JP2009077159A - 薄膜圧電共振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜圧電共振器の作成において、犠牲層をエッチングして空洞部を形成する際
の製造歩留を向上する。
【解決手段】 基板１と、前記基板１上に形成された環状構造の支持体３と、前記基板１
と前記環状構造の支持体３で囲まれた空洞部１０を覆って前記支持体３上に形成された保
護層４と、前記空洞部１０上方に開口部を有して前記空洞部１０を覆うように、且つ前記
環状構造の支持体３上面の内側の縁２１の全域を覆うように前記保護層４上に形成された
下部電極５と、前記下部電極５上及び前記保護層４上に形成された圧電体膜６と、前記空
洞部１０上方に配置され、前記圧電体膜６上に形成された上部電極７と、を具備し、前記
開口部は前記保護層４と前記圧電体膜６が直接接合するように形成され、前記圧電体膜６
から前記保護層４を貫通し前記空洞部１０に達するエッチングビア９を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、犠牲層をエッチングして空洞部を形成する薄膜圧電共振器、薄膜圧電共振器
を用いたフィルタ、及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話や携帯情報端末等の無線通信システムは、送受信する情報量増大の要求
により、使用周波数の高周波化の傾向にあり、５ＧＨｚ帯程度までの実用化が見込まれる
。無線通信システムの高周波回路では、アナログ回路部分にフィルタが使用される。従来
から、このようなフィルタには、セラミックフィルタやＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタが用いられていた。しかしながら、セラミックフィルタ
は回路の小型化が難しく、ＳＡＷフィルタは櫛形電極のプロセス精度の限界から１ＧＨｚ
程度の周波数が限界である。さらに、これらのデバイスは、Ｓｉ（シリコン）基板上への
集積化が困難であり、小型で高周波動作のデバイスが要求される次世代携帯無線通信シス
テムには適さない。

これに対し、圧電体膜を上下の電極で挟んで音響波の定在波を利用する薄膜圧電共振器
では、共振周波数は圧電体膜の膜厚と音速によって決まる。薄膜成膜技術によれば、圧電
体膜の膜厚が１−２μm程度で２ＧＨｚ程度、０．４−０．８μm程度で５ＧＨｚ程度の共
振周波数が得られる。また、Ｓｉを基板として使用できるので、受動素子や能動素子とと
もに高周波アナログ回路としてＳｉ基板上に集積化することが可能である。このため、薄
膜圧電共振器は、携帯無線通信システムの高周波化のために盛んに開発が行われている。

薄膜圧電共振器の一例として、基板上に予め犠牲層を成膜しておき、この犠牲層の上に
圧電体膜を上下の電極で挟んだ圧電体共振器を形成後、犠牲層をエッチングにより空洞化
させて、中空構造の共振器を形成した薄膜圧電共振器がある（たとえば引用文献１参照）
。

しかし、犠牲層の上に直接圧電対膜を上下電極で挟んだ圧電体共振器を形成し、その後
、犠牲層をエッチングにより空洞部を形成する構造では、フッ酸（ＨＦ）などのエッチン
グ液では下部電極を腐食し、薄膜圧電共振器の製造歩留を大きく低下させていた。また、
電極材料やエッチング液などのエッチング条件に大きな制約が課せられていた。
特開２００２−１００９５３号公報（第４頁、図８）

本発明の目的は、薄膜圧電共振器の作成において、犠牲層をエッチングして空洞部を形
成する際の製造歩留を向上することにある。

本発明の一態様による薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成された環状構造の
支持体と、前記基板と前記環状構造の支持体で囲まれた空洞部を覆って前記支持体上に形
成された保護層と、前記空洞部上方に開口部を有して前記空洞部を覆うように、且つ前記
環状構造の支持体上面の内側の縁の全域を覆うように前記保護層上に形成された下部電極
と、前記下部電極上及び前記保護層上に形成された圧電体膜と、前記空洞部上方に配置さ
れ、前記圧電体膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記開口部は前記保護層と前記
圧電体膜が直接接合するように形成され、前記圧電体膜から前記保護層を貫通し前記空洞
部に達するエッチングビアを有していることを特徴としている。

