JP4978210B2

JP4978210B2 - バルク音響振動子の製造方法

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Publication number: JP4978210B2
Application number: JP2007014669A
Authority: JP
Inventors: 誠古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: JP2008182512A

Description

本発明はバルク音響振動子の製造方法及びバルク音響振動子に係り、特に、温度補償膜を備えたバルク音響振動子の製造技術に関する。

従来から、ＦＢＡＲ（Film Balk Acoustic Resonator）やＳＢＡＲ（Stacked Film Balk Acoustic Resonator）等と呼ばれるバルク音響振動子（ＢＡＲ）が高周波デバイスとして提案され、製品化されている。このバルク音響振動子は、基板上に形成した開口部や空洞、或いは、多層膜積層構造の上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極をそれぞれ順に成膜することで積層構造を形成し、当該積層構造の下部電極と上部電極の間に交流電圧を印加することで、圧電体膜の内部に縦波（バルク音響波）を発生させ、所定の共振特性を具備するように構成したものである。

このようなバルク音響振動子では、他の圧電振動子と同様に、圧電体膜の膜厚及び音速が温度によって変動することから、温度が上昇すると圧電体の共振周波数が低下する負の周波数温度特性を示す。このような周波数の温度特性については、例えば、上記積層構造の上に温度補償膜を成膜し、この温度補償膜で上記圧電体の負の周波数温度特性を打ち消すことで、共振周波数の温度依存性を低減し、安定した共振周波数を得る方法が提案されている（例えば、以下の特許文献１参照）。また、圧電体膜と上方の電極との間に温度補償膜を形成したバルク音響振動子も知られている（たとえば、以下の非特許文献１参照）。
特開２００２−１７６３３４号公報 F. Vanhelmont、他５名、"A 2 GHz Reference Oscillator incorporating a Temperature Compensated BAW Resonator" 2006 IEEE Ultrasonics Symposium (3-6, October 2006 VANCOUVER, CANADA (ISBN 1-4244-0202-6)) p.333-336

しかしながら、前述の特許文献１に記載される構造では、圧電体によりもたらされる負の周波数温度特性を打ち消すために温度補償膜を厚く形成する必要があり、所定の周波数温度特性をもたらす温度補償膜の膜厚を実現するには成膜時間がかかるために製造コストが増大するという問題点がある。

一方、前述の非特許文献１に記載される構造では、一対の電極間に配置される温度補償膜を形成することで温度補償膜が薄くても十分な温度補償を行うことができるという利点があるが、その分、温度補償膜の膜厚を高精度に制御する必要があり、温度特性の十分な安定化やばらつきの解消を行うことがきわめて難しいという問題点があった。

そこで本発明は、上記問題点を解決するものであり、温度補償膜の形成位置とその影響を勘案することで、温度補償膜による温度補償の精度を高めることができ、従来よりも安定した周波数特性を得ることのできるバルク音響振動子を実現することを目的とする。

斯かる実情に鑑み、本発明のバルク音響振動子の製造方法は、圧電体膜、該圧電体膜を挟む一対の電極、及び、温度補償膜を含む積層構造を具備するバルク音響振動子の製造方法において、前記圧電体膜、前記一対の電極、及び、前記一対の電極間に配置される第１の前記温度補償膜を含む積層部分を形成する第１積層工程と、前記一対の電極の外側に配置される第２の前記温度補償膜を形成する第３の工程と、を具備することを特徴とする。
また、ある実施形態のバルク音響振動子の製造方法では、基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に第１の温度補償層を形成する工程と、前記第１の温度補償層上に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記第１の温度補償層よりも厚い第２の温度補償層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。また、ある実施形態のバルク音響振動子の製造方法では、基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に第１の温度補償層を形成する工程と、前記第１の温度補償層上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記第１の温度補償層よりも厚い第２の温度補償層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。また、前記第１の温度補償層および前記第２の温度補償層は、ＳｉＯ ₂ 、ＴｅＯ ₅ 、ＺｒＯ、ＺｒＯ ₂ 、ＦｅＮｉ合金のいずれかの材料を用いることを特徴とする。

