JP2008135886A - Ｂａｗ共振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できるとともに、Ｑ値を向上できるＢＡＷ共振器の製造方法を提供することにある。
【解決手段】ＢＡＷ共振器の製造方法は、ＰＺＴ素片３０の厚み方向の一面に接合金属層３１を形成する接合金属層形成工程と、この後に接合金属層３１とベース基板１の一表面上に積層された下部電極２とを接合する接合工程と、この後にＰＺＴ素片３０の厚み方向の他面側に上部電極４を形成する上部電極形成工程とを有し、下部電極２をベース基板１の一表面上に積層するにあたっては、ベース基板１の一表面上に下部電極２において下層となる下側金属層２２を積層した後に下側金属層２２上に下部電極２において上層となる上側金属層２１を積層するようにし、下側金属層２２の材料としては上側金属層２１よりも低密度な金属を用い、上側金属層２１の材料としては下側金属層２２よりも接合金属層３１との接合性が高い金属を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave；バルク弾性波）共振器の製造方法に関し、特にＰＺＴを利用したＢＡＷ共振器の製造方法に関する。

近年、携帯電話機やＵＷＢ（Ultra Wide Band）方式の機器などの高周波通信器を高性能化するための研究開発が各所で盛んに行われている。ここで、高周波通信器を高性能化するにあたっては、高周波通信器で使用される高周波帯域通過フィルタの低損失化（フィルタの挿入損失を小さくすること）が要求されている。そのため、従来から提供されているＬＣフィルタに比べて高周波帯域でＱ値を高くできるＢＡＷ共振器を利用したフィルタが注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているようなＢＡＷ共振器は、いわゆるＳＭＲ（Solidly MountedResonator）型のＢＡＷ共振器であって、音響多層膜が設けられたベース基板と、ベース基板の一表面上（音響多層膜層上）に積層された下部電極と、下部電極に積層した圧電薄膜を用いて形成された圧電材料部と、圧電材料部に積層された上部電極とを備えている。なお、音響多層膜は、圧電材料部で発生したバルク弾性波を反射してバルク弾性波がベース基板側に伝播されるのを抑制することによって、共振エネルギの損失を低減するためのものであって、半導体基板の厚み方向の一面側に、ＳｉＯ_２からなる低音響インピーダンス層と、ＳｉＯ_２よりも音響インピーダンスが高い材料（例えば、タングステンなど）からなる高音響インピーダンス層とを、最表層が低音響インピーダンス層となるように交互に積層することで形成されている。

以上述べたようなＢＡＷ共振器を利用したフィルタは、高周波帯域で高いＱ値を有するので、通過特性、遮断特性に優れ、低損失化が図れるという特長を有している。また、この種のフィルタは、使用する圧電材料（例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴなど）の違いによって、帯域幅が異なる高周波帯域通過フィルタを得ることができるという特徴を有している。

例えば、ＵＷＢ用のフィルタでは、３００〜４００ＭＨｚ程度の高周波帯域で急峻な立ち上がり、立下り特性が要求されており、このような特性を満足するためには、圧電材料として電気機械結合係数（electromechanical coupling coefficient）が比較的大きなＰＺＴを用いることが好ましい。

ここで、ＰＺＴからなる圧電薄膜を形成（作製）する方法としては、ゾルゲル法を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。なお、圧電薄膜を形成するにあたっては、ベース基板の半導体基板としてシリコン基板が用いられることが多く、下部電極としてＰｔ／Ｔｉ（Ｔｉ層上にＰｔ層を形成してなるもの）が用いられることが多い。

