JP2010147874A - Baw resonance device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたBAW(Bulk Acoustic Wave)共振装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a BAW (Bulk Acoustic Wave) resonance device including a resonator using a longitudinal vibration mode in a thickness direction of a piezoelectric layer, and a manufacturing method thereof.
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、2GHz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BAW共振装置として、例えば、図8に示すように、単結晶Si基板からなる支持基板1’と、支持基板1’の一表面側に形成され下部電極31’、圧電層32’、上部電極33’の積層構造を有する共振子3’と、支持基板1’の上記一表面側に形成されて支持基板1’に支持され共振子3’を保持した支持層7’とを備え、支持基板1’の上記一表面側に、共振子3’下の支持層7’における支持基板1’側の表面を露出させ圧電層32’を物理的に振動可能とするための空洞1a’が形成されるとともに、支持層7’における共振子3’の周辺部に、空洞1a’に連通する空洞形成用の4つのスリット状のエッチングホール5’が平面視矩形状の圧電層32’の外周縁の各辺に沿って形成されてなるFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)型のBAW共振装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここにおいて、支持層7’は、支持基板1’の基礎となるSi基板にボロンを高濃度ドーピングして形成した高濃度ボロンドーピング層と、支持基板1’の上記一表面側に形成したSiO2膜からなる絶縁層とで構成されている。要するに、支持層7’は、空洞1a’形成時にエッチングホール5’を通してSi基板からなる支持基板1’をエッチングするためのアルカリ系のエッチング液(例えば、エチレンジアミンピロカテコール水溶液など)に対して耐性を有する材料により形成されている。
Conventionally, as a BAW resonance device applicable to a high frequency filter used in a high frequency band of 2 GHz or more in the field of mobile communication devices such as mobile phones, for example, a support made of a single crystal Si substrate as shown in FIG. A substrate 1 ', a resonator 3' formed on one surface side of the support substrate 1 'and having a laminated structure of a lower electrode 31', a piezoelectric layer 32 ', and an upper electrode 33', and the one surface side of the support substrate 1 ' And a
なお、上記特許文献1には、支持基板1’の上記一表面側に共振子3’を複数個形成してフィルタ(BAWフィルタ)を構成することも記載されている。
上述のBAW共振装置では、圧電層32’の圧電材料としてPT、PZT、AlNなどを採用し、支持基板1’の材料としてSiなどを採用しているが、UWB(Ultra Wide Band)用フィルタに応用する場合、圧電層32’の圧電材料として、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鉛系圧電材料(例えば、PZT、PMN−PZTなど)を採用し、圧電層32’の結晶性を向上させるために支持基板1’の材料としてMgOもしくはSrTiO3(:STO)を採用することが考えられる。
ところで、図8に示した構成のBAW共振装置では、共振子3’下に支持層7’が形成されているので、当該支持層7’に起因してバルク弾性波のエネルギ損失が生じ、共振子全体の機械的品質係数(Q値)が低下してしまうという問題があった。
By the way, in the BAW resonance apparatus having the configuration shown in FIG. 8, since the
また、図8に示した構成のBAW共振装置では、単結晶Si基板からなる支持基板1’の上記一表面側の支持層7’上に共振子3’が形成されており、結晶性の良好な圧電層32’を得るのが難しく、圧電層32’の結晶性の改善が望まれていた。
Further, in the BAW resonance device having the configuration shown in FIG. 8, the
また、図8に示した構成のBAW共振装置において、支持基板1’として単結晶Si基板に代えて単結晶MgO基板や単結晶STO基板を用いても、共振子3’が支持層7’上に形成されているので、結晶性の良好な圧電層32’を得るのが難しい。また、図8に示した構成のBAW共振装置において、支持基板1’として単結晶Si基板に代えて単結晶MgO基板や単結晶STO基板を用いた場合、空洞1a’を形成する際の単結晶MgO基板のエッチング時間が長くなって脆弱になってしまう。
Further, in the BAW resonance apparatus having the configuration shown in FIG. 8, even if a single crystal MgO substrate or a single crystal STO substrate is used as the
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、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なBAW共振装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its object is to improve the crystallinity of the piezoelectric layer, improve the mechanical quality factor of the entire resonator, and be able to be robust. And providing a manufacturing method thereof.
