JP2006024995A - 共振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に圧電層の膜厚を変化させることにより、異なる二つの周波数を備え、高周波数特性に優れた信頼性の高い共振器の製造方法を提供する。
【解決手段】形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニングする工程と、前記絶縁膜がない領域に前記圧電層をエピタキシャル成長させる工程と、前記圧電層を、前記絶縁膜の厚さまで成長させた後、横方向に成長させる工程と、前記圧電層上に第１の導電膜を形成する工程と、支持基板上にパターニングされた導電膜を形成する工程と、形成用基板と支持基板を、前記導電膜を介して貼り合わせる工程と、前記形成用基板を剥離する工程と、前記支持基板上の圧電層上に第２の導電膜を形成する工程を有する共振器の製造方法であって、前記圧電層が、同時に形成された少なくとも異なる二つの膜厚領域を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振器及びその製造方法に関するものであり、特に高周波で動作する薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）に関するものである。

電子機器のコストとサイズを低減し、かつより高性能で小型な信号フィルタへの要求が高まっている。携帯電話などの民生電子製品は、コストに大きな制限を与えられている一方、精密な周波数に同調されなければならないフィルタを用いなければならない。従って、安価で簡素なフィルタユニットを提供するために絶え間のない努力が続けられている。これらの要求を満足させる可能性を持ったフィルタの一種類が、薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）から構成されている。これらの装置は、薄膜圧電材料中のバルク縦音波を用いている。その簡単な構成としては、圧電（ＰＺ）材料の層が、二つの金属電極間に挟まれている。この構造は、挟まれている部分は、支持構造をもった形で空気中に存在する形が好ましい。これは、ＰＺ材料が電気エネルギーをメカニカルウェーブに変換する際に、電界と同じ方向に伝播し、電極／空気インターフェースで反射するためである。

一般にフィルタにおいて要求されているのは、「小型化」、「広帯域」、「低損失」である。これらの要求を満たすには、フィルタが、異なる周波数をもつ共振器を集積化することと、また、共振器単体として、「広帯域なΔｆ（共振器の共振周波数と反共振周波数の差）」と「高Ｑ値」を有することにより実現される。ここで、異なる周波数を持つ共振器を集積化するには、圧電層及び電極から構成される振動部の膜厚が領域により異なっていることを特徴とし、従来は一般的に圧電層をエッチング、または電極をエッチングする以外方法がなかった。また、広帯域なΔｆを持つには、振動子を支持する支持部を介しての横方向の共振漏れ（スプリアス）をいかに低減するかが課題であり、従来は、空洞部の形状を変更することにより実現してきた（例えば特許文献１）。以下に特許文献１の方法を示す。これは、プロセスが困難であり、工程が多くなるという課題がある。また、圧電層が高いＱ値を持つには、膜質のよいエピタキシャル成長を行った圧電（ＰＺ）層を用いればよく、高Ｑ値を持つ共振器の、製造方法のひとつとして、貼り合わせによる形成方法がある（例えば特許文献２）。以下に特許文献２の製造方法を示す。これだと、振動部の下部の空洞部を形成する方法として、支持基板または絶縁膜をエッチングする、または、支持基板上に空洞部形成のための支持導電膜を柱にする工程により、支持基板をエッチングするという工程数の増加や、導電膜を柱にすることにより圧電層の支持が弱く、信頼性が問題となる。
特開２００１−１９６８８３号公報 特開２００１−２４４２７６号公報

「小型化」のために、異なる周波数を持つ共振器を集積化するには、圧電層及び電極から構成される振動部の膜厚が領域により異なっていることを特徴とし、従来は一般的に圧電層をエッチング、または電極をエッチングすることにより、実現してきた。しかしながら、工程数が多くなり、プロセスばらつきの原因となる。また、広帯域なΔｆを持つには、振動子を支持する支持部を介しての横方向の共振漏れ（スプリアス）をいかに低減するかが課題であり、従来は、空洞部の形状を変更することにより実現してきた（例えば特許文献１）。しかしながら、従来に係る第２の共振器の製造方法によると、プロセスが困難であり、工程が多くなるという課題がある。これらの二つの課題は、圧電層又は電極など、振動部を構成する材料が均一にしか形成できず、エッチング等のプロセスがなければ選択的に構成材料の膜厚を変更することができないのが問題であった。