ゾルゲル法によりＰＺＴからなる圧電薄膜を形成するにあたっては、下部電極上に、鉛化合物およびチタン化合物を溶剤に溶解してなるＰｂＴｉＯ_３薄膜形成用組成物を塗布し、１５０〜４００℃で乾燥する工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返し、その後に鉛化合物およびジルコニウム化合物およびチタン化合物を溶剤に溶解してなるＰＺＴ薄膜形成用組成物を塗布し、１５０〜４００℃で乾燥する工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返し、最後に５００〜８００℃で０．１〜２時間焼成することにより、ＰＺＴからなる圧電薄膜の形成を行う。

なお、圧電薄膜を形成する方法としては、ゾルゲル法の他に、スパッタ法や、化学気相成長（ChemicalVapor Deposition；ＣＶＤ）法を用いる方法が提案されている。ここで、スパッタ法やＣＶＤ法を用いる場合においても、ベース基板の半導体基板としてシリコン基板が用いられることが多く、下部電極としてＰｔ／Ｔｉ（Ｔｉ層上にＰｔ層を形成してなるもの）が用いられることが多い。

スパッタ法を用いる場合は、例えば、基板温度を６００℃〜７００℃とし、ＡｒガスとＯ_２ガスを流した状態で、スパッタ法によりＰＺＴ薄膜を下部電極上に成膜することによって、圧電薄膜の形成を行う。一方、ＣＶＤ法を用いる場合は、例えば、基板温度を６００℃〜７００℃とし、ＡｒガスとＯ_２ガスを流した状態で、Ｐｂと、Ｔｉと、Ｚｒとを含む有機金属系の原料を用いた有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）法によって、ＰＺＴ薄膜を下部電極上に成膜することによって、圧電薄膜の形成を行う。
特開２００６−２２９２８２号公報 特開平１０−１２６２０４号公報（特に、段落番号〔００２１〕〜〔００２６〕参照）

しかしながら、上述したようなゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法により形成された圧電材料部を有するＢＡＷ共振器では、設計上のＱ値に比べて実際のＱ値が低くなり、所望のＱ値が得られないという問題があった。

ここで、所望のＱ値が得られないのは、圧電材料部の膜質に原因があると考えられている。例えば、ゾルゲル法を用いた場合には、焼結時にＰＺＴ中のＰｂが下部電極に拡散したり、蒸発したりすることによって、圧電材料部における下部電極や上部電極との界面付近のＰＺＴにおいてＰｂが不足することが原因であると考えられている。

一方、スパッタ法またはＣＶＤ法を用いた場合には、スパッタ法やＣＶＤ法により得られる圧電薄膜の表面粗さが粗いことによって、共振時に共振エネルギが逃げて定在波が発生しにくくなっているからであると考えられている。加えて、圧電薄膜を形成するにあたっては、上述したように半導体基板としてシリコン基板が用いられており、このようなシリコン基板をＰＺＴ薄膜の成長基板として用いた場合には、単結晶ＭｇＯ基板などを成長基板として用いた場合に比べてＰＺＴが多結晶になり易く、圧電薄膜の結晶性が悪化することもＱ値が低下する原因の一つであると考えられている。

そこで、上述したようなゾルゲル法などを用いて下部電極上に圧電薄膜を形成する代わりに、圧電材料部の基礎として予め作成しておいたＰＺＴ素片（図示せず）を用い、このＰＺＴ素片をベース基板上に積層した下部電極に接合する方法が提案されている。ここで、ＰＺＴ素片としては、ＰＺＴのバルクから切り出されたものや、単結晶基板上に単結晶成長させたＰＺＴ薄膜から上記単結晶基板を除去したものが用いられている。

