JP2008211396A - 圧電性薄膜の製造方法、共振装置およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を製造することが可能な圧電性薄膜の製造方法、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置およびそれを用いたＵＷＢ用フィルタを提供する。
【解決手段】下部電極３１と圧電変換部３２と上部電極３３とからなる共振子３を備える共振装置の圧電変換部３２の形成にあたっては、ベース基板１の一表面側にＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部２８ａと高熱膨張率材料からなる熱膨張部２９とがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層２７を形成し、続いて、複合層２７をアニールすることでＰＺＴからなる圧電性結晶部３０ａと高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部３０ｂとがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜３０を形成し、圧電性薄膜３０をパターニングすることで圧電変換部３２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電性薄膜の製造方法、圧電性薄膜の厚み方向の縦振動モードを利用する共振装置およびそれを用いたＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに関するものである。

従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、３ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能な共振装置として、ベース基板の一表面側に下部電極と圧電性薄膜（圧電変換部）と上部電極とからなる共振子を備え、圧電性薄膜の材料としてＡｌＮを採用したＢＡＷ共振器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、ＢＡＷ共振器としてＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）が記載されているが、ＢＡＷ共振器としては、近年、ＦＢＡＲの他にＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）が注目されている。なお、ＢＡＷ共振器では、共振周波数が圧電性薄膜の膜厚に反比例し、圧電性薄膜の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。

ところで、本願発明者は、上述の共振装置を、より広帯域の高周波フィルタ、例えばＵＷＢ用フィルタに適用することを考えた。そこで、圧電性薄膜の材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能なＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に着目した。しかしながら、例えば（１１１）配向のＰＺＴ薄膜をスパッタ法やＣＶＤ法を利用して形成した場合には、自発分極の方向がＰＺＴ薄膜の厚み方向に沿っている１８０°ドメインと、自発分極の方向がＰＺＴ薄膜の厚み方向に直交する面に沿っている９０°ドメインとが混在しており分極率が低いので、このようなＰＺＴ薄膜を圧電性薄膜として備えた共振装置では、９０°ドメインの横振動モードの振動が発生してしまい、フィルタのカットオフ特性の急峻さ（共振特性の立ち上がりおよび立ち下がりの急峻さ）を示す指標であるＱ値、電気エネルギを機械的エネルギに変換する効率を表す電気機械結合係数が低いという問題があった。

これに対し、例えば、シリコン基板などからなるベース基板の一表面側に分極率の高いＰＺＴ薄膜を形成するＰＺＴ薄膜の製造方法として、ゾルゲル法を利用したＰＺＴ薄膜の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、上記特許文献２に開示されたＰＺＴ薄膜の製造方法においても、ベース基板とＰＺＴ薄膜との熱膨張率差に起因して９０°ドメインが生じ、圧電性が低くなってしまうという問題があった。

これに対して、ベース基板の一表面側に圧電性薄膜の前駆体膜を形成した後の結晶化工程において、結晶化温度から室温までの冷却中に圧電性薄膜に対して機械的に圧縮応力を印加することでＰＺＴ薄膜の分極方向を揃えるようにしたＰＺＴ薄膜の製造方法が提案されている（例えば、特許文献３）
特開２００２−１４００７５号公報 特開平１０−１２６２０４号公報 特開２００５−１１９２２３号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載されたＰＺＴ薄膜の製造方法では、結晶化工程においてＰＺＴ薄膜に機械的に圧縮応力を印加するので、ＰＺＴ薄膜全体に均一な圧縮応力を印加することができず配向性が低くなってしまうという問題や、ベース基板として、ＰＺＴ薄膜に圧縮応力を印加可能とするように３次元加工されたものしか用いることができないという問題や、ＰＺＴ薄膜などがベース基板から剥離してしまうという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を製造することが可能な圧電性薄膜の製造方法、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置およびそれを用いたＵＷＢ用フィルタを提供することにある。

請求項１の発明は、ゾルゲル法を用いた圧電性薄膜の製造方法であって、ベース基板の一表面側にＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部とＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層を形成する複合層形成工程と、複合層をアニールすることでＰＺＴからなる圧電性結晶部と前記高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜を形成する結晶化工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、結晶化工程では、ＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部とＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層をアニールすることで、ＰＺＴからなる圧電性結晶部と前記高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜を形成するので、機械的に圧縮応力を印加することなしに、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を製造することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部と前記ＰＺＴ前駆体部とが一方向に沿って交互に並ぶように前記複合層を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において前記ＰＺＴ前駆体部に前記ＰＺＴ前駆体部の両側の前記熱膨張部から圧縮応力が印加されるので、前記圧電性薄膜の配向性を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部の形状が網目状であり、且つ、前記ＰＺＴ前駆体部の形状が前記網目状の網目の形状となるように前記複合層を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記結晶化工程で前記ＰＺＴ前駆体部にかかる圧縮応力の方向依存性を少なくすることができ、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において前記ＰＺＴ前駆体部に全方向から略均一に圧縮応力が印加されるので、前記圧電性薄膜の配向性をより一層高めることができる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部の形状が円環状であり、且つ、前記ＰＺＴ前駆体部の形状が円形状となるように前記複合層を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記結晶化工程で前記ＰＺＴ前駆体部にかかる圧縮応力の方向依存性を少なくすることができ、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において前記ＰＺＴ前駆体部に全方向から略均一に圧縮応力が印加されるので、前記圧電性薄膜の配向性をより一層高めることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記複合層形成工程は、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を前記ベース基板の前記一表面側に塗布する塗布工程と、塗布工程の後で前記溶媒を除去することによりＰＺＴの前駆体膜を形成する仮焼成工程と、仮焼成工程の後に前駆体膜をパターニングすることで前駆体膜の一部からなる前記ＰＺＴ前駆体部を形成するＰＺＴ前駆体部形成工程と、ＰＺＴ前駆体部形成工程の後に前記ベース基板の前記一表面側に前記熱膨張部を形成する熱膨張部形成工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記熱膨張部を形成した後に前記ＰＺＴ前駆体部を形成する場合に比べて、前記圧電性薄膜における前記圧電性結晶部の結晶性を向上できる。

請求項６の発明は、ベース基板と、ベース基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極におけるベース基板側とは反対側に形成された圧電変換部と、圧電変換部における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えた共振装置であって、圧電変換部は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧電性薄膜の製造方法により製造された圧電性薄膜からなることを特徴とする。

この発明によれば、圧電変換部が、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧電性薄膜の製造方法により製造された圧電性薄膜からなるので、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置を提供することができる。

請求項７の発明は、請求項６記載の共振装置を用いたことを特徴とする。

この発明によれば、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置を用いたＵＷＢ用フィルタを提供することができる。

請求項１の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を製造することが可能になるという効果がある。

請求項６の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置を提供することができるという効果がある。

請求項７の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜を圧電変換部として備えた共振装置を用いたＵＷＢ用フィルタを提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の共振装置は、図１（ｆ）に示すように、ベース基板１と、ベース基板１の一表面側に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が、ベース基板１の上記一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１におけるベース基板１側とは反対側に形成された圧電変換部３２と、圧電変換部３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とで構成されている。

ここにおいて、本実施形態の共振装置は、ベース基板１を、主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板からなる支持基板１１と、支持基板１１の主表面上に形成され圧電性薄膜３２で発生したバルク弾性波を反射させる音響ミラー（音響多層膜）１２とで構成してある。

音響ミラー１２は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層１２ａと相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層１２ｂとが交互に積層されており、上述の下部電極３１は、最上層の低音響インピーダンス層１２ａ上に形成されている。なお、低音響インピーダンス層１２ａおよび高音響インピーダンス層１２ｂの膜厚は、圧電性薄膜３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。

本実施形態では、ベース基板１において、低音響インピーダンス層１２ａの材料としてＳｉＯ_２、高音響インピーダンス層１２ｂの材料としてＷを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、低音響インピーダンス層１２ａの材料としては、例えば、Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ａｌ，ポリマーなどを採用してもよく、高音響インピーダンス層１２ｂの材料としては、例えば、Ａｕ，Ｍｏ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、アモルファスライクカーボン、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどを採用してもよい。また、ベース基板１における支持基板１１として、シリコン基板の代わりに、主表面が（１００）面のＭｇＯ基板や、主表面が（１００）面のＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）基板などを用いてもよい。

また、共振子３は、下部電極３１の材料としてＰｔを採用し、上部電極３３の材料としてＡｌを採用しているが、下部電極３１および上部電極３３それぞれの材料は特に限定するものではなく、下部電極３１の材料としては、Ｉｒなどを採用してもよく、上部電極３３の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｐｔなどを採用してもよい。また、下部電極３１および上部電極３３は単層構造に限らず多層構造でもよい。

なお、本実施形態の共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電変換部３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍ、ＳｉＯ_２層からなる低音響インピーダンス層１２ａの厚みを３７３ｎｍ、Ｗ層からなる高音響インピーダンス層１２ｂの厚みを３２７ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電変換部３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で、ＳｉＯ_２層からなる低音響インピーダンス層１２ａの厚みは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、Ｗ層からなる高音響インピーダンス層１２ｂの厚みは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。

ところで、本実施形態の共振装置における圧電変換部３２は、自発分極の方向が圧電変換部３２の厚み方向（つまり、ベース基板１の厚み方向）に揃ったＰＺＴからなる圧電性結晶部３０ａと、ＰＺＴに比べて熱膨張率の高い高熱膨張率材料（例えば、Ｖ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５など）からなる高熱膨張率材料部３０ｂとがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜３０（図１（ｄ），（ｅ）および図２（ｂ）参照）により構成されている。

ここにおいて、圧電性薄膜３０は、図２（ｂ）に示すように、ベース基板１の厚み方向に直交する断面が網目状に形成された高熱膨張率材料部３０ｂと、上記網目状の網目の形状となるように形成された複数の柱状の圧電性結晶部３０ａとで構成されている。さらに説明すれば、圧電性薄膜３０は、上記網目状の網目の形状が円形状であり、網目の中に円柱状の圧電性結晶部３０ａが満たされている。また、各圧電性結晶部３０ａは、ベース基板１の厚み方向に直交する面内における単位格子が正三角形の仮想的な２次元三角格子の各格子点に対応する各部位に形成されているが、単位格子は正三角形に限らず、例えば正方形でもよく、この場合には単位格子が正方形の仮想的な２次元正方格子の各格子点に対応する部位に圧電性結晶部３０ａを形成すればよい。なお、圧電性薄膜３０全体の体積に対する高熱膨張率材料部３０ｂの体積は、０．０１〜０．１％程度が望ましい。

以下、本実施形態の共振装置の製造方法について図１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。

まず、主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板からなる支持基板１０の主表面（一表面）側の全面に、ＳｉＯ_２膜からなる低音響インピーダンス層１２ａとＷ膜からなる高音響インピーダンス層１２ｂとを例えばスパッタ法やＣＶＤ法などにより交互に成膜することで音響ミラー１２を形成する音響ミラー形成工程を行い、その後、支持基板１１と音響ミラー１２とからなるベース基板１の一表面側の全面に、共振子３の下部電極３１の基礎となる第１の導電性層３１ａを例えばスパッタ法や蒸着法などにより形成する第１導電性層形成工程を行い、次に、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒（例えば、メタノール、デカノール、テトラデカンなど）に溶かした溶液をベース基板１の上記一表面側の全面（ここでは、第１の導電性層３１ａの表面）に例えばスピンコート法により塗布する塗布工程を行い、続いて、例えば大気中で所定の焼成温度（例えば、３００℃〜３５０℃程度）、所定の焼成時間（例えば、３０秒〜１０分程度）において上記溶媒を蒸発させて除去することによりＰＺＴの前駆体膜２８を形成する仮焼成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。

上述の仮焼成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して前駆体膜２８をパターニングすることで前駆体膜２８の一部からなる複数の柱状（本実施形態では、円柱状）のＰＺＴ前駆体部２８ａを形成するＰＺＴ前駆体部形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。

ＰＺＴ前駆体部形成工程の後に、ベース基板１の上記一表面側に、例えばゾルゲル法により、上述の高熱膨張率材料（例えば、Ｖ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５など）からなり高熱膨張率材料部３０ｂの基礎となる熱膨張部２９を形成する熱膨張部形成工程を行うことによって、図１（ｃ）および図２（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、熱膨張部形成工程では、高熱膨張率材料のゾルゲル溶液をベース基板１の上記一表面側にスピンコート法により塗布し、続いて、ゾルゲル溶液の溶媒を蒸発させて除去することにより熱膨張部２９を形成するので、熱膨張部２９は、各ＰＺＴ前駆体部２８ａの周囲を囲む形で形成され、ベース基板１の厚み方向に直交する断面の形状が、図２（ａ）に示すように、各ＰＺＴ前駆体部２８ａを囲む網目状の形状となる。なお、本実施形態では、上述の塗布工程と仮焼成工程と前駆体部形成工程と熱膨張部形成工程とで、ベース基板１の上記一表面側にＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部２８ａとＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部２９とがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層２７を形成する複合層形成工程を構成しており、本実施形態の複合層形成工程では、ベース基板１の厚み方向に直交する面内において、熱膨張部２９の形状が網目状であり、且つ、ＰＺＴ前駆体部２８ａの形状が上記網目状の網目の形状となるように複合層２７を形成する。

上述の複合層形成工程の後、複合層２７を酸素雰囲気中で所定の焼結温度にてアニールすることでＰＺＴからなる圧電性結晶部３０ａと高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部３０ｂとがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜３０を形成する結晶化工程（焼結工程）を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。この結晶化工程では、アニール時に熱膨張部３２ｂが膨張してＰＺＴ前駆体部３２ａに圧縮応力が印加されるので、当該ＰＺＴ前駆体部３２ａが結晶化することで形成される圧電性結晶部３０ａの自発分極の方向が複合層３２の厚み方向（つまり、ベース基板１の厚み方向）に揃いやすくなり、分極率を高めることができる。要するに、自発分極の方向が圧電性薄膜３０の厚み方向に揃った配向性の高い圧電性結晶部３０ａを形成することができる。

上述の結晶化工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電性薄膜３０を所望の平面形状（例えば、矩形状）にパターニングすることで圧電性薄膜３０の一部からなる圧電変換部３２を形成する圧電変換部パターニング工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の導電性層３１ａを所望の平面形状にパターニングすることで第１の導電性層３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する下部電極パターニング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。

その後、圧電変換部３２の表面側に上部電極３３を形成する上部電極形成工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造の共振装置を得る。ここにおいて、上部電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に、上部電極３３の基礎となる第２の導電性層をスパッタ法や蒸着法などによって形成し、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の導電性層を所望の平面形状にパターニングすることで第２の導電性層の一部からなる上部電極３３を形成する。

上述の共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハ（例えば、シリコンウェハ）を用いてウェハレベルで多数の共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々の共振装置に分割すればよい。

上述した本実施形態の共振装置の製造方法では、圧電性薄膜３０の製造にあたって、結晶化工程にて、ＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部２８ａとＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部２９とがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層２７をアニールすることで、ＰＺＴからなる圧電性結晶部３０ａと上記高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部３０ｂとがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜３０を形成するので、機械的に圧縮応力を印加することなしに、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜３０を製造することが可能となる。また、上述の製造方法では、複合層形成工程にて形成した複合層２７の熱膨張部２９が網目状に形成され且つ各ＰＺＴ前駆体部２８ａが円柱状の形状に形成されているので、結晶化工程でＰＺＴ前駆体部２８ａにかかる圧縮応力の方向依存性を少なくすることができ、ベース基板１の厚み方向に直交する面内においてＰＺＴ前駆体部２８ａに全方向から略均一に圧縮応力が印加されるので、圧電性薄膜３０の配向性をより一層高めることができる。

以上説明した本実施形態の共振装置は、圧電変換部３２が、上述の圧電性薄膜３０の一部により構成されているので、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜３０を圧電変換部３２として備えている。

ところで、上述の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広い高周波フィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、図３に示すように、下部電極３１と圧電性薄膜３２と上部電極３３とで構成される共振子３を同一のベース基板１上に複数個形成するようにし（図３には２個しか記載されていないが、例えば、８個形成するようにし）、これらの共振子３を図示しない配線（例えば、金属配線、第１の導電性層の一部、第２の導電性層の一部など）によって図４に示すようなラダー型フィルタを構成するように接続すれば、ＵＷＢ用フィルタの低コスト化および小型化を図れる。なお、同一ベース基板１上に複数個の共振子３を形成する構成において、上述のように音響ミラー１２の低音響インピーダンス層１２ａの材料として絶縁材料であるＳｉＯ_２、高音響インピーダンス層１２ｂの材料として金属材料であるＷを採用している場合には、隣り合う共振子３間で高音響インピーダンス層１２ｂを介したクロストークが発生するのを防止するために、例えば、高音響インピーダンス層１２ｂを共振子３ごとに分離したパターンとなるように製造時に適宜パターニングすればよい。ここで、高音響インピーダンス層１２ｂの材料として、ＡｌＮ，ＺｎＯ，ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、アモルファスライクカーボン、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどの絶縁材料を採用する場合には、高音響インピーダンス層１２ｂのパターニングは不要となるが、Ｗを採用する場合に比べて、高音響インピーダンス層１２ｂの材料と低音響インピーダンス層１２ａの材料との音響インピーダンス比が小さくなるので、低音響インピーダンス層１２ａと高音響インピーダンス層１２ｂとの積層数が増加する。

（実施形態２）
図５（ｆ）に示す本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、ベース基板１として、主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板の主表面上にシリコン酸化膜を形成したものを用いており（つまり、シリコン基板の主表面側である一表面側にシリコン酸化膜を形成したものを用いており）、ベース基板１に、下部電極３１における圧電変換部３２側とは反対側の表面を露出させる開孔部１３が形成されている点が実施形態１とは相違する。要するに、実施形態１の共振装置は、ＳＭＲを構成していたのに対して、本実施形態の共振装置は、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることによりベース基板１側への弾性波エネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態の共振装置の製造方法について図５を参照しながら説明するが、実施形態１にて説明した共振装置の製造方法と同様の工程については簡単に説明する。

まず、ベース基板１の一表面側（図５（ａ）における上面側）の全面に、共振子３の下部電極３１の基礎となる第１の導電性層３１ａを形成する第１の導電性層形成工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。

その後、実施形態１と同様に、ベース基板１の上記一表面側にＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部２８ａとＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部２９とがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層２７を形成する複合層形成工程を行うことによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。

上述の複合層形成工程の後、実施形態１と同様に、複合層２７を酸素雰囲気中で所定の焼結温度にてアニールすることでＰＺＴからなる圧電性結晶部３０ａと高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部３０ｂとがベース基板１の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜３０を形成する結晶化工程（焼結工程）を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。

その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電性薄膜３０を所望の平面形状（例えば、矩形状）にパターニングすることで圧電性薄膜３０の一部からなる圧電変換部３２を形成する圧電変換部パターニング工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の導電性層３１ａを所望の平面形状にパターニングすることで第１の導電性層３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する下部電極パターニング工程を行うことによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。

その後、圧電変換部３２の表面側に上部電極３３を形成する上部電極形成工程を行うことによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。

次に、ベース基板１の他表面側に上述の開孔部１３形成用にパターニングされたマスク層（例えば、レジスト層、ＳｉＯ_２膜）を形成するマスク層形成工程を行ってから、当該マスク層をマスクとしてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨなどの水溶液）を用いた異方性エッチングや、誘導結合プラズマ型のエッチング装置を用いたドライエッチングによるエッチングを上記シリコン酸化膜をエッチングストッパ層として行ってから上記シリコン酸化膜のうち開孔部１３に対応する部分をエッチング除去することにより開孔部１３を形成する開孔部形成工程を行い、続いて、上記マスク層を除去するマスク層除去工程を行うことによって、図５（ｆ）に示す構造の共振装置を得る。なお、シリコン基板において開孔部１３に対応する部分をアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングによりエッチングする場合、上部電極３３の材料がＰｔであればベース基板１の上記一表面側にマスクを設ける必要はないが、上部電極３３の材料がＡｌの場合にはベース基板１の上記一表面側に上部電極３３を保護するマスクを設ける必要がある。

本実施形態の共振装置の製造にあたっては、上述のベース基板１としてウェハ（例えば、シリコン酸化膜を形成したシリコンウェハ）を用いてウェハレベルで多数の共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々の共振装置に分割すればよい。

以上説明した本実施形態の共振装置の製造方法においても、実施形態１における共振装置の製造方法と同様に、機械的に圧縮応力を印加することなしに、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高い圧電性薄膜３０を製造することが可能となる。また、本実施形態の共振装置も実施形態１と同様にＵＷＢ用フィルタに応用できる。

ところで、上記各実施形態の共振装置の製造方法では、複合層形成工程において、上述の図２（ａ）に示した断面形状の複合層２７を形成しているが、複合層形成工程にて形成する複合層２７の断面形状は図２（ａ）の断面形状に限らず、例えば、ベース基板１の厚み方向に直交する面内において、図６に示すように熱膨張部２９とＰＺＴ前駆体部２８ａとが一方向（図６の左右方向）に沿って交互に並ぶように複合層２７を形成するようにしてもよく、この場合には、ベース基板１の厚み方向に直交する面内においてＰＺＴ前駆体部２８ａにＰＺＴ前駆体部２８ａの両側の熱膨張部２９から圧縮応力が印加されるので、圧電性薄膜３０の配向性を高めることができる。また、ベース基板１の厚み方向に直交する面内において、図７に示すように熱膨張部２９の形状が円環状であり、且つ、ＰＺＴ前駆体部２８ａの形状が円形状となるように複合層２７を形成するようにしてもよく、この場合には、結晶化工程でＰＺＴ前駆体部２８ａにかかる圧縮応力の方向依存性を少なくすることができ、ベース基板１の厚み方向に直交する面内においてＰＺＴ前駆体部２８ａに全方向から略均一に圧縮応力が印加されるので、圧電性薄膜３０の配向性をより一層高めることができる。

実施形態１における共振装置の製造方法を説明するための主要工程縦断面図である。 同上における圧電性薄膜の製造方法を説明するための主要工程横断面図である。 同上におけるＵＷＢ用フィルタの概略縦断面図である。 同上におけるＵＷＢ用フィルタの回路図である。 実施形態２における共振装置の製造方法を説明するための主要工程縦断面図である。 各実施形態における圧電性薄膜の他の構成例の製造方法を説明するための主要工程横断面図である。 各実施形態における圧電性薄膜の他の構成例の製造方法を説明するための主要工程横断面図である。

符号の説明

１ ベース基板
３ 共振子
２７ 複合層
２８ａ ＰＺＴ前駆体部
２９ 熱膨張部
３０ 圧電性薄膜
３０ａ 圧電性結晶部
３０ｂ 高熱膨張率材料部
３１ 下部電極
３２ 圧電変換部
３３ 上部電極

Claims (7)

1. ゾルゲル法を用いた圧電性薄膜の製造方法であって、ベース基板の一表面側にＰＺＴの前駆体からなるＰＺＴ前駆体部とＰＺＴよりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料からなる熱膨張部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在し且つ密着した複合層を形成する複合層形成工程と、複合層をアニールすることでＰＺＴからなる圧電性結晶部と前記高熱膨張率材料からなる高熱膨張率材料部とがベース基板の厚み方向に直交する面内で混在する圧電性薄膜を形成する結晶化工程とを備えることを特徴とする圧電性薄膜の製造方法。
2. 前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部と前記ＰＺＴ前駆体部とが一方向に沿って交互に並ぶように前記複合層を形成することを特徴とする請求項１記載の圧電性薄膜の製造方法。
3. 前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部の形状が網目状であり、且つ、前記ＰＺＴ前駆体部の形状が前記網目状の網目の形状となるように前記複合層を形成することを特徴とする請求項１記載の圧電性薄膜の製造方法。
4. 前記複合層形成工程では、前記ベース基板の厚み方向に直交する面内において、前記熱膨張部の形状が円環状であり、且つ、前記ＰＺＴ前駆体部の形状が円形状となるように前記複合層を形成することを特徴とする請求項３記載の圧電性薄膜の製造方法。
5. 前記複合層形成工程は、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を前記ベース基板の前記一表面側に塗布する塗布工程と、塗布工程の後で前記溶媒を除去することによりＰＺＴの前駆体膜を形成する仮焼成工程と、仮焼成工程の後に前駆体膜をパターニングすることで前駆体膜の一部からなる前記ＰＺＴ前駆体部を形成するＰＺＴ前駆体部形成工程と、ＰＺＴ前駆体部形成工程の後に前記ベース基板の前記一表面側に前記熱膨張部を形成する熱膨張部形成工程とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧電性薄膜の製造方法。
6. ベース基板と、ベース基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極におけるベース基板側とは反対側に形成された圧電変換部と、圧電変換部における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えた共振装置であって、圧電変換部は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧電性薄膜の製造方法により製造された圧電性薄膜からなることを特徴とする共振装置。
7. 請求項６記載の共振装置を用いたことを特徴とするＵＷＢ用フィルタ。

Images