JP7111406B2 - 薄膜バルク音響波共振器の作製方法 - Google Patents

薄膜バルク音響波共振器の作製方法 Download PDF

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Description

本発明は、フィルタの分野に関し、特に薄膜バルク音響波共振器の作製方法に関する。
無線通信技術の絶えない発展に伴って、様々な無線通信端末の多機能化需要を満たすために、端末装置は異なるキャリアスペクトルを利用してデータを伝送する必要があり、それと同時に、限られた帯域幅内で十分なデータ伝送率をサポートするために、無線周波数システムに対しても厳しい性能要件が求められている。無線周波数フィルタは無線周波数システムの重要な構成部分であり、無線周波数システムと通信プロトコルの信号対ノイズ比に対する要件を満たすために、通信スペクトル外の干渉とノイズをフィルタ除去することができる。携帯電話を例に、帯域ごとに対応するフィルタが必要であるため、１台の携帯電話に数十個のフィルタを設置する必要がある場合がある。
典型的に、フィルタはインダクタと、キャパシタと、共振器とを含む。圧電に基づく共振器において、圧電材料に音響共振モードを発生し、音響波は使用のために電波に変換されてる。バルク音響波（ＢＡＷ）共振器は、圧電共振器の１つのタイプであり、異なるバルク音響波共振器をカスケードすることにより、異なる性能要件を満たすバルク音響波フィルタを製造することができる。薄膜バルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）は、バルク音響波共振器の１つのタイプであり、そのバルク音響波薄膜が、基板に形成された反射素子としてキャビティに取り付けられ、典型的に、バルク音響波薄膜は、２つの電極間に設けられた圧電膜を含み、音響波がバルク音響波薄膜にわたる共振を実現し、共振周波数は主にバルク音響波薄膜の材料によって決定される。薄膜バルク音響波共振器は、高い品質係数Ｑ値、ＩＣチップに集積でき、およびＣＭＯＳプロセスと互換できるという利点を有し、近年迅速な発展を遂げている。
現在、薄膜バルク音響波共振器を形成する一つの方法は、まず、基板に一つのピットを腐食させ、ピットに犠牲層材料を充填し、そして犠牲層の上方にバルク音響波薄膜を形成し、その後バルク音響波薄膜から一つのウィンドウを腐食させ、該ウィンドウから犠牲層を除去することである。該方法は、犠牲層上にバルク音響波薄膜を形成するため、底層粗さがバルク音響波薄膜の性能に重要な影響を与え、粗さを特に制御する必要があり、プロセスの複雑さを増大させ、また、このような方法により品質のよい単結晶圧電膜を得ることが困難であり、薄膜バルク音響波共振器の性能の向上に不利である。
現在、薄膜バルク音響波共振器を形成するもう１つの方法は、犠牲層材料を用いずに、作製基板を用いてバルク音響波薄膜およびバルク音響波薄膜に位置する支持構造を形成し、次に、支持構造によって他の基板と結合し、続いて作製基板を除去し、電極を隔離してキャビティ上に共振構造を形成することである。バルク音響波薄膜の強度を向上させるために、支持構造は、キャビティ範囲を画定する主支持壁に加えて、キャビティの範囲内に設置された補助支持柱を含み、後続の共振構造の作製が完了した後に補助支持柱を除去するが、補助支持柱を除去する過程で支持構造の主支持壁を侵食しやすくなり、共振構造の性能が不安定になる。
従来プロセスにおける問題に基づき、本発明は、薄膜バルク音響波共振器の安定性を向上させ、製造プロセス難度が比較的低い薄膜バルク音響波共振器の作製方法を提供する。
本発明によれば、
第１基板を提供するステップと、
前記第１基板上に隔離層と、前記隔離層上に位置するバルク音響波薄膜とを形成するステップと、
前記バルク音響波薄膜に、前記バルク音響波薄膜の上面に外側から内側に順次設けられた主支持壁と、隔離壁と、補助支持柱とを含む支持構造を形成するステップであって、前記主支持壁および前記隔離壁は、いずれも環状構造であり、前記隔離壁は、前記主支持壁内に設けられ、前記補助支持柱は、前記隔離壁内に設けられるステップと、
前記支持構造が形成された前記第１基板の側を第２基板と結合し、かつ前記第１基板を除去するステップと、
前記バルク音響波薄膜に、前記隔離壁によって画定される空間を外部と連通させる開放窓を形成するステップと、
前記開放窓を用いて、前記補助支持柱および前記隔離壁を除去するステップとを含む薄膜バルク音響波共振器の作製方法が提供される。
本発明に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法では、補助支持柱は、薄膜層移行および他の支持構造の上方で行われるプロセスにおいて有効的な支持を提供することを助け、主支持壁と補助支持柱との間に形成された隔離壁は、補助隔離壁を除去する過程で主支持壁を効果的に保護することができ、主支持壁侵食リスクを低減または避けることができる。これにより、後続の主支持壁の画定範囲内に位置するキャビティの信頼性を向上させ、形成された薄膜バルク音響波共振器の共振性能を向上させるのに有利である。
本発明の実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の流れの模式図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。 本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。
以下、図面と具体的な実施例を参照しながら、本発明のバルク音響波共振器の作製方法についてさらに詳細に説明する。以下の説明によって、本発明の利点と特徴はさらに明らかになる。なお、図面はすべて、本発明の実施例を容易かつ明白に説明するために、非常に簡略化された形で非正確な割合を用いているが、本発明の実施例は、図に示される領域の特定形状だけに限定されないと理解されたい。明瞭化のため、本発明の実施例を説明するために用いられるすべての図面において、同じ部材には原則として同一の符号を付し、それについて繰り返して説明しない。
なお、以下の用語「第１」「第２」などは、類似する要素間で区別するためのものであり、必ずしも特定の順序や時系列を記述するための用語ではない。適宜な場合、このように使用される用語は代替可能であり、例えば、本明細書に記載の本発明の実施例を、本明細書に記載された、または、示された他の順序とは異なる順序で動作させることができる。同様に、本明細書に記載の方法に一連の手順が含まれている場合、本明細書で示されるこれらの手順の順は、これらの手順を実行できる唯一の順である必要はなく、また、記載の手順の一部は省略されることができ、または、本明細書に記載されていないその他の手順をこの方法に追加することもできる。
図１は、本発明の実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の流れの模式図である。図１を参照すると、バルク音響波共振器の作製方法は、
第１基板を提供するステップＳ１と、
前記第１基板上に隔離層と、隔離層上に位置するバルク音響波薄膜とを形成するステップＳ２と、
前記バルク音響波薄膜上に、前記バルク音響波薄膜の上面に外から内向きに順次設けられた主支持壁と、隔離壁と、補助支持柱とを含む支持構造を形成するステップであって、前記主支持壁および前記隔離壁は、いずれも環状構造であり、前記隔離壁は、前記主支持壁内に設けられ、前記補助支持柱は、前記隔離壁内に設けられるステップＳ３と、
前記第１基板に前記支持構造が形成された側を第２基板と結合し、かつ前記第１基板を除去するステップＳ４と、
前記バルク音響波薄膜に、前記隔離壁によって画定される空間を外部と連通させる開放窓を形成するステップＳ５と、
前記開放窓を用いて、前記補助支持柱および前記隔離壁を除去するステップＳ６とを含む。
図２～図８は、本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法の各ステップの模式的断面図である。以下、図２～図８を参照しながら、本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法についてさらに詳細に説明する。
まず、ステップＳ１を実行し、第１基板１００を提供する。本実施例では、後続で第１基板１００を基板としてバルク音響波共振器のバルク音響波薄膜および支持構造を製造する。
