JP2010147872A - Baw resonance device - Google Patents

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Norihiro Yamauchi
規裕 山内
Takeo Shirai
健雄 白井
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
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 capable of preventing the corrosion of piezoelectric layers caused by etchants when forming cavities on support substrates. <P>SOLUTION: In the BAW resonance device, a resonator 3, which includes the piezoelectric layer 32 comprising a PZT thin film is formed between a lower electrode 31 comprising a Pt film and an upper electrode 33 comprising a Pt film at one surface side of the support substrate 1 comprising a single-crystal MgO substrate. The BAW resonance device includes a holding layer 4 that is formed at one surface side of the support substrate 1, is supported by the support substrate 1, and includes an SiO<SB>2</SB>film for surrounding the resonator 3 over the perimeter in a plan view to hold the resonator 3. The cavity 1a, which exposes a surface 31a at the side of the support substrate 1 in the lower electrode 31 of the resonator 3, is formed on the support substrate 1. The BAW resonance device includes a corrosion prevention film 21 comprising an SiO<SB>2</SB>film for preventing the corrosion of the piezoelectric layer 32 by etchants when forming a cavity 1a on the support substrate 1 formed while lying astride the periphery of the surface 31a in the lower electrode 31, and the protective layer 4. <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複数の共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置に関するものである。   The present invention relates to a BAW (Bulk Acoustic Wave) resonance device including a plurality of resonators using a longitudinal vibration mode in a thickness direction of a piezoelectric layer.

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ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型のＢＡＷ共振装置として、図５（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空洞１ａ’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。   FIG. 5 (i) shows an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type BAW resonance device that can be applied 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. Thus, a resonator 3 ′ having a piezoelectric layer 32 ′ between the lower electrode 31 ′ and the upper electrode 33 ′ is formed on one surface side of the support substrate 1 ′. There has been proposed a BAW resonance device in which a cavity 1a ′ that exposes the surface opposite to the piezoelectric layer 32 ′ 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５（ｉ）に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図５（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. 5I will be briefly described with reference to FIGS.

まず、図５（ａ）に示す単結晶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５（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５（ｃ）参照）。   First, a lower electrode 31 ′ is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 ′ made of a single crystal Si substrate shown in FIG. 5A by a sputtering method or the like (see FIG. 5B). The lower electrode 31 ′ is patterned using a photolithography technique and a dry etching technique (see FIG. 5C).

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５（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５（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５（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５（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. 5D), 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. 5E), and then the upper electrode 33 ′ is patterned using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 5F). Subsequently, the portion of the upper electrode 33 ′ that does not become the resonator 3 ′ is etched halfway by using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 5G).

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５（ｈ）参照）。   Thereafter, the piezoelectric layer 32 ′ is patterned by using a photolithography technique and an etching technique (see FIG. 5H).

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’のうち空洞１ａ’に対応する部分をドライエッチングすることにより空洞１ａ’を形成する（図５（ｉ）参照）。   Thereafter, the cavity 1a ′ is formed by dry-etching the portion of the support substrate 1 ′ corresponding to the cavity 1a ′ from the other surface side of the support substrate 1 ′ using photolithography technology and etching technology (FIG. 5). (See (i)).

ところで、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。 By the way, in the BAW resonator disclosed in the above-mentioned 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 a high frequency band of 2 GHz or more. When applied to a high frequency filter used in UWB (Ultra Wide Band) filter, for example, as a piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ', the bandwidth is 4% to 5% of the center frequency compared to AlN. A lead-based piezoelectric material (for example, PZT, PMN-PZT, etc.) capable of obtaining a bandwidth of about 10% with respect to the center frequency is adopted, and the support substrate 1 is used to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 32 ′. It is conceivable to employ MgO or SrTiO 3 as the material of '.

ここで、上記特許文献１に開示されたＢＡＷ共振装置では、支持基板１’として単結晶Ｓｉ基板を用いているので、空洞１ａ’をドライエッチングにより形成する工程を含む上述の製造方法を採用することができるが、単結晶ＭｇＯ基板は単結晶Ｓｉ基板に比べてドライエッチングによるエッチングレートが非常に遅く（例えば、６μｍ／ｈ程度）、上述の製造方法を採用するのが難しい。   Here, in the BAW resonator disclosed in Patent Document 1, since the single crystal Si substrate is used as the support substrate 1 ′, the above-described manufacturing method including the step of forming the cavity 1a ′ by dry etching is employed. However, the single crystal MgO substrate has a very slow etching rate by dry etching (for example, about 6 μm / h) as compared with the single crystal Si substrate, and it is difficult to adopt the above manufacturing method.