請求項1の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間にPZT系材料もしくはKNN系材料からなる圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されてなり、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶MgO基板もしくは単結晶STO基板からなるとともに、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されてなることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a support substrate, a resonator formed on one surface side of the support substrate and having a piezoelectric layer made of a PZT material or a KNN material between the lower electrode and the upper electrode, and the support substrate. An insulating layer formed on one surface side and supported by a support substrate and surrounding the resonator in a plan view and holding the resonator, and the support substrate includes a lower electrode of the resonator and a surface on the support substrate side of the insulating layer. A cavity to be exposed is formed, an etching hole communicating with the cavity is formed in the insulating layer, and the support substrate has a laminated structure of an upper layer substrate and a lower layer substrate having different thicknesses. The upper substrate on the side relatively close to the resonator is made of a single crystal MgO substrate or a single crystal STO substrate, and is thinner than the lower layer substrate relatively far from the resonator, and It said cavity is formed through the thickness direction of the upper substrate, characterized by comprising constructed by an opening communicating with the etching holes.
この発明によれば、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間に圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、圧電層がPZT系材料もしくはKNN系材料により形成されているので、AlNやZnOにより形成されている場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができ、しかも、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶MgO基板もしくは単結晶STO基板からなるので、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板が、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されているので、空洞の形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。 According to the present invention, the resonator having the piezoelectric layer between the lower electrode and the upper electrode formed on the one surface side of the support substrate, and formed on the one surface side of the support substrate and supported by the support substrate in plan view. And an insulating layer that surrounds the resonator and holds the resonator, the support substrate is formed with a cavity that exposes the lower electrode of the resonator and the surface of the insulating layer on the support substrate side, and the insulating layer Since the etching hole communicating with the cavity is formed, the energy loss of bulk acoustic waves can be reduced, the mechanical quality factor of the entire resonator can be improved, and the piezoelectric layer is formed of PZT material or KNN material. Therefore, the electromechanical coupling coefficient can be increased as compared with the case where the support substrate is formed of AlN or ZnO, and the supporting substrate is different from the upper layer substrate having a different thickness. Since the upper substrate, which has a laminated structure with the layer substrate and is closer to the resonator in the support substrate, is composed of a single crystal MgO substrate or a single crystal STO substrate, the crystallinity of the piezoelectric layer can be improved and resonance The mechanical quality factor of the entire element can be improved, and the upper layer substrate is thinner than the lower layer substrate relatively far from the resonator, and the cavity penetrates in the thickness direction of the upper layer substrate. Since it is constituted by the opening communicated with the etching hole, the etching time required for forming the cavity can be shortened, and robustness can be achieved.
請求項2の発明は、請求項1記載のBAW共振装置の製造方法であって、異種材料からなる下層基板の一表面側に接合され当該下層基板とともに支持基板を構成する単結晶MgO基板もしくは単結晶STO基板からなる上層基板の一表面側に共振子および絶縁層を形成してから、絶縁層にエッチングホールを形成し、その後、エッチングホールを通してエッチャントを導入し上層基板の厚み方向に貫通する開口部からなる前記空洞をウェットエッチングにより形成することを特徴とする。 A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a BAW resonator according to the first aspect of the present invention, wherein the single crystal MgO substrate or single unit is bonded to one surface of a lower layer substrate made of a different material and forms a support substrate together with the lower layer substrate. After forming a resonator and an insulating layer on one surface side of the upper layer substrate made of a crystal STO substrate, an etching hole is formed in the insulating layer, and then an etchant is introduced through the etching hole to penetrate in the thickness direction of the upper layer substrate. The cavity formed of a portion is formed by wet etching.
