこで、上記圧電性薄膜形成時プラズマアッシング工程と同様に、Ｏ_２を含むガス、例えば、Ｏ_２ガスのみあるいはＣＦ_４とＯ_２との混合を用いたプラズマによるアッシングを行う（上部電極形成時予備プラズマアッシング工程（第２のアッシング工程））。この上部電極形成時予備プラズマアッシングにより、圧電性薄膜６上のレジスト残渣１５を除去することができる。
【００６６】
次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、スパッタリング、蒸着等により、圧電性薄膜６上にＡｌ膜とＴｉ膜とからなる上部電極７を形成する（上部電極成膜工程）。その後、図５（ｄ）に示すように、上部電極形成用レジストパターン１４を除去する（上部電極形成用レジストパターンリフトオフ工程）。また、このときにも、図５（ｄ）に示すように、上部電極７上および上部電極７の周辺には、レジスト残渣１６が残ることがある。そこで、この段階においても、Ｏ_２を含むガスあるいはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いたプラズマによるアッシングを行う（上部電極形成時アッシング工程（第３のアッシング工程））。この上部電極形成時アッシング工程により、図５（ｅ）に示すように、上部電極７上および上部電極７の周辺のレジスト残渣１６を除去することができる。
【００６７】
上記（５）の開口部形成工程は、図６に示すように、基板１の下面から、例えば異方性エッチング、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などにより、開口部４を形成する。
【００６８】
以上の（１）〜（５）の工程により、圧電共振子を製造することができる。
【００６９】
上記のように、上部電極形成時アッシング工程により、上部電極形成用レジストパターンリフトオフ工程にて上部電極上および上部電極の周辺に生じるレジスト残渣を容易に除去することができる。しかも、上記上部電極形成時アッシング工程では、Ｏ_２を含むガスを用いてプラズマアッシングを行うため、形成されている圧電性酸化膜が削られることがなく、圧電性酸化膜、つまり圧電性薄膜へのダメージを低減することができる。また、Ｏ_２を含むガスを用いているため、プラズマアッシング中に、圧電性薄膜に酸素欠陥が発生したとしても、Ｏ_２を含むガスによって該酸素欠陥が修復されるので、圧電性薄膜にダメージを与えることがない。従って、製造された圧電共振子の共振特性の劣化を低減することができるため、高品質の圧電共振子を提供することができる。
【００７０】
また、圧電性薄膜形成時アッシング工程により、圧電性薄膜形成用レジスト膜除去工程にて圧電性薄膜上に生じるレジスト残渣を容易に除去することができる。しかも、上記圧電性薄膜形成時アッシング工程では、Ｏ_２を含むガスを用いてプラズマアッシングを行うため、形成されている圧電性薄膜が削られることがなく、圧電性薄膜へのダメージを低減することができる。また、Ｏ_２を含むガスを用いているため、プラズマアッシング中に、圧電性薄膜に酸素欠陥が発生したとしても、Ｏ_２を含むガスによって該酸素欠陥が修復されるので、圧電性薄膜にダメージを与えることがない。さらに、後に形成される上部電極と、圧電性薄膜との間のレジスト残渣を低減することができるため、上部電極の剥離を低減することができる。したがって、製造された圧電共振子の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
またさらに、上部電極形成時予備アッシング工程により、圧電性薄膜形成用レジストパターン形成工程にて圧電性薄膜上に生じるレジスト残渣を容易に除去することができる。しかも、上記上部電極形成時予備アッシング工程では、Ｏ_２を含むガスを用いてプラズマアッシングを行うため、形成されている圧電性薄膜が削られることがなく、圧電性薄膜へのダメージを低減することができる。また、Ｏ_２を含むガスを用いているため、プラズマアッシング中に、圧電性薄膜に酸素欠陥が発生したとしても、Ｏ_２を含むガスによって該酸素欠陥が修復されるので、圧電性薄膜にダメージを与えることがない。さらに、後に形成される上部電極と圧電性薄膜との間のレジスト残渣をより一層低減することができるため、上部電極の剥離をより一層低減することができる。したがって、製造された圧電共振子の信頼性をより一層向上させることができる。
【００７２】
なお、上記各アッシング工程では、レジストの材料がＯ_２ガスのみでは除去し難い場合がある。この場合には、ＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いて各アッシング工程を行うことが好ましい。このＣＦ_４とＯ_２との混合ガスの混合比を例えばＣＦ_４とＯ_２＝１：９とすることが好ましい。ＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いることにより、上記レジスト残渣をより一層除去することができるようになる。また、Ｏ_２ガスのみを用いるプラズマアッシングとＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いるプラズマアッシングとを併用してもよい。また、プラズマアッシングを繰り返し複数回行ってもよい。これにより、より一層レジスト残渣を除去することができる。
【００７３】
例えば、上記レジスト材料に除去しやすい材料を用いた場合には、ＲＦパワー：５０Ｗ、アッシング時間：１５秒のＯ_２ガスのみを用いるプラズマアッシングによりレジスト残渣を除去することができる。また、上記レジスト材料に除去しにくい材料を用いた場合には、１段階目に、ＲＦパワー：２５０Ｗ、アッシング時間：１５秒のＣＦ_４とＯ_２との混合ガス（１：９）を用いるプラズマアッシング、および２段階目にＲＦパワー：２５０Ｗ、アッシング時間：１３５秒のＯ_２ガスのみを用いるプラズマアッシングによりレジスト残渣を除去することができる。
【００７４】
また、上記（２）の下部電極形成工程の下部電極形成用レジストパターンリフトオフ工程においても、レジスト残渣が生じる場合があるが、上記と同様のアッシング工程（下部電極形成時アッシング工程）により、該レジスト残渣を除去することができる。従って、この下部電極形成時アッシング工程は、容易に行うことができる。
【００７５】
また、下部電極５および上部電極７として主成分がＣｕの第１層を用いた場合には、第１層上にＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ等からなる酸化防止膜を形成する必要がある。この酸化防止膜を形成することにより、上記プラズマアッシング工程による、酸化を防止することができ、電極としての特性の悪化を抑制することができる。なお、下部電極５および上部電極７の材料として、Ａｌを用いた場合には、Ａｌ膜の表面に自然酸化膜が形成されるため、特に酸化防止膜を形成する必要はない。
【００７６】
また、図７に示すように、圧電共振子１ａとして、圧電共振子１における上記開口部４に代えて、基板２に設けた凹部４ａを設けた場合には、凹部４ａを形成して、板状等の支持膜３を接合した後、下部電極５、圧電性薄膜６、上部電極７を形成すればよい。
【００７７】
上述の通り、上記の方法で製造された圧電共振子は、圧電性薄膜におけるダメージがほぼないため、共振特性の劣化が低減されており、非常に高品質のものである。この圧電共振子を、図８ないし図１０に示すように、Ｔ型、あるいはＬ型にラダー接続することにより圧電フィルタを形成することができる。また、図示していないが、Π型にラダー接続することにより圧電フィルタを形成することができる。これらの圧電フィルタでは、上記の方法により製造された圧電共振子を用いているので、圧電共振子の共振特性の劣化が抑えられているため、該圧電フィルタ自体の特性劣化が抑えられたものとなっている。
【００７８】
また、本発明にかかるＤＰＸ（デュプレクサ）は、図１１に示すように、ＡＮＴ（アンテナ）に接続された整合回路５２と、整合回路５２と送信側端子（Ｔｘ）との間に設けられた送信側フィルタ５３と、整合回路５２と受信側端子（Ｒｘ）との間に設けられた受信側フィルタ５４とを有している。送信側フィルタ５３および受信側フィルタ５４は、通過帯域が互いに相違するように設定されている。上記送信側フィルタ５３および受信側フィルタ５４には、上記のラダー型の圧電フィルタを好適に用いることができる。したがって、このラダー型の圧電フィルタでは、該圧電フィルタ自体の特性劣化が抑えられているため、上記デュプレクサの特性劣化も抑えられている。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧電共振子の製造方法は、基板上に、下部電極、少なくとも１層の圧電性酸化物からなる圧電性薄膜、および上部電極を順に形成する圧電共振子の製造方法であって、圧電性薄膜、上部電極を形成する際に使用するレジストパターンのレジスト残渣を除去するために、酸素を含むガスでプラズマアッシングを行う構成である。これにより、圧電性薄膜にダメージを低減しつつレジスト残渣を除去することができる。したがって、共振特性の劣化を低減しつつ信頼性の高い圧電共振子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る圧電共振子の概略の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、上記圧電共振子の製造工程（支持膜形成工程）を説明する断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、上記圧電共振子の製造工程（下部電極形成工程）を説明する断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、上記圧電共振子の製造工程（圧電性薄膜形成工程）を説明する断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、上記圧電共振子の製造工程（上部電極形成工程）を説明する断面図である。
【図６】上記圧電共振子の製造工程（開口部形成工程）を説明する断面図である。
【図７】上記圧電共振子の変形例の概略の断面図である。
【図８】本発明の圧電共振子を備える圧電フィルタの一例の回路図である。
【図９】本発明の圧電共振子を備える圧電フィルタの他の例の回路図である。
【図１０】本発明の圧電共振子を備える圧電フィルタのさらに他の例の回路図である。
【図１１】上記圧電フィルタを搭載したデュプレクサの回路ブロック図である。
【符号の説明】
１圧電共振子
２基板
３支持膜
４開口部（空洞部）
５下部電極
６圧電性薄膜
６ａ圧電性酸化膜
７上部電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric resonator, and a piezoelectric resonator, a piezoelectric filter, and a duplexer.
[0002]
[Prior art]
The piezoelectric resonator has a vibrating portion having a structure in which the upper and lower surfaces of a thin film portion having at least one or more piezoelectric thin films are sandwiched between at least a pair of opposed upper and lower electrodes. As the piezoelectric thin film, ZnO, PZT (PbTi _x Zr _(1-x) O ₃ ), Ta ₂ O ₅ For example, a piezoelectric oxide film is used. Such a piezoelectric resonator is disclosed in Patent Documents 1 to 3, for example.
[0003]
The conventional method for manufacturing a piezoelectric resonator includes, for example, the following steps (1) to (7).
[0004]
(1) An insulating film is formed on a Si substrate.
[0005]