そこで、支持基板１’として単結晶ＭｇＯ基板を用いる場合には、空洞１ａ’をウェットエッチングにより形成することが考えられる。   Therefore, when a single crystal MgO substrate is used as the support substrate 1 ', it is conceivable to form the cavity 1a' by wet etching.

また、この種のＢＡＷ共振装置と類似の構造を有する焦電型赤外線検出素子として、例えば、図６に示すように、単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１０１と、支持基板１０１の一表面側に形成されＰｔ膜からなる下部電極１３１、ＰＬＴ（チタン酸鉛）薄膜からなる強誘電体薄膜（焦電薄膜）１３２、ＮｉＣｒ膜からなる上部電極１３３の積層構造を有する赤外線検出部１３０と、支持基板１０１の上記一表面側に形成されて支持基板１０１に支持され平面視において赤外線検出部１３０を全周に亘って取り囲んで赤外線検出部１３０を保持した有機膜（例えば、ポリイミド膜）からなる保持層１４０を備えるとともに、支持基板１０１に、赤外線検出部１３０の下部電極１３１における支持基板１０１側の表面を露出させる空洞１０１ａが形成されてなるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここにおいて、図６に示した焦電型赤外線検出素子の製造にあたっては、単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１０１の上記一表面側に赤外線検出部１３０および保持層１４０を形成してから、保持層１４０に設けたエッチングホールを通してエッチャント（例えば、濃度が１０ｖｏｌ％、液温が８０℃の燐酸）を導入し支持基板１０１における空洞１０１ａの形成予定領域をエッチングすることにより、空洞１０１ａを形成している。   Further, as a pyroelectric infrared detecting element having a structure similar to this type of BAW resonator, for example, as shown in FIG. 6, a supporting substrate 101 made of a single crystal MgO substrate and a surface of the supporting substrate 101 are provided. An infrared detection unit 130 having a laminated structure of a lower electrode 131 formed of a Pt film, a ferroelectric thin film (pyroelectric thin film) 132 formed of a PLT (lead titanate) thin film, and an upper electrode 133 formed of a NiCr film, and a support substrate A holding layer made of an organic film (for example, a polyimide film) formed on the one surface side of 101 and supported by the support substrate 101 so as to surround the infrared detection unit 130 in a plan view and hold the infrared detection unit 130. 140, and a cavity 101a that exposes the surface of the lower electrode 131 of the infrared detector 130 on the side of the support substrate 101 to the support substrate 101. Which is formed comprising has been proposed (e.g., see Patent Document 2). Here, in manufacturing the pyroelectric infrared detection element shown in FIG. 6, after forming the infrared detection unit 130 and the holding layer 140 on the one surface side of the support substrate 101 made of a single crystal MgO substrate, the holding layer is formed. An etchant (for example, phosphoric acid having a concentration of 10 vol% and a liquid temperature of 80 ° C.) is introduced through an etching hole provided in 140 to etch a region where the cavity 101 a is to be formed in the support substrate 101, thereby forming the cavity 101 a. .

上述の図６に示した構成の焦電型赤外線検出素子をＢＡＷ共振装置に応用する場合、強誘電体薄膜１３２をＰＺＴ薄膜により構成するとともに、上部電極１３３をＰｔ膜により構成し、下部電極１３１、強誘電体薄膜１３２、上部電極１３３それぞれの膜厚を適宜変更すればよい。
特開２００８−１０９４１４号公報（段落〔００１８〕−〔００２１〕、および図４−図７） 特開平８−２７１３４１号公報 When the pyroelectric infrared detecting element having the structure shown in FIG. 6 is applied to a BAW resonance device, the ferroelectric thin film 132 is formed of a PZT thin film, the upper electrode 133 is formed of a Pt film, and the lower electrode 131 is formed. The film thicknesses of the ferroelectric thin film 132 and the upper electrode 133 may be appropriately changed.
JP 2008-109414 A (paragraphs [0018]-[0021] and FIG. 4 to FIG. 7) JP-A-8-271341

