JP2006148402A - 共振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共振器のスプリアスを改善する。
【解決手段】ＰＶＤ法にて形成した犠牲圧電層の上にＭＯＣＶＤ法で圧電層を成膜する。ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は、ＭＯＣＶＤ法と違って、下地膜との格子整合性の影響を受けず、高いＣ軸配向性を持つ。故に、ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層上にＭＯＣＶＤ法で圧電層を成膜すると、高結晶性を備え、しかも格子整合することからクラックもない良好な本圧電層を得ることができる。その後ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は現像液で除去することにより高品位の圧電層のみを共振器として使用することが可能となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、音響共振器に関するもので、電子回路におけるフィルタとして使うことができる共振器の製造方法に関する。

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。

従来、ＦＢＡＲで用いられる圧電層はＰＶＤ法により成膜されるものが知られ、また、ＦＢＡＲの構造では、基板底面から下部電極に到達するまで貫通孔を有する構造、基板中もしくは基板上に空洞（エアギャップ、エアブリッジ）を有する構造が知られていた（下記特許文献１参照）。
米国特許第６３８４６９７号明細書

一般にフィルタにおいて要求されているのは「広帯域」、「低損失」である。これらの要求を満たすには、ＦＢＡＲが「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、高いＱ値を持つためには、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、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて高温成長を行うことが考えられる。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法はエピタキシャルな成長方法である為、下地膜の格子定数との不整合があると、転移や欠陥、さらにはクラックの発生を伴ってしまう。つまり、結晶性の悪い低温バッファ層を除去し、さらにＭＯＣＶＤの高結晶性を如何なく発揮することのできる共振器の製造方法が強く望まれる。

上記課題に鑑み、本発明は共振器として「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」を実現するためのものである。

上記課題を解決するために本発明の共振器の製造方法は、結晶性の悪い犠牲圧電層と、結晶性の良い高温圧電層を分離する工程を有するものである。

これにより、高品位の圧電層のみを用いた、共振器の作製が可能となる。特に現像液で除去することにより、従来選択的なエッチングが困難であったが、高温圧電層への破壊ダメージなく分離することができる。

本発明の共振器の製造方法は、犠牲圧電層の製造方法として、さらにＰＶＤ法にて形成する工程を有するものである。ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は、ＭＯＣＶＤ法と違って、下地膜との格子整合性の影響を受けず、高いＣ軸配向性を持つ。故に、ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層上にＭＯＣＶＤ法で圧電層を成膜すると、高結晶性を備え、しかも格子整合することからクラックもない良好な本圧電層を得ることができる。その後ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は現像液で除去することにより高品位の圧電層のみを共振器として使用することができる。

本発明の共振器の製造方法は、ＭＯＣＶＤ法にて低温成長する工程と、貼り合せ後、現像液にて犠牲圧電層のみを除去する工程を有するものである。ＭＯＣＶＤ法の低温成長にて成膜した犠牲圧電層は、アモルファスになっているので、ＰＶＤ法にて成膜した犠牲圧電層よりも結晶性は悪いが、犠牲圧電層と本圧電層を同一チャンバで成膜できることから圧電層の形成工程の簡略化、工程時間の短縮につながる。

本発明によれば、高品位の圧電層のみを用いた、共振器の作製が可能となる。それにより共振器として「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」を有するものが得られる。

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。

まず、我々は低温成長によるバッファ層を挿入することで、クラックの抑制を実現した。図１に、例えば低温バッファ層の膜厚に対するクラック密度と結晶性（半値幅）について示す。低温バッファ層の膜厚に対してクラック密度と半値幅がトレードオフになっているのがわかる。これより、クラック抑制の為の低温バッファ層は結晶性が悪く、その上に堆積した高温圧電層までも結晶性の低下を引き起こしていると考えられる。つまり、結晶性の悪い低温バッファ層を除去し、さらにＭＯＣＶＤの高結晶性を如何なく発揮することのできる共振器の製造方法が強く望まれる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る共振器を図２に、その製造工程を図３に示す。

図２において、本発明の第１の実施の形態による共振器３００が示されている。共振器３００は、支持基板３０１上に形成されている。

一つの例として、支持基板３０１は、熱酸化膜付きシリコン基板である。支持基板３０１上に形成された空隙３０８をまたぐ形で、下部電極３０４があり、その上に圧電（ＰＺ ）層３０７、上部電極３０９がある。