この発明によれば、第１積層工程において圧電体膜、一対の電極、及び、当該一対の電極間に配置される第１の温度補償膜を含む積層部分を形成し、その後、第２積層工程において一対の電極の外側に配置される第２の温度補償膜を形成することにより、周波数温度特性への影響の大きい第１の温度補償膜で周波数温度特性を概略調整し、その後、周波数温度特性への影響の小さい第２の温度補償膜で周波数温度特性を精密に調整することができるため、製造コストを低減しつつ、安定した周波数特性を得ることが可能になる。
本発明において、前記第１積層工程の後、前記第２積層工程の前に、前記積層部分の周波数温度特性を測定する特性測定工程をさらに具備することが好ましい。この特性測定工程を設けることで、第２積層工程において当該特性測定工程の測定結果に応じて第２の温度補償膜を形成できるため、第２の温度補償膜による温度補償の精度をさらに高めることができる。

本発明において、前記第１積層工程では、前記積層部分の周波数温度特性が負となるように形成されることが好ましい。本発明では第１の温度補償膜で周波数温度特性を概略補償し、その後に形成される第２の温度補償膜で周波数温度特性を精密に補償するようにしているため、当該積層部分１０Ｙの周波数温度特性を負としておくことで、第２の温度補償膜を形成したときに確実に周波数温度特性を低減することが可能になる。

本発明において、前記第１積層工程では、前記積層部分１０Ｙの共振周波数が目標周波数より高く形成されることが好ましい。これによれば、第２の温度補償膜を形成したときに共振周波数が低下するので、積層構造の共振周波数を目標周波数に近い値になるように製造できる。

本発明において、前記第２の温度補償膜を含めた前記積層構造の周波数温度特性を測定する追加特性測定工程と、当該追加特性測定工程の測定結果に応じて前記第２の温度補償膜の膜厚を調整する膜厚調整工程と、をさらに具備することが好ましい。これによれば、第２の温度補償膜の形成後に追加特性工程において周波数温度特性を測定し、その測定結果に応じて膜厚調整工程において第２の温度補償膜の膜厚を調整することで、周波数温度特性のさらなる安定化を図ることができる。

次に、本発明のバルク音響振動子の製造方法は、圧電体膜、該圧電体膜を挟む一対の電極、及び、温度補償膜を含む積層構造を具備するバルク音響振動子の製造方法において、前記圧電体膜、前記一対の電極、及び、前記一対の電極間に配置される第１の前記温度補償膜を含む積層部分１０Ｙを形成する第１積層工程と、前記積層部分の周波数温度特性を測定する特性測定工程と、前記特性測定工程の測定結果に応じて前記一対の電極の外側に配置される第２の前記温度補償膜を形成する第２積層工程と、を具備し、前記特性測定工程の測定結果が前記周波数温度特性の許容範囲内にある場合には第２積層工程を省略することを特徴とする。

この発明によれば、第１積層工程において第１の温度補償膜により概略の温度補償を実施し、その後、特性測定工程の測定結果に応じて第２の温度補償膜を形成することで温度補償の精度を高めることができる。この場合に、特性測定工程の測定結果が周波数温度特性の許容範囲内にあるときには、第２積層工程を省略することで、バルク音響振動子の製造プロセス全体の製造効率を高めることができる。

本発明において、前記第２の温度補償膜を含めた前記積層構造の周波数温度特性を測定する追加特性測定工程と、当該追加特性測定工程の測定結果に応じて前記第２の温度補償膜の膜厚を調整する膜厚調整工程と、をさらに具備し、前記追加特性測定工程の測定結果が前記許容範囲内にある場合には前記膜厚調整工程を省略することが好ましい。これによれば、追加特性測定工程によって第１の温度補償膜と第２の温度補償膜による温度補償の結果を測定し、この測定結果に応じて第２の温度補償膜の膜厚を調整することで、より精密な温度補償を実現することができる。この場合に、追加特性測定工程の測定結果が上記許容範囲内にあるときには、膜厚調整工程を省略することで、バルク音響振動子の製造プロセス全体の製造効率を高めることができる。