{Circle around (2)} A first lift-off process is performed on the insulating film (after forming a resist pattern for forming a lower electrode, an electrode film to be a lower electrode is formed on the insulating film, and the resist pattern is removed). Form.
[0006]
(3) A piezoelectric oxide film is formed on the lower electrode and a part of the insulating film.
[0007]
(4) A resist pattern is formed on the piezoelectric oxide film.
[0008]
(5) Using the resist pattern as a mask, the piezoelectric oxide film is patterned by etching.
[0009]
(6) The resist pattern on the piezoelectric oxide film is removed.
[0010]
{Circle around (7)} Second lift-off process on the patterned piezoelectric oxide film (after forming a resist pattern for forming the upper electrode, an electrode film to be the upper electrode is formed on the piezoelectric oxide film, and the resist pattern is removed. To form an upper electrode.
[0011]
Of the above steps, in particular, after the steps (6) and (7), a resist residue may be generated on the piezoelectric oxide film made of ZnO or the like or around the upper electrode. However, the following problem occurs.
[0012]
First, when a resist residue is generated on a piezoelectric oxide film made of ZnO or the like, an upper electrode is formed from above the resist residue, so that it is difficult to apply a signal from the upper electrode, and the piezoelectric resonator May deteriorate. Further, when heat is applied, there is a possibility that peeling may occur from a portion of the resist residue, so that sufficient reliability may not be obtained. Further, when a resist residue is generated around the upper electrode, the weight of the resist residue and the like may affect the resonance characteristic, and the resonance characteristics may be deteriorated.
[0013]
Therefore, conventionally, resist residues have been removed by ion milling or ion beam etching using Ar or the like.
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-168677 (publication date: June 22, 2001)
[0015]
[Patent Document 2]
JP-A-58-121817 (publication date: July 20, 1983)
[0016]
[Patent Document 3]
JP-A-58-137317 (publication date: August 15, 1983)
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, ion milling with Ar or the like or ion beam etching damages the piezoelectric oxide film made of ZnO or the like. That is, in ion milling or ion beam etching using Ar or the like, particles are hit against an object and physically removed, so that not only a resist residue but also a piezoelectric oxide film made of ZnO or the like is removed. Therefore, the surface of the piezoelectric oxide film made of ZnO or the like becomes rough or the crystal is broken. As a result, there has been a problem that the resonance characteristics of the piezoelectric resonator deteriorate.
[0018]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a method of manufacturing a piezoelectric resonator capable of suppressing deterioration of resonance characteristics, and a piezoelectric resonator, a piezoelectric filter, and a duplexer. Is to do.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes a piezoelectric resonator in which a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate A method of manufacturing a piezoelectric element, comprising: forming a piezoelectric oxide film made of a piezoelectric oxide on a lower electrode, forming a resist pattern on the piezoelectric oxide film, and etching using the resist pattern as a mask. A piezoelectric thin film forming step of forming a piezoelectric thin film by patterning the piezoelectric oxide film and removing a resist pattern, and a first ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the piezoelectric thin film forming step. It is characterized by having.
[0020]
According to the above method, the first ashing step does not remove the piezoelectric thin film made of, for example, ZnO, and the resist residue on the piezoelectric thin film generated in the piezoelectric thin film forming step can be removed. . In addition, oxygen (O ₂ ) Is used, even if oxygen defects occur in the piezoelectric thin film during the first ashing step, the oxygen-containing gas repairs the oxygen defects. Therefore, the piezoelectric resonator can be manufactured without roughening the surface of the piezoelectric thin film or destroying the crystal and deteriorating the characteristics of the piezoelectric resonator.
[0021]
Further, since the resist residue on the piezoelectric thin film can be removed, peeling of the upper electrode formed later due to the remaining resist residue can be prevented. Therefore, a highly reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0022]
The method of manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes forming a resist film on a piezoelectric thin film, exposing the resist film and removing an unnecessary resist film, thereby forming a resist pattern for forming an upper electrode. It is preferable that the method further includes a step of forming a resist pattern for forming an electrode, and a second ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the step of forming a resist pattern for forming an upper electrode.
[0023]
According to the above-described method, in the second ashing step, plasma ashing is performed using a gas containing oxygen, so that the upper electrode is formed without damaging the piezoelectric thin film made of a piezoelectric oxide such as ZnO. The resist residue generated on the piezoelectric thin film in the resist pattern forming step can be removed.
[0024]
Further, since the resist residue on the piezoelectric thin film can be removed, it is possible to prevent the upper electrode to be formed later from peeling off due to the remaining resist residue. Therefore, a more reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0025]
