JP2008034925A - 薄膜音響共振器、フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑な表面の上に形成された結晶性が良好な圧電膜を備えた薄膜音響共振器を容易に実現できるようにする。
【解決手段】薄膜音響共振器は、基板１１と、基板１１の上に形成された音響反射部１４と、音響反射部１４の上に形成された音響共振部１８とを備えている。音響共振部１８は、音響反射部１４の上に順次形成された下部電極１５、圧電膜１６及び上部電極１７を有している。音響反射部１４は、音響インピーダンスの値が下部電極１５の音響インピーダンスの値よりも低い材料からなる低音響インピーダンス層１３を含み、音響反射部１４の音響共振部１８と接する層は、スピンコーティングにより形成された膜からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜音響共振器、フィルタ及びその製造方法に関し、特に、音響反射部を備えた薄膜音響共振器、フィルタ及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話端末のマルチバンド化に伴い、共用器及び段間フィルタ等は、従来よりもさらに低挿入損失で且つ急峻な減衰特性が要求されている。薄膜音響共振器（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）は圧電薄膜中を伝播する弾性波の厚さ方向の共振を利用した音響共振器で、これをラダー接続したＦＢＡＲフィルタは、低損失と急峻な減衰特性が実現できるフィルタとして注目されている。

薄膜音響共振器は、圧電膜並びに圧電膜の上面及び下面に配置された上部電極及び下部電極からなる共振部を備えている。さらに、圧電膜を励振させることにより発生した音響波を共振部内に閉じ込めるため、共振部の上下に空洞部又は音響反射部等を設ける必要がある。音響反射部は、基板の上に交互に積層された低音響インピーダンス層と、低音響インピーダンス層と比べて音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とからなる。

薄膜音響共振器の共振特性は、圧電体の結晶性に影響され、優れたフィルタ特性を実現するためには、結晶性の良好な圧電膜が不可欠である。さらに、良好な結晶性を有する圧電膜を得るためには、下地である下部電極、さらにはその下部電極の下地となる音響反射部の上面を平滑にする必要があることが一般的に知られている。

通常の化学気相堆積（ＣＶＤ）法又はスパッタ法等を用いて基板の上に低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とを交互に堆積して音響反射部を形成した場合には、各層の表面の凹凸が積層により増長され、音響反射部の表面を平滑にすることが非常に困難である。

例えば、ＣＶＤ法又はスパッタ法により音響反射部の各層を堆積する場合に、成膜条件を最適化することにより１つの層の上面における二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）を数ｎｍ程度に抑えることは可能である。しかし、音響波の閉じ込め効率が高い音響反射部を得るために複数の層を積層すると、上面の粗さが累積されていくため、最終的な音響反射部の上面におけるＲＭＳの値は数十ｎｍ程度となってしまう。

このため、音響反射部を形成した後に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）法を用いて音響反射部の表面を平滑化したり、バイアススパッタ法を用いて音響反射部を堆積することにより音響反射部の表面を平坦化したりする方法が試みられている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００５−１３６７６１号公報

しかしながら、前記従来の薄膜音響共振器には、製造方法が複雑となるという問題がある。バイアススパッタ法では、特殊な装置が必要となり、スパッタ条件の設定も煩雑である。また、ＣＭＰ法を用いて音響反射部の上面を平滑化する場合には、工程が複雑化してしまうという問題がある。特に、音響反射部の各層の厚さは、閉じ込めを行う音響波の波長に合わせて正確に調整する必要があるため、平坦度だけでなく研磨量の管理も必要となる。

本発明は、前記従来の問題を解決し、平滑な表面の上に形成された結晶性が良好な圧電膜を備えた薄膜音響共振器を容易に実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は薄膜音響共振器を、スピンコーティングにより形成された薄膜からなる音響反射部を備えた構成とする。

