JP2010010932A - Baw resonance device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Norihiro Yamauchi
規裕 山内
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
Takeo Shirai
健雄 白井
Chomei Matsushima
朝明 松嶋
Yoshiki Hayazaki
嘉城 早崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a BAW resonance device for improving the robustness and mechanical quality coefficient, and to provide a method of manufacturing the BAW resonance device. <P>SOLUTION: At one surface side of a support substrate 1, a plurality of resonators 3, which have a piezoelectric layer 32 between lower and upper electrodes 31, 33, are formed. On the support substrate 1, an opening (cavity) 1a, which exposes a surface at the side of the support substrate 1 in the lower electrode 31 of each resonator 3, is formed. On a surface of a side opposite to a side of the piezoelectric layer 32 in the lower electrode 31, a reinforcement section 5, which is made of a metal material such as Cu or Al, is provided to reinforce the lower electrode 31. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a BAW (Bulk Acoustic Wave) resonance device including a resonator using a longitudinal vibration mode in a thickness direction of a piezoelectric layer, and a manufacturing method thereof.

従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、１ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能なＢＡＷ共振装置として、図４（ｉ）に示すように支持基板１’の一表面側に、下部電極３１’と上部電極３３’との間に圧電層３２’を有する共振子３’が形成され、支持基板１’に、下部電極３１’における圧電層３２’側とは反対側の表面を露出させる開孔部１ａ’が形成されてなるＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、支持基板１’の上記一表面側に共振子３’を複数個形成してフィルタ（ＢＡＷフィルタ）を構成することも記載されている。   Conventionally, as a BAW resonance device applicable to a high frequency filter used in a high frequency band of 1 GHz or more in the field of mobile communication devices such as mobile phones, one surface of a support substrate 1 ′ as shown in FIG. On the side, a resonator 3 ′ having a piezoelectric layer 32 ′ is formed between the lower electrode 31 ′ and the upper electrode 33 ′, and the support substrate 1 ′ is opposite to the piezoelectric layer 32 ′ side of the lower electrode 31 ′. There has been proposed a BAW resonance device in which an opening 1a ′ that exposes the surface of the substrate is formed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 also describes that a filter (BAW filter) is formed by forming a plurality of resonators 3 ′ on the one surface side of the support substrate 1 ′.

以下、図４に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図４（ａ）〜（ｉ）に基づいて簡単に説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the BAW resonator having the configuration shown in FIG. 4 will be briefly described with reference to FIGS.

まず、図４（ａ）に示すＳｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面側の全面に下部電極３１’をスパッタ法などにより形成し（図４（ｂ）参照）、続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して下部電極３１’をパターニングする（図４（ｃ）参照）。   First, the lower electrode 31 ′ is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 ′ made of the Si substrate shown in FIG. 4A by a sputtering method or the like (see FIG. 4B), followed by photolithography. The lower electrode 31 ′ is patterned using the technique and the dry etching technique (see FIG. 4C).

その後、支持基板１’の上記一表面側の全面に圧電層３２’をスパッタ法などにより形成し（図４（ｄ）参照）、その後、支持基板１’の上記一表面側の全面に上部電極３３’をスパッタ法などにより形成し（図４（ｅ）参照）、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極３３’をパターニングする（図４（ｆ）参照）。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極３３’のうち共振子３’とならない部分を途中までエッチングして薄くする（図４（ｇ）参照）。   Thereafter, a piezoelectric layer 32 ′ is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 ′ by sputtering or the like (see FIG. 4D), and then the upper electrode is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 ′. 33 ′ is formed by sputtering or the like (see FIG. 4E), and then the upper electrode 33 ′ is patterned using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 4F). Subsequently, the portion of the upper electrode 33 ′ that does not become the resonator 3 ′ is etched halfway using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 4G).

その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層３２’をパターニングする（図４（ｈ）参照）。   Thereafter, the piezoelectric layer 32 ′ is patterned by using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 4H).

更にその後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して支持基板１’の他表面側から支持基板１’のうち開孔部１ａ’に対応する部分をドライエッチングすることにより開孔部１ａ’を形成する（図４（ｉ）参照）。   Thereafter, a hole portion 1a ′ is formed by dry-etching a portion of the support substrate 1 ′ corresponding to the hole portion 1a ′ from the other surface side of the support substrate 1 ′ using photolithography technology and etching technology. (See FIG. 4 (i)).

