JP5229399B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電デバイス、特にメンブレン構造を有する圧電デバイスの製造方法に関するものである。
現在、圧電単結晶体を薄膜化してなる圧電デバイスが多く開発されている。このような圧電薄膜を用いた圧電デバイスでは、実際の使用時において圧電薄膜を支持する支持体を必要とする。このような支持体は、特許文献１や特許文献２に示すように、圧電薄膜の一方の主面に配設されている。
ところで、このような圧電デバイスではデバイスの特性を向上させるために、圧電薄膜における圧電デバイスとして機能する電極が形成された領域と、支持体との間に空間を形成するメンブレン構造が用いられているものがある。
また、従来、圧電薄膜と支持体とからなる複合圧電基板を形成する方法の１つとしてスマートカット法がある。スマートカット法では、接合可能な厚みからなる圧電基板の一方主面にイオン注入を行うことでイオン注入層を形成する。次に、イオン注入層が形成された圧電基板のイオン注入層側の主面に対して、別体形成した支持体を、活性化接合や親和性接合等を用いて接合する。その後、イオン注入層を利用して圧電基板から圧電薄膜を加熱剥離する。
したがって、メンブレン構造を有する圧電デバイスを形成する場合には、圧電基板の一方面に、後に空隙層となる犠牲層を形成し、当該犠牲層が形成された圧電基板の表面に支持体を接合する。その後、圧電基板から圧電薄膜を剥離形成し、当該圧電薄膜にエッチング窓を形成した上で、当該エッチング窓から犠牲層を除去している。この際、メンブレン構造部以外は、上述のように、圧電薄膜と支持体とが接合した構造である。
ところで、このような薄膜を剥離形成するための基板と支持体とを接合する方法として、複合圧電基板ではないものの、特許文献３に示すように、単結晶シリコン基板と支持体との間に弾性体を装着する構造のものがある。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すような圧電基板と支持体とを直接接合する場合には、これら圧電基板と支持体との間の線膨張係数差を無視することができず、支持体の材料が大幅に制限されてしまう。また、接合時に圧電基板に不要な応力をかけないために、所定レベル以上の凹凸がないか、接合面にパーティクル（極小サイズのゴミや塵等）は存在しないか、等の厳しい接合条件の設定が必要となり、工程負荷が増大するとともに工程管理が難しくなる。
特に、メンブレン構造を形成する場合、圧電基板表面の平坦度だけではなく、犠牲層表面の平坦度も高くしなければならない。さらに、製造工程上、犠牲層の表面と圧電基板表面とは、同一平面上にはなりえず、これらを共に、所定レベル以上の平坦度に仕上げるためには、工程負荷が増え、コスト増大に繋がってしまう。
一方、特許文献３に示すように、半導体基板と支持体との間に弾性体を挿入することで、上述のような圧電基板と支持体との接合時に発生する各種の不具合は緩和されるが、圧電基板に弾性係数の小さい弾性体を接合することで、ダンピングが発生してしまい、圧電デバイスとしての機能が低下する。この現象は、メンブレン構造であっても、少なくとも圧電薄膜と弾性体とが接合する箇所が存在するので、例外なく生じる。特に、弾性波を利用した圧電デバイスにおいては、その影響が大きい。
したがって、本発明の目的は、上述のような接合時の各種不具合の発生を防止し、且つ構造的に機能低下することのない、メンブレン構造を有する圧電デバイスの製造方法に関するものである。
この発明は、駆動電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備え、圧電薄膜における駆動電極が形成される領域を含む所定領域と支持体との間に空隙層が設けられたメンブレン構造からなる圧電デバイスの製造方法に関するものである。この圧電デバイスの製造方法では、圧電基板にイオン化した元素を注入することで、圧電基板の中に圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分を形成するイオン注入工程と、圧電基板のイオン注入側の面に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、該犠牲層が形成された圧電基板のイオン注入側の面に無機層を直接形成する無機層形成工程と、無機層の圧電基板と反対側の面に弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、弾性体層に支持体を貼り合わせる貼合工程と、圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分が形成された圧電基板から圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、犠牲層を除去することで空隙層を形成する犠牲層除去工程と、を有する。