The method of manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes forming a resist film on a piezoelectric thin film, exposing the resist film and removing an unnecessary resist film, thereby forming a resist pattern for forming an upper electrode. An electrode forming resist pattern forming step, an upper electrode forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask, and a lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern. And a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.
[0026]
According to the above-described method, in the third ashing step, plasma ashing is performed using a gas containing oxygen, so that the upper part is removed in the lift-off step without damaging the piezoelectric thin film made of a piezoelectric oxide such as ZnO. The resist residue generated on the electrode and around the upper electrode can be removed.
[0027]
Furthermore, since the resist residue on the upper electrode can be removed, it is possible to prevent the remaining resist residue from being affected by the weight of the resist residue and the like, thereby preventing the resonance characteristics from deteriorating. Therefore, a more reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0028]
The method of manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes forming a resist film on a piezoelectric thin film, exposing the resist film and removing an unnecessary resist film, thereby forming a resist pattern for forming an upper electrode. An electrode forming resist pattern forming step, a second ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the upper electrode forming resist pattern forming step, and an upper part on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask. The method further includes an upper electrode film forming step of forming an electrode, a lift-off step of removing the resist pattern for forming the upper electrode, and a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step. Is preferred.
[0029]
According to the above method, in the second and third ashing steps, plasma ashing is performed using a gas containing oxygen, so that the piezoelectric thin film made of a piezoelectric oxide such as ZnO is not damaged, for example. The resist residue generated on the piezoelectric thin film in the upper electrode forming resist pattern forming step and the lift-off step can be removed.
[0030]
Further, since the resist residue on the piezoelectric thin film can be removed, it is possible to prevent the upper electrode formed later from being peeled off due to the remaining resist residue. Further, since the resist residue on the upper electrode can be removed, it is possible to prevent the remaining resist residue from affecting the weight of the resist residue and deteriorating the resonance characteristics. Therefore, a more reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0031]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes a piezoelectric resonator in which a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate Forming a resist film on a piezoelectric thin film, exposing the resist film and removing an unnecessary resist film, thereby forming a resist pattern for forming an upper electrode. The method is characterized by comprising a resist pattern forming step and a second ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the upper electrode forming resist pattern forming step.
[0032]
According to the above method, the piezoelectric thin film made of, for example, ZnO or the like is not removed in the second ashing step. In addition, oxygen (O ₂ ) Is used, even if oxygen defects occur in the piezoelectric thin film during the second ashing step, the oxygen defects are repaired by the gas containing oxygen. Therefore, the resist residue on the piezoelectric thin film generated in the step of forming the upper electrode forming resist pattern can be removed without damaging the piezoelectric thin film. Therefore, it is possible to prevent the characteristics of the piezoelectric resonator from deteriorating.
[0033]
Further, since the resist residue on the piezoelectric thin film can be removed, it is possible to prevent the upper electrode formed later from being peeled off due to the remaining resist residue. Therefore, a highly reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0034]
The method for manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric resonator, in which a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate. After the second ashing step, an upper electrode forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask, and a lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern. And a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.
[0035]
According to the above method, in addition to the above method, in the third ashing step, plasma ashing is performed with a gas containing oxygen, so that the piezoelectric thin film made of a piezoelectric oxide such as ZnO is damaged. Without removing the resist residue generated on the upper electrode in the lift-off process.
[0036]