上記特許文献１に開示されたＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉなどを採用しているが、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタ、例えば、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに応用する場合、圧電層３２’の圧電材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能な鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＺＴなど）を採用し、圧電層３２’の結晶性を向上させるために支持基板１’の材料としてＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３を採用することが考えられる。
特開２００７−２２１５８８号公報（段落〔００１８〕−〔００２１〕、および図４−図７） In the BAW resonance device disclosed in Patent Document 1, AlN or the like is adopted as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ′, and Si or the like is adopted as the material of the support substrate 1 ′, but it is used in a high frequency band of 2 GHz or more. When applied to a high frequency filter, such as a UWB (Ultra Wide Band) filter, the center frequency of the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 'is higher than that of AlN whose bandwidth is only 4 to 5% of the center frequency. In order to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 32 ′, a lead-based piezoelectric material (for example, PZT, PMN-PZT, etc.) capable of obtaining a bandwidth of about 10% with respect to the substrate is used. It is conceivable to employ MgO or SrTiO 3 as the material.
JP 2007-221588 (paragraphs [0018]-[0021] and FIGS. 4-7)

ところで、図４（ｉ）に示した構成のＢＡＷ共振装置では、共振子３’直下に開孔部１ａ’が形成されているので、脆弱になってしまうという問題があった。また、図４（ｉ）に示した構成のＢＡＷ共振装置などのＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型のＢＡＷ共振装置では、機械的品質係数（Ｑ値）のより一層の向上が望まれていた。   By the way, the BAW resonance device having the configuration shown in FIG. 4 (i) has a problem that the hole portion 1a 'is formed immediately below the resonator 3', so that it becomes fragile. Further, in an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type BAW resonator such as the BAW resonator having the configuration shown in FIG. 4 (i), further improvement in the mechanical quality factor (Q value) has been desired.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、堅牢化および機械的品質係数の向上を図れるＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a BAW resonance apparatus and a method for manufacturing the same, which can improve the robustness and the mechanical quality factor.

請求項１の発明は、支持基板の一表面側に、下部電極と上部電極との間に圧電層を有する共振子が形成され、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置であって、下部電極の前記表面に、下部電極を補強する金属材料からなる補強部が設けられてなることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a resonator having a piezoelectric layer is formed between the lower electrode and the upper electrode on one surface side of the support substrate, and the surface of the lower electrode opposite to the piezoelectric layer side is formed on the support substrate. A BAW resonance device in which an opening for exposing the substrate is formed, wherein a reinforcing portion made of a metal material for reinforcing the lower electrode is provided on the surface of the lower electrode.

この発明によれば、下部電極の前記表面に、下部電極を補強する金属材料からなる補強部が設けられているので、堅牢化を図れ、しかも、下部電極の低抵抗化による機械的品質係数の向上を図れる。   According to the present invention, the reinforcing portion made of a metal material that reinforces the lower electrode is provided on the surface of the lower electrode, so that the robustness can be achieved and the mechanical quality factor of the lower electrode is reduced. Improvements can be made.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強部は、前記共振子において前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極とが積層されている共振領域外に設けられてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the reinforcing portion is provided outside a resonance region in which the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are stacked in the resonator. Features.

この発明によれば、前記共振子の共振周波数に影響を与えることなく堅牢化を図れる。   According to this invention, robustness can be achieved without affecting the resonance frequency of the resonator.

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記補強部は、前記共振子において前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極とが積層されている共振領域内に設けられてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the reinforcing portion is provided in a resonance region where the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are stacked in the resonator. Features.

この発明によれば、前記共振子の共振周波数を調整することが可能となる。   According to the present invention, the resonance frequency of the resonator can be adjusted.

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記補強部は、平面視形状がハニカム状に形成されてなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the reinforcing portion is formed in a honeycomb shape in plan view.

この発明によれば、前記補強部が薄膜状に形成されている場合に比べて堅牢化を図れる。   According to the present invention, it is possible to achieve robustness as compared with the case where the reinforcing portion is formed in a thin film shape.

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成する共振子形成工程と、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程と、開孔部形成工程の後で電気めっき法により下部電極の前記表面に補強部を形成する補強部形成工程とを備えることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is a method of manufacturing a BAW resonance device according to any one of the first to fourth aspects, wherein a resonator is formed on the one surface side of the support substrate. An opening portion forming step of forming an opening portion by etching a portion corresponding to the opening portion of the supporting substrate from the other surface side of the supporting substrate, and an electroplating method after the opening portion forming step. A reinforcing part forming step of forming a reinforcing part on the surface of the electrode.

