JP4078562B2 - 圧電薄膜共振子の製造方法、圧電薄膜共振子、周波数フィルタ、発振器の製造方法、発振器、電子回路、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電薄膜共振子の製造方法、圧電薄膜共振子、周波数フィルタ、発振器の製造方法、発振器、電子回路、および電子機器に関する。
通信の高速、大容量化に向けて、共振子、発振器、フィルタなどの電子部品も、高周波、広帯域で使用できるものが望まれている。このような電子部品として、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用した共振子、発振器、フィルタが知られている。しかし、ＳＡＷデバイスでは、高周波化にともない櫛歯電極の電極幅を細線化する必要があり、細線の作製および電極の耐電圧等に問題が発生する場合がある。そこで、圧電薄膜を用いた圧電薄膜共振子が注目を集めている。
圧電薄膜共振子は、圧電薄膜の膜厚で周波数を制御できるので、電極を微細パターンにする必要がなく、高周波化しやすい。電極を微細にしなくても良いため、電極の耐電圧性も大きい。また、圧電薄膜共振子はバルク弾性波を用いるが、一般的に、表面弾性波を用いるＳＡＷデバイスより、電気機械結合係数が大きく、広帯域化に有利である。
特開２００４−７２７１５号公報
本発明の目的は、良好な特性を有する圧電薄膜共振子の製造方法、および、その製造方法によって得られる圧電薄膜共振子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電薄膜共振子を有する周波数フィルタを提供することにある。また、本発明の他の目的は、良好な特性を有する発振器の製造方法、および、その製造方法によって得られる発振器を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記周波数フィルタおよび上記発振器のうちの少なくとも一方を有する電子回路、および、該電子回路を有する電子機器を提供することにある。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法は、
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板と前記積層体とを接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、を含む。
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板と前記積層体とを接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、を含む。
本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。また、本発明において、Ａの上方に形成されたＢとは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
この圧電薄膜共振子の製造方法によれば、前記第１基板の上方に、前記圧電薄膜を形成することができるので、高品質なエピタキシャル膜からなる前記圧電薄膜を容易に形成することができる。そして、この製造方法によれば、前記第２基板に、予め半導体素子を形成しておいても、該半導体素子は、前記圧電薄膜の成膜温度の影響を受けることがない。従って、結晶性の良好な前記圧電薄膜を有する圧電薄膜共振子と、特性の良好な半導体素子との集積化を容易に行うことができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合することができる。
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合することができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記第２基板をパターニングする工程を有することができる。
前記第２基板をパターニングする工程を有することができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１電極と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われることができる。
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１電極と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記積層体を形成する工程は、前記第１電極の上方に、さらに保護層を積層して前記積層体を形成する工程を有することができる。
前記積層体を形成する工程は、前記第１電極の上方に、さらに保護層を積層して前記積層体を形成する工程を有することができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記保護層と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われることができる。
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記保護層と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記保護層は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、および、Ｔａ２Ｏ５のうちの少なくとも一種からなることができる。
前記保護層は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、および、Ｔａ２Ｏ５のうちの少なくとも一種からなることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、およびＺｎＯのうちの少なくとも一種からなることができる。