しかしながら、上記特許文献１に開示された図５（ｉ）の構成のＢＡＷ共振装置において、支持基板１’として単結晶ＭｇＯ基板を用い、空洞１ａ’を形成するためのエッチャントとして上記特許文献２に開示されている燐酸を用いた場合、空洞１ａ’を形成する際に、圧電層３２’がエッチャントにより浸食されてしまうという問題が生じる。   However, in the BAW resonator having the configuration shown in FIG. 5 (i) disclosed in Patent Document 1, a single crystal MgO substrate is used as the support substrate 1 ′, and an etchant for forming the cavity 1a ′ is disclosed in Patent Document 2. When the disclosed phosphoric acid is used, there is a problem that the piezoelectric layer 32 ′ is eroded by the etchant when the cavity 1 a ′ is formed.

また、図６に示した構成において、強誘電体薄膜１３２をＰＺＴ薄膜とし、空洞１０１ａを形成するためのエッチャントとして燐酸を用いた場合、空洞１０１ａを形成する際に、支持基板１０１の上記一表面側における下部電極１３１と保持層１４０との境界の隙間からエッチャントが浸入してＰＺＴ薄膜が浸食され、特性の劣化や信頼性の低下の原因となってしまう恐れがあった。   In the configuration shown in FIG. 6, when the ferroelectric thin film 132 is a PZT thin film and phosphoric acid is used as an etchant for forming the cavity 101a, the one surface of the support substrate 101 is formed when the cavity 101a is formed. The etchant permeates from the gap between the lower electrode 131 and the holding layer 140 on the side, and the PZT thin film is eroded, which may cause deterioration of characteristics and reliability.

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、支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止することが可能なＢＡＷ共振装置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 device capable of preventing erosion of a piezoelectric layer by an etchant when forming a cavity in a support substrate. .

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、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を全周に亘って取り囲んで共振子を保持した保持層を備えるとともに、支持基板に、共振子の下部電極における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置であって、下部電極における前記表面の周部と保持層とに跨って形成され支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止する浸食防止膜を備え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 is formed on the one surface side of the support substrate and supported by the support substrate. A BAW resonance device comprising a holding layer that surrounds the entire circumference of the resonator so as to hold the resonator, and a cavity that exposes the surface of the lower electrode of the resonator on the support substrate side is formed on the support substrate An erosion prevention film is provided across the peripheral portion of the surface of the lower electrode and the holding layer to prevent erosion of the piezoelectric layer by the etchant when forming a cavity in the support substrate.

この発明によれば、下部電極における支持基板側の表面の周部と保持層とに跨って形成され支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止する浸食防止膜を備えているので、空洞を形成する際に用いるエッチャントが支持基板側から圧電層に到達するための浸入経路が長くなり、支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止することが可能である。   According to this invention, the lower electrode includes the erosion preventive film that is formed to straddle the peripheral portion of the surface on the support substrate side and the holding layer and prevents the erosion of the piezoelectric layer by the etchant when forming the cavity in the support substrate. Therefore, the penetration path for the etchant used for forming the cavity to reach the piezoelectric layer from the support substrate side becomes longer, and it is possible to prevent the etching of the piezoelectric layer by the etchant when forming the cavity in the support substrate. It is.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保持層は、絶縁材料により形成された絶縁層であり、前記浸食防止膜は、当該絶縁層と同じ絶縁材料により形成さ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 holding layer is an insulating layer formed of an insulating material, and the erosion preventing film is formed of the same insulating material as the insulating layer. Features.

この発明によれば、前記浸食防止膜の線膨張係数と前記保持層の線膨張係数とが同じになるので、前記エッチャントの液温が室温よりも高い場合でも前記浸食防止膜と前記保持層との線膨張係数差に起因して両者の境界に隙間が生じるのを防止することができ、前記圧電層の浸食をより確実に防止することが可能となる。   According to this invention, since the linear expansion coefficient of the erosion prevention film and the linear expansion coefficient of the holding layer become the same, even when the liquid temperature of the etchant is higher than room temperature, the erosion prevention film and the holding layer It is possible to prevent a gap from being generated at the boundary between the two due to the difference in linear expansion coefficient between them, and it is possible to more reliably prevent erosion of the piezoelectric layer.

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記圧電層の平面パターンと前記下部電極の平面パターンとが同一であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the planar pattern of the piezoelectric layer and the planar pattern of the lower electrode are the same.