第１基板１００は、該技術分野において常用の製造基板および支持基板から選択されることができ、具体的には、第１基板１００の材料は、当業者によく知られている任意の適切な基材であってもよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーボン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、または他のＩＩＩ／Ｖ化合物半導体のうちの少なくとも１種であってもよく、これら半導体で構成される多層構造等をさらに含んでもよく、あるいは絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）、絶縁体上積層シリコン（ＳＳＯＩ）、絶縁体上積層ゲルマニウム化シリコン（Ｓ－ＳｉＧｅＯＩ）、絶縁体上ゲルマニウム化シリコン（ＳｉＧｅＯＩ）および絶縁体上ゲルマニウム（ＧｅＯＩ）であってもよく、あるいは両面研磨シリコンシート（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｐｏｌｉｓｈｅｄ Ｗａｆｅｒｓ、ＤＳＰ）であってもよく、アルミナなどのセラミック基板、石英やガラス基板などでもよい。本実施例では、前記第１基板１００は、例えば、上面が〈１００〉結晶面のＰ型高抵抗単結晶シリコンシートである。もちろん、第１基板１００は、該技術分野において周知である他の材料を含んでもよい。
図２は、本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法を用いてバルク音響波薄膜を形成した後の断面図である。図１および図２を参照すると、ステップ２を実行し、前記第１基板１００上に隔離層１１０と、隔離層１１０に位置するバルク音響波薄膜１２０とを形成する。
隔離層１１０は、第１基板１００上にバルク音響波薄膜１２０を形成するための緩衝材料として機能することができ、前記隔離層１１０は、適当な方法（例えば、化学気相堆積、物理気相堆積、原子層堆積、コーティングまたは熱酸化など方法）により第１基板１００上に形成されてもよい。前記隔離層１１０の材料は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン、フルオロカーボン、炭素添加酸化ケイ素、炭窒化ケイ素などの材料のうちの少なくとも１種を含むが、これらに限られない誘電体材料等、第１基板１００上に比較的容易に被覆することができ、かつ後続のバルク音響波薄膜１２０と反応しにくい任意の適合な材料であってもよい。他の実施例では、前記隔離層１１０は、非晶質炭素、光硬化型接着剤、ホットメルト接着剤またはレーザーアブレーション接着層（例えば、ポリマー材料）等、第１基板１００上に比較的容易に被覆することができ、かつ後続のバルク音響波薄膜と反応しにくい材料の任意の適切な材料であってもよい。一方、隔離層１１０は、第１基板１００表面の欠陥によるバルク音響波薄膜１２０製造に与える影響の回避に有利であり、デバイスの性能および信頼性を向上させることができ、他方、後に形成されるバルク音響波薄膜１２０への損傷を防止するために、裏面薄型化プロセス（例えば、化学的機械的平坦化など）により第１基板１００を除去し、後続の第１基板１００の除去プロセスにおいてプロセス停止点を制御することが可能になる。隔離層１１０の厚さ範囲が約０．１μｍ～２μｍであり、任意的には、１μｍ未満である。
隔離層１１０は、上層に位置するエッチング停止層（図示せず）と、エッチング停止層と第１基板１００との間に位置する犠牲材料層（図示せず）とを含むことができ、隔離層１１０におけるエッチング停止層の厚さが比較的薄く（例えば、１０００Å）、エッチング停止層と犠牲材料層および後に形成されるバルク音響波薄膜１２０（具体的には、よりも第１基板１００に近づけた電極層）は、いずれも高いエッチング選択比を備えることにより、後続のバルク音響波薄膜１２０と第１基板１００とを分離するプロセス停止点とすることができ、第１基板１００を除去する際に、バルク音響波薄膜１２０に必要のない損傷を与えることを避けることができる。該エッチング停止層は、例えば、酸化ケイ素または窒化ケイ素または窒酸化ケイ素である。後続の第１基板１００を除去するプロセスの難度を低減するために、隔離層１１０における犠牲材料層が、第１基板１００とバルク音響波薄膜１２０とを容易に分離することができる任意の適切な材料であってもよい。
図２を参照すると、本実施例では、前記バルク音響波薄膜１２０は、前記隔離層１１０上に順次重ねて形成された第１電極層１２１と、圧電層１２２と、第２電極層１２３とを含む。前記第１電極層１２１、圧電層１２２および第２電極層１２３の形状は、同一でも異なってもよく、および、前記第１電極層１２１、圧電層１２２および第２電極層１２３の面積は、同一でも異なってもよい。後続の第１基板１００を第２基板２００と結合した後、パターニングプロセスによって共振構造を得ることができ、パターニングされた第１電極層１２１および第２電極層１２３は、それぞれ共振構造の上下電極として機能する。本発明の他の実施例では、バルク音響波薄膜１２０は、第１電極層１２１、圧電層１２２、および第２電極層１２３以外の他の薄膜層をさらに含むことができ、実際のデバイス需要に応じて、合理的に設けることができ、ここで具体的に制限しない。
第１電極層１２１および第２電極層１２３は、当業者によく知られている任意の適当な導電性材料または半導体材料を用いてもよい。ここで、導電性材料は、導電性性能を有する金属材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）などの１つまたは複数を用いて製造することができる。前記半導体材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等であってもよい。マグネトロンスパッタリング、蒸着などの物理蒸着または化学蒸着方法により、第１電極層１２１および第２電極層１２３を形成することができる。第１電極層１２１および第２電極層１２３は、好ましくは同じ材料からなるが、具体的に実施する際、実際の需要に応じて異なる導電性材料を選択して製造される。圧電層１２２は、圧電共振層や圧電共振構造とも呼ばれ、石英、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化ニオブリチウム（ＬｉＮｂＯ3）、酸化タンタルリチウム（ＬｉＴａＯ3）などの圧電材料のうちの１種または複数種を用いて製造することができ、圧電層１２２にも希土類元素をドーピングしてもよい。本実施例における第１電極層１２１および第２電極層１２３の材質は、例えば、モリブデンであり、圧電層１２２の材質は、例えば、窒化アルミニウムである。第１電極層１２１と第２電極層１２３の厚さは、約１００ｎｍ～２００ｎｍの範囲にある。圧電層１２２の厚さは、１μｍ～３μｍの範囲にある。具体的には、圧電材料層１２２の厚さは、ターゲット共振周波数に基づいて設定することができ、例えば、共振波長の１／２ほどに設けられる。モリブデンの堆積は、ＰＶＤ（物理気相蒸着）プロセスあるいはマグネトロンスパッタリングプロセスを利用でき、窒化アルミニウムの堆積は、ＰＶＤ（物理気相蒸着）プロセスあるいはＭＯＣＶＤ（金属有機化学気相蒸着）プロセスを利用できる。
図３は、本発明の一実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法を用いて支持構造を形成した後の模式的断面図である。図４は、図３中の支持構造の概略平面図である。図３および図４を参照すると、ステップＳ３を実行し、前記バルク音響波薄膜１２０上に、前記バルク音響波薄膜１２０の上面に外から内向きに順次設けられた主支持壁１３１と、隔離壁１３２と、補助支持柱１３３とを含む支持構造１３０を形成し、前記主支持壁１３１および隔離壁１３２は、いずれも環状構造であり、前記隔離壁１３２は、前記主支持壁１３１内に設けられ、前記補助支持柱１３３は、前記隔離壁１３２内に設けられる。支持構造１３０は、第２電極層１２３上に支持材料を堆積させ、パターニングプロセスを用いて得ることができる。前記支持材料は、バルク音響波薄膜と反応しにくく任意の適切な材料であってもよく、任意の支持材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン、無定型炭素、オルトケイ酸テトラエチルなどの少なくとも１種の材料を用いて製造することができ、また、支持材料は、ドライ薄膜等の該技術分野において公知の他の材料を含んでいてもよく、２種類以上の材料の重ね合わせ層を用いてもよい。支持材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素などの大きな機械的強度を有する材料の少なくとも１つを選択することができ、これにより形成された支持構造１３０は、一方、支持力が十分な支持柱の形成に有利であり、さらにデバイス構造の安定性を増加させ、バルク音響波薄膜の後続プロセスにおけるキャビティ内外の圧力差による下圧変形や必要のない破断問題を防止することができ、他方、形成されたバルク音響波薄膜と後続の第２基板との間に漏電の発生を防止し、後続の第２基板とバルク音響波薄膜との接着性を向上させ、デバイスの性能と信頼性を向上させる。