前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、およびＺｎＯのうちの少なくとも一種からなることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記第２基板をパターニングする工程後、前記接着層をパターニングする工程を有することができる。
前記第２基板をパターニングする工程後、前記接着層をパターニングする工程を有することができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記圧電薄膜は、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３のいずれか、あるいはこれらを主成分とする化合物からなることができる。
前記圧電薄膜は、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３のいずれか、あるいはこれらを主成分とする化合物からなることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記第２基板は、Ｓｉ基板、あるいは半導体素子を形成したＳｉ基板であることができる。
前記第２基板は、Ｓｉ基板、あるいは半導体素子を形成したＳｉ基板であることができる。
本発明に係る圧電薄膜共振子は、上述の圧電薄膜共振子の製造方法によって得られることができる。
本発明に係る周波数フィルタは、上述の圧電薄膜共振子を有することができる。
本発明に係る発振器の製造方法は、
圧電薄膜共振子を有する発振器の製造方法であって、
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板にトランジスタを有する発振回路を形成する工程と、
前記発振回路を形成する領域以外の領域において、前記第２基板と前記積層体とを、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、を含む。
圧電薄膜共振子を有する発振器の製造方法であって、
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板にトランジスタを有する発振回路を形成する工程と、
前記発振回路を形成する領域以外の領域において、前記第２基板と前記積層体とを、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、を含む。
この発振器の製造方法によれば、前記第１基板の上方に、前記圧電薄膜を形成することができるので、高品質なエピタキシャル膜からなる前記圧電薄膜を容易に形成することができる。そして、この製造方法によれば、前記第２基板に、予め前記発振回路を形成しておいても、該発振回路は、前記圧電薄膜の成膜温度の影響を受けることがない。従って、結晶性の良好な前記圧電薄膜を有する前記圧電薄膜共振子と、特性の良好な前記発振回路との集積化を容易に行うことができる。その結果、特性の良好な発振器を得ることができる。
本発明に係る発振器の製造方法において、
前記発振回路を形成する工程は、前記第２基板と前記積層体とを接合する工程前に行われることができる。
前記発振回路を形成する工程は、前記第２基板と前記積層体とを接合する工程前に行われることができる。
本発明に係る発振器は、上述の発振器の製造方法によって得られることができる。
本発明に係る電子回路は、上述の周波数フィルタおよび上述の発振器のうちの少なくとも一方を有することができる。
本発明に係る電子機器は、上述の電子回路を有することができる。
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、いずれも概略図であり、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせている。
１−１．圧電薄膜共振子の製造方法
本発明を適用した実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法の一例について、図１〜図１０を用いて説明する。図１〜図１０は、圧電薄膜共振子１００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
本発明を適用した実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法の一例について、図１〜図１０を用いて説明する。図１〜図１０は、圧電薄膜共振子１００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
（１）まず、図1に示すように、第１基板１として、（０００１）の面方位を有する単結晶のサファイア基板を用意する。次に、第１基板１上に、バッファ層２を形成する。バッファ層２としては、例えばＺｎＯなどを用いることができる。バッファ層２の成膜方法については特に限定されることなく、例えばスパッタ法、または蒸着法などの公知の成膜方法が採用可能である。本実施形態では蒸着法の一種であるレーザーアブレーション法を用いている。具体的な成膜条件は、以下の通りである。
レーザーアブレーション法におけるターゲットには、例えばＺｎＯセラミックスを用いることができる。成膜温度（基板温度）は、例えば４００℃である。成膜中の真空度は、例えば１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）以下である。なお、成膜条件は、上述した条件に限定されない。