この製造方法では、上述の圧電薄膜、無機層、弾性体層、および支持体からなり、メンブレン構造を有する圧電デバイスを容易に製造することができる。この際、犠牲層付きの圧電基板に無機層の接合を用いることなく直接的に形成し、さらに弾性体層を配設することで、従来の圧電基板と支持体とを接合する際に生じる不具合が発生しない。また、犠牲層付き圧電基板、無機層および弾性体層からなる複合層と支持体とを貼り合わせる時に、無機層が犠牲層付き圧電基板の保護層となり、弾性体層が緩衝層および段差緩和層となるので、従来技術及び課題に記載のような接合時に生じる問題や特性上の問題も発生しない。これにより、高信頼性で特性が良好な圧電デバイスを、容易且つ高歩留まりで製造することができる。
また、この発明は、駆動電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備え、圧電薄膜における駆動電極が形成される領域を含む所定領域と支持体との間に空隙層が設けられたメンブレン構造からなる圧電デバイスの製造方法に関するものである。この圧電デバイスの製造方法では、圧電基板にイオン化した元素を注入することで、圧電基板の中に圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分を形成するイオン注入工程と、圧電基板のイオン注入側の面に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層が形成された圧電基板のイオン注入側の面に無機層を直接形成する無機層形成工程と、支持体の表面に弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、無機層と弾性体層とを貼り合わせる貼合工程と、圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分が形成された圧電基板から圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、犠牲層を除去することで空隙層を形成する犠牲層除去工程と、を有する。
この製造方法では、上述の製造方法が、犠牲層付き圧電基板および無機層側に弾性体層を形成して、支持体と貼り合わせたのに対して、支持体側に弾性体層を形成し、犠牲層付き圧電基板と無機層とからなる第１の複合層と、支持体と弾性体層とからなる第２の複合層とを貼り合わせる。このような工程とすることで、貼り合わせ前の弾性体層に対して、圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分の剥離温度よりも高温の熱処理を行うことができる。これにより、例えば弾性体層のアニール（不要溶剤の除去）処理が容易になり、より信頼性を向上することができる。
また、この発明の圧電デバイスの製造方法では、貼合工程を減圧雰囲気下で行う。
この製造方法では、貼合工程が減圧雰囲気下で行われることで、弾性体層の界面近傍での泡を抑制できて信頼性を向上できる。さらに、熱処理温度を低くできることで、熱処理による圧電基板の劈開性の悪化や特性劣化等の悪影響を抑制することができる。
また、この発明の圧電デバイスの製造方法では、無機層形成工程を減圧雰囲気下で行う。
この製造方法では、無機層と圧電基板との界面近傍での泡（ボイド）を抑圧でき、緻密な界面を形成することができる。
この発明によれば、メンブレン構造を有する圧電デバイスにおける圧電薄膜の元となる犠牲層付きの圧電基板と支持体とを接合する際の各種不具合の発生を防止し、且つ圧電デバイスとしての機能を低下させることがない。これにより、従来よりも設計的自由度が高く、工程管理が容易で、且つ特性及び信頼性優れる、メンブレン構造の圧電デバイスを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスおよび当該圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電デバイスとして、圧電薄膜を用いたＦ−ＢＡＲ用の薄膜型圧電デバイスを例に説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスの構成を示す側面断面図であり、図１（Ｂ）は、当該圧電デバイスを実装面側から見た平面図である。なお、図１（Ｂ）に示す平面図では、図１（Ａ）に示すソルダレジスト９１の図示を省略している。また、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）にＡ−Ａ’断面に対応する。