この発明によれば、前記圧電層の平面サイズを大きくすることができて堅牢化を図れ、また、製造時に前記圧電層と前記下部電極とを同時にパターニングすることが可能となり、製造コストの低減を図れる。   According to the present invention, the planar size of the piezoelectric layer can be increased to be robust, and the piezoelectric layer and the lower electrode can be simultaneously patterned at the time of manufacturing, thereby reducing the manufacturing cost. I can plan.

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記空洞は、前記支持基板の他表面側から前記支持基板の厚み方向に貫設されてなり、前記保持層は、前記圧電層の材料と同じ材料で前記圧電層と連続一体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 or second aspect of the present invention, the cavity is formed so as to penetrate from the other surface side of the support substrate in the thickness direction of the support substrate, and the holding layer includes the piezoelectric layer. It is characterized in that it is formed of the same material as that of the layer and is integrally formed with the piezoelectric layer.

この発明によれば、前記保持層が、前記圧電層の材料と同じ材料で前記圧電層と連続一体に形成されているので、堅牢化を図れ、また、製造時に前記圧電層をパターニングする工程が不要となるので、製造コストの低減を図れる。   According to the present invention, since the holding layer is formed of the same material as that of the piezoelectric layer and is integrally formed with the piezoelectric layer, it is possible to achieve robustness and to pattern the piezoelectric layer during manufacturing. Since it becomes unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記圧電層の材料は、ＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the material of the piezoelectric layer is a PZT material or a KNN material.

この発明によれば、前記圧電層の材料がＡｌＮ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。   According to this invention, the electromechanical coupling coefficient can be increased as compared with the case where the material of the piezoelectric layer is AlN.

請求項１の発明では、支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止することが可能であるという効果がある。   According to the first aspect of the invention, there is an effect that it is possible to prevent the erosion of the piezoelectric layer by the etchant when forming the cavity in the support substrate.

（実施形態１）
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の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において各共振子３を全周に亘って取り囲んで共振子３を保持した保持層４を備えるとともに、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３１ａを露出させる空洞１ａが形成されている。ここにおいて、支持基板１の空洞１ａは、当該支持基板１の厚み方向に貫設されている。 (Embodiment 1)
In the BAW resonator of this embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of resonators 3 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 includes a holding layer 4 that is formed on the one surface side of the support substrate 1 and is supported by the support substrate 1 so as to surround the resonators 3 and hold the resonators 3 in a plan view. A cavity 1a that exposes the surface 31a on the support substrate 1 side of the lower electrode 31 of each resonator 3 is formed. Here, the cavity 1 a of the support substrate 1 is provided in the thickness direction of the support substrate 1.

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の複数個の共振子３がラダー型フィルタを構成するように接続されており、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。   In the BAW resonator of this embodiment, the plurality of resonators 3 described above are connected so as to form a ladder filter, and have a sharp cutoff characteristic and a wide bandwidth in a high frequency band of 2 GHz or higher. It can be used as a filter, for example, a UWB filter.

各共振子３は、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。要するに、本実施形態の各共振子３は、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側へのバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。   Each resonator 3 includes a lower electrode 31 formed on the one surface side of the support substrate 1, a piezoelectric layer 32 formed on the opposite side of the lower electrode 31 from the support substrate 1 side, and a lower electrode in the piezoelectric layer 32. And an upper electrode 33 formed on the side opposite to the 31 side, and by increasing the acoustic impedance ratio between the lower electrode 31 and the medium immediately below the lower electrode 31, the energy of the bulk acoustic wave toward the support substrate 1 side. The propagation of the signal is suppressed. In short, each resonator 3 of the present embodiment suppresses propagation of energy of bulk acoustic waves to the support substrate 1 side by increasing the acoustic impedance ratio between the lower electrode 31 and the medium immediately below the lower electrode 31. The FBAR is configured.