例えば上述のような条件のもとで、バッファ層２としてＺｎＯを成膜することにより、ＺｎＯは、単結晶サファイア（０００１）基板上に（０００１）配向でエピタキシャル成長し、良好な結晶膜となることができる。また、後述するように、ＺｎＯの上に、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３などの圧電薄膜３（図２参照）をエピタキシャル成長させることもできる。すなわち、バッファ層２は、バッファ層２上に形成する圧電薄膜３を良好にエピタキシャル成長させるためのバッファ層として機能する。
また、ＺｎＯは、希塩酸（濃度は、例えば１０％程度）、若しくは、りん酸などの酸、または、ＫＯＨなどのアルカリに容易に溶解することができる。これにより、後述するように、バッファ層２は、犠牲層としても良好に機能することができる。
（２）次に、図２に示すように、バッファ層２上に圧電薄膜３を形成する。圧電薄膜３としては、例えばＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３などを用いることができる。圧電薄膜３の成膜方法についても特に限定されることなく、例えばスパッタ法、蒸着法、またはゾルゲル法などの公知の成膜法が採用可能である。本実施形態では、レーザーアブレーション法を用いている。具体的な成膜条件は、以下の通りである。
成膜温度（基板温度）は、例えば４００℃以上である。成膜中の真空度は、例えば１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）である。例えばこのような条件で圧電薄膜３を形成することにより、バッファ層２上に、圧電薄膜３をエピタキシャル成長させることができる。より具体的には、例えばＺｎＯ上に、例えばＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３を、（０００１）配向でエピタキシャル成長させることができる。なお、成膜条件については、上述した条件に限定されない。
なお、第１基板１、バッファ層２、および圧電薄膜３については、上述した材料に限定されない。例えば、第１基板１として、Ｓｉ基板やＳｒＴｉＯ３基板を用い、バッファ層２として、ＳｒＯやＭｇＯなどのＮａＣｌ構造の金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を用い、圧電薄膜３として、ＫＮｂＯ３を用いることもできる。金属酸化物ＭＯは、その上に圧電薄膜３をエピタキシャル成長させるためのバッファ層として機能し、かつ、後述するように犠牲層としても機能する。また、圧電薄膜３は、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、およびＬｉＴａＯ３のうちの少なくとも一つを主成分とする化合物からなることができる。
（３）次に、図３に示すように、圧電薄膜３上に第１電極４を形成する。第１電極４としては、例えばＡｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、またはＣｕなどを用いることができる。本実施形態では、第１電極４としてＡｌを用いている。第１電極４は、例えばスパッタ法で形成することができる。
（４）次に、図４に示すように、第１電極４上に保護層５を形成することができる。保護層５としては、例えばＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＴａ２Ｏ５などの誘電体膜を用いることができる。なお、保護層５は形成しないこともできる。
上述の工程により、図４に示すように、第１基板１上に、積層体１０を形成することができる。
（５）次に、図５に示すように、第２基板６を用意する。次に、第２基板６上に接着層７を形成する。第２基板６は、圧電薄膜３、第１電極４、および保護層５を搭載させるためのものである。第２基板６としては、本実施形態では、予め半導体素子が形成されたシリコン基板を用いている。すなわち、第２基板６としては、第２基板６の表層部に半導体素子（図示せず）が形成され、この半導体素子上にアモルファスのＳｉＯ２層（図示せず）が形成されたシリコン基板を用いている。なお、第２基板６は、これに限定されることなく、目的や用途に応じて、例えばガラス基板、金属基板、プラスチック基板、または、フレキシブル基板などの多種多様な任意の基板を用いることができる。
接着層７としては、熱硬化型接着剤、ＵＶ硬化型接着剤などの光硬化型接着剤、または、反応硬化型接着剤などを用いることができる。接着層７は、例えば塗布法などにより形成することができる。なお、上述の例では、接着層７は、第２基板６上に形成する場合について説明したが、接着層７は、保護層５を形成しない場合には第１電極４の上面、または、保護層５を形成する場合には保護層５の上面の上に形成することもできる。
（６）次に、図６に示すように、積層体１０を、第２基板６上の所望位置にアライメントし、さらにこれを圧着して、第２基板６と、積層体１０とを接合する。第２基板６と、積層体１０とは、第１基板１が第２基板６より上方となるように接合される。具体的には、本実施形態では、保護層５が接着層７と接合される。
（７）次に、図７に示すように、第１基板１を、積層体１０から分離する。具体的には、例えば、ＺｎＯからなるバッファ層２をウェットエッチングし、バッファ層２を溶解除去する。その結果、単結晶サファイアからなる第１基板１を、積層体１０から分離することができる。すなわち、図７に示すように、第２基板６上には、接着層７、保護層５、第１電極４、および圧電薄膜３が残存する。この工程において、バッファ層２は、溶解除去される犠牲層として機能する。
エッチング液としては、例えば希硝酸を用いることができるが、これに限定されることなく、他の酸、あるいはＫＯＨなどのアルカリ溶液なども用いることができる。バッファ層２として、上述したようなＮａＣｌ構造のＳｒＯ、あるいはＭｇＯなどを用いる場合、これらも酸に対するエッチング速度が非常に速いため、第１基板１を簡単に積層体１０から分離することができる。従って、圧電薄膜３を保護するためにもエッチング液としての酸は低濃度であることが好ましい。