この方法によれば、圧電材料部における下部電極や上部電極との界面付近のＰＺＴにおいてＰｂが不足したり、圧電材料部の表面粗さが粗くなったりすることなどに起因するＱ値の低下を防止できるため、ゾルゲル法などを用いる場合に比べて高いＱ値を有するＢＡＷ共振器を得ることができるものの、ＰＺＴ素片を接合する下部電極の上面の平滑（平坦）さが悪ければ、圧電材料部と下部電極との密着性が悪くなって接合強度の低下を招き、場合によっては圧電材料部にクラックが生じてしまうという別の問題が生じていた。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できるとともに、Ｑ値を向上できるＢＡＷ共振器の製造方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、ベース基板と、前記ベース基板の一表面上に積層された下部電極と、ＰＺＴ素片を用いて形成され前記下部電極に積層された圧電材料部と、前記圧電材料部に積層された上部電極とを備えるＢＡＷ共振器の製造方法であって、前記ＰＺＴ素片の厚み方向の一面に前記下部電極との接合用の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、前記接合金属層形成工程により形成された前記接合金属層と前記ベース基板の前記一表面上に積層された前記下部電極とを接合する接合工程と、前記接合工程の後に前記ＰＺＴ素片の厚み方向の他面側に前記上部電極を形成する上部電極形成工程とを有し、前記下部電極を前記ベース基板の前記一表面上に積層するにあたっては、前記ベース基板の前記一表面上に前記下部電極において下層となる下側金属層を積層した後に前記下側金属層上に前記下部電極において上層となる上側金属層を積層するようにし、前記下側金属層の材料としては前記上側金属層よりも低密度な金属を用い、前記上側金属層の材料としては前記下側金属層よりも前記接合金属層との接合性が高い金属を用いることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ＰＺＴ素片の厚み方向の一面に形成した接合金属層と、下部電極の下側金属層より接合金属層との接合性が高い金属からなる上側金属層とを接合することによってＰＺＴ素片を下部電極に接合するので、圧電材料部と下部電極との密着性が向上するから、圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できる。また、下側金属層が上側金属層よりも低密度な金属により形成されているので、下部電極の軽量化を図ることができるから、圧電材料部が共振し易くなり、結果としてＱ値の向上が図れる。しかも圧電材料部を形成するにあたってゾルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法を行わなくて済むから、これらの方法を行う場合に比べてＱ値を向上できる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記下側金属層はポーラス化された金属層であることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、下側金属層がポーラス化された金属層なので、ＰＺＴ素片と下部電極とを接合する際に下側金属層がつぶれ、ベース基板の一表面の平滑度が悪くても下部電極とベース基板との密着性が向上するから、下部電極とベース基板との接合強度を向上できる。その上、ＰＺＴ素片と下部電極とを接合する際に、ＰＺＴ素片に過剰な応力がかかったとしても、このような応力を下側金属層によって軽減することができるから、ＰＺＴ素片にクラックが生じることを抑制できる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記接合金属層および前記上側金属層の材料としてはＡｕを用い、前記下側金属層の材料としてはＡｌを用いることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、接合金属層と上側金属層の材料がともにＡｕであるので、上側金属層と接合金属層との熱膨張率が等しくなって密着性が向上するから、圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できる。しかも、下側金属層の材料としてＡｕより密度が低いＡｌを用いているので、下部電極の軽量化を図ることができるから、圧電材料部が共振し易くなり、結果としてＱ値の向上が図れる。加えて、Ａｌは金属のなかでも比較的柔らかい金属なので、ＰＺＴ素片と下部電極とを接合する際に下側金属層がつぶれ易くなるから、下部電極とベース基板との密着性が向上して下部電極とベース基板との接合強度を向上でき、その上、ＰＺＴ素片にクラックが生じることを抑制できる。さらに、Ａｌは金属のなかでも比較的電気抵抗率が低い金属なので（従来のようにゾルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法により圧電材料部を成膜する際に下部電極の材料として用いられるＰｔやＴｉより電気抵抗率が低いので）、下部電極の抵抗値を低下させることができるから、Ｑ値を向上できる。