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、９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金属配線３４を介して電気的に接続されている。また、各組の２個の共振子３に跨って形成された圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が各共振領域を構成している。   In the example shown in FIG. 1, a plurality of sets (9 sets in the illustrated example) of two resonators 3 in which the lower electrodes 31 are electrically connected 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 and separated. Here, between adjacent pairs, the upper electrodes 33 of the two adjacent resonators 3 are electrically connected to each other through a metal wiring 34 formed continuously with the upper electrode 33. Moreover, the area | region which contact | connects both the lower electrode 31 and the upper electrode 33 among the piezoelectric layers 32 formed ranging over the two resonators 3 of each group comprises each resonance area | 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、単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、これに限らず、単結晶ＳＴＯ（：ＳｒＴｉＯ３）基板を用いてもよい。なお、単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ基板としては、例えば、上記一表面である主表面が（００１）面のものを用いればよいが、面方位は特に限定するものではない。 The BAW resonance device of the present embodiment employs PZT as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32, and the support substrate 1 uses a single crystal MgO substrate. However, the present invention is not limited to this, and the single crystal STO (: A SrTiO 3 ) substrate may be used. Note that, as the single crystal MgO substrate or the single crystal STO substrate, for example, a substrate whose main surface is the (001) plane may be used, but the plane orientation is not particularly limited.

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、支持基板１に空洞１ａを形成する際のエッチャントに対してエッチング耐性を有し且つ圧電層３２との格子整合性の良い材料であればよく、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い。   Further, in the BAW resonator of this embodiment, Pt is adopted as the metal material of the lower electrode 31 and the upper electrode 33, but these metal materials are not particularly limited, and the cavity 1a is formed in the support substrate 1. Any material may be used as long as it has etching resistance to the etchant and good lattice matching with the piezoelectric layer 32. For example, Al or another metal material may be used, for example, Pt, Mo, If at least one selected from the group consisting of W, Ir, Cr, and Ru is employed, the lower electrode 31 and the upper electrode 33 can be compared with the case where Au is a representative electrode material. The mechanical quality factor of each 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.

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層を形成してもよい。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ＰＺＴ系材料であればよく、圧電層３２の材料が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の材料は、ＰＺＴ系材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３）や、不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したＫＮＮなどのＫＮＮ系材料や、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ３）などでもよく、ＫＮＮ系材料を用いた場合、圧電層３２の材料が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、しかも、ＰＺＴ系材料を用いる場合に比べて環境負荷を軽減できる。 The piezoelectric layer 32 is composed of a piezoelectric thin film made of a PZT thin film. Here, although not shown in FIG. 1, an SRO layer may be formed 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 layer 32 is not limited to PZT, and may be any PZT-based material such as PZT or PMN-PZT to which impurities are added. Compared with the case where the material is AlN or ZnO, the electromechanical coupling coefficient can be increased. The material of the piezoelectric layer 32 is not limited to a PZT-based material. For example, lead-free KNN (K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ), impurities (eg, Li, Nb, Ta, Sb, Cu, etc.) ), KNN (KNbO 3 ), NN (NaNbO 3 ) or the like may be used. When a KNN material is used, the piezoelectric layer 32 is made of AlN or ZnO. In addition, the electromechanical coupling coefficient can be increased, and the environmental load can be reduced as compared with the case of using a PZT material.

また、保持層４は、絶縁材料からなる絶縁層により構成してあり、当該絶縁層の絶縁材料としては、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、保持層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。 In addition, the holding layer 4 is configured by an insulating layer made of an insulating material, and SiO 2 is adopted as the insulating material of the insulating layer, but is not limited to SiO 2 , for example, Si 3 N 4 is used. It may be adopted. The holding 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、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。   In the BAW resonator of this embodiment, the resonance frequency of the resonator 3 is set to 4 GHz, the thickness of the lower electrode 31 is set to 100 nm, the thickness of the piezoelectric layer 32 is set to 300 nm, and the thickness of the upper electrode 33 is set to 100 nm. However, these numerical values are 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.

ところで、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、下部電極３１における支持基板１側の表面３１ａの周部と保持層４とに跨って形成され支持基板１に空洞１ａを形成する際のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止する浸食防止膜２１を備えている。ここにおいて、本実施形態では、浸食防止膜２１の材料として、空洞１ａを形成する際に用いるエッチャントに対してエッチング耐性を有するＳｉＯ２を採用しており、浸食防止膜２１の材料と保持層４の材料とが同じなので、浸食防止膜２１の線膨張係数が保持層４の線膨張係数と同じ値となっている。 By the way, the BAW resonance device of the present embodiment is formed so as to straddle the peripheral portion of the surface 31a on the support substrate 1 side of the lower electrode 31 and the holding layer 4, and a piezoelectric layer using an etchant when forming the cavity 1a in the support substrate 1. An erosion prevention film 21 for preventing erosion 32 is provided. Here, in the present embodiment, as the material of the erosion preventing film 21, SiO 2 having etching resistance with respect to the etchant used when forming the cavity 1a is adopted, and the material of the erosion preventing film 21 and the holding layer 4 are used. Therefore, the linear expansion coefficient of the erosion preventing film 21 is the same as the linear expansion coefficient of the holding layer 4.

