JP2023124339A - ウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極が設けられた状態において圧電層の分極処理を行うことが可能なウエハの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０と基板１０上に設けられた圧電層１４と、圧電層１４における基板１０側の第１面１４ａの一部に設けられた第１電極と、を備える積層体を準備する工程と、圧電層１４における第１面１４ａの反対の第２面１４ｂに第２電極を形成する工程と、圧電層１４の温度を上昇させた状態において、第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、圧電層１４を挟み第１電極と第２電極とが圧電層１４を挟む第１領域１５ａにおける圧電層１４の分極方向を、第１領域１５ａにおける電圧を印加する前の圧電層１４の分極方向および第１領域１５ａ以外の第２領域１５ｂにおける電圧を印加した後の圧電層１４の分極方向より揃える分極処理を行う工程とを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。

携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサに用いられる弾性波デバイスには、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム等の圧電層が用いられている。圧電層の形成方法としてイオン注入剥離法が知られている。イオン注入剥離法では圧電基板の一定の深さにイオンを注入しイオン注入層を形成する。イオンを注入した圧電基板の面を基板に接合する。イオン注入層に沿って圧電基板の一部を剥離し、基板に接合された圧電層を形成することが知られている（例えば特許文献１、２）。イオン注入剥離法により形成された基板に接合された圧電層を加熱し電界を加えることで分極処理することが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１０－１０９９０９号公報 国際公開第２００９／０８１６５１号

イオン注入剥離法では、イオン注入や熱処理等により圧電層内の一部の分極方向が乱れ、圧電性が低下することがある。特許文献１では、イオン注入層により形成された圧電層を分極処理することで、圧電層内の分極方向を揃え圧電性を向上させることができる。しかしながら、圧電層に電極が設けられている状態において分極処理を行うと、電極により圧電層に電界が加わらず分極処理を行うことが難しい。イオン注入剥離法以外においても、圧電層に電極が設けられた状態において分極処理を行うことが求められることがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電極が設けられた状態において圧電層の分極処理を行うことを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層における前記基板側の第１面の一部に設けられた第１電極と、を備える積層体を準備する工程と、前記圧電層における前記第１面の反対の第２面に第２電極を形成する工程と、前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記圧電層を挟み前記第１電極と前記第２電極とが前記圧電層を挟む第１領域における前記圧電層の分極方向を、前記第１領域における前記電圧を印加する前の前記圧電層の分極方向および前記第１領域以外の第２領域における前記電圧を印加した後の前記圧電層の分極方向より揃える分極処理を行う工程と、を含むウエハの製造方法である。

上記構成において、前記圧電層は単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。

上記構成において、圧電基板に前記第１面からイオンを注入することで圧電基板内にイオン注入層を形成する工程と、前記イオン注入層を形成する工程の後に、前記第１面の一部に前記第１電極を形成する工程と、前記第１電極を形成する工程の後に、前記基板と前記第１面とを接合する工程と、前記接合する工程の後に、前記圧電基板を前記イオン注入層から剥離することで前記圧電層を形成する工程と、を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２電極を形成する工程は、前記第２面の一部に、前記第１電極および前記圧電層とで弾性波素子を形成する前記第２電極を形成する工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２電極を除去する工程を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記第２電極を除去した後に、前記第２面に前記第１電極とで前記圧電層を挟み、前記第１電極および前記圧電層とで弾性波素子を形成する第３電極を形成する工程を含む構成とすることができる。

本発明は、上記ウエハの製造方法を含み、前記ウエハは、複数の弾性波素子がそれぞれ形成される複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に設けられた切断領域と、を有し、前記分極処理を行う工程は、前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記切断領域に設けられた第１配線を介し前記第１電極に電気的に接続された第１パッドと、前記切断領域に設けられた第２配線を介し前記第２電極に電気的に接続された第２パッドと、の間に前記電圧を印加する工程を含み、前記切断領域において前記ウエハを切断することで前記複数のチップ領域から複数のチップを形成する工程を含む弾性波デバイスの製造方法である。

本発明は、上記ウエハの製造方法を含み、前記ウエハは、複数の前記弾性波素子がそれぞれ形成される複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に設けられた切断領域と、を有し、前記分極処理を行う工程は、前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記切断領域に設けられた第１配線を介し前記第１電極に電気的に接続されたパッドと、前記第２電極と、の間に前記電圧を印加する工程を含み、前記切断領域において前記ウエハを切断することで前記複数のチップ領域から複数のチップを形成する工程を含む弾性波デバイスの製造方法である。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、積層方向から見て少なくとも一部が重なる第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に少なくとも一部が挟まれ、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた第１領域における分極方向は前記第１領域以外の第２領域の少なくとも一部における分極方向より揃った圧電層と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記第１電極から前記基板の端まで設けられた第１配線と、前記第２電極から前記基板の端まで設けられた第２配線と、を備え、前記第１領域における前記圧電層の分極方向は、前記第２領域における前記圧電層の分極方向より揃っている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１電極を前記基板の端まで設けられた配線を備え、前記第２領域のうち前記第１電極および前記配線のいずれかが設けられた第３領域における前記圧電層の分極方向は、前記第２領域のうち前記第３領域以外の第４領域における前記圧電層の分極方向より揃っている構成とすることができる。