この発明によれば、開孔部形成工程の後で電気めっき法により下部電極の前記表面に補強部を形成する補強部形成工程を備えているので、堅牢化および機械的品質係数の向上を図れるＢＡＷ共振装置を提供することができる。また、この発明によれば、補強部形成工程では、電気めっき法により下部電極の前記表面に補強部を形成するので、前記補強部をスパッタ法や蒸着法などにより形成する場合に比べて、容易に厚く形成することができるから、低コストで堅牢化を図れる。   According to the present invention, since the reinforcing portion forming step of forming the reinforcing portion on the surface of the lower electrode by the electroplating method is provided after the opening portion forming step, the robustness and the improvement of the mechanical quality factor can be achieved. A BAW resonance device can be provided. Further, according to the present invention, in the reinforcing portion forming step, since the reinforcing portion is formed on the surface of the lower electrode by electroplating, it is easier than when the reinforcing portion is formed by sputtering or vapor deposition. Therefore, it can be made robust at low cost.

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記補強部形成工程では、前記下部電極の前記表面における前記補強部の形成予定領域以外の露出領域をレジスト層により覆ってから、電気めっき法により前記補強部を形成することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, in the reinforcing portion forming step, an exposed region other than a region where the reinforcing portion is to be formed on the surface of the lower electrode is covered with a resist layer, and then an electroplating method is performed. The reinforcing portion is formed by the following.

この発明によれば、前記補強部の厚みを厚くしながらも前記補強部を所望の形状に容易に形成することができる。   According to this invention, the reinforcing part can be easily formed into a desired shape while increasing the thickness of the reinforcing part.

請求項１の発明では、堅牢化および機械的品質係数の向上を図れるという効果がある。   In the invention of claim 1, there is an effect that the robustness and the improvement of the mechanical quality factor can be achieved.

請求項５の発明では、堅牢化および機械的品質係数の向上を図れるＢＡＷ共振装置を提供することができるという効果がある。   In the invention of claim 5, there is an effect that it is possible to provide a BAW resonance device capable of improving the robustness and improving the mechanical quality factor.

本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図１に示すように、支持基板１の一表面側に、下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する複数個の共振子３が形成され、支持基板１に、各共振子３の下部電極３１における支持基板１側の表面を露出させる開孔部（空洞）１ａが形成されている。ここにおいて、支持基板１の開孔部１ａは、当該支持基板１の厚み方向に貫設されている。なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の複数個の共振子３が直列接続されているが、ラダー型フィルタを構成するように接続するようにすれば、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。   As shown in FIG. 1, in the BAW resonator according to this embodiment, a plurality of resonators 3 each having a piezoelectric layer 32 between a lower electrode 31 and an upper electrode 33 are formed on one surface side of a support substrate 1. The support substrate 1 is formed with an opening (cavity) 1a that exposes the surface of the lower electrode 31 of each resonator 3 on the support substrate 1 side. Here, the opening portion 1 a of the support substrate 1 is penetrated in the thickness direction of the support substrate 1. In the BAW resonator of this embodiment, the above-described plurality of resonators 3 are connected in series. However, if they are connected so as to form a ladder filter, they are cut off at a high frequency band of 2 GHz or higher. It can be used as a filter having a steep characteristic and a wide bandwidth, for example, a UWB filter.

本実施形態のＢＡＷ共振装置は、各共振子３が、上述のように、支持基板１の上記一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に形成された圧電層３２と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とを有しており、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側へバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしてある。ここで、支持基板１の開孔部１ａは、支持基板１の厚み方向において下部電極３１から離れるにつれて徐々に開口面積が大きくなる形状に開孔されている。なお、支持基板１の開孔部１ａは、エッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成されている。   In the BAW resonator according to the present embodiment, each resonator 3 is disposed on the opposite side of the lower electrode 31 on the support substrate 1 side of the lower electrode 31 formed on the one surface side of the support substrate 1 as described above. The piezoelectric layer 32 formed and the upper electrode 33 formed on the opposite side of the piezoelectric layer 32 from the lower electrode 31 side have an acoustic impedance ratio between the lower electrode 31 and the medium immediately below the lower electrode 31. By increasing the size, propagation of energy of bulk acoustic waves to the support substrate 1 side is suppressed. Here, the opening portion 1 a of the support substrate 1 is formed in a shape in which the opening area gradually increases as the distance from the lower electrode 31 increases in the thickness direction of the support substrate 1. The opening 1a of the support substrate 1 is formed by wet anisotropic etching using the crystal orientation dependence of the etching rate.

また、本実施形態のＢＡＷフィルタは、支持基板１の上記一表面側に、平面視において各共振子３を取り囲む絶縁層４が形成されている。   Further, in the BAW filter of the present embodiment, the insulating layer 4 surrounding each resonator 3 in plan view is formed on the one surface side of the support substrate 1.