この発明によれば、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なBAW共振装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a BAW resonance device that can improve the crystallinity of the piezoelectric layer, improve the mechanical quality factor of the entire resonator, and can be robust.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記共振子および前記エッチングホールを形成する前に、前記上層基板を所定厚さまで薄肉化することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the upper substrate is thinned to a predetermined thickness before the resonator and the etching hole are formed.
この発明によれば、前記上層基板を薄肉化する際に前記共振子および前記絶縁層が破損するのを防止することができるとともに、前記上層基板のより一層の薄肉化が可能となり、前記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。 According to the present invention, it is possible to prevent the resonator and the insulating layer from being damaged when the upper layer substrate is thinned, and to further reduce the thickness of the upper layer substrate. The etching time for forming the film can be further shortened.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記所定厚さは、前記上層基板をウェットエッチングすることで前記開口部を形成する際のサイドエッチング量よりも小さな値に設定してあることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the predetermined thickness is set to a value smaller than a side etching amount when the opening is formed by wet etching the upper substrate. It is characterized by.
この発明によれば、前記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。 According to the present invention, the etching time for forming the opening can be shortened.
請求項5の発明は、請求項2ないし請求項4の発明において、前記下層基板として、単結晶Si基板を用いることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the second to fourth aspects of the invention, a single crystal Si substrate is used as the lower layer substrate.
この発明によれば、前記開口部を形成する際に前記下層基板をエッチングストッパとして利用することができ、前記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに前記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。 According to this invention, when the opening is formed, the lower layer substrate can be used as an etching stopper, the reproducibility of the shape of the opening can be improved, and the etching time required for forming the opening Can be shortened.
請求項1の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能となるという効果がある。 According to the first aspect of the invention, the crystallinity of the piezoelectric layer can be improved, the mechanical quality factor of the entire resonator can be improved, and robustness can be achieved.
請求項2の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なBAW共振装置を提供することができるという効果がある。 According to the second aspect of the invention, there is an effect that it is possible to provide a BAW resonance device that can improve the crystallinity of the piezoelectric layer, improve the mechanical quality factor of the entire resonator, and can be robust.