請求項４の発明では、請求項２の発明において、前記接合金属層および前記上側金属層の材料としてはＡｕを用い、前記下側金属層はポーラス化されたＡｌ層であることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、接合金属層と上側金属層の材料がともにＡｕであるので、上側金属層と接合金属層との熱膨張率が等しくなって密着性が向上するから、圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できる。しかも、下側金属層の材料としてＡｕより密度が低いＡｌを用いているので、下部電極の軽量化を図ることができるから、圧電材料部が共振し易くなり、結果としてＱ値の向上が図れる。加えて、Ａｌは金属のなかでも比較的柔らかい金属なので、ＰＺＴ素片と下部電極とを接合する際に下側金属層がつぶれ易くなるから、下部電極とベース基板との密着性が向上して下部電極とベース基板との接合強度を向上でき、その上、ＰＺＴ素片にクラックが生じることを抑制できる。さらに、Ａｌは金属のなかでも比較的電気抵抗率が低い金属なので（従来のようにゾルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法により圧電材料部を成膜する際に下部電極の材料として用いられるＰｔやＴｉより電気抵抗率が低いので）、下部電極の抵抗値を低下させることができるから、Ｑ値を向上できる。その上、ポーラス化されたＡｌ層は、例えば希ガス雰囲気下でＡｌを真空蒸着するなどの簡単な手法で形成することができるから、製造が容易になる。

請求項５の発明では、請求項１〜４のうちいずれか１項記載の発明において、前記ＰＺＴ素片として、ＰＺＴのバルクから切り出されたものを用いることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、圧電材料部を形成するためのＰＺＴ素片として、予め作製しておいたバルクからＱ値の高いものを選択して使用することが可能となるから、設計上のＱ値が得やすくなり、確実にＱ値の向上が図れる。

請求項６の発明では、請求項１〜４のうちいずれか１項記載の発明において、前記ＰＺＴ素片として、単結晶基板の一表面側に単結晶成長させたＰＺＴ薄膜であって、前記単結晶基板を除去したものを用いることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、圧電材料部を形成するためのＰＺＴ素片として１００ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚のＰＺＴ薄膜を用いることが可能となるから、１Ｇ〜１０ＧＨｚ程度の高周波に対応することができる。しかも、ＰＺＴ薄膜は単結晶基板上に単結晶成長させたものなので、ＰＺＴ薄膜中に多結晶のＰＺＴが含まれてしまうことを低減できて、高いＱ値を有するＰＺＴ薄膜を得ることができるから、Ｑ値を向上できる。

本発明は、圧電材料部と下部電極との接合強度を向上できるという効果を奏し、しかもＱ値を向上できるという効果を奏する。

（実施形態１）
本実施形態におけるＢＡＷ共振器は、図１（ｊ）に示すように、ベース基板１と、ベース基板１の一表面（図１（ｊ）における上面）上に積層された下部電極２と、ＰＺＴを用いて形成され下部電極２に積層された圧電材料部３と、圧電材料部３の厚み方向の一面（図１（ｊ）における上面）の一部を露出する開孔部５ａを有し圧電材料部３および下部電極２を覆うようにしてベース基板１の上記一表面側に設けられたＳｉＯ_２などの絶縁材料からなる絶縁層５と、絶縁層５の開孔部５ａより露出された圧電材料部３の厚み方向の上記一面側に形成されたＡｌなどの金属材料からなる上部電極４とを備えるＳＭＲ型のＢＡＷ共振器である。

圧電材料部３は、ＰＺＴ素片３０（図１（ｃ）参照）を用いて形成されている。ここで、ＰＺＴ素片３０としては、図２（ａ）に示すように焼結して形成したＰＺＴのバルク３００から所望の大きさとなるように切り出されたものを用いている。圧電材料部３は、ＰＺＴ素片３０を下部電極２に接合した後に当該ＰＺＴ素片３０を所望の平面形状にパターニングすることによって形成され、ＰＺＴ素片３０を下部電極２に接合するにあたっては、ＰＺＴ素片３０の厚み方向の一面（図１（ｃ）における下面）に下部電極２との接合用の接合金属層３１が形成される。ここで、接合金属層３１の材料としてはＡｕを用いている。