本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法にあたっては、単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側に所定形状の浸食防止膜２１を形成する浸食防止膜形成工程を行ってから、支持基板１の上記一表面側の全面に下部電極３１をスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する下部電極形成工程を行い、続いて、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２をスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電層形成工程を行う。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圧電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下部電極３１をパターニングする下部電極パターニング工程を行う。その後、支持基板１の上記一表面の全面に例えばＳｉＯ２膜からなる保持層４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保持層４をパターニングする保持層形成工程を行い、その後、支持基板１の上記一表面側の全面側に上部電極３３および金属配線３４の基礎となる金属膜（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金属膜をパターニングすることにより上部電極３３および金属配線３４を形成する金属膜パターニング工程を行う。その後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層を形成するとともに支持基板１の他表面側に空洞１ａに対応する部位が開口されたレジスト層を形成するレジスト層形成工程を行い、上記各レジスト層をマスクとして支持基板１の上記他表面側から支持基板１をウェットエッチングすることにより支持基板１に空洞１ａを形成する空洞形成工程を行う。ここで、空洞形成工程において用いるエッチャントについては、支持基板１が単結晶ＭｇＯ基板の場合には、例えば、液温が８０〜９０℃程度の燐酸水溶液を用いればよい。また、支持基板１が単結晶ＳＴＯ基板の場合には、保持層４および浸食防止膜２１の材料をＳｉ３Ｎ４として、空洞形成工程において、エッチャントとして、例えば、液温が室温（例えば、２５℃）で濃度が３ｗｔ％のフッ酸水溶液を用いればよい。 In the method of manufacturing the BAW resonator according to the present embodiment, after performing the erosion prevention film forming step of forming the erosion prevention film 21 having a predetermined shape on the one surface side of the support substrate 1 made of a single crystal MgO substrate, the support substrate 1, a lower electrode forming step of forming the lower electrode 31 on the entire surface on the one surface side by sputtering, EB vapor deposition, CVD, or the like is performed. Subsequently, the piezoelectric layer 32 is formed on the entire surface on the one surface side of the support substrate 1. A piezoelectric layer forming step for forming the film by sputtering, CVD, sol-gel, or the like is performed. Thereafter, a piezoelectric layer patterning process for patterning the piezoelectric layer 32 using a photolithography technique and an etching technique is performed, and then a lower electrode patterning process for patterning the lower electrode 31 using a photolithography technique and an etching technique is performed. . Thereafter, a holding layer 4 made of, for example, a SiO 2 film is formed on the entire surface of the one surface of the support substrate 1 by a sputtering method, a CVD method, or the like, and then the holding layer 4 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. A layer forming step is performed, and then a metal film (for example, a Pt film) serving as a basis for the upper electrode 33 and the metal wiring 34 is formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side by sputtering, EB vapor deposition, or CVD. Then, a metal film patterning step is performed, in which the upper electrode 33 and the metal wiring 34 are formed by patterning the metal film using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a resist layer forming step is performed in which a resist layer is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 and a resist layer in which a portion corresponding to the cavity 1a is opened on the other surface side of the support substrate 1, Using each resist layer as a mask, a cavity forming step is performed in which the support substrate 1 is wet-etched from the other surface side of the support substrate 1 to form a cavity 1a in the support substrate 1. Here, as the etchant used in the cavity forming step, when the support substrate 1 is a single crystal MgO substrate, for example, a phosphoric acid aqueous solution having a liquid temperature of about 80 to 90 ° C. may be used. When the support substrate 1 is a single crystal STO substrate, the material of the holding layer 4 and the erosion prevention film 21 is Si 3 N 4 , and the liquid temperature is, for example, room temperature (for example, 25) as an etchant in the cavity forming step. ) And a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 3 wt% may be used.

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共振装置に分割すればよい。   In manufacturing the BAW resonance device described above, a large number of BAW resonance devices may be formed at the wafer level using a wafer as the support substrate 1 described above, and then divided into individual BAW resonance devices in a dicing process.