また、本発明の一態様である薄膜圧電共振器の製造方法は、半導体基板上に犠牲層を形
成する工程と、前記犠牲層に環状構造のトレンチを形成する工程と、
前記環状構造のトレンチを埋め込むように環状構造の支持体を形成する工程と、前記環状
構造の支持体上及び前記犠牲層上に保護層を形成する工程と、前記環状構造の支持体で囲
まれた前記犠牲層上方に開口部を有して前記環状構造の支持体で囲まれた前記犠牲層を覆
うように、且つ前記環状構造の支持体の上面の内側の縁の全域を覆うようにパターニング
された下部電極を前記保護層上に形成する工程と、前記下部電極及び前記保護層上の全面
に圧電対膜を形成する工程と、前記空洞部上方で前記圧電体膜上に上部電極を形成する工
程と、前記下部電極の前記開口部内で前記圧電体膜及び前記保護層を貫通して前記環状構
造の支持体で囲まれた前記犠牲層に達するエッチングビアを形成する工程と、前記エッチ
ングビアを介して前記環状構造の支持体で囲まれた前記犠牲層をエッチングし空洞部を形
成する工程と、を含むことを特徴としている。

上記構成及び製造方法により、薄膜圧電共振器の製造歩留を向上することができる。

薄膜圧電共振器は、圧電体膜を上下の電極で挟んで圧電体共振器を形成し、これを空洞
部を有する基板で保持することにより、両電極間に印加された高周波電圧により電極が振
動し、圧電体膜中に膜厚できまる音響波の定在波が生じ共振現象を起こす。薄膜圧電共振
器の性能は、電気機械結合係数ｋｔ^２と品質係数Ｑ値で示される。

電気機械結合係数ｋｔ^２が大きいほど広帯域のフィルタや広帯域の電圧制御発振器（Ｖ
ｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）を作成すること
ができる。電気機械結合係数ｋｔ^２は圧電体膜によって決まり、電気機械結合係数ｋｔ^２
を大きくするためには、電気機械結合係数ｋｔ^２が大きな圧電体材料を選び、さらに圧電
体膜の結晶の分極軸を膜の成膜方向に揃えて成膜することが重要である。電気機械結合係
数ｋｔ^２と品質係数Ｑ値をさらに向上させるためには、電極材料の比重低減や膜厚減少が
効果的である。

圧電体膜としては、窒化アルミニウム（Ａｌｍｉｎｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＡｌＮ）
や酸化亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＺｎＯ）などのウルツ鉱型の結晶構造を持つ結晶が
適している。これは、構成元素の少ない２元系の化合物であり高絶縁性の圧電体結晶が得
られやすいからである。また、こららの六方晶系の結晶は、分極方向であるｃ軸方向（［
０００１］方向）への配向性が強く、ｃ軸方向に沿って結晶成長しやすいことから、これ
らを圧電体膜として共振器を形成すると、電気機械結合係数ｋｔ^２と品質係数Ｑ値の高い
薄膜圧電共振器が得られるからである。

特にＡｌＮに関してはさらに、窒化物であるため、ＺｎＯや他の例えば、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などのペロブスカイト系酸化
物に代表される強誘電体に含まれる圧電性を示す材料に比べて、高周波特性に優れる、熱
伝導率が高い、結晶構造が簡略、構成原子が少ない、Ｓｉ基板やＳｉプロセスに使用され
ている各種材料との反応性が低い、エピタキシャル成膜温度が４００℃以下と低温、スパ
ッタリングにより成膜が容易、還元雰囲気中や各種の酸に対して安定、耐熱温度が高い、
などの優れた特徴がある。

ＡｌＮを圧電体膜として使用した薄膜圧電共振器は、ＡｌＮのｃ軸配向性（例えばＸ線
回折のロッキングカーブ測定での半値幅など）と電気機械結合係数ｋｔ^２との間に強い相
関がある。このため、ＡｌＮのｃ軸配向性向上は薄膜圧電共振器の性能向上に重要である
。

通常下部電極としては、アルミニウム（Ａｌ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属材料が
使用され、この上にＡｌＮを成膜すると、エピタキシャル成長とならないために、ｃ軸方
向の配向性が悪い。ここで、下部電極として、タンタル（Ｔａ）とアルミニウムの混晶か
らなるＴａ−Ａｌアモルファス層の上にアルミニウムとニッケルの混晶Ａｌ−Ｎｉ層、及
びＡｌＮ層を順次成膜したものを用い、この上にＡｌＮを成膜することにより、格段にｃ
軸方向の結晶配向性を向上することができる。これは、Ｔａ−Ａｌアモルファス層の上に
成膜したＡｌ−Ｎｉ層は［１１１］方向に配向して結晶成長し、続けてこの上にＡｌＮ層
を成膜することにより、Ａｌ−Ｎｉ層の（１１１）面とＡｌＮ層の（０００１）面は格子
整合するので、ＡｌＮ層は［０００１］方向に配向してエピタキシャル成長をするためで
ある。この後、上記積層構造からなる下部電極をパターニングした後に、共振器の圧電体
膜となるＡｌＮ層を形成することで、下部電極にエピタキシャル成長したＡｌＮ層が得ら
れる。