図１に示した例では、下部電極３１同士が電気的に接続された２個１組の共振子３の組を複数組（図示例では、２組）備えており、各組の２個の共振子３では、下部電極３１と圧電層３２とが連続して形成される一方で上部電極３３同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する２個の共振子３の上部電極３３同士が上部電極３３と連続して形成された配線３４を介して電気的に接続されている。ここで、配線３４の一部は、上部電極３３と連続して形成された金属配線により構成されている。また、各共振子３は、下部電極３１と圧電層３２と上部電極３３とが積層されている領域が共振領域を構成している。   In the example shown in FIG. 1, a plurality of sets (two sets in the illustrated example) of two resonators 3 in which the lower electrodes 31 are electrically connected to each other are provided. In the resonator 3, the lower electrode 31 and the piezoelectric layer 32 are continuously formed, and the upper electrode 33 is patterned so as to be insulated from each other. Here, between adjacent pairs, the upper electrodes 33 of two adjacent resonators 3 are electrically connected to each other via a wiring 34 formed continuously with the upper electrode 33. Here, a part of the wiring 34 is constituted by a metal wiring formed continuously with the upper electrode 33. In each resonator 3, a region where the lower electrode 31, the piezoelectric layer 32, and the upper electrode 33 are stacked constitutes a resonance region.

本実施形態のＢＡＷ共振装置は、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しており、支持基板１としては、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板や、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶ＳＴＯ（：ＳｒＴｉＯ３）基板を用いてもよい。 The BAW resonator according to the present embodiment employs PZT as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32. As the support substrate 1, the single crystal MgO substrate whose main surface is the (001) plane, A single crystal STO (: SrTiO 3 ) substrate having a (001) -plane main surface as one surface may be used.

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１および上部電極３３の金属材料としてＰｔを採用しているが、これらの金属材料は特に限定するものではなく、例えば、Ａｌや他の金属材料を採用してもよく、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕの群から選択される少なくとも一種を採用すれば、下部電極３１および上部電極３３それぞれの金属材料が代表的な電極材料であるＡｕの場合に比べて、下部電極３１および上部電極３３それぞれの機械的品質係数を高めることができ、共振子３全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。なお、下部電極３１と上部電極３３とは必ずしも同じ金属材料を採用する必要はなく、下部電極３１の金属材料は、圧電層３２の格子歪を抑制するために圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料を採用することが望ましい。   Further, in the BAW resonance device of the present embodiment, Pt is adopted as the metal material of the lower electrode 31 and the upper electrode 33. However, these metal materials are not particularly limited. For example, Al or other metal materials are used. For example, if at least one selected from the group of Pt, Mo, W, Ir, Cr, Ru is employed, the metal material of each of the lower electrode 31 and the upper electrode 33 is a representative electrode material. As compared with the case of Au, the mechanical quality factor of each of the lower electrode 31 and the upper electrode 33 can be increased, and the mechanical quality factor of the entire resonator 3 can be increased. The lower electrode 31 and the upper electrode 33 are not necessarily made of the same metal material, and the metal material of the lower electrode 31 is a lattice with the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 in order to suppress lattice distortion of the piezoelectric layer 32. It is desirable to use a metal material having a small constant difference.

また、圧電層３２は、ＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここで、図１には図示していないが、下部電極３１と圧電層３２との間に、圧電層３２の配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成することが望ましい。なお、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているが、ＰＺＴに限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどの鉛系圧電材料であればよく、圧電材料がＡｌＮやＺｎＯである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、圧電層３２の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものや、ＡｌＮ、ＺｎＯなどでもよい。 The piezoelectric layer 32 is composed of a piezoelectric thin film made of a PZT thin film. Here, although not shown in FIG. 1, it is desirable to form an SRO layer as a seed layer for controlling the orientation of the piezoelectric layer 32 between the lower electrode 31 and the piezoelectric layer 32. In this embodiment, PZT is adopted as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32. However, the piezoelectric material is not limited to PZT, and may be any lead-based piezoelectric material such as PZT or PMN-PZT to which impurities are added. The electromechanical coupling coefficient can be increased as compared with the case where is AlN or ZnO. The piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 is not limited to a lead-based piezoelectric material. For example, lead-free KNN (K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ), KN (KNbO 3 ), NN (NaNbO 3 ), KNN added with impurities (for example, Li, Nb, Ta, Sb, Cu, etc.), AlN, ZnO, or the like may be used.

また、絶縁層４の材料としては、ＳｉＯ２を採用しているが、ＳｉＯ２に限らず、例えば、Ｓｉ３Ｎ４を採用してもよい。また、絶縁層４は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ＳｉＯ２からなる第１の絶縁膜とＳｉ３Ｎ４膜からなる第２の絶縁膜との積層膜でもよい。 As a material of the insulating layer 4, is adopted to SiO 2, is not limited to SiO 2, for example, it may be adopted Si 3 N 4. The insulating layer 4 is not limited to a single layer structure, and may be a multilayer structure, for example, a laminated film of a first insulating film made of SiO 2 and a second insulating film made of Si 3 N 4 film.

なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、図１における左側の２個の共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電層３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電層３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で適宜設定すればよい。また、図１における右側の２個の共振子３については、共振周波数を調整するための絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２膜、ＡｌＮ膜など）からなる質量付加部３５を積層してあるが、質量付加部３５は、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて適宜設ければよい。 In the BAW resonator of this embodiment, the resonance frequency of the two left-side resonators 3 in FIG. 1 is set to 4 GHz, the thickness of the lower electrode 31 is 100 nm, the thickness of the piezoelectric layer 32 is 300 nm, Although the thickness of the electrode 33 is set to 100 nm, these numerical values are merely examples and are not particularly limited. Moreover, when designing the resonance frequency in the range of 3 GHz to 5 GHz, the thickness of the piezoelectric layer 32 may be set as appropriate in the range of 200 nm to 600 nm. In addition, for the two resonators 3 on the right side in FIG. 1, the mass adding portion 35 made of an insulating film (for example, SiO 2 film, AlN film, etc.) for adjusting the resonance frequency is laminated. The additional unit 35 is not necessarily provided, and may be provided as needed.

ところで、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面に、下部電極３１を補強する金属材料（例えば、Ｃｕ、Ａｌなど）からなる補強部５が設けられている。   By the way, in the BAW resonance device of the present embodiment, the reinforcing portion 5 made of a metal material (for example, Cu, Al, etc.) that reinforces the lower electrode 31 is provided on the surface of the lower electrode 31 opposite to the piezoelectric layer 32 side. It has been.

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面に、下部電極３２を補強する金属材料からなる補強部５が設けられているので、堅牢化を図れ、しかも、下部電極３１の低抵抗化による機械的品質係数の向上を図れる。また、本実施形態では、補強部５の平面視形状（下部電極３１における圧電層３２側とは反対側から見た平面視形状）をハニカム状の形状に形成してある（したがって、支持基板１の上記一表面に直交する断面の形状もハニカム状となっている）ので、補強部５を薄膜状に形成する場合に比べて堅牢化を図れる。なお、補強部５の平面視形状はハニカム状に限らず、例えば、放射状、Ｉ字状、Ｈ字状などでもよい。   Thus, in the BAW resonance device of the present embodiment, the reinforcing portion 5 made of a metal material that reinforces the lower electrode 32 is provided on the surface of the lower electrode 31 on the side opposite to the piezoelectric layer 32 side. In addition, the mechanical quality factor can be improved by lowering the resistance of the lower electrode 31. In the present embodiment, the shape of the reinforcing portion 5 in plan view (the shape of plan view seen from the side opposite to the piezoelectric layer 32 side of the lower electrode 31) is formed in a honeycomb shape (therefore, the support substrate 1). The shape of the cross section perpendicular to the one surface is also in the form of a honeycomb), so that it is possible to make it more robust than when the reinforcing portion 5 is formed in a thin film shape. In addition, the planar view shape of the reinforcement part 5 is not restricted to honeycomb shape, For example, radial shape, I shape, H shape etc. may be sufficient.

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、上述の補強部５が共振子３において下部電極３１と圧電層３２と上部電極３３とが積層されている共振領域外に設けられているので、共振子３の共振周波数に影響を与えることなく堅牢化を図れる。ただし、補強部５は、共振子３の共振領域内に設けられてよく、この場合には、共振子３の共振周波数を調整することが可能となる。   Further, in the BAW resonance device of the present embodiment, the above-described reinforcing portion 5 is provided outside the resonance region where the lower electrode 31, the piezoelectric layer 32, and the upper electrode 33 are stacked in the resonator 3, so that the resonator 3 can be made robust without affecting the resonance frequency. However, the reinforcing portion 5 may be provided in the resonance region of the resonator 3, and in this case, the resonance frequency of the resonator 3 can be adjusted.

以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the BAW resonator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に、下部電極３１の基礎となる第１の金属膜（例えば、Ｐｔ膜）３１ａを例えばスパッタ法やＣＶＤ法やＥＢ蒸着法などにより形成する第１の金属膜形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。   First, a first metal film (for example, Pt film) 31a serving as a base of the lower electrode 31 is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 made of a single crystal MgO substrate, for example, by sputtering, CVD, or EB deposition. The structure shown in FIG. 2A is obtained by performing the first metal film forming step formed by a method or the like.

