[发明专利]蚀刻溶液，用于制造压电元件的方法以及蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及蚀刻溶液、用于制造压电元件的方法，以及蚀刻方法，尤其涉及用于蚀刻通过非外延生长（non-epitaxial growth）形成的压电薄膜的蚀刻溶液、用于制造压电元件的方法，以及蚀刻方法。

背景技术

使用具有压电性（随施加的电场强度变化而拉伸）的压电物质的压电元件被用作安装在喷墨记录头、传感器，或存储器元件等中的致动器。使用蚀刻溶液的湿式蚀刻工艺被用作在压电物质上形成图案的方法。

例如，日本专利号4665025描述了一种蚀刻方法，这种方法使用：盐酸和硝酸两个中的一个；以及一种氟化合物（诸如氟化铵和氟化氢）作为处理外延生长（epitaxially grown）的PZT薄膜的方法。

日本专利号3201251描述了一种两步图案化，在这种两步图案化中，利用由氢氟酸以及硫酸或盐酸组成的蚀刻溶液来执行蚀刻，接着利用由在图案化电介质的过程中的一种酸组成的后处理液来移除残渣部分。此外，可通过用两个步骤执行蚀刻来改进对光致抗蚀剂的选择性。

此外，日本专利申请公开号2004-31521描述了利用湿式蚀刻溶液执行的图案化，这种蚀刻溶液含有氟化氢（HF）、缓冲氢氟酸（BHF）、稀释的氢氟酸（DHF）、硫酸（H₂SO₄）、盐酸（HCl），以及硝酸（HNO₃）这几个中的一个。

发明内容

然而，如日本专利号4665025所描述的蚀刻方法有一个问题，就是在Si衬底上形成了贵金属电极，并且在蚀刻非外延PZT薄膜和掺杂了Nb的非外延PZT薄膜过程中留下了残渣。此外，日本专利号3201251有一个问题，就是因为蚀刻是用两个步骤执行的，所以过程变得复杂。日本专利申请公开号2004-31521也有一个问题，就是除非蚀刻溶液的组成和压电结构的组合经过优化，否则就会留下残渣。

本发明已考虑到这些情况，并且本发明的目标是提供蚀刻溶液、用于制造压电元件的方法，以及蚀刻方法，这种蚀刻方法能够在蚀刻和获得良好的图案之后甚至在蚀刻在与下部电极的界面上形成有烧绿石层的压电薄膜过程中移除残渣。

为了实现这个目标，本发明提供了一种用于蚀刻压电薄膜的蚀刻溶液，这种压电薄膜具有在形成于衬底上的下部电极上生长成柱状结构的钙钛矿结构的薄膜以及在薄膜与所述下部电极的界面上的烧绿石层，所述蚀刻溶液包含至少：一种包含缓冲氢氟酸（buffered hydrofluoric acid,BHF）、氟化氢（HF），以及稀释的氢氟酸（DHF）这三个中至少任一个的氢氟酸型化学制品；以及硝酸，并且其中按重量计盐酸浓度小于10%且盐酸与硝酸的重量比（盐酸/硝酸）为1/4或更小。

根据本发明，可以通过将氢氟酸型化学制品、硝酸以及盐酸混合进入用于蚀刻压电薄膜的蚀刻溶液中来对压电薄膜执行蚀刻。此外，在蚀刻压电薄膜过程中可以抑制氯化物的生成，方法是通过将蚀刻溶液中盐酸的浓度设置为小于10%，并且同时可以通过将硝酸混合进入蚀刻溶液中来移除氯化物。此外，通过将蚀刻溶液中盐酸与硝酸的重量比设置在上述范围内，由于氯化物的生成，可以使蚀刻过程中硝酸的移除速率增加，因此在执行蚀刻时不会留下残渣。

通过使用蚀刻溶液，能顺利地执行蚀刻。因此，包括烧绿石层的压电薄膜的蚀刻可以顺利地执行，其中使用常规方法会在烧绿石层中留下残渣。

对于根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，下部电极的表面粗糙度Ra优选为2nm或更小。

根据本发明的另一方面，因为通过将下部电极的表面粗糙度设在2nm或更小而形成致密薄膜，所以蚀刻溶液决不会渗透进入下部电极而损害下部电极或衬底。因此可以顺利地执行蚀刻。

对于根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，烧绿石层的厚度优选为5nm或更大。

利用根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，甚至对于具有厚度为5nm或更大的烧绿石层的压电薄膜都可以有效地执行蚀刻。

根据本发明的另一方面的蚀刻溶液优选含有乙酸。

利用根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，通过将乙酸混合进入蚀刻溶液可以调整蚀刻速率。通过增加乙酸的量可以减少蚀刻速率，并且通过减少乙酸的量可增加蚀刻速率。

根据本发明的另一方面的蚀刻溶液优选含有硫酸。

利用根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，可以通过将硫酸混合进入蚀刻溶液来改进蚀刻性能。

对于根据本发明的另一方面的蚀刻溶液，下部电极优选为铂族金属（钌、铑、钯、锇、铱，或铂）或其金属氧化物。