Further, since the resist residue on the upper electrode can be removed, it is possible to prevent the remaining resist residue from being affected by the weight of the resist residue and the like, and the resonance characteristics from deteriorating. Therefore, a more reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0037]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes a piezoelectric resonator in which a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate. Forming a resist pattern on a piezoelectric thin film, exposing the resist film and removing an unnecessary resist film, thereby forming a resist pattern for forming an upper electrode. A resist pattern forming step, an upper electrode forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask, a lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern, and a lift-off step A third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the step.
[0038]
According to the above-described method, in the third ashing step, plasma ashing is performed using a gas containing oxygen, and therefore, the upper portion is removed in the lift-off step without damaging the piezoelectric thin film made of a piezoelectric oxide such as ZnO. The resist residue generated on the electrode can be removed.
[0039]
Furthermore, since the resist residue on the upper electrode can be removed, it is possible to prevent the remaining resist residue from affecting the weight of the resist residue and deteriorating the resonance characteristics. Therefore, a highly reliable piezoelectric resonator can be provided.
[0040]
In the method of manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention, the gas containing oxygen is O 2 ₂ Gas or CF ₄ And O ₂ Or a mixed gas of Note that this CF ₄ And O ₂ The mixing ratio of the mixed gas with ₄ And O ₂ = 1: 9 is preferred.
[0041]
Further, each of the ashing steps is performed by using CF. ₄ And O ₂ Ashing using a gas mixture of ₂ Ashing using a gas is preferably included. Thereby, the resist residue can be further removed.
[0042]
Further, the piezoelectric oxide is made of ZnO, PZT (PbTi _x Zr _(1-x) O ₃ ), PT (PbTiO ₃ ), Ta ₂ O ₅ It is preferable that it is either.
[0043]
Further, it is preferable that the substrate has an opening or a recess, and a vibrating section in which the lower electrode, the piezoelectric thin film and the upper electrode are laminated is formed on the opening or the recess.
[0044]
Further, a piezoelectric resonator according to the present invention is characterized by being manufactured by using the above-described manufacturing method in order to solve the above-mentioned problem.
[0045]
According to the above configuration, since the piezoelectric resonator is manufactured by the above-described method, a piezoelectric resonator in which deterioration of resonance characteristics is suppressed can be obtained.
[0046]
According to another aspect of the invention, there is provided a piezoelectric filter including the above-described piezoelectric resonator in a ladder configuration.
[0047]
According to the above configuration, since the piezoelectric resonator manufactured by the above method is used, the deterioration of the resonance characteristics of the piezoelectric resonator is suppressed, and a highly reliable piezoelectric filter in which the characteristic deterioration is suppressed is provided. can get.
[0048]
Further, a duplexer according to the present invention includes the above-described piezoelectric filter.
[0049]
According to the above configuration, since the piezoelectric filter uses the piezoelectric resonator manufactured by the above-described method, the deterioration of the resonance characteristics of the piezoelectric filter is suppressed, and the characteristic deterioration is suppressed and the reliability is high. A duplexer is obtained.
[0050]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0051]
First, an example of the structure of the piezoelectric resonator according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The piezoelectric resonator 1 includes a substrate 2 and a support film 3 formed on the upper surface of the substrate 2. Further, an opening (hollow portion) 4 penetrating the substrate 2 from the lower surface in the thickness direction and reaching the support film 3 is formed in the substrate 2. Further, on the support film 3, a lower electrode 5, a piezoelectric thin film 6 made of a piezoelectric oxide, and an upper electrode 7 are sequentially provided.
[0052]
The substrate 2 is made of, for example, silicon (Si), LiNbO ₃ , LiTaO ₃ , PbTiO ₃ , PZT (PbTi _x Zr _(1-x) O ₃ ) Can be used.
[0053]
The support film 3 is made of, for example, SiO 2 ₂ , SiN, Al ₂ O ₃ What is necessary is just to consist of at least one layer which consists of a etc.
[0054]
The lower electrode 5 and the upper electrode 7 are made of, for example, Al, Ni, Ta, Nb, Mo, Pt, W, a stainless steel alloy, an Al alloy, an additive to Al (for example, Cu, Mg, Si, Zn), What is necessary is just to consist of at least one layer which consists of a constant elastic material etc., such as. The above-mentioned elinvar is an Fe-Ni-Cr alloy, which can control the expansion coefficient by performing a heat treatment near the magnetic phase transition point.
[0055]
The piezoelectric thin film 6 is made of, for example, ZnO, PZT (PbTi _x Zr _(1-x) O ₃ ), PT (PbTiO ₃ ), Ta ₂ O ₅ And at least one layer made of such a piezoelectric oxide.
[0056]
Further, in the piezoelectric resonator 1, the resonance frequency is determined by the entire thickness of the vibrating portion including the support film 3, the lower electrode 5, the piezoelectric thin film 6, and the upper electrode 7. The vibrating portion refers to a portion where the lower electrode 5 and the upper electrode 7 face each other. The vibrating portion is formed on the upper surface side of a region of the substrate 1 where the opening 4 is formed. In other words, the vibrating section faces a gas such as air. Further, as shown in FIG. 7, the piezoelectric resonator 1a may be provided with a recess 4a provided in the substrate 2 instead of the opening 4 in the piezoelectric resonator 1. Further, instead of the opening 4, the opening may be set so as to face a gap formed between the substrate 2 and the piezoelectric resonator may be set to a bulging structure or an overhanging structure. Good.