本発明に係る薄膜音響共振器は、基板の上に形成された音響反射部と、音響反射部の上に順次形成された下部電極、圧電膜及び上部電極を有する音響共振部とを備え、音響反射部は、音響インピーダンスの値が下部電極の音響インピーダンスの値よりも低い材料により形成された低音響インピーダンス層を含み、音響反射部の音響共振部と接する層は、スピンコーティングにより形成された膜からなることを特徴とする。

本発明の薄膜音響共振器によれば、音響反射部の音響共振部と接する層は、スピンコーティングにより形成された膜からなるため、上面が平坦な音響反射部が容易に形成できる。従って、音響反射部の上に形成する下部電極及び圧電膜の膜質を向上させることができるので、共振特性が優れた薄膜音響共振器を得ることができる。その結果、低損失で且つ急峻な減衰特性を有するフィルタを実現できる。

本発明の薄膜音響共振器において、低音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成されていることが好ましい。このように、低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成することにより、上面がより平坦な音響反射部を容易に形成できる。

本発明の薄膜音響共振器において、スピンコーティングにより形成された膜は、スピンオングラス材料、フッ素樹脂材料、シリコン樹脂材料又はエポキシ樹脂材料からなる膜であることが好ましい。

本発明の薄膜音響共振器において、音響反射部は、低音響インピーダンス層と該低音響インピーダンス層と比べて音響インピーダンスの値が高い高音響インピーダンス層とが交互に積層されてなることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極の音響インピーダンスの値と低音響インピーダンス層の音響インピーダンスの値との比が小さい場合にも、共振部内に効率よく音響波を閉じ込めることができる。

本発明の薄膜音響共振器において、高音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成された膜からなることが好ましい。このような構成とすることにより、スピンコーティングにより形成する層の数を増やすことができるので、上面がより平坦な音響反射部を容易に形成できる。さらに、音響反射部を形成する全ての低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成することが好ましい。

本発明の薄膜音響共振器において、高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層は、絶縁性の材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、音響反射部の上に複数の音響共振部を形成した場合に、隣接する音響共振部間の電気的な結合が抑制される。従って、フィルタ回路を形成した際の挿入損失を低減できる。

本発明の薄膜音響共振器において、音響反射部の上面の二乗平均平方根粗さは、１ｎｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、膜質が優れた圧電膜を確実に得ることが可能となる。

本発明の薄膜音響共振器において、音響反射部を構成する材料は、スピンコーティング用の有機溶媒又は無機溶媒を含んでいてもよい。

本発明に係るフィルタは、本発明に係る薄膜音響共振器を備えていることを特徴とする。

本発明のフィルタにおいて、薄膜音響共振器の音響共振部は、薄膜音響共振器の音響反射部の上に１つだけ形成されていてもよい。このような構成とすることにより、音響反射部に金属膜を用いた場合にも、隣接する音響共振部同士が電気的に結合することを容易に抑制できる。

本発明のフィルタにおいて、薄膜音響共振器の音響共振部は、薄膜音響共振器の音響反射部の上に複数形成されていてもよい。このような構成とすることにより、形成工程が容易となる。

本発明に係る第１の薄膜音響共振器の製造方法は、基板の上に、低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成して音響反射部を形成する工程（ａ）と、低音響インピーダンス層の上に、下部電極、圧電膜及び上部電極を順次形成することにより音響共振部を形成する工程（ｂ）とを備え、低音響インピーダンス層は、音響インピーダンスの値が下部電極の音響インピーダンスの値よりも低い材料により形成することを特徴とする。

第１の薄膜音響共振器の製造方法によれば、基板の上に、低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成して音響反射部を形成する工程を備えているため、上面が平坦な音響反射部を容易に形成することができる。従って、膜質が優れた圧電膜を形成することができるので、共振特性が優れた薄膜音響共振器を実現できる。

本発明に係る第２の薄膜音響共振器の製造方法は、基板の上に低音響インピーダンス層と該低音響インピーダンス層と比べて音響インピーダンスの値が高い高音響インピーダンス層とを交互に積層することにより音響反射部を形成する工程（ａ）と、音響反射部の上に、下部電極、圧電膜及び上部電極を順次形成することにより音響共振部を形成する工程（ｂ）とを備え、工程（ａ）において、少なくとも音響反射部の最上層となる高音響インピーダンス層又は低音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成することを特徴とする。