なお、上記Ａｌ−Ｎｉ混晶層の代わりにＡｌを用いてもほぼ同様な効果が得られる。ま
た、ＡｌＮはスパッタリングにより形成されるため、低い基板温度での成膜となるが、上
記積層構造を下部電極とすることにより、配向性の高いＡｌＮ膜が得られる。

この結果、上記積層構造の下部電極を用いることによって、従来のＭｏやＡｌ単体の下
部電極の場合に比べて、薄膜圧電共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２及び品質係数Ｑ値は格
段に向上することができる。

以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。

本発明に係る実施例１の薄膜圧電共振器の上面図を図１（ａ）に示す。図１（ａ）中の
一点鎖線で囲った環状構造支持体の凸型環状部分Ａの拡大図を同図（ｂ）に示す。さらに
、同図（ａ）中のＢ−Ｂ線の矢印方向から見た断面図及びＣ−Ｃ線の矢印方向から見た断
面図を、それぞれ図２（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、図１（ａ）の上面図は、便宜上図
２の断面図における最表面の電極保護層８を省略し示してあり、圧電体膜６より下部に配
置されているものは、点線及び破線で示してある。

図１及び図２に示したように本発明に係る実施例１の薄膜圧電共振器は、高抵抗の基板
１の表面に犠牲層２が形成されている。この犠牲層２には、図１で点線で示されたとおり
、基板１に達する環状構造の支持体３が形成されており、その上面は犠牲層２の上面と略
同一平面上となるように揃っている。本実施例の場合は、一例として略矩形の形状の場合
を示す。この矩形形状の環状構造支持体３と基板１により空洞部１０が形成されている。
環状構造支持体３の四隅には、後に説明するエッチングビア９を設けるために、空洞部が
凸型に突出するように、環状構造支持体３が凸型の環状部分Ａが形成されている。

環状構造支持体３で囲まれた空洞部１０を覆うように、環状構造支持体３と犠牲層２の
上面上全面に保護層４が形成されている。保護層４上には、図１で破線で示されたとおり
、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａの部分を除いて、空洞部１０のほぼ全面を覆って環
状構造支持体３を横断するように略矩形形状に下部電極５が形成されている。下部電極５
は、一例として、図１（ａ）の上下方向に電極取り出しように延伸している（以後、下部
電極５より延伸部分を除いた矩形形状を矩形形状の本体部分とする）。また、図１（ｂ）
に凸型環状部分Ａの細部を示したように、矩形形状の本体部分に覆われていない環状構造
支持体３の凸型環状部分Ａでは、環状構造支持体３の上面の空洞部側の縁２１（以後、環
状構造支持体上面内側の縁とする）を沿うように、下部電極５は、矩形形状の本体部分か
ら延伸して形成されている。すなわち、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支
持体３で囲まれた空洞部上に下部電極５が開口部を有するように、下部電極５は環状構造
支持体３の上面内側の縁２１に沿って矩形形状の本体側から延伸して形成されている。こ
れにより、環状構造支持体３の上面内側の縁２１上は、環状構造支持体３の全域で保護層
４を介して下部電極５で覆われている。

下部電極５の上面上及び下部電極５が形成されていない保護層４の上面上の全面に圧電
体膜６を形成し、空洞部１０の上方で環状構造支持体３に囲まれた領域内に配置するよう
に、圧電体膜６上には略矩形形状の上部電極７が形成されており、その一部は電極引き出
しのため空洞部１０から環状構造支持体３を横断して延伸している。

上部電極７を覆うように、圧電体膜６上には電極保護層８が形成されており、環状構造
支持体３の四隅の凸型環状部分Ａでは、前述の下部電極５の開口部の内側で、電極保護層
８、圧電体膜６及び保護層４を貫通し、空洞部１０に至るエッチングビア９が形成されて
いる。

後の製造方法の一例で示すように、上記本実施例の構造では、環状構造支持体３で囲ま
れた犠牲層２がエッチングビア９を介してエッチングされて空洞部１０が形成されるが、
保護層４が圧電体膜６及び下部電極５を空洞部１０に露出させること無く完全にそれらの
下面を覆っているので、下部電極５にエッチングによる損傷を与えることがない。すなわ
ち、空洞部１０を形成するエッチング工程でのプロセスマージンが広くなり、薄膜圧電共
振器の製造歩留が大きく改善される。また、下部電極の材料やエッチング条件を幅広く選
択することができる。