[0057]
Hereinafter, an example of a method of manufacturing the piezoelectric resonator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0058]
The method for manufacturing the piezoelectric resonator according to the present embodiment is basically as follows.
(1) a support film forming step of forming the support film 3 on the substrate 1;
(2) a lower electrode forming step of forming the lower electrode 5 on the support film 3;
(3) a piezoelectric thin film forming step of forming the piezoelectric thin film 6 on the lower electrode 5;
(4) an upper electrode forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film 6, and
(5) an opening forming step of forming the opening 4 in the substrate 1;
have.
[0059]
Hereinafter, the steps (1) to (5) will be described in more detail with specific examples. In the present embodiment, the substrate 1 made of Si is ₂ Film and Al ₂ O ₃ An example will be described in which a support film 3 made of a film, a lower electrode 5 made of an Al film and a Ti film, a piezoelectric thin film 6 made of a ZnO film, and an upper electrode 7 made of an Al film and a Ti film are formed.
[0060]
As shown in FIG. 2A, in the support film forming step (1), first, for example, thermal oxidation, or a film forming method such as electron beam evaporation or sputtering is performed on the upper surface of the substrate 1 made of Si. , SiO ₂ The first support film 3a made of is formed. Next, as shown in FIG. 2B, aluminum oxide (Al) is formed on the first support film 3a by a film forming method such as electron beam evaporation or sputtering. ₂ O ₃ ) Is formed. Thereby, the support film 3 including the first support film 3a and the second support film 3b can be formed.
[0061]
The second support film 3b made of aluminum oxide may be formed at a deposition rate of 0.8 nm / sec or less, for example, in electron beam evaporation using aluminum oxide as an evaporation source. When the second support film 3b made of aluminum nitride (AlN) is formed, similarly, aluminum is used as an evaporation source, electron beam evaporation is performed in a nitrogen atmosphere, or Al is used as a target, and a reaction is performed using nitrogen gas. It can be formed by performing sputtering.
[0062]
In the lower electrode forming step (2), first, as shown in FIG. 3A, a resist film is formed on the second support film 3b (support film 3), and this resist film is exposed and unnecessary. By removing the resist film at a portion (portion where the lower electrode is formed), the lower electrode forming resist pattern 11 is formed (lower electrode forming resist pattern forming step). Next, as shown in FIG. 3B, a lower electrode 5 composed of an Al film and a Ti film is formed on the second support film 3b by, for example, sputtering or vapor deposition (lower electrode film forming step). Thereafter, as shown in FIG. 3C, the lower electrode forming resist pattern 11 is removed (lower electrode forming resist pattern lift-off step).
[0063]
In the step (3) of forming the piezoelectric thin film, first, as shown in FIG. 4A, the lower electrode 5 and the second support film 3b (support film 3) are formed by a film forming method such as sputtering or CVD. Then, a piezoelectric oxide film 6a made of ZnO is formed (piezoelectric oxide film forming step). Next, as shown in FIG. 4B, a resist film is formed on the piezoelectric oxide film 6a, and the resist film is exposed and unnecessary portions (portions from which the piezoelectric oxide film 6a is removed) of the resist film are removed. By removing, a resist pattern 12 for forming a piezoelectric thin film is formed (a resist pattern forming step for forming a piezoelectric thin film). Then, as shown in FIG. 4C, using the resist pattern 12 for forming a piezoelectric thin film as a mask, the piezoelectric oxide film 6a is patterned by etching or the like to form the piezoelectric thin film 6. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the resist pattern 12 for forming a piezoelectric thin film is removed (a resist pattern removing step for forming a piezoelectric thin film (a piezoelectric thin film forming step)). At this time, a resist residue 13 may remain on the piezoelectric thin film 6 as shown in FIG. So, O ₂ Gas containing, for example, O ₂ Gas only or CF ₄ And O ₂ Ashing by plasma using a mixed gas of the above (ashing step at the time of forming a piezoelectric thin film (first ashing step)). By the ashing process at the time of forming the piezoelectric thin film, the resist residue 13 on the piezoelectric thin film 6 can be removed as shown in FIG.
[0064]
The piezoelectric oxide film 6a made of ZnO can be formed, for example, by RF sputtering using a ZnO target at a substrate temperature of 50 ° C. to 500 ° C., an RF power of 300 W to 1500 W, and a gas pressure of 0.05 Pa to 0.7 Pa. Thus, a highly oriented film can be formed.
[0065]
