CN1617444A - 薄膜体波谐振器晶片及薄膜体波谐振器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜体波谐振器晶片以及薄膜体波谐振器的制造方法，防止在薄膜体波谐振器的制造过程中产生的放电，并由此提高产品的可靠性和合格率。本发明的薄膜体波谐振器晶片，包括：基板(101)、在基板(101)上设置的下部电极(102)和上部电极(104)、以及在下部电极(102)和上部电极(104)之间设置的压电膜(103)；通过设置在压电膜(103)上的窗部，下部电极(102)和上部电极(104)短路。由此，下部电极(102)和上部电极(104)成为相同电位，因此即使进行覆盖上部电极(104)的保护膜的形成和基板的切割等现有的容易产生放电的加工，也不会产生贯通压电膜(103)的放电。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜体波谐振器晶片，特别是涉及一种用于获取多个薄膜体波谐振器的薄膜体波谐振器晶片。此外，本发明涉及一种薄膜体波谐振器的制造方法，特别是涉及一种能获取多个薄膜体波谐振器的薄膜体波谐振器的制造方法。
背景技术
现在，作为小型且高性能的谐振器，正在应用着使用薄膜体波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator：FBAR)或声表面波(Surface AcousticWave：SAW)谐振器等压电材料的各种谐振器。其中，由于薄膜体波谐振器在结构上比声表面波谐振器容易提高谐振频率，在使用过程中能够获得例如5GHz以上的高谐振频率，所以近年来引起人们的注意。
薄膜体波谐振器基本上由上部电极、下部电极、以及在它们之间设置的压电膜构成，通过在上部电极和下部电极之间施加高频信号，就可获得所期望的谐振特性。薄膜体波谐振器的谐振频率主要依赖于上部电极、下部电极及压电膜的膜厚，以由体波的音速和谐振频率之比(音速/谐振频率)决定的波长作为基准来设定这些膜厚。在此，由于体波的音速由构成各膜的材料的物理特性(弹性常数等)决定，因此，对于各膜的波长，设定的谐振频率越高，其波长就越短。即，若要获得高谐振频率，就需要使压电膜等的膜厚变薄。
为此，在可获得5GHz以上的高谐振频率的情况下，必须将压电膜的膜厚设定得非常薄，例如在使用ZnO作为压电膜的材料时，为了将谐振频率设在5GHz以上，就必须将其膜厚设在0.27μm左右。
作为已有技术，存在日本特开平2-51284号公报。
但是，由于压电膜具有热电性，在薄膜体波谐振器的制造过程中就容易在上部电极和下部电极之间产生电位差，此电位差一旦变大，就会通过压电膜在上部电极和下部电极之间产生放电。一旦产生这种放电，就会损伤压电膜，从而存在使产品的可靠性和合格率下降这样的问题。并且，由于压电膜的膜厚越薄就越容易产生这种放电，在具有5GHz以上的高谐振频率的薄膜体波谐振器的制造中就会成为严重的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于防止在薄膜体波谐振器的制造过程中产生的放电，并由此提高产品的可靠性和合格率。
本发明涉及的薄膜体波谐振器晶片，具有多个薄膜体波谐振器形成区域，其包括：基板、在上述基板上设置的下部电极和上部电极、以及在上述下部电极和上述上部电极之间设置的压电膜；在上述薄膜体波谐振器形成区域之间的至少一部分中，上述下部电极和上述上部电极短路。
根据本发明，由于在薄膜体波谐振器形成区域之间下部电极和上部电极短路，所以下部电极和上部电极是相同电位。为此，即使进行覆盖上部电极的保护膜的形成和基板的切割等现有的容易产生放电的加工，也不会产生贯通压电膜的放电。
此外，最好是，上述下部电极和上部电极都包含围绕上述薄膜体波谐振器形成区域的周围的短路电极部；上述下部电极的短路电极部的至少一部分和上述上部电极的短路电极的至少一部分的平面位置实质上一致。据此，就能够容易进行下部电极和上部电极之间的短路。在上述下部电极的短路电极部和上述上部电极的短路电极部之间，也可以连续地设置不存在上述压电膜的窗部，也可以断续地设置。无论是哪一种，都能通过这样的窗部使下部电极和上部电极短路。