その後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２の基礎となる圧電薄膜（例えば、ＰＺＴ薄膜など）からなる圧電材料層３２ａをスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。   Thereafter, a piezoelectric material layer 32a made of a piezoelectric thin film (for example, a PZT thin film) serving as the basis of the piezoelectric layer 32 is formed on the entire surface of the support substrate 1 by the sputtering method, the CVD method, the sol-gel method, or the like. By performing the layer formation step, the structure shown in FIG. 2B is obtained.

その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電材料層３２ａを所望の平面形状にパターニングする圧電材料層パターニング工程を行うことで圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成する圧電材料層パターニング工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の金属膜３１ａをパターニングすることにより第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する第１の金属膜パターニング工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, a piezoelectric material layer patterning step for patterning the piezoelectric material layer 32a into a desired planar shape using a photolithography technique and an etching technique is performed to form the piezoelectric layer 32 formed of a part of the piezoelectric material layer 32a. A layer patterning step is performed, and then the first metal film 31a is patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form a first electrode 31 formed of a part of the first metal film 31a. By performing the metal film patterning step, the structure shown in FIG.

その後、支持基板１の上記一表面側に、所定形状の絶縁層４を形成する絶縁層形成工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。ここにおいて、絶縁層形成工程では、支持基板１の上記一表面側に絶縁層４の形成予定領域が開孔されたレジスト層を形成してから、例えばＳｉＯ２からなる絶縁層４をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成し、リフトオフを行うようにしてもよいし、支持基板１の上記一表面側の全面に絶縁層４をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して絶縁層４をパターニングするようにしてもよい。 Then, the structure shown in FIG.2 (d) is obtained by performing the insulating layer formation process which forms the insulating layer 4 of a predetermined shape in the said one surface side of the support substrate 1. FIG. Here, in the insulating layer forming step, after forming a resist layer in which a region where the insulating layer 4 is to be formed is opened on the one surface side of the support substrate 1, the insulating layer 4 made of, for example, SiO 2 is formed by a sputtering method or the like. It may be formed by CVD or the like and lift-off may be performed, or the insulating layer 4 may be formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side by sputtering or CVD, and photolithography technology and etching technology are used. Then, the insulating layer 4 may be patterned.

上述の絶縁層形成工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３の基礎となる第２の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）をスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第２の金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の金属膜をパターニングすることにより第２の金属膜の一部からなる上部電極３３および配線３４の一部を形成する第２の金属膜パターニング工程を行い、更にその後、配線３４を低抵抗化するために支持基板１の上記一表面側の全面に第２の金属膜に比べて厚い金属層を積層して適宜パターニングする金属層パターニング工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。したがって、配線３４は、第２の金属膜の一部と上記金属層の一部とで構成される。なお、第１の金属膜形成工程と圧電材料層形成工程との間に、圧電材料層３２ａの配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成するシード層形成工程を設けることが望ましい。また、本実施形態では、上述の第１の金属膜形成工程から第２の金属膜パターニング工程までの工程により支持基板１の上記一表面側に共振子３を形成する共振子形成工程を構成している。   After the insulating layer forming step, a second metal film (for example, a Pt film) serving as the basis of the upper electrode 33 is formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side by sputtering, EB vapor deposition, CVD, or the like. A second metal film forming step formed by the above step, followed by patterning the second metal film using a photolithography technique and an etching technique, thereby forming an upper electrode 33 made of a part of the second metal film and A second metal film patterning process for forming a part of the wiring 34 is performed, and then, in order to reduce the resistance of the wiring 34, the entire surface on the one surface side of the support substrate 1 is thicker than the second metal film. The structure shown in FIG. 2E is obtained by performing a metal layer patterning process in which metal layers are stacked and appropriately patterned. Accordingly, the wiring 34 is constituted by a part of the second metal film and a part of the metal layer. In addition, it is desirable to provide a seed layer forming step of forming an SRO layer as a seed layer for controlling the orientation of the piezoelectric material layer 32a between the first metal film forming step and the piezoelectric material layer forming step. Further, in the present embodiment, a resonator forming step for forming the resonator 3 on the one surface side of the support substrate 1 by the steps from the first metal film forming step to the second metal film patterning step is configured. ing.

上述の金属層パターニング工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に質量付加部３５を形成する質量付加部形成工程を行うことによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。なお、質量付加部形成工程では、例えば、支持基板１の上記一表面側の全面に質量付加部３５の基礎となる絶縁膜をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して絶縁膜をパターニングすればよい。   After the above-described metal layer patterning step, a mass addition portion forming step for forming the mass addition portion 35 on the entire surface on the one surface side of the support substrate 1 is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. In the mass addition portion forming step, for example, an insulating film serving as a basis of the mass addition portion 35 is formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side by a sputtering method, a CVD method, or the like. The insulating film may be patterned using technology.