本発明によれば、電極が設けられた状態において圧電層の分極処理を行うことができる。

図１は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図６は、実施例１におけるウエハの平面図である。 図７（ａ）は、実施例１におけるウエハの一部の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図８は、実施例１におけるフィルタの回路図である。 図９は、実施例１におけるチップ領域にフィルタが設けられた平面図である。 図１０は、実施例１におけるチップの平面図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図１３は、実施例２におけるウエハの平面図である。 図１４（ａ）は、実施例２におけるウエハの一部の平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図１５は、実施例２におけるチップ領域にフィルタが設けられた平面図である。 図１６は、実施例２におけるチップの平面図である。 図１７は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器を例に説明する。図１は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。圧電層１４の厚さ方向から見た表面に対する法線方向をＺ方向、圧電層１４の平面方向のうち上部電極１６の引き出し方向を＋Ｘ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。左側に設けられている圧電薄膜共振器は、例えばラダー型フィルタの直列共振器Ｓであり、右側に設けられている圧電薄膜共振器は、並列共振器Ｐである。

図１に示すように、基板１０上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４の第１面１４ａに下部電極１２（第１電極）が設けられている。圧電層１４の第２面１４ｂに上部電極１６（第２電極）が設けられている。共振領域５０は、圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域により定義される。共振領域５０の平面形状は任意であり、例えば矩形状もしくは五角形状等の多角形状または楕円形状等でもよい。並列共振器Ｐにおいては下部電極１２下および上部電極１６上にそれぞれ付加膜２０ａおよび２０ｂが設けられている。付加膜２０ａおよび２０ｂを設けることで、並列共振器Ｐの共振周波数は直列共振器Ｓの共振周波数より低くなる。付加膜２０ａおよび２０ｂは少なくとも一方が設けられていればよい。

下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力を印加すると、共振領域５０内の圧電層１４に弾性波が励振する。弾性波の波長は、例えば下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６の厚さの合計のほぼ２倍である。基板１０と音響反射膜３０との界面はほぼ平坦であり、圧電層１４の上面および下面はほぼ平坦である。圧電層１４のうち、共振領域５０は分極方向が揃った領域１５ａであり、領域１５ａ以外の領域１５ｂは領域１５ａより分極方向が揃っていない領域である。

基板１０と下部電極１２との間における共振領域５０に、音響反射膜３０が設けられている。音響反射膜３０では、複数の低インピーダンス層３１と、複数の高インピーダンス層３２と、が交互に積層されている。高インピーダンス層３２の音響インピーダンスは低インピーダンス層３１の音響インピーダンスより高い。平面視において音響反射膜３０は、共振領域５０に重なりかつ大きい。低インピーダンス層３１の個数および高インピーダンス層３２の個数は適宜設定できる。共振領域５０およびその近傍以外の領域には高インピーダンス層３２は設けられておらず、低インピーダンス層３１が設けられている。音響反射膜３０の代わりに空隙が設けられていてもよい。

共振領域５０外において下部電極１２下に金属層２４が設けられている。圧電層１４を貫通し金属層２４に接触する金属層２６が設けられている。なお、圧電層１４に貫通孔を形成した後に金属層２６を形成するため、金属層２６の周縁部は圧電層１４上に設けられるが、図１では、簡略化して図示している。共振領域５０外において上部電極１６に接触する金属層２８が設けられている。金属層２６および２８は、それぞれ下部電極１２および上部電極１６を外部と電気的に接続するためのパッドとして機能する。

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板等でもよい。圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板であり、分極方向を揃える分極処理を行うことが求められる圧電基板である。

下部電極１２および上部電極１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜であり、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。付加膜２０ａおよび２０ｂは、下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ニオブ膜等の絶縁膜でもよい。

低インピーダンス層３１は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の音響インピーダンスの小さい材料である。高インピーダンス層３２は、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、ルテニウム等の音響インピーダンスの大きい材料により形成される。金属層２４は、例えばアルミニウム層、金層または銅層等の低抵抗層である。金属層２６および２８は例えば、金層、銅層またはアルミニウム層等の低抵抗層である。金属層２４、２６および２８は、下部電極１２または上部電極１６と接触するチタン膜、クロム膜またはニッケル膜等の密着膜を含んでもよい。