下部電極２は、ベース基板１の上記一表面上に積層される下側金属層２２と、下側金属層２２上に積層されてＰＺＴ素片３０と接合される上側金属層２１とで構成されており、下側金属層２２の材料としては上側金属層２１よりも低密度な（質量密度が低い）金属を用い、上側金属層２１の材料としては下側金属層２２よりも後述する接合金属層３１との接合性が高い金属を用いている。本実施形態では、接合金属層３１をＡｕにより形成しているので、上側金属層２１の材料としては、接合金属層３１と同じＡｕを用いている。一方、下側金属層２２の材料としては、Ａｕよりも低密度な金属であるＡｌを用いている。ここで、下側金属層２２の材料としては、上側金属層２１よりも低密度なものであればよいが、Ａｌのように電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍ以下の金属（Ａｌの電気抵抗率は２．６５４８μΩ・ｃｍ）を用いることが好ましい。ここで、電気抵抗率を１０μΩ・ｃｍ以下とするのは次の理由による。すなわち、上述したような高周波通信器には、圧電材料としてＰＺＴを採用したＢＡＷ共振器として実際にはＱ値が３００〜４００程度のものが提供されているため、本実施形態のＢＡＷ共振器においても、Ｑ値を３００〜４００とすることが好ましいが、下部電極２の下側金属層２２に用いる金属として電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍを超える金属を用いた際には、Ｑ値が３００を下回ってしまうという結果が得られたからである。

ベース基板１は、半導体基板（例えばシリコン基板）１０を用いて形成されており、半導体基板１０の厚み方向の一面（図１（ｊ）における上面）に、圧電材料部３からベース基板１側に進むＢＡＷを反射することによって共振エネルギの損失を低減するための音響多層膜（音響ミラー層）１１を備えている。音響多層膜１１は、図１（ｊ）に示すように、相対的に音響インピーダンスが低い材料（例えば、ＳｉＯ_２など）からなる低音響インピーダンス層１２と、相対的に音響インピーダンスが高い材料（例えば、ＺｎＯ、Ｍｏ、Ｗなど）からなる高音響インピーダンス層１３とを低音響インピーダンス層１２が最表層となるように交互に積層することにより形成されている。なお、低音響インピーダンス層１２と高音響インピーダンス層１３の各膜厚は、圧電材料部３の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１に設定すればよい。

以下に、本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法について図１および図２を参照して説明する。まず、ベース基板１の基礎となる半導体基板１０の厚み方向の前記一面側に、低音響インピーダンス層１２を形成した後に、当該低音響インピーダンス層１２上に、高音響インピーダンス層１３と低音響インピーダンス層１２とを低音響インピーダンス層１２が最表層となるように交互に積層し、最表層の低音響インピーダンス層１２の表面をＣＭＰ（化学的機械研磨、Chemical Mechanical Polishing）により平坦化することによって音響多層膜１１を形成することでベース基板１を得る。

なお、本実施形態のように半導体基板１０がシリコン基板である場合、半導体基板１０の上記一面側に最初に低音響インピーダンス層１２を形成するにあたっては、半導体基板１０の上記一面側を熱酸化法などにより酸化することでＳｉＯ_２からなる低音響インピーダンス層１２を形成してもよい。

この後に、ベース基板１の上記一表面上に下部電極２を積層する。ここで、下部電極２をベース基板１の上記一表面上に積層するにあたっては、図１（ａ）に示すように、ベース基板１の上記一表面上に下部電極２において下層となる下側金属層２２を積層した後に、図１（ｂ）に示すように下側金属層２２上に下部電極２において上層となる上側金属層２１を積層する。なお、上側金属層２１および下側金属層２２を積層する方法としては、スパッタ法や、ＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、真空蒸着法などを用いることができる。

