專利名稱：壓電元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電元件的制造方法。
背景技術(shù)：
一直以來，具有用一對金屬膜夾持外延生長(印itaxial growth) 了的鋯鈦酸鉛 (PZT)膜的構(gòu)造的壓電元件是已知的。在像這樣的壓電元件的制造過程當(dāng)中，包含有按順 序?qū)⒔饘倌ひ约癙ZT膜外延生長于基板來加工PZT膜的工序。一般來說，已知作為加工 PZT膜的方法是憑靠使用蝕刻液的濕式蝕刻的方法(例如特開2004-31521號公報(bào)、特開 2001-116943號公報(bào)以及美國專利4，759，823號說明書)。在特開2004-31521號公報(bào)中公開了使用含有氟化氫(HF)、緩沖氫氟酸(BHF)、稀 釋了的氫氟酸(DHF)、硫酸(H2S04)、鹽酸(HC1)或者硝酸(HN03)當(dāng)中任意一種的蝕刻液來 加工PZT膜的方法。在日本專利申請公開2001-116943號公報(bào)中公開了將12%鹽酸(HC1) 水溶液作為蝕刻液來使用從而加工非晶形(amorphous)的PZT層的方法。另外，在美國專 利4，759，823號說明書中公開了使用含有相對于蝕刻液重量的重量濃度分別為0. 35w%以 上且35w%以下、0. 01w%以上且2. 2w%以下以及0. 02w%以上且9. 3w%以下的HC1、HF以 及氟化銨(NH4F)的蝕刻液來加工由溶膠 凝膠法(sol-gel)形成的PZT膜的方法。然而，在外延生長的PZT膜的加工過程中，在使用像這樣的含有鹽酸等的酸的蝕 刻液的情況下相對于蝕刻液的PZT膜的蝕刻速率因?yàn)闀r(shí)而會變得非常快或者時(shí)而會變得 非常慢，所以難以以恰當(dāng)?shù)奈g刻速率來加工PZT膜。如果蝕刻速率非?？?，那么圖案形狀的 控制就變得困難，且圖案的邊緣形狀就會變得不穩(wěn)定。另外，如果蝕刻速率非常慢，那么生 產(chǎn)率就會降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其課題在于提供一種能夠以適度的蝕刻速率 來加工外延生長的PZT膜的壓電元件制造方法。為了解決上述課題，第1壓電元件的制造方法包括生長工序，使鋯鈦酸鉛膜外延 生長于下部電極膜上；和加工工序，在生長工序之后，使用蝕刻液將所述鋯鈦酸鉛膜加工成 所期望的形狀，蝕刻液含有鹽酸和硝酸中的至少一種酸，其中，在將相對于蝕刻液的重量的 鹽酸以及硝酸各自的重量濃度作為以及C_3的情況下，Chc1+3. 3Chn03為以上且 10襯％以下，并且，蝕刻液還含有氟化銨和氟化氫中的至少一種氟化合物，其中，相對于蝕 刻液的重量，來自于氟化銨以及氟化氫的氟的重量濃度為0. 以上且以下。在第1壓電元件的制造方法中，在加工工序中使用了含有氟化合物以及鹽酸等的 酸并將這些物質(zhì)的濃度控制在上述特定范圍的蝕刻液。氟化合物起到分解氧化物即蝕刻的 作用，另一方面鹽酸等的酸起到使被蝕刻后的金屬離子化的作用。在加工工序中，通過使用 將如以上所述起到互為不同的作用的氟化合物以及鹽酸等的酸的濃度調(diào)整到上述特定范 圍的蝕刻液，從而就能夠以適度的蝕刻速率加工外延生長的壓電體膜。
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另外，第2壓電元件的制造方法是在第1壓電元件的制造方法中進(jìn)一步包括SR0 膜形成工序，在生長工序之后，將具有(100)面以外的取向面的31^1103膜(SR0膜)形成于 鋯鈦酸鉛膜上；上部電極膜形成工序，在SR0膜形成工序之后，將上部電極膜形成于SR0膜 上；和基板固定工序，將基板固定于上部電極膜上，在加工工序中，優(yōu)選在鋯鈦酸鉛膜上從 下部電極膜側(cè)起向基板側(cè)的方向進(jìn)行蝕刻。在此，具有(100)以外的取向面的SR0膜難以 與在層疊體的加工工序中所使用的上述蝕刻液發(fā)生反應(yīng)。因此，由于在加工工序中是在鋯 鈦酸鉛膜上從下部電極膜側(cè)起向基板側(cè)的方向進(jìn)行蝕刻，因此可以根據(jù)需要來防止位于具 有(100)面以外的取向面的SR0膜下側(cè)的第2電極膜被該蝕刻液腐蝕。根據(jù)第1壓電元件的制造方法，能夠提供一種能夠以適度的蝕刻速率來加工外延 生長的PZT膜的壓電元件的制造方法。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖2是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖3是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖4是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖5是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖6是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖7是示意性地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖8是示意性地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖9是示意性地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖10是示意性地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的制造方法的一個工序的圖。