CN100546178C - 制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件 - Google Patents

制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件 Download PDF

Info

Publication number
CN100546178C
CN100546178C CNB2004800378965A CN200480037896A CN100546178C CN 100546178 C CN100546178 C CN 100546178C CN B2004800378965 A CNB2004800378965 A CN B2004800378965A CN 200480037896 A CN200480037896 A CN 200480037896A CN 100546178 C CN100546178 C CN 100546178C
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulating barrier
thin film
piezoelectric thin
sacrifice layer
film device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CNB2004800378965A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1894849A (zh
Inventor
长尾圭吾
国泽哲郎
山田哲夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mems Solutions Inc
Original Assignee
Ube Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ube Industries Ltd filed Critical Ube Industries Ltd
Publication of CN1894849A publication Critical patent/CN1894849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100546178C publication Critical patent/CN100546178C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173—Air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/174—Membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

公开了一种制造压电薄膜器件的方法，其包括：在基片(11)的上表面上形成能够由特定化学物质蚀刻的绝缘层(12)的步骤；在绝缘层的部分区域上形成牺牲层(13)的步骤，所述牺牲层由与绝缘层相比所述特定化学物质对其具有更高的蚀刻速度的物质制成；在包括牺牲层的区域上形成下电极(15)的步骤；在包括下电极的部分的区域上形成压电薄膜(16)的步骤；在包括压电薄膜的部分的区域上形成上电极(17)的步骤；形成通孔(18)穿透压电薄膜和下电极以便暴露牺牲层的部分的步骤；以及通过以下形成用于振荡的空间(20)的步骤：通过经由通孔引入所述特定化学物质并用该特定化学物质来蚀刻牺牲层和绝缘层两者。