例えば、圧電層１４に励振する弾性波が厚みすべり振動である例を説明する。圧電層１４を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）は結晶方位のＹＺ平面内の方向となる。これにより、圧電層１４の平面方向に厚みすべり振動が生じる。また、Ｘ方向を結晶方位でＸ軸方向とし、Ｚ方向を、結晶方位のＹＺ平面内においてＸ軸方向を中心にＺ軸方向からＹ軸方向に１０５°回転させた方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向はＹ方向となる。

別の例として、圧電層１４をＸカットタンタル酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）は結晶方位のＸ軸方向である。これにより、圧電層１４の平面方向では厚みすべり振動が生じる。また、Ｙ方向を結晶方位の＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向はＹ方向となる。

例えば、共振周波数を３．７ＧＨｚとする場合、圧電層１４を厚さが４４０ｎｍの回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とし、下部電極１２および上部電極１６を各々厚さが４４ｎｍのアルミニウム層とする。下部電極１２および上部電極１６の厚さは各々圧電層１４の厚さの１％～２０％である。共振領域５０のＸ方向の幅は例えば１０μｍ～５００μｍである。

［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）から図３（ｂ）は、図１とは上下を逆転しＺ方向を下方向に図示し、図３（ｃ）から図５（ｂ）では、図１と同様にＺ方向を上方向に図示している。なお、金属層２４、付加膜２０ａおよび２０ｂの形成については説明を省略する。

図２（ａ）に示すように、－Ｚ側の面および＋Ｚ側の面が平坦面である圧電基板１５を準備する。圧電基板１５は、例えば単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板であり、分極処理は行っていてもよいし、行っていなくてもよい。分極処理とは、圧電基板１５をキュリー点以上の温度に加熱した状態で電界を加える処理であり、例えばインゴットの状態で行われる。分極処理を行うことにより、圧電基板１５内の分極方向がほぼ揃った状態となる。以後、インゴットの状態で分極処理が行われている圧電基板１５を例に説明する。

図２（ｂ）に示すように、矢印５２のように、圧電基板１５に第１面１４ａからイオンを注入する。イオンが注入される深さはほぼ一定である。これにより、圧電基板１５の第１面１４ａから一定の深さにイオン注入層５６が形成される。イオンは例えばヘリウムイオンまたは水素イオンである。圧電基板１５の第１面１４ａからイオン注入層５６の深さは例えば１００ｎｍ～１μｍである。圧電基板１５の第１面１４ａとイオン注入層５６との間の領域１５ｂはイオンが通過する。このため、領域１５ｂでは、圧電基板１５の結晶性が劣化し、分極方向が乱れる。

図２（ｃ）に示すように、ほぼ平坦面である圧電基板１５の第１面１４ａに下部電極１２を形成する。下部電極１２の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い下部電極１２を所望形状にパターニングする。

図３（ａ）に示すように、下部電極１２を覆うように、圧電基板１５の第１面１４ａ上に、低インピーダンス層３１および高インピーダンス層３２を形成する。低インピーダンス層３１および高インピーダンス層３２の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用いる。高インピーダンス層３２のパターニングにはフォトリソグラフィ法およびエッチング法、またはフォトリソグラフィ法およびリフトオフ法を用いる。

図３（ｂ）に示すように、低インピーダンス層３１上面を平坦化する。低インピーダンス層３１の平坦化には、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いる。これにより、高インピーダンス層３２と低インピーダンス層３１とが交互に積層された音響反射膜３０が形成される。

図３（ｃ）に示すように、上下を逆転させ、低インピーダンス層３１の下面を基板１０の上面に接合させる。接合には例えば表面活性化法を用いる。基板１０と低インピーダンス層３１との間にはシリコン膜、酸化アルミニウム膜等の接合層を設けてもよい。

図４（ａ）に示すように、圧電基板１５から圧電層１４を剥離する。例えば基板１０および圧電基板１５を加熱し、熱応力により、圧電層１４を剥離する。圧電層１４の第２面１４ｂを、ＣＭＰ法を用い平坦化してもよい。以上により、基板１０、音響反射膜３０、下部電極１２および圧電層１４を備える積層体１１が形成される。

図４（ｂ）に示すように、圧電層１４の第２面１４ｂに上部電極１６を形成する。上部電極１６の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い上部電極１６を所望形状にパターニングする。これにより、共振領域５０が形成される。