上記課題に鑑み、本発明は均一で膜質の良い圧電膜を備え、容易に異なる周期性を備えることが可能となり、また、容易に順テーパ形状の空洞部を形成することができ、スプリアスのない共振器を実現することを目的とするものである。

本発明の共振器の製造方法は、形成用基板上に圧電層を領域毎に層厚を変更して形成する工程と、支持基板上に半導体層を領域毎に層厚を変更して形成する工程と、前記形成用基板と前記支持基板とを、前記圧電層側と前記半導体層側とが互いに対向するようにして貼り合わせる工程とを有するものである。

この構成により、圧電層を領域毎に層厚を変更して形成しているので圧電層を選択的に形成することができ、さらに、圧電層側と半導体層側とが互いに対向するようにして形成用基板と支持基板とを、前記導電膜を介して貼り合わせることで容易に空洞部の形状を改善でき、工程数の減少につながる。

本発明の共振器の製造方法は、さらに前記形成用基板上に圧電層を形成する工程は、前記形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、圧電層をエピタキシャル成長させ、前記圧電層の層厚が前記絶縁膜の厚さに達した後、前記圧電層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程とを有することが好ましい。

この好ましい構成によれば、圧電層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させるので圧電層の結晶性を向上させることができる。

本発明の共振器の製造方法は、さらに前記支持基板上に半導体層を形成する工程は、前記支持基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、前記圧電層よりもバンドギャップの小さい半導体層をエピタキシャル成長させ、さらに前記絶縁膜上に、前記半導体層を前記支持基板の主面に沿う方向に成長させる工程とを有するものであることが好ましい。

この好ましい構成によれば、半導体層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させるので圧電層の結晶性を向上させることができる。

本発明の共振器の製造方法は、形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記絶縁膜が除去された領域に前記圧電層をエピタキシャル成長させる工程と、前記圧電層を前記絶縁膜の厚さまで成長させた後、前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程と、前記圧電層上に第１の導電膜を形成する工程と、支持基板上にパターニングされた導電膜を形成する工程と、形成用基板と支持基板とを、前記導電膜を介して貼り合わせる工程と、前記形成用基板を剥離する工程と、前記支持基板上の圧電層上に第２の導電膜を形成する工程とを有するものである。

この構成により、形成用基板と支持基板とを、前記導電膜を介して貼り合わせることで容易に空洞部の形状を改善でき、横方向の共振漏れ（スプリアス）を低減することが可能となる。

本発明の共振器の製造方法は、形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記絶縁膜が除去された領域に前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前記絶縁膜上に前記半導体層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程と、前記半導体層上に圧電層をテーパ形状に形成する工程と、前記圧電層上に、第１の導電膜を形成する工程と、支持基板上にパターニングされた導電膜を形成する工程と、形成用基板と支持基板を、前記導電膜を介して貼り合わせる工程と、前記形成用基板を剥離する工程と、前記支持基板上の圧電層上に第２の導電膜を形成する工程とを有するものである。

この構成により、圧電層をテーパ形状に形成しているので、膜厚を領域ごとに容易に変更でき、異なる周波数を持つことができる。

本発明の共振器の製造方法は、支持基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、前記圧電層よりもバンドギャップの小さい半導体層をエピタキシャル成長させ、前記半導体層を前記絶縁膜の厚さまで成長させる工程と、前記絶縁膜を除去する工程と、前記半導体層上及び前記支持基板上に、前記圧電層をエピタキシャル成長させる工程とを有するものである。

この構成により、絶縁膜を除去することで空洞部の形状を改善でき、横方向の共振漏れ（スプリアス）を低減することが可能となる。

本発明によれば、共振器について膜質の良い圧電膜を備え、容易に異なる周期性を備えることが可能となり、また、容易に順テーパ形状の空洞部を形成することができる。このため、横方向の音響漏れを防ぎ、スプリアスのない共振器を実現できる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いてより詳細に述べる。

（実施の形態１）
この実施の形態１による工程を用いて、簡便に均一で膜質の良いエピ膜を共振器に用いることが可能になり、異なる二つの周波数を持つ共振器を実現することが可能となった。