以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置によれば、下部電極３１における支持基板１側の表面３１ａの周部と保持層４とに跨って形成され支持基板１に空洞１ａを形成する際のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止する浸食防止膜２１を備えているので、空洞１ａを形成する際に用いるエッチャントが支持基板１側から圧電層３２に到達するための浸入経路が長くなり、支持基板１に空洞１ａを形成する際のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止することが可能となり、特性の劣化や信頼性の低下を防止することができる。   According to the BAW resonance apparatus of the present embodiment described above, the etchant for forming the cavity 1a in the support substrate 1 is formed across the peripheral portion of the surface 31a on the support substrate 1 side of the lower electrode 31 and the holding layer 4. Since the erosion preventive film 21 for preventing the erosion of the piezoelectric layer 32 due to the etching is provided, the infiltration path for the etchant used for forming the cavity 1a to reach the piezoelectric layer 32 from the support substrate 1 side becomes long, and the support substrate It is possible to prevent erosion of the piezoelectric layer 32 due to an etchant when forming the cavity 1a in 1, and it is possible to prevent deterioration of characteristics and reliability.

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、保持層４が、絶縁材料により形成された絶縁層であり、浸食防止膜２１は、当該絶縁層からなる保持層４と同じ絶縁材料により形成されているので、浸食防止膜２１の線膨張係数と保持層４の線膨張係数とが同じになる。しかして、支持基板１に空洞１ａを形成する際に用いるエッチャントの液温が室温よりも高い場合でも浸食防止膜２１と保持層４との線膨張係数差に起因して両者の境界に隙間が生じるのを防止することができ、圧電層３２の浸食をより確実に防止することが可能となる。   In the BAW resonance device of the present embodiment, the holding layer 4 is an insulating layer formed of an insulating material, and the erosion preventing film 21 is formed of the same insulating material as the holding layer 4 made of the insulating layer. Therefore, the linear expansion coefficient of the erosion preventing film 21 and the linear expansion coefficient of the holding layer 4 are the same. Thus, even when the liquid temperature of the etchant used for forming the cavity 1a in the support substrate 1 is higher than room temperature, there is a gap at the boundary between the two due to the difference in the linear expansion coefficient between the erosion prevention film 21 and the holding layer 4. This can be prevented, and the erosion of the piezoelectric layer 32 can be more reliably prevented.

（実施形態２）
本実施形態のＢＡＷ共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図２に示すように、圧電層３２の平面パターンと下部電極３１の平面パターンとが同一である点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 2)
The basic configuration of the BAW resonator of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and only the difference is that the plane pattern of the piezoelectric layer 32 and the plane pattern of the lower electrode 31 are the same as shown in FIG. It is. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、実施形態１に比べて、圧電層３２の平面サイズを大きくすることができて堅牢化を図れ、また、製造時に圧電層３２と下部電極３１とを同時にパターニングすることが可能となり、製造コストの低減を図れる。   Therefore, in the BAW resonance device of the present embodiment, the planar size of the piezoelectric layer 32 can be increased as compared with the first embodiment, and the solidification can be achieved, and the piezoelectric layer 32 and the lower electrode 31 can be connected at the time of manufacture. Patterning can be performed at the same time, and the manufacturing cost can be reduced.

（実施形態３）
本実施形態のＢＡＷ共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図３に示すように、保持層４が圧電層３２の材料と同じ材料で圧電層３２と連続一体に形成されており、保持層４における支持基板１側とは反対側に上部電極３３が圧電層３２に接する領域を規定するためにパターニングされたＳｉＯ２膜からなる絶縁膜６を備えている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 3)
The basic configuration of the BAW resonator of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 3, the holding layer 4 is made of the same material as the piezoelectric layer 32 and is formed integrally with the piezoelectric layer 32. The difference is that an insulating film 6 made of a SiO 2 film patterned to define a region where the upper electrode 33 is in contact with the piezoelectric layer 32 is provided on the side of the holding layer 4 opposite to the support substrate 1 side. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、保持層４が、圧電層３２の材料と同じ材料で圧電層３２と連続一体に形成されているので、実施形態１，２に比べて堅牢化を図れ、また、製造時に圧電層３２をパターニングする工程が不要となるので、実施形態１に比べて製造コストの低減を図れる。   Therefore, in the BAW resonator of the present embodiment, the holding layer 4 is formed of the same material as that of the piezoelectric layer 32 so as to be continuously integrated with the piezoelectric layer 32, so that it is more robust than the first and second embodiments. In addition, since the step of patterning the piezoelectric layer 32 during manufacturing is unnecessary, the manufacturing cost can be reduced as compared with the first embodiment.