In the upper electrode forming step (4), first, as shown in FIG. 5A, a resist film is formed on the piezoelectric thin film 6, the lower electrode 5, or the second support film 3b (support film 3). Then, the resist film is exposed to light and an unnecessary portion (a portion where an upper electrode is to be formed) is removed to form an upper electrode forming resist pattern 14 (upper electrode forming resist pattern forming step). At this time, a resist residue 15 may remain on the piezoelectric oxide film 6 as shown in FIG. Therefore, similar to the plasma ashing process at the time of forming the piezoelectric thin film, O ₂ Gas containing, for example, O ₂ Gas only or CF ₄ And O ₂ Ashing by plasma using a mixture of the above (preliminary plasma ashing step at the time of forming the upper electrode (second ashing step)). The resist residue 15 on the piezoelectric thin film 6 can be removed by the preliminary plasma ashing at the time of forming the upper electrode.
[0066]
Next, as shown in FIG. 5C, an upper electrode 7 composed of an Al film and a Ti film is formed on the piezoelectric thin film 6 by, for example, sputtering or vapor deposition (upper electrode film forming step). Thereafter, as shown in FIG. 5D, the upper electrode forming resist pattern 14 is removed (the upper electrode forming resist pattern lift-off step). Also at this time, as shown in FIG. 5D, a resist residue 16 may remain on the upper electrode 7 and around the upper electrode 7. Therefore, even at this stage, O ₂ Containing gas or CF ₄ And O ₂ Ashing by plasma using a gas mixture of the above (ashing step at the time of forming the upper electrode (third ashing step)). By the ashing process at the time of forming the upper electrode, as shown in FIG. 5E, the resist residue 16 on and around the upper electrode 7 can be removed.
[0067]
In the opening forming step (5), as shown in FIG. 6, the opening 4 is formed from the lower surface of the substrate 1 by, for example, anisotropic etching or RIE (Reactive Ion Etching).
[0068]
Through the above steps (1) to (5), a piezoelectric resonator can be manufactured.
[0069]
As described above, the resist residue generated on the upper electrode and around the upper electrode in the upper electrode forming resist pattern lift-off step can be easily removed by the ashing step at the time of forming the upper electrode. Moreover, in the ashing step at the time of forming the upper electrode, O ₂ Since the plasma ashing is performed using a gas containing, the formed piezoelectric oxide film is not scraped, and damage to the piezoelectric oxide film, that is, the piezoelectric thin film can be reduced. Also, O ₂ Is used, even if oxygen defects occur in the piezoelectric thin film during plasma ashing, ₂ The oxygen deficiency is repaired by the gas containing, so that the piezoelectric thin film is not damaged. Therefore, deterioration of the resonance characteristics of the manufactured piezoelectric resonator can be reduced, and a high-quality piezoelectric resonator can be provided.
[0070]
Further, by the ashing process at the time of forming the piezoelectric thin film, the resist residue generated on the piezoelectric thin film in the process of removing the resist film for forming the piezoelectric thin film can be easily removed. Moreover, in the ashing step at the time of forming the piezoelectric thin film, O ₂ Since plasma ashing is performed using a gas containing, the formed piezoelectric thin film is not scraped, and damage to the piezoelectric thin film can be reduced. Also, O ₂ Is used, even if oxygen defects occur in the piezoelectric thin film during plasma ashing, ₂ The oxygen deficiency is repaired by the gas containing, so that the piezoelectric thin film is not damaged. Further, the resist residue between the upper electrode formed later and the piezoelectric thin film can be reduced, so that peeling of the upper electrode can be reduced. Therefore, the reliability of the manufactured piezoelectric resonator can be improved.
[0071]
Further, by the preliminary ashing step at the time of forming the upper electrode, the resist residue generated on the piezoelectric thin film in the step of forming the resist pattern for forming the piezoelectric thin film can be easily removed. Moreover, in the pre-ashing step at the time of forming the upper electrode, O ₂ Since plasma ashing is performed using a gas containing, the formed piezoelectric thin film is not scraped, and damage to the piezoelectric thin film can be reduced. Also, O ₂ Is used, even if oxygen defects occur in the piezoelectric thin film during plasma ashing, ₂ The oxygen deficiency is repaired by the gas containing, so that the piezoelectric thin film is not damaged. Furthermore, since the resist residue between the upper electrode formed later and the piezoelectric thin film can be further reduced, the separation of the upper electrode can be further reduced. Therefore, the reliability of the manufactured piezoelectric resonator can be further improved.
[0072]
In each of the ashing steps, the resist material is O ₂ It may be difficult to remove the gas alone. In this case, CF ₄ And O ₂ Each ashing step is preferably performed using a mixed gas of This CF ₄ And O ₂ The mixing ratio of the mixed gas with ₄ And O ₂ = 1: 9 is preferred. CF ₄ And O ₂ By using a mixed gas of the above, the resist residue can be further removed. Also, O ₂ Plasma ashing using only gas and CF ₄ And O ₂ And plasma ashing using a mixed gas of the above. Further, the plasma ashing may be repeatedly performed a plurality of times. Thereby, the resist residue can be further removed.
[0073]
For example, when a material that can be easily removed is used as the resist material, an RF power of 50 W and an ashing time of 15 seconds ₂ The resist residue can be removed by plasma ashing using only gas. When a material that is difficult to remove is used as the resist material, the first stage uses a CF power of 250 W and an ashing time of 15 seconds. ₄ And O ₂ Ashing using a gas mixture (1: 9) with O.sub.2 and RF power: 250 W, ashing time: 135 sec. ₂ The resist residue can be removed by plasma ashing using only gas.