本実施形態のBAW共振装置は、図1に示すように、支持基板1と、支持基板1の一表面上に形成され下部電極31と上部電極33との間に圧電層32を有する複数個(本実施形態では、8個)の共振子3と、支持基板1の上記一表面側に形成されて支持基板1に支持され平面視において共振子3を取り囲んで共振子3を保持した絶縁層4とを備えている。また、本実施形態のBAW共振装置は、支持基板1に、各共振子3の下部電極31および絶縁層4における支持基板1側の表面を露出させる複数(本実施形態では、5つ)の断面逆台形状の空洞1aがウェットエッチング(エッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチング)により形成されるとともに、絶縁層4に、各空洞1aそれぞれに連通する複数(本実施形態では、5つ)のエッチングホール5が貫設されている。ここにおいて、各エッチングホール5は、絶縁層4における各空洞1aそれぞれの投影領域における中心部に対応する部位に形成されている。なお、絶縁層4には、上部電極33と圧電層32との接触面積を規定するための開孔部4aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the BAW resonator according to the present embodiment includes a plurality of piezoelectric layers 32 (on a
また、本実施形態のBAW共振装置は、上述の複数個の共振子3が図2に示すラダー型フィルタを構成するように接続されており、2GHz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フィルタ、例えば、UWB用フィルタとして用いることができる。
Further, in the BAW resonator of the present embodiment, the plurality of
各共振子3は、支持基板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における支持基板1側とは反対側に形成された圧電層32と、圧電層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とを有しており、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支持基板1側へバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしてある。要するに、本実施形態のBAW共振装置は、支持基板1に空洞1aが形成されているFBARにより構成されている。
Each
図2に示した例では、下部電極31同士が電気的に接続された2個1組の共振子3の組を複数組(図示例では、4組)備えており、各組の2個の共振子3では、下部電極31と圧電層32とが連続して形成される一方で上部電極33同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する2個の共振子3の上部電極33同士が上部電極33と連続して形成された金属配線34を介して電気的に接続されている。また、各組の2個の共振子3に跨って形成された圧電層32のうち下部電極31と上部電極33との両方と接する領域が各共振領域を構成している。
In the example shown in FIG. 2, a plurality of sets (four sets in the illustrated example) of two
本実施形態のBAW共振装置は、圧電層32の圧電材料として、PZTを採用しており、圧電層32は、(001)配向のPZT薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここで、図1には図示していないが、下部電極31と圧電層32との間に、圧電層32の配向を制御するためのシード層としてSRO層を形成することが望ましい。また、本実施形態では、圧電層32の圧電材料として、PZTを採用しているが、PZT系材料であれば、PZTに限らず、不純物を添加したPZTやPMN−PZTなどでもよく、圧電材料がAlNやZnOである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、圧電層32の圧電材料としては、PZT系材料に限らず、例えば、鉛フリーのKNN(K0.5Na0.5NbO3)や、KN(KNbO3)、NN(NaNbO3)、KNNに不純物(例えば、Li,Nb,Ta,Sb,Cuなど)を添加したものなどのKNN系材料を用いてもよい。
The BAW resonator of this embodiment employs PZT as the piezoelectric material of the
ところで、圧電層32は、平面視における全領域が下部電極31上に形成されており、圧電層32の外周線は、下部電極31の外周線よりも内側に位置している。
By the way, the whole area of the
また、本実施形態のBAW共振装置では、下部電極31の金属材料としてPtを採用しているが、下部電極31の材料はPtに限定するものではなく、後述の上層基板11に空洞1aとなる開口部を形成する際のエッチング液に対して耐性を有し、圧電層32の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料であればよい。また、上部電極33の金属材料としてAlを採用しているが、Alに限らず、例えば、Pt、Mo、W、Ir、Cr、Ruなどを採用すれば、上部電極33の金属材料が代表的な電極材料であるAuの場合に比べて、上部電極33の機械的品質係数を高めることができ、共振子3全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。
Further, in the BAW resonance device of the present embodiment, Pt is adopted as the metal material of the
また、絶縁層4の材料としては、SiO2を採用しているが、SiO2に限らず、例えば、Si3N4を採用してもよい。また、絶縁層4は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、SiO2からなる第1の絶縁膜とSi3N4膜からなる第2の絶縁膜との積層膜でもよい。
As a material of the insulating
なお、本実施形態のBAW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、圧電層32の厚みを300nm、上部電極33の厚みを100nm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、圧電層32の厚みは200nm〜600nmの範囲で適宜設定すればよい。