此外，最好是，还包括在上述基板和上述下部电极之间设置的声多层膜。据此，能够提高所制造的薄膜体波谐振器的特性。
本发明涉及的薄膜体波谐振器的制造方法，包括：在基板上形成下部电极的第一工序；在上述下部电极上形成压电膜的第二工序，上述压电膜具有使上述下部电极的一部分露出的窗部；在上述压电膜上形成上部电极的第三工序，通过上述窗部，上述上部电极与上述下部电极短路；沿上述窗部切断上述基板的第四工序。
根据本发明，由于通过窗部使下部电极和上部电极短路，因此就不会产生贯通压电膜的放电，此外，由于沿此窗部切断基板，可通过切断使下部电极和上部电极分离。
在此，最好是，在上述第二工序中，一面遮蔽应成为上述窗部的部分，一面形成压电膜。据此，不用追加特别的制造工序，就能使下部电极和上部电极短路。
如此，根据本发明，在制造过程中由于下部电极和上部电极是相同电位，所以就不会发生贯通压电膜的放电。因此，即使在制造压电膜非常薄、例如具有5GHz以上的高谐振频率的薄膜体波谐振器的情况下，不仅能够获得高可靠性，而且能够获得高的产品合格率。
附图说明
图1A是表示本发明的优选实施方式涉及的薄膜体波谐振器制造方法的一个工序(声多层膜110的形成)的俯视图，图1B是沿图1A所示的A-A线的概略剖面图。
图2A是表示本发明的优选实施方式涉及的薄膜体波谐振器制造方法的一个工序(下部电极102的形成)的俯视图，图2B是沿图2A所示的B-B线的概略剖面图。
图3A是表示本发明的优选实施方式涉及的薄膜体波谐振器制造方法的一个工序(压电膜103的形成)的俯视图，图3B是沿图3A所示的C-C线的概略剖面图。
图4是表示本发明的优选实施方式涉及的薄膜体波谐振器制造方法的一个工序(上部电极104的形成)的俯视图。
图5是沿图4的D-D线的概略剖面图。
图6是制作的薄膜体波谐振器的等效电路图。
图7是表示沿划片区域100b断续地形成窗部103a的例子的俯视图。
图8是表示具有隔膜构造的薄膜体波谐振器40的结构的剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1至图5表示本发明的优选实施方式涉及的薄膜体波谐振器制造方法的工序图。并且，图1A、图2A及图3A都是概略俯视图，图1B、图2B及图3B是分别沿图1A、图2A及图3A所示的A-A线、B-B线、C-C线的概略剖面图。此外，图4是概略俯视图，图5是沿其D-D线的概略剖面图。
在本实施方式涉及的薄膜体波谐振器的制造过程中，首先，如图1A、1B所示，准备具有规定面积的基板101，在其一个表面上形成声多层膜110。在此，将基板101及在其上部形成的各膜按平面划分为多个薄膜体波谐振器形成区域100a和在这些薄膜体波谐振器形成区域100a之间存在的格子状的划片区域100b。划片区域100b是最终被切断的区域，由此而形成的各薄膜体波谐振器形成区域100a作为最终的各薄膜体波谐振器被分离。将划片区域100b的宽度设定成比切断时的“划线余量”窄。有关其意义后述。
基板101起到作为确保薄膜体波谐振器的机械强度的基体的作用，作为其材料可使用硅(Si)或蓝宝石等的单晶基板、氧化铝或铝钛碳(ァルティック：AlTiC)的等陶瓷基板、石英或玻璃基板等。其中，最优选使用廉价且确保精密复杂的晶片加工的Si单晶。
声多层膜110具有将由彼此不同的材料构成的反射膜111及112交替层叠的结构，通过反射向基板101方向传递的振动，起到提高薄膜体波谐振器的特性的作用。不用特别限定构成声多层膜110的反射膜的数量，本实施方式中层叠4对由反射膜111及112构成的对。就反射膜111及112的材料而言，只要反射膜111的声阻抗比反射膜112高，就不进行特别限定，但在成对的反射膜111和112中，位于基板101侧的反射膜111优选使用氮化铝(AlN)，位于下部电极102侧的反射膜112优选使用氧化硅(SiO2)。在使用氮化铝(AlN)作为反射膜111的材料的情况下，优选通过溅射法来形成，在使用氧化硅(SiO2)作为反射膜112的材料的情况下，优选通过CVD法来形成。对于反射膜111及112的厚度，根据目标谐振频率来设定即可，优选分别设定为波长的1/4左右。可根据声波的音速和目标谐振频率之比来定义此波长。