圧電デバイスは、ＬＴ等の圧電単結晶を材料とする１μｍ程度の厚みからなる圧電薄膜１０を有する。なお、圧電薄膜１０には、ＬＴ以外に、ＬＮやＬＢＯ（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）やランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＫＬＮ（Ｋ3Ｌｉ2Ｎｂ5Ｏ15）等、圧電性を有し、圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分で分離が可能な材料であれば良い。
図１（Ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスの構成を示す側面断面図であり、図１（Ｂ）は、当該圧電デバイスを実装面側から見た平面図である。なお、図１（Ｂ）に示す平面図では、図１（Ａ）に示すソルダレジスト９１の図示を省略している。また、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）にＡ−Ａ’断面に対応する。
圧電デバイスは、ＬＴ等の圧電単結晶を材料とする１μｍ程度の厚みからなる圧電薄膜１０を有する。なお、圧電薄膜１０には、ＬＴ以外に、ＬＮやＬＢＯ（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）やランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＫＬＮ（Ｋ3Ｌｉ2Ｎｂ5Ｏ15）等、圧電性を有し、圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分で分離が可能な材料であれば良い。
圧電薄膜１０の表面１３には、上部電極５０Ｕ、上部引き回し電極５１ＬＵ、パッド電極５１Ｕ，５１Ｃ，５１ＵＤが形成されている。上部電極５０Ｕは、所定面積からなる平板状に形成されており、上部引き回し電極５１ＬＵを介して、パッド電極５１Ｕに接続されている。パッド電極５１Ｃは他の電極とは独立に形成されており、パッド電極５１ＵＤは、ビアホールを介して裏面１２側のパッド電極５１Ｄに接続している。
上部電極５０Ｕには、デバイスの仕様に応じて、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ等が単体もしくは組み合わせて用いられている。一方、上部引き回し電極５１ＬＵ、パッド電極５１Ｕ，５１Ｃ，５１ＵＤには、Ａｌ、Ｃｕ等が用いられている。
さらに、圧電薄膜１０の表面１３には、ソルダレジスト９１が形成されている。この際、ソルダレジスト９１は、圧電薄膜１０を平面視して、後述する空隙層６０が形成される領域を除くように形成されている。また、上述の各パッド電極５１Ｕ，５１Ｃ，５１ＵＤ上も除くように形成されている。そして、このような各パッド電極５１Ｕ，５１Ｃ，５１ＵＤ上には、バンプが形成され、各バンプ上には半田ボール９０が形成されている。
一方、圧電薄膜１０の裏面１２には、下部電極５０Ｄ、下部引き回し電極５１ＬＤ、およびパッド電極５１Ｄが形成されている。下部電極５０Ｄは、圧電薄膜１０を介して上部電極５０Ｕと対向するように形成されている。そして、下部電極５０Ｄは、下部引き回し電極５１ＬＤを介してパッド電極５１Ｄに接続されている。下部電極５０Ｄには、上部電極５０Ｕと同じ材質が用いられ、下部引き回し電極５１ＬＤおよびパッド電極５１Ｄには、上部引き回し電極５１ＬＵ、パッド電極５１Ｕ，５１Ｃ，５１ＵＤと同じ材質が用いられている。
さらに、圧電薄膜１０の裏面１２における上記下部電極５０Ｄの形成領域を含む所定面積の領域を除いて圧電薄膜１０の裏面に１２に当接するように、無機層２０が配設されている。すなわち、上記下部電極５０Ｄの形成領域を含む所定面積の領域に空隙層６０が形成されるように、圧電薄膜１０の裏面１２側に無機層２０が配設されている。無機層２０の材料としては、使用環境下、例えば一般的な圧電デバイスでの使用環境下である−５５℃〜＋１５０℃における弾性率や硬度が所定値以上に大きいものが使用されている。具体的には、各種の金属酸化物、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、タンタル酸化物、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、マグネシウム酸化物、イットリウム酸化物等や、ＰＳＧ等のガラス系の材料が使用される。なお、無機層２０には、圧電薄膜１０に対して熱伝導性が大きい材質や、線膨張係数が小さい材質を用いるとより良い。また、無機層は、例えば線膨張係数の小さい層と熱伝導率の大きい層との二層構造のように、複数の層によって形成されていてもよい。