第２の薄膜音響共振器の製造方法によれば、少なくとも音響反射部の最上層となる高音響インピーダンス層又は低音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成するため、上面が平坦な音響反射部を容易に形成することができる。従って、音響反射部の上に形成する下部電極及び圧電膜の膜質を向上させることができるので、共振特性が優れた薄膜音響共振器を得ることができる。その結果、低損失で且つ急峻な減衰特性を有するフィルタを実現できる。

第２の薄膜音響共振器の製造方法は、工程（ａ）よりも前に、基板の上に膜厚が音響反射部の厚さよりも厚い犠牲膜を選択的に形成することにより、基板を犠牲膜により区切られた複数の領域に分割する工程（ｃ）と、工程（ａ）よりも後で且つ工程（ｂ）よりも前に、犠牲膜を除去することにより音響反射部を複数の領域に分割する工程（ｄ）とをさらに備え、工程（ｂ）は、音響反射部の分割された各領域に音響共振部をそれぞれ形成する工程であることが好ましい。

このような構成とすることにより、音響反射部をスピンコーティングにより形成する際に、膜に生じるストレスを緩和し、クラックが発生することを抑えることができる。従って、膜質が優れた圧電膜を得ることができる。また、犠牲膜を除去することにより音響反射部を分割する開口部が形成されるが、この開口部をダイシングラインとして用いることができるため、チップの分割を容易に行うことが可能となる。

第２の薄膜音響共振器の製造方法において、犠牲膜は、工程（ａ）において低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層をスピンコーティングする際に、スピンコーティング用の溶媒が滞留しないように形成することが好ましい。

この場合において、犠牲膜は、基板の上に格子状に形成され、格子の交差部には犠牲膜が形成されていないことが好ましい。このような構成とすることにより、スピンコーティング用の溶媒が滞留することを確実に防止できる。

第２の薄膜音響共振器の製造方法において、工程（ａ）は、低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成した後、形成した低音響インピーダンス層に第１の波長の光を選択的に照射することにより低音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ１）と、高音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成した後、形成した高音響インピーダンス層に第２の波長の光を選択的に照射することにより高音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ２）と、工程（ａ１）と工程（ａ２）とを交互に繰り返した後、一部が結晶化された低音響インピーダンス層及び一部が結晶化された高音響インピーダンス層における結晶化されていない部分を除去することにより、複数の領域に分割された音響反射部を形成する工程（ａ３）とを含み、工程（ｂ）は、音響反射部の分割された各領域に音響共振部をそれぞれ形成する工程であることが好ましい。

また、工程（ａ）は、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とをスピンコーティングにより交互に積層する工程（ａ１）と、積層された低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層に対して、第１の波長の光を選択的に照射することにより低音響インピーダンス層の一部を結晶化し、第２の波長の光を選択的に照射することにより高音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ２）と、一部が結晶化された低音響インピーダンス層及び一部が結晶化された高音響インピーダンス層における結晶化されていない部分を除去することにより、複数の領域に分割された音響反射部を形成する工程（ａ３）とを含み、工程（ｂ）は、音響反射部の分割された各領域に音響共振部をそれぞれ形成する工程であってもよい。

このような構成とすることにより、スピンコーティングした材料を結晶化するための熱処理工程が不要となる。また、音響反射部の分割も容易に行うことが可能となる。

本発明に係る薄膜音響共振器によれば、平滑な表面の上に形成された結晶性が良好な圧電膜を備えた薄膜音響共振器を容易に実現できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る薄膜音響共振器の断面構成を示している。本実施形態の薄膜音響共振器は、シリコンからなる基板１１の上に形成された音響反射部１４と、音響反射部１４の上に形成された音響共振部１８とを備えている。