図４（ｃ）に示すように、共振領域５０外に圧電層１４を貫通する貫通孔２３を形成する。貫通孔２３は下部電極１２を貫通し金属層２４に達する。貫通孔２３の形成には例えばエッチング法を用いる。金属層２４は貫通孔２３を形成するときのエッチングストッパとして機能する。貫通孔２３内に下部電極１２おび金属層２４に電気的に接続される金属層２６を形成し、上部電極１６に電気的に接続する金属層２８を形成する。

図５（ａ）に示すように、基板１０および圧電層１４等を加熱する。圧電層１４の温度を上昇させた状態において、電圧源５４を用い、下部電極１２と上部電極１６との間に直流の電圧Ｖを印加する。これにより、共振領域５０内の圧電層１４に対し分極処理が行われる。共振領域５０内の圧電層１４の領域１５ａは領域１５ｂより分極方向が揃う。分極処理における圧電層１４の温度は、圧電層１４のキュリー点以上またはキュリー点近傍の温度である。タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウムのキュリー点は６０７℃および１１６０℃である。圧電層１４に加わる電界は５ｋＶ／ｃｍ～１００ｋＶ／ｃｍである。

図５（ｂ）に示すように、矢印５８のように切断領域４４において基板１０、低インピーダンス層３１および圧電層１４を切断する。切断方法としては、例えばダイシングブレードを用いたダイシング法を用いる。これにより、ウエハが個片化され、弾性波素子が形成されたチップ４５が製造される。

［分極処理］
実施例１における分極処理の方法について説明する。図６は、実施例１におけるウエハの平面図である。パッド３６および配線３４を破線で示し、パッド３８および配線３５を実線で示す。図６に示すように、ウエハ４０内にチップ（ダイ）となるチップ領域４２がマトリックス状に配列されている。チップ領域４２を囲む切断領域４４はウエハ４０を切断する領域であり、例えばストリップラインである。切断領域４４にＸ方向に延伸する配線３４および３５が設けられている。Ｘ方向に延伸する１個の切断領域４４にＸ方向に延伸する配線３４および３５が設けられている。配線３４はウエハ４０の－Ｘ端部に設けられたパッド３６に電気的に接続され、配線３５はウエハ４０の＋Ｘ端部に設けられたパッド３８に電気的に接続されている。分極処理を行うときには、ウエハ４０を加熱し、パッド３６と３８との間に電圧源５４を接続し、パッド３６と３８との間に電圧Ｖを印加する。

図７（ａ）は、実施例１におけるウエハの一部の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図７（ａ）では、下部電極１２に電気的に接続されたパッド３６、配線１３および３４を破線で示し、上部電極１６に電気的に接続されたパッド３８、配線１７および３５を実線で示す。分極方向が揃った領域１５ａをクロスで示す。以下の平面図も同様である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、チップ領域４２がＸ方向に３個並んだ領域を示している。１個のチップ領域４２内には複数の共振領域５０（例えば共振器）が設けられている場合が多いが、チップ領域４２内に１個の共振領域５０が設けられる例を示している。

ウエハ４０の端部の圧電層１４上にパッド３６および３８が設けられている。配線３４は、チップ領域４２の＋Ｙ側の切断領域４４に設けられＸ方向に延伸し、パッド３６に電気的に接続されている。配線３５は、チップ領域４２の－Ｙ側の切断領域４４に設けられＸ方向に延伸し、パッド３８に電気的に接続されている。チップ領域４２内の下部電極１２は配線１３を介し配線３４に電気的に接続されている。チップ領域４２内の上部電極１６は配線１７を介し配線３５に電気的に接続されている。パッド３６、３８、配線１３、１７、３４および３５は圧電層１４の第２面１４ｂに設けられた金属層２６および２８等（図１参照）により形成されていてもよい。配線１３および３４は、圧電層１４の第１面１４ａの下部電極１２および金属層２４等（図１参照）により形成されていてもよい。

ウエハ４０を加熱した状態において、パッド３６と３８との間に電圧Ｖを印加すると、パッド３６に加えた電圧は、配線３４および１３を介し下部電極１２に印加され、パッド３８に加えた電圧Ｖは、配線３５および１７を介し上部電極１６に印加される。圧電層１４の抵抗率は配線１３、１７、３４および３５の抵抗率より非常に大きいため、パッド３６と３８との間の電圧降下はほとんど圧電層１４において生じる。よって、下部電極１２と上部電極１６との間の電圧は、ほぼパッド３６と３８との間の電圧Ｖとなる。これにより、共振領域５０内の圧電層１４は、分極方向が揃った領域１５ａとなる。領域１５ａはほぼ共振領域５０であり、共振領域５０以外の領域は分極方向が乱れた領域１５ｂである。なお、領域１５ａは、圧電層１４の厚さの範囲で共振領域５０より大きくなる、または小さくなることもある。