[0074]
In the lower electrode forming resist pattern lift-off step in the lower electrode forming step (2), a resist residue may be generated. However, the resist is removed by the same ashing step as described above (ashing step when forming the lower electrode). Residue can be removed. Therefore, the ashing process at the time of forming the lower electrode can be easily performed.
[0075]
In addition, when the first layer mainly composed of Cu is used as the lower electrode 5 and the upper electrode 7, it is necessary to form an antioxidant film made of Au, Pt, Pd, Al or the like on the first layer. By forming the antioxidant film, oxidation due to the plasma ashing step can be prevented, and deterioration of characteristics as an electrode can be suppressed. When Al is used as the material of the lower electrode 5 and the upper electrode 7, since a natural oxide film is formed on the surface of the Al film, it is not necessary to particularly form an antioxidant film.
[0076]
As shown in FIG. 7, when the piezoelectric resonator 1a is provided with a concave portion 4a provided on the substrate 2 instead of the opening 4 in the piezoelectric resonator 1, the concave portion 4a is formed and the plate is formed. After bonding the support film 3 having a shape such as a shape, the lower electrode 5, the piezoelectric thin film 6, and the upper electrode 7 may be formed.
[0077]
As described above, the piezoelectric resonator manufactured by the above-described method has almost no damage in the piezoelectric thin film, so that the deterioration of the resonance characteristics is reduced and the piezoelectric resonator is of a very high quality. As shown in FIGS. 8 to 10, the piezoelectric filter can be formed by ladder-connecting the piezoelectric resonator to a T-type or an L-type. Although not shown, a piezoelectric filter can be formed by ladder connection in a square shape. In these piezoelectric filters, since the piezoelectric resonator manufactured by the above-described method is used, deterioration of the resonance characteristics of the piezoelectric resonator is suppressed, so that deterioration of the characteristics of the piezoelectric filter itself is suppressed. Has become.
[0078]
Further, as shown in FIG. 11, the DPX (duplexer) according to the present invention includes a matching circuit 52 connected to an ANT (antenna), and a transmission circuit provided between the matching circuit 52 and a transmission terminal (Tx). A receiving filter 53 is provided between the matching circuit 52 and the receiving terminal (Rx). The transmission-side filter 53 and the reception-side filter 54 are set so that the pass bands are different from each other. The ladder-type piezoelectric filter described above can be suitably used for the transmitting filter 53 and the receiving filter 54. Therefore, in the ladder-type piezoelectric filter, the characteristic deterioration of the piezoelectric filter itself is suppressed, so that the characteristic deterioration of the duplexer is also suppressed.
[0079]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are described. Are also included in the technical scope of the present invention.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, the method of manufacturing a piezoelectric resonator according to the present invention includes a method of manufacturing a piezoelectric resonator in which a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of a piezoelectric oxide, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate. In this case, plasma ashing is performed with a gas containing oxygen in order to remove a resist residue of a resist pattern used when forming the piezoelectric thin film and the upper electrode. This makes it possible to remove the resist residue while reducing damage to the piezoelectric thin film. Therefore, a highly reliable piezoelectric resonator can be manufactured while reducing the deterioration of the resonance characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (support film forming process) of the piezoelectric resonator.
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (a lower electrode forming process) of the piezoelectric resonator.
FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing the piezoelectric resonator (a step of forming a piezoelectric thin film).
FIGS. 5A to 5E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing the piezoelectric resonator (a process of forming an upper electrode).
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process (opening forming process) of the piezoelectric resonator.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a modification of the piezoelectric resonator.
FIG. 8 is a circuit diagram of an example of a piezoelectric filter including the piezoelectric resonator of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of another example of a piezoelectric filter including the piezoelectric resonator of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of still another example of the piezoelectric filter including the piezoelectric resonator of the present invention.
FIG. 11 is a circuit block diagram of a duplexer on which the piezoelectric filter is mounted.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric resonator
2 substrate
3 Support membrane
4 Openings (cavities)
5 Lower electrode
6. Piezoelectric thin film
6a Piezoelectric oxide film
7 Upper electrode

Claims

A method for manufacturing a piezoelectric resonator, comprising: sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode on a substrate,
After forming a piezoelectric oxide film made of a piezoelectric oxide on the lower electrode, a resist pattern is formed on the piezoelectric oxide film, and the piezoelectric oxide film is patterned by etching using the resist pattern as a mask, A piezoelectric thin film forming step of forming a piezoelectric thin film by removing the resist pattern,
A first ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the step of forming the piezoelectric thin film, the method comprising the steps of:

After forming a resist film on the piezoelectric thin film, by exposing the resist film and removing the unnecessary resist film, a resist pattern forming step for forming an upper electrode forming a resist pattern for forming an upper electrode,
2. The method according to claim 1, further comprising a second ashing step of performing a plasma ashing with a gas containing oxygen after the upper electrode forming resist pattern forming step.

After forming a resist film on the piezoelectric thin film, by exposing the resist film and removing the unnecessary resist film, a resist pattern forming step for forming an upper electrode forming a resist pattern for forming an upper electrode,
An upper electrode film forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask,
A lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern,
The method according to claim 1, further comprising a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.

After forming a resist film on the piezoelectric thin film, by exposing the resist film and removing the unnecessary resist film, a resist pattern forming step for forming an upper electrode forming a resist pattern for forming an upper electrode,
A second ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the upper electrode forming resist pattern forming step;
An upper electrode film forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask,
A lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern,
The method according to claim 1, further comprising a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.

A method for manufacturing a piezoelectric resonator, comprising: sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode on a substrate,
After forming a resist film on the piezoelectric thin film, by exposing the resist film and removing the unnecessary resist film, a resist pattern forming step for forming an upper electrode forming a resist pattern for forming an upper electrode,
A second ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the step of forming a resist pattern for forming an upper electrode, the method comprising the steps of:

A method for manufacturing a piezoelectric resonator, comprising: sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode on a substrate,
After the second ashing step, an upper electrode film forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask,
A lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern,
The method according to claim 5, further comprising a third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.

A method for manufacturing a piezoelectric resonator, comprising: sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric thin film made of at least one layer of piezoelectric oxide, and an upper electrode on a substrate,
After forming a resist film on the piezoelectric thin film, by exposing the resist film and removing the unnecessary resist film, a resist pattern forming step for forming an upper electrode forming a resist pattern for forming an upper electrode,
An upper electrode film forming step of forming an upper electrode on the piezoelectric thin film using the upper electrode forming resist pattern as a mask,
A lift-off step of removing the upper electrode forming resist pattern,
A third ashing step of performing plasma ashing with a gas containing oxygen after the lift-off step.

The method for manufacturing a piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the gas containing oxygen is one of O ₂ gas and a mixed gas of CF ₄ and O _2. .

Each ashing step, ashing using a gas mixture of CF ₄ and O _2, characterized in that it comprises a ashing using O ₂ gas, piezoelectric resonance according to any one of claims 1 to 7 Child manufacturing method.

The piezoelectric _{_{_{oxide, ZnO, PZT (PbTi x Zr}}} (1-x) O 3), PT (PbTiO 3), characterized in that either _Ta 2 _{O 5,} of claims 1 to 9 A method for manufacturing the piezoelectric resonator according to claim 1.

The substrate according to any one of claims 1 to 10, wherein the substrate has an opening or a concave portion, and a vibrating portion on which the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode are laminated is formed on the opening or the concave portion. A method for manufacturing the piezoelectric resonator according to claim 1.

A piezoelectric resonator manufactured by using the manufacturing method according to claim 1.

A piezoelectric filter comprising the piezoelectric resonator according to claim 12 in a ladder configuration.

A duplexer comprising the piezoelectric filter according to claim 13.