其次，如图2A、2B所示，在声多层膜110的表面形成导电膜，并通过对其构图来形成下部电极102(第一工序)。
如图2A所示，下部电极102具有在薄膜体波谐振器形成区域100a设置的电极本体部102a、在划片区域100b设置的格子状短路电极部102b、连接电极本体部102a和短路电极部102b的连接部102c。通过这种结构，各电极本体部102a通过连接部102c共同连接到短路电极部102b上。再有，在本实施方式中，示出了在各薄膜体波谐振器形成区域100a内设置2个电极本体部102a的例子。
作为形成具有这种平面形状的下部电极102的方法，首先，使用真空蒸镀法、溅射法、CVD法等在声多层膜110的整个表面上形成导电膜，然后在导电膜的表面上形成具有规定图形的抗蚀剂后，最好将此抗蚀剂作为掩膜通过使用离子铣等蚀刻法来构图此导电膜。在此，下部电极102的电极本体部102a作为薄膜体波谐振器的一个电极使用之外，还构成了作为下一工序中所形成的压电膜的基底的膜，作为压电膜的材料，在使用具有AlN、ZnO、GaN等的纤锌矿(ゥルッァィト)型晶体结构的压电材料时，对于下部电极102优选使用单一取向为面心立方结构的(111)面或最致密六方结构的(0001)面的金属薄膜。这是因为，如果使用单一取向为面心立方结构的(111)面的金属薄膜和使用单一取向为最致密六方结构的(0001)面的金属薄膜作为下部电极102，可使在其上部形成的压电材料的结晶性比外延生长的压电材料的结晶性更加优良。
作为下部电极102的材料，优选将白金(Pt)、金(Au)、铱(Ir)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)、铑(Rh)及钌(Ru)中的至少一种作为主要成分。其中，白金(Pt)、金(Au)、铱(Ir)、钯(Pd)及铑(Rh)为面心立方结构，锇(Os)、铼(Re)及钌(Ru)为最致密六方结构。这些金属具有容易保持表面清洁、或即使在被污染的情况下通过灰化和热处理等容易获得清洁的表面的优点。当下部电极102的表面清洁时，就能够使接下来形成的压电膜容易结晶性良好地形成。
作为下部电极102，除此以外，还可以使用钼(Mo)或钨(W)等体心立方结构的金属薄膜、或SrRuO3等钙钛矿(ペロブスカィト)型结构的氧化物导电体薄膜等。
对于下部电极102的厚度，根据目标谐振频率来设定即可，优选设定为波长的1/10左右。
再有，为了提高下部电极102和声多层膜110的紧密粘结性，还优选在它们之间插入紧密粘结层。紧密粘结层优选由具有纤锌矿型结晶结构的晶体构成，作为其材料，优选选自铝(Al)、钙(Ga)、铟(In)等第3族元素中选出的至少一种元素与氮的化合物、以及铍(Be)、锌(Zn)等第2族元素的氧化物或硫化物。特别地，由于AlN在大气中是稳定的，利用反应性溅射法容易形成具有高结晶性的膜，所以作为紧密粘结层的材料也是最好的。
接下来，如图3A、3B所示，在薄膜体波谐振器形成区域100a形成压电膜103(第二工序)。在此，划片区域100b的至少一部分(本实施方式为全部)成为没有形成压电膜103的窗部103a，成为自窗部103a露出下部电极102的短路电极部102b的状态。
作为形成具有这种平面形状的压电膜103的方法，特别优选通过覆盖划片区域100b的格子状的掩膜，利用真空蒸发法、溅射法、CVD法等选择地形成压电膜103。或者，也可以在形成声多层膜110及下部电极102的基板101的整个表面上形成压电膜103，用抗蚀剂覆盖薄膜体波谐振器形成区域100a后，将此作为掩膜使用离子铣等蚀刻法来构图压电膜103。但是，前一个方法(使用格子状掩膜选择地形成压电膜103的方法)具有工序数少的优点。
如上所述，压电膜103的材料可以使用ZnO、AlN、GaN等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料。在压电膜103的材料使用AlN和ZnO等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料情况下，作为其形成方法，优选使用RF磁控溅射或DC溅射、ECR溅射等溅射法，或者CVD(化学气相生长)法、MBE(分子束外延)法或真空蒸镀法，最好是使用其中的溅射法、特别是使用RF磁控溅射法。这是由于通过使用RF磁控溅射法，能够容易地形成由AlN或ZnO构成的c轴单一取向的高结晶性薄膜。在使用AlN情况下，优选使用反应性RF磁控溅射法。此时，通过在阴极使用A1金属，导入Ar和氮气，在基板温度为200℃左右进行反应性RF磁控溅射，就能够形成优良的AlN膜。即使在使用ECR溅射法的情况下，也能够制造杂质非常少的高结晶性薄膜。
对于压电膜103的厚度，也可以根据目标谐振频率来设定，优选设定为波长的1/2左右。
再有，以改善温度特性为目的、在压电膜103上形成由SiO2等形成的绝缘膜的情况下，也必须成为下部电极102的短路电极部102b在窗部103a中露出的状态。即使对于这种绝缘膜，也优选通过覆盖窗部103a的格子状掩膜，利用真空蒸发法、溅射法、CVD法等有选择地形成。当然，也可以在整个表面上形成绝缘膜，此后通过构图使窗部103a开口，但是，使用格子状的掩膜选择地形成绝缘膜的方法，可减少工序数。
接下来，如图4和图5所示，在形成了压电膜103等的基板101上的整个表面上形成导电膜，通过对此构图来形成上部电极104(第三工序)。
如图4所示，上部电极104具有在下部电极102的电极本体102a上设置的电极本体部104a、在划片区域100b设置的格子状的短路电极部104b、连接电极本体部104a和短路电极部104b的连接部104c、最终构成电极焊盘的端子部104d。利用这种结构，各电极本体部104a通过连接部104c共同连接到短路电极部104b。再有，在本实施方式中，示出了在下部电极102的一个电极本体部102a上设置3个电极本体部104a的例子。由于上部电极104的短路电极部104b被设置在划片区域100b，所以与下部电极102的短路电极部102b的平面位置相一致，为此，成为下部电极102的短路电极部102b和上部电极104的短路电极部104b通过窗部103a短路的状态。
作为形成具有这种平面形状的上部电极104的方法，最好是，首先，使用真空蒸镀法、溅射法、CVD法等在形成压电膜103的基板101上的整个表面上形成导电膜，并且在其表面上形成具有规定图形的抗蚀剂后，将此作为掩膜、通过使用离子铣等蚀刻法来构图导电膜。在此，在压电膜103上形成上述的绝缘膜的情况下，可将其作为蚀刻停止层来利用。
作为上部电极104的材料，只要是具有高导电性的材料，就不特别限定。例如，可使用铝(Al)、金(Au)、白金(Pt)等金属或这些金属与铜(Cu)等的合金，或者将这些金属与钛(Ti)等金属层叠的多层膜。上部电极104的厚度可根据目标谐振频率来设定即可，优选设定为波长的1/10左右。
按照上述内容，完成了作为薄膜体波谐振器的前身的“薄膜体波谐振器晶片100”。在薄膜体波谐振器晶片100中，如上所述，通过在压电膜103上连续设置的窗部103a，可将下部电极102的短路电极部102b和上部电极104的短路电极部104b短路，所以使下部电极102和上部电极104确实地成为相同电位。由此，在以后的工序中，不必担心在下部电极102和上部电极104之间发生放电。
由此形成上部电极104后，形成覆盖上部电极104的保护膜等，最后通过沿划片区域100b、即沿窗部103a将基板101切断，来分割出各薄膜体波谐振器形成区域100a，并取出薄膜体波谐振器(第四工序)。如上所述，由于将划片区域100b设定得比划线余量窄，沿划片区域100b切断基板101时，就能完全去除上部电极102的短路电极部102b和上部电极104的短路电极部104b。由此，就能完全分离下部电极102的电极本体部102a和上部电极104电极本体部104a。由此，完成薄膜体波谐振器。