［チップの例］
実施例１におけるチップ領域４２にフィルタが設けられた例を説明する。図８は、実施例１におけるフィルタの回路図である。図８に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。すなわち、並列共振器Ｐ１～Ｐ３の一端は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路に接続され、並列共振器Ｐ１～Ｐ３の他端はグランド端子Ｔｇ１およびＴｇ２に接続されている。直列共振器Ｓ１～Ｓ４および並列共振器Ｐ１～Ｐ３の個数は適宜設定できる。

図９は、実施例１におけるチップ領域４２にフィルタが設けられた平面図である。図９に示すように、チップ領域４２内に直列共振器Ｓ１～Ｓ４、並列共振器Ｐ１～Ｐ３、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、グランド端子Ｔｇ１およびＴｇ２が設けられている。入力端子Ｔｉｎは直列共振器Ｓ１の上部電極１６に接続され、出力端子Ｔｏｕｔは直列共振器Ｓ４の上部電極１６に接続されている。グランド端子Ｔｇ１は並列共振器Ｐ１およびＰ３の上部電極１６に接続されている。グランド端子Ｔｇ２は並列共振器Ｐ２の下部電極１２に接続されている。直列共振器Ｓ１、Ｓ２および並列共振器Ｐ１の下部電極１２は共通に下部電極１２ａに接続されている。直列共振器Ｓ２、Ｓ３および並列共振器Ｐ２の上部電極１６は共通に上部電極１６ａ接続されている。直列共振器Ｓ３、Ｓ４および並列共振器Ｐ３の下部電極１２は共通に下部電極１２ｂに接続されている。

グランド端子Ｔｇ２、下部電極１２ａおよび１２ｂは、それぞれ異なる配線１３ａ～１３ｃを介し、切断領域４４に設けられた配線３４に電気的に接続されている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、グランド端子Ｔｇ１、および１６ａは、それぞれ異なる配線１７ａ～１７ｄを介し、切断領域４４に設けられた配線３５に電気的に接続されている。これにより、加熱時に配線３４と３５との間に電圧Ｖが印加されると、共振領域５０における圧電層１４に電圧Ｖが加わる。よって、共振領域５０における圧電層１４の分極方向が揃い領域１５ａが形成される。

図１０は、実施例１におけるチップ４５の平面図である。図５（ｂ）のように、切断領域４４においてウエハ４０が切断されると、図９の配線３４および３５は除去され、チップ領域４２は、チップ４５となる。これにより、フィルタの動作時に異なる電圧が加わるグランド端子Ｔｇ２、下部電極１２ａおよび１２ｂは電気的に分離され、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、グランド端子Ｔｇ１、および１６ａは電気的に分離される。よって、チップ４５はフィルタとして動作できる。

実施例１によれば、図２（ａ）～図４（ａ）のように、基板１０と基板１０上に設けられた圧電層１４と、圧電層１４における基板１０側の第１面１４ａの一部に設けられた下部電極１２（第１電極）と、を備える積層体１１を準備する。図４（ｂ）のように、圧電層１４における第１面１４ａの反対の第２面１４ｂに上部電極１６（第２電極）を形成する。図５（ａ）のように、圧電層１４の温度を上昇させた状態において、下部電極１２と上部電極１６との間に電圧を印加する。これにより、下部電極１２と上部電極１６とが圧電層１４を挟む共振領域５０における圧電層１４の分極方向を、共振領域５０における電圧を印加する前の圧電層１４の分極方向および共振領域５０以外の第２領域における圧電層１４の分極方向より揃える分極処理を行う。これにより、基板１０と圧電層１４との間に電極（例えば下部電極１２）が形成されていても、圧電層１４の所定領域に対し分極処理を行うことができる。領域１５ａおよび１５ｂにおける圧電層１４内の分極状態は、圧電応答力顕微鏡（Piezoresponse Forde Microscope）を用い観察できる。

分極処理を行う前におけるニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板では、単結晶内に、自発分極の分極方向が第１方向の領域と第１方向と異なる方向（例えば反対の方向）である第２方向の領域とが混在している。分極処理を行うことで、単結晶内の自発分極の分極方向は第１方向にほとんど揃い、自発分極の分極方向が第２方向の領域はほとんど存在しない。圧電応答力顕微鏡を用いることで、圧電層１４内の分極方向が第１方向にほとんど揃った状態と、分極方向が揃っていない状態とを判別することができる。

図４（ｂ）のように、圧電層１４の第２面１４ｂの一部に、下部電極１２および圧電層１４とで弾性波素子を形成する上部電極１６を形成する。これにより、共振領域５０のみを領域１５ａとすることができる。