支持構造１３０を形成することにより、犠牲層を用いてキャビティの範囲を構築する必要をとせず、後に形成される共振キャビティ（以下、「キャビティ」という）の範囲を第１基板１００上に画定することができ、プロセスが簡単で、制御容易である。本実施例では、支持構造１３０は、バルク音響波薄膜１２０上に形成されたバルク音響波共振器のキャビティの位置および範囲を画定するための最外周に設けられた主支持壁１３１を含み、主支持壁１３１の第１基板１００と平行な断面に沿って形状は、矩形、円形、五角形、六角形などであってもよい。また、主支持壁１３１によって画定される範囲に、支持をさらに強化する役割を果たす隔離壁１３２と、補助支持柱１３３とが設けられ、第１基板１００と第２基板２００とを結合してバルク音響波薄膜１２０の薄膜層移動を実現し、およびパッケージングまで共振構造を作製する前のプロセスにおいて薄膜層の信頼性の向上、崩壊回避、プロセスの制御難度の低減に役立つ。補助支持柱１３３は、隔離壁１３２によって画定される範囲内に設けられ、補助支持柱１３３の数が複数であってもよく、少なくとも１つの補助支持柱１３３は、中実の柱状構造として設けられてもよく、例えば、２つ以上の柱状の補助支持柱１３３を隔離壁１３２によって画定される範囲内に均一に分布して補助支持されてもよく、少なくとも１つの補助支持柱１３３は、閉鎖または非閉鎖環状塀構造として設けられてもよい。前記環状塀構造は、隔離壁１３２によって画定される範囲内にて補助支持を発揮するために、隔離壁１３２から間隔で設けられている。
以下、主に柱状構造の補助支持柱１３３を例に、説明する。隣接する補助支持柱１３３の間、各補助支持柱１３３と隔離壁１３２との間、および隔離壁１３２と主支持壁１３１との間にも隙間を有する。主支持壁１３１と前記隔離壁１３２との支持作用を結合して、上方薄膜層のために安定な支持を提供することができる。各補助支持柱１３３の第１基板１００と平行な断面形状は、円形、楕円形、四角形、五角形、六角形などのパターンのうちの１つまたは２つ以上の組み合わせであってもよい。少なくとも２つの補助支持柱１３３を形成した場合には、これらの補助支持柱１３３の形状は同一でも異なってもよい。および、これらの補助支持柱１３３の同一方向のサイズは同一でも異なってもよい。本実施例では、補助支持柱１３３の縦断面形状が矩形（図３に示すように）であり、すなわち、上下の幅が一致する。しかしながら、具体的に実施する際、補助支持柱１３３の縦断面形状は、正台形または逆台形のような他の形状であってもよく、本発明の目的を同様に実現することができる。選択可能には、隔離壁１３２によって画定される範囲内に、同じ形状で均一に分布された２つ以上の補助支持柱１３３を形成することにより、後続の第１基板１００を除去した後の共振構造を作製する過程でより均一な支持を提供することができる。
前記隔離壁１３２は、主支持壁１３１と補助支持柱１３３との間に設けられて環状に形成されており、後続の補助支持柱１３３を除去する際に、エッチングガスまたはエッチング液の開放窓を隔離壁１３２によって画定される範囲内に設けることにより、エッチングガスまたはエッチング液が主に隔離壁１３２の範囲内で補助支持柱１３３と隔離壁１３２に対してエッチングできるようにすることができる。隔離壁１３２のバリアにより、主支持壁１３１は、エッチング雰囲気またはエッチング液を隔離壁１３２によって隔離されており、エッチングされる可能性（例えば、横方向エッチング）を大幅に低減することができる。主支持壁１３１は、ほとんど侵食破壊されないので、後続の主支持壁１３１によって画定されるキャビティ（バルク音響波共振器の共振キャビティとする）の安定性を向上させることに役立ち、バルク音響波共振器の性能を向上させることができる。
支持構造１３０の主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、共通の支持効果を実現するように等高の形状に設けられていてもよく、本実施例では、支持構造１３０における主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３の高さは、ほぼ同じの約３μｍであるが、これに限定されることはない。材料選択の差異やプロセス誤差に応じて、支持構造１３０は、一定の弾性を有する材料であってもよく、支持の役割を発揮するときに、上下接触界面の距離に基づいて主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３の実際の高さが異なってもよく、また、隔離壁１３２は、主に補助支持柱を除去する過程に主支持壁１３１を保護するために用いられるため、その高さが主支持壁１３１および補助支持柱１３３の高さよりも低いように設けられていてもよい。主支持壁１３１、隔離壁１３２、および補助支持柱１３３の間隔およびサイズも、具体的なプロセスおよび構造に応じて設計することができる。例えば、隔離壁１３２の厚さは、補助支持柱の数と、補助支持柱の除去のエッチング難度とに基づいて、具体的に設けることができる。選択可能には、主支持壁１３１の厚さ方向に沿って、補助支持柱１３３および隔離壁１３２のサイズを主支持壁１３１の厚さよりも小さく、例えば、主支持壁１３１の厚さの１／３以下に設定することができ、それにより、後続の補助支持柱１３３および隔離壁１３２の迅速な除去に有利であるとともに、補助支持柱１３３および隔離壁１３２の除去過程における主支持壁１３１への影響を低減または回避することができる。需要に応じて、隔離壁１３２は、複数の周であってもよく、例えば、他の実施例では、バルク音響波薄膜１２０上の支持構造において、主支持壁１３１と補助支持柱１３３との間に２周または３周隔離壁１３２をネスト化設けられる。本実施例では、主支持壁１３１および隔離壁１３２の厚さ方向の縦断面形状は、図３に示すように、すなわち、上下の幅が一致する矩形である。しかしながら、具体的に実施する際、主支持壁１３１および隔離壁１３２の厚さ方向の縦断面形状は、正台形または逆台形のような他の形状であってもよく、本発明の目的を同様に実現することができる。
上記支持構造１３０により、後続の補助支持柱１３３を除去するエッチング過程では、隔離壁１３２の補助支持柱１３３に向かって裏側表面もエッチングされ、このエッチング過程で補助支持柱１３３を完全に除去し、かつ主支持壁１３１に可能な限り影響を与えないように、前記隔離壁１３２の幅が前記隔離壁１３２の幅方向における前記補助支持柱１３３のサイズわずかにより大きい、または等しいものとしてもよい。ここで、隔離壁１３２の幅方向とは、第１基板１００と平行な平面にて隔離壁１３２の外側から画定された領域中心へ指向する方向を指す。隔離壁１３２は、片面エッチングを受けるが、補助支持柱１３３は、各方向のエッチングを受けるため、上述した幅関係を用いて、前記補助支持柱１３３を除去する過程で主支持壁１３１に影響を与えないことをほぼ保証できる。さらに、選択可能には、補助支持柱１３３を除去した後の過程で前記隔離壁１３２をすべて除去し、主支持壁１３１およびその画定されたキャビティ範囲にほとんど影響を与えないようにエッチング時間を制御することにより、共振キャビティの信頼性を向上させ、バルク音響波共振器の性能を向上させるのに役立つことができる。バルク音響波共振器の共振構造の設計要件に応じて、バルク音響波薄膜１２０の共振領域は、円形、楕円形または多角形などの形状（第１基板１００と平行な断面）を有していてもよく、支持構造１３０の形状は、空間を節約するために、対応する設計を行ってもよい。図４は、本発明の実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法における支持構造の平面図である。図４を参照すると、例えば、主支持壁１３１は、後続の共振構造と同様の平面形状（例えば、五角形、六角形、七角形など）を有していてもよく、ここで「同様」とは、主支持壁１３１の平面形状が共振構造の平面形状と同様の多角形または同様の円形などの形状であり、かつ対応する辺に比例する形状を意味する。具体的には、隔離壁１３２を設ける場合に、主支持壁１３１と隔離壁１３２との間に均一な幅を有する隙間を形成してスペースを節約するために、隔離壁１３２を主支持壁１３１の中心と重なって縮小された同じ平面形状に設け、主支持壁１３１の形状に適応させるようにしてもよい。補助支持柱１３３は、隔離壁１３２内に設けられる。図４に示すように、本実施例では、第１基板１００表面と平行な平面内に、主支持壁１３１および隔離壁１３２の平面形状が、いずれも五角形であってもよい。