次に、本発明のバルク音響振動子は、圧電体膜、及び、該圧電体膜を挟む一対の電極を含む積層構造を具備するバルク音響振動子において、前記積層構造には、前記一対の電極間に配置された第１の温度補償膜と、前記一対の電極の外側に配置された第２の温度補償膜とが含まれることを特徴とする。この場合に、第２の温度補償膜は一対の電極のうち上方に配置される電極上に配置されていることが好ましい。また、第１の温度補償膜は圧電体膜と上方に配置される電極との間に配置されていることが好ましい。
また、ある実施形態のバルク音響振動子は、基板と、前記基板上に形成された第１電極と、前記第１電極の上層に形成された圧電体層と、前記圧電体層の上層に形成された第２電極と、前記第１電極の上層で且つ前記第２電極の下層に形成された第１の温度補償層と、前記第２電極の上層に形成され前記第１の温度補償層よりも厚い第２の温度補償層と、を具備することを特徴とする。また、前記第１の温度補償層および前記第２の温度補償層は、ＳｉＯ ₂ 、ＴｅＯ ₅ 、ＺｒＯ、ＺｒＯ ₂ 、ＦｅＮｉ合金のいずれかの材料を用いることを特徴とする。

この発明によれば、第１の温度補償膜で概略の周波数温度特性が設定された後に、第２の温度補償膜で周波数温度特性を精密に調整することができるため、温度補償膜による温度補償の高精度化を図り、周波数特性の高い安定性を実現することができるとともに、共振周波数や周波数温度特性への影響が異なる二つの温度補償膜を組み合わせることで、共振周波数と周波数温度特性の双方を目標範囲内に容易に設定することが可能になる。

［実施形態の構成］
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は実施形態のバルク音響振動子１０の構造を模式的に示す概略断面図である。

図１に示すように、本実施形態のバルク音響振動子１０は、シリコン基板等の半導体などで構成される基板１と、この基板１の開口部１ａ上に形成される積層構造１０Ｘとで構成される。基板１上には酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２は上記開口部１ａ上にも形成されている。開口部１ａは基板１の裏面側からエッチング処理を施すこと等により形成され、このとき、絶縁膜２は当該エッチング工程におけるエッチングストップ層として機能するようになっている。

絶縁膜２上に形成された積層構造１０Ｘは、それぞれ、Ｐｔ／Ｔｉの積層構造などの金属等の導電体よりなる下部電極（第１電極）１１と、ＡｌＮ、ＺｎＯなどの圧電体よりなる圧電体膜（圧電体層）１２と、非圧電体よりなる温度補償膜１４Ａと、Ｐｔ／Ｔｉなどの金属等の導電体よりなる上部電極（第２電極）１３と、非圧電体よりなる温度補償膜１４Ｂとが順次に積層された構造を有する。当該積層構造１０Ｘにおいては、下部電極１１と上部電極１３との間に交流電圧を印加することで、内部に積層方向のバルク音響波が生成され、このバルク音響波の共振特性によって所定の共振周波数を備えた振動子が構成されるようになっている。

上記温度補償膜（温度補償層）１４Ａ、１４Ｂは、ＳｉＯ₂、ＴｅＯ₅、ＺｒＯｘ（ｘ＝１〜２）などの誘電体からなる薄膜で構成される。ただし、当該温度補償膜をＦｅ−Ｎｉ合金などの金属で構成することも可能である。これらの温度補償膜１４Ａ，１４Ｂは、バルク音響振動子１０の周波数温度特性を低減するためのものであり、積層構造１０Ｘの温度補償、つまり周波数温度特性の調整のために設けられている。すなわち、圧電体膜１２Ａ，１２Ｂの特性に起因して、温度補償膜１４Ａ，１４Ｂを含まない積層構造は一般的に負の周波数温度特性、つまり、温度が上昇すると共振周波数が低下する特性を備えたものとなるが、温度補償膜１４Ａ，１４Ｂを形成することで、積層構造１０Ｘの周波数温度特性をきわめて小さなものとすることができる。

温度補償膜１４Ａは一対の電極１１と１３の間に配置される温度補償膜である。したがって、温度補償膜１４Ａは図示例のように圧電体膜１２と上部電極１３との間に配置される場合に限られず、たとえば、下部電極１１と圧電体膜１２との間に配置されることも可能である。ただし、一般的には圧電体膜１２の膜質の低下を回避するために圧電体膜１２より上層に温度補償膜１４Ａが配置される。

また、温度補償膜１４Ｂは一対の電極１１と１３の外側に配置される温度補償膜である。したがって、温度補償膜１４Ｂは図示例のように上部電極１３上に配置される場合に限られず、たとえば、下部電極１１の下層に配置されることも可能である。ただし、下部電極１１、圧電体膜１２及び上部電極１３を形成した後に温度補償膜１４Ｂを形成できるようにするには、一般的には温度補償膜１４Ｂは上部電極１３上に形成される。