（８）次に、図８に示すように、圧電薄膜３上に第２電極８を形成する。これにより、圧電薄膜３が第１電極４と第２電極８とにより挟み込まれた構造が形成される。第２電極８としては、例えばＡｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、またはＣｕなどを用いることができる。第２電極８の材料は、圧電薄膜３との界面状態の点から、第１電極４と同じものを用いるのがよい。
（９）次に、図９に示すように、第２電極８、圧電薄膜３、および第１電極４を、上から順にパターニングする。パターニングは、公知のリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて行うことができる。次に、第２電極８と、予め第２基板６に形成した半導体素子（図示せず）と、を電気的に接続する配線（図示せず）を形成することができる。具体的には、第１電極４および圧電薄膜３の一部を絶縁膜で保護し、配線用の金属膜を形成し、該金属膜をパターニングすることにより、配線を形成することができる。
（１０）次に、図１０に示すように、第２基板６および接着層７をパターニングする。具体的には、まず、公知のリソグラフィ技術を用いて、第２基板６の裏面６ｂ上であって、開口部９（図１０参照）の形成領域以外の領域に、例えばレジスト層（図示せず）を形成する。このレジスト層をマスクとして、第２基板６のうちのシリコンの領域を、例えばウェットエッチング法によりエッチングする。エッチング液としては、例えばＫＯＨなどを用いることができる。次に、第２基板６のうちのＳｉＯ２の領域、および接着層７を、例えばドライエッチング法によりエッチングする。これにより、開口部９が形成される。次に、レジスト層を除去する。
接着層７の厚さは、例えば数μｍ程度であり、厚みのばらつきが存在する場合がある。そこで、接着層７を貫通させ、保護層５が露出するまでエッチングすることにより、接着層７の厚みのばらつきがデバイス特性に与える影響を抑えることができる。この場合に、保護層５が形成されていることにより、保護層５が支持層となり機械的強度を向上させることができる。また、保護層５は、エッチングストッパ層としても機能することができる。
なお、このパターニング工程において、エッチングする際には、圧電薄膜３を保護するために、予めレジストなどにより、少なくとも圧電薄膜３を覆っておくことが好ましい。
次に、予め第２基板６に形成した半導体素子（図示せず）と、第１電極４とを、電気的に接続する。
以上の工程によって、本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００を製造することができる。
なお、積層体１０を形成した後（図４参照）、少なくともバッファ層２にまで達する深さの溝を形成することもできる。この溝は、保護層５、第１電極４、および圧電薄膜３を貫通している。これにより、バッファ層２をウェットエッチングする際に、エッチング液がこの溝を通ってバッファ層２の中央部にまで容易に入り込み、バッファ層２全体をより速くエッチングすることができる。
また、本発明に係る圧電薄膜共振子の製造方法は、例えば圧電素子の作製にも適用することができる。具体的には、例えば圧電薄膜を用いたインクジェットヘッド、さらにはそれを用いたインクジェットプリンターにも応用可能である。また、上述した例では、ダイアフラム型の圧電薄膜共振子１００を示したが、ＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電薄膜共振子への適用も可能である。
本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法によって得られる圧電薄膜共振子１００（図１０参照）は、共振子、または周波数フィルタとして機能することができる。
本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００において、第１電極４と第２電極８との間に電界を印加すると、圧電薄膜３の厚み方向に、厚み縦振動の弾性波が励振される。共振周波数は用いる材料と膜厚に依存する。同じ材料を用いる場合、圧電薄膜３の膜厚が薄い方が共振周波数は高く、高周波化に有利である。膜厚を制御することにより、特定の周波数または特定の帯域の周波数の共振を得る（フィルタリングする）ことができる。
１−２．作用・効果
本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法によれば、第１基板１上に、順次、バッファ層２、圧電薄膜３、第１電極４、および保護層５を積層して積層体１０を形成した後、第２基板６と積層体１０とを接合し、その後、第１基板１を積層体１０から分離する。例えば、上述したように、第２基板６としては、その表層部に半導体素子が形成され、この半導体素子上に、保護層または層間絶縁層として機能するアモルファスのＳｉＯ２層が形成されたシリコン基板を用いることができる。通常、シリコン基板上、あるいはＳｉＯ２上に、直接、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３などの圧電薄膜３をエピタキシャル成長させることは困難である。また、第２基板６上に直接、圧電薄膜３を成膜する場合、成膜温度が高いため（例えば４００℃以上）、アルカリ金属であるＬｉが半導体素子中に拡散し、半導体素子の特性に影響を与えることがある。