音響反射部１４は、厚さが１μｍのスピンオングラス（ＳＯＧ）膜からなり、音響共振部１８は、順次形成された下部電極１５、圧電膜１６及び上部電極１７からなる。

本実施形態の音響反射部１４は、ＳＯＧ材料を基板１１の上にスピンコーティングすることにより形成している。スピンコーティングは、膜を形成する材料を溶媒に溶解させた溶液を基板等の上にスピン塗布した後、熱処理することにより溶媒を蒸発させて、膜を形成する方法である。スピンコーティングにより形成した膜は、下地の凹凸に関わらず平坦性と均一性に優れた膜となるため、通常は半導体装置の配線層における層間絶縁膜として配線工程後の凹凸を緩和し、平坦化するために用いられる。このため、凹凸の無い基板の上にスピンコーティングを用いて形成した音響反射部は、上面の平坦性を非常に高くすることができる。

本実施形態の薄膜音響共振器について、音響反射部１４の上面における二乗平均表面粗さ（ＲＭＳ）を実際に測定したところ、０．７ｎｍ〜１ｎｍの範囲であり、非常に良好な平坦性を有していた。このように、音響反射部１４の上面のＲＭＳが１ｎｍ以下と非常に平坦であるため、音響反射部１４の上に形成した下部電極１５の上面の平坦性も非常に高くなる。これにより、下部電極１５の上に形成した圧電膜１６の結晶性を向上させることができる。

音響反射部１４は、スピンコーティングにより形成でき且つ音響インピーダンスの値が、下部電極１５の音響インピーダンスの値よりも小さい膜を用いる。下部電極１５にモリブデンを用い、音響反射部１４にＳＯＧ膜を用いた場合には、下部電極１５の音響インピーダンスの値と音響反射部１４の音響インピーダンスの値との比が１０以上となり、反射率が８０％以上となるため、音響共振部１８への音響波の閉じ込めを効率よく行うことができる。また、ＳＯＧ膜に代えて、スピンコーティング可能なフッ素系樹脂材料、シリコン系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料等を用いてもよい。

基板１１はシリコンに代えて、石英、サファイア又は砒化ガリウム等の絶縁性の基板を用いてもよい。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図２は第２の実施形態に係る薄膜音響共振器の断面構成を示している。図２において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図２に示すように本実施形態の薄膜音響共振器は、音響反射部１４が交互に積層された高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３とにより形成されている。高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３とは、スピンコーティングにより形成されているため、音響反射部１４の上面の平坦性を１ｎｍ以下とすることが可能である。

例えば、共振周波数が２ＧＨｚの薄膜音響共振器を作るために、厚さが５００ｎｍの酸化ハフニウムからなる高音響インピーダンス層１２と、厚さが３００ｎｍのＳＯＧ膜からなる低音響インピーダンス層１３とを交互に４周期積層したところ、音響反射部１４の上面のＲＭＳは０．７ｎｍ〜１ｎｍの範囲となった。

本実施形態の薄膜音響共振器は、高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３とが積層されているため、下部電極１５の音響インピーダンスの値と低音響インピーダンス層１３の音響インピーダンスの値との比が小さい場合にも、共振部内に効率よく音響波を閉じ込めることができる。

本実施形態においては、高音響インピーダンス層１２及び低音響インピーダンス層１３を絶縁性の材料により形成したが、スピンコーティングが可能であれば導電性の材料を用いてもよい。

また、スピンコーティングにより形成した膜は、下地の凹凸を緩和できるため、積層された高音響インピーダンス層１２及び低音響インピーダンス層１３のうちの１層のみをスピンコーティングにより形成しても、音響反射部１４の上面を平坦化する効果が得られる。例えば、ＣＶＤ法又はスパッタ法等により形成した高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層とを積層した後、その上にスピンコーティングにより高音響インピーダンス層又は低音響インピーダンス層を形成することにより、上面が平坦な音響反射部１４が得られる。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図３及び図４は本実施形態に係る薄膜音響共振器の製造方法であり、図３は平面構成を工程順に示しており、図４は断面構成を工程順に示している。

図３及び図４に示すように本実施形態の薄膜音響共振器の製造方法は、基板の上に複数の薄膜音響共振器を容易に形成することを可能とする。

まず、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように基板１１の上に、例えば厚さが４μｍのモリブデンからなる膜を堆積した後、パターニングすることにより、犠牲膜７１を形成する。これにより、基板１１に犠牲膜７１により区切られた複数の領域を形成する。なお、犠牲膜７１は、後で行うスピンコーティングの工程において、溶媒を逃がすことができるようにパターニングする。例えば、図３（ａ）に示すように犠牲膜７１を格子状に形成し、基板１１を複数の領域に区切る場合には、格子の交差部には犠牲膜７１を形成しないようにすることにより、溶媒を逃がす通路を形成すればよい。ただし、必ずしも交差部に切り欠きを設ける必要はなく、スピンコーティングの際に回転数を高く設定することにより、溶媒を逃がすことも可能である。

次に、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、犠牲膜７１が形成された基板１１の上にスピンコーティングを用いて高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３とを交互に積層する。例えば、高音響インピーダンス層１２に酸化ハフニウム膜を用い、低音響インピーダンス層１３にＳＯＧ膜を用いる場合には、酸化ハフニウム膜及びＳＯＧ膜をスピン塗布した後、空気中で１５０℃の温度で乾燥する工程を交互に繰り返すことにより、低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１２とを３〜６周期積層する。低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１２とを積層した後、窒素雰囲気又は空気中で６５０℃の温度で熱処理を行うことにより、低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１２とを結晶化する。

次に、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように犠牲膜７１を除去することにより、溝部７２を形成して、基板１１の上に互いに分離された複数の音響反射部１４を形成する。

次に、図３（ｄ）及び図４（ｄ）に示すように各音響反射部１４の上に下部電極１５、圧電膜１６及び上部電極１７を順次積層して音響共振部１８を形成する。

スピンコーティング法は有機溶媒等を含む溶液をスピン塗布した後、乾燥及び熱処理を行うことにより溶媒を蒸発させて薄膜を形成する。このため、溶液の粘度及び濃度等によっては、熱処理時における膜の収縮率が大きくなり、膜にストレスがかかる。特に、基板全体を覆う大きな薄膜を形成しようとすると、膜中のストレスが非常に高くなる。これにより、音響反射部１４の表面にクラックが発生し、下部電極１５及び圧電膜１６の膜質が劣化するおそれがある。

しかし、本実施形態の薄膜音響共振器の製造方法は、犠牲膜７１を用いて基板１１を複数の領域に分割し、各領域ごとに音響反射部１４を形成している。従って、スピンコーティングにより形成する薄膜のストレスを小さくして、クラックの発生を抑えることができる。このため、膜質が優れた圧電膜を有する薄膜音響共振器を容易に実現することができる。

図３は、１つの音響反射部１４の上に複数の音響共振部１８が形成された例を示している。この場合、犠牲膜７１を除去する工程において形成されたラインをダイシングラインとして用い、基板１１をダイシングすることにより、音響反射部１４の上に複数の音響共振部１８が形成されたフィルタチップが得られる。本実施形態の薄膜音響共振器は、複数（例えば、図３（ｄ）に示す例では５個。）の音響共振部が、同一の音響反射部１４の上に形成されているため、容易にフィルタを形成することが可能となる。

また、図３（ｄ）に示す例と異なり、各薄膜音響共振器は、音響共振部１８ごとに音響反射部１４が分離され、１つの音響反射部１４の上に１つの音響共振部１８を形成してもよい。これらの薄膜音響共振器からなるフィルタにおいては、音響共振部１８ごとに音響反射部１４が分離されているため、高音響インピーダンス層１２に金属膜を用いることが可能となり、高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３とのインピーダンスの比を大きくすることができる。従って、高音響インピーダンス層１２と低音響インピーダンス層１３との積層回数を減らすことができる。

１つの音響反射部１４の上に形成する音響共振部１８の数が少ないほど、ストレス緩和及びクラック抑制の効果が大きくなるが、１つの音響反射部１４の上に数十個程度の音響共振部１８を形成しても問題ない。

犠牲膜７１は、高音響インピーダンス層１２及び低音響インピーダンス層１３にダメージを与えることなく除去できる材料であればどのような材料を用いて形成してもよい。本実施形態のように、高音響インピーダンス層１２に酸化ハフニウム膜を用い、低音響インピーダンス層１３にＳＯＧ膜を用いる場合には、モリブデンを用いればよい。犠牲膜７１をモリブデンとすることにより、過酸化水素水等を用いて、犠牲膜７１だけを容易に除去することが可能となる。また、基板上に形成される複数の音響反射部１４を互いに独立させるためには、犠牲膜７１の膜厚は音響反射部１４の厚さよりも厚い方が好ましい。

スピンコーティング法により、高音響インピーダンス層１２及び低音響インピーダンス層１３を形成する際に、条件によっては、メチル基又はフェノール基等を含む有機溶媒の成分が少量残存する場合がある。しかし、有機溶媒の成分が少量残存しても音響反射部１４の上面の平坦性にほとんど影響はない。また、有機溶媒を用いてスピンコーティングを行う例を示したが、水酸化物等の無機溶媒を用いてスピンコーティングを行ってもよい。

（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。図５は第４の実施形態に係る薄膜音響共振器の製造方法を工程順に示している。

まず、図５（ａ）に示すように、基板１１の上に低音響インピーダンス材料の薄膜８３をスピン塗布し、マスク８１を通して低音響インピーダンス材料の薄膜８３を結晶化させる波長の光を照射する。これにより、低音響インピーダンス材料の薄膜８３は、光化学反応により光が照射された領域８３Ａのみが結晶化され、未照射の領域８３Ｂは結晶化されずに残る。

次に、図５（ｂ）に示すように、高音響インピーダンス材料の薄膜８２をスピン塗布し、マスク８１を通して高音響インピーダンス材料の薄膜８２を結晶化させる波長の光を照射する。これにより、高音響インピーダンス材料の薄膜８２における光が照射された領域８２Ａのみが結晶化され、未照射の領域８２Ｂは結晶化されない。低音響インピーダンス材料の薄膜８３及び高音響インピーダンス材料の薄膜８２を結晶化する光には、例えばエキシマレーザ等の紫外レーザを用いればよい。

次に、図５（ｃ）に示すようにこの工程を繰り返し、一部が結晶化された低音響インピーダンス材料の薄膜８３と高音響インピーダンス材料の薄膜８２との積層体を形成できる。

次に、図５（ｄ）に示すように得られた積層体における結晶化されていない領域を除去することにより、基板１１の上に複数の音響反射部１４を形成できる。

その後、図５（ｅ）に示すように、各音響反射部１４の上に下部電極１５、圧電膜１６及び上部電極１７を順次積層して音響共振部１８を形成する。この場合、１つの音響反射部１４の上には、任意の数の音響共振部１８を形成してかまわない。

本実施形態の薄膜音響共振器の製造方法は、第３の実施形態に示した薄膜音響共振器の製造方法と比べて、犠牲膜を形成する必要がなく、熱処理も不要であるため、工程を少なくすることができ、トランジスタ回路との集積化も容易に行うことができる。

なお、本実施形態において高音響インピーダンス材料の薄膜８２と低音響インピーダンス材料の薄膜８３の各層を１層ずつ結晶化させたが、音響反射部１４を構成する全層を形成した後、高音響インピーダンス材料の薄膜８２を結晶化させる波長のレーザ光及び低音響インピーダンス材料の薄膜８３を結晶化させる波長のレーザ光をそれぞれ照射してもよい。このようにすれば、形成工程をさらに簡略化できる。

各実施形態において、低音響インピーダンス層にＳＯＧ膜を用い、高音響インピーダンス層に酸化ハフニウム膜を用いる例を示したが、その他にも、スピンコーティングが可能な音響インピーダンスの値が異なる２つの材料を組み合わせて、音響インピーダンスが低い材料を低音響インピーダンス層とし、音響インピーダンスが高い材料を高音響インピーダンス層とすればよい。この場合、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層との音響インピーダンスの比が大きいほど、音響波を音響共振部に閉じ込める効率が高くなる。

具体的に、低音響インピーダンス層には、スピンコーティングが可能なフッ素樹脂系材料、シリコン樹脂系材料又はエポキシ樹脂系材料等を用いればよい。また、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ホウ素、リン酸化物又はこれらの化合物等を用いて形成してもよい。

高音響インピーダンス層には、スピンコーティングが可能な、酸化ハフニウム等に代表される金属酸化膜又は金属材料等を用いればよい。また、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム又はこれらの化合物等に代表される圧電体を用いてもよい。

ただし、例えば、酸化シリコンと酸化シリコンよりも音響インピーダンスの低い材料とを組み合わせる場合には、酸化シリコンを高音響インピーダンス層として用いてもよい。

なお、ここに示した材料は一例であり、音響インピーダンスの異なる材料の組み合わせであれば、積層することにより音響反射部を構成できる。

また、音響反射部の最上層のみをスピンコーティングにより形成する場合には、その他の層には通常の低音響インピーダンス材料及び高音響インピーダンス材料を用いることができる。

本発明に係る薄膜音響共振器は、平滑な表面の上に形成された結晶性が良好な圧電膜を備えた薄膜音響共振器を容易に実現でき、音響反射部を備えた薄膜音響共振器、フィルタ及びその製造方法等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係る薄膜音響共振器を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る薄膜音響共振器を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る薄膜音響共振器の製造方法を工程順に示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る薄膜音響共振器の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る薄膜音響共振器の製造方法を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 高音響インピーダンス層
１３ 低音響インピーダンス層
１４ 音響反射部
１５ 下部電極
１６ 圧電膜
１７ 上部電極
１８ 音響共振部
７１ 犠牲膜
７２ 溝部
８１ マスク
８２ 高音響インピーダンス材料の薄膜
８２Ａ 光照射領域
８２Ｂ 未照射領域
８３ 低音響インピーダンス材料の薄膜
８２Ａ 光照射領域
８２Ｂ 未照射領域

Claims (18)

1. 基板の上に形成された音響反射部と、
   前記音響反射部の上に順次形成された下部電極、圧電膜及び上部電極を有する音響共振部とを備え、
   前記音響反射部は、音響インピーダンスの値が前記下部電極の音響インピーダンスの値よりも低い材料により形成された低音響インピーダンス層を含み、
   前記音響反射部の前記音響共振部と接する層は、スピンコーティングにより形成された膜からなることを特徴とする薄膜音響共振器。
2. 前記低音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成された膜からなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜音響共振器。
3. 前記低音響インピーダンス層は、スピンオングラス材料、フッ素樹脂材料、シリコン樹脂材料又はエポキシ樹脂材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜音響共振器。
4. 前記音響反射部は、前記低音響インピーダンス層と該低音響インピーダンス層と比べて音響インピーダンスの値が高い高音響インピーダンス層とが交互に積層されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜音響共振器。
5. 前記高音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成された膜からなることを特徴とする請求項４に記載の薄膜音響共振器。
6. 前記高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層は、絶縁性の材料からなることを特徴とする請求項４に記載の薄膜音響共振器。
7. 前記音響反射部の上面の二乗平均平方根粗さは、１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜音響共振器。
8. 前記音響反射部を構成する材料は、スピンコーティング用の有機溶媒又は無機溶媒を含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜音響共振器。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜音響共振器を備えていることを特徴とするフィルタ。
10. 前記薄膜音響共振器の音響共振部は、前記薄膜音響共振器の音響反射部の上に１つだけ形成されていることを特徴とする請求項９に記載のフィルタ。
11. 前記薄膜音響共振器の音響共振部は、前記薄膜音響共振器の音響反射部の上に複数形成されていることを特徴とする請求項９に記載のフィルタ。
12. 基板の上に、低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成して音響反射部を形成する工程（ａ）と、
    前記低音響インピーダンス層の上に、下部電極、圧電膜及び上部電極を順次形成することにより音響共振部を形成する工程（ｂ）とを備え、
    前記低音響インピーダンス層は、音響インピーダンスの値が前記下部電極の音響インピーダンスの値よりも低い材料により形成することを特徴とする薄膜音響共振器の製造方法。
13. 基板の上に低音響インピーダンス層と該低音響インピーダンス層と比べて音響インピーダンスの値が高い高音響インピーダンス層とを交互に積層することにより音響反射部を形成する工程（ａ）と、
    前記音響反射部の上に、下部電極、圧電膜及び上部電極を順次形成することにより音響共振部を形成する工程（ｂ）とを備え、
    前記工程（ａ）において、少なくとも前記音響反射部の最上層となる前記高音響インピーダンス層又は前記低音響インピーダンス層は、スピンコーティングにより形成することを特徴とする薄膜音響共振器の製造方法。
14. 前記工程（ａ）よりも前に、前記基板の上に膜厚が前記音響反射部の厚さよりも厚い犠牲膜を選択的に形成することにより、前記基板を前記犠牲膜により区切られた複数の領域に分割する工程（ｃ）と、
    前記工程（ａ）よりも後で且つ前記工程（ｂ）よりも前に、前記犠牲膜を除去することにより前記音響反射部を複数の領域に分割する工程（ｄ）とをさらに備え、
    前記工程（ｂ）は、前記音響反射部の分割された各領域に前記音響共振部をそれぞれ形成する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜音響共振器の製造方法。
15. 前記犠牲膜は、前記工程（ａ）において前記低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層をスピンコーティングする際に、スピンコーティング用の溶媒が滞留しないように形成することを特徴とする請求項１４に記載の薄膜音響共振器の製造方法。
16. 前記犠牲膜は、前記基板の上に格子状に形成され、
    前記格子の交差部には前記犠牲膜が形成されていないことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜音響共振器の製造方法。
17. 前記工程（ａ）は、
    前記低音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成した後、形成した低音響インピーダンス層に第１の波長の光を選択的に照射することにより前記低音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ１）と、
    前記高音響インピーダンス層をスピンコーティングにより形成した後、形成した高音響インピーダンス層に第２の波長の光を選択的に照射することにより前記高音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ２）と、
    前記工程（ａ１）と前記工程（ａ２）とを交互に繰り返した後、一部が結晶化された前記低音響インピーダンス層及び一部が結晶化された前記高音響インピーダンス層における結晶化されていない部分を除去することにより、複数の領域に分割された前記音響反射部を形成する工程（ａ３）とを含み、
    前記工程（ｂ）は、前記音響反射部の分割された各領域に前記音響共振部をそれぞれ形成する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜音響共振器の製造方法。
18. 前記工程（ａ）は、
    前記低音響インピーダンス層と前記高音響インピーダンス層とをスピンコーティングにより交互に積層する工程（ａ１）と、
    積層された前記低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層に対して、第１の波長の光を選択的に照射することにより前記低音響インピーダンス層の一部を結晶化し、第２の波長の光を選択的に照射することにより前記高音響インピーダンス層の一部を結晶化する工程（ａ２）と、
    一部が結晶化された前記低音響インピーダンス層及び一部が結晶化された前記高音響インピーダンス層における結晶化されていない部分を除去することにより、複数の領域に分割された前記音響反射部を形成する工程（ａ３）とを含み、
    前記工程（ｂ）は、前記音響反射部の分割された各領域に前記音響共振部をそれぞれ形成する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜音響共振器の製造方法。
    

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