In the BAW resonator of this embodiment, the resonance frequency of the
ところで、支持基板1は、互いに厚さが異なる上層基板11と下層基板12との積層構造を有し、支持基板1において相対的に共振子3に近い側にある上層基板11が、単結晶MgO基板からなるとともに、相対的に共振子3から遠い側にある下層基板12に比べて薄くなっている。なお、本実施形態では、上層基板11の厚さを5μm、下層基板12の厚さを300μmに設定してあるが、これらの厚さは一例であり、特に限定するものではない。
By the way, the
また、支持基板1は、上述の空洞1aが、上層基板11の厚み方向に貫設されたた断面逆台形状の開口部により構成されている。
Further, the
ここにおいて、上層基板11としては、下層基板12側とは反対側の一表面が(001)面の単結晶MgO基板を用いているが、上記一表面が(001)面の単結晶STO基板を用いてもよい。また、上層基板11の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、圧電層32の所望の面方位に応じて適宜設定すればよい。また、下層基板12としては、単結晶Si基板を用いているが、ガラス基板を用いてもよい。
Here, as the
以上説明した本実施形態のBAW共振装置によれば、支持基板1の上記一表面側に形成され下部電極31と上部電極33との間に圧電層32を有する共振子3と、支持基板1の上記一表面側に形成されて支持基板1に支持され平面視において共振子3を取り囲んで共振子3を保持した絶縁層4とを備え、支持基板1に、共振子3の下部電極31および絶縁層4における支持基板1側の表面を露出させる空洞1aが形成されるとともに、絶縁層4に、空洞1aに連通するエッチングホール5が形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子3全体の機械的品質係数を向上できる。しかも、本実施形態のBAW共振装置では、支持基板1が、互いに厚さが異なる上層基板11と下層基板12との積層構造を有し、支持基板1において相対的に共振子3に近い側にある上層基板11が、単結晶MgO基板もしくは単結晶STO基板からなるので、PZT系材料もしくはKNN系材料からなる圧電層32の結晶性を向上できるとともに共振子3全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板11が、相対的に共振子3から遠い側にある下層基板12に比べて薄く、且つ、空洞1aが、上層基板11の厚み方向に貫設されエッチングホール5に連通した開口部により構成されているので、空洞1aの形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。
According to the BAW resonance apparatus of the present embodiment described above, the
以下、本実施形態のBAW共振装置の製造方法について図3〜図7を参照しながら説明するが、図3〜図7それぞれにおいて左側は図1(a)のA−A’断面に対応する概略工程断面図、右側は図1(a)のB−B’に対応する概略工程断面図を示している。 Hereinafter, a method of manufacturing the BAW resonator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 7. In each of FIGS. 3 to 7, the left side is a schematic corresponding to the AA ′ cross section of FIG. Process cross-sectional view, the right side shows a schematic process cross-sectional view corresponding to BB ′ in FIG.
まず、単結晶MgO基板からなる上層基板11と単結晶Si基板からなる下層基板12とを接合する基板接合工程を行うことによって、図3(a)に示す構造を得る。なお、基板接合工程では、例えば、金属−金属(例えば、Au−Au)の常温接合や、AuSnを利用した共晶接合などにより上層基板11と下層基板12とを接合すればよいが、接合方法は特に限定するものではない。
First, the structure shown in FIG. 3A is obtained by performing a substrate bonding step of bonding the
上述の基板接合工程の後、上層基板11を下層基板12側とは反対側の一表面側から所定厚さ(例えば、5μm程度)まで薄肉化する薄肉化工程を行うことによって、図3(b)に示す構造を得る。ここで、薄肉化工程では、例えば、CMP法などにより上層基板11を上記一表面側から薄肉化し、研磨によるダメージ層を除去するためのウェットエッチングを行えばよい。なお、上層基板11の所定厚さは、5μmに限定するものではなく、例えば、3〜50μm程度の範囲で適宜設定すればよい。
After the above-described substrate bonding step, by performing a thinning step of thinning the
上述の薄肉化工程の後、上層基板11の上記一表面側の全面に下部電極31の基礎となる第1の金属膜(例えば、Pt膜など)31aをスパッタ法やEB蒸着法やCVD法などにより形成する第1の金属膜形成工程を行うことによって、図3(c)に示す構造を得る。
After the above-described thinning step, a first metal film (for example, Pt film) 31a serving as a base of the
その後、支持基板1の上記一表面側の全面に圧電層32の基礎となるPZT薄膜からなる圧電材料層32aをスパッタ法やCVD法やゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図3(d)に示す構造を得る。なお、第1の金属膜形成工程と圧電材料層形成工程との間に、圧電材料層32aの配向を制御するためのシード層としてSRO層を形成するシード層形成工程を設けてもよい。