本発明の実施の形態１に係る共振器を図１に、その製造工程を図２、図３に示す。

図１において、本発明の第１の実施の形態による共振器１００が示されている。共振器１００は、支持基板１０１上に形成されている。

一つの例として、支持基板１０１は、熱酸化膜付きシリコン基板である。支持基板１０１上に形成された空隙１０８をまたぐ形で、下部電極１０４があり、その上に圧電（ＰＺ）層１０５、上部電極１０７がある。ここで、共振器１００の製造方法を示す。図２(a)において、例えば熱酸化膜付きシリコン支持基板１０１上に支持導電膜１０２を蒸着リフトオフを用いて形成する。図２(b)において、例えば形成用SiC基板１１０上にGaN層をバッファー層として成長し、さらに絶縁膜１１１を堆積、パターニングする。次に図２(c)において、圧電（ＰＺ）層AlN層１０５を、絶縁膜がない形成用SiC基板上に、エピタキシャル成長させ、絶縁膜の厚さまで成長させた後、横方向に成長させる。

次に図２(d)において、圧電（ＰＺ）層AlN層１０５に下部電極及びコンタクト電極１０３を真空蒸着法などの通常の方法を用いて形成する。そして、図３(e)において、支持基板１０１と形成用SiC基板１１０をAlN層１０５を挟み込む形で貼り合わせる。図３(f)において、SiC基板１１０側からSiC基板では吸収されず、GaNバッファー層で吸収されるような波長を持つレーザーを入射し、GaN層を融解する事によりSiC基板１１０を剥離する。最後に、図３(g)において、通常の真空蒸着などの方法を用いて、上部電極１０７を形成し、共振器１００を得る。

なお、本明細書の発明の実施形態および他において、材料、処理、および、いずれかの部分において述べられている装置の様々な部品の一般的なおよび相対的な寸法および位置は、一区分において述べられたものであってもこの明細書を通じて使えるものとする。

なお、この構成により備わる、共振に寄与しない圧電層と支持基板との間に形成される空隙１０８は、貼り合わせることによる特別な構造であり、従来の構造には存在しない。この構造により、従来は共振部以外の領域が全て支持領域であったのに対し、圧電層の一部が空隙部を有することができ、横方向の音響漏れを防ぎ、スプリアスを低減することが可能となる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る共振器の製造方法によると、エピタキシャル成長時に容易に異なる膜厚を有する高いＱ値を持つ圧電層を得ることができ、プロセス時に圧電層をエッチングするといった複雑な工程が必要なく、またプロセスによるばらつきを考える必要がない。このため、容易に高周波数特性に優れた信頼性の高い共振器を製造することができる。

この実施の形態１による工程を用いて、簡便に均一で膜質の良いエピ膜を共振器に用いることが可能になり、横方向の音響漏れを防ぎ、スプリアスを低減した共振器を実現することが可能となった。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る共振器を図４に、その製造工程を図５、図６に示す。

図４において、本発明の第２の実施の形態による共振器２００が示されている。共振器２００は、支持基板２０１上に形成されている。

一つの例として、支持基板２０１は、熱酸化膜付きシリコン基板である。支持基板２０１上に形成された空隙２０８をまたぐ形で、下部電極２０４があり、その上に圧電（ＰＺ ）層２０５、上部電極２０７がある。ここで、共振器２００の製造方法を示す。図５(a)において、例えば熱酸化膜付きシリコン支持基板２０１上に支持導電膜２０２を蒸着リフトオフを用いて形成する。図５(b)において、例えば形成用SiC基板２１０上にGaN層をバッファー層として成長し、さらに絶縁膜２１１を堆積、パターニングする。次に図５(c)において、半導体層ＧａＮ層２１２を、絶縁膜がない形成用SiC基板２１０上に、縦方向にエピタキシャル成長させ、絶縁膜２１１上に横方向に成長させる。