後続の隔離壁１３２および補助支持柱１３３を除去してエッチング過程による主支持壁１３１への影響を低減または回避するために、本発明の他の実施例では、支持構造１３０における主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、異なる材料を用いて製造することができ、例えば、後続でウェットエッチングを用いて補助支持柱１３３を除去する場合、該ウェットエッチング過程において、補助支持柱１３３および隔離壁１３２に対するエッチング速度は、主支持壁１３１に対するエッチング速度よりも大きいことが好ましく、また、設計要件に応じて、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、異なる材料を選択して製造することもでき、ウェットエッチングを用いて補助支持柱１３３を除去する場合、隔離壁１３２のエッチング貫通によるエッチング液が主支持壁１３１へ侵食することを回避するために、補助支持柱１３３のエッチング速度は、隔離壁１３２のエッチング速度よりも大きくすることができる。
一例として、支持構造１３０を形成するいくつかの任意の実施形態を以下に説明する。
任意の第１の実施形態では、前記バルク音響波薄膜１２０上に前記支持構造１３０を形成するステップは、まず、前記バルク音響波薄膜１２０上に所定の厚さの支持層を形成するステップを含む。具体的には、バルク音響波薄膜１２０の第２電極層１２３上に、支持層として化学気相蒸着プロセスにより約２μｍ～５μｍのシリカ薄膜層を堆積させた後、ＣＭＰプロセスにより支持層表面を平坦化することができる。次に、前記支持層をパターニングプロセスによりエッチングして、前記支持構造１３０を形成する。パターニングプロセスは、露光、現像、エッチング、離型などのプロセスを含むことができる。
上述した第１の実施形態では、主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、同一の支持層をエッチングすることにより得られるため、同じ材質を有し、同一のエッチングプロセスに対するエッチング速度が同様である。
任意の第２の実施形態では、前記バルク音響波薄膜１２０上に前記支持構造１３０を形成するステップは、まず、前記バルク音響波薄膜１２０上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、次に、前記主支持壁１３１を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、その後、第２支持層を前記主支持壁１３１によって画定される範囲内に充填されるステップであって、第２支持層は前記主支持壁１３１の上面に揃えられるステップと、続いて、前記隔離壁１３２および前記補助支持柱１３３を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップとを含む。
上述した第２の実施形態では、主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、それぞれ異なるエッチングプロセスにより得られ、ここで、主支持壁１３１の材料は、第１支持層と同じであり、隔離壁１３２および補助支持柱１３３の材料は、第２支持層の材料と同じであり、同一のエッチングプロセスにおける隔離壁１３２および補助支持柱１３３のエッチング速度と異なるように第１支持層および第２支持層は、異なる材料を含むことができ、第１支持層および第２支持層の材質の選択により、前記補助支持柱１３３を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱１３３および前記隔離壁１３２に対するエッチング速度が前記主支持壁１３１に対するエッチング速度よりも大きくなるようにすることができる。したがって、後続の補助支持柱１３３をエッチングして除去する過程で隔離壁１３２を同ステップで除去することができるが、このエッチングプロセスでの主支持壁１３１に対するエッチング速度が小さいため、隔離壁１３２を除去するときに主支持壁１３１を効果的に保護することができる。
任意の第３の実施形態では、前記バルク音響波薄膜１２０上に前記支持構造１３０を形成するステップは、まず、前記バルク音響波薄膜１２０上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、次に、前記主支持壁１３１および前記隔離壁１３２を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、その後、第２支持層を隔離壁１３２によって画定される範囲内に充填されるステップであって、第２支持層は前記主支持壁１３１の上面に揃えられるステップと、続いて、前記補助支持柱１３３を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップとを含む。
上述した第３の実施形態では、主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、それぞれ異なるエッチングプロセスにより得られ、ここで、主支持壁１３１および隔離壁１３２の材料は、第１支持層と同じであり、補助支持柱１３３の材料は、第２支持層の材料と同じであり、同一のエッチングプロセスにおける主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３のエッチング速度と異なるように第１支持層および第２支持層は、異なる材料を含むことができ、第１支持層および第２支持層の材質の選択により、前記補助支持柱１３３を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱１３３に対するエッチング速度が前記隔離壁１３２（または前記主支持壁１３１）に対するエッチング速度よりも大きくなるようにすることができる。したがって、後続の補助支持柱１３３をエッチングして除去する過程では、エッチング媒体、例えば、エッチング液も隔離壁１３２に接触してエッチングされるが、隔離壁１３２のエッチング速度が補助支持柱１３３よりも低い、すなわち、エッチングされることがより困難になるため、補助支持柱１３３の除去過程で隔離壁１３２のエッチング貫通によるエッチング液が主支持壁１３１を損傷することを回避することができ、すなわち、良好な隔離効果を発揮することができる。また、隔離壁１３２と補助支持柱１３３とが同じ材料である場合（すなわち、第１の実施形態）に対して、同様の分離効果では隔離壁１３２の幅を相対的に小さくすることができる。
任意の第４の実施形態では、前記バルク音響波薄膜１２０上に前記支持構造１３０を形成するステップは、まず、前記バルク音響波薄膜１２０上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、次に、前記主支持壁１３１を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、その後、第２支持層を隔離壁１３２によって画定される範囲内に充填されるステップであって、前記第２支持層は前記主支持壁１３１の上面に揃えられるステップと、続いて、前記隔離壁１３２を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップと、その後、
