JP6892061B2 - Manufacturing method of bulk elastic wave resonator - Google Patents
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Description
本発明は、バルク弾性波共振器の製造方法に関し、特に量産に適した製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bulk elastic wave resonator, and particularly to a manufacturing method suitable for mass production.
近年、スマートフォンの世界的な普及や、ウェアラブルやＩｏＴ（Internet of Things）と通称されるマイクロ波を用いた無線通信サービスの留まることのない旺盛な需要の拡大に伴い、限られた資源である電波（マイクロ波）を有効に利用するため、空間にあふれるマイクロ波の中から必要な周波数の電波を選択的に抽出することが求められている。例えば、現在、２．５ＧＨｚ帯以下の周波数帯だけでなく、３ＧＨｚ以上の高周波帯を利用するサービスも拡大しており、所定の周波数帯域の電波を選択的に抽出するため高周波フィルタが使用されている。この種の高周波フィルタでは、温度ドリフトがなく、急峻なスカート特性を有する等、高性能化が要求されている。 In recent years, with the worldwide spread of smartphones and the ever-increasing demand for wireless communication services using microwaves, commonly known as wearables and IoT (Internet of Things), radio waves are a limited resource. In order to make effective use of (microwaves), it is required to selectively extract radio waves of a required frequency from microwaves overflowing in space. For example, at present, services that use not only the frequency band of 2.5 GHz or less but also the high frequency band of 3 GHz or more are expanding, and a high frequency filter is used to selectively extract radio waves in a predetermined frequency band. There is. High-frequency filters of this type are required to have high performance, such as having no temperature drift and having steep skirt characteristics.
また、世界各地で使用されている周波数帯域に対応できるようにするため、１台のスマートフォンに１０個を超える高周波フィルタが搭載されるようになり、小型でフィルタ特性に優れていることから、高周波フィルタとしてＳＡＷ（表面弾性波）共振器が多用されている。 In addition, in order to support the frequency band used all over the world, more than 10 high-frequency filters are installed in one smartphone, and because of its small size and excellent filter characteristics, high-frequency waves are used. SAW (Surface Acoustic Wave) resonators are often used as filters.
一方、ＳＡＷ共振器では３ＧＨｚ以上の高周波帯域や広い通過帯域を実現するには限界があり、高性能を要求されるフィルタにはバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器が使われるようになってきている。今後、３ＧＨｚ帯以上の高周波帯でも、使用される周波数帯域が込み合ってくるとの予測を踏まえると、バルク弾性波共振器の需要はさらに拡大することが期待される。 On the other hand, SAW resonators have a limit in realizing a high frequency band of 3 GHz or more and a wide pass band, and bulk elastic wave (BAW) resonators are being used for filters that require high performance. .. In the future, it is expected that the demand for bulk elastic wave resonators will further increase, based on the prediction that the frequency bands used will be crowded even in the high frequency band of 3 GHz or higher.