本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法によれば、第１基板１上に、順次、バッファ層２、圧電薄膜３、第１電極４、および保護層５を積層して積層体１０を形成した後、第２基板６と積層体１０とを接合し、その後、第１基板１を積層体１０から分離する。例えば、上述したように、第２基板６としては、その表層部に半導体素子が形成され、この半導体素子上に、保護層または層間絶縁層として機能するアモルファスのＳｉＯ２層が形成されたシリコン基板を用いることができる。通常、シリコン基板上、あるいはＳｉＯ２上に、直接、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３などの圧電薄膜３をエピタキシャル成長させることは困難である。また、第２基板６上に直接、圧電薄膜３を成膜する場合、成膜温度が高いため（例えば４００℃以上）、アルカリ金属であるＬｉが半導体素子中に拡散し、半導体素子の特性に影響を与えることがある。
本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法によれば、第１基板１上に、バッファ層２を介して、圧電薄膜３を形成することができるので、高品質なエピタキシャル膜からなる圧電薄膜３を容易に形成することができる。そして、この製造方法によれば、第２基板６に、予め半導体素子を形成しておいても、該半導体素子は、圧電薄膜３の成膜温度の影響を受けることがない。従って、結晶性の良好な圧電薄膜３を有する圧電薄膜共振子１００と、特性の良好な半導体素子との集積化を容易に行うことができる。
より具体的には、この製造方法によれば、ＺｎＯまたはＡｌＮなどよりも電気機械結合係数が大きい材料であるＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＫＮｂＯ３などを用いて、結晶性の良好な圧電薄膜３を形成することができる。また、この製造方法によれば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３またはＰｂＴｉＯ３などの材料に比べ、有害物質であるＰｂを含んでいないＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＫＮｂＯ３などの材料を用いて圧電薄膜３を形成しても、第２基板６に形成された半導体素子の特性に影響を与えることがない。従って、結晶性の良好な圧電薄膜３を有する圧電薄膜共振子１００と、特性の良好な半導体素子との集積化を容易に行うことができる。また、環境の点から好ましいＰｂフリーのデバイスを提供することができる。
また、本実施形態に係る圧電薄膜共振子１００の製造方法によれば、積層体１０から分離された第１基板１は、再度圧電薄膜３を形成するのに再利用することができる。また、バッファ層２および圧電薄膜３を、所望の第１基板１上に形成することができるので、バッファ層２および圧電薄膜３の結晶性が良好となるような第１基板１を選択することができる。従って、この製造方法によれば、製造コストを低減することができ、しかも結晶性の良好な圧電薄膜３を有する圧電薄膜共振子１００を得ることができる。
２−１．発信器
次に、本発明を適用した実施形態に係る発振器２００の一例について説明する。図１１は、本実施形態に係る発振器２００の側面透視図である。なお、上述した圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する
発振器２００は、金属製の筐体２０と、圧電薄膜共振子１００と、発振回路２２と、を含む。圧電薄膜共振子１００および発振回路２２の形成された第２基板６は、筐体２０内部に実装されている。発振回路２２は、外部の回路（図示せず）から入力される電圧値に応じて、圧電薄膜共振子１００に印加する周波数を制御するものである。
次に、本発明を適用した実施形態に係る発振器２００の一例について説明する。図１１は、本実施形態に係る発振器２００の側面透視図である。なお、上述した圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する
発振器２００は、金属製の筐体２０と、圧電薄膜共振子１００と、発振回路２２と、を含む。圧電薄膜共振子１００および発振回路２２の形成された第２基板６は、筐体２０内部に実装されている。発振回路２２は、外部の回路（図示せず）から入力される電圧値に応じて、圧電薄膜共振子１００に印加する周波数を制御するものである。
図１１に示すように、発振器２００において、発振回路２２と圧電薄膜共振子１００とは、第２基板６を共有して形成されている。発振回路２２と、圧電薄膜共振子１００の第１電極４とは、配線２４によって電気的に接続されている。なお、発振回路２２と、圧電薄膜共振子１００の第２電極８とは、図示はしていないが、電気的に接続されている。本実施形態では、発振回路２２を構成するトランジスタとして、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用している。
２−２．発振器の製造方法
本発明を適用した実施形態に係る発振器２００の製造方法の一例について、図１〜図４、図１１〜図１７を用いて説明する。図１〜図４、図１１〜図１７は、発振器２００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
本発明を適用した実施形態に係る発振器２００の製造方法の一例について、図１〜図４、図１１〜図１７を用いて説明する。図１〜図４、図１１〜図１７は、発振器２００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
（１）まず、図１〜図４に示すように、第１基板１上に、積層体１０を形成する。積層体１０の形成方法は、上述した圧電薄膜共振子１００の製造方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
（２）次に、図１２に示すように、第２基板６上に、発振回路２２を形成する。発振回路２２を構成するトランジスタとしては、例えばＴＦＴなどを用いることができる。第２基板６としては、例えばシリコン基板を用いることができる。なお、第２基板６は、これに限定されることなく、目的や用途に応じて、例えばガラス基板、金属基板、プラスチック基板、または、フレキシブル基板などの多種多様な任意の基板を用いることができる。