次に、本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法の一例を図３乃至図６の製造工程の断面図
により説明する。各図の（ａ）は、図２同様に図１（ａ）のＢ−Ｂ線の矢印方向から見た
断面図であり、各図の（ｂ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ線の矢印方向から見た断面図である
。また、図５（ｃ）は、同図（ａ）の環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおける、環状
構造支持体３上に形成された保護層４及び下部電極５の構造Ｄを詳細に説明するための拡
大図である。

図３に示したように、高抵抗のＳｉ基板１上に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により酸化膜（ＳｉＯ２）である膜厚２μmのＴＥ
ＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）膜を犠牲層２として全面に形成する。一例
としてＴＥＯＳ膜を示したが、通常のシラン（ＳｉＨ４）などを原料に用いたＣＶＤによ
るＳｉＯ２膜やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布されるガラス膜など
でもよい。

フォトリソグラフィーによるマスク形成及びＣ４Ｆ８＋ＣＯ系ガスを用いたＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、図１（ａ）に示された環状構造の支
持体３と同一形状の環状構造を有する、深さ２μm、幅１μmのトレンチ１１を基板１に達
するように犠牲層２に形成する。

図４に示したように、上記トレンチ１１を埋め込むように、プラズマＣＶＤによりポリ
シリコン膜を犠牲層２の全面に形成し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ
ｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により、犠牲層２が露出するまでポリシリコン膜を研磨して、犠牲層
２の上面と略同一平面上の上面を有する支持体３を形成する。ここで、ＣＭＰの代わりに
ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのエッチングによる平坦化技
術を用いてもよい。その後、支持体３の上面を含んだ犠牲層２の全面に保護層４として、
支持体３と同様にして厚さ５０ｎｍのポリシリコンを形成する。

ここで、支持体３と保護層４は同一材料で形成しているが、後に説明する犠牲層２をエ
ッチングして空洞部１０を形成する際に、犠牲層２とエッチング選択比が十分大きい材料
であれば、互いに違う材料であってもよい。

図５に示したように、下部電極５として、保護層４上にスパッタ法により厚さ１０ｎｍ
のアモルファスＡｌ０．５Ｔａ０．５層、厚さ２００ｎｍのＡｌ−Ｎｉ層、及び厚さ３０
ｎｍのＡｌＮ層を順次全面に形成した後に、フォトリソグラフィーによるマスク形成及び
塩素系のＲＩＥにより、下部電極５のパターニングを行い、下部電極５は、環状構造支持
体３の四隅の凸型環状部分Ａの部分を除いて、空洞部１０のほぼ全面を覆って環状構造支
持体３を横断するように略矩形形状に形成され、四隅の凸型環状部分Ａにおいては、略矩
形形状の本体部分から環状構造支持体３の上面内側の縁２１に沿って延伸し、凸型環状部
分Ａで囲まれた犠牲層２上に開口部を有するように形成される。また、下部電極５の電極
引き出しのために、図１（ａ）に示したように図中の上下方向に延伸している。ここで、
環状構造支持体３の上面内側の縁２１上には、環状構造支持体３の全域にわたって保護層
４を介して下部電極５が配置された構造となる。

ここで、アモルファスＡｌ０．５Ｔａ０．５層上に形成された厚さ２００ｎｍのＡｌ−
Ｎｉ層は、（１１１）結晶面を主面にして成膜され、この上にＡｌＮを成膜することによ
り、Ａｌ−Ｎｉと格子整合が取れた状態で（０００１）面を主面に持つＡｌＮのエピタキ
シャル成長が得られ、分極方向である［０００１］方向（Ｃ軸方向）に配向性の優れたＡ
ｌＮ結晶の層が得られる。なお、Ａｌ−Ｎｉ層の代わりにＡｌ層を用いても同じ効果が得
られ、ほぼ同様に配向性の優れたＡｌＮ層が下部電極５の表面として得られる。