圖11是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖12是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖13是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖14是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖15是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖16是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。圖17是用于說明本實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明所涉及的壓電元件的制造方法的優(yōu)選實(shí)施方式加以 詳細(xì)說明。由本實(shí)施方式中的制造方法所制造的壓電元件例如是薄膜壓電驅(qū)動器 (Piezoelectric Actuator)。但是，并不限定于薄膜壓電驅(qū)動器，也可以是電容器和傳感器 等。還有，在圖面說明中，對于同一要素賦予同一符號，從而省略重復(fù)說明。第1實(shí)施方式首先，參照圖1 圖5對薄膜壓電驅(qū)動器1的制造方法進(jìn)行說明。圖1、圖2、圖 3(a)、圖4(a)以及圖5(a)是示意性地表示薄膜壓電驅(qū)動器1的制造方法的各個工序的圖。 圖3(b)是表示圖3(a)中的Illb-IIIb方向的截面構(gòu)成的示意圖。圖4(b)是表示圖4(a)中的IVb-IVb上的截面構(gòu)成的示意圖。圖5(b)是表示圖5(a)中的Vb-Vb方向的截面構(gòu)成 的示意圖。(層疊體形成工序)在該工序中，如圖1所示，在基板S1上形成層疊體L，所述層疊體L由第1電極膜 (下部電極膜)11、晶種(基底)膜13、由鋯鈦酸鉛形成的膜(PZT膜)15、無機(jī)(晶種)膜 17以及第2電極膜19構(gòu)成。首先，準(zhǔn)備基板S1。基板S1如果是在其上面能夠形成層疊體 L的物質(zhì)那么就沒有特別的限定，能夠從Si和MgO等的基板當(dāng)中加以挑選。第1基板S1的 厚度并沒有特別的限定，例如可以是100 3000 iim左右。接著，使用外延生長法等將第1電極膜11、晶種膜13、PZT膜15、無機(jī)膜17以及 第2電極膜19依次層疊于基板S1上。具體而言，首先是使第1電極膜11外延生長于第1 基板S1上。接著，將用于進(jìn)一步提高PZT膜15的取向性的晶種膜13外延生長于第1電極 膜11上。晶種膜13本身優(yōu)選其表面為(001)面取向。接著，使PZT膜15進(jìn)行外延生長。 然后，按順序?qū)⒂糜谔岣叩?電極膜19的緊密附著性的無機(jī)膜17和第2電極膜19成膜于 PZT膜15上。被成膜于(001)面取向的晶種膜13上的PZT膜15的表面優(yōu)選取向于(001)面。 即，PZT膜15因?yàn)樵?lt;001>方向上生長，所以即使不從外部施加電場也能夠得到強(qiáng)電介質(zhì) 膜，該強(qiáng)電介質(zhì)膜發(fā)生物質(zhì)產(chǎn)生電偶極子的自發(fā)極化。還有，作為用于形成這些層11、13以 及15的外延生長法，可以使用濺射法以及CVD法等的成膜法等。另外，根據(jù)條件即使沒有 晶種膜13也能夠進(jìn)行實(shí)施。第1電極膜11的材料優(yōu)選為基本上與后述的蝕刻液Q不發(fā)生反應(yīng)的金屬，例如 可以使用Pt等的Pt類金屬或Au等。第1電極膜11的厚度沒有特別的限定，例如可以是 0. 1 1 li m左右。晶種膜13雖然沒有特別的限定，但優(yōu)選具有鈣鈦礦構(gòu)造。晶種膜13，不論是作為 壓電材料來行使功能的物質(zhì)還是不行使功能的物質(zhì)均可以利用，例如，可以使用摻入了鑭 的鈦酸鉛(PLT)以及鈦酸鉛(PbTi03)等。晶種膜13的厚度沒有特別的限定，例如可以是 5 lOOnm左右。PZT膜15的厚度沒有特別的限定，例如可以是0. 5 10 y m左右。PZT膜 15優(yōu)選取向于(111)面或者(001)面。無機(jī)膜17優(yōu)選為由與晶種膜13相同的材料構(gòu)成的膜，但也可以是不同的材料。無 機(jī)膜17的厚度沒有特別的限定，例如可以是5 lOOnm左右。關(guān)于第2電極膜19，雖然優(yōu) 選由與第1電極膜11相同的材料構(gòu)成的膜，但也可以是不同的材料。第2電極膜19的厚 度沒有特別的限定，例如可以是0. 1 lym左右。由以上的工序就可以完成制作在基板S1 上具備第1電極膜11、晶種膜13、PZT膜15、無機(jī)膜17以及第2電極膜19的層疊體L。在本實(shí)施方式中，層疊體L雖然是按順序使第1電極膜11、13以及15外延生長 于基板S1上來加以形成的，但是還可以進(jìn)一步具備其他的膜，也可以使用其他的方法來加 以形成。層疊體L也可以用以下的方法來進(jìn)行制造。首先，準(zhǔn)備2個基板S1、S2。之后，通 過外延生長等在基板S2上按順序形成第2電極膜19、無機(jī)(晶種)膜17、PZT膜15、晶種 (基底)膜13以及第1電極膜11。接著，以第1電極膜11和基板S1相對的形式由樹脂膜 (粘結(jié)膜)重疊第1電極膜11和基板S1，在一邊加壓一邊由熱固化法進(jìn)行粘結(jié)之后除去基 板S2。如果使用了該方法那么就能夠獲得在基板S1和第1電極膜11之間進(jìn)一步具備樹脂