次に、第２基板６上に接着層７を形成する。接着層７の形成方法は、上述した圧電薄膜共振子１００の製造方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
（３）次に、図１３に示すように、積層体１０を、第２基板６上の発振回路２２の形成された領域以外の領域にアライメントし、さらにこれを圧着して、第２基板６と、積層体１０とを接合する。第２基板６と、積層体１０とは、第１基板１が第２基板６より上方となるように接合される。具体的には、本実施形態では、保護層５が接着層７と接合される。
（４）次に、図１４に示すように、第１基板１を、積層体１０から分離する。第１基板１の分離方法は、上述した圧電薄膜共振子１００の製造方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。なお、第１基板１を、積層体１０から分離する工程の前に、発振回路２２をレジストなどで覆い、保護することが好ましい。
（５）次に、図１５に示すように、圧電薄膜３上に第２電極８を形成する。これにより、圧電薄膜３が第１電極４と第２電極８とにより挟み込まれた構造が形成される。第２電極８の形成方法は、上述した圧電薄膜共振子１００の製造方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
（６）次に、図１６に示すように、第２電極８、圧電薄膜３、および第１電極４を、上から順にパターニングする。パターニングは、公知のリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて行うことができる。次に、第２電極８と発振回路２２とを電気的に接続する配線（図示せず）を形成することができる。具体的には、第１電極４および圧電薄膜３の一部を絶縁膜で保護し、配線用の金属膜を形成し、該金属膜をパターニングすることにより、配線を形成することができる。
（７）次に、図１７に示すように、第２基板６および接着層７をパターニングする。パターニング方法は、上述した圧電薄膜共振子１００の製造方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
次に、第１電極４と発振回路２２とを電気的に接続する配線２４を形成する。配線２４は、例えば公知のリフトオフ法などを用いて形成することができる。
（８）次に、図１１に示すように、圧電薄膜共振子１００および発振回路２２の形成された第２基板６を、金属製（Ａｌまたはステンレススチール製）の筐体２０内部に実装する。
以上の工程によって、本実施形態に係る発振器２００を製造することができる。なお、上述した例では、発振回路２２を形成する工程が、第２基板６と積層体１０とを接合する工程前に行われる例について説明したが、発振回路２２を形成する工程は、第２基板６と積層体１０とを接合する工程後に行うこともできる。
２−３．作用・効果
本実施形態に係る発振器２００の製造方法によれば、第１基板１上に、順次、バッファ層２、圧電薄膜３、第１電極４、および保護層５を積層して積層体１０を形成した後、第２基板６と積層体１０とを接合し、その後、第１基板１を積層体１０から分離する。この製造方法によれば、第２基板６と積層体１０とを接合する前に、第２基板６上に発振回路２２を形成する。そして、第２基板６としては、例えばシリコン基板などを用いることができる。従って、発振回路２２の形成後では、第２基板６の露出している表面部は、例えばシリコンまたはＳｉＯ２からなる。通常、シリコン上、あるいはＳｉＯ２上に、直接、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３などの圧電薄膜３をエピタキシャル成長させることは困難である。また、第２基板６上に直接、圧電薄膜３を成膜する場合、成膜温度が高いため（例えば４００℃以上）、アルカリ金属であるＬｉが発振回路２２中に拡散し、発振回路２２の特性に影響を与えることがある。
本実施形態に係る発振器２００の製造方法によれば、第１基板１上に、順次、バッファ層２、圧電薄膜３、第１電極４、および保護層５を積層して積層体１０を形成した後、第２基板６と積層体１０とを接合し、その後、第１基板１を積層体１０から分離する。この製造方法によれば、第２基板６と積層体１０とを接合する前に、第２基板６上に発振回路２２を形成する。そして、第２基板６としては、例えばシリコン基板などを用いることができる。従って、発振回路２２の形成後では、第２基板６の露出している表面部は、例えばシリコンまたはＳｉＯ２からなる。通常、シリコン上、あるいはＳｉＯ２上に、直接、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３などの圧電薄膜３をエピタキシャル成長させることは困難である。また、第２基板６上に直接、圧電薄膜３を成膜する場合、成膜温度が高いため（例えば４００℃以上）、アルカリ金属であるＬｉが発振回路２２中に拡散し、発振回路２２の特性に影響を与えることがある。
本実施形態に係る発振器２００の製造方法によれば、第１基板１上に、バッファ層２を介して、圧電薄膜３を形成することができるので、高品質なエピタキシャル膜からなる圧電薄膜３を容易に形成することができる。そして、この製造方法によれば、第２基板６と積層体１０とを接合する前に、第２基板６上に発振回路２２を形成するので、発振回路２２は、圧電薄膜３の成膜温度の影響を受けることがない。従って、結晶性の良好な圧電薄膜３を有する圧電薄膜共振子１００と、特性の良好な発振回路２２との集積化を容易に行うことができる。その結果、特性の良好な発振器２００を得ることができる。