図５（ａ）の環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおける、環状構造支持体３上の保護
層４及び下部電極５の構造Ｄを拡大して詳細に説明する図を同図（ｃ）に示す。環状構造
支持体３をＣＭＰにより平坦化する際に、犠牲層２の上面よりも少し下がって下に湾曲す
るように支持体３の上面が形成されるというディッシングの問題が発生する。この状態で
保護層４を支持体３上を含む犠牲層２上のほぼ全面に形成すると、支持体３の上面内側の
縁２１及び支持体３の上面で空洞部１０と反対側の縁（以後、上面外側の縁という）２２
の部分では、保護層４は犠牲層２上に形成される膜厚より極めて薄く形成され、結晶性も
悪い（エッチングが進みやすい）。

このため、ＲＩＥにて下部電極５のパターニング形成の際に、オーバーエッチングにて
犠牲層２が露出してエッチングされるため、支持体３の上面外側の縁２２部分で、保護層
４がエッチングにより消失し犠牲層２の一部が露出する。支持体３の上面内側の縁２１上
には保護層４を介して下部電極５が存在するので、オーバーエッチングによる犠牲層２が
露出することが防止される。

このオーバーエッチングは、下部電極５を他の電極材料であるＭｏやＡｌの単層膜とし
た場合でも、十分なエッチング選択比が取れないことから発生するが、本実施例のように
異なる材料の積層構造としたことにより、特に最下層をアモルファスＡｌ０．５Ｔａ０．
５としたことによりポリシリコンとのエッチング選択比がさらに低下するため発生しやす
い。

ここで、支持体３上面外側の縁２２と同じように上面内側の縁２１上においても保護層
４を介して下部電極５が存在しないと、支持体３の上面内側の縁２１においても、RIEに
よる下部電極５のパターニングの際に保護層４がエッチングされ欠落し、犠牲層２が露出
した構造となる。この場合、図１（ｂ）の支持体３の凸型環状部分Aにおいて、下部電極
５の矩形形状本体部分の縁と支持体３が交差する部分（同図（ｂ）での例では直交してい
る部分）では、後に説明するエッチングビア９を介して環状構造支持体３で囲まれた犠牲
層２をエッチングして空洞部１０を形成する際に、エッチング液が上記支持体３の上面内
側の縁２１における保護層４の欠落部を介して下部電極５に達し、下部電極５が侵食され
て大きく破損することとなる。これは、ＳｉＯ２をエッチングするフッ化水素系のエッチ
ング液を用いた際に顕著である。

本実施例では、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａのみならずその全面で、支持体３の
上面内側の縁２１上には保護層４を介して下部電極５が存在することにより、下部電極５
のオーバーエッチングによる保護層４の欠落は起きない。すなわち、支持体３の上面内側
の縁２１と下部電極５の矩形形状本体部分の縁が交差する部分が存在しない。また、支持
体３の上面外側の縁２２上では、保護層４の欠落は生じるが、環状構造支持体３の外側の
犠牲層２をエッチングすることはないので、このよう下部電極５の侵食の問題は生じない
。

なお、ここで、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおける支持体３の上面内側の縁の
上に延伸して形成される下部電極５は、支持体３の上面内側の縁２１から空洞部１０側及
び上面内側の縁２１から支持体３側にそれぞれ、１００乃至３００ｎｍの幅を有していれ
（張り出していれ）ば、上記オーバーエッチングによる保護層５の欠落を防止するのに十
分であることを確認した。

続いて、下部電極５上及び露出した保護層４上の全面に圧電体膜６としてスパッタ法に
より厚さ１．７μmのＡｌＮを成膜する。ここで、下部電極５上に形成されたＡｌＮ圧電
体膜６は前述のごとくエピタキシャル成長により［０００１］方向への配向性が強い良好
な膜となる。これに対し、下部電極５で覆われていない保護層４上に成膜されたＡｌＮ圧
電体膜はエピタキシャル成長ではないため、［０００１］方向への配向性が劣る。Ｘ線回
折のロッキングカーブ測定でのスペクトルの半値幅は、前者が１．２°であったのに対し
、後者は１０°程度であった。

続いて、図６に示したように、圧電体膜６上の全面にスパッタ法により厚さ３００ｎｍ
のＭｏ膜を成膜し、フォトリソグラフィーによるマスク形成及びフッ素系のＣＤＥにより
、上部電極７を所望の形状（本実施例では、一例として空洞部１０の上方で環状構造支持
体３の囲った領域内に配置するように、圧電体膜６上には略矩形形状に形成されており、
その一部は電極引き出しのため空洞部１０から環状構造支持体３を横断して延伸している
）になるように形成する。