5膜的層疊體L。(層疊體的加工工序)接著，如圖2所示將層疊體L加工成所希望的形狀(形成圖案)。首先，使用照相 平版印刷技術(shù)在層疊體L的第2電極膜19上、在對應(yīng)于以中間夾持第3領(lǐng)域20c而定位的 第1領(lǐng)域20a和第2領(lǐng)域20b的位置處形成抗蝕掩模(resist mask)PMl。之后，將抗蝕掩 模PM1作為掩膜層并由干式蝕刻法將第2電極膜19以及無機(jī)膜17形成圖案，隨后，用蝕刻 液Q對PZT膜15、晶種膜13實(shí)行蝕刻直至第1電極膜11露出為止。蝕刻液Q的溫度優(yōu)選為 20°C 40°C的范圍。隨后，除去抗蝕掩模PM1。通過該層疊體的加工工序，可以對層疊體L 實(shí)施加工，從而形成以中間夾持第3領(lǐng)域20c而定位的第1領(lǐng)域20a以及第2領(lǐng)域20b (參 照圖3(a)以及(b))。蝕刻液Q含有HC1和HN03中的至少一種酸、以及氟化銨(NH4F)和氟化氫(HF) 中的至少一種氟化合物。HC1以及HN03中的至少一種酸滿足這樣的要件(以下稱作“要 件A”)將相對于蝕刻液Q的重量的HC1以及HN03各自的重量濃度作為CHa以及C_時(shí)， Chc1+3. 3CraQ3(以下稱作“濃度值A(chǔ)”)為以上且10wt%以下。另外，氟化合物滿足這樣 的要件(以下稱作“要件B”)相對于蝕刻液Q的重量，來自于NH4F以及HF的氟的重量濃 度(以下稱作“濃度值B”)為0. 以上且以下。(其他工序)接著，以覆蓋第1電極膜11、第1領(lǐng)域20a、第2領(lǐng)域20b以及第3領(lǐng)域20c的表 面的形式形成由感光性材料構(gòu)成的樹脂膜25，通過使用光掩膜并照射i線，從而使第1領(lǐng)域 20a、第2領(lǐng)域20b以及第3領(lǐng)域20c的表面的樹脂膜25有選擇性地發(fā)生固化。此時(shí)，成為 接觸孔27a 27c的部分沒有發(fā)生固化。接著，除去包含成為接觸孔27a 27c的部分的 沒有發(fā)生固化的樹脂膜25的部分，并通過烘烤使殘留下來的樹脂膜25的部分固化成具有 充分的強(qiáng)度(參照圖4(a)以及(b))。接著，在對應(yīng)于接觸孔27a 27c的位置上形成具有開口的抗蝕膜(沒有圖示)。 于是，將該抗蝕膜作為掩模層，在通過形成接觸孔27a 27c而露出的第1電極膜11以及 第2電極膜19上通過蒸鍍從而形成各個電極31a 31c。之后，由干式蝕刻法對第1電極 膜11實(shí)行圖案形成使之成為元件形狀，然后，除去基板Sl(參照圖5(a)以及(b))。在除去 第1基板S1的過程中，在作為第1基板S1而使用Si單結(jié)晶基板的如本實(shí)施方式那樣的情 況下，能夠使用憑借氟硝酸的濕式蝕刻或者取決于反應(yīng)性離子蝕刻法(RIE法)等的干式蝕 刻。還有，通過作為前階段粗糙處理的憑借磨刀石研磨(垂直)或膠態(tài)二氧化硅(CMP)的 磨光、或者通過憑借使用軟質(zhì)金屬平板(錫平板等)的金剛石研磨漿的磨光而能夠除去基 板。由此，完成制作薄膜壓電驅(qū)動器1。如以上所述，在本實(shí)施方式所涉及的薄膜壓電驅(qū)動器1的制造方法中，在含有PZT 膜15的層疊體L的加工工序中，可以使用含有HC1和HN03中的至少一種酸、以及氟化銨和 氟化氫中的至少一種氟化合物的蝕刻液Q。另外，在蝕刻液Q中，HC1以及HN03中的至少一 種酸所涉及的濃度值A(chǔ)滿足要件A，而氟化合物所涉及的濃度值B則滿足要件B。氟化合物 發(fā)揮蝕刻的作用，另一方面HC1以及HN03等的酸發(fā)揮使經(jīng)蝕刻之后的金屬離子化的作用。 如以上所述，由于氟化合物與HC1、HN03等的酸相互發(fā)揮不同的作用，因此為了以適度的蝕 刻速率來加工PZT膜15而要求得這些物質(zhì)的比例適當(dāng)。在本實(shí)施方式所涉及的層疊體的