図６のように、ウエハ４０は、弾性波素子がそれぞれ形成される複数のチップ領域４２と、複数のチップ領域４２の間に設けられた切断領域４４とを有している。パッド３６（第１パッド）は、切断領域４４に設けられた配線３４（第１配線）を介し下部電極１２に電気的に接続されている。パッド３８（第２パッド）は、切断領域４４に設けられた配線３５（第２配線）を介し上部電極１６に電気的に接続されている。圧電層１４の温度を上昇させた状態において、パッド３６と３８との間に電圧Ｖを印加する。図５（ｂ）のように、切断領域４４においてウエハ４０を切断することで複数のチップ領域４２から複数のチップ４５を形成する。これにより、配線３４および３５を介し、下部電極１２と上部電極１６との間に電圧Ｖを印加し分極処理を行った後に、配線３４および３５を除去できる。

このように、製造された弾性波デバイスでは、図１のように、下部電極１２と上部電極１６とは、基板１０上に設けられ、積層方向から見て少なくとも一部が重なる。単結晶の圧電層１４は、下部電極１２および上部電極１６に少なくとも一部が挟まれている。下部電極１２と上部電極１６とに挟まれた共振領域５０（第１領域）における圧電層１４の分極方向は共振領域５０以外の領域（第２領域）の分極方向より揃っている。このように、共振領域５０の分極方向を揃えることができる。

また、図１０のように、下部電極１２および上部電極１６は各々複数設けられている。配線１３（第１配線）は、複数の下部電極１２から基板１０の端まで設けられ、配線１７（第２配線）は、複数の上部電極１６から基板１０の端まで設けられている。共振領域５０（領域１５ａ）の分極方向は、共振領域５０以外の領域の分極方向より揃っている。

［実施例２の製造方法］
図１１（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。金属層２４、付加膜２０ａおよび２０ｂの形成については説明を省略する。

実施例１の図２（ａ）から図４（ａ）と同様の工程を行う。図１１（ａ）に示すように、圧電層１４の第２面１４ｂに電極２５を形成する。電極２５は第２面１４ｂのほぼ全面に形成される。図１１（ｂ）に示すように、基板１０および圧電層１４等を加熱する。圧電層１４を加熱した状態において、電圧源５４を用い、下部電極１２と電極２５との間に直流の電圧Ｖを印加する。これにより、下部電極１２と電極２５とが対向する圧電層１４内の領域１５ａでは領域１５ｂより分極方向が揃う。

図１２（ａ）に示すように、電極２５を圧電層１４の第２面１４ｂから剥離する。図１２（ｂ）に示すように、圧電層１４の第２面１４ｂに上部電極１６を形成する。上部電極１６の形成方法は、図４（ｂ）と同じである。図１２（ｃ）に示すように、金属層２６および２８を形成する。金属層２６および２８の形成方法は図４（ｃ）と同じである。矢印５８のように。切断領域４４において基板１０、低インピーダンス層３１および圧電層１４を切断する。これにより、ウエハが個片化され、弾性波素子が形成されたチップ４５が製造される。個片化の方法は図５（ｂ）と同じである。

［分極処理］
実施例２における分極処理の方法について説明する。図１３は、実施例２におけるウエハの平面図である。パッド３６および配線３４を破線で示す。図１３に示すように、Ｘ方向に延伸する１本の切断領域４４にＸ方向に延伸する配線３４が１本設けられている。配線３４はウエハ４０の－Ｘ端部に設けられたパッド３６に電気的に接続されている。１個の電極２５は、複数のチップ領域４２を覆っている。分極処理を行うときには、パッド３６と電極２５との間に電圧源５４を接続し、パッド３６と電極２５との間に電圧Ｖを印加する。その他の構成は実施例１の図６と同じであり説明を省略する。

図１４（ａ）は、実施例２におけるウエハの一部の平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。下部電極１２に電気的に接続されたパッド３６、配線１３および３４を破線で示す。図１４（ａ）では、分極方向が揃った領域１５ａをクロスで示す。以下の平面図も同様である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、チップ領域４２がＸ方向に３個並んだ領域を示している。ウエハ４０の端部の圧電層１４上にパッド３６が設けられている。チップ領域４２の＋Ｙ側の切断領域４４に配線３４がＸ方向に延伸し、パッド３６に電気的に接続されている。チップ領域４２内の下部電極１２は配線１３を介し配線３４に電気的に接続されている。配線１３および３４は、圧電層１４の第１面１４ａに設けられた下部電極１２および金属層２４により形成される。複数のチップ領域４２の圧電層１４の第２面１４ｂに電極２５が設けられている。ウエハ４０を加熱した状態において、パッド３６と電極２５との間に電圧Ｖを印加すると、下部電極１２と電極２５とで挟まれた圧電層１４の領域１５ａでは、分極方向が揃う。このため、下部電極１２、配線１３および３４と重なる圧電層１４が分極方向の揃った領域１５ａとなる。その他の構成は実施例１の図７（ａ）および図７（ｂ）と同じであり説明を省略する。