Thereafter, a piezoelectric material layer forming process is performed in which a
圧電材料層形成工程の後、圧電材料層32aの一部からなる圧電層32を形成するためにパターニングされたレジスト層(以下、第1のレジスト層と称する)61をフォトリソグラフィ技術を利用して圧電材料層32a上に形成する第1のレジスト層形成工程を行うことによって、図3(e)に示す構造を得る。
After the piezoelectric material layer forming step, a resist layer 61 (hereinafter referred to as a first resist layer) 61 patterned to form the
その後、第1のレジスト層61をマスクとして、圧電材料層32aをエッチングすることで圧電材料層32aの一部からなる圧電層32を形成する圧電材料層パターニング工程を行うことによって、図4(a)に示す構造を得て、続いて、第1のレジスト層61を除去することによって、図4(b)に示す構造を得る。
Thereafter, a piezoelectric material layer patterning step is performed in which the
その後、第1の金属膜31aの一部からなる下部電極31を形成するためにパターニングされたレジスト層(以下、第2のレジスト層と称する)62をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板1の上記一表面側に形成する第2のレジスト層形成工程を行うことによって、図4(c)に示す構造を得る。
Thereafter, a resist layer (hereinafter referred to as a second resist layer) 62 patterned to form the
その後、第2のレジスト層62をマスクとして、第1の金属膜31aをエッチングすることで第1の金属膜31aの一部からなる下部電極31を形成する第1金属膜パターニング工程を行うことによって、図4(d)に示す構造を得て、続いて、第2のレジスト層62を除去することによって、図4(e)に示す構造を得る。
Thereafter, by performing the first metal film patterning step of forming the
その後、支持基板1の上記一表面側の全面に例えばSiO2膜からなる絶縁層4をスパッタ法やCVD法などにより形成する絶縁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。
Thereafter, an insulating layer forming process is performed in which an insulating
その後、絶縁層4に開孔部4aを形成するためにパターニングされたレジスト層(以下、第3のレジスト層と称する)63をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板1の上記一表面側に形成する第3のレジスト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。
Thereafter, a resist layer (hereinafter referred to as a third resist layer) 63 patterned to form the
その後、ドライエッチング技術を利用して絶縁層4に開孔部4aを形成する開孔部形成工程を行うことによって、図5(c)に示す構造を得てから、第3のレジスト層63を除去することによって、図5(d)に示す構造を得る。
After that, by performing an opening portion forming step for forming the
その後、支持基板1の上記一表面側の全面に上部電極33および金属配線34の基礎となる第2の金属膜(例えば、Pt膜など)33aをスパッタ法やEB蒸着法やCVD法などにより形成する第2の金属膜形成工程を行うことによって、図5(e)に示す構造を得る。
Thereafter, a second metal film (for example, a Pt film) 33a serving as a basis for the
その後、それぞれ第2の金属膜33aの一部からなる上部電極33および金属配線34を形成するためにパターニングされたレジスト層(以下、第4のレジスト層と称する)64をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板1の上記一表面側に形成する第4のレジスト層形成工程を行うことによって、図6(a)に示す構造を得る。
Thereafter, a resist layer 64 (hereinafter referred to as a fourth resist layer) 64 patterned to form the
その後、第4のレジスト層64をマスクとして、第2の金属膜33aをエッチングすることで第2の金属膜33aの一部からなる上部電極33および金属配線34を形成する第2金属膜パターニング工程を行うことによって、図6(b)に示す構造を得て、続いて、第4のレジスト層64を除去することによって、図6(c)に示す構造を得る。
Thereafter, a second metal film patterning step of forming the
その後、支持基板1の上記一表面側に絶縁層4のエッチングホール5を形成するためにパターニングされたレジスト層(以下、第5のレジスト層と称する)65をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する第5のレジスト層形成工程を行うことによって、図6(d)に示す構造を得る。
Thereafter, a resist layer (hereinafter referred to as a fifth resist layer) 65 patterned to form the
その後、第5のレジスト層65をマスクとして、絶縁層4をドライエッチング技術によりエッチングすることでエッチングホール5を形成するエッチングホール形成工程を行うことによって、図7(a)に示す構造を得る。