6加工工序中，由于蝕刻液Q含有HC1等的酸以及氟化合物，其中濃度值A(chǔ)以及濃度值B分別 滿足要件A以及要件B，因此可以以5 50nm/sec(以下稱作“目標(biāo)速率”)來加工外延生 長的PZT膜15。其結(jié)果圖案形狀的控制變成了可能，從而也就能夠鮮明地重現(xiàn)圖案的邊緣。 另外，還能夠抑制生產(chǎn)率的降低。圖6是用于與使用干式蝕刻法來實(shí)行層疊體的加工工序的情況相比較來說明本 實(shí)施方式所涉及的制造方法的效果的示意圖，且是對應(yīng)于圖3(b)的圖。在使用干式蝕刻法 來實(shí)行層疊體的加工工序的情況下，如圖7所示通常是按階梯形狀使PZT膜15形成圖案。 在使用干式蝕刻法的情況下，因?yàn)樵诒晃g刻了的PZT膜15側(cè)面上會發(fā)生再附著并由此而引 起元件的電特性發(fā)生降低，所以這就是有必要抑制向PZT膜15側(cè)面的再附著的原因所在。 可是，通過將PZT膜15的側(cè)面加工成階梯形狀從而雖然抑制了上述再附著的問題，但由于 做成了階梯形狀而發(fā)生了 PZT膜15的體積減少。另外，如果使用了本實(shí)施方式所涉及的層 疊體的加工工序，那么向PZT膜15側(cè)面的再附著因?yàn)橄喈?dāng)?shù)牡?，所以沒有必要將側(cè)面加工 成階梯形狀。因此，在能夠充分確保PZT膜15的體積的同時(shí)加工工藝的簡略化也成為了可 能，從而也就能夠謀求到元件的高性能化、高可靠性以及低價(jià)格化。第2實(shí)施方式接著，使用圖7 圖10對第2實(shí)施方式所涉及的薄膜壓電驅(qū)動器2的制造方法作 如下說明。圖7、圖8、圖9(a)以及圖10是示意性地表示第2實(shí)施方式所涉及的薄膜壓電 驅(qū)動器2的制造方法的各個工序的圖。圖9(b)是表示圖9(a)中的IXb-IXb上的截面構(gòu)成 的示意圖。在第2實(shí)施方式所涉及的薄膜壓電驅(qū)動器2的制造方法中，如圖7所示，在使用 2個基板S1以及S2并在基板S2上以與第1實(shí)施方式中的層疊方向相反的方向進(jìn)行層疊而 形成層疊體L這一點(diǎn)上、以及在將粘結(jié)膜43設(shè)置于層疊體L中并取代基底膜13而使用具 有(100)面以外的取向面的SR0膜40這一點(diǎn)上，與第1實(shí)施方式所涉及的壓電元件制造方 法有所不同。以下對該不同點(diǎn)加以詳細(xì)的說明。(層疊體形成工序)如圖7所示，首先，使用外延生長法按順序使第2電極膜(下部電極膜)19、無機(jī) (晶種)膜17、PZT膜15層疊于基板S2上?；錝2如果是在其上面能夠形成這些層19、 17以及15的物質(zhì)那么就沒有特別的限定，能夠從Si、MgO等的基板當(dāng)中加以挑選。基板S2 的厚度并沒有特別的限定，例如可以是100 3000 y m左右。接著，在PZT膜15上按順序 形成SR0膜40、第1電極膜(上部電極膜)11。這些膜40、11例如能夠通過用濺射法等進(jìn) 行成膜來獲得。SR0膜40優(yōu)選取向于(111)面或者(001)面。SR0膜40的厚度沒有特別 的限定，例如可以優(yōu)選5 50nm的厚度。本實(shí)施方式中的第1電極膜11如果是導(dǎo)電性材 料那么就沒有特別的限定，既可以是不會被蝕刻液Q蝕刻的Pt等，又可以是如Cu、Ni以及 A1等能夠被蝕刻液Q蝕刻的材料。接著，由粘結(jié)膜43將基板S1固定于第1電極膜11上。如果作具體說明，就是例 如使用由旋轉(zhuǎn)涂布進(jìn)行涂布的方法等從而分別將粘結(jié)膜43形成于第1電極膜11以及基板 S1上。之后，以第1電極膜11和基板S1相對的形式疊合各個粘結(jié)膜43，并由熱固化法一 邊加壓一邊使之粘結(jié)。在粘結(jié)膜43例如為紫外線(UV)固化型的環(huán)氧樹脂的情況下，優(yōu)選 由紫外線照射來加以粘結(jié)的方法。另外，粘結(jié)膜43即使是僅僅形成第1電極膜11以及基 板S1當(dāng)中的一個來加以粘結(jié)，其實(shí)施也是可能的。再有，在工序中有必要加以定位的時(shí)候，還優(yōu)選使用熱固化 紫外線固化并用型粘結(jié)劑。之后，除去基板S2。在基板S2的除去過程中，在作為基板S2而使用Si的單結(jié)晶 基板的本實(shí)施方式那樣的情況下，可以使用憑借氟硝酸的濕式蝕刻或者取決于反應(yīng)性離子 蝕刻法(RIE法)等的干式蝕刻。還有，通過作為前階段粗糙處理的憑借磨刀石研磨(垂 直)或膠態(tài)二氧化硅(CMP)的磨光、或者通過憑借使用軟質(zhì)金屬平板(錫平板等)的金剛 石研磨漿的磨光而能夠除去基板。還有，粘結(jié)膜43即使不是上述紫外線(UV)固化型的環(huán)氧樹脂但只要是能夠?qū)⒒?板S1固定于第1電極膜11上的物質(zhì)那么就沒有特別的限定，例如可以使用環(huán)氧樹脂、丙烯 酸樹脂、硅酮樹脂、聚酰亞胺樹脂、氟樹脂、聚酰亞胺硅樹脂、苯并環(huán)丁烯(BCB)樹脂等的樹 脂粘結(jié)劑、Sn/Ag類等的焊錫。經(jīng)過上述如此的工序，如圖8所示在基板S1上形成由粘結(jié)膜43、第1電極膜11、 SR0膜40、PZT膜15、無機(jī)膜17以及第2電極膜19構(gòu)成的層疊體L。(層疊體的加工工序)在該工序中，使用干式蝕刻法以及蝕刻液Q，將抗蝕掩模PM1作為掩模層來對層疊 體L實(shí)施蝕刻。之后，除去抗蝕掩模PM1。圖9(a)以及(b)是用于表示使用蝕刻液Q來對 層疊體L實(shí)施加工的結(jié)果的示意圖。由于SR0膜40不同于Si02膜等，與蝕刻液Q難以發(fā) 生反應(yīng)，所以作為抗蝕層而行使其功能。由此，在第1領(lǐng)域20a以及第2領(lǐng)域20b以外的部 分進(jìn)行蝕刻，直至SR0膜40被露出為止，當(dāng)SR0模40露出時(shí)，實(shí)質(zhì)性地停止蝕刻。