その後、電極保護層８として膜厚５０ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を上部電極７を
覆って圧電体膜上に形成し、上部電極７の電極引き出し部分上部の電極保護層８、下部電
極５の電極引き出し部分の圧電体膜６及び電極保護層８をフォトリソグラフィーによるマ
スク形成及びエッチングにより除去し、上部電極７及び下部電極５とのコンタクト領域を
形成する（図示せず）。

また、環状構造支持体３の四隅の凸型環状部分Ａで囲まれた犠牲層２上に形成された下
部電極５の開口部内に、電極保護層８、圧電体膜６及び保護層４を貫通し環状構造支持体
３で囲まれた犠牲層２に至るエッチングビア９を形成し、このエッチングビア９を介して
基板１、環状構造支持体３、及び保護層４で囲まれた犠牲層２だけを、フッ化水素を添加
したフッ化アンモニウム水溶液により選択的にウエットエッチングして空洞部１０を形成
し、図２に示した薄膜圧電共振器を得る。

ここで、上記フッ化水素を添加したフッ化アンモニウム水溶液によるウエットエッチン
グの代わりに、フッ化水素とメタノールの混合ガスによるドライエッチングでも、同様な
選択エッチングが可能である。

フッ化水素系のエッチング液あるいはエッチングガスは、ほとんど全ての電極を侵食す
るが、本発明によれば、保護層４により下部電極５が完全に空洞部１０に露出しない構造
となっているので、電極材料の選択の自由度が広がる。

図５の工程で説明したとおり、本実施例によれば、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａ
において、支持体３の上面内側の縁２１上に保護膜を介して下部電極５が延伸している構
造となっていることにより、支持体３の上面内側の縁２１と下部電極５とが交差する部分
が存在しない。このため、下部電極５のパターン形成時のオーバーエッチングにより、支
持体３の上面内側の縁２１上の保護層４がエッチングにより欠落し、空洞部１０をエッチ
ングするエッチング液がこの欠落部を介して下部電極５を侵食することがない。これによ
り、空洞部１０を形成する工程でのプロセスマージンが格段に広がり、薄膜圧電共振器の
製造歩留を大きく向上できる。

本発明に係る実施例２の薄膜圧電共振器の上面図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）中の
一点鎖線で囲った環状構造支持体の凸型環状部分Ａの拡大図を同図（ｂ）に示す。さらに
、同図（ａ）中のＢ−Ｂ線の矢印方向から見た断面図及びＣ−Ｃ線の矢印方向から見た断
面図を、それぞれ図８（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、図７（ａ）の上面図は、便宜上図
８の断面図における最表面の電極保護層８を省略し示してあり、圧電体膜６より下部に配
置されているものは、点線及び破線で示してある。以下、上記実施例１と同一または類似
の箇所には同一符号を付して説明し、実施例１と違う部分のみを説明する。

本実施例の薄膜圧電共振器も実施例１と同じ製造工程によって得られる。本実施例の構
造で実施例１と違う点は、下部電極２５のパターン形状にあり、製造工程においてもフォ
トリソグラフィーによるマスク形成のパターン形状が違うだけである。

図７及び図８に示したように、本実施例の下部電極２５は、保護層４上に、図７に破線
で示されたとおり、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａの部分を除いて、空洞部１０のほ
ぼ全面を覆って環状構造支持体３を横断するように、略矩形形状に形成されている。下部
電極２５は、一例として、図７（ａ）の上下方向に電極取り出しように延伸している。ま
た、図７（ｂ）に凸型環状部分Ａの細部を示したように、下部電極２５の略矩形形状の本
体部分に覆われていない環状構造支持体３の凸型環状部分Ａでは、環状構造支持体３の上
面内側の縁２１及び上面外側の縁２２を離間して沿うように、下部電極２５は、矩形形状
の本体部分から延伸して形成されている。すなわち、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａ
において、支持体３で囲まれた空洞部上に下部電極２５が開口部を有するように、下部電
極２５は環状構造支持体３の上面内側の縁２１及び上面外側の縁２２に沿って矩形形状の
本体側からそれぞれ離間延伸して形成されている。これにより、環状構造支持体３の上面
内側の縁２１上及び上面外側の縁２２上は、環状構造支持体３の全域で保護層４を介して
下部電極２５で覆われている。

ここで、支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支持体３の上面内側の縁２１上及び上面
外側の縁２２上に保護層４を介して離間して形成されている下部電極２５のそれぞれは、
実施例１同様に、支持体３の上面内側の縁２１及び上面外側の縁２２のそれぞれから、支
持体３側及び支持体３と反対側のそれぞれに１００乃至３００ｎｍの幅を有している（張
り出している）ことが望ましい。