上述の質量付加部形成工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層（以下、表面側レジスト層と称する）を形成するとともに支持基板１の他表面側にフォトリソグラフィ技術を利用して開孔部１ａ形成用にパターニングされたレジスト層（以下、裏面側レジスト層と称する）を形成し、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をエッチングすることで開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行い、上記表面側レジスト層および上記裏面側レジスト層を除去するレジスト層除去工程を行うことによって、図２（ｇ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、支持基板１としてＭｇＯ基板を用いているので、開孔部形成工程において支持基板１を燐酸溶液により異方性エッチングすることで開孔部１ａを形成している。   After the mass addition portion forming step, a resist layer (hereinafter referred to as a surface side resist layer) is formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side, and a photolithography technique is used on the other surface side of the support substrate 1. Then, a resist layer (hereinafter referred to as a back side resist layer) patterned for forming the opening 1a is formed, and a portion of the support substrate 1 corresponding to the opening 1a from the other surface side of the support substrate 1 is formed. As shown in FIG. 2 (g), an opening portion forming step of forming an opening portion 1a by etching is performed, and a resist layer removing step of removing the front surface side resist layer and the back surface side resist layer is performed. Get the structure. In the present embodiment, since the MgO substrate is used as the support substrate 1, the opening 1a is formed by anisotropically etching the support substrate 1 with a phosphoric acid solution in the opening forming step.

上述のレジスト層除去工程の後、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面に補強部５を形成する補強部形成工程を行うことによって、図２（ｈ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。ここにおいて、補強部形成工程では、電気めっき法により下部電極３１の上記表面に補強部５を形成するようにしている。より具体的には、下部電極３１の上記表面における補強部５の形成予定領域以外の露出領域および支持基板１の上記一表面側の全面をレジスト層により覆ってから、電気めっき法により補強部５を形成し、その後、レジスト層を除去する。ここにおいて、電気めっき法により補強部５を形成するにあたっては、めっき液として硫酸銅めっき液を用い、支持基板１の上記他表面側に対向配置した銅板からなる陽極（図示せず）と下部電極３１からなる陰極との間に通電して下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面に補強部５を析出させる。なお、補強部５の形成方法は、電気めっき法に限らず、スパッタ法やＣＶＤ法などにより形成して、リフトオフを行うようにしてもよいし、下部電極３１の上記表面側にレジスト層を形成せずにスパッタ法や蒸着法などにより補強部５を形成した後で、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングするようにしてもよい。   After the resist layer removing step described above, a BAW resonance having a structure shown in FIG. 2H is performed by performing a reinforcing portion forming step for forming the reinforcing portion 5 on the surface of the lower electrode 31 opposite to the piezoelectric layer 32 side. Get the device. Here, in the reinforcing portion forming step, the reinforcing portion 5 is formed on the surface of the lower electrode 31 by electroplating. More specifically, the exposed portion other than the region where the reinforcing portion 5 is to be formed on the surface of the lower electrode 31 and the entire surface on the one surface side of the support substrate 1 are covered with a resist layer, and then the reinforcing portion 5 is electroplated. Then, the resist layer is removed. Here, in forming the reinforcing portion 5 by the electroplating method, a copper sulfate plating solution is used as a plating solution, and an anode (not shown) and a lower electrode made of a copper plate disposed opposite to the other surface side of the support substrate 1. The reinforcing part 5 is deposited on the surface of the lower electrode 31 opposite to the piezoelectric layer 32 side by energizing between the cathode made of 31. The method for forming the reinforcing portion 5 is not limited to electroplating, but may be formed by sputtering, CVD, or the like, and lift-off may be performed, or a resist layer is formed on the surface side of the lower electrode 31. Alternatively, after forming the reinforcing portion 5 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, patterning may be performed using a photolithography technique and an etching technique.

上述のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数のＢＡＷ共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振装置に分割するようにしている。   In manufacturing the above-described BAW resonator, a large number of BAW resonators are formed at the wafer level using a wafer as the above-described support substrate 1 and then divided into individual BAW resonators in a dicing process.