この無機層の２０の圧電薄膜１０と反対側の面には、弾性体層３０が全面形成されている。弾性体層３０の材料としては、弾性率や硬度が比較的小さいものが使用されている。具体的には、樹脂材料、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、環オレフィン系樹脂、液晶ポリマ等の材料が使用されている。なお、弾性体層３０には、耐熱性や耐薬品性の強い材質を使用すると良く、特に、３００℃以上の高温で使用するデバイスの場合には、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、液晶ポリマが、より良い。また、弾性体層３０も熱伝導性が大きい方が良い。
さらに、弾性体層３０に、シリカやアルミナ等からなる無機フィラーを含有させることで、上述の弾性率や硬度、熱伝導性、さらには線膨張係数を適宜調整することもできる。
弾性体層３０の無機層２０と反対側の面には、支持体４０が貼り合わせられている。支持体４０には、加工性に優れ安価な材料が使用されている。具体的には、Ｓｉ、ガラス、およびアルミナ等のセラミックが使用されている。
このような層構成とすることで、次に示すような各種の作用効果を得ることができる。
（Ａ）弾性体層３０を介して支持体４０と圧電薄膜および無機層２０の複合層とが接合（貼り合わせ）されるので、接合時に各界面を非常に高い平坦度にしなくても、凹凸等による段差が弾性体層３０で吸収され、接合による局所的な応力が圧電薄膜１０に発生することを防止できる。特に、上述のような圧電薄膜１０と無機層２０との間に部分的に空隙層６０を有するメンブレン構造を形成する場合、後述するように、空隙層６０となる領域に固体物質からなる犠牲層７０を形成し、上述の支持体への接合後に当該犠牲層７０を圧電薄膜１０に形成したエッチング窓８０から除去する工程を必要とする。そして、犠牲層７０の表面は、圧電薄膜１０（より正確には犠牲層７０の形成時には圧電単結晶基板１）の裏面１２から当然に突出する。したがって、これら圧電単結晶基板１の裏面１２と犠牲層７０の表面とを同時に高い平坦度にすることは容易ではなく、メンブレン構造で無い場合よりも凹凸等による段差が発生し易い。しかしながら、本願に示すような弾性体層３０を有すれば、このような段差の影響を抑圧し、上述のような応力緩和作用が得られる。
また、この際、支持体４０の接合面（貼り合わせ面）や無機層２０の接合面（貼り合わせ面）にパーティクルが存在しても、このパーティクルによる段差も弾性体層３０で吸収でき、上述の応力の発生を防止できる。
さらには、接合（貼り合わせ）時に圧電単結晶基板１へ係る圧力が弾性体層３０によって緩和されるので、圧電単結晶基板１の劈開性が強く、且つイオン注入された状態であっても、欠け等の発生を抑圧することができる。
また、このように工程管理条件を緩和できるので、工程管理を容易にすることができる。
（Ｂ）圧電薄膜１０に対して弾性体層３０を介在して支持体４０を配設することで、圧電薄膜１０と支持体４０との線膨張係数差が大きくても、弾性体層３０でこの線膨張係数差による応力が吸収される。これにより、支持体４０の材料選択条件に、線膨張係数を含ませる必要がなくなり、支持体４０の選択性が向上する。この結果、安価な材料を選ぶことができ、弾性波デバイスの体積に占める割合が非常に大きい支持体４０のコストを抑えることもでき、弾性波デバイスを安価に実現することができる。また、加工性に優れる材料を支持体４０に用いることもできるので、支持体４０に対する工程負荷を低減させることもできる。
（Ｃ）弾性体層３０を圧電薄膜１０に直接当接させると、上述の従来技術や課題に示すようにダンピングが発生するが、弾性体層３０よりも弾性率が大きくや硬度が高い無機層２０を介在させることで、ダンピングの発生を防止できる。これにより、弾性体層３０を用いることによる構造的な要因からの特性劣化を抑制できる。
このように、本実施形態の構成を用いることで、高い信頼性および優れた特性を有する圧電デバイスを安価に実現することができる。