其結(jié)果 為在經(jīng)過了該工序之后SR0膜40在第1領(lǐng)域20a以及第2領(lǐng)域20b以外的部分露出。之后，由進(jìn)一步經(jīng)過與第1實(shí)施方式的制造方法相同的工序，從而完成由圖10所 表示的薄膜壓電驅(qū)動器2。在第2實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法中，使用外延生長法按順序使第2 電極膜19、無機(jī)(晶種)膜17、PZT膜15層疊于基板S2上。再有，用濺射法等按順序?qū)R0 膜40、第1電極膜11形成于PZT膜15上。之后，由粘結(jié)膜43將基板S1固定于第1電極 膜11上，然后除去基板S2。于是，在加工工序中，在PZT膜15上從第2電極膜(下部電極 膜)19側(cè)起向基板S1側(cè)的方向進(jìn)行憑借蝕刻液Q的蝕刻。第2實(shí)施方式所涉及的壓電元 件的制造方法因?yàn)榫邆淙缫陨纤龅墓ば?，所以除了由?實(shí)施方式所涉及的壓電元件的 制造方法而獲得的效果之外，還能夠進(jìn)一步獲得如以下所述的效果。S卩，具有(100)面以外的取向面的SR0膜40在加工工序中難以與蝕刻液Q發(fā)生反 應(yīng)。特別是被取向于(111)面或者(001)面的SR0膜40相對于蝕刻液Q更加難以發(fā)生反 應(yīng)。為此，第1電極膜11的材料即使是能夠被蝕刻液Q蝕刻的Cu、M以及A1等，也能夠根 據(jù)需要防止位于SR0膜40下側(cè)的第1電極膜11被蝕刻液Q蝕刻。另外，作為第1電極膜 11的材料，由于無需使用不會被蝕刻液Q蝕刻的昂貴的Pt等，而能夠使用Cu、Ni以及A1等 比較價(jià)廉的金屬，因此能夠謀求到元件的低價(jià)格化。實(shí)施例1接著，列舉實(shí)施例1 15以及比較例1 9來說明本發(fā)明中的蝕刻液的組成與 PZT膜的蝕刻速率的關(guān)系，但本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。(共通條件)首先，由濺射法使2 y m的(001)面取向的PZT膜外延生長于硅基板上。
接著，在以下的實(shí)施例1 15以及比較例1 9中使用由互為不同的組成構(gòu)成的 蝕刻液，對上述在硅基板上形成的PZT膜施以濕式蝕刻。圖11 圖13是總結(jié)了分別在實(shí) 施例1 15以及比較例1 9中所使用的蝕刻液組成的圖表。在實(shí)施例1 15以及比較 例1 9中，除蝕刻液的組成之外的其他條件是相同的。此時(shí)，蝕刻時(shí)間tE為1 10分鐘 左右，蝕刻溫度Te同為22°C。以下將相對于蝕刻液重量的氟的重量濃度作為F換算濃度。(實(shí)施例1)用CHa為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. 05wt %以及0. lwt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為2wt %，濃度值B為0. 15wt %。(實(shí)施例2)用CHel為4wt %、NH4F的F換算濃度為0. 2wt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃 度值A(chǔ)為4wt %，濃度值B為0. 2wt %。(實(shí)施例3)用CHC1為5wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 5wt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為5wt %，濃度值B為0. 6wt %。(實(shí)施例4) 用CHC1為8wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 8wt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8wt %，濃度值B為0. 9wt %。(實(shí)施例5)用CHa以及CHNQ3分別為5wt %以及l(fā)wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0. lwt %以及0. 8wt%的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8. 3wt%，濃度值B為 0. 9wt%。(實(shí)施例6)用CHa以及CHNQ3分別都為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及 0. 8wt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8. 6wt %，濃度值B為0. 9wt %。(實(shí)施例7)用CHa以及CHNQ3分別為3wt %以及2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0. 5wt%以及0. lwt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為9. 6wt%，濃度值B為 0. 6wt%。