本実施例においても実施例１と同様に、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、
支持体３の上面内側の縁２１上に保護膜を介して下部電極２５が延伸している構造となっ
ていることにより、支持体３の上面内側の縁２１と下部電極２５とが交差する部分が存在
しない。このため、下部電極２５のパターン形成時のオーバーエッチングにより、支持体
３の上面内側の縁２１上の保護層４がエッチングにより欠落し、空洞部１０をエッチング
するエッチング液がこの欠落部を介して下部電極２５を侵食することがない。これにより
、空洞部１０を形成する工程でのプロセスマージンが格段に広がり、薄膜圧電共振器の製
造歩留を大きく向上できる。

また、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支持体３の上面外側の縁２２上に
も下部電極２５が保護層４を介して形成されているので、実施例１の製造工程の一部の図
５（ｃ）に示したような、下部電極２５をＲＩＥでエッチング中に生じる支持体３の上面
外側の縁２２での保護層４の欠落を生じることもない。

本発明に係る実施例３の薄膜圧電共振器の上面図を図９（ａ）に示す。図９（ａ）中の
一点鎖線で囲った環状構造支持体の凸型環状部分Ａの拡大図を同図（ｂ）に示す。さらに
、同図（ａ）中のＢ−Ｂ線の矢印方向から見た断面図及びＣ−Ｃ線の矢印方向から見た断
面図を、それぞれ図１０（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、図９（ａ）の上面図は、便宜上
図１０の断面図における最表面の電極保護層８を省略し示してあり、圧電体膜６より下部
に配置されているものは、点線及び破線で示してある。以下、上記実施例１と同一または
類似の箇所には同一符号を付して説明し、実施例１と違う部分のみを説明する。

本実施例の薄膜圧電共振器も実施例２同様に実施例１と同じ製造工程によって得られる
。本実施例の構造で実施例１と違う点は、下部電極３５のパターン形状にあり、製造工程
においてもフォトリソグラフィーによるマスク形成のパターン形状が違うだけである。

図９及び図１０に示したように、本実施例の下部電極３５は、保護層４上に、図１０に
破線で示されたとおり、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａの部分を除いて、空洞部１０
のほぼ全面を覆って環状構造支持体３を横断するように、略矩形形状に形成されている。
下部電極３５は、一例として、図９（ａ）の上下方向に電極取り出しように延伸している
。また、図９（ｂ）に凸型環状部分Ａの細部を示したように、下部電極３５の略矩形形状
の本体部分に覆われていない環状構造支持体３の凸型環状部分Ａでは、環状構造支持体３
の上面内側の縁２１及び上面外側の縁２２を含めて支持体３の上面全体を覆って支持体３
を沿うように、下部電極３５は、矩形形状の本体部分から延伸して形成されている。すな
わち、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支持体３で囲まれた空洞部上に下部
電極３５が開口部を有するように、下部電極３５は環状構造支持体３の上面内側の縁２１
及び上面外側の縁２２を含めた支持体３の上面全体を覆って、支持体３に沿って矩形形状
の本体側から延伸して形成されている。これにより、環状構造支持体３の上面内側の縁２
１上及び上面外側の縁２２上は、環状構造支持体３の全域で保護層４を介して下部電極３
５で覆われている。

ここで、支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支持体３の上面内側の縁２１及び上面外
側の縁２２を含めた支持体３の上面全体上に保護層４を介して形成されている下部電極３
５は、支持体３の上面内側の縁２１及び上面外側の縁２２のそれぞれから、支持体３と反
対側に１００乃至３００ｎｍ幅を有している（張り出している）ことが望ましい。

本実施例においても実施例１と同様に、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、
支持体３の上面内側の縁２１上に保護膜を介して下部電極３５が延伸している構造となっ
ていることにより、支持体３の上面内側の縁２１と下部電極３５とが交差する部分が存在
しない。このため、下部電極３５のパターン形成時のオーバーエッチングにより、支持体
３の上面内側の縁２１上の保護層４がエッチングにより欠落し、空洞部１０をエッチング
するエッチング液がこの欠落部を介して下部電極３５を侵食することがない。これにより
、空洞部１０を形成する工程でのプロセスマージンが格段に広がり、薄膜圧電共振器の製
造歩留を大きく向上できる。

また、環状構造支持体３の凸型環状部分Ａにおいて、支持体３の上面外側の縁２２上に
も、下部電極３５が保護層４を介して形成されているので、実施例１の製造工程の一部の
図５（ｃ）に示したような、下部電極３５をＲＩＥでエッチング中に生じる支持体３の上
面外側の縁２２での保護層４の欠落を生じることもない。