次に、下部電極２に圧電材料部３の基礎となるＰＺＴ素片３０を接合するのであるが、ＰＺＴ素片３０を接合する前に、図１（ｃ）に示すように、ＰＺＴ素片３０の厚み方向の一面（図１（ｃ）における下面）に接合金属層３１を、スパッタ法や、ＣＶＤ法、電子ビーム（Electron Beam；ＥＢ）蒸着法、真空蒸着法などにより形成する（接合用金属層形成工程）。なお、接合金属層形成工程は、遅くとも後述する接合工程の前までに行っておけばよいものであるから、ベース基板１を形成する工程と、下部電極２を形成する工程との順番は問わない。

この後に、ＰＺＴ素片３０の上記一面に形成した接合金属層３１と、下部電極２において上層となる上側金属層２１との接合を行う（接合工程）。ここで、接合金属層３１と上側金属層２１との接合は、例えば、接合金属層３１と上側金属層２１とが接するようにしてＰＺＴ素片３０を下部電極２上に載置した後に、上側金属層２１および接合金属層３１を例えば２００℃〜３００℃程度に加熱した状態で、ＰＺＴ素片３０をベース基板１側へ押圧する（接合金属層３１および上側金属層２１を加圧する）ことにより行えばよい。また、上側金属層２１と接合金属層３１とは、互いに対向させた接合金属層３１と上側金属層２１それぞれに表面活性化処理を行った後に、ＰＺＴ素片３０をベース基板１側へ押圧する（接合金属層３１および上側金属層２１を加圧する）ことで接合するようにしてもよく、この場合、加熱する必要がないから常温での接合が可能となる。なお、接合金属層３１と上側金属層２１とを接合するにあたっては、上記の例の他に、接合金属層３１および上側金属層２１を適宜加熱することによって、接合金属層３１と上側金属層２１とを共晶接合するようにしてもよい。

上述した接合工程によって、図１（ｄ）に示すように、上側金属層２１と接合金属層３１とが接合されて一体となるから、ＰＺＴ素片３０と下部電極２との密着性を向上することができ、その結果、ＰＺＴ素片３０と下部電極２との接合強度が向上する。

接合工程の後には、ＰＺＴ素片３０をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して所望の平面形状にパターニングすることによって圧電材料部３を形成して、図１（ｅ）に示す構造を得る。

この後に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して下部電極２を所望の平面形状にパターニングすることによって図１（ｆ）に示す構造を得る。このとき、接合金属層３１の不要部分（圧電材料部３と厚み方向において重ならない部分）は、下部電極２の上側金属層２１の不要部分とともに除去される。

続いて、図１（ｇ）に示すように、ベース基板１の上記一表面側の全面に絶縁層５をスパッタ法やＣＶＤ法などを用いて形成し、この後に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して絶縁層５の不要部分を除去するとともに開孔部５ａを形成して、図１（ｈ）に示す構造を得る。なお、パターニングされた絶縁層５を得る方法としては、リフトオフ法を用いてもよい。

次に、図１（ｉ）に示すように、ベース基板１の上記一表面側の全面に上部電極４をスパッタ法やＥＢ蒸着法などを用いて形成し、この後に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して上部電極４を所望の形状にパターニングすることによって、図１（ｊ）に示すようなＢＡＷ共振器が得られる。なお、ＢＡＷ共振器の製造にあたっては、ウェハレベルで多数のＢＡＷ共振器を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振器に分割すればよい。

以上述べた本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法によれば、ＰＺＴ素片３０の厚み方向の一面に形成したＡｕからなる接合金属層３１と、下部電極２のＡｌからなる下側金属層２２より接合金属層３１との接合性が高いＡｕからなる上側金属層２１とを接合することによってＰＺＴ素片３０を下部電極２に接合するので、圧電材料部３と下部電極２との密着性が向上して圧電材料部３と下部電極２との接合強度を向上できる。特に、接合金属層３１と上側金属層２１の材料がともにＡｕであるから、上側金属層２１と接合金属層３１との熱膨張率が等しくなって密着性がさらに向上し、その結果、圧電材料部３と下部電極２との接合強度をさらに向上できる。