(實(shí)施例8)用CHa為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 05wt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為2wt %，濃度值B為0. 15wt %。(實(shí)施例9) 用CHel為4wt %、HF的F換算濃度為0. 2wt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度 值A(chǔ)為4wt%，濃度值B為0. 2wt%。(實(shí)施例10)用CHC1為5wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. 5wt %以及0. lwt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為5wt %，濃度值B為0. 6wt %。(實(shí)施例11)用CHa為8wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. 8wt %以及0. lwt %的蝕刻
9液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8wt %，濃度值B為0. 9wt %。(實(shí)施例12)用CHa以及CHNQ3分別為5wt %以及l(fā)wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0. 8wt%以及0. 的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8. 3wt%，濃度值B為 0. 9wt%。(實(shí)施例13)用CHa以及CHNQ3分別都為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. 8wt %以及 0. lwt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為8. 6wt %，濃度值B為0. 9wt %。(實(shí)施例14)用CHa以及CHNQ3分別為3wt %以及2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0. lwt %以及0. 5wt%的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為9. 6wt%，濃度值B為 0. 6wt%。(實(shí)施例I5)用CHNQ3為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 5wt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為6. 6wt %，濃度值B為0. 6wt %。(比較例1)用CHC1為0. 5wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 5wt %的蝕 刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為0. 5wt %，濃度值B為0. 6wt %。(比較例2)用CHa為12wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及0. 5wt %的蝕刻 液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為12wt %，濃度值B為0. 6wt %。(比較例3)用CHa為5wt %、HF的F換算濃度為0. 05wt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度 值A(chǔ)為5wt%，濃度值B為0. 05wt%。(比較例4)用CHa為5wt%、NH4F的F換算濃度為0. 05wt%的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。S卩，濃 度值A(chǔ)為5wt%，濃度值B為0. 05wt%。(比較例5)用CHel為2wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度都為lwt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻 處理。即，濃度值A(chǔ)為2wt%，濃度值B為2wt%。(比較例6)用CHa以及CHNQ3分別都為5wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. lwt %以及 0. 8wt %的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為21. 5wt %，濃度值B為0. 9wt %。(比較例7)用CHa以及CHNQ3分別為5wt %以及3wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0. 以及0.8wt%的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為14.9襯％，濃度值8為 0. 9wt%。