より具体的には、この製造方法によれば、ＺｎＯまたはＡｌＮなどよりも電気機械結合係数が大きい材料であるＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＫＮｂＯ３などを用いて、結晶性の良好な圧電薄膜３を形成することができる。また、この製造方法によれば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３またはＰｂＴｉＯ３などの材料に比べ、有害物質であるＰｂを含んでいないＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＫＮｂＯ３などの材料を用いて圧電薄膜３を形成しても、第２基板６に形成された発振回路２２の特性に影響を与えることがない。従って、結晶性の良好な圧電薄膜３を有する圧電薄膜共振子１００と、特性の良好な発振回路２２との集積化を容易に行うことができる。また、環境の点から好ましいＰｂフリーのデバイスを提供することができる。
また、本実施形態に係る発振器２００の製造方法によれば、積層体１０から分離された第１基板１は、再度圧電薄膜３を形成するのに再利用することができる。また、バッファ層２および圧電薄膜３を、所望の第１基板１上に形成することができるので、バッファ層２および圧電薄膜３の結晶性が良好となるような第１基板１を選択することができる。従って、この製造方法によれば、製造コストを低減することができ、しかも結晶性の良好な圧電薄膜３を有する発振器２００を得ることができる。
３．電子回路および電子機器
次に、本実施形態に係る電子回路および電子機器について、図面を参照しながら説明する。図１８に、本発明における電子回路の一実施形態の電気的構成をブロック図で示す。なお、図１８に示す電子回路は、例えば、図１９に示す携帯電話機３００の内部に設けられる回路である。携帯電話機３００は、本発明における電子機器の一例である。携帯電話機３００は、アンテナ３０１、受話器３０２、送話器３０３、液晶表示部３０４、及び操作ボタン部３０５等を備えて構成されたものである。
次に、本実施形態に係る電子回路および電子機器について、図面を参照しながら説明する。図１８に、本発明における電子回路の一実施形態の電気的構成をブロック図で示す。なお、図１８に示す電子回路は、例えば、図１９に示す携帯電話機３００の内部に設けられる回路である。携帯電話機３００は、本発明における電子機器の一例である。携帯電話機３００は、アンテナ３０１、受話器３０２、送話器３０３、液晶表示部３０４、及び操作ボタン部３０５等を備えて構成されたものである。
図１８に示す電子回路は、携帯電話機３００内に設けられる電子回路の基本構成を有したものである。図１８に示す電子回路は、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、および入力／表示回路９４を備えて構成されたものである。
図１８に示す電子回路において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、図１０に示す周波数フィルタを用いることができる。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、低雑音増幅器８７から出力される信号のうちの必要となる周波数に応じて、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２は、図１１に示す発振器２００を有することができる。
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるもので、図１９に示す携帯電話機３００中の送話器３０３に相当する。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」という）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。送信フィルタ８３から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。低雑音増幅器８７から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＩＦに変換される。
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるもので、図１９に示す携帯電話機３００中の受話器３０２に相当するものである。
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、および入力／表示回路９４を制御することにより、携帯電話機の全体動作を制御するものである。入力／表示回路９４は、図１９に示す携帯電話機３００の使用者に対して、機器の状態を表示したり、使用者の指示を入力したりするためのものであり、例えば携帯電話機３００の液晶表示部３０４および操作ボタン部３０５に相当する。
以上、本実施形態に係る圧電薄膜共振子およびその製造方法、周波数フィルタ、発振器およびその製造方法、電子回路、及び電子機器について説明したが、本発明は、前記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、電子機器として携帯電話機をその一例として挙げたが、これ以外にも他の携帯情報機器やパーソナルコンピューターなどに用いることができる。また、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路をその一例として挙げたが、これ以外の種々の移動体通信機器の内部に設けられる電子回路に適用することができる。
さらに、移動体通信機器のみならず、ＢＳ及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器、および、その内部に設けられる電子回路にも適用することができる。さらには、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号、または、光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器、および、その内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