従来のバルク弾性波共振器は次のように形成される。まず、支持基板となるシリコン基板１を用意し、シリコン基板１表面の一部をエッチング除去して凹部２を形成する。その後、凹部２内に犠牲層３を充填する。この凹部２への犠牲層３の充填は、例えば犠牲層３としてリン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）を使用する場合には、凹部２内にＰＳＧが十分に充填され、表面を平坦化した状態でエッチバックすることで、図５に示すように表面が平坦化された犠牲層３が形成できる。ここで、後述する圧電膜５を形成する際、圧電膜が所望の結晶構造となるように成長させるため、表面を平坦化することが重要となる。
A conventional bulk elastic wave resonator is formed as follows. First, a
次に、シリコン基板１表面に下部電極膜４、圧電膜５および上部電極膜６を積層し、それぞれ所望のパターニングを行う。その後、後述するキャビティ部を形成するため上部電極膜６、圧電膜５および下部電極膜４の一部をエッチング除去し、開口部７を形成し、開口部７の底面に犠牲層３の表面の一部を露出させる（図６）。この開口部７の数、配置位置等は、次の工程で犠牲層３を除去できるように適宜設定されている。
Next, the
開口部７を通してエッチング液を供給し犠牲層３を選択的に除去する。犠牲層３が除去された空間がキャビティ部８となり、バルク弾性波共振器が完成する（図７）。（特許文献１、２）
The etching solution is supplied through the
ところで従来の製造方法では、犠牲層３を除去する際ウエットエッチング法が採用されており、量産には適していなかった。また、温度補償型のバルク弾性波共振器を形成する場合には、図８に示すように温度補償膜９を付加することが必要である。この温度補償膜９は、犠牲層３を除去する工程の前に積層形成されるため、犠牲層３をエッチング除去する際にエッチングされない材料を使用しなければならない。例えば、犠牲層３のエッチング除去の際、フッ酸系のエッチング液を使用する場合、温度補償膜として汎用的に使用されているシリコン酸化膜を使用することができず、特殊は材料を用意しなければならないという問題があった。
By the way, in the conventional manufacturing method, a wet etching method is adopted when removing the
従来のバルク弾性波共振器の製造方法は、犠牲層を除去する際、量産に適さないウエットエッチング法が採用されていた。また犠牲層のエッチングの際、温度補償膜がエッチングされてしまうことがないように犠牲層と温度補償膜の材料を選定する必要があり、制約の多い製造方法であった。本発明はこれらの問題点を解消し、量産性に優れ、一般的に使用されているシリコン酸化膜を温度補償膜として使用することができるバルク弾性波共振器の製造方法を提供することを目的とする。 As a conventional method for manufacturing a bulk elastic wave resonator, a wet etching method that is not suitable for mass production has been adopted when removing the sacrificial layer. Further, when etching the sacrificial layer, it is necessary to select the material of the sacrificial layer and the temperature compensating film so that the temperature compensating film is not etched, which is a manufacturing method with many restrictions. It is an object of the present invention to solve these problems and to provide a method for manufacturing a bulk elastic wave resonator which is excellent in mass productivity and can use a generally used silicon oxide film as a temperature compensation film. And.
上記目的を達成するため、本願発明は、バルク弾性波共振器の製造方法であって、支持基板を用意する工程と、前記バルク弾性波共振器のキャビティ部形成予定領域の前記支持基板表面を被覆するように、シリコン窒化膜をパターニングする工程と、パターニングされた前記シリコン窒化膜表面および前記支持基板表面を前記シリコン窒化膜と選択除去可能な絶縁膜で被覆した後、平坦化し、前記シリコン窒化膜表面を露出させる工程と、該平坦化されたシリコン窒化膜および前記絶縁膜表面に、下部電極膜、圧電膜および上部電極膜を積層形成する工程と、前記キャビティ部形成予定領域の前記上部電極膜、前記圧電膜および前記下部電極膜の一部を除去して開口部を形成し、該開口部の底面に前記シリコン窒化膜表面の一部を露出させる工程と、前記開口部を通して、前記シリコン窒化膜をエッチング除去し、キャビティ部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a bulk elastic wave resonator, which covers a step of preparing a support substrate and the surface of the support substrate in a region where a cavity portion of the bulk elastic wave resonator is planned to be formed. The step of patterning the silicon nitride film and the surface of the patterned silicon nitride film and the surface of the support substrate are coated with the silicon nitride film and an insulating film that can be selectively removed, and then flattened to obtain the silicon nitride film. A step of exposing the surface, a step of laminating a lower electrode film, a piezoelectric film, and an upper electrode film on the surface of the flattened silicon nitride film and the insulating film, and the upper electrode film of the region where the cavity portion is to be formed. A step of removing a part of the piezoelectric film and the lower electrode film to form an opening and exposing a part of the surface of the silicon nitride film on the bottom surface of the opening, and the silicon nitride through the opening. film is etched away, characterized in that it comprises a step of forming a key Yabiti section.
本発明によれば、キャビティ部を形成する際に使用する犠牲層としてシリコン窒化膜を選択することで、量産性に優れたドライエッチング方法により簡便に除去することが可能となる。特にシリコン窒化膜は、温度補償膜として汎用的に使用されているシリコン酸化膜に対して選択除去可能であり、温度補償型バルク弾性波共振器の製造方法として利点がある。 According to the present invention, by selecting the silicon nitride film as the sacrificial layer used when forming the cavity portion, it is possible to easily remove the silicon nitride film by a dry etching method having excellent mass productivity. In particular, the silicon nitride film can be selectively removed from the silicon oxide film that is generally used as a temperature compensation film, and is advantageous as a method for manufacturing a temperature compensation type bulk elastic wave resonator.
本発明は、バルク弾性波共振器を簡便に形成することができる製造方法であり、特に、ギャビティ部を簡便に形成することができる製造方法である。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 The present invention is a manufacturing method capable of easily forming a bulk elastic wave resonator, and in particular, a manufacturing method capable of easily forming a gavity portion. Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail.
本発明の第１の実施例について、その製造工程に従い詳細に説明する。まず、支持基板となるシリコン基板１上のキャビティ部形成予定領域にシリコン窒化膜１０を堆積させる。シリコン窒化膜１０の厚さは１ミクロン程度とする。その後全面にポリシリコン膜１１を形成する。（図１）。ポリシリコン膜１１は、先に形成したシリコン窒化膜１０の段差を被覆し、表面が平坦化する厚さまで堆積させる。シリコン窒化膜１０を選択的にエッチング除去可能であれば、ポリシリコン膜１１の代わりにシリコン酸化膜等であっても良い。
The first embodiment of the present invention will be described in detail according to the manufacturing process thereof. First, the
次に、ドライエッチングによるエッチンバック法や化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により表面を平坦化するとともに、先に形成したシリコン窒化膜１０表面を露出させる（図２）。ＣＭＰ法により平坦化する場合、シリコン窒化膜１０が研磨停止膜となり、高い精度で平坦化することができる。
Next, the surface is flattened by an etch-back method by dry etching or a chemical mechanical polishing (CMP) method, and the surface of the previously formed
次に、バルク弾性波共振器を構成する多層膜を形成する。この多層膜は、キャビティ部形成予定領域となるシリコン窒化膜１０上を覆い、ポリシリコン膜１１に達するように形成する。多層膜は一例として、モリブデン（Ｍｏ）からなる下部電極膜４、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜５、シリコン酸化膜からなる温度補償層９、最後にモリブデンなどからなる上部電極膜６をそれぞれ、例えばスパッタ堆積法とドライエッチング工程を組み合わせて積層形成する。シリコン酸化膜は温度補償が必要な場合に形成すれば良く、必須な構成要素ではない。また、温度補償膜９は図３に示すように圧電膜５の直上で上層電極膜６の直下に限らず、例えば、上部電極膜６上に形成してもよい。
Next, a multilayer film constituting a bulk elastic wave resonator is formed. This multilayer film covers the
これら多層膜を構成する各膜の厚さは、バルク弾性波共振器として所望の特性が得られるように適宜設定される。 The thickness of each film constituting these multilayer films is appropriately set so as to obtain desired characteristics as a bulk elastic wave resonator.
その後、ドライエッチング法により多層膜の一部をエッチング除去し、シリコン窒化膜１０表面の一部を露出する開口部７を形成する（図３）。開口部７の数、配置位置は適宜設定すればよい。
Then, a part of the multilayer film is etched and removed by a dry etching method to form an
その後、フッ素系のガスを用いた等方的なドライエッチング法であるプラズマエッチング法により、開口部７を介してシリコン窒化膜１０をエッチング除去する。その結果、キャビティ部８が形成される（図４）。このエッチング工程で、先に形成したポリシリコン膜１１やシリコン酸化膜からなる温度補償膜９がエッチングされることはない。
Then, the
以上説明したように本発明によれば、ドライエッチング法により犠牲層であるシリコン窒化膜１０を選択除去する構成とすることで、量産性に優れた製造方法となる。
As described above, according to the present invention, the
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。具体的には、圧電膜として窒化アルミニウムに限定されるものでなく、窒化スカンジウムアルミニウム（Ａｌ1-xＳｃxＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）も利用することが可能である。また、上部電極膜あるいは下部電極膜は、モリブデン（Ｍｏ）の代わりに、プラチナ（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属薄膜で形成することができる。同様に、温度補償膜として使用する金属膜についても、モリブデン（Ｍｏ）の代わりに、プラチナ（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属薄膜で形成することができる。 Needless to say, the present invention is not limited to the above examples. Specifically, the piezoelectric film is not limited to aluminum nitride, and scandium aluminum nitride (Al 1-x Sc x N), zinc oxide (ZnO), and lead zirconate titanate (PZT) can also be used. It is possible. Further, the upper electrode film or the lower electrode film can be formed of a metal thin film such as platinum (Pt), titanium (Ti), iridium (Ir), and ruthenium (Ru) instead of molybdenum (Mo). Similarly, the metal film used as the temperature compensation film may be formed of a metal thin film such as platinum (Pt), titanium (Ti), iridium (Ir), ruthenium (Ru) instead of molybdenum (Mo). it can.
１：シリコン基板、２：凹部、３：犠牲層、４：下部電極膜、５：圧電膜、６：上部電極膜、７：開口部、８：キャビティ部、９：温度補償膜、１０：シリコン窒化膜、１１：ポリシリコン膜 1: Silicon substrate, 2: Concave, 3: Sacrificial layer, 4: Lower electrode film, 5: piezoelectric film, 6: Upper electrode film, 7: Opening, 8: Cavity, 9: Temperature compensation film, 10: Silicon Nitride film, 11: polysilicon film
Claims (1)
支持基板を用意する工程と、
前記バルク弾性波共振器のキャビティ部形成予定領域の前記支持基板表面を被覆するように、シリコン窒化膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記シリコン窒化膜表面および前記支持基板表面を前記シリコン窒化膜と選択除去可能な絶縁膜で被覆した後、平坦化し、前記シリコン窒化膜表面を露出させる工程と、
該平坦化されたシリコン窒化膜および前記絶縁膜表面に、下部電極膜、圧電膜および上部電極膜を積層形成する工程と、
前記キャビティ部形成予定領域の前記上部電極膜、前記圧電膜および前記下部電極膜の一部を除去して開口部を形成し、該開口部の底面に前記シリコン窒化膜表面の一部を露出させる工程と、
前記開口部を通して、前記シリコン窒化膜をエッチング除去し、キャビティ部を形成する工程と、を含むことを特徴とするバルク弾性波共振器の製造方法。 This is a method for manufacturing bulk elastic wave resonators.
The process of preparing the support board and
A step of patterning a silicon nitride film so as to cover the surface of the support substrate in a region where a cavity is planned to be formed in the bulk elastic wave resonator.
A step of coating the patterned silicon nitride film surface and the support substrate surface with the silicon nitride film and an insulating film that can be selectively removed, and then flattening the surface to expose the silicon nitride film surface.
A step of laminating a lower electrode film, a piezoelectric film, and an upper electrode film on the surface of the flattened silicon nitride film and the insulating film.
An opening is formed by removing a part of the upper electrode film, the piezoelectric film, and the lower electrode film of the region where the cavity portion is to be formed, and a part of the surface of the silicon nitride film is exposed on the bottom surface of the opening. Process and
Through the opening, the silicon nitride film is removed by etching, the manufacturing method of the bulk acoustic wave resonator, which comprises a step of forming a key Yabiti section.
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