また、下側金属層２２が上側金属層２１よりも低密度な金属であるＡｌにより形成されているので、下部電極２の軽量化を図ることができるから、圧電材料部３が共振し易くなってＱ値の向上が図れる。加えて、Ａｌは金属のなかでも比較的柔らかい金属なので、ＰＺＴ素片３０と下部電極２とを接合する際に下側金属層２２がつぶれ易くなるから、下部電極２とベース基板１との密着性が向上して下部電極２とベース基板１との接合強度を向上でき、その上、ＰＺＴ素片３０にクラックが生じることを抑制できる。さらに、Ａｌは金属のなかでも比較的電気抵抗率が低い金属であり、その電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍ以下であるため、従来のようにゾルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法により圧電材料部を成膜する際に下部電極の材料として用いられるＰｔ（電気抵抗率が１０．６μΩ・ｃｍ）やＴｉ（電気抵抗率が４７．８μΩ・ｃｍ）より電気抵抗率が低く、下部電極２の抵抗値を低下させることができるから、下部電極２の材料としてＰｔおよびＴｉを用いる場合に比べてＱ値を向上できる。

ところで、上述した従来のＢＡＷ共振器の製造方法では、ゾルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法を用いて圧電薄膜を形成する際に、Ｏ_２ガスを流しながらベース基板を６００℃〜７００℃に加熱する工程を経なければならず、この場合、ベース基板のタングステンなどの金属材料からなる高音響インピーダンス層が激しく酸化して、ベース基板の表面形状が荒れてしまうという問題が生じていた。

これに対して、本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法によれば、上述したようにソルゲル法や、スパッタ法、ＣＶＤ法を行う必要がないので、Ｏ_２ガスを流しながらベース基板１を６００℃〜７００℃の高温に加熱する工程を経なくて済むから、ベース基板１の高音響インピーダンス層１３が激しく酸化されて、ベース基板１の表面形状が荒れてしまうことがない。

本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法では、圧電材料部３の基礎となるＰＺＴ素片３０として、図２（ａ）に示すように、ＰＺＴのバルク３００から切り出されたＰＺＴ素片３０を用いているので、ＢＡＷ共振器に採用するＰＺＴ素片３０として、予め作製しておいたバルク３００からＱ値の高いものを選択して使用することが可能となるから、設計上のＱ値が得やすくなり、確実にＱ値の向上が図れる。

ところで、本実施形態では、バルク３００より切り出したＰＺＴ素片３０を圧電材料部３の基礎として用いているが、ＰＺＴ素片３０としては、図２（ｂ）に示すように、例えば、単結晶ＭｇＯ基板からなる単結晶基板４００の主表面側に、ＰＴ薄膜５００と、ＰＴＯやＰＬＴからなるバッファ層６００を介して単結晶成長（例えば、エピタキシャル成長）させたＰＺＴ薄膜４１０であって、単結晶基板４００およびＰＴ薄膜５００およびバッファ層６００を除去したものを用いてもよい。

このような単結晶基板４００を用いる場合は、１００ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚のＰＺＴ薄膜４１０を形成できるから、このようなＰＺＴ薄膜４１０を用いて圧電材料部３を形成することによって、ＢＡＷ共振器を１Ｇ〜１０ＧＨｚ程度の高周波にも対応させることが可能になる。しかも、ＰＺＴ薄膜４１０は単結晶基板４００上に単結晶成長させたものなので、ＰＺＴ薄膜４１０中に多結晶のＰＺＴが含まれてしまうことを低減できて、高いＱ値を有するＰＺＴ薄膜４１０を得ることができるから、Ｑ値を向上できる。