１ 第１基板、２ バッファ層、３ 圧電薄膜、４ 第１電極、５ 保護層、６ 第２基板、７ 接着層、９ 開口部、１０ 積層体、２０ 筐体、２２ 発振回路、２４ 配線、８０ 送話器、８１ 送信信号処理回路、８２ 送信ミキサ、８３ 送信フィルタ、８４ 送信電力増幅器、８５ 送受分波器、８６ａ，８６ｂ アンテナ、８７ 低雑音増幅器、８８ 受信フィルタ、８９ 受信ミキサ、９０ 受信信号処理回路、９１ 受話器、９２ 周波数シンセサイザ、９３ 制御回路、９４ 表示回路、１００ 圧電薄膜共振子、２００ 発振器、３００ 携帯電話機、３０１ アンテナ、３０２ 受話器、３０３ 送話器、３０４ 液晶表示部、３０５ 操作ボタン部
Claims (9)
- 第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板と前記積層体とを接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、
前記第２基板をパターニングする工程と、を含み、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１電極と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われ、
前記接着層は、前記第２基板をパターニングする工程後にパターニングされる、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板と前記積層体とを接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、
前記第２基板をパターニングする工程と、を含み、
前記積層体を形成する工程は、前記第１電極の上方に、さらに保護層を積層して前記積層体を形成する工程を有し、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記保護層と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われ、
前記接着層は、前記第２基板をパターニングする工程後にパターニングされる、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 請求項２において、
前記保護層は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、および、Ｔａ２Ｏ５のうちの少なくとも一種からなる、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、およびＺｎＯのうちの少なくとも一種からなる、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記圧電薄膜は、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３のいずれか、あるいはこれらを主成分とする化合物からなる、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第２基板は、Ｓｉ基板、あるいは半導体素子を形成したＳｉ基板である、圧電薄膜共振子の製造方法。 - 圧電薄膜共振子を有する発振器の製造方法であって、
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板にトランジスタを有する発振回路を形成する工程と、
前記発振回路を形成する領域以外の領域において、前記第２基板と前記積層体とを、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、
前記第２基板をパターニングする工程と、を含み、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記第１電極と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われ、
前記接着層は、前記第２基板をパターニングする工程後にパターニングされる、発振器の製造方法。 - 圧電薄膜共振子を有する発振器の製造方法であって、
第１基板の上方に、順次、圧電薄膜および第１電極を積層して積層体を形成する工程と、
第２基板にトランジスタを有する発振回路を形成する工程と、
前記発振回路を形成する領域以外の領域において、前記第２基板と前記積層体とを、前記第１基板が該第２基板より上方となるように接合する工程と、
前記第１基板を、前記積層体から分離する工程と、
前記圧電薄膜の上方に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極、前記圧電薄膜、および前記第１電極をパターニングする工程と、
前記第２基板をパターニングする工程と、を含み、
前記積層体を形成する工程は、前記第１電極の上方に、さらに保護層を積層して前記積層体を形成する工程を有し、
前記積層体を形成する工程は、前記圧電薄膜を形成する前に、前記第１基板の上方にバッファ層を形成する工程を有し、
前記第２基板と前記積層体とを接合する工程は、前記保護層と前記第２基板とを、接着層を介して接合し、
前記第１基板を分離する工程は、前記バッファ層をエッチングすることにより行われ、
前記接着層は、前記第２基板をパターニングする工程後にパターニングされる、発振器の製造方法。 - 請求項７または８において、
前記発振回路を形成する工程は、前記第２基板と前記積層体とを接合する工程前に行われる、発振器の製造方法。
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