以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、開孔部形成工程の後で電気めっき法により下部電極３１の上記表面に補強部５を形成する補強部形成工程を備えているので、堅牢化および機械的品質係数の向上を図れるＢＡＷ共振装置を提供することができる。また、上述の製造方法によれば、補強部形成工程では、電気めっき法により下部電極３１の上記表面に補強部５を形成するので、補強部５をスパッタ法や蒸着法などにより形成する場合に比べて、容易に厚く形成することができるから、低コストで堅牢化を図れる。また、補強部形成工程では、下部電極３１の上記表面における補強部５の形成予定領域以外の露出領域をレジスト層により覆ってから、電気めっき法により補強部５を形成するので、補強部５の厚みを厚くしながらも補強部５を所望の形状に容易に形成することができる。   According to the manufacturing method of the BAW resonator of the present embodiment described above, the reinforcing portion forming step of forming the reinforcing portion 5 on the surface of the lower electrode 31 by the electroplating method is provided after the opening portion forming step. Therefore, it is possible to provide a BAW resonance device that can be ruggedized and improved in mechanical quality factor. Further, according to the above-described manufacturing method, in the reinforcing portion forming step, the reinforcing portion 5 is formed on the surface of the lower electrode 31 by electroplating. Therefore, when the reinforcing portion 5 is formed by sputtering, vapor deposition, or the like. In comparison, it can be easily formed thick, so that it can be made robust at low cost. Further, in the reinforcing portion forming step, the exposed portion other than the region where the reinforcing portion 5 is to be formed on the surface of the lower electrode 31 is covered with a resist layer, and then the reinforcing portion 5 is formed by electroplating. The reinforcing portion 5 can be easily formed into a desired shape while increasing the thickness.

ところで、上述の図１に示したＢＡＷ共振装置は、支持基板１の上記一表面側に複数個の共振子３が形成され、当該複数個の共振子３に対して１つの開孔部１ａが形成されているが、図３に示すように、１個の共振子３に対して１つの開孔部１ａを形成するようにしてもよく、また、支持基板１の開孔部１ａ内で下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の全面に補強部５を形成するようにしてもよい。   By the way, in the BAW resonance device shown in FIG. 1 described above, a plurality of resonators 3 are formed on the one surface side of the support substrate 1, and one opening portion 1 a is provided for the plurality of resonators 3. However, as shown in FIG. 3, one opening portion 1 a may be formed for one resonator 3, and the lower portion in the opening portion 1 a of the support substrate 1 may be formed. The reinforcing portion 5 may be formed on the entire surface of the electrode 31 opposite to the piezoelectric layer 32 side.

実施形態のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は概略下面図である。The BAW resonance apparatus of embodiment is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing, (c) is a schematic bottom view. 同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a BAW resonance apparatus same as the above. 同上のＢＡＷ共振装置の他の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other structural example of a BAW resonance apparatus same as the above. 従来例のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the BAW resonance apparatus of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１ 支持基板
１ａ 開孔部
３ 共振子
４ 絶縁層
５ 補強部
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 1a Opening part 3 Resonator 4 Insulating layer 5 Reinforcement part 31 Lower electrode 32 Piezoelectric layer 33 Upper electrode

Claims (6)

支持基板の一表面側に、下部電極と上部電極との間に圧電層を有する共振子が形成され、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置であって、下部電極の前記表面に、下部電極を補強する金属材料からなる補強部が設けられてなることを特徴とするＢＡＷ共振装置。   A resonator having a piezoelectric layer is formed between the lower electrode and the upper electrode on one surface side of the support substrate, and an opening for exposing the surface of the lower electrode opposite to the piezoelectric layer side is formed on the support substrate. A BAW resonator formed by providing a reinforcing portion made of a metal material for reinforcing the lower electrode on the surface of the lower electrode. 前記補強部は、前記共振子において前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極とが積層されている共振領域外に設けられてなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置。   2. The BAW resonance device according to claim 1, wherein the reinforcing portion is provided outside a resonance region where the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are stacked in the resonator. 前記補強部は、前記共振子において前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極とが積層されている共振領域内に設けられてなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置。   2. The BAW resonance device according to claim 1, wherein the reinforcing portion is provided in a resonance region where the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are laminated in the resonator. 前記補強部は、平面視形状がハニカム状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置。   The BAW resonance device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reinforcing portion is formed in a honeycomb shape in plan view. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成する共振子形成工程と、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程と、開孔部形成工程の後で電気めっき法により下部電極の前記表面に補強部を形成する補強部形成工程とを備えることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a BAW resonance device according to claim 1, wherein a resonator forming step of forming a resonator on the one surface side of the support substrate, and the other surface side of the support substrate are performed. Forming a hole portion by etching a portion of the support substrate corresponding to the hole portion, and a reinforcing portion on the surface of the lower electrode by electroplating after the hole portion forming step. A method of manufacturing a BAW resonance device, comprising: a reinforcing portion forming step for forming a reinforcing member. 前記補強部形成工程では、前記下部電極の前記表面における前記補強部の形成予定領域以外の露出領域をレジスト層により覆ってから、電気めっき法により前記補強部を形成することを特徴とする請求項５記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。   The reinforcing portion is formed by electroplating after covering an exposed region of the surface of the lower electrode other than the region where the reinforcing portion is to be formed with a resist layer in the reinforcing portion forming step. 6. A method for producing a BAW resonance device according to 5.
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