如上所述，像这样制作的薄膜体波谐振器，由于能够在下部电极102和上部电极104短路状态下进行制造工序(覆盖上部电极104的保护膜的形成和基板101的切断等)，所以在制造过程中就不会发生贯通压电膜103的放电。因此，即使在制造压电膜103非常薄、具有5GHz以上这样的高谐振频率的薄膜体波谐振器的情况下，不仅能够获得高可靠性，还能获得高产品合格率。
图6是经上述制造工序制作的薄膜体波谐振器的等效电路图。
如图6所示，制作出的薄膜体波谐振器具有由串联连接的4个谐振器121～124和并联连接的2个谐振器125、126构成的2级T型电路结构，通过将电感元件等连接到端子部104d，就可作为滤波器来使用。
本发明并没有限定于以上说明的实施方式，在权利要求范围记载的发明的范围内能够进行各种变化，这些变化当然都包含在本发明的范围内。
例如，虽然在上述实施方式中沿划片区域100b连续形成压电膜103的窗部103a，但只要下部电极102的电极本体部102a和上部电极104的电极本体部104a短路，也可以如图7所示地沿划片区域100b断续地形成窗部103a。
此外，在上述实施方式中，虽然将下部电极102的所有电极本体部102a和上部电极104的所有电极本体部104a共同短路，但也可以将薄膜体波谐振器晶片100内分割为若干区域，使两者在各个区域内短路。而且，不需要将所有电极本体部102a及104a连接到短路电极部102b及104b，也可以存在不连接短路电极部102b或104b的电极本体部102a或104a。
并且，在上述实施方式中，虽然在基板101和下部电极102之间形成声多层膜110，但在本发明中形成声多层膜不是必须的。此外，作为本发明对象的薄膜体波谐振器并不限定于上述实施方式示出的类型，对于具有如图8所示的隔膜结构的薄膜体波谐振器也能适用本发明。图8所示的薄膜体波谐振器包括：具有通孔41a的基板41，在基板41上设置的缓冲层42，在缓冲层42上设置的下部电极12，在下部电极12上设置的压电膜13，在压电膜13上设置的上部电极14，缓冲层42具有作为蚀刻加工通孔41a时的蚀刻阻挡层的功能。在制造具有这种结构的薄膜体波谐振器情况下，虽未图示，也可以在压电膜13形成窗部，通过此窗部使下部电极12和上部电极14短路，由此，能够防止制造过程中产生的放电。
Claims (7)
1、一种薄膜体波谐振器晶片，具有多个薄膜体波谐振器形成区域，其特征在于，包括：基板、在上述基板上设置的下部电极和上部电极、以及在上述下部电极和上述上部电极之间设置的压电膜；在上述薄膜体波谐振器形成区域之间的至少一部分中，上述下部电极和上述上部电极短路。
2、根据权利要求1记载的薄膜体波谐振器晶片，其特征在于，上述下部电极和上部电极都包含围绕上述薄膜体波谐振器形成区域的周围的短路电极部；上述下部电极的短路电极部的至少一部分和上述上部电极的短路电极的至少一部分的平面位置实质上一致。
3、根据权利要求2记载的薄膜体波谐振器晶片，其特征在于，在上述下部电极的短路电极部和上述上部电极的短路电极部之间，连续地设有不存在上述压电膜的窗部。
4、根据权利要求2记载的薄膜体波谐振器晶片，其特征在于，在上述下部电极的短路电极部和上述上部电极的短路电极部之间，断续地设有不存在上述压电膜的窗部。
5、根据权利要求1至4中任一项记载的薄膜体波谐振器晶片，其特征在于，还包括在上述基板和上述下部电极之间设置的声多层膜。
6、一种薄膜体波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：在基板上形成下部电极的第一工序；在上述下部电极上形成压电膜的第二工序，上述压电膜具有使上述下部电极的一部分露出的窗部；在上述压电膜上形成上部电极的第三工序，通过上述窗部，上述上部电极与上述下部电极短路；沿上述窗部切断上述基板的第四工序。
7、根据权利要求6记载的薄膜体波谐振器的制造方法，其特征在于，在上述第二工序中，一面遮蔽应成为上述窗部的部分，一面形成上述压电膜。
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