次に図５(d)において、半導体層２１２上に、圧電（ＰＺ）層AlN層２０５をエピタキシャル成長させる。次に図６(e)において、圧電（ＰＺ）層AlN層２０５上に下部電極２０４及びコンタクト電極（図示せず）を真空蒸着法などの通常の方法を用いて形成する。そして、図６(f)において、支持基板２０１と形成用SiC基板２１０をAlN層２０５を挟み込む形で貼り合わせる。図６(g)において、SiC基板２１０側からSiC基板では吸収されず、GaNバッファー層で吸収されるような波長を持つレーザーを入射し、GaN層を融解する事によりSiC基板２１０を剥離する。最後に、図６(h)において、通常の真空蒸着などの方法を用いて、上部電極２０７を形成し、共振器２００を得る。

なお、本明細書の発明の実施形態および他において、材料、処理、および、いずれかの部分において述べられている装置の様々な部品の一般的なおよび相対的な寸法および位置は、一区分において述べられたものであってもこの明細書を通じて使えるものとする。

なお、この構成により備わる、共振に寄与しない圧電層と支持基板との間に形成される空隙２０８は、GaN半導体層のエピタキシャル成長時の形状に大きく依存し、容易に順テーパ形状を作ることができる。これにより、横方向の音響ロスを防ぎ、スプリアスを低減することが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る共振器の製造方法によると、容易に順テーパ形状を有することにより、スプリアスを低減し高いＱ値を持つ圧電層を得ることができ、容易に高周波数特性に優れた信頼性の高い共振器を製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る共振器を示す断面図 本発明の実施の形態１に係る共振器の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態１に係る共振器の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態２に係る共振器を示す工程断面図 本発明の実施の形態２に係る共振器の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態２に係る共振器の製造方法を示す工程断面図

符号の説明

１００、２００ 共振器
１０１、２０１ 支持基板
１０２、２０２ 支持導電膜
１０３、２０３ コンタクト電極
１０４、２０４ 下部電極
１０５、２０５ 圧電（ＰＺ）層
１０７、２０７ 上部電極
１０８、２０８ 空隙
１１０、２１０ SiC基板
１１１、２１１ 絶縁膜

Claims (6)

1. 形成用基板上に圧電層を領域毎に層厚を変更して形成する工程と、支持基板上に半導体層を領域毎に層厚を変更して形成する工程と、前記形成用基板と前記支持基板とを、前記圧電層側と前記半導体層側とが互いに対向するようにして貼り合わせる工程とを有することを特徴とする共振器の製造方法。
2. 前記形成用基板上に圧電層を形成する工程は、前記形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、圧電層をエピタキシャル成長させ、前記圧電層の層厚が前記絶縁膜の厚さに達した後、前記圧電層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の共振器の製造方法。
3. 前記支持基板上に半導体層を形成する工程は、前記支持基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、前記圧電層よりもバンドギャップの小さい半導体層をエピタキシャル成長させ、さらに前記絶縁膜上に、前記半導体層を前記支持基板の主面に沿う方向に成長させる工程とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の共振器の製造方法。
4. 形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記絶縁膜が除去された領域に前記圧電層をエピタキシャル成長させる工程と、前記圧電層を前記絶縁膜の厚さまで成長させた後、前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程と、前記圧電層上に第１の導電膜を形成する工程と、支持基板上にパターニングされた導電膜を形成する工程と、形成用基板と支持基板とを、前記導電膜を介して貼り合わせる工程と、前記形成用基板を剥離する工程と、前記支持基板上の圧電層上に第２の導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする共振器の製造方法。
5. 形成用基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記絶縁膜が除去された領域に前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前記絶縁膜上に前記半導体層を前記形成用基板の主面に沿う方向に成長させる工程と、前記半導体層上に圧電層をテーパ形状に形成する工程と、前記圧電層上に、第１の導電膜を形成する工程と、支持基板上にパターニングされた導電膜を形成する工程と、形成用基板と支持基板を、前記導電膜を介して貼り合わせる工程と、前記形成用基板を剥離する工程と、前記支持基板上の圧電層上に第２の導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする共振器の製造方法。
6. 支持基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をパターニング除去する工程と、前記基板の前記絶縁膜が除去された領域上に、前記圧電層よりもバンドギャップの小さい半導体層をエピタキシャル成長させ、前記半導体層を前記絶縁膜の厚さまで成長させる工程と、前記絶縁膜を除去する工程と、前記半導体層上及び前記支持基板上に、前記圧電層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする共振器の製造方法。

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