以上、本発明に係る発明の形態を上記各実施例を用いて説明したが、各実施例に示した
構成に限られること無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各構成材料、各層の厚さ
及びパターン形状等を変更してもよいことは勿論である。また、各層の成膜方法や成膜条
件、エッチング方法やエッチング条件、又は、基板表面上を平坦化する方法なども、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内で変更することも可能である。

さらに、上記各実施例では、環状構造支持体３の四隅に凸型環状部分Ａを有するように
環状構造支持体３を形成し、この凸型環状部分Ａで囲まれた空洞部１０上にエッチングビ
ア９を形成した構造としているが、例えば、図１（ａ）の上面図の上部の両端及び下部の
両端のエッチングビア９を連結してストライプ状のエッチングビアとすることも可能であ
る。この場合は、そのエッチングビアの形状に応じて、環状構造支持体３が空洞部１０を
囲っている形状をエッチングビアが空洞部１０の上部に配置されるように略矩形形状に変
形すればよい。その他、エッチングビアの形状や数、或は空洞部１０上に配置される位置
などの変更も、これに応じて環状構造支持体３の空洞部１０を囲む形状の変更によって対
応すればよい。

本発明の実施例１の薄膜圧電共振器を示す上面図。 本発明の実施例１の薄膜圧電共振器を示す断面図。 本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。 本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。 本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。 本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。 本発明の実施例２の薄膜圧電共振器を示す上面図。 本発明の実施例２の薄膜圧電共振器を示す断面図。 本発明の実施例３の薄膜圧電共振器を示す上面図。 本発明の実施例３の薄膜圧電共振器を示す断面図。

符号の説明

１ 基板
２ 犠牲層
３ 支持体
４ 保護層
５、２５、３５ 下部電極
６ 圧電体膜
７ 上部電極
８ 電極保護層
９ エッチングビア
１０ 空洞部
１１ トレンチ
２１ 支持体上面の内側の縁
２２ 支持体上面の外側の縁
Ａ 凸型環状部分

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された環状構造の支持体と、
   前記基板と前記環状構造の支持体で囲まれた空洞部を覆って前記支持体上に形成された保
   護層と、
   前記空洞部上方に開口部を有して前記空洞部を覆うように、且つ前記環状構造の支持体上
   面の内側の縁の全域を覆うように前記保護層上に形成された下部電極と、
   前記下部電極上及び前記保護層上に形成された圧電体膜と、
   前記空洞部上方に配置され、前記圧電体膜上に形成された上部電極と、
   を具備し、
   前記開口部は前記保護層と前記圧電体膜が直接接合するように形成され、前記圧電体膜か
   ら前記保護層を貫通し前記空洞部に達するエッチングビアを有していることを特徴とする
   薄膜圧電体共振器。
2. 前記環状構造の支持体は凸型環状部を有し、前記凸型環状部で囲まれた空洞部上に、前
   記エッチングビアが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
3. 前記下部電極は、前記環状構造の支持体のうち前記凸型環状部分において、前記環状構
   造の支持体上面の外側の縁を覆うように形成されていることを特徴とする請求項２記載の
   薄膜圧電共振器。
4. 前記凸型環状部分において、前記環状構造の支持体上面の内側の縁から前記空洞部側の
   前記下部電極の幅が１００乃至３００ｎｍであることを特徴とする請求項２または３記載
   の薄膜圧電共振器。
5. 半導体基板上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層に環状構造のトレンチを形成する工程と、
   前記環状構造のトレンチを埋め込むように環状構造の支持体を形成する工程と、
   前記環状構造の支持体上及び前記犠牲層上に保護層を形成する工程と、
   前記環状構造の支持体で囲まれた前記犠牲層上方に開口部を有して前記環状構造の支持体
   で囲まれた前記犠牲層を覆うように、且つ前記環状構造の支持体の上面の内側の縁の全域
   を覆うようにパターニングされた下部電極を前記保護層上に形成する工程と、
   前記下部電極及び前記保護層上の全面に圧電対膜を形成する工程と、
   前記空洞部上方で前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、
   前記下部電極の前記開口部内で前記圧電体膜及び前記保護層を貫通して前記環状構造の支
   持体で囲まれた前記犠牲層に達するエッチングビアを形成する工程と、
   前記エッチングビアを介して前記環状構造の支持体で囲まれた前記犠牲層をエッチングし
   空洞部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。

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