ここで、共振器３００の製造方法を示す。図３(a)において、例えば熱酸化膜付きシリコンの支持基板３０１上に支持導電膜３０２を蒸着リフトオフを用いて形成する。図３(b)において、例えばＡｌ₂Ｏ₃基板３０６上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。その後、ＰＶＤ法にて、例えばスパッタを用いて、ＡｌＮの犠牲圧電層層３０５を形成する。図３(c)において、犠牲圧電層３０５上にＭＯＣＶＤ法にて圧電層３０７をエピタキシャル成長させる。次に圧電層３０７上に下部電極３０４及びコンタクト電極３０３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(d)において、シリコンの支持基板３０１とＡｌ₂Ｏ₃基板３０６を、ＡｌＮの圧電層３０７を挟み込む形で張り合わせる。図３(e)において、Ａｌ₂Ｏ₃基板３０６側からＡｌ₂Ｏ₃基板３０６では吸収されず、ＧａＮバッファ層で吸収されるような波長を持つレーザーを入射し、ＧａＮ層を融解することによりＡｌ₂Ｏ₃基板３０６を剥離する。その後、ＧａＮ層を例えばドライエッチングや、ウェットエッチングを用いて除去し、さらに、６０℃以上に恒温した現像液で犠牲圧電層３０５を除去し、圧電層３０７を露出する。最後に、図３(f)において、通常の真空蒸着などの方法を用いて、上部電極３０９を形成し、共振器３００を得る。

この実施の形態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、スプリアスのない共振器を実現することが可能となった。

なお、犠牲圧電層の製造方法として、ＰＶＤ法にて形成する工程を有する製造方法であれば、ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は、ＭＯＣＶＤ法と違って、下地膜との格子整合性の影響を受けず、高いＣ軸配向性を持つ。故に、ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層上にＭＯＣＶＤ法で圧電層を成膜すると、高結晶性を備え、しかも格子整合することからクラックもない良好な本圧電層を得ることができる。その後ＰＶＤ法で成膜した犠牲圧電層は現像液で除去することにより高品位の圧電層のみを共振器として使用することが可能となる。

なお、犠牲圧電層の製造方法として、ＭＯＣＶＤ法にて低温成長する工程を有する場合、ＭＯＣＶＤ法の低温成長にて成膜した犠牲圧電層は、アモルファスになっているので、ＰＶＤ法にて成膜した犠牲圧電層よりも結晶性は悪いが、犠牲圧電層と本圧電層を同一チャンバで成膜できることから圧電層の形成工程の簡略化と工程時間の短縮につながる。

なお、圧電（ＰＺ）層３０５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ ）あるいは他の適当な圧電材料を用いて構成できる。また、レーザーリフトオフ法で用いるレーザー種により、圧電（ＰＺ）層３０５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）を組み合わせた構成も可能である。また、電極、例えば下部電極３０４は、モリブデンを使える。しかしながら、電極には他の適当な導電体も使うことができる。

なお、支持導電膜３０２及びコンタクト電極３０３は、単層、もしくはいくつかの導電膜を組み合わせて構成することができ、場所によりその構成を組み合わせて使用することもできる。

本発明は、共振器として「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」を有するものを作成することができ、それにより共振器の特性を向上させることができる。

本発明の共振器に係る低温バッファ層の、膜厚に対するクラック密度と結晶性（半値幅）との関係を示す図 本発明の実施の形態に係る共振器の構成断面図 本発明の実施の形態に係る共振器の製造工程断面図

符号の説明

３００ 共振器
３０１ 支持基板
３０２ 支持導電膜
３０３ コンタクト電極
３０４ 下部電極
３０５ 犠牲圧電層
３０６ Ａｌ₂Ｏ₃基板
３０７ 圧電層
３０８ 空隙
３０９ 上部電極

Claims (5)

1. 窒化アルミニウムを備えたデバイスであって、結晶性のよいＡｌＮと結晶性の悪いＡｌＮを選択的に分離し、結晶性の良好なＡｌＮのみを備えたデバイス。
2. 高い結晶性を有する薄膜バルク音響共振器の製造方法であって、第一の基板上に結晶性の悪い犠牲圧電層を形成する工程と、前記犠牲圧電層上に、結晶性の良好な本圧電層を、ＭＯＣＶＤ法にて高温成長することで形成する工程と、前記第一の基板と第二の基板を、金属から構成されるポストを介して貼り合せる工程と、前記第一の基板と前記犠牲圧電層を、前記本圧電層に対してエッチングによるダメージを与えず剥離する工程を備えることを特徴とする共振器の製造方法。
3. 前記犠牲圧電層を形成する工程は、ＰＶＤ法にて形成される工程であることを特徴とする請求項１及び２に記載の共振器の製造方法。
4. 前記犠牲圧電層を形成する工程は、ＭＯＣＶＤ法の低温成長にて形成される工程であることを特徴とする請求項１及び２に記載の共振器の製造方法。
5. 前記犠牲圧電層及び本圧電層が、窒化アルミニウムである請求項１から４に記載の共振器の製造方法。

Images