ここで、温度補償膜１４Ａに関しては後述するように膜厚変化に対する温度補償作用の変動が大きく、また、温度補償膜１４Ｂに関しては膜厚変化に対する温度補償作用の変動が小さいので、上記の積層構造１０Ｘにおいて温度補償膜１４Ａが温度補償膜１４Ｂより薄く形成されることが好ましい。このようにすると、誤って温度補償膜１４Ａのみによりバルク音響振動子１０が正の周波数温度特性を有するようになり、その結果、温度補償膜１４Ｂによる温度補償量の調整が無意味となるといった虞が低減されるとともに、温度補償膜１４Ｂの膜厚が大きくなるため、当該膜厚の制御精度を高めやすくなることから、温度補償膜１４Ｂによる温度補償量の高精度化や調整作業の容易化を図ることが可能になる。

本実施形態では、基板１に開口部１ａを形成しているが、基板１の表面に凹部を形成し、この凹部上に上記積層構造を形成することで、積層構造１０Ｘの下に空洞が設けられるように構成してもよい。このような構造は、凹部内にＰＳＧ膜等の犠牲層を形成しておき、当該犠牲層上に上記の積層構造を形成し、その後、犠牲層をウエットエッチング等によって除去することで形成できる。また、基板１の表面上に上記積層構造１０Ｘ内に生ずる共振周波数に対応した音響多層膜を形成し、この音響多層膜上に積層構造を形成することによってバルク音響弾性波が音響多層膜で反射されるように構成しても構わない。

［実施形態の特性］
次に、図２乃至図７を参照して、上記各実施形態の音響振動子１０の積層構造１０Ｘの特性について説明する。以下に示す特性は、基板１として厚みが２００〜３００μｍ程度のシリコン単結晶基板を用い、下部電極として膜厚３０ｎｍのＴｉ層の上に膜厚１５０ｎｍのＰｔ層を形成したものを用い、圧電体膜として膜厚７００ｎｍのＡｌＮ層を形成したものを用い、さらに、上部電極として膜厚３０ｎｍのＴｉ層の上に膜厚１５０ｎｍのＰｔ層を形成したものを用い、温度補償膜としてＳｉＯ_２（酸化シリコン）層を形成してなる例に対するものである。

図２は、バルク音響振動子の周波数温度係数Δｆ／ｆｏ［ｐｐｍ／℃］（Δｆは１℃当たりの共振周波数の変化量）の温度補償膜の膜厚依存性を示すグラフである。ここで、図示破線は上部電極下に形成した温度補償膜１４Ａのみを形成した場合のバルク音響振動子の周波数温度係数と温度補償膜の膜厚との関係を示し、図示一点鎖線は上部電極上に形成した温度補償膜１４Ｂのみを形成した場合の上記関係を示す。図２に示すように、温度補償膜がない場合には周波数温度係数が−４０［ｐｐｍ／℃］程度であるが、温度補償膜１４Ａ、１４Ｂの膜厚を増大させるに従って周波数温度係数が単調に増加しているのがわかる。

また、上部電極下に形成した温度補償膜１４Ａの場合には、温度補償膜の膜厚がｘ（４０〜５０ｎｍ程度）で周波数温度係数がほぼ０となり、温度補償膜の膜厚に対する周波数温度係数の依存性がきわめて大きいが、上部電極上に形成した温度補償膜１４Ｂの場合には、温度補償膜の膜厚がｙ（５４０〜６００ｎｍ程度）で周波数温度係数がほぼ０となり、温度補償膜の膜厚に対する周波数温度係数の依存性が緩やかであることがわかる。

したがって、上記の特性により、温度補償膜を上部電極下に形成する場合には、温度補償膜の膜厚が薄くても足りるため製造効率は高いが、温度補償膜の膜厚に対する周波数温度係数の依存性が強いため、１０ｎｍ程度の成膜精度でも周波数温度特性に或る程度のばらつきが生ずる。これに対して、温度補償膜を上部電極上に形成する場合には、周波数温度係数の温度補償膜の膜厚依存性が弱いため、周波数温度特性を低減し、共振周波数を安定させることは比較的容易であるが、温度補償膜を厚く形成する必要があることから製造効率が悪化する。また、温度補償膜が厚くなることにより共振周波数が低下する一方、共振周波数の低下を回避するために圧電体膜を薄く形成すると振動子強度の低下や膜質の悪化による電気機械結合係数の低下などが生じるなど、高周波化が難しくなるという問題点がある。