（Ｄ）さらに、無機層２０に熱伝導性の大きい材料を用いることで、圧電薄膜１０が駆動する際に生じる熱が無機層２０へ伝搬されて放熱されるので、耐電力性を向上することができる。さらに、弾性体層３０の熱伝導率も大きくすることで、無機層２０に伝搬された熱は、弾性体層３０に、さらに効果的に伝搬され、弾性体層３０および支持体４０から放熱されるので、より耐電力性を向上させることができる。
（Ｅ）無機層２０に線膨張係数の小さい材料を用いることで、温度変化等による圧電薄膜１０の伸縮を無機層２０により拘束でき、弾性波デバイスとしての温度特性を向上することができる。
（Ｆ）弾性体層３０に無機フィラーを含有させることで、上述の弾性率や硬度、熱伝導率、線膨張係数を適宜設定することできるので、信頼性の仕様や特性の仕様に応じた弾性波デバイスを容易に実現することができる。例えば、樹脂材料のみでは実現できない線膨張係数２０ｐｐｍ／℃以下、熱伝導率０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、弾性率１ＧＰａ以上という条件も、樹脂と無機フィラーの体積比を５０：５０〜１０：９０程度にすることで、貼り合わせ時の接着力を確保しながら実現することができる。
このように、さらに無機層２０および弾性体層３０の組成を適宜設定することで、さらに高い信頼性および優れた特性を有する圧電デバイスを安価に実現することができる。
次に、上述の圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。
図２は、本実施形態の圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
図３、図４、図５は、図２に示す製造フローで形成される圧電デバイスの製造過程を模式的に示す図である。
図３、図４、図５は、図２に示す製造フローで形成される圧電デバイスの製造過程を模式的に示す図である。
まず、所定厚みからなる圧電単結晶基板１を用意し、図３（Ａ）に示すように、裏面１２側から水素イオンを注入することで、イオン注入部分１００を形成する（図２：Ｓ１０１）。この際、圧電単結晶基板１としては、圧電デバイス単体が複数配列された基板を用いる。そして、例えば圧電単結晶基板１にＬＴ基板を用いれば、加速エネルギー１５０ＫｅＶで１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2のドーズ量により水素イオン注入を行うことにより、裏面１２から深さ約１μｍの位置に水素分布部分が形成されて、イオン注入部分１００が形成される。このイオン注入部分１００は、圧電単結晶基板に注入されたイオン元素の濃度がピークになる部分である。なお、イオン注入処理の条件は、圧電単結晶基板１の材質およびイオン注入部分１００の厚みに応じて適宜設定し、例えば加速エネルギーを７５ＫｅＶとすれば、深さ０．５μｍの位置に水素分布部分が形成される。
次に、図３（Ｂ）に示すように、圧電単結晶基板１の裏面１２に下部電極５０Ｄ、パッド電極５１Ｄおよび図示しない引き回し電極５１ＬＤを形成する（図２：Ｓ１０２）。
次に、図３（Ｃ）に示すように、圧電単結晶基板１の裏面１２上に犠牲層７０を形成する（図２：Ｓ１０３）。ここで、犠牲層７０は、下部電極５０Ｄを含む所定面積の領域に、すなわちＦ−ＢＡＲ素子として主たる機能部となる領域に形成される。また、犠牲層７０は、下部電極５０Ｄとのエッチングレートを異ならせられるようなエッチングガスもしくはエッチング液が選択可能な材料からなり、下部電極５０Ｄよりもエッチングされやすい材料からなる。また、犠牲層７０は、後述する無機層２０や圧電単結晶基板１よりもエッチングされやすい材料からなる。さらに、犠牲層７０は、エレクトロマイグレーションに強い材質であるとより良い。具体的には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の金属や、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）等の絶縁膜や、有機膜等から、条件に応じて適宜設定する。犠牲層７０は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等で積層形成したり、スピン塗布等により形成される。
次に、図３（Ｄ）に示すように、犠牲層７０付きの圧電単結晶基板１の裏面１２上に無機層２０を形成する（図２：Ｓ１０４）。無機層２０の材料としては、上述の弾性率や硬度、熱伝導率や線膨張係数を満たす素材が用いられ、適宜厚みが設定されている。