(比較例8)用CHa以及CHNQ3分別都為5wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為0. 8wt %以及0. lwt%的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。S卩，濃度值A(chǔ)為21.5wt%，濃度值B為0.9wt%。(比較例9)用CHa以及CHNQ3分別為5wt %以及3wt %、HF以及NH4F各自的F換算濃度為 0.8wt%以及0. 的蝕刻液來實(shí)行蝕刻處理。即，濃度值A(chǔ)為14.9襯％，濃度值8為 0. 9wt%。(結(jié)果評價(jià))圖14是總結(jié)了相對于分別在實(shí)施例1 15以及比較例1 9中的蝕刻液的PZT 膜的蝕刻速率的圖表。如圖14所示，在使用全都滿足要件A以及要件B的蝕刻液的實(shí)施例 1 15中，PZT膜的蝕刻速率是在5 50nm/sec (目標(biāo)速率)的范圍內(nèi)。另外，如果在不能 滿足要件A以及要件B當(dāng)中的至少一項(xiàng)的情況下，那么PZT膜的蝕刻速率就會是在目標(biāo)速 率的范圍外。[實(shí)施例1 7、實(shí)施例8 14]實(shí)施例8 14分別是對應(yīng)于實(shí)施例1 7。具體而言，實(shí)施例8 14中的濃度值 A以及濃度值B分別與實(shí)施例1 7中的濃度值A(chǔ)以及濃度值B相同，實(shí)施例8 14中的 HF以及NH4F的F換算濃度與實(shí)施例1 7中的HF以及NH4F的F換算濃度相顛倒。但是， HF以及NH4F各自的F換算濃度即使顛倒，只要蝕刻液的濃度值A(chǔ)以及濃度值B是相同的， 那么就可以知道蝕刻速率變化不大。[實(shí)施例1 4、實(shí)施例5 7、實(shí)施例15]蝕刻液即使都不含HF以及NH4F，如果蝕刻液滿足要件A以及要件B，那就可以知 道PZT膜的蝕刻速率納入在目標(biāo)范圍內(nèi)。[比較例1以及比較例2]在所使用的蝕刻液不含HN03的情況下，即使要件B被滿足，在濃度值A(chǔ)低于要件A 的時(shí)候，蝕刻速率會變成目標(biāo)速率以下，在濃度值A(chǔ)高于要件A的時(shí)候，蝕刻速率會變成目 標(biāo)速率以上。[比較例3 5]從比較例3以及比較例4的結(jié)果可知在蝕刻液不含HN03的情況下，即使要件A被 滿足，在濃度值B低于要件B的時(shí)候，蝕刻速率會變成目標(biāo)速率以下。另外，即使只含有HF 以及NH4F當(dāng)中的任意一種，只要濃度值B相同，那么蝕刻速率則變得基本相同。從比較例5 的結(jié)果可知在蝕刻液不含HN03的情況下，即使要件A被滿足，在濃度值B高于要件B的時(shí) 候，蝕刻速率會變成目標(biāo)速率以上。[比較例6 9]可知所使用的蝕刻液包含所有的HC1、HN03、HF以及NH4F，在滿足要件B的情況 下，在濃度值A(chǔ)高于要件A的時(shí)候，蝕刻速率就變成目標(biāo)速率以上。圖15是表示分別在實(shí)施例1 15以及比較例1 9中的濃度值A(chǔ)與蝕刻速率的 關(guān)系的圖表。在圖15中，橫軸以及縱軸分別表示濃度值A(chǔ))以及蝕刻速率(nm/sec)， 表示實(shí)施例1 15的結(jié)果，A表示比較例1 9的結(jié)果。如圖15所示可知實(shí)施例1 15中的蝕刻速率在目標(biāo)速率的范圍內(nèi)，比較例1 9中的蝕刻速率在目標(biāo)速率的范圍之外。 另外，在濃度值A(chǔ)高的時(shí)候，蝕刻速率就變高，從而可以確認(rèn)濃度值A(chǔ)與蝕刻速率存在著比 例關(guān)系。
以下是根據(jù)實(shí)施例16以及比較例10來說明本發(fā)明中的PZT膜的蝕刻速率與被形 成圖案的PZT膜的邊緣形狀的關(guān)系，但是本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。(共通條件)首先，由濺射法按順序使lOOnm的Pt膜、40nm的(111)面取向的SRO膜以及2 y m 的(111)面取向的PZT膜外延生長于硅基板上。之后，形成具有多個長方形開口的抗蝕膜。接著，在以下的實(shí)施例16以及比較例10中使用由互為不同的組成構(gòu)成的蝕刻液， 對沒有被上述抗蝕膜覆蓋的PZT膜的部分實(shí)行濕式蝕刻，直至SR0膜露出為止。之后，除去 上述抗蝕膜。還有，在實(shí)施例16以及比較例10中，蝕刻溫度Te同為22°C。(實(shí)施例16)使用具有與上述實(shí)施例3中的蝕刻液相同組成的蝕刻液來實(shí)行濕式蝕刻。(比較例10)使用具有與上述比較例7中的蝕刻液相同組成的蝕刻液來實(shí)行濕式蝕刻。(結(jié)果評價(jià))相對于實(shí)施例16中的蝕刻液的PZT膜的蝕刻速率與實(shí)施例3同為13nm/SeC，是 在目標(biāo)速率的范圍內(nèi)。相對于比較例10中的蝕刻液的PZT膜的蝕刻速率與比較例7同為 90nm/sec，是在目標(biāo)速率的范圍之外。圖16(a)以及(b)分別表示在實(shí)施例16以及比較例 10中由具有多個長方形開口的抗蝕膜被形成圖案的PZT膜的邊緣。