一方、本実施形態では、第１の温度補償膜である温度補償膜１４Ａで周波数温度特性の温度補償を概略行った上で、第２の温度補償膜である温度補償膜１４Ｂで周波数温度特性の温度補償を精密に行うことにより、温度補償膜の形成時間の増大を抑制しつつ、従来の振動子よりも周波数温度特性を容易に低減させることができる。すなわち、温度補償膜１４Ａを形成することで温度補償膜全体の膜厚を低減しつつ、従来と温度補償膜の膜厚の制御精度が同程度であっても、従来構造よりも高精度に周波数温度特性を設定することが可能になる。

温度補償膜１４Ａのみを含むバルク音響振動子において温度補償膜１４Ａの膜厚を変えた場合の例として、図３には温度補償膜１４Ａの膜厚を１０ｎｍとした場合及び１００ｎｍとした場合のそれぞれの周波数比（温度２５℃における共振周波数ｆｏに対する実際の共振周波数ｆの比）の温度依存性を示す。図３に示すように、温度補償膜１４Ａの膜厚が１０ｎｍである場合には負の周波数温度特性を示すが、膜厚が増加し１００ｎｍになると正の周波数温度特性を示す。

図４は、図３に示す２つの場合におけるアドミタンスの周波数特性を示すグラフである。温度補償膜１４Ａの膜厚が１０ｎｍである場合には共振周波数は図示ｔ（２．３ＧＨｚ程度）であるが、膜厚１００ｎｍの温度補償膜１４Ａを形成した場合には共振周波数はｓ（１．８５ＧＨｚ程度）であり、膜厚１０ｎｍの温度補償膜１４Ａを形成した場合の共振周波数ｔより低くなる。これは、温度補償膜１４Ａが厚くなることにより振動子の質量が増大したためと考えられる。

図５には、図３及び図４に示すものと同様に温度補償膜１４Ａのみを形成した場合の温度補償膜１４Ａの膜厚と共振周波数との関係を示す。上記のように、温度補償膜１４Ａを厚くすると共振周波数は単調に低下していく。したがって、温度補償膜１４Ａ以外の積層構造（圧電体膜１２や一対の電極１１，１３）の膜厚その他の構造を目標となる共振周波数に合わせて形成しておく必要がある。

図６には、上記の同じ場合における温度補償膜１４Ａの膜厚が一定（１００ｎｍ）のときの圧電体膜１２の膜厚と共振周波数との関係を示す。このように、圧電体膜１２の膜厚が小さくなると共振周波数は単調に増大する。例えば、温度補償膜１４Ａの膜厚が１００ｎｍのときに圧電体膜１２の膜厚を５００ｎｍまで薄くすると、共振周波数は温度補償膜１４Ａの膜厚が１０ｎｍで圧電体膜１２の膜厚が７００ｎｍのときの共振周波数とほぼ一致する。したがって、温度補償膜１４Ａが薄い（たとえば１０ｎｍ）ときには圧電体膜１２の膜厚を厚く（例えば７００ｎｍ）し、温度補償膜１４Ａを厚く（たとえば１００ｎｍ）ときには圧電体膜１２の膜厚を薄く（例えば５００ｎｍ）することで、温度補償膜１４Ａの膜厚を変えても共振周波数の変動を低減することができる。

また、図４に示すように、上部電極下に膜厚１００ｎｍの温度補償膜１４Ａを形成した場合の共振アドミタンスは上部電極下に膜厚１０ｎｍの温度補償膜１４Ａを形成した場合の共振アドミタンスよりも小さい。これは、非圧電体（誘電体）よりなる温度補償膜１４Ａが厚くなることにより振動子のインピーダンスが増大したためと考えられる。図７には、図３乃至図６に示す場合において、圧電体膜１２の膜厚が７００ｎｍのときの上部電極下の温度補償膜１４Ａの膜厚と共振アドミタンスＹとの関係を示す。これによれば、温度補償膜１４Ａの膜厚が低下すると共振アドミタンスは増大することがわかる。例えば、温度補償膜１４Ａの膜厚が１００ｎｍの場合に比べて、温度補償膜１４Ａの膜厚が１０ｎｍの場合の共振アドミタンスは１０倍程度になる。したがって、温度補償膜１４Ａの膜厚を変えたときに振動子の面積比を単位面積当たりの共振アドミタンス比の逆数に相当する値とすることで、共振アドミタンス（インピーダンス）の変化を低減することができる。たとえば、上記の２つの場合には、温度補償膜の膜厚１０ｎｍの場合に比べて膜厚１００ｎｍの場合に振動子の面積を１０倍とすれば、共振アドミタンスがほぼ等しくなる。

次に、図１及び図８を参照して本実施形態の製造方法について説明する。図８は、各製造工程後における周波数差（共振周波数の目標周波数に対する差）及び周波数温度係数の想定範囲を示すものである。

本実施形態では、図１に示す積層構造１０Ｘを以下の手順にて製造する。最初に、下部電極１１、圧電体膜１２を順次に成膜し、その後、温度補償膜１４Ａを成膜する。このとき、温度補償膜１４Ａの膜厚は、下部電極１１、圧電体膜１２、温度補償膜１４Ａ及び上部電極１３からなる積層部分１０Ｙの周波数温度特性が十分に低くなるように設定される。具体的には、図８に点線で示す範囲I内の点（例をバツ印で示す。）が温度補償膜を全く形成しない場合を示すものであるとすれば、温度補償膜１４Ａを形成することで、周波数温度係数の絶対値が低減され、図８に実線で示す範囲II内に移動するように設定する。このとき、温度補償膜１４Ａを形成することで、共振周波数も低下する。

ここで、図８に示す範囲Iの位置（共振周波数及び周波数温度係数）は、予めシミュレーションや実験等を行うことでほぼ想定することができる。したがって、このように想定された範囲Iの位置に応じて、温度補償膜１４Ａの膜厚を設定することができる。温度補償膜１４Ａを形成したときの上記積層部分１０Ｙの位置は、目標点Ｐ、すなわち、目標周波数及び目標周波数温度係数（通常は０）に近いほどよいが、後工程を考慮すると、図８に示す目標点Ｐの左上の位置、すなわち、上記積層部分１０Ｙの共振周波数が目標周波数より高く、上記積層部分１０Ｙの周波数温度係数が負であることが好ましい。これは、後に形成される温度補償膜１４Ｂによって共振周波数は低下し、また、周波数温度係数も正側に変化するからである。

温度補償膜１４Ａが上記のように形成された後に、上部電極１３が形成され、上記積層部分１０Ｙが完成する（第１積層工程）。なお、本実施形態の積層構造１０Ｘを構成する各層は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの種々の成膜方法で形成することができる。上記積層部分１０Ｙの特性（共振周波数及び周波数温度係数）は図８に示す範囲II内の点で示され、たとえば、図示例ではバツ印と丸印で示されている。ここで、バツ印はバルク音響振動子１０の製品の許容範囲Ｚ内に含まれない場合、丸印は同許容範囲Ｚ内に含まれる場合を例示している。

上記の積層部分１０Ｙが形成された段階においては、既にバルク音響振動子１０としての基本構造が完成しているため、そのままで、共振周波数や周波数温度係数を測定することができる（特性測定工程）。この工程により、図示例のバツ印と丸印の正確な位置が測定される。なお、この工程では、周波数温度係数のみを測定するようにしてもよい。これは、その後に行われる温度補償膜１４Ｂの形成目的が周波数温度特性の最適化だからである。この場合には、以後の説明において、共振周波数を無視し、周波数温度特性についてのみ考慮したものとして製造を進めればよい。

ここで、図示例の丸印の位置、すなわち、共振周波数と周波数温度特性のいずれもが許容範囲Ｚ内に存在している場合には、ここで以降の工程を省略するようにしてもよい。すなわち、上記温度補償膜１４Ｂを形成することなく、製造を完了することができる。

次に、上記積層部分１０Ｙの上、すなわち、上部電極１３上に、温度補償膜１４Ｂを形成する（第２積層工程）。この工程では、温度補償膜１４Ｂの膜厚を制御し、最終的に図８に示す許容範囲Ｚ内に入るように設定する。この設定に際しては、上記の想定と同様に温度補償膜１４Ａ及び１４Ｂの周波数温度特性への寄与をシミュレーションや実験結果等に基づいて計算することで、最終的に周波数温度特性が最適化される（目標点Ｐに達する）に必要な温度補償膜１４Ｂの膜厚を決定してもよいが、上記特性測定工程を設ける場合には、当該工程で得られた測定結果に応じて温度補償膜１４Ｂの膜厚を設定することができる。具体的には、温度補償膜１４Ｂによる周波数温度特性への寄与をシミュレーションや実験結果等に基づいて計算し、この計算結果と上記測定結果とを勘案して温度補償膜１４Ｂの膜厚を決定する。

上記の第２積層工程により、図８における範囲II内にあった積層構造１０Ｙの点に対して、積層構造１０Ｘの点は範囲III内に移動する。ここで、理想的には、範囲IIIがすべて許容範囲Ｚ内に含まれること、すなわち、第２積層工程後に許容範囲Ｚ内に１００％の確率で入ることが望ましい。これによって、許容範囲Ｚに含まれる完成品が確実に製造される。

図８には、範囲III内に許容範囲Ｚ内に位置する丸印の点と、許容範囲Ｚ外に位置するバツ印の点とが存在するように示してある。この場合、第２積層工程後にさらに共振周波数及び周波数温度係数を測定してもよい（追加特性測定工程）。この工程を行った結果、丸印の点が得られた場合には、後述する工程を省略して、そのまま完成品として用いることができる。

一方、バツ印の点が得られた場合には、さらに温度補償膜１４Ｂの膜厚を調整して、共振周波数及び周波数温度係数を最適化し、上記許容範囲Ｚ内に移動するようにすることができる（膜厚調整工程）。この工程では、温度補償膜１４Ｂをさらに堆積させて膜厚を増加させることも可能であるが、処理の容易さの観点から見ると、特に、温度補償膜１４Ｂの膜厚をエッチング（ウエットエッチング又はドライエッチング）処理によって部分的に除去することで、膜厚を削減することが好ましい。そして、このように膜厚調整工程をエッチング処理で行うことができるようにするためには、範囲IIIが図８における目標点Ｐの右下に位置するように、すなわち、共振周波数が目標周波数より低く、しかも、周波数温度係数が正となるように第２積層工程で形成される温度補償膜１４Ｂの膜厚を設定することが好ましい。

尚、本発明のバルク音響振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

実施形態のバルク音響振動子の断面構造を模式的に示す縦断面図。バルク音響振動子の温度補償膜の膜厚に対する周波数温度係数の依存性を示すグラフ。バルク音響振動子の周波数比の温度依存性を示すグラフ。バルク音響振動子のアドミタンス特性を示すグラフ。バルク音響振動子の温度補償膜の膜厚と共振周波数との関係を示すグラフ。バルク音響振動子の圧電体膜の膜厚と共振周波数との関係を示すグラフ。バルク音響振動子の温度補償膜の膜厚と共振アドミタンスとの関係を示すグラフ。実施形態の製造工程後の想定範囲を周波数差と周波数温度係数の座標平面上で示すグラフ。

符号の説明

１…基板、１ａ…開口部、２…絶縁膜、１０…バルク音響振動子、１０Ｘ…積層構造、１０Ｙ…積層部分、１１…下部電極、１２…圧電体膜、１３…上部電極、１４Ａ，１４Ｂ…温度補償膜

Claims

基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に第１の温度補償層を形成する工程と、前記第１の温度補償層上に第２電極を形成する工程と、を含み、前記第１電極と前記圧電体層と前記第１の温度補償層と前記第２電極とを含む積層部の周波数温度特性が負となるように形成し、かつ、前記積層部の共振周波数が目標周波数より高くなるように形成する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記積層部分の周波数温度特性を測定する第２の工程と、
前記第２の工程の後、前記第２の工程の測定結果に応じて、前記第２電極上に第２の温度補償層を形成する第３の工程と、
前記第３の工程の後、前記第２の温度補償層と前記積層部とを含む積層体の周波数温度特性を測定する第４の工程と、
前記第４の工程の後、前記第４の工程の測定結果に応じて、前記第２の温度補償層の膜圧を調整する第５の工程と、
を具備することを特徴とするバルク音響振動子の製造方法。
前記第２の温度補償層は、前記第１の温度補償層よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のバルク音響振動子の製造方法。
前記第１の温度補償層および前記第２の温度補償層は、ＳｉＯ₂、ＴｅＯ₅、ＺｒＯ、ＺｒＯ₂、ＦｅＮｉ合金のいずれかの材料を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のバルク音響振動子の製造方法。