第３支持層を隔離壁１３２によって画定される範囲内に充填されるステップであって、第３支持層は前記隔離壁１３２の上面に揃えられるステップと、続いて、前記補助支持柱１３３を形成するように前記第３支持層をエッチングするステップとを含む。
上述した第４の実施形態では、主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３は、それぞれ異なるエッチングプロセスにより得られ、ここで、主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３の材料は、それぞれ第１支持層、第２支持層および第３支持層の材料と同じであり、同一のエッチングプロセスにおける主支持壁１３１、隔離壁１３２および補助支持柱１３３のエッチング速度と異なるように第１支持層、第２支持層および第３支持層は、異なる材料を含むことができる。例えば、第１支持層、第２支持層および第３支持層の材質の選択により、前記補助支持柱１３３を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱１３３、前記隔離壁１３２および前記主支持壁１３１に対するエッチング速度が順次低下させることができる。したがって、後続の補助支持柱１３３をエッチングして除去する過程では、エッチング媒体、例えば、エッチング液も隔離壁１３２に接触してエッチングされるが、隔離壁１３２のエッチング速度が補助支持柱１３３よりも低い、すなわち、エッチングされることがより困難になるため、補助支持柱１３３の除去過程で隔離壁１３２のエッチング貫通によるエッチング液が主支持壁１３１を損傷することを回避することができ、すなわち、良好な隔離効果を発揮することができる。また、補助支持柱１３３を除去した後、隔離壁１３２を除去する過程では、主支持壁１３１をエッチングされることがより困難になるため、主支持壁１３１が侵食破損することは生じにくい。
図５は、本発明の実施例に係る薄膜バルク音響波共振器の作製方法を用いて第１基板と第２基板とを結合した後の模式的断面図である。図１および図５を参照すると、前記第１基板１００に前記支持構造１３０が形成された側を第２基板２００と結合し、かつ前記第１基板１００を除去する。
本実施例では、第２基板２００を支持基板（ｃａｒｒｉｅｒ ｗａｆｅｒ）とし、第１基板１００と第２基板２００とを結合することにより、第１基板１００上のバルク音響波薄膜を２つの基板の間に固定し、その後、背面エッチングプロセスにより第１基板１００をほとんど除去するまで薄くし、支持構造１３０における補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去することにより、バルク音響波薄膜の両側に空気界面を形成することができ、薄膜バルク音響波共振器の本体構造を獲得する。
第２基板２００は、該技術分野において常用の支持基板から選択されることができ、具体的には、第２基板２００の材料は、当業者によく知られている任意の適切な基材であってもよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーボン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、または他のＩＩＩ／Ｖ化合物半導体のうちの少なくとも１種であってもよく、これら半導体で構成される多層構造等をさらに含んでもよく、あるいは絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）、絶縁体上積層シリコン（ＳＳＯＩ）、絶縁体上積層ゲルマニウム化シリコン（Ｓ－ＳｉＧｅＯＩ）、絶縁体上ゲルマニウム化シリコン（ＳｉＧｅＯＩ）および絶縁体上ゲルマニウム（ＧｅＯＩ）であってもよく、あるいは両面研磨シリコンシート（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｐｏｌｉｓｈｅｄ Ｗａｆｅｒｓ、ＤＳＰ）であってもよく、アルミナなどのセラミック基板、石英やガラス基板などでもよい。本実施例では、前記第２基板２００は、〈１００〉結晶方向のＰ型高抵抗単結晶シリコンシートである。もちろん、第２基板２００は、該技術分野において周知である他の材料を含んでもよい。
第２基板２００の表面と、第１基板１００上の支持構造１３０の表面とに共有結合を形成して固定され、より高い結合強度を有するために、第１基板１００と、第２基板２００との結合は、溶融結合プロセスまたは真空結合プロセスを採用することができる。本発明の他の実施例では、第１基板１００および第２基板２００は、接着により固定されていてもよく、例えば、第２基板２００上にホットメルト接着剤を塗布した後、真空結合プロセスを用いて真空環境下で支持構造１３０の上面（すなわち、支持構造１３０がバルク音響波薄膜１２０から離れた側の表面）と結合し、真空結合プロセスを用いて第２基板２００を支持構造１３０に結合する際に、設定可能な真空結合条件は、結合圧力が１ Ｐａ～１０５ Ｐａであり、結合温度が１５０℃～２００℃である。真空結合プロセスは、気泡の発生を避けることができ、より良い結合効果を有する。
第１基板１００と第２基板２００とを結合された後、第２基板２００を支持基板として逆にすることで、支持構造１３０およびバルク音響波薄膜１２０を第２基板２００上に移されると、第１基板１００を除去することができる。
第１基板１００は、背面エッチングプロセスにより薄くして隔離層１１０から除去することができ、隔離層１１０をエッチング過程で停止層とすることで、バルク音響波薄膜１２０への影響を回避することができ、第１基板１００を除去した後、隔離層１１０がエッチングされた後、厚さが大幅に低下し、完全に取り除かれさえするので、図５には示しない。他の実施例では、化学的機械的研磨プロセスを用いて第１基板１００を除去するとともに、隔離層１１０を除去することができ、選択可能には、隔離層１１０を用いてバルク音響波薄膜１２０を保護することを考慮した場合、隔離層１１０を部分的に保留してもよく、このとき、残りの隔離層１１０の厚さは、化学的機械的研磨プロセス能力などにより達成可能な厚さの最小値であり、例えば、１０００Åであってもよい。更なる実施例では、隔離層１１０および第１基板１００の材質特性に基づいて、適切なプロセスを選択して第１基板を除去することができ、例えば、前記隔離層１１０が光硬化型接着剤である場合、前記第１基板１００とバルク音響波薄膜１１０とを分離して第１基板１００を除去するために、化学試薬で前記光硬化型接着剤を除去することができる。前記隔離層１１０がホットメルト接着剤である場合、加熱処理等の熱放出プロセスにより前記ホットメルト接着剤を粘性を失わせ、さらに、前記第１基板とバルク音響波薄膜１１０とを分離して第１基板１００を除去する。さらに、隔離層１１０がエッチング停止層と犠牲材料層との積層構造であり、かつ該犠牲材料がレーザ離型材料である場合、第１基板１００を剥離するために、レーザアブレーションプロセスにより犠牲材料層を除去することができ、該レーザアブレーション過程では、隔離層１１０におけるエッチング停止層がバルク音響波薄膜１１０を保護するために用いられる。
図５に示すように、ステップＳ４を経て、第２基板２００上方のバルク音響波薄膜１２０の上下両側（すなわち、厚さ方向の両側）は、いずれも空気界面を有する。支持構造１３０は、複数の領域からバルク音響波薄膜１２０を支持しているため、バルク音響波薄膜１２０の安定性が良好となり、バルク音響波薄膜１２０に対する実行される様々な処理（例えば、バルク音響波薄膜１２０に対するパターニングプロセス）は、バルク音響波薄膜１２０を崩壊させにくく、プロセス制御の難度を低減することができる。このようなバルク音響波薄膜１２０の安定性に対して高い要求があるプロセスを完了した後、支持構造１３０における補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去することができる。
図６および図７を参照すると、第１基板１００を除去した後、ステップＳ５を実行し、前記バルク音響波薄膜１２０に前記隔離壁１３２によって画定される空間を外部と連通させる開放窓１２０ａを形成する。