［チップの例］
実施例２におけるチップ領域４２にフィルタが設けられた例を説明する。図１５は、実施例２におけるチップ領域４２にフィルタが設けられた平面図である。図１５に示すようにグランド端子Ｔｇ２、下部電極１２ａおよび１２ｂは、それぞれ異なる配線１３ａ～１３ｃを介し、切断領域４４に設けられた配線３４に電気的に接続されている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、グランド端子Ｔｇ１および上部電極１６ａは、切断領域４４に設けられた配線に電気的に接続されていない。

実施例２では、図１３から図１４（ｂ）のように、複数のチップ領域４２に設けられた電極２５を用い領域１５ａを形成する。このため、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、グランド端子Ｔｇ１および上部電極１６ａを接続する配線１７を設けなくてもよい。グランド端子Ｔｇ２、下部電極１２、配線１３および３４に重なる圧電層１４は、分極方向が揃った領域１５ａとなる。その他の構成は実施例１の図９と同じである。

図１６は、実施例２におけるチップ４５の平面図である。図１２（ｃ）のように、切断領域４４においてウエハ４０が切断されると、図１５の配線３４は除去され、チップ領域４２は、チップ４５となる。配線１３ａ～１３ｃは基板１０の端まで設けられている。その他の構成は実施例１の図１０と同じであり説明を省略する。

実施例２によれば、図１１（ａ）に示すように、圧電層１４の第２面１４ｂに電極２５（第２電極）を形成する。図１１（ｂ）のように、電極２５を用い分極処理を行った後、図１２（ａ）のように、電極２５を除去する。その後、図１２（ｂ）のように、圧電層１４の第２面１４ｂに下部電極１２とで圧電層１４を挟み、下部電極１２と圧電層１４とで弾性波素子を形成する上部電極１６（第３電極）を形成する。これにより、基板１０と圧電層１４との間に電極が形成されていても、圧電層１４の所定領域に対し分極処理を行うことができる。また、実施例１の図９に比べ、図１５のように、上部電極１６とパッド３８とを接続する配線１７および３５を設けなくてもよい。よって、複雑な配線を設けなくてもよい。

図１４（ａ）のように、パッド３６（第１パッド）は、切断領域４４に設けられた配線３４（第１配線）を介し下部電極１２に電気的に接続されている。圧電層１４の温度を上昇させた状態において、パッド３６と電極２５と、の間に電圧Ｖを印加する。切断領域４４においてウエハ４０を切断することで複数のチップ領域４２から複数のチップ４５を形成する。実施例２では、実施例１の図６に比べ、図１３のように、切断領域４４に設ける配線を少なくできる。

このように製造された弾性波デバイスでは、図１６のように、共振領域５０（第１領域）以外の第２領域には、分極方向が揃った領域１５ａ（クロスの領域）である第４領域と、分極方向が揃っていない領域１５ｂ（クロス以外の白の領域）である第３領域と、が存在する。第４領域は、共振領域５０以外の第２領域のうち下部電極１２および配線１３ａ～１３ｃのいずれかと重なる領域である。

実施例１および２によれば、圧電層１４は単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板である。これにより、分極処理により分極方向を揃えることができる。

図２（ｂ）のように、圧電基板１５に第１面１４ａからイオンを注入することで圧電基板１５内にイオン注入層５６を形成する。図２（ｃ）のように、イオン注入層５６を形成する工程の後に、第１面１４ａの一部に下部電極１２を形成する。図３（ｃ）のように、下部電極１２を形成する工程の後に、基板１０と第１面１４ａとを低インピーダンス層３１を介し接合する。図４（ａ）のように、圧電基板１５をイオン注入層５６から剥離することで圧電層１４を形成する。このように、イオン注入剥離法を用いると、圧電層１４をイオンが通過するため、圧電層１４の結晶性が悪く、分極方向が揃っていない。そこで、実施例１および２のように、分極処理を行うことで、圧電層１４の分極方向を揃えることができる。

圧電層１４を、エピタキシャル法を用い形成する場合、圧電層１４の分極方向は揃っていない。このような場合に分極処理を行ってもよい。

実施例１および２では、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）等の圧電薄膜共振器を例に説明したが、ウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法は、圧電薄膜共振器以外にラム波デバイスに適用することもできる。また、実施例１および２におけるウエハの製造方法は、インクジェットを用いたマイクロポンプ、ＲＦ（Radio Frequency）－ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチ、光ミラーのようなアクチュエータの製造方法、加速度センサ、ジャイロセンサ、エナジーハーベス等のセンサの製造方法、またはＭＥＭＳ素子の製造方法に適用できる。