Thereafter, by using the fifth resist
その後、第5のレジスト層65をマスクとして、エッチングホール5を通して所定のエッチャントを導入して支持基板1をウェットエッチングすることにより支持基板1の上層基板11に空洞1aとなる開口部を形成する空洞形成工程を行うことによって、図7(b)に示す構造を得る。なお、上層基板11として単結晶MgO基板を採用している場合には、所定のエッチャントとして燐酸系溶液(例えば、例えば、70〜90℃程度に加熱した燐酸水溶液など)を用いればよく、上層基板11として単結晶STO基板を採用している場合には、絶縁層4の材料をSi3N4として、空洞形成工程において、所定のエッチャントとして、例えば、液温が室温(例えば、25℃)で濃度が3wt%のフッ酸水溶液を用いればよい。
Thereafter, by using the fifth resist
上述の空洞形成工程の後、第5のレジスト層65を除去することによって、図7(c)に示す構造のBAW共振装置を得る。
After the above-described cavity forming step, the fifth resist
上述のBAW共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板1としてウェハを用いてウェハレベルで多数のBAW共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のBAW共振装置に分割すればよい。ところで、本実施形態のBAW共振装置の製造にあたっては、空洞形成工程において各組の2個の共振子3ごとに支持基板1に空洞1aを形成するようにしているので、空洞1aを各共振子3ごとに1つずつ形成する場合に比べて、BAW共振装置全体の小型化を図れる。また、本実施形態のBAW共振装置は、2個の共振子3を複数組備えているが、共振子3の組は1組でもよく、また、BAW共振装置は、1個の共振子3のみを備えたものでもよい。
In manufacturing the BAW resonance device described above, a large number of BAW resonance devices may be formed at the wafer level using a wafer as the
以上説明した本実施形態のBAW共振装置の製造方法によれば、異種材料からなる下層基板12の一表面側に接合され当該下層基板12とともに支持基板1を構成する単結晶MgO基板もしくは単結晶STO基板からなる上層基板11の上記一表面側に共振子3および絶縁層4を形成してから、絶縁層4にエッチングホール5を形成し、その後、エッチングホール5を通してエッチャントを導入し上層基板11の厚み方向に貫通する開口部からなる空洞1aをウェットエッチングにより形成するので、単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板からなる上層基板11の上記一表面側に下部電極31と上部電極33との間に圧電層32を有する共振子3を直接形成することができるから、図8に示した構成のように支持層7’上に共振子3’を形成する製造方法を採用する場合に比べて、圧電層32の結晶性を向上できるとともに共振子3全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なBAW共振装置を提供することができる。
According to the method for manufacturing the BAW resonator of the present embodiment described above, the single crystal MgO substrate or the single crystal STO which is bonded to one surface side of the
また、本実施形態のBAW共振装置の製造方法によれば、共振子3およびエッチングホール5を形成する前に、上層基板11を上記所定厚さまで薄肉化するようにしているので、上層基板11を薄肉化する際に共振子3および絶縁層4が破損するのを防止することができるとともに、共振子3およびエッチングホール5を形成した後で上層基板11を薄肉化する場合に比べて上層基板11のより一層の薄肉化が可能となり、空洞1aとなる上記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。
Further, according to the method of manufacturing the BAW resonator of the present embodiment, the
また、本実施形態では、上層基板11の上記所定厚さは、上層基板11をウェットエッチングすることで空洞1aとなる上記開口部を形成する際のサイドエッチング量(このサイドエッチング量は、共振子3の中心とエッチングホール5との相対的な位置関係により設定する値であり、本実施形態では、15μmに設定してある)よりも小さな値(本実施形態では、5μm)に設定してあるので、上記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。なお、サイドエッチング量は、10〜100μm程度の範囲で適宜設定すればよい。
Further, in the present embodiment, the predetermined thickness of the
また、本実施形態のBAW共振装置の製造方法では、下層基板12として、単結晶Si基板を用いているので、空洞1aとなる上記開口部を形成する際に下層基板12をエッチングストッパとして利用することができ、上記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに上記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。
In the method for manufacturing the BAW resonator according to this embodiment, since the single crystal Si substrate is used as the
1 支持基板
1a 空洞
3 共振子
4 絶縁層
5 エッチングホール
11 上層基板
12 下層基板
31 下部電極
32 圧電層
33 上部電極
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