ところで、上記各実施形態のＢＡＷ共振装置は、空洞１ａが支持基板１の厚み方向に貫設されているが、図４に示すように、支持基板１の上記一表面側の保持層４に空洞形成用のエッチングホール５が形成され、エッチングホール５を通して上記エッチャントを導入し支持基板１を異方性エッチングすることで支持基板１の上記一表面側に、空洞（図示せず）が形成されたものでもよい。なお、エッチングホール５の数やレイアウトは、共振子３の配置に応じて適宜設定すればよい。   By the way, in the BAW resonator of each of the above embodiments, the cavity 1a is provided in the thickness direction of the support substrate 1, but the cavity is formed in the holding layer 4 on the one surface side of the support substrate 1 as shown in FIG. A forming etching hole 5 is formed, and the etchant is introduced through the etching hole 5 to anisotropically etch the support substrate 1, thereby forming a cavity (not shown) on the one surface side of the support substrate 1. It may be a thing. Note that the number and layout of the etching holes 5 may be appropriately set according to the arrangement of the resonators 3.

また、上記各実施形態の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が形成されているが、共振子３の数は１個でもよい。   In the BAW resonance device of each of the above embodiments, the plurality of resonators 3 are formed on the one surface side of the support substrate 1, but the number of the resonators 3 may be one.

実施形態１のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図である。The BAW resonance apparatus of Embodiment 1 is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a principal part schematic sectional drawing. 実施形態２のＢＡＷ共振装置の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the BAW resonance apparatus of Embodiment 2. 実施形態３のＢＡＷ共振装置の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the BAW resonance apparatus of Embodiment 3. ＢＡＷ共振装置の他の構成例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the other structural example of a BAW resonance apparatus. 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. 他の従来例を示す焦電型赤外線検出素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pyroelectric infrared detection element which shows another prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１ 支持基板
１ａ 空洞
３ 共振子
４ 保持層
２１ 浸食防止膜
３１ 下部電極
３１ａ 表面
３２ 圧電層
３３ 上部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 1a Cavity 3 Resonator 4 Holding layer 21 Erosion prevention film 31 Lower electrode 31a Surface 32 Piezoelectric layer 33 Upper electrode

Claims (5)

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、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を全周に亘って取り囲んで共振子を保持した保持層を備えるとともに、支持基板に、共振子の下部電極における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置であって、下部電極における前記表面の周部と保持層とに跨って形成され支持基板に空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止する浸食防止膜を備え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 the one surface side of the support substrate, and is formed on the one surface side of the support substrate and supported by the support substrate, and the resonator is entirely surrounded in plan view. And a holding layer that holds the resonator so as to surround the substrate, and a cavity that exposes the surface of the lower electrode of the resonator on the side of the support substrate is formed in the support substrate. A BAW resonance device comprising an anti-erosion film formed across the periphery of the surface and the holding layer and preventing erosion of the piezoelectric layer by an etchant when forming a cavity in the support substrate. 前記保持層は、絶縁材料により形成された絶縁層であり、前記浸食防止膜は、当該絶縁層と同じ絶縁材料により形成さ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 holding layer is an insulating layer formed of an insulating material, and the erosion preventing film is formed of the same insulating material as the insulating layer. 前記圧電層の平面パターンと前記下部電極の平面パターンとが同一であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＢＡＷ共振装置。   The BAW resonance device according to claim 1 or 2, wherein the plane pattern of the piezoelectric layer and the plane pattern of the lower electrode are the same. 前記空洞は、前記支持基板の他表面側から前記支持基板の厚み方向に貫設されてなり、前記保持層は、前記圧電層の材料と同じ材料で前記圧電層と連続一体に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＢＡＷ共振装置。   The cavity is formed so as to penetrate from the other surface side of the support substrate in the thickness direction of the support substrate, and the holding layer is formed integrally with the piezoelectric layer with the same material as the piezoelectric layer. The BAW resