JP2004222244A - 薄膜圧電共振器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることを可能にする。
【解決手段】 基板１上に形成され基板と下面が下部空洞５を形成する圧電膜３ａと、この圧電膜の下面に接する下部電極３ｂと、圧電膜の上面に接し下部電極と重なる部分を有する上部電極３ｃとを含み圧電膜の膜面に垂直な方向に下部空洞に通じる第１貫通孔６が形成された薄膜圧電共振子３と、圧電膜の上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に上部空洞に通じる第２貫通孔８が形成された上部空洞形成膜９と、上部空洞形成膜を覆うとともに第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層１１と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板１上に形成され基板と下面が下部空洞５を形成する圧電膜３ａと、この圧電膜の下面に接する下部電極３ｂと、圧電膜の上面に接し下部電極と重なる部分を有する上部電極３ｃとを含み圧電膜の膜面に垂直な方向に下部空洞に通じる第１貫通孔６が形成された薄膜圧電共振子３と、圧電膜の上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に上部空洞に通じる第２貫通孔８が形成された上部空洞形成膜９と、上部空洞形成膜を覆うとともに第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層１１と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は，高周波フィルタや高周波発振器として応用が可能な、圧電体薄膜の厚み縦振動を用いた薄膜圧電共振器に関し、特に基板上に保護膜により気密封止された薄膜圧電共振器およびその製造方法に関する。
圧電膜の厚み縦共振を使用した薄膜圧電共振子は、ＦＢＡＲ(Film Bulk Acoustic Resonator)、あるいはＢＡＷ(Bulk Acoustic Wave)素子などとも呼ばれており、非常に小さなデバイス寸法でＧＨｚ帯以上の領域で高い励振効率と鋭い共振特性が得られることから、移動体無線などのＲＦフィルタや電圧制御発振器への応用に有望視されている技術である。
薄膜圧電共振子では、共振周波数は圧電体の音速と膜厚によって決まり、通常１μｍ〜２μｍの膜厚で２ＧＨｚに、また０．４μｍ〜０．８μｍの膜厚で５ＧＨｚに対応し、数十ＧＨｚまでの高周波数化が可能である。
この薄膜圧電共振子を備えた薄膜圧電共振器を、図１０に示すように直列ないし並列に複数個並べて梯子型フィルタを形成することにより、移動体通信機のＲＦフィルタとして利用することができる。また、図１１に示すように、薄膜圧電共振器、バリキャップ、および増幅器を組合せることで、移動体通信機の電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator: VCO）として 利用することができる。
薄膜圧電共振子の性能は、電気機械結合係数ｋｔ ２と、品質係数Ｑ値で表すことができる。電気機械結合係数が大きいほど広帯域のフィルタや、広帯域のＶＣＯを作成することができる。電気機械結合係数を上げるには、結晶固有の電気機械結合係数の大きいものを使用し、かつ結晶の分極軸を膜の厚み方向に揃えて共振子とすることが重要である。またＱ値は、フィルタを形成したときの挿入損失や、発振器の発振の純度に関連する。Ｑ値は弾性波を吸収するような多様な現象が関係しており、結晶の純度を高め、結晶方位をそろえ、また分極方向の揃った圧電膜を使用することで、大きなＱ値を得ることができる。
例えば、特許文献１には、従来の代表的な薄膜圧電共振器が開示されている。この薄膜圧電共振器の構成およびその製造方法を図１２乃至図１６に示す。まず、図１２に示すように、シリコン基板５１上に異方性エッチングにより窪み５２を形成し、その後、表面を絶縁膜５３で覆う。次に、図１３に示すように、絶縁膜５３上にエッチングしやすい犠牲層（例えばホウ素やリンをドープしたシリケートガラス、ＢＰＳＧ）５５を形成する。その後、絶縁膜５３の表面が露出するまで研磨し、平坦化する。これにより、窪み５２のみに犠牲層５５が残置される（図１４参照）。
次に、下部電極膜、圧電膜、上部電極膜を順に堆積し、パターニングすることにより、犠牲層５５上に下部電極６０ｂ、圧電膜６０ａ、および上部電極６０ｃからなる薄膜圧電共振子６０を形成する（図１５参照）。
続いて、図１６に示すように、犠牲層５５に達する穴（図示せず）を、薄膜圧電共振子６０に開けて、選択エッチングにより犠牲層５５を除去する。このようなプロセスにより図９の薄膜共振子は形成される。
この薄膜圧電共振子６０の圧電膜６０ａと上下電極６０ｂ、６０ｃで構成される共振部は、その上下を空気層で挟んで振動エネルギが閉じ込める必要があるため、さらにアルミナなどで作成されたパッケージに気密封止する必要がある。気密封止されたパッケージの例を図１７に示す。アルミナ製の基板７１に薄膜圧電共振子６０をワイヤーボンディング７３により接続し、基板７１をアルミナ製の蓋７７と、はんだ７５により接合して気密封止する。
特開２０００−６９５９４公報
このように、従来の薄膜圧電共振器においては上下電極間に振動エネルギを閉じ込めるために、上部電極６０ｃの上方および下部電極６０ｂの下方に空気層を設ける必要があり、かつ電極層などを外部環境から保護するために全体を封止する必要がある。下部電極６０ｂの下方の空気層は、既に図１２乃至図１６に示したように犠牲層５５をあらかじめ作成して選択エッチングにより溶解除去する方法をとることができる。一方、上部電極６０ｃの上方の空気層は、既に図１７に示したように、アルミナなどで作成された気密封止用のパーケージに封入することが行われており、パッケージの構造が複雑で高価であり、またパッケージの大きさが大きくなるという問題点がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様による薄膜圧電共振器は、基板上に形成され基板と下面が下部空洞を形成する圧電膜と、この圧電膜の下面に接する下部電極と、圧電膜の上面に接し下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含み圧電膜の膜面に垂直な方向に下部空洞に通じる第１貫通孔が形成された薄膜圧電共振子と、圧電膜の上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に上部空洞に通じる第２貫通孔が形成された上部空洞形成膜と、上部空洞形成膜を覆うとともに第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第２の態様による薄膜圧電共振器は、表面に窪みが設けられた基板上に形成され前記基板の前記窪みと下面が下部空洞を形成する圧電膜と、この圧電膜の前記下面に接する下部電極と、前記圧電膜の上面に接し前記下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含み前記圧電膜の膜面に垂直な方向に前記下部空洞に通じる第１貫通孔が形成された薄膜圧電共振子と、前記圧電膜の前記上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に前記上部空洞に通じる第２貫通孔が形成された上部空洞形成膜と、前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第３の態様による薄膜圧電共振器は、基板の表面に形成された音響反射層と、前記音響反射層を覆うように形成された圧電膜と、この圧電膜の下面に接する下部電極と、前記圧電膜の上面に接し前記下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含む薄膜圧電共振子と、前記圧電膜の前記上面と空洞を形成し、膜面垂直方向に前記空洞に通じる貫通孔が形成された空洞形成膜と、前記空洞形成膜を覆うとともに前記貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第４の態様による薄膜圧電共振器の製造方法は、基板上に第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層の一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、前記下部電極および前記第１犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第１犠牲層に通じる第１貫通孔を有する圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の一部分を覆うように前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、前記圧電膜および前記上部電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、前記第２犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第２犠牲層に通じる第２貫通孔を有する上部空洞形成膜を形成する工程と、前記第２および第１貫通孔を通して前記第２および第１犠牲層を選択的に除去する工程と、前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第５の態様による薄膜圧電共振器の製造方法は、基板に窪みを形成する工程と、前記基板の前記窪みに埋め込まれる第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層の少なくとも一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、前記下部電極および前記第１犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第１犠牲層に通じる第１貫通孔を有する圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の一部分を覆い前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、前記圧電膜および前記上部電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、前記第２犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第２犠牲層に通じる第２貫通孔を有する上部空洞形成膜を形成する工程と、前記第２および第１貫通孔を通して前記第２および第１犠牲層を選択的に除去する工程と、前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第６の態様による薄膜圧電共振器の製造方法は、基板に窪みを形成する工程と、前記基板の前記窪みに埋め込まれる音響反射層を形成する工程と、前記音響反射層の少なくとも一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、前記下部電極および前記音響反射層を覆う圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の一部分を覆い前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、前記圧電膜および前記上部電極を覆う犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記犠牲層に通じる貫通孔を有する空洞形成膜を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲層を選択的に除去する工程と、前記空洞形成膜を覆うとともに前記貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による薄膜圧電共振器の構成を図１に示す。この薄膜圧電共振器は、薄膜圧電共振子３を備え、この薄膜圧電共振子３の平面図を図２に示す。なお、図１は、図２に示す切断線Ａ−Ａで切断した場合の断面図である。
本発明の第１実施形態による薄膜圧電共振器の構成を図１に示す。この薄膜圧電共振器は、薄膜圧電共振子３を備え、この薄膜圧電共振子３の平面図を図２に示す。なお、図１は、図２に示す切断線Ａ−Ａで切断した場合の断面図である。
この実施形態による薄膜圧電共振器は、絶縁性基板１との間に下部空洞５が設けられるように絶縁性基板１上に形成された薄膜圧電共振子３と、この薄膜圧電共振子３との間に上部空洞７が設けられるように薄膜圧電共振子３上に形成された上部空洞形成膜９と、上部空洞形成膜９上に形成された封止層１１と、電極１３ａ、１３ｂとを備えている。薄膜圧電共振子３は、圧電膜３ａと、下部空洞５側に設けられた下部電極３ｂと、上部空洞７側に設けられた上部電極３ｃとを備えている。
圧電膜３ａは、絶縁性基板１との間に下部空洞５を形成するために、端部近傍部分は基板１に沿って形成され、中央部に行くに連れて基板１から離れるように形成され、中央部が平坦で基板１と一定の距離となるように構成されている。下部電極３ｂは、圧電膜３ａの下部空洞５側の面に接して一方の端部から上記中央部まで延在するように構成されている（図１、図２参照）。上部電極３ｃは、圧電膜３ａの上部空洞７側の面に接して他方の端部から上記中央部まで延在するように構成されている（図１、図２参照）。そして、下部電極３ｂと上部電極３ｃとは、中央部の平坦の領域で重なるように配置されており、この重なっている領域に対応する圧電膜３ａが電極３ｂ、３ｃからの電圧を受けて縦振動する。なお、本実施形態においては、図２に示すように下部電極３ｂと上部電極３ｃは同一方向に延在しているが、図３に示すように直交する方向に延在していても良い。
また、薄膜圧電共振子３は、図２に示すように、下部空洞５と上部空洞７が通じるように貫通孔６が４個設けられている。この貫通孔６は、圧電膜３ａの中央部の平坦領域に設けられることが好ましい。また、貫通孔６は、下部電極３ｂおよび上部電極３ｃに係るように設けても良い。
電極１３ａは、上部空洞形成膜９および封止層１１に形成されたコンタクト孔を介して薄膜圧電共振子３の下部電極３ｂと電気的に接続され、電極１３ｂは上部空洞形成膜９および封止層１１に形成されたコンタクト孔を介して薄膜圧電共振子３の上部電極３ｃと電気的に接続される。
次に、本実施形態による薄膜圧電共振器の製造方法を、図４乃至図７を参照して説明する。なお、図４乃至図７は、図２に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した場合の断面図である。
まず、図４に示すように、絶縁性シリコンやガラスなどを使用した絶縁性基板１を用意し、Ｐ（燐）をドーピングした非晶質シリコンなどからなる犠牲層２０を成膜し、リソグラフィおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングを行った。続いて、図１で説明したと同じ構成を有する、圧電膜３ａと上下電極３ｂ、３ｃとを具備した薄膜圧電共振子３を形成した。このとき、圧電膜３ａの一部には、犠牲層２０を選択エッチングにより除去するための、犠牲層２０に通じる下部貫通孔６を形成した。
次に、図５に示すように、薄膜圧電共振子３の上に、犠牲層２２を成膜し、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングによりパターニングを行った。続いて、スパッタ法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、または蒸着法を用いて、例えば酸化膜からなる上部空洞形成膜９を成膜し、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングによりパターニングを行った。このとき、上部空洞形成膜９の一部には、犠牲層２２を選択エッチングにより除去するための、犠牲層２２に通じる上部貫通孔８を形成した。なお、本実施形態においては、下部貫通孔６と上部貫通孔８は、お互いに重なる位置に作成したが、重ならない位置に形成しても良い。
次に、図６に示すように、犠牲層２０、２２のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを使用して、上部貫通孔８および下部貫通孔６から犠牲層２２、２０を同時に選択溶解除去し、薄膜圧電共振子３の上下に上部空洞７および下部空洞５を形成した。
次に、図７に示すように、上部空洞形成膜９上に、例えばスパッタ法などを使用して、例えば酸化膜などからなる封止層１１を成膜し、貫通孔６、８を塞ぐことにより薄膜圧電共振子３を封止した。
以上説明したように、薄膜圧電共振子の共振部の上下に空洞を形成して封止した薄膜圧電共振器を簡略なプロセスで実現することが可能となり、従来の場合と異なり高価なアルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなる。これにより、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることができる。また、アルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなるため、本実施形態の薄膜圧電共振器は従来のものに比べて薄くすることができる。
なお、本実施形態においては、薄膜圧電共振子３に貫通孔６が設けられ、上部空洞形成膜９に貫通孔８が設けられているので、封止層１１が剥がれにくいという利点を有している。
また、上記封止層１１上に薄膜圧電共振子３から出力される高周波のノイズをシールドするために金属膜を被覆しても良い。
また、上記実施形態において、平らな基板１を用いる代わりに、図１２に示すように窪んだ基板を用いれば、薄膜圧電共振子３は平坦な膜から構成されることになる。
また、上部空洞形成膜９および封止層１１は、熱可塑性の樹脂を用いても良い。この場合、上部空洞形成膜９および封止層１１はポッティング、スピンコート、またはラミネート法により形成することができる。なお、貫通孔６と貫通孔８の位置が異なる場合は、封止層１１は樹脂以外の材料を用いてスパッタ法により形成することが好ましい。
また、図８に示すように、上部空洞形成膜９Ａは金属材料から形成しても良い。この場合、電極１３ａ、１３ｂのうちの少なくても一方は上部空洞形成膜９Ａと電気的に絶縁されることが必要となる。図８においては、電極１３ａが上部空洞形成膜９Ａと電気的に絶縁されている。
また、図９に示すように、封止層１１Ａは金属材料から形成しても良い。この場合、電極１３ａ、１３ｂのうちの少なくても一方は封止層１１Ａと電気的に絶縁されることが必要となる。図９においては、電極１３ａが封止層１１Ａと電気的に絶縁されている。このように封止層１１Ａが金属材料から形成されている場合には、薄膜圧電共振子３から出力される高周波ノイズをシールドすることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による薄膜圧電共振器を、図１８乃至図２８を参照して説明する。図１８乃至図２８は、本実施形態による薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図である。
次に、本発明の第２実施形態による薄膜圧電共振器を、図１８乃至図２８を参照して説明する。図１８乃至図２８は、本実施形態による薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図である。
まず、図１８に示すように、例えばシリコンからなる絶縁性基板１０１に異方性エッチングにより窪み１０２を形成し、この窪み１０２を覆うように絶縁層１０３を形成する。続いて、図１９に示すように、絶縁層１０３上に、エッチングしやすい犠牲層、例えばホウ素やリンをドープしたシリケートガラス、ＢＰＳＧ(Boron Phospharus Silicate Glass)のいずれかからなる犠牲層１０４を形成する。その後、図２０に示すように、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)を用いて、絶縁層１０３の表面が露出するまで犠牲層１０４を研磨し、平坦化する。これにより、シリコン基板１０１の表面に形成された窪み１０２にのみに犠牲層１０４が残置される（図２０参照）。
次に、図２１に示すように、基板全面に電極材料膜を例えばスパッタ法により形成し、この電極材料膜を、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、下部電極１０５を形成する。この下部電極１０５は、犠牲層１０４の一部分を覆うように形成される。続いて、図２２に示すように、基板全面に圧電材料膜を例えば反応性スパッタ法により形成し、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、圧電膜１０６を形成する。このとき、圧電膜１０６には下部電極１０５に通じるコンタクト孔１０６ａと、図示しないが、第１実施形態の場合と同様に、犠牲層１０４を選択エッチングにより除去するための、犠牲層１０４に達する第１の貫通孔が形成される。
次に、図２３に示すように、圧電膜１０６上に電極材料膜を例えばスパッタ法により形成し、この電極材料膜を、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、上部電極１０７を形成する。このとき、上部電極１０７は、シリコン基板１０１に形成された窪み１０２上で下部電極１０５と重なる領域が生じるように形成される。このように形成された下部電極１０５と、圧電膜１０６と、上部電極１０７とによって薄膜圧電共振子が構成される。
次に、図２４に示すように、上部電極１０７を覆うように、犠牲層１０８を成膜し、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングを用いて犠牲層１０８をパターニングする。続いて、図２５に示すように、犠牲層１０８を覆うように例えば酸化膜を成膜し、この酸化膜をリソグラフィおよび反応性イオンエッチングによりパターニングすることにより、上部空洞形成膜１０９を形成する。このとき、上部空洞形成膜１０９には、犠牲層１０８、１０４を選択エッチングにより除去するための犠牲層１０８に通じる第２の貫通孔１０９ａと、上部電極１０７に通じるコンタクト孔１０９ｂと、コンタクト孔１０６ａに通じるコンタクト孔１０９ｃとが形成される。
次に、図２６に示すように、犠牲層１０８、１０４のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを使用して、第１および第２の貫通孔から犠牲層１０８、１０４を同時に選択溶解除去することにより、薄膜圧電共振子１０５、１０６、１０７の上下に上部空洞１１１および下部空洞１１３を形成する。
次に、図２７に示すように、上部空洞形成膜１０９の上に、例えばスパッタ法などを使用して、例えば酸化膜を成膜し、この酸化膜をパターニングすることにより、封止層１１０を形成する。この封止層１１０によって貫通孔１０９ａが塞がれて薄膜圧電共振子１０５、１０６、１０７が封止される。
次に、図２８に示すように、例えばスパッタ法などを用いて、コンタクト孔１０９ｂ、１０９ｃを埋め込むように、例えばＡｌ（アルミニウム）などからなる膜を成膜し、このＡｌ膜をリソグラフィおよび反応性イオンエッチングを用いてパターニングし、上部電極１０７に電気的に接続されるコンタクトプラグ１１４および下部電極１０５に電気的に接続されるコンタクトプラグ１１５を形成し、薄膜圧電共振器を完成する。
このように形成された、本実施形態による薄膜圧電共振器においては、薄膜圧電共振子の共振部の上下に空洞１１１、１１３を形成して封止した薄膜圧電共振器を簡略なプロセスで実現することが可能となり、従来の場合と異なり高価なアルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなる。これにより、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることができる。また、アルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなるため、本実施形態の薄膜圧電共振器は従来のものに比べて薄くすることができる。
なお、本実施形態においては、上部空洞形成膜１０９に貫通孔１０９ａが設けられているので、封止層１１０が剥がれにくいという利点を有している。
また、上記封止層１１０上に薄膜圧電共振子から出力される高周波のノイズをシールドするために金属膜を被覆しても良い。
また、上部空洞形成膜１０９および封止層１１０は、熱可塑性の樹脂を用いても良い。この場合、上部空洞形成膜１０９および封止層１１０はポッティング、スピンコート、またはラミネート法により形成することができる。なお、第１貫通孔と第２貫通孔１０９ａの位置が異なる場合は、封止層１１０は樹脂以外の材料を用いてスパッタ法により形成することが好ましい。
また、第１実施形態と同様に、上部空洞形成膜１０９は金属材料から形成しても良い。この場合、電極１１４、１１５のうちの少なくても一方は上部空洞形成膜１０９と電気的に絶縁されることが必要となる。
また、第１実施形態と同様に、封止層１１０は金属材料から形成しても良い。この場合、電極１１４、１１５のうちの少なくても一方は封止層１１０と電気的に絶縁されることが必要となる。このように封止層１１０が金属材料から形成されている場合には、薄膜圧電共振子から出力される高周波ノイズをシールドすることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による薄膜圧電共振器を、図２９乃至図３８を参照して説明する。図２９乃至図３８は、本実施形態による薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図である。
次に、本発明の第３実施形態による薄膜圧電共振器を、図２９乃至図３８を参照して説明する。図２９乃至図３８は、本実施形態による薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図である。
この第３実施形態の薄膜圧電共振器は、第２実施形態による薄膜圧電共振器において、薄膜圧電共振子の下側の空洞を形成する代わりにブラッグ音響反射層を作成した例である。ブラッグ音響反射層は、音響インピーダンスのなるべく異なる２種類の材料を使用し、薄膜圧電共振子の共振周波数の波長λの１／４に相当する厚さに交互に積層することにより達成することができる。反射層を設けた場合は、空洞を設けた場合と比較すると電気機械結合係数が若干低下するという欠点があるが、空洞を形成しなくてもよい等のプロセス上のメリットがある。
まず、図２９に示すように、例えばシリコンからなる絶縁性基板１２１上に異方性エッチングにより窪み１２１ａを形成し、その後、例えばＷ（タングステン）からなる反射層１２２と、例えば酸化シリコンからなる反射層１２３を交互に積層した積層膜を形成し、窪み１２１ａを埋め込む。
次に、図３０に示すように、例えばＣＭＰを用いてシリコン基板１２１の表面が露出するまで積層膜を研磨し、平坦化する。続いて、図３１に示すように、積層膜１２４を覆うように電極材料膜を例えばスパッタ法により形成し、この電極材料膜を、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、下部電極１２５を形成する。
次に、図３２に示すように、基板上に圧電材料膜を例えば反応性スパッタ法により形成し、この圧電材料膜を、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、圧電膜１２６を形成する。この圧電膜１２６には、下部電極１２５に通じるコンタクト孔１２６ａが設けられている（図３２参照）。
次に、図３３に示すように、圧電膜１２６上に電極材料膜を例えばスパッタ法により形成し、この電極材料膜を、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、上部電極１２７を形成する。このとき、上部電極１２７は、積層膜１２４上で下部電極１２５と重なる領域が生じるように形成される。このように形成された下部電極１２５と、圧電膜１２６と、上部電極１２７とによって薄膜圧電共振子が構成される。
次に、図３４に示すように、上部電極１２７を覆うように、犠牲層１２８を成膜し、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングを用いてパターニングを行う。続いて、図３５に示すように、犠牲層１２８を覆うように、例えば酸化膜を成膜し、この酸化膜をリソグラフィおよび反応性イオンエッチングを用いてパターニングすることにより、空洞形成膜１２９を形成する。このとき、空洞形成膜１２９には、犠牲層１２８を選択エッチングにより除去するための犠牲層１２８に通じる貫通孔１２９ａと、上部電極１２７に通じるコンタクト孔１２９ｂと、コンタクト孔１２６ａに通じるコンタクト孔１２９ｃとが形成される（図３５参照）。
次に、図３６に示すように、犠牲層１２８のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを使用して、貫通孔１２９ａから犠牲層１２８を選択溶解除去し、薄膜圧電共振子上に空洞１３０を形成する。
次に、図３７に示すように、空洞形成膜１２９上に、例えばスパッタ法などを使用して、例えば酸化膜を成膜し、この酸化膜をパターニングすることにより封止層１３１を形成する。この封止層１３１によって貫通孔１２９ａが塞がれて薄膜圧電共振子が封止される。
次に、図３８に示すように、例えばスパッタ法などを使用して、コンタクト孔１２９ｂ、１２９ｃを埋め込むように、例えばＡｌ（アルミニウム）からなるＡｌ膜を成膜し、このＡｌ膜をリソグラフィおよび反応性イオンエッチングを用いてパターニングし、上部電極１２７に電気的に接続されるコンタクトプラグ１３２および下部電極１２５に電気的に接続されるコンタクトプラグ１３３を形成し、薄膜圧電共振器を完成する。
このように形成された、本実施形態による薄膜圧電共振器においては、薄膜圧電共振子の共振部の下に音響反射層からなる積層膜１２４が形成されるとともに共振部の上に空洞１３０が形成されて封止された薄膜圧電共振器を簡略なプロセスで実現することが可能となり、従来の場合と異なり高価なアルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなる。これにより、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることができる。また、アルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなるため、本実施形態の薄膜圧電共振器は従来のものに比べて薄くすることができる。
なお、本実施形態においては、空洞形成膜１２９に貫通孔１２９ａが設けられているので、封止層１３１が剥がれにくいという利点を有している。
また、上記封止層１３１上に薄膜圧電共振子から出力される高周波のノイズをシールドするために金属膜を被覆しても良い。
また、空洞形成膜１２９および封止層１３１は、熱可塑性の樹脂を用いても良い。この場合、上部空洞形成膜１２９および封止層１３１はポッティング、スピンコート、またはラミネート法により形成することができる。
また、第１実施形態と同様に、空洞形成膜１２９は金属材料から形成しても良い。この場合、電極１３２、１３３のうちの少なくても一方は空洞形成膜１２９と電気的に絶縁されることが必要となる。
また、第１実施形態と同様に、封止層１３１は金属材料から形成しても良い。この場合、電極１３２、１３３のうちの少なくても一方は封止層１３１と電気的に絶縁されることが必要となる。このように封止層１３１が金属材料から形成されている場合には、薄膜圧電共振子から出力される高周波ノイズをシールドすることができる。
以上述べたように本発明の各実施形態によれば、容易に作成可能で安価な薄膜圧電共振器を得ることができる。
１ 絶縁性基板
３ 薄膜圧電共振子
３ａ 圧電膜
３ｂ 下部電極
３ｃ 上部電極
５ 下部空洞
６ 貫通孔
７ 上部空洞
８ 貫通孔
９ 上部空洞形成膜
１１ 封止層
２０ 犠牲層
２２ 犠牲層
３ 薄膜圧電共振子
３ａ 圧電膜
３ｂ 下部電極
３ｃ 上部電極
５ 下部空洞
６ 貫通孔
７ 上部空洞
８ 貫通孔
９ 上部空洞形成膜
１１ 封止層
２０ 犠牲層
２２ 犠牲層
Claims (15)
- 基板上に形成され前記基板と下面が下部空洞を形成する圧電膜と、この圧電膜の前記下面に接する下部電極と、前記圧電膜の上面に接し前記下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含み前記圧電膜の膜面に垂直な方向に前記下部空洞に通じる第１貫通孔が形成された薄膜圧電共振子と、
前記圧電膜の前記上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に前記上部空洞に通じる第２貫通孔が形成された上部空洞形成膜と、
前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。 - 前記第１貫通孔と前記第２貫通孔は重なるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜圧電共振器。
- 前記圧電膜は端部近傍が平坦で、前記端部近傍から中央部に行くにつれて前記基板から離れ、前記中央部近傍が平坦であり、前記下部電極と前記上部電極の重なり部分は前記中央部近傍の平坦な領域に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜圧電共振器。
- 前記封止層は少なくとも表面が金属層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
- 表面に窪みが設けられた基板上に形成され前記基板の前記窪みと下面が下部空洞を形成する圧電膜と、この圧電膜の前記下面に接する下部電極と、前記圧電膜の上面に接し前記下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含み前記圧電膜の膜面に垂直な方向に前記下部空洞に通じる第１貫通孔が形成された薄膜圧電共振子と、
前記圧電膜の前記上面と上部空洞を形成し、膜面垂直方向に前記上部空洞に通じる第２貫通孔が形成された上部空洞形成膜と、
前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。 - 前記圧電膜は平坦であることを特徴とする請求項５記載の薄膜圧電共振器。
- 前記封止層は少なくとも表面が金属層であることを特徴とする請求項５または６記載の薄膜圧電共振器。
- 基板の表面に形成された音響反射層と、
前記音響反射層を覆うように形成された圧電膜と、この圧電膜の下面に接する下部電極と、前記圧電膜の上面に接し前記下部電極と重なる部分を有する上部電極とを含む薄膜圧電共振子と、
前記圧電膜の前記上面と空洞を形成し、膜面垂直方向に前記空洞に通じる貫通孔が形成された空洞形成膜と、
前記空洞形成膜を覆うとともに前記貫通孔を塞ぐように形成された封止層と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。 - 前記圧電膜は平坦であることを特徴とする請求項８記載の薄膜圧電共振器。
- 前記音響反射層は、ブラッグ音響反射層であることを特徴とする請求項８または９記載の薄膜圧電共振器。
- 前記音響反射層は、前記基板に埋め込まれていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
- 前記封止層は少なくとも表面が金属層であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
- 基板上に第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層の一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、
前記下部電極および前記第１犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第１犠牲層に通じる第１貫通孔を有する圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の一部分を覆うように前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、
前記圧電膜および前記上部電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第２犠牲層に通じる第２貫通孔を有する上部空洞形成膜を形成する工程と、
前記第２および第１貫通孔を通して前記第２および第１犠牲層を選択的に除去する工程と、
前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。 - 基板に窪みを形成する工程と、
前記基板の前記窪みに埋め込まれる第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層の少なくとも一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、
前記下部電極および前記第１犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第１犠牲層に通じる第１貫通孔を有する圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の一部分を覆い前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、
前記圧電膜および前記上部電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記第２犠牲層に通じる第２貫通孔を有する上部空洞形成膜を形成する工程と、
前記第２および第１貫通孔を通して前記第２および第１犠牲層を選択的に除去する工程と、
前記上部空洞形成膜を覆うとともに前記第２貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。 - 基板に窪みを形成する工程と、
前記基板の前記窪みに埋め込まれる音響反射層を形成する工程と、
前記音響反射層の少なくとも一部分を覆うように下部電極を形成する工程と、
前記下部電極および前記音響反射層を覆う圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の一部分を覆い前記下部電極と重なる部分を有する上部電極を形成する工程と、
前記圧電膜および前記上部電極を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を覆い膜面垂直方向に前記犠牲層に通じる貫通孔を有する空洞形成膜を形成する工程と、
前記貫通孔を通して前記犠牲層を選択的に除去する工程と、
前記空洞形成膜を覆うとともに前記貫通孔を塞ぐ封止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
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