對于蝕刻速率是在目標(biāo) 速率范圍內(nèi)的實(shí)施例16的情況，如圖16(a)所示，可以確認(rèn)被形成圖案的PZT膜的邊緣部 分變成了筆直前進(jìn)性良好的鮮明的邊緣。另外，對于蝕刻速率在目標(biāo)速率范圍之外(目標(biāo)速率范圍以上)的比較例10的情 況，如圖16(b)所示，可以確認(rèn)在被形成圖案的PZT膜的邊緣部分發(fā)生黑色污跡，筆直前進(jìn) 性變差，并且PZT膜的邊緣不鮮明。以下是根據(jù)實(shí)施例17、實(shí)施例18以及比較例11來說明本發(fā)明中的SR0膜的取向 面與相對于蝕刻液Q的耐蝕性的關(guān)系，但是本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。(實(shí)施例17)首先，由濺射法按順序使lOOnm的Pt膜和40nm的(111)面取向的SR0膜外延生 長于硅基板上。接著，將具有薄膜驅(qū)動器的截面形狀的抗蝕掩模形成于SR0膜上。于是，使 用具有與實(shí)施例3中的蝕刻液相同組成的蝕刻液，將上述抗蝕掩模作為蝕刻掩膜并對沒有 被該抗蝕掩模覆蓋的SR0膜的部分實(shí)行20秒的蝕刻。之后，除去抗蝕掩模。(實(shí)施例18)首先，由濺射法按順序使lOOnm的Pt膜和40nm的(001)面取向的SR0膜外延生 長于硅基板上。接著，將具有薄膜驅(qū)動器的截面形狀的抗蝕掩模形成于SR0膜上。于是，使 用具有與實(shí)施例3中的蝕刻液相同組成的蝕刻液，將上述抗蝕掩模作為蝕刻圖案并對沒有 被該抗蝕掩模覆蓋的SR0膜的部分實(shí)行20秒的蝕刻。之后，除去抗蝕掩模。(比較例11)首先，由濺射法按順序使lOOnm的Pt膜和40nm的(100)面取向的SR0膜外延生 長于硅基板上。接著，將具有薄膜驅(qū)動器的截面形狀的抗蝕掩模形成于SR0膜上。于是，使 用具有與實(shí)施例3中的蝕刻液相同組成的蝕刻液，將上述抗蝕掩模作為蝕刻圖案并對沒有 被該抗蝕掩模覆蓋的SR0膜的部分實(shí)行20秒的蝕刻。之后，除去抗蝕掩模。
(結(jié)果評價(jià))圖17(a)以及(b)分別是表示實(shí)施例17以及比較例11中的SR0膜的蝕刻結(jié)果的 圖。在圖17(a)以及(b)中，用虛線圍起來的領(lǐng)域是表示被具有上述薄膜驅(qū)動器的截面形 狀的抗蝕掩模覆蓋的領(lǐng)域。對于SR0膜被取向于(111)面的實(shí)施例17的情況，如圖17(a) 所示，沒有被抗蝕掩模覆蓋的SR0膜的部分基本上還殘存著，其殘存量是將蝕刻前作為基 準(zhǔn)的95%。還有，對于SR0膜被取向于(001)面的實(shí)施例18的情況，也與圖17(a)相同， SR0膜的部分基本上殘存著。另外，對于SR0膜被取向于(100)面的比較例10的情況，如 圖17(b)所示，沒有被抗蝕掩模覆蓋的SR0膜的部分全部被蝕刻(其殘存量是將蝕刻前作 為基準(zhǔn)的0%)且Pt膜被露出。如以上所述，可以確認(rèn)(100)面取向的SR0膜比被取向于 (111)面或者(001)面的SR0膜易于與上述實(shí)施方式的蝕刻液Q發(fā)生反應(yīng)。
權(quán)利要求
一種壓電元件的制造方法，其特征在于包括生長工序，使鋯鈦酸鉛膜外延生長于下部電極膜上；和加工工序，在所述生長工序之后，使用蝕刻液將所述鋯鈦酸鉛膜加工成所期望的形狀，所述蝕刻液含有鹽酸和硝酸中的至少一種酸，其中，在將相對于所述蝕刻液的重量的所述鹽酸以及所述硝酸各自的重量濃度作為CHCl以及CHNO3的情況下，CHCl+3.3CHNO3為1wt％以上且10wt％以下，并且，所述蝕刻液還含有氟化銨和氟化氫中的至少一種氟化合物，其中，相對于所述蝕刻液的重量，來自于所述氟化銨以及所述氟化氫的氟的重量濃度為0.1wt％以上且1wt％以下。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件的制造方法，其特征在于進(jìn)一步包括51^1103膜形成工序，在所述生長工序之后，將具有(100)面以外的取向面的31^1103膜 形成于所述鋯鈦酸鉛膜上；上部電極膜形成工序，在SrRu03膜形成工序之后，將上部電極膜形成于所述SrRu03膜 上；和基板固定工序，將基板固定于所述上部電極膜上，在所述加工工序中，在所述鋯鈦酸鉛膜上從所述下部電極膜側(cè)起向所述基板側(cè)的方向 進(jìn)行蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明的壓電元件的制造方法包括生長工序，使PZT膜外延生長于第1電極膜上；和加工工序，在生長工序之后，使用蝕刻液將PZT膜加工成所期望的形狀，蝕刻液含有鹽酸和硝酸中的至少一種酸，其中，在將相對于蝕刻液的重量的鹽酸以及硝酸各自的重量濃度作為CHCl以及CHNO3的情況下，CHCl+3.3CHNO3為1wt％以上且10wt％以下，并且，所述蝕刻液還含有氟化銨和氟化氫中的至少一種氟化合物，其中，相對于蝕刻液的重量，來自于氟化銨以及氟化氫的氟的重量濃度為0.1wt％以上且1wt％以下。
文檔編號H01L41/22GK101853917SQ20091025804
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者倉知克行, 佐佐木宏文 申請人:Tdk株式會社;新科實(shí)業(yè)有限公司