選択可能には、ステップＳ４において第１基板１００を除去した後、前記第２電極層１２３の部分領域を露出するエッジトリミング領域１２３ａを形成するために、バルク音響波薄膜１２０の第１電極層１２１および圧電層１２２を切断プロセスまたはフォトマスクプロセスを用いて部分的に除去することができ、エッジトリミング領域１２３ａの側壁は、前記第２電極層１２３の上面に垂直な側壁であってもよく、側壁頂部は、側壁底部に対してよりも隔離壁１３２によって画定される範囲の中心に近い傾斜した側壁であってもよく、エッジトリミング領域１２３ａと、隔離壁１３２によって画定される範囲とを隔離壁１３２の厚さ方向に部分的に重なってもよい。エッジトリミング領域１２３ａと隔離壁１３２によって画定される範囲に位置する重畳領域との薄膜厚さが薄いため、後続のバルク音響波薄膜１１０に開放窓を形成するプロセスの難度を低減することに有利であり、より大きなサイズの開放窓の作成に有利であり、さらに、後続の補助支持柱１３３および隔離壁１３２の除去のプロセス難度を低減するとともに、除去効率を向上させるのに有利である。
また、選択可能には、ステップＳ４において第１基板１００を除去した後、バルク音響波薄膜１２０をパターニングすることにより（例えば、複数回のホトエッチングとエッチングの組み合せプロセスによりパターニングすることが可能である）、上電極、下電極を形成し、バルク音響波薄膜は、主支持壁１３１の画定範囲の上方に位置する共振動作領域および非共振領域を画定することができる。共振動作領域のバルク音響波薄膜１２０は、薄膜バルク音響波共振器の共振構造とすることができる。また、上電極および下電極を形成した後、後続のバルク音響波薄膜１１０の第２基板２００から離れた側に封止基板とする第３基板と結合するための金属接合層を、例えば、金属剥離プロセス（ｍｅｔａｌ ｌｉｆｔ－ｏｆｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）により有効な動作領域以外に形成することができる。上記の上、下電極の定義プロセスおよび金属接合層の形成過程では、支持構造１３０の支持により、これらのプロセスは、支持構造１３０の範囲内の薄膜層に規格要件を超えた下押し変形問題や破裂の問題を生じることはない。本発明の他の実施例では、ステップＳ２において第１基板１００上にバルク音響波薄膜１２０を形成する際に、圧電層１２２を覆う前に、第１電極層１２１をパターニングして（例えば、フホトエッチングとエッチングの組み合せプロセスによりパターニングする）、バルク音響波共振器の上電極を形成してもよい。第２電極層１２３を覆う前に、圧電層１２２をパターニングして（例えば、フホトエッチングとエッチングの組み合せプロセスによりパターニングする）、バルク音響波共振器の有効動作領域に位置する圧電層を形成してもよい。第２電極層１２３を覆った後、支持材料を覆う前に、第２電極層１２３をパターニングして（例えば、フホトエッチングとエッチングの組み合せプロセスによりパターニングする）、バルク音響波共振器の下電極を形成し、およびバルク音響波薄膜の共振動作領域および非共振領域を画定する。具体的に実施する際、ステップＳ２において、バルク音響波薄膜１２０の第１電極層１２１、圧電層１２２および第２電極層１２３のうちの１つのみをパターニングしてもよいし、そのうちの任意の２つまたは全部をパターニングしてもよく、残りのパターニングされていない薄膜層は、ステップＳ４での第１基板を除去した後に行われてもよいことを理解されたい。
本実施例では、前記第１基板１００を除去した後、前記開放窓１２０ａを形成する前に、以下のプロセスを含むことができる。まず、第１サブステップを実行し、第１フォトマスクパターンを用いて、第２電極層１２３が第２基板から離れた側から露出させるように前記第１電極層１２１および前記圧電層１２２をエッチングし（図６に示すように）、露出した前記第２電極層は、前記隔離壁１３２によって画定される範囲に位置する部分を含み、続いて、第２サブステップを実行し、第２フォトマスクパターンを用いて露出された前記第２電極層１２３をエッチングして、前記隔離壁１３２によって画定される範囲に前記開放窓１２０ａ（図７に示すように）を形成する。
本発明の他の実施例では、第２電極層１２３を第２基板から離れた側から露出させるプロセスは、上述したエッジトリミング領域１２３ａを形成するプロセス、または上電極および下電極を形成するプロセスで実現することができる。開放窓１２０ａを第２電極層１２３の露出した部分に形成することにより、一方、プロセスの難度を低減することができ、他方、共振動作領域への影響を回避することもできる。
具体的には、開放窓１２０ａは、隔離壁１３２と補助支持柱との間の隙間に対応してバルク音響波薄膜１２０を貫通して形成してもよく、開放窓１２０ａは、バルク音響波薄膜１２０を貫通して補助支持柱１３３の頂部の一部を露出させてもよい。開放窓１２０ａのエッチングプロセスは、ドライエッチングまたはウェットエッチングであってもよく、ドライエッチングプロセスは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング、プラズマエッチングなどを含むが、これらに限定されず、例えば、フッ素系エッチングガスを用いて、第２電極層１２３の露出した部分を反応性イオンエッチングプロセスによりエッチングして、開放窓１２０ａを形成する。前記フッ素系エッチングガスは、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ4Ｆ8、ＮＦ3およびＳＦ4のうちの少なくとも１つを含むことができ、エッチング電力は、歩留まり率を保証するために、例えば、０～５００Ｗとする。また、前記開放窓１２０ａを形成することは、エッジトリミング領域１２３ａに位置する露出した第２電極層１２３をレーザ穿孔の方法によりエッチングして、前記隔離壁１３２によって画定される範囲内に前記開放窓１２０ａを形成することができる。
本発明の他の実施例では、エッジトリミング領域１２３ａを形成することなく、バルク音響波薄膜１２０に開放窓１２０ａを直接形成してもよい。すなわち、開放窓１２０ａを形成するためには、第１電極層１２１、圧電層１２２および第２電極層１２３を貫通する必要がある。この場合、第１電極層１２１、圧電層１２２および第２電極層１２３をステップバイステップでエッチングして開放窓１２０ａを形成するために、複数ステップエッチングプロセスを用いて前記開放窓１２０ａを形成することができる。後続のエッチングプロセスにおいて支持構造によって画定される範囲内の不純物が開放窓１２０ ａを介して円滑に排出されることを容易にするために、開放窓１２０ａのサイズを大きくすることができ、例えば、直径が１０μｍ～３０μｍである円孔または辺長が約１０μｍ～３０μｍである角孔などとしても構わない。
補助支持柱１３３を除去する過程で主支持壁１３１への影響を低減するために、前記開放窓１２０ａは、第２基板２００表面の正投影が隔離壁１３２によって画定される範囲内にあるべきであり、すなわち、前記開放窓１２０ａは、隔離壁１３２および補助支持柱１３３を開放窓１２０ａから入るエッチングプロセスガスまたはエッチング液と反応させて、隔離壁１３２によって画定される範囲内にて補助支持柱１３３を除去するプロセスを実行する。
前記開放窓１２０ａの開口サイズは、開放窓の設置が許容される領域範囲に応じて設定されてもよく、開放窓１２０ａが複数であってもよい。選択可能には、補助支持柱１３３および隔離壁１３２の除去速度を速めるために、前記バルク音響波薄膜１２０に２つ以上の開放窓１２０ａが形成される。複数の開放窓１２０ａは、露出した第２電極層３０４上に隔離壁１３２によって画定される範囲に沿って分散されてもよい。選択可能には、開放窓１２０ａは、隔離壁１３２によって画定される範囲内のコーナーの位置に設けられてもよい。一方、共振動作領域への影響を回避し、バルク音響波共振器のＱ値を向上させることができ、他方、後続のエッチングプロセスおよび洗浄プロセスにおける物質がキャビティからの円滑に排出し、およびキャビティの乾燥に有利であり、また、寄生素子の面積を可能な限り減少させることができる。
図８を参照すると、ステップＳ６を実行し、前記開放窓１２０ａを用いて前記補助支持柱１３３および前記隔離壁１３２を除去する。
補助支持柱１３３および隔離壁１３２の材質に基づいて、具体的には、ウエットプロセスやドライプロセスを用いて除去することができる。ウエットエッチングを例に、酸化ケイ素材質の補助支持柱と隔離壁１３２については、開放窓１２０ａを介して希塩酸、ＢＯＥ（緩衝酸化物エッチング液）またはＤＨＦ（希釈フッ化水素酸）などの酸化ケイ素をエッチングできるエッチング液を第２基板２００と第２電極層１２３との間の隔離壁によって画定される範囲内に流すことにより、補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去することができる。ここで、ＢＯＥは、フッ化水素酸ＨＦと、フッ化アンモニウムＮＨ4Ｆと、水とを混合した溶液であり、４０％のＮＨ4Ｆ：４９％のＨＦ：Ｈ2Ｏの割合が、１０：１：０～２００：１：１０であり、ＤＨＦのうち、４９％のＨＦとＨ2Ｏの割合が、例えば３０：１～５００：１である。エッチング液は、前記開放窓１２０ａを介して隔離壁１３２およびバルク音響波薄膜１２０によって画定される空間内に入り、前記隔離壁１３２の側壁および補助支持柱１３３の側壁に接触するか、または、まず、開放窓１２０ａによって露出された補助支持柱１３３の頂部に接触し、その後、該補助支持柱１３３の周辺の隙間に入って他の補助支持柱１３３の側壁および隔離壁１３２の側壁と接触する。また、ＢＯＥ溶液またはＤＨＦ溶液を選択使用して補助支持柱１３３と隔離壁１３２を除去する過程では、ＢＯＥ溶液またはＤＨＦ溶液を用いて主支持壁１３１の範囲内に形成されたキャビティにて予備洗浄を行い、エッチング副生成物粒子や金属イオンなどの汚染物質を除去し、比較的短い洗浄時間以内に良好なキャビティ洗浄効果を得るために、比較的短い過エッチング時間（すなわち、洗浄時間）が存在してもよい。これにより、最終的に形成されるデバイス性能をさらに向上させる。
補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去する過程では、圧電層１２２、第２電極層１２３、および第１電極層１２１への損傷を回避することが検討されるべきであるので、補助支持柱１３３および隔離壁１３２の材質とバルク音響波薄膜との間に、高いエッチング選択比のエッチング液を選択して、各補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去するのが好適である。すなわち、選択使用されたエッチング液は、補助支持柱１３３と隔離壁１３２を除去することができるが、バルク音響波薄膜を損傷しない又は損傷がより少ない。
本発明の他の実施例では、補助支持柱１３３は、フォトレジスト、ドライ薄膜又は無定型炭素等の灰化除去しやすい材質を採用すれば、又は他の領域に保護層を覆った後、開放窓１２０ａを介して第２基板２００と第２電極層１２３との間に、隔離壁１３２によって画定される範囲内にプラズマプロセスガスを流して補助支持柱１３３を除去してもよい。具体的なプロセスパラメータについて、エッチング方法および要求に応じて具体的に設定することができる。
本実施例では、補助支持柱１３３をエッチングする過程では、エッチング液やエッチングガスも露出した隔離壁１３２をエッチングするが、隔離壁１３２のバリアにより、主支持壁１３１が侵食される可能性を低減することができ、さらに、隔離壁１３２の幅や数、およびエッチング時間に対して設定を行うことにより、ステップＳ６において補助支持柱１３３と隔離壁１３２を同時に除去することができる。または、補助支持柱１３３を除去した後、同一のエッチング反応時間を長くすることにより、隔離壁１３２を除去することができる。すなわち、補助支持柱１３３および隔離壁１３２を順次除去し、隔離壁１３２を除去する反応が終了した後、長時間の侵食による主支持壁１３１に影響を与えないようにエッチング反応をできるだけ早く停止させてもよい。
補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去した後、前記第２基板２００、前記主支持壁１３１および前記バルク音響波薄膜１２０によって一つのキャビティ１４０に囲まれる。上述した薄膜バルク音響波共振器の作製方法を用いて、キャビティ１４０の範囲および形状は、上述したエッチングプロセスによって顕著な変化が生じることなく、従って、信頼性が良く、前記キャビティ１４０は、バルク音響波共振器の共振キャビティとすることができ、その安定性を向上させることは、バルク音響波共振器の性能を向上させるのに有利である。
選択可能には、補助支持柱１３３および隔離壁１３２を除去した後、キャビティ１４０内の残留液体をきれいに除去し、さらに共振性能を保証するように開放窓１２０ａを介してキャビティ１４０に脱イオン水を流入してキャビティ１４０を洗浄し（すなわち、洗い流す）、続いて、開放窓１２０ａを用いてキャビティ１４０にイソプロパノールガス（ＩＰＡ）を流入して、キャビティ１４０を乾燥させてもよい。また、開放窓１２０ａの存在により、キャビティ１４０を洗浄・乾燥するステップでは、各開放窓１２０ａを通気孔としてキャビティ１４０の内外環境を連通することができ、これにより、キャビティ１４０内外の気圧をバランスさせることができ、キャビティ１４０内外の気圧差が大きすぎることによるキャビティ１４０が破壊されるなどの問題を回避することができる。
前記部分を用いて、キャビティ１４０と、バルク音響波薄膜と、第２基板２００とを備える共振器本体構造を形成する。その後、主支持壁１３１の上方に第３基板（封着基板として機能する、ｃａｐ ｗａｆｅｒ）を結合することができ、バルク音響波薄膜１２０と第３基板との間に、バルク音響波共振器のキャビティ１４０と連通する別のキャビティとして機能する隙間が設けられる。第３基板は、共振器本体構造をパッケージングして保護するので、上述した支持構造の補助支持柱１３３および隔離壁１３２は、各共振器作製プロセスにおいて支持機能の発揮を容易にするために、第３基板を結合する前に除去すればよい。本実施例では、上述した開放窓は、第３基板の閉鎖範囲内に配置されてよい。
また、その後、第１電極層１２１および第２電極層１２３に電気的に接続されたパッドを第３基板により共振動作領域の両側にそれぞれ形成することにより、薄膜バルク音響波共振器を得ることが可能である。ここで、第１電極層１２１は、無線周波数（ＲＦ）信号等の電気信号を受信または提供する入力電極または出力電極として機能することができる。例えば、パターニングされた第２電極層１２３を入力電極として機能する場合には、パターニングされた第１電極層１２１を出力電極として機能することができ、パターニングされた第２電極層１２３を出力電極として機能する場合には、パターニングされた第１電極層１２１を入力電極として機能することができ、圧電層１２２は、パターニングされた第１電極層１２１またはパターニングされた第２電極層１２３で入力した電気信号をバルク音響波に変換する。例えば、圧電層１２２は、物理的振動により電気信号をバルク音響波に変換する。上記の作製過程を利用して得られた支持構造およびキャビティの信頼性を向上させたため、前記バルク音響波共振器の性能向上に寄与する。
本実施例は、上述した方法を用いて形成された薄膜バルク音響波共振器をさらに含む。前記薄膜バルク音響波共振器は、第２基板２００と、第２基板２００上に設けられたバルク音響波薄膜とを備え、前記バルク音響波薄膜と第２基板２００との間には、主支持壁１３１を含む支持構造が設けられ、前記第２基板２００、前記主支持壁１３１および前記バルク音響波薄膜によって一つのキャビティ１４０に囲まれ、バルク音響波薄膜は、支持構造と接触することでキャビティ１４０の上方に懸架される。上述した薄膜バルク音響波共振器の作製方法は、キャビティ１４０の信頼性の向上に役立つため、作製された薄膜バルク音響波共振器の信頼性も向上することができ、更に共振性能の向上に役立つ。
本実施例は、少なくとも１つの薄膜バルク音響波共振器を含むフィルタをさらに備え、前記薄膜バルク音響波共振器の形成は、上述した薄膜バルク音響波共振器の作製方法を含む。前記フィルタは、無線周波数フィルタであってもよい。そのうちの薄膜バルク音響波共振器の作製方法を改良することにより、共振器の性能と信頼性を向上させ、フィルタの性能と歩留まり率の向上に有利である。
本実施例における方法および構造は、漸進的方式で説明され、後の方法および構造は、前の方法および構造と異なる点を重点として説明し、これに関連する点は参照して理解することができる。
以上の説明は、本発明のより好ましい実施例の説明にすぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記開示された方法および技術内容を利用して本発明の技術的解決手段に可能な変更および修正を行うことができるため、本発明の技術的解決手段から逸脱していない内容や、本発明の技術的解決手段によって以上の実施例に対するいかなる簡単な修正や、均等変化および修飾は、いずれも本発明の技術的解決手段の保護範囲に属する。
１００ 第１基板
２００ 第２基板
１１０ 隔離層
１２０ バルク音響波薄膜
１２１ 第１電極層
１２２ 圧電層
１２３ 第２電極層
１３０ 支持構造
１３１ 主支持壁
１３２ 隔離壁
１３３ 補助支持柱
１２３ａ エッジトリミング領域
１２０ａ 開放窓
１４０ キャビティ

Claims (18)

  1. 薄膜バルク音響波共振器の作製方法であって、
    第１基板を提供するステップと、
    前記第１基板上に隔離層と、前記隔離層上に位置するバルク音響波薄膜とを形成するステップと、
    前記バルク音響波薄膜に、前記バルク音響波薄膜の上面に外側から内側に順次設けられた主支持壁と、隔離壁と、補助支持柱とを含む支持構造を形成するステップであって、前記主支持壁および前記隔離壁は、いずれも環状構造であり、前記隔離壁は、前記主支持壁内に設けられ、前記補助支持柱は、前記隔離壁内に設けられるステップと、
    前記支持構造が形成された前記第１基板の側を第２基板と結合し、かつ前記第１基板を除去するステップと、
    前記バルク音響波薄膜に、前記隔離壁によって画定される空間を外部と連通させる開放窓を形成するステップと、
    前記開放窓を用いて、前記補助支持柱および前記隔離壁を除去するステップとを含む、ことを特徴とする薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  2. 前記バルク音響波薄膜上に前記支持構造を形成するステップは、
    前記バルク音響波薄膜上に所定の厚さの支持層を形成するステップと、
    前記支持構造を形成するように前記支持層をエッチングするステップとを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  3. 前記隔離壁の幅は、前記隔離壁の幅方向に沿う前記補助支持柱のサイズ以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  4. 前記バルク音響波薄膜上に前記支持構造を形成するステップは、
    前記バルク音響波薄膜上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、
    前記主支持壁を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、
    第２支持層を前記主支持壁の上面と面一となるように前記主支持壁によって画定される範囲内に充填するステップと、
    前記隔離壁および前記補助支持柱を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップとを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  5. 前記主支持壁と前記隔離壁との材質が異なり、
    前記補助支持柱を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱および前記隔離壁に対するエッチング速度が前記主支持壁に対するエッチング速度よりも大きい、ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  6. 前記バルク音響波薄膜上に前記支持構造を形成するステップは、
    前記バルク音響波薄膜上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、
    前記主支持壁および前記隔離壁を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、
    第２支持層を前記主支持壁の上面と面一となるように前記隔離壁によって画定される範囲内に充填するステップと、
    前記補助支持柱を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップとを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  7. 前記隔離壁と前記補助支持柱との材質が異なり、
    前記補助支持柱を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱に対するエッチング速度が前記隔離壁に対するエッチング速度よりも大きい、ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  8. 前記バルク音響波薄膜上に前記支持構造を形成するステップは、
    前記バルク音響波薄膜上に所定の厚さの第１支持層を形成するステップと、
    前記主支持壁を形成するように前記第１支持層をエッチングするステップと、
    第２支持層を前記主支持壁の上面と面一となるように前記主支持壁によって画定される範囲内に充填するステップと、
    前記隔離壁を形成するように前記第２支持層をエッチングするステップと、
    第３支持層を前記隔離壁の上面と面一となるように前記隔離壁によって画定される範囲内に充填するステップと、
    前記補助支持柱を形成するように前記第３支持層をエッチングするステップとを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  9. 前記主支持壁、前記隔離壁と前記補助支持柱との材質が、いずれも異なり、
    前記補助支持柱を除去するエッチングプロセスにおいて前記補助支持柱、前記隔離壁および前記主支持壁に対するエッチング速度が順次低くなる、ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  10. 前記バルク音響波薄膜は、前記隔離層上に順次重ねて設けられた第１電極層と、圧電層と、第２電極層とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  11. 前記第１基板を除去してから前記開放窓を形成する前に、
    前記第２電極層を前記第２基板から離れた側から露出させるように前記第１電極層および前記圧電層の一部分を除去するステップであって、露出した前記第２電極層は、前記隔離壁によって画定される範囲に位置する部分を含むステップと、
    露出された前記第２電極層をエッチングして、前記隔離壁によって画定される範囲に対応する前記バルク音響波薄膜に前記開放窓を形成するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  12. 前記バルク音響波薄膜に２つ以上の開放窓を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  13. 前記開放窓は、前記隔離壁によって画定される範囲内において中心領域よりも前記隔離壁に近い、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  14. 前記支持構造において、前記主支持壁と前記補助支持柱との間に２周または３周の前記隔離壁が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  15. 前記開放窓を用いて前記補助支持柱および前記隔離壁を除去するステップにおいて、ウエットエッチングプロセスにより前記補助支持柱および前記隔離壁を除去する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  16. 前記隔離壁と前記主支持壁との間に、均一な幅の隙間を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  17. 第１基板の表面と平行な平面内において、前記隔離壁の平面形状は、五角形、六角形または七角形である、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
  18. 前記主支持壁、前記隔離壁および前記補助支持柱の高さは、いずれも２μｍ～５μｍの範囲にある、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の作製方法。
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