実施例３は、実施例１および２の弾性波素子を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図８のようなラダー型フィルタにおける１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つの共振器に実施例１および実施例２の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

図１７は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。１７に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４６が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４８が接続されている。送信フィルタ４６は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４８は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４６および受信フィルタ４８の少なくとも一方を実施例１および実施例２を用いたフィルタとすることができる。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 基板
１２ 下部電極
１３、１７、３４、３５ 配線
１４ 圧電層
１４ａ 第１面
１４ｂ 第２面
１５ 圧電基板
１５ａ、１５ｂ 領域
１６ 上部電極
２４、２６、２８ 金属層
３０ 音響反射膜
３６、３８ パッド
４０ ウエハ
４２ チップ領域
４４ 切断領域
４５ チップ
４６ 送信フィルタ
４８ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５４ 電圧源

Claims (11)

1. 基板と、前記基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層における前記基板側の第１面の一部に設けられた第１電極と、を備える積層体を準備する工程と、
   前記圧電層における前記第１面の反対の第２面に第２電極を形成する工程と、
   前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記圧電層を挟み前記第１電極と前記第２電極とが前記圧電層を挟む第１領域における前記圧電層の分極方向を、前記第１領域における前記電圧を印加する前の前記圧電層の分極方向および前記第１領域以外の第２領域における前記電圧を印加した後の前記圧電層の分極方向より揃える分極処理を行う工程と、
   を含むウエハの製造方法。
2. 前記圧電層は単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板である請求項１に記載のウエハの製造方法。
3. 圧電基板に前記第１面からイオンを注入することで圧電基板内にイオン注入層を形成する工程と、
   前記イオン注入層を形成する工程の後に、前記第１面の一部に前記第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極を形成する工程の後に、前記基板と前記第１面とを接合する工程と、
   前記接合する工程の後に、前記圧電基板を前記イオン注入層から剥離することで前記圧電層を形成する工程と、
   を含む請求項１または２に記載のウエハの製造方法。
4. 前記第２電極を形成する工程は、前記第２面の一部に、前記第１電極および前記圧電層とで弾性波素子を形成する前記第２電極を形成する工程を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
5. 前記第２電極を除去する工程を備える請求項１から３のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
6. 前記第２電極を除去した後に、前記第２面に前記第１電極とで前記圧電層を挟み、前記第１電極および前記圧電層とで弾性波素子を形成する第３電極を形成する工程を含む請求項５に記載のウエハの製造方法。
7. 請求項５に記載のウエハの製造方法を含み、
   前記ウエハは、
   複数の弾性波素子がそれぞれ形成される複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に設けられた切断領域と、を有し、
   前記分極処理を行う工程は、前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記切断領域に設けられた第１配線を介し前記第１電極に電気的に接続された第１パッドと、前記切断領域に設けられた第２配線を介し前記第２電極に電気的に接続された第２パッドと、の間に前記電圧を印加する工程を含み、
   前記切断領域において前記ウエハを切断することで前記複数のチップ領域から複数のチップを形成する工程を含む弾性波デバイスの製造方法。
8. 前記請求項６に記載のウエハの製造方法を含み、
   前記ウエハは、
   複数の前記弾性波素子がそれぞれ形成される複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に設けられた切断領域と、を有し、
   前記分極処理を行う工程は、前記圧電層の温度を上昇させた状態において、前記切断領域に設けられた第１配線を介し前記第１電極に電気的に接続されたパッドと、前記第２電極と、の間に前記電圧を印加する工程を含み、
   前記切断領域において前記ウエハを切断することで前記複数のチップ領域から複数のチップを形成する工程を含む弾性波デバイスの製造方法。
9. 基板と、
   前記基板上に設けられ、積層方向から見て少なくとも一部が重なる第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極に少なくとも一部が挟まれ、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた第１領域における分極方向は前記第１領域以外の第２領域の少なくとも一部における分極方向より揃った圧電層と、
   を備える弾性波デバイス。
10. 前記第１電極から前記基板の端まで設けられた第１配線と、
    前記第２電極から前記基板の端まで設けられた第２配線と、
    を備え、
    前記第１領域における前記圧電層の分極方向は、前記第２領域における前記圧電層の分極方向より揃っている請求項９に記載の弾性波デバイス。
11. 前記第１電極を前記基板の端まで設けられた配線を備え、
    前記第２領域のうち前記第１電極および前記配線のいずれかが設けられた第３領域における前記圧電層の分極方向は、前記第２領域のうち前記第３領域以外の第４領域における前記圧電層の分極方向より揃っている請求項９に記載の弾性波デバイス。

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