無機層２０の形成方法には、接合法は用いず、直接形成法であるＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定されている。この際、無機層２０は、後述する剥離工程の温度よりも低温で形成される。
さらに、無機層２０は減圧雰囲気下で形成される。このように、減圧雰囲気下で形成することで、圧電単結晶基板１の裏面１２と無機層２０との界面でのボイド（泡）の発生が防止される等、界面が緻密に形成される。これにより、信頼性の高い界面を形成できる。また、界面が安定して緻密に形成されることで、当該界面での弾性波の反射のバラツキ等が抑制できるので、弾性波デバイスの特性を向上できるとともに、特性の安定化も向上できる。
次に、図３（Ｅ）に示すように、無機層２０の圧電単結晶基板１と反対側の面に弾性体層３０を形成する（図２：Ｓ１０５）。弾性体層３０の材料としては、上述の無機層２０よりも小さな弾性率や低い硬度を満たす素材が用いられ、さらには上述の熱伝導性や線膨張係数を満たす素材が用いられるとより良い。
弾性体層３０の形成方法は、例えば塗布法であり、塗布法としてより具体的には、スピンコート法、スプレーコート法、ディスペンス法の使用がより良い。この際、塗布厚みは、弾性体層３０として必要な特性と、材料の有する固有の弾性率とに応じて適宜設定される。
次に、図４（Ａ）に示すように、弾性体層３０の無機層２０と反対側の面に、支持体４０を貼り合わせる（図２：Ｓ１０６）。この際、貼り合わせは、減圧雰囲気下で実行される。このように減圧雰囲気下で貼り合わせを行うことで、弾性体層３０と支持体４０との貼り合わせ界面でのボイドを抑制することができる。これにより、高信頼性の圧電デバイスを形成することができる。
次に、図４（Ｂ）に示すように、無機層２０、弾性体層３０および支持体４０が配設された圧電単結晶基板１からなる複合圧電基板を加熱し、イオン注入部分１００を剥離面とした剥離を行う（図２：Ｓ１０７）。これにより、支持体４０に支持され、無機層２０および弾性体層３０が配設された犠牲層７０付きの圧電薄膜１０が形成される。この際、減圧雰囲気下で加熱すれば、加熱温度を低くすることができる。
次に、このように剥離形成した圧電薄膜１０の表面１３をＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する。これにより、弾性波デバイスの特性を良化させることができる。そして、これら圧電薄膜１０、無機層２０、弾性体層３０、支持体４０からなる複合圧電基板の上下面に分極用電極を形成し、所定電圧を印加することで分極処理を行い、圧電薄膜１０の圧電性を回復させる。この際、犠牲層７０を導電性材料として、分極用電極に利用しても良い。
次に、図４（Ｃ）に示すように、圧電薄膜１０の表面１３上に、Ｆ−ＢＡＲデバイスとして駆動するための上部電極５０Ｕや、パッド電極５１Ｕ等の所定の上部電極パターンを形成する（図２：Ｓ１０８）。
次に、図４（Ｄ）に示すように、犠牲層７０を除去するためのエッチング窓８０および圧電薄膜１０の表面１３側と裏面１２側とを導通するビアホール用の貫通孔８１を、圧電薄膜１０に形成する。この際、エッチング窓８０は圧電薄膜１０における犠牲層７０の形成領域の端部近傍に形成される。また、貫通孔８１は、圧電薄膜１０におけるパッド電極５１Ｄ上に形成される。これらのエッチング窓８０および貫通孔８１は、例えばフォトリソグラフィを利用したドライエッチングにより形成される。このドライエッチングには、ＮＬＤ（Ｎｅｕｒａｌ Ｌｏｏｐ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）−ＲＩＥや、ＳＷＰ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥを用いるとよい。
次に、図４（Ｅ）に示すように、貫通孔８１のビアホール電極や、これに接続するパッド電極５１ＵＤ、およびパッド電極５１Ｕに接続する上部引き回し電極５１ＬＵ等を形成する。なお、パッド電極５１Ｃは、当該工程で形成しても、上述のＳ１０８の工程で形成してもよい。
ここまでの工程を経た時点で、この複合体に対してアニール処理を行う。このようなアニール処理を行うことで、イオン注入工程で結晶ダメージを受けた圧電薄膜１０の結晶性を回復でき、圧電薄膜１０の伸びや反りが抑制される。これにより、次の犠牲層７０の除去工程で空隙層６０が形成されても、当該空隙層６０と接する圧電薄膜１０の部分（圧電メンブレン部分）の破損を抑制することができる。
次に、エッチング窓８０を介してエッチングガスもしくはエッチング液を流入させることで、犠牲層７０を除去する。これにより、圧電デバイスの下部電極５０Ｄおよび上部電極５０Ｕが形成される領域に対応する犠牲層７０が形成された空間は、図５（Ａ）に示すような空隙層６０となる（図２：Ｓ１０９）。
次に、図５（Ｂ）に示すように、各パッド電極５１Ｕ，５１ＵＤ，５１Ｃ上および空隙層６０を除く圧電薄膜１０の表面１３上にソルダレジスト９１を形成する。そして、各パッド電極５１Ｕ，５１ＵＤ，５１Ｃ上にバンプを形成し、当該バンプ上に半田ボール９０を形成する。このようにして、メンブレン構造を有するＦ−ＢＡＲ用の圧電デバイスを形成する。
以上のような製造方法を用いることで、上述の圧電薄膜１０、無機層２０、弾性体層３０、および支持体４０が層構成され、メンブレン構造を有する圧電デバイスを、高信頼性で優れた特性で製造できる。さらに、当該圧電デバイスを、工程負荷を増大させることなく製造することができる。
次に、第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。本実施形態の圧電デバイスは製造方法に特徴を有するものであり、最終的な圧電デバイスとしての構成は、第１の実施形態の圧電デバイスと同じであるので、構成的説明は省略する。また、製造方法においても、特徴箇所のみを説明し、他の第１の実施形態と同じ工程は、説明を簡略化する。
図６は、本実施形態の圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
図７は、図６に示す製造フローで形成される圧電デバイスの製造過程における第１の実施形態とは異なる特徴的な工程を模式的に示す図である。
図７は、図６に示す製造フローで形成される圧電デバイスの製造過程における第１の実施形態とは異なる特徴的な工程を模式的に示す図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、犠牲層７０付きの圧電単結晶基板１に無機層２０を形成する工程まで（図６：Ｓ２０１〜Ｓ２０４）は、第１の実施形態と同じである。
これらの工程とは別に、図７（Ｂ）に示すように、支持体４０の表面に弾性体層３０を形成する（図６：Ｓ２０５）。なお、弾性体層３０の材料および形成方法は、第１の実施形態と同じである。
次に、弾性体層３０付きの支持体４０を、所定温度でベーキング処理する（図６：Ｓ２０６）。例えば、３００℃以上で使用する弾性波デバイスを製造する場合であれば、この使用条件温度に所定マージン分を加算した温度でベーキング処理を実行する。このようなベーキング処理を実行することで、当該ベーキング処理中に、第１の実施形態の製造方法および圧電デバイスの使用環境で達しない温度以上、例えば３００℃以上の環境下で弾性体層３０から溶剤等が放出される。これにより、使用状況に応じたアニール処理が行われ、使用時での圧電デバイスの特性劣化が生じることを防止できる。
ここで、このようなベーキング処理は、第１の実施形態の製造方法では実施できない。これは、３００℃以上の熱を、圧電単結晶基板１、無機層２０、弾性体層３０からなる複合圧電基板に印加すると、圧電単結晶基板１がイオン注入部分１００で剥離され、薄膜化されてしまうからである。しかしながら、本実施形態の製造方法を用いることで、剥離工程より前に圧電薄膜１０が剥離形成されてしまうことを防止できる。
次に、図７（Ｃ）に示すように、支持体４０に形成された弾性体層３０と、犠牲層７０付きの圧電単結晶基板１に形成された無機層２０とを貼り合わせる（図６：Ｓ２０７）。この際、無機層２０の表面は、平坦化処理されている。この貼り合わせ工程の工程条件も第１の実施形態と同じで良い。
以下、第１の実施形態と同じ条件で、加熱剥離による圧電薄膜化（図６：Ｓ２０８）、および上部電極パターンの形成を行う（図６：Ｓ２０９）。さらに、第１の実施形態と同じ条件で、犠牲層７０を除去して空隙層６０を形成し（図６：Ｓ２１０）、最終的に図１に示す形状の圧電デバイスを形成する。
以上のように、本実施形態の製造方法を用いることで、３００℃以上になるような工程フローで形成される圧電デバイスも高信頼性で優れた特性を維持しながら確実に製造することができる。
なお、上述の各実施形態では、平板状に支持体を用いた例を示したが、図８に示すように、メンブレン構造に対応する領域に凹部を有する支持体を用いてもよい。図８は、本発明の他の構成からなる圧電デバイスの構成を示す側面断面図である。このような構成とすると、弾性体層や無機層の厚みを一定にすることも可能になる。
また、上述の各実施形態では、圧電薄膜の両面に対向する上部電極と下部電極とを有し、メンブレン構造を有するＦ−ＢＡＲ用の圧電デバイスについて説明した。しかしながら、メンブレン構造を有する他の圧電デバイスについても上述の構成を適用することができる。例えば、図９は本発明の弾性波デバイスの構成を示す側面図および実装面側から見た平面図である。
図９に示す弾性波デバイスは、上述のＦ−ＢＡＲ用の圧電デバイスの上部電極５０Ｕ，５０Ｄおよび上部引き回し電極５１ＬＵに代わり、圧電薄膜１０の表面１３にＩＤＴ電極５０Ｐおよび引き回し電極５１Ｌ１，５１Ｌ２が形成された、ラム波や板波などを用いた弾性波デバイスの例である。さらに、この弾性波デバイスは、Ｆ−ＢＡＲ用の圧電デバイスに対して圧電薄膜１０の裏面１２側の各電極が形成されていない。このような弾性波デバイスであっても、上述の構成を利用でき、上述のＦ−ＢＡＲ用の圧電デバイスおよびその製造方法と同じ作用効果を得ることができる。
１−圧電単結晶基板、１０−圧電薄膜、１２−裏面、１３−表面、２０−無機層、３０−弾性体層、４０−支持体、５０Ｕ−上部電極、５０Ｄ−下部電極、５０Ｐ−ＩＤＴ電極、５１Ｕ，５１Ｄ，５１ＬＵ，５１ＬＤ−引き回し電極、６０−空隙層、７０−犠牲層、８０−エッチング窓、８１−貫通孔、９０−半田バンプ、９１−ソルダレジスト、１００−イオン注入部分
Claims (4)
- 駆動電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備え、前記圧電薄膜における前記駆動電極が形成される領域を含む所定領域と前記支持体との間に空隙層が設けられたメンブレン構造からなる圧電デバイスの製造方法であって、
圧電基板にイオン化した元素を注入することで、前記圧電基板の中に圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分を形成するイオン注入工程と、
圧電基板のイオン注入側の面に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
該犠牲層が形成された前記圧電基板のイオン注入側の面に前記無機層を直接形成する無機層形成工程と、
前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に前記弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、
前記弾性体層に前記支持体を貼り合わせる貼合工程と、
前記圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分が形成された前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、
前記犠牲層を除去することで、空隙層を形成する犠牲層除去工程と、
を有する圧電デバイスの製造方法。 - 駆動電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備え、前記圧電薄膜における前記駆動電極が形成される領域を含む所定領域と前記支持体との間に空隙層が設けられたメンブレン構造からなる圧電デバイスの製造方法であって、
圧電基板にイオン化した元素を注入することで、前記圧電基板の中に圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分を形成するイオン注入工程と、
圧電基板のイオン注入側の面に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
該犠牲層が形成された前記圧電基板のイオン注入側の面に無機層を直接形成する無機層形成工程と、
前記支持体の表面に前記弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、
前記無機層と前記弾性体層とを貼り合わせる貼合工程と、
前記圧電基板に注入された元素の濃度がピークになる部分が形成された前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、
前記犠牲層を除去することで、空隙層を形成する犠牲層除去工程と、
を有する圧電デバイスの製造方法。 - 前記貼合工程を減圧雰囲気下で行う請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記無機層形成工程を減圧雰囲気下で行う請求項１〜請求項３のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
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