なお、本実施形態のＢＡＷ共振器は、ＳＭＲ型のＢＡＷ共振器であるが、下部電極２の下部に空洞（キャビティ）を設けることで圧電材料部３を自由に振動させるように構成されたベース基板（図示せず）を用いたＦＢＡＲ型（Film Bulk Acoustic Resonator）のＢＡＷ共振器であってもよい。この点は後述する実施形態２においても同様である。

（実施形態２）
本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法は、下部電極２の下側金属層２２がＡｌ層ではなく、ポーラス化されたＡｌ層である点で実施形態１と異なっており、その他の工程は実施形態１と同様であるから説明を省略する。

したがって、本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法によれば、上記実施形態１と同様の効果が得られる上に、下側金属層２２がポーラス化されたＡｌ層であるので、ＰＺＴ素片３０と下部電極２とを接合する際に、下側金属層２２がさらにつぶれ易くなるから、ベース基板１の上記一表面の平滑度が悪くても下部電極２とベース基板１との密着性を向上でき、その結果、下部電極２とベース基板１との接合強度を向上でき、しかもＰＺＴ素片３０と下部電極２とを接合する際にＰＺＴ素片３０にクラックが生じてしまうことをさらに抑制できる。その上、ポーラス化されたＡｌ層は、例えば希ガス雰囲気下でＡｌをベース基板１の上記一表面上に真空蒸着するなどの簡単な手法で形成することができるから、製造が容易になる。

本発明の実施形態１のＢＡＷ共振器の製造方法の説明図である。 同上における圧電材料部の形成方法の説明図である。

符号の説明

１ ベース基板
２ 下部電極
３ 圧電材料部
４ 上部電極
２１ 上側金属層
２２ 下側金属層
３０ ＰＺＴ素片
３１ 接合金属層
３００ バルク
４００ 単結晶基板
４１０ ＰＺＴ薄膜

Claims (6)

1. ベース基板と、前記ベース基板の一表面上に積層された下部電極と、ＰＺＴ素片を用いて形成され前記下部電極に積層された圧電材料部と、前記圧電材料部に積層された上部電極とを備えるＢＡＷ共振器の製造方法であって、前記ＰＺＴ素片の厚み方向の一面に前記下部電極との接合用の接合金属層を形成する接合金属層形成工程と、前記接合金属層形成工程により形成された前記接合金属層と前記ベース基板の前記一表面上に積層された前記下部電極とを接合する接合工程と、前記接合工程の後に前記ＰＺＴ素片の厚み方向の他面側に前記上部電極を形成する上部電極形成工程とを有し、前記下部電極を前記ベース基板の前記一表面上に積層するにあたっては、前記ベース基板の前記一表面上に前記下部電極において下層となる下側金属層を積層した後に前記下側金属層上に前記下部電極において上層となる上側金属層を積層するようにし、前記下側金属層の材料としては前記上側金属層よりも低密度な金属を用い、前記上側金属層の材料としては前記下側金属層よりも前記接合金属層との接合性が高い金属を用いることを特徴とするＢＡＷ共振器の製造方法。
2. 前記下側金属層はポーラス化された金属層であることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振器の製造方法。
3. 前記接合金属層および前記上側金属層の材料としてはＡｕを用い、前記下側金属層の材料としてはＡｌを用いることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振器の製造方法。
4. 前記接合金属層および前記上側金属層の材料としてはＡｕを用い、前記下側金属層はポーラス化されたＡｌ層であることを特徴とする請求項２記載のＢＡＷ共振器の製造方法。
5. 前記ＰＺＴ素片として、ＰＺＴのバルクから切り出されたものを用いることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載のＢＡＷ共振器の製造方法。
6. 前記ＰＺＴ素片として、単結晶基板の一表面側に単結晶成長させたＰＺＴ薄膜であって、前記単結晶基板を除去したものを用いることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載のＢＡＷ共振器の製造方法。

Images