Description

制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件
技术领域
本发明涉及制造通过联合使用压电薄膜的单个或多个压电薄膜谐振器制造的压电薄膜器件的方法，并且更加具体地，涉及制造用于滤波器或类似物的压电薄膜器件的方法，所述滤波器用于通信设备，以及通过所述方法制造的压电薄膜器件。
背景技术
使用压电现象的器件已用在各种领域中。在可携带设备的小型化和节能的进展中，用于上述设备的如RF滤波器或IF滤波器那样的表面声波(SAW)器件的应用领域正在扩大。SAW滤波器的设计和制造技术的增强已满足了用户对规格的严格要求。然而，随着正在使用的频率向更高频带转移，特性的增强正接近于它的上限，所以，对将要形成的电极的微观结构和稳定输出的保证两者都需要大的技术革新。
进一步，使用压电薄膜厚度振动的薄膜腔声谐振器(thin film bulkacoustic resonator)(在下文中被称作“FBAR”)以及堆叠的薄膜腔声谐振器和滤波器(在下文中被称作“SBAR”)每个都由薄膜组成，所述薄膜主要由压电元件和用于驱动基片上提供的薄支撑膜上的薄膜的电极组成，所以它们能够在千兆赫频带中执行基频谐振。当滤波器由FBAR或SBAR构造时，滤波器能够以显著紧凑的尺寸形成，并且还能够以低损耗和宽频带操作。另外，它能够与半导体集成电路整体地制造。因此，FBAR和SBAR会被应用于将来的超小型可携带设备是可以预期的。
使用这样的弹性波的应用于谐振器、滤波器或类似物的诸如FBAR或SBAR之类的压电薄膜谐振器被制造如下。
通过使用各种薄膜形成方法，在硅或类似物的单晶半导体基片的表面上，在通过在硅晶片上形成多晶金刚石膜而构造的基片的表面上，或者在诸如镍铬恒弹性钢或类似物之类的恒定模数金属的基片的表面上，形成包括介电薄膜、导电薄膜或介电薄膜和导电薄膜的堆叠膜的基膜。进一步，在基膜上形成压电薄膜，并且形成预期的上部结构。在每个膜形成之后或者在所有的膜形成之后，每个膜都经受物理处理或化学处理，以进行微型制造和形成图案。在基于湿法通过各向异性蚀刻去除位于振荡部分之下的基片的部分以形成悬挂结构之后，作为结果的产品被分成每个器件以获得压电薄膜谐振器。
例如，迄今已知的制造压电薄膜谐振器的方法之一是用于通过以下形成通孔的方法：在基片的上表面上形成基膜、下电极、压电薄膜和上电极，然后从基片的下表面一侧去除将要充当振荡部分的部分下面的基片部分(例如参考专利文件1：JP(A)-58-153412和专利文件2：JP(A)-60-142607)。如果基片由硅制成，则通过使用KOH水溶液从其背面蚀刻掉硅基片的部分，从而形成通孔。这样一来，就能够制造具有这样的形状的谐振器：压电薄膜夹在多个金属电极之间的结构的边缘，由围绕通孔的部分处的硅基片在硅基片的前表面一侧支撑。
然而，由于如果进行使用诸如KOH等之类的碱的湿蚀刻的话则与平面(111)平行地推进蚀刻，所以相对于硅基片的前表面(100)以54.7°的倾角倾斜地推进蚀刻，并且相邻谐振器之间的距离必须设置得非常远。例如，具有大约150μm×150μm的平面尺寸并且构造在具有550μm的厚度的硅晶片上的器件需要大约930μm×930μm的背面蚀刻孔，并且相邻谐振器的中心之间的距离变为930μm或以上。这干扰了压电薄膜谐振器的集成化。进一步，用于连接相邻压电薄膜谐振器的金属电极变长，并且同样它的电阻增加。因此，通过联合多个压电薄膜谐振器制造的压电薄膜器件的***损耗变得非常大。930μm的开口尺寸的大通孔不但容易损坏，而且获得的最终产品的数量，亦即压电薄膜器件在基片上的产出，还受到限制，并且基片的大约1/15的区域能够用于器件制造。另一方面，可以考虑形成桥接多个谐振器的大通孔。然而，通孔进一步尺寸增加，器件的强度显著下降，并且谐振器进一步易于损坏。
用于制造应用于压电薄膜器件的诸如FBAR、SBAR等之类的压电薄膜谐振器的传统技术的第二方法是形成空气桥(air bridge)型FBAR器件(例如参考专利文件3：JP(A)-2000-69594、专利文件4：JP(A)-2002-509644和专利文件5：JP(A)-2003-32060)。通常，形成牺牲层，然后在这个牺牲层上制造压电薄膜谐振器。在过程的结尾或结尾附近去除牺牲层，并且形成用于振荡的空间。由于全部的处理都在基片的上表面一侧执行，所以这种方法不需要基片的两个表面上的图案的对准以及基片的下表面一侧的大面积的开口。
专利文件3描述了空气桥型FBAR/SBAR器件的构造以及使用磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层来制造它的方法。
然而，这种方法需要长而复杂的步骤。亦即，在这种方法中，在通过蚀刻在基片的上表面上形成空腔、通过热CVD(化学气相沉积)方法在基片的上表面一侧沉积牺牲层、通过CMP(化学机械抛光)方法平面化并光滑化基片的上表面、以及在牺牲层上形成下电极、压电元件和上电极的一系列步骤之后，开通穿透到牺牲层的通孔，用抗蚀剂或类似物保护基片的上表面一侧形成的压电层压结构，并且通过以下从空腔去除牺牲层：通过通孔渗入蚀刻剂。另外，用于形成图案的掩模的数目显著增加。由于制造步骤长而复杂，所以方法自身增加了器件的成本而且减少了产品的产出，并且进一步器件变得成本高昂。
专利文件4描述了空气桥型FBAR/SBAR器件的构造以及制造它的方法。在这种方法中，金属或聚合物用作牺牲层，并且用于振荡的空间以相对简单的过程形成，而没有在基片的上表面上形成空腔以及通过CMP平面化基片的上表面的步骤。
然而，为了极好地形成用于振荡的空间而没有具有大约150μm×150μm的尺寸的压电层压结构与基片的接触，牺牲层的厚度需要大约2000nm。当沉积2000nm的金属时，牺牲层的表面粗糙度通过金属晶体颗粒的生长而恶化。当在这种牺牲层上形成压电层压结构时，与压电薄膜自身晶体取向降低相关的机电耦合系数Kt2的降低以及与压电层压结构自身表面粗糙度增加相关的谐振锐度Q的降低发生，并且具有良好特性的压电薄膜器件的制造变得困难。据描述说聚合物用作牺牲层，但是为了形成具有良好晶体取向的压电薄膜，通常有必要在高真空中以300℃或更高的温度沉积压电薄膜。这样一来，在聚合物的稳定性方面就存在问题。进一步，由于在压电层压结构的末端发生2000nm的弯曲，所以存在由于破裂而可靠性显著恶化或压电薄膜强度降低的严重问题。
在专利文件5中，描述了空气桥型FBAR/SBAR器件的构造以及制造它的方法。这种方法不需要在基片的上表面上形成空腔以及通过CMP平面化基片的上表面的步骤，并且能够减少压电层压结构末端的弯曲。
然而，在这种方法中，事先用第一蚀刻剂蚀刻牺牲层，并且进一步通过利用作为结果的间隙而引入第二蚀刻剂以蚀刻支撑膜。这样一来，就形成了用于振荡的空间。因此，有必要借助于对两种类型的蚀刻剂都耐久的材料形成器件，这限制了将要使用的材料，并且使过程复杂，从而增加了制造成本。进一步，作为牺牲层，使用了诸如氧化镁、氧化锌等之类的物质。当这些物质通过气相沉积方法等形成膜时，牺牲层的表面粗糙度大，并且恶化了牺牲层上形成的下电极和压电薄膜的晶体取向。例如，在具有50nm厚度的氧化镁薄膜的情况下，它的表面粗糙度(高度RMS变化)通常变为10nm或以上。
由于FBAR和SBAR通过压电层压结构中的压电元件的压电效应生成的弹性波的传播而获得谐振，所以器件的特性极大地受到下电极、压电薄膜、上电极或基片上的类似物的晶体质量以及形成用于振荡的空间的精确度的影响。进一步，当压电薄膜的弯曲大时，压电薄膜的强度降低，并且可靠性显著降低。因此，变得非常难以稳定地获得具有极好特性和高可靠性的压电薄膜。
因为这样的原因，尚未获得在千兆赫频带中执行充分性能的压电薄膜器件。所以，用简单的过程制造具有极好特性和高可靠性的压电薄膜器件的方法的建立以及通过所述方法制造的压电薄膜器件的实现是强烈希望的。
发明内容
考虑到上述问题进行了本发明，并且本发明的目的是提供制造具有极好特性和高可靠性的压电薄膜器件的方法，其能够用简单的过程在压电层压结构下面极好地形成用于振荡的空间，以及通过这种方法制造的压电薄膜器件。
作为在形成用于振荡的空间以解决上述问题的方法上专心研究的结果，发明人已发现，通过以下形成用于振荡的空间，是用于对压电薄膜器件的性能增加和成本减少两者都最优选地解决问题的手段：在基片上预先形成能够被特定化学物质蚀刻的绝缘层；在要形成用于振荡的空间的区域上形成由这样的物质制成的牺牲层，所述物质与绝缘层相比，具有通过用作蚀刻剂的所述特定化学物质的更高的蚀刻速度；通过使用所述特定化学物质作为蚀刻剂，通过蚀刻去除牺牲层和牺牲层下面提供的绝缘层的相应区域。
亦即，根据本发明，通过提供制造这样的压电薄膜器件的方法实现了上述目的，在所述压电薄膜器件中，包括压电薄膜、分别形成在所述膜的上和下表面上的上电极和下电极的压电层压结构由基片支撑，并且在所述压电薄膜器件中，形成用于振荡的空间以允许压电层压结构的振荡，所述方法特征在于包括：在基片的上表面上形成能够由特定化学物质蚀刻的绝缘层的步骤；在绝缘层的部分区域上形成牺牲层的步骤，所述牺牲层由与绝缘层相比所述特定化学物质对其具有更高的蚀刻速度的物质制成；在包括牺牲层的部分或整体的区域上形成下电极的步骤；在包括下电极的部分的区域上形成压电薄膜的步骤；在包括压电薄膜的部分的区域上形成上电极的步骤；形成通孔以便暴露牺牲层的部分或牺牲层下面提供的绝缘层的部分的步骤；以及通过以下形成用于振荡的空间的步骤：通过经由通孔引入所述特定化学物质并用该特定化学物质来蚀刻牺牲层和牺牲层下面提供的绝缘层两者。
在本发明的一个方面中，形成通孔穿透下电极、压电薄膜和上电极中的至少一个以暴露牺牲层的部分。
在本发明的一个方面中，形成通孔穿透基片以暴露绝缘层的部分。
在本发明的一个方面中，绝缘层的材料包含二氧化硅玻璃或硅酸盐玻璃作为主要成分，并且牺牲层的材料为钛。
在本发明的一个方面中，绝缘层的材料为氮化铝，并且牺牲层的材料为铝。
在本发明的一个方面中，制造压电薄膜器件的方法包含形成牺牲层之后的以下步骤：在牺牲层和绝缘层上层压第二绝缘层，所述第二绝缘层由与绝缘层相比所述特定化学物质对其具有更小的蚀刻速度的物质制成。
在本发明的一个方面中，第二绝缘层的材料为包含氮化铝或氮化硅作为主要成分的氮化物或氮氧化物绝缘体。
在本发明的一个方面中，牺牲层的厚度为20nm到600nm，优选地为20nm到90nm。
在本发明的一个方面中，牺牲层上表面的粗糙度的高度RMS变化为5nm或以下。
在本发明的一个方面中，绝缘层的厚度为500nm到3000nm。
进一步，根据本发明，通过提供这样的压电薄膜器件实现了上述目的，在所述压电薄膜器件中，包括压电薄膜、分别形成在所述膜的上和下表面上的上电极和下电极的压电层压结构经由绝缘层由基片支撑，并且在所述压电薄膜器件中，形成用于振荡的空间以允许压电层压结构的振荡，所述器件特征在于，下电极的下表面的表面粗糙度的高度RMS变化为5nm或以下，并且绝缘层的上表面在用于振荡的空间中布置得低于下电极的下表面，并且安置在用于振荡的空间的下表面之上。
在本发明的一个方面中，用于振荡的空间中的绝缘层上表面和下电极下表面之间的间隔为20nm到600nm，优选地为20nm到90nm。进一步，在本发明的一个方面中，绝缘层的上表面和用于振荡的空间的下表面之间的间隔为500nm到3000nm。
如上所述，通过联合能够由特定化学物质蚀刻的绝缘层和具有通过特定化学物质的与绝缘层相比更高的蚀刻速度的牺牲层，用于振荡的空间能够通过简单的过程极好地形成在压电层压结构下面，而不必使用诸如CMP等之类的抛光技术，并且能够稳定地制造具有极好特性和高可靠性的压电薄膜器件。进一步，由于本发明的压电薄膜器件在压电层压结构下面具有极好的用于振荡的空间，所以特性极好，并且可靠性高。因此，通过联合具有获得的振荡空间的压电层压结构，适合于制造诸如滤波器、双工器等之类的压电薄膜器件。
附图说明
图1是显示根据本发明的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器10)的实施例的示意性平面图；
图2是沿着图1的线X-X截取的截面图；
图3A到3E是显示图1和2的压电薄膜器件的一系列制造步骤的解释性截面图；
图4是显示根据本发明的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器10)的另一个实施例的示意性平面图；
图5是沿着图4的线X-X截取的截面图；
图6A到6E是显示图4和5的压电薄膜器件的一系列制造步骤的解释性截面图；
图7是显示根据本发明的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器10)的又一个实施例的示意性平面图；以及
图8是沿着图7的线X-X截取的截面图。
其中，参考数字10指示压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)，11基片，12绝缘层，12’第二绝缘层，13牺牲层，14压电层压结构，15下电极，16压电薄膜，17上电极，18通孔，并且20指示用于振荡的空间。
具体实施方式
将详细地说明本发明的实施例。
图1是显示根据本发明的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器10)的第一实施例的示意性平面图，并且图2是沿着图1的线X-X截取的截面图。在本发明的说明中，当如图2所示布置压电薄膜器件时，向上和向下方向显示附图的向上和向下方向。因此，上表面、下表面等的表达与这些方向一致。
在这些附图中，压电薄膜谐振器10具有基片11、基片11的上表面上形成的绝缘层12以及通过去除绝缘层的部分而形成以桥接用于振荡的空间20的压电层压结构14。压电层压结构14包括下电极15、形成以覆盖下电极15的部分的压电薄膜16以及压电薄膜16上形成的上电极17。
然后，将说明制造这些附图中显示的第一实施例的方法。图3A到3E是在类似于图2的沿着线X-X的横截面中显示第一实施例的一系列制造步骤的解释性示图。
在这个实施例中，首先如图3A所示，在基片11上形成绝缘层12。然后，如图3B所示，在绝缘层12上的对应于用于振荡的空间20的区域上，形成牺牲层13，其与绝缘层12相比，具有通过某种特定化学物质的更高的蚀刻速度。随后，如图3C所示，在牺牲层13和绝缘层12上形成具有下电极15、压电薄膜16和上电极17的压电层压结构14。然后，如图3D所示，通过压电薄膜16和下电极15形成通孔18以暴露牺牲层13的部分。然后，如图3E所示，通过通孔引入用于蚀刻牺牲层和绝缘层的蚀刻剂(特定化学物质)。由于牺牲层13是从具有比绝缘层12更高的蚀刻速度的物质中选择的，所以牺牲层13蚀刻得比绝缘层12快，并且蚀刻剂被极好地引入到蚀刻形成的间隙中。尽管蚀刻自身是各向同性的，但是蚀刻剂以平面的方式被引入到牺牲层13被去除的间隙。这样一来，绝缘层12就主要在其厚度方向上被蚀刻，并且位于牺牲层13之下的绝缘层12的部分通过蚀刻而被极好地去除。由于蚀刻是各向同性的，所以也在横向方向上蚀刻了对应于牺牲层13的末端布置的绝缘层12的部分。侧面蚀刻的量大约为绝缘层12的厚度，因此用于振荡的空间20基本上被限制到这样的部分，在所述部分处，牺牲层13已被去除，并且在其下布置的绝缘层的部分已被去除。这样一来，在本发明中，牺牲层和绝缘层就由相同的蚀刻剂(特定化学物质)蚀刻。
作为基片11，能够使用诸如Si(100)之类的单晶片或SOI(绝缘体上硅)晶片。能够使用砷化镓等的半导体单晶片或石英玻璃等的绝缘体基片。
作为绝缘层12，例如能够使用包含二氧化硅玻璃(SiO2)作为主要成分或者氮化铝(AlN)作为主要成分的绝缘体膜。这里，主要成分指示具有50当量％或以上的含量的成分。作为形成包含二氧化硅玻璃作为主要成分的绝缘体膜的方法，当硅晶片用作基片时，通过热氧化方法的热氧化膜的形成首先被列出。硅晶片的表面粗糙度的高度RMS变化为0.3nm或以下。由于热氧化膜是通过硅晶片的氧化直接形成的，所以其表面粗糙度大约处于与硅晶片相同的程度。与事先沉积牺牲层并且通过CMP技术平面化的方法相比，由于能够减少压电层压结构的表面粗糙度，所以它是优选的。除了热氧化膜之外，选择通过CVD(化学气相沉积)方法沉积的二氧化硅玻璃、磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。例如通过溅射方法能够形成氮化铝(AlN)膜。当氮化铝膜用作压电薄膜时，使用氮化铝膜作为绝缘层是便利的，因为能够使用相同的沉积***。
当通过包含高弹性模量的氮化铝或氮化硅作为主要成分的绝缘材料构造绝缘层时，形成在其上的压电层压结构的机电耦合系数增加，并且获得的压电薄膜器件的通频带宽度能够通过步长下降(step roll off)而增加。进一步，谐振锐度Q值变高，并且获得的压电薄膜器件的衰减量能够增加。进而，绝缘层12可以由单个层制成，或者由多个层制成，在所述多个层中包括用于增强粘附度的层和用于防止初始绝缘层的成分扩散到基片侧的保护层。绝缘层12的厚度优选地大约为500nm到3000nm。当厚度变得薄于500nm时，绝缘层的部分由于压电层压结构的偏移而接触到基片，并且引起特性方面的不利影响的可能性显著增加。当厚度超过3000nm时，用于蚀刻以形成用于振荡的空间的时间延长，对应于牺牲层末端的绝缘层部分的横向方向上的蚀刻被推进，并且用于振荡的空间的尺寸精确度降低。因此，对特性施加了不利影响，并且压电层压结构的产出由于下电极的剥落而恶化。
从具有与绝缘层12相比的通过某种特定化学物质的更高的蚀刻速度的物质选择牺牲层13。当包含二氧化硅玻璃或硅酸盐玻璃作为主要成分的绝缘层用作绝缘层12时，钛(Ti)适当地用作牺牲层13的材料。作为硅酸盐玻璃，磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)能够作为例子。在这种情况下，作为蚀刻剂，能够使用氢氟酸或氢氟酸缓冲溶液。对于这些蚀刻剂，钛(Ti)具有数倍高于二氧化硅玻璃的蚀刻速度。因此，能够减少对应于牺牲层的末端布置的绝缘层上的蚀刻的横向扩展，并且能够精确地控制用于振荡的空间的形状和尺寸。当使用包含二氧化硅玻璃作为主要成分的绝缘层时，作为牺牲层的其他材料，能够使用锗(Ge)。在这种情况下，作为蚀刻剂，能够适当地使用氢氟酸和过氧化氢溶液的混合溶液。进一步，当氮化铝用作绝缘层12的材料时，铝能够适当地用作牺牲层13的材料。作为这种情况下的蚀刻剂，可以使用加热的磷酸等。进一步，牺牲层13可以是单一材料的层，或者当由具有高蚀刻速度的物质制成的层用于接触绝缘层12的最低层时，可以是两个或以上的层。由于压电薄膜谐振器的特性极大地受到压电薄膜的晶体质量和取向的影响，所以优选地通过适当选择牺牲层的各个层的材料来提高下电极15和压电薄膜16的晶体质量和取向。牺牲层13的厚度为20到600nm，优选地为20到90nm。如果厚度薄于20nm，则蚀刻剂的渗入缓慢。花费长时间来蚀刻绝缘层，并且对应于牺牲层末端布置的绝缘层上的横向方向上的蚀刻被推进。这样一来，就减少了用于振荡的空间的尺寸精确度。当厚度变为90nm或以上时，获得的压电薄膜器件的谐振特性趋于略微下降。进一步，如果厚度超过600nm，则形成用于振荡的空间所需的时间缩短，并且加工精确度改善。然而，由于压电层压结构末端弯曲程度增加，所以压电薄膜破裂的发生趋于被促成，并且可靠性降低。作为用于以预定形状使牺牲层13形成图案的方法，能够适当地使用诸如干蚀刻、湿蚀刻等之类的光刻技术和剥离方法。
通过用溅射方法或气相沉积方法形成的金属层，或者必要时这样的金属层和形成在金属层与绝缘层12或牺牲层13之间的粘合金属层的层压，来构造下电极15。下电极15的厚度例如为50到500nm。作为下电极15的材料，没有特别地限制，但是适当地使用金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、铱(Ir)、钌(Ru)等。然而，有必要适当地选择材料，以便当使用由单一材料制成的牺牲层时，不在对蚀刻剂的抗蚀性以及压电薄膜的晶体质量和取向方面引起不利影响。作为用于以预定形状形成图案的方法，能够适当地使用诸如干蚀刻、湿蚀刻等之类的光刻技术和剥离方法。
作为压电薄膜16的材料，使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、钛酸铅(PT(PbTiO3))、锆钛酸铅(PZT(Pb(Zr，Ti)O3)等。特别地，AlN具有弹性波的快传播速度，并且适合于作为用于在高频带中操作的诸如压电薄膜谐振器、压电薄膜滤波器等之类的压电薄膜器件的压电薄膜。厚度例如为500到3000nm。作为用于以预定形状形成图案的方法，能够适当地使用诸如干蚀刻、湿蚀刻等之类的光刻技术。
作为上电极17，类似于下电极15使用通过溅射方法、气相沉积方法等形成的金属层。作为上电极17的材料，适当地使用金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铱(Ir)、钌(Ru)等。从提高粘附度等的原因出发，必要时能够添加布置在金属层和压电薄膜16之间的粘合金属层。上电极17的厚度包括粘合金属层例如为50到500nm。作为用于以预定形状形成图案的方法，能够适当地使用诸如干蚀刻、湿蚀刻等之类的光刻技术和剥离方法。
通孔18暴露了牺牲层13的部分，并且被提供以便通过那里极好地引入蚀刻剂。在这个实施例中，通孔18布置在牺牲层13的4个角处，但是本发明并不特别地限于此。作为用于形成预期形状的通孔的方法，能够适当地使用诸如干蚀刻、湿蚀刻等之类的光刻技术。
通过以下执行用于振荡的空间20的形成：通过通孔18引入蚀刻剂，并且通过蚀刻去除牺牲层13和牺牲层13下面布置的绝缘层12。取决于蚀刻剂的类型和压电层压结构14的材料，有必要通过光致抗蚀剂保护除了通孔18之外的部分。作为光致抗蚀剂，根据蚀刻剂的材料能够适当地使用酚醛清漆或环化橡胶等。
图4是显示根据本发明的压电薄膜器件的第二实施例的示意性平面图，并且图5是沿着图4中的线X-X截取的截面图。图6A到6E是在类似于图5的线X-X的截面图中显示第二实施例的一系列制造过程的解释性示图。在这些附图中，具有与图1和图2中的组成部分类似的功能的组成部分用相同的参考数字指示。
在这个实施例中，从基片11的下表面一侧提供用于暴露牺牲层13或牺牲层13下面布置的绝缘层12的部分的通孔，以形成用于振荡的空间20。作为用于从基片的下表面一侧形成通孔的方法，能够应用使用六氟化硫(SF6)等的干蚀刻方法或交替使用SF6和氟利昂C318(C4F8)气体的深度RIE方法。在这个实施例中，通孔仅仅暴露绝缘层12的部分。与第一实施例相比，由于通孔能够做得大，所以用于形成用于振荡的空间20的蚀刻时间变得比第一实施例短。进一步，当蚀刻剂到达牺牲层13时，牺牲层13被瞬间蚀刻，因此用于振荡的空间20的位置基本上限制在牺牲层13下面，而不管通孔18的形状。
图7是显示根据本发明的压电薄膜器件的第三实施例的示意性平面图，并且图8是沿着图7的线X-X截取的截面图。在这些附图中，具有与图1和图2中的组成部分类似的功能的组成部分用相同的参考数字指示。
在这个实施例中，在第一绝缘层12形成在基片11上之后，在第一绝缘层12上的对应于用于振荡的空间20的区域上形成牺牲层(类似于上述实施例的牺牲层13)，其与第一绝缘层12相比，具有通过某种化学物质的更高的蚀刻速度。然后，除了牺牲层和第一绝缘层12之外，层压不同于第一绝缘层12的材料的第二绝缘层12’。在这种第二绝缘层12’上形成具有下电极15、压电薄膜16和上电极17的压电层压结构14。然后，提供通孔18，以通过压电薄膜16、下电极15和第二绝缘层12’暴露牺牲层13的部分，并且通过这个通孔引入用于蚀刻牺牲层和绝缘层的蚀刻剂。由于牺牲层是从具有比绝缘层12更高的蚀刻速度的物质中选择的，所以牺牲层先于绝缘层12的去除而通过蚀刻被首先去除，并且蚀刻剂被极好地引入到蚀刻形成的间隙中。尽管蚀刻自身是各向同性的，但是蚀刻剂以平面的方式被引入到牺牲层13被去除的间隙。这样一来，绝缘层12就主要在其厚度方向上被蚀刻，并且位于牺牲层13之下的绝缘层12通过蚀刻而被部分地并且极好地去除。由于蚀刻是各向同性的，所以也在横向方向上蚀刻了对应于牺牲层13的末端布置的绝缘层12的部分。侧面蚀刻的量大约为绝缘层12的厚度，并且用于振荡的空间20基本上被限制到牺牲层被去除的部分以及在其下布置的绝缘层12的部分。通过选择具有与第一绝缘层12相比的通过特定化学物质的更小的蚀刻速度的绝缘材料作为第二绝缘层12’，能够形成预期形状的用于振荡的空间20。这样一来，在本发明中，牺牲层和绝缘层就由相同的蚀刻剂(特定化学物质)蚀刻。
作为第二绝缘层12’的材料，能够适当地使用包含氮化铝或氮化硅作为主要成分的氮化物或氮氧化物绝缘体。
如关于第一、第二和第三实施例已说明的那样，能够由某种特定化学物质蚀刻的绝缘层和具有与绝缘层相比的通过特定化学物质的更高的蚀刻速度的牺牲层被联合。这样一来，绝缘层和牺牲层就能够通过一个蚀刻操作被去除，而不必使用诸如CMP等之类的抛光技术，并且能够通过简单的过程在压电层压结构下面极好地形成用于振荡的空间。由于压电层压结构末端弯曲能够被抑制到小范围，所以能够防止压电薄膜上破裂的发生。可以制造具有极好特性和高可靠性的压电层压结构。因此，通过联合多个压电层压结构，可以稳定地制造诸如滤波器、双工器或类似物之类的压电薄膜器件。
如上所述制造的压电薄膜器件包含基片、基片的上表面上形成的绝缘层、绝缘层上形成的用于振荡的空间、以及绝缘层支撑的并且用于振荡的空间上布置的压电层压结构。压电层压结构包括压电薄膜以及压电薄膜的两个表面上形成的电极，并且形成用于振荡的空间，以允许压电层压结构的振荡。绝缘层的上表面在用于振荡的空间的区域中布置得低于相邻下电极的下表面，并且布置在用于振荡的空间的下表面之上。这里，当作为下电极下表面的表面粗糙度的高度RMS变化为5nm或以下时，与压电薄膜自身晶体取向降低相关的机电耦合系数Kt2的降低或者与压电层压结构的表面粗糙度增加相关的谐振锐度Q的降低很难发生，这是优选的。
进一步，用于振荡的空间的区域中的绝缘层上表面和下电极下表面之间的间隔优选地为20nm到600nm，或者优选地为20nm到90nm。优选地，压电薄膜器件具有500nm到3000nm的绝缘层的上表面和用于振荡的空间的下表面之间的间隔。
由于本发明的压电薄膜器件以良好形状和尺寸的方式在压电层压结构下面具有用于振荡的空间，所以其特性极好，并且其可靠性高。
例子
下面显示例子和比较例子，并且将进一步详细地说明本发明。
(例子1)
在这个例子中，如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)被制造如下。
亦即，在具有625μm厚度的6英寸Si晶片的两个表面上，通过热氧化方法形成具有2000nm厚度的SiO2层作为绝缘层。用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，并且形成用于牺牲层的剥离图案，用于形成图1中显示的用于振荡的空间。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法在这种Si晶片的上表面一侧上形成50nm的Ti层作为牺牲层之后，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使牺牲层形成图案。然后，用光致抗蚀剂涂敷这种Si晶片的上表面。形成如图1所示的用于下电极的剥离图案，并且在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法形成大约300nm的Mo层作为下电极。在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使下电极形成图案。然后，在0.5Pa的整体气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过反应磁控管溅射方法使用具有99.999％的纯度的Al标靶以形成具有大约1500nm的厚度的AlN压电薄膜。使用加热的磷酸通过湿蚀刻以图1中显示的预定形状使AlN压电薄膜形成图案。在应用光致抗蚀剂，并且通过使用用于上电极的光掩模以预定的形状使光致抗蚀剂形成图案之后，通过DC磁控管溅射方法形成具有大约300nm厚度的Mo层作为上电极。进一步，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，并且以如图1所示的形状使上电极形成图案。随后，使用Cl2和Ar的混合气体通过干蚀刻方法形成图1中显示的通孔。通过将获得的结构浸入到氢氟酸缓冲溶液中而不去除光致抗蚀剂，牺牲层和位于牺牲层之下的绝缘层通过蚀刻被去除。然后，在O2等离子体中通过灰化去除光致抗蚀剂以形成用于振荡的空间。使用上述制造过程，在6英寸Si晶片的上表面上产生了压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。
通过使用网络分析器估计6英寸Si晶片中形成的压电薄膜谐振器的电气特性。GSG微探测器与谐振器的I/O终端相接触。
用于形成绝缘层的方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.4％，Q＝1250，并且不良率为0.1％。这里，通过用晶片上形成的所有压电薄膜谐振器的数目除未显示正常谐振频谱的压电薄膜谐振器的数目来获得不良率。主要地，这种缺陷由以下造成：压电层压结构末端处破裂的生成；与对应于牺牲层末端的绝缘层部分在横向方向上蚀刻量的增加相关的下电极的部分的剥落；以及进一步的压电层压结构的部分与基片的物理接触。
Figure C20048003789600221
(例子2)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了绝缘层的厚度为1000nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.2％，Q＝1300，并且不良率为0.4％。
(例子3)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了绝缘层的形成方法为CVD方法并且绝缘层的厚度为3000nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.5％，Q＝1070，并且不良率为0.3％。
(例子4)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了绝缘层的厚度为500nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.2％，Q＝1360，并且不良率为2.5％。
(例子5)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了牺牲层的厚度为20nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.4％，Q＝1100，并且不良率为1.0％。
(例子6)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了牺牲层的厚度为90nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.4％，Q＝1310，并且不良率为0.4％。
(例子7)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了牺牲层的厚度为500nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝5.8％，Q＝890，并且不良率为2.8％。
(例子8)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了牺牲层的厚度为600nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝5.6％，Q＝800，并且不良率为4.5％。
(例子9)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了绝缘层的形成方法为CVD方法、绝缘层的材料为PSG(磷硅玻璃)并且绝缘层的厚度为3000nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.5％，Q＝1020，并且不良率为0.1％。
(例子10)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了绝缘层的形成方法为CVD方法、绝缘层的材料为BPSG(硼磷硅玻璃)、绝缘层的厚度为2500nm并且牺牲层的厚度为500nm之外，通过与例子1中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.5％，Q＝1020，并且不良率为0.1％。
(例子11)
在这个例子中，如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)被制造如下。
亦即，在0.5Pa的整体气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过DC磁控管溅射方法在具有625μm厚度的6英寸Si晶片的上表面上形成具有1500nm厚度的AlN绝缘层。然后，用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，以形成如图1所示的用于牺牲层的剥离图案。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法在这种Si晶片的上表面一侧上形成具有50nm厚度的Al层作为牺牲层之后，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使牺牲层形成图案。然后，用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，形成如图1所示的用于下电极的剥离图案。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法形成大约300nm的Mo层作为下电极，并且在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使下电极形成图案。在这之后，在0.5Pa的总气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过使用99.999％的纯度的Al标靶，通过反应磁控管溅射方法形成具有大约1500nm的厚度的AlN压电薄膜。然后，使用加热的磷酸通过湿蚀刻以图1中显示的预定形状使AlN压电薄膜形成图案。在应用光致抗蚀剂，并且通过使用用于上电极的光掩模以预定的形状使光致抗蚀剂形成图案之后，通过DC磁控管溅射方法形成具有大约300nm厚度的Mo层作为上电极。进一步，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，并且以如图1所示的形状使上电极形成图案。然后，使用Cl2和Ar的气体混合物通过干蚀刻方法形成图1中显示的通孔。然后，通过将获得的结构浸入加热的磷酸中而不去除光致抗蚀剂，牺牲层和牺牲层下面布置的AlN绝缘层通过蚀刻被去除，并且在O2等离子体中通过灰化去除光致抗蚀剂以产生用于振荡的空间。通过上述制造过程在6英寸Si晶片的上表面上产生了压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.7％，Q＝1100，并且不良率为0.3％。
(例子12)
在这个例子中，如下所述，制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了牺牲层的厚度为500nm之外，通过与例子11中显示的方法类似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝5.9％，Q＝860，并且不良率为3.1％。
(例子13)
在这个例子中，如图4和5中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)被制造如下。
亦即，在具有300μm厚度的6英寸Si晶片的两个表面上通过热氧化方法形成具有500nm厚度的SiO2层之后，用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，以形成用于牺牲层的剥离图案，用于形成如图4所示的用于振荡的空间。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法在Si晶片的上表面一侧上形成50nm的Ti层作为牺牲层之后，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使牺牲层形成图案。然后，用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，形成如图4所示的用于下电极的剥离图案。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法形成大约300nm的Mo层作为下电极，并且在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使下电极形成图案。然后，在0.5Pa的总气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过使用具有99.999％的纯度的Al标靶，通过反应磁控管溅射方法形成具有大约1500nm的厚度的AlN压电薄膜。然后，使用加热的磷酸通过湿蚀刻以图4中显示的预定形状使AlN压电薄膜形成图案。在应用光致抗蚀剂，并且以预定的形状使光致抗蚀剂形成图案之后，通过DC磁控管溅射方法形成具有大约300nm厚度的Mo层作为上电极。进一步，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，并且以如图4所示的形状使上电极形成图案。然后，用光致抗蚀剂涂敷晶片的两个表面，并且在晶片的下表面一侧形成用于形成如图4所示的通孔的图案。通过将获得的结构浸入氢氟酸缓冲溶液中，使晶片的下表面一侧上的热氧化膜形成图案。进一步，交替使用SF6和C4F8气体通过深度RIE方法蚀刻Si晶片，直到晶片的上表面一侧上形成的绝缘层(热氧化膜)被暴露。通过将获得的结构浸入到氢氟酸缓冲溶液中而不去除光致抗蚀剂，牺牲层和位于牺牲层之下的绝缘层通过蚀刻被去除。然后，在O2等离子体中通过灰化去除晶片的两个表面上的光致抗蚀剂以形成用于振荡的空间。通过上述制造过程在6英寸Si晶片的上表面上产生了压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.2％，Q＝1350，并且不良率为0.3％。
(例子14)
在这个例子中，如图4和5中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)被制造如下。亦即，除了绝缘层的厚度为2000nm之外，通过与例子13中显示的方法类似的方法制造图4和5中显示的压电薄膜谐振器。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.4％，Q＝1220，并且不良率为0.2％。
(例子15)
在这个例子中，如图7和8中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)被制造如下。
亦即，在具有625μm厚度的6英寸Si晶片的两个表面上通过热氧化方法形成具有2000nm厚度的SiO2层作为绝缘层之后，用光致抗蚀剂涂敷Si晶片的上表面，并且形成图7中显示的用于牺牲层的剥离图案。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法在Si晶片的上表面一侧上形成50nm的Ti层作为牺牲层之后，在抗蚀剂去除液中向其施加超声波，以便以预期的形状使牺牲层形成图案。然后，在0.5Pa的整体气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过DC磁控管溅射方法在具有625μm厚度的6英寸Si晶片的上表面上形成具有300nm厚度的AlN第二绝缘层。进一步，用光致抗蚀剂涂敷这种AlN第二绝缘层的上表面，并且形成如图7所示的用于下电极的剥离图案。在0.5Pa的气体压力而没有加热基片的条件下通过DC磁控管溅射方法形成大约300nm的Mo层作为下电极，并且通过在抗蚀剂去除液中施加超声波，以预期的形状使下电极形成图案。在形成下电极图案之后，在0.5Pa的整体气体压力、Ar/N2＝1/1的气体组分和300℃的基片温度的条件下，通过反应磁控管溅射方法使用99.999％的纯度的Al标靶以形成具有大约1500nm的厚度的AlN压电薄膜。随后，使用加热的磷酸通过湿蚀刻以图7中显示的预定形状使AlN压电薄膜形成图案。在应用光致抗蚀剂，并且通过使用用于上电极的光掩模以预定的形状使光致抗蚀剂形成图案之后，通过DC磁控管溅射方法形成具有大约300nm厚度的Mo层作为上电极。通过在抗蚀剂去除液中施加超声波，以图7中显示的形状使上电极形成图案。在这之后，使用Cl2和Ar的混合气体通过干蚀刻方法形成图7中显示的通孔。通过将获得的结构浸入加热的磷酸中而不去除光致抗蚀剂，牺牲层和位于牺牲层之下的SiO2绝缘层通过蚀刻被去除。然后，在O2等离子体中通过灰化去除光致抗蚀剂以形成用于振荡的空间。通过上述制造过程在6英寸Si晶片的上表面上产生了压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。
绝缘层的形成方法、绝缘层的材料和厚度、牺牲层的材料和厚度以及这个例子中的获得的压电薄膜谐振器的机电耦合系数Kt2、谐振锐度Q和不良率如表1中所示，其中，Kt2＝6.5％，Q＝1260，并且不良率为0.5％。
(比较例子1)
在这个比较例子中，如下所述，试图制造如图1和2中显示的那样构造的压电薄膜器件(压电薄膜谐振器)。亦即，除了没有形成牺牲层之外，通过与例子1中显示的方法相似的方法制造图1和2中显示的压电薄膜谐振器。然而，尽管在长时间期间实施蚀刻处理，还是不能在压电层压结构下面形成用于振荡的空间。因此不能估计器件的电气特性。

Claims (14)

1.一种用于制造压电薄膜器件的方法，在所述压电薄膜器件中，包括压电薄膜、分别形成在所述膜的上和下表面上的上电极和下电极的压电层压结构由基片支撑，并且在所述压电薄膜器件中，形成用于振荡的空间以允许所述压电层压结构的振荡，所述方法包括：
在所述基片的上表面上形成绝缘层的步骤；
在所述绝缘层的部分区域上形成牺牲层的步骤，
在包括所述牺牲层的部分或整体的区域上形成下电极的步骤；
在包括所述下电极的部分的区域上形成压电薄膜的步骤；
在包括所述压电薄膜的部分的区域上形成上电极的步骤；
形成通孔以便暴露所述牺牲层的部分或所述牺牲层下面提供的所述绝缘层的部分的步骤；以及
通过以下形成用于振荡的所述空间的步骤：通过经由所述通孔引入化学物质并用相同的所述化学物质来蚀刻所述牺牲层和所述牺牲层下面提供的所述绝缘层两者，
其中，通过所述化学物质对所述牺牲层的蚀刻速度比由所述化学物质对所述绝缘层的蚀刻速度更高。
2.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，形成所述通孔穿透所述下电极、所述压电薄膜和所述上电极中的至少一个以暴露所述牺牲层的部分。
3.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，形成所述通孔穿透所述基片以暴露所述绝缘层的部分。
4.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述绝缘层的材料包含二氧化硅玻璃或硅酸盐玻璃作为主要成分，并且所述牺牲层的材料为钛。
5.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述绝缘层的材料为氮化铝，并且所述牺牲层的材料为铝。
6.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，进一步包括以下步骤：在形成所述牺牲层之后，在所述牺牲层和所述绝缘层上层压第二绝缘层，所述第二绝缘层由与所述绝缘层相比所述化学物质对其具有更小的蚀刻速度的物质制成。
7.如权利要求6所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述第二绝缘层的材料为包含氮化铝或氮化硅作为主要成分的氮化物或氮氧化物绝缘体。
8.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述牺牲层的厚度为20nm到600nm。
9.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述牺牲层的厚度为20nm到90nm。
10.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述牺牲层上表面的粗糙度的高度RMS变化为5nm或以下。
11.如权利要求1所述的制造压电薄膜器件的方法，其中，所述绝缘层的厚度为500nm到3000nm。
12.一种压电薄膜器件，在所述压电薄膜器件中，包括压电薄膜、分别形成在所述膜的上和下表面上的上电极和下电极的压电层压结构经由绝缘层由基片支撑，并且在所述压电薄膜器件中，形成用于振荡的空间以允许所述压电层压结构的振荡，所述器件的特征在于，
所述下电极的下表面的表面粗糙度的高度RMS变化为5nm或以下，
所述用于振荡的空间在横向上由所述绝缘层的末端限定，
所述用于振荡的空间的下表面由所述基片的上表面形成，
所述绝缘层的上表面在所述用于振荡的空间中布置得低于所述下电极的下表面，并且安置在所述用于振荡的空间的下表面之上，
所述用于振荡的空间中的所述绝缘层的上表面和所述下电极的下表面之间的间隔为20nm到600nm，以及
所述绝缘层的上表面和所述用于振荡的空间的下表面之间的间隔为500nm到3000nm。
13.如权利要求12所述的压电薄膜器件，其中，所述用于振荡的空间中的所述绝缘层的上表面和所述下电极的下表面之间的间隔为20nm到90nm。
14.如权利要求12所述的压电薄膜器件，其中，所述绝缘层的材料包含二氧化硅玻璃，氮化铝或者氮化硅。
CNB2004800378965A 2003-12-19 2004-12-17 制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件 Active CN100546178C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP422211/2003 2003-12-19
JP2003422211 2003-12-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1894849A CN1894849A (zh) 2007-01-10
CN100546178C true CN100546178C (zh) 2009-09-30

Family

ID=34697323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800378965A Active CN100546178C (zh) 2003-12-19 2004-12-17 制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7212082B2 (zh)
EP (1) EP1701440A4 (zh)
JP (1) JP4534158B2 (zh)
CN (1) CN100546178C (zh)
WO (1) WO2005060091A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281363A (zh) * 2018-01-17 2018-07-13 上海科技大学 一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005073175A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Fujitsu Media Device Kk 圧電薄膜共振子及びその製造方法
JP2006166419A (ja) * 2004-11-10 2006-06-22 Murata Mfg Co Ltd 圧電薄膜共振子及びその製造方法
WO2006067949A1 (ja) * 2004-12-24 2006-06-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電薄膜共振子およびその製造方法
KR100622393B1 (ko) * 2005-07-05 2006-09-12 삼성전자주식회사 일 표면 상에 딤플이 제작된 공진부를 포함하는 벌크 음향공진기 및 그 제조방법
JP4476903B2 (ja) * 2005-08-24 2010-06-09 株式会社東芝 薄膜圧電共振器およびフィルタ回路
JP4687345B2 (ja) * 2005-09-09 2011-05-25 ソニー株式会社 薄膜バルク音響共振器
JP4756461B2 (ja) * 2005-10-12 2011-08-24 宇部興産株式会社 窒化アルミニウム薄膜およびそれを用いた圧電薄膜共振子
WO2007119643A1 (ja) * 2006-03-31 2007-10-25 Ube Industries, Ltd. 圧電薄膜共振子、圧電薄膜デバイスおよびその製造方法
US7760049B2 (en) * 2006-05-30 2010-07-20 Panasonic Corporation Film bulk acoustic resonator, filter, and fabrication method thereof
JP4802900B2 (ja) * 2006-07-13 2011-10-26 宇部興産株式会社 薄膜圧電共振器およびその製造方法
US7847656B2 (en) * 2006-07-27 2010-12-07 Georgia Tech Research Corporation Monolithic thin-film piezoelectric filters
US7965017B2 (en) * 2006-08-25 2011-06-21 Ube Industries, Ltd. Thin film piezoelectric resonator and method for manufacturing the same
US7812692B2 (en) * 2007-06-01 2010-10-12 Georgia Tech Research Corporation Piezo-on-diamond resonators and resonator systems
JP5191762B2 (ja) * 2008-03-06 2013-05-08 太陽誘電株式会社 圧電薄膜共振器、フィルタ、および通信装置
US8278802B1 (en) * 2008-04-24 2012-10-02 Rf Micro Devices, Inc. Planarized sacrificial layer for MEMS fabrication
JP5111281B2 (ja) * 2008-07-31 2013-01-09 京セラ株式会社 圧電共振器およびその製造方法
JP2010091467A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Rohm Co Ltd 圧力センサおよび圧力センサの製造方法
JP5299676B2 (ja) * 2008-12-11 2013-09-25 宇部興産株式会社 圧電薄膜音響共振器およびその製造方法
JP5182379B2 (ja) 2009-01-29 2013-04-17 株式会社村田製作所 複合基板の製造方法
JP2010232983A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 薄膜振動子およびその製造方法
US9197185B2 (en) 2010-04-29 2015-11-24 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Resonator device including electrodes with buried temperature compensating layers
US9479139B2 (en) 2010-04-29 2016-10-25 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Resonator device including electrode with buried temperature compensating layer
EP2701217B1 (en) 2011-04-18 2017-04-19 Konica Minolta, Inc. Piezoelectric actuator and ink-jet head provided with same
JP5788728B2 (ja) * 2011-07-21 2015-10-07 日本電波工業株式会社 圧電振動片、圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法
US9525399B2 (en) * 2011-10-31 2016-12-20 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Planarized electrode for improved performance in bulk acoustic resonators
US9013242B2 (en) * 2012-03-27 2015-04-21 Seiko Epson Corporation Resonator element, resonator, electronic device, electronic apparatus, and mobile object
FR3012255B1 (fr) * 2013-10-17 2017-03-10 Commissariat Energie Atomique Procede de formation de rides par fusion d'une fondation sur laquelle repose une couche contrainte
FR3018389B1 (fr) * 2014-03-06 2017-09-01 St Microelectronics Sa Procede de fabrication de lamelles bistables de courbures differentes
JPWO2015190429A1 (ja) * 2014-06-13 2017-04-20 株式会社村田製作所 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法
JP6460111B2 (ja) * 2014-08-05 2019-01-30 株式会社村田製作所 圧電共振器の製造方法および圧電共振器
KR101901696B1 (ko) * 2015-04-10 2018-09-28 삼성전기 주식회사 체적 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터
US10069472B2 (en) 2015-04-10 2018-09-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and filter including the same
US10886888B2 (en) 2016-10-27 2021-01-05 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Bulk acoustic wave resonator having openings in an active area and a pillar beneath the opening
US10284168B2 (en) * 2016-10-27 2019-05-07 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Bulk acoustic wave resonator
JP6635908B2 (ja) * 2016-11-24 2020-01-29 太陽誘電株式会社 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ
US10637435B2 (en) * 2016-12-22 2020-04-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and filter including the same
JP6545772B2 (ja) * 2017-01-03 2019-07-17 ウィン セミコンダクターズ コーポレーション 質量調整構造付きバルク音響波共振装置の製造方法
KR102369434B1 (ko) * 2017-04-19 2022-03-03 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기 및 이의 제조방법
US10700660B2 (en) * 2017-10-25 2020-06-30 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Bulk acoustic wave resonator
CN110401428B (zh) * 2018-04-25 2023-04-28 芯知微(上海)电子科技有限公司 薄膜体声波谐振器及其制造方法
CN108900173B (zh) * 2018-07-04 2022-03-04 杭州左蓝微电子技术有限公司 一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备方法
CN111245396B (zh) * 2019-10-26 2021-01-12 诺思(天津)微***有限责任公司 体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
CN111010135A (zh) * 2019-10-26 2020-04-14 诺思(天津)微***有限责任公司 体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN111030633A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 诺思(天津)微***有限责任公司 体声波谐振器、体声波谐振器组、滤波器及电子设备
WO2022230288A1 (ja) * 2021-04-28 2022-11-03 株式会社村田製作所 弾性波装置
US20220321094A1 (en) * 2022-06-21 2022-10-06 Newsonic Technologies Bulk acoustic wave filter having release hole and fabricating method of the same
US11616489B2 (en) * 2022-06-21 2023-03-28 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Bulk acoustic wave filter having release hole and fabricating method of the same

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58153412A (ja) 1982-03-08 1983-09-12 Nec Corp 圧電薄膜複合振動子
JPS60142607A (ja) 1983-12-29 1985-07-27 Nec Corp 圧電薄膜複合振動子
JPS60189307A (ja) * 1984-03-09 1985-09-26 Toshiba Corp 圧電薄膜共振器およびその製造方法
JPH08148968A (ja) * 1994-11-24 1996-06-07 Mitsubishi Electric Corp 薄膜圧電素子
JPH08330533A (ja) 1995-05-30 1996-12-13 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JPH0983029A (ja) 1995-09-11 1997-03-28 Mitsubishi Electric Corp 薄膜圧電素子の製造方法
AU4270097A (en) * 1996-10-17 1998-05-11 Nokia Mobile Phones Limited Method for fabricating fbars on glass substrates
US5910756A (en) * 1997-05-21 1999-06-08 Nokia Mobile Phones Limited Filters and duplexers utilizing thin film stacked crystal filter structures and thin film bulk acoustic wave resonators
US6060818A (en) 1998-06-02 2000-05-09 Hewlett-Packard Company SBAR structures and method of fabrication of SBAR.FBAR film processing techniques for the manufacturing of SBAR/BAR filters
FI109921B (fi) * 1999-09-29 2002-10-31 Valtion Teknillinen Menetelmä ja entsyymivalmiste prosessiteollisuuteen
US6714102B2 (en) * 2001-03-01 2004-03-30 Agilent Technologies, Inc. Method of fabricating thin film bulk acoustic resonator (FBAR) and FBAR structure embodying the method
JP2005236337A (ja) * 2001-05-11 2005-09-02 Ube Ind Ltd 薄膜音響共振器及びその製造方法
JP4441843B2 (ja) * 2001-06-15 2010-03-31 宇部興産株式会社 薄膜音響共振器
TW506128B (en) 2001-06-15 2002-10-11 Asia Pacific Microsystems Inc Manufacturing method of high-quality thin film type bulk acoustic wave device
JP3939939B2 (ja) 2001-07-17 2007-07-04 富士通株式会社 圧電薄膜共振素子の製造方法
JP2003136499A (ja) * 2001-11-05 2003-05-14 Seiko Epson Corp マイクロマシンおよびその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281363A (zh) * 2018-01-17 2018-07-13 上海科技大学 一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法
CN108281363B (zh) * 2018-01-17 2020-04-14 上海科技大学 一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005060091A1 (ja) 2005-06-30
US20060033595A1 (en) 2006-02-16
US7212082B2 (en) 2007-05-01
EP1701440A4 (en) 2008-09-24
EP1701440A1 (en) 2006-09-13
JP4534158B2 (ja) 2010-09-01
CN1894849A (zh) 2007-01-10
JPWO2005060091A1 (ja) 2007-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100546178C (zh) 制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件
US6635519B2 (en) Structurally supported thin film resonator and method of fabrication
JP4377740B2 (ja) 圧電駆動型ｍｅｍｓ素子およびこの圧電駆動型ｍｅｍｓ素子を有する移動体通信機
US7802349B2 (en) Manufacturing process for thin film bulk acoustic resonator (FBAR) filters
US6617751B2 (en) Film bulk acoustic resonator and method for fabrication thereof
US20070194863A1 (en) Film bulk acoustic resonator and method of manufacturing same
US8704316B2 (en) Etchant-free methods of producing a gap between two layers, and devices produced thereby
KR20160086552A (ko) 음향 공진기 및 그 제조 방법
CN112039461B (zh) 体声波谐振器的制造方法
JP2007295280A (ja) 電子素子
CN107094002A (zh) 声波谐振器及其制造方法
JP5111281B2 (ja) 圧電共振器およびその製造方法
JP4395892B2 (ja) 圧電薄膜デバイス及びその製造方法
KR20070056840A (ko) 압전형 ｒｆ 멤스 소자 및 그 제조방법
US11482663B2 (en) Microelectromechanical system with piezoelectric film and manufacturing method thereof
WO2019201521A1 (en) Bulk acoustic wave resonator and method for manufacturing the same
US9013089B2 (en) Microelectromechanical system-based resonator device
JP2010141570A (ja) 圧電薄膜音響共振器およびその製造方法
KR20040084478A (ko) 고주파용 박막 체적 탄성파 공진기 소자 및 그 제조 방법
US11420866B2 (en) Composite spring structure to reinforce mechanical robustness of a MEMS device
CN113472308A (zh) 谐振器及其形成方法、电子设备
JP2008277964A (ja) 薄膜圧電共振器及びその製造方法
KR100518103B1 (ko) 압전박막 공진기 및 그 제조방법
US12052009B2 (en) Vibrator device and method for manufacturing vibrator device
US20220158601A1 (en) Vibrator Device And Method For Manufacturing Vibrator Device

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: MEMS SOLUTION INC.

Free format text: FORMER OWNER: UBE INDUSTRIES, LTD.

Effective date: 20141224

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20141224

Address after: South Korea Gyeonggi Do Yongin area at the white rock Ren gaoanlu 51175-28 high technology research institute 4

Patentee after: Mems Solution Inc.

Address before: Yamaguchi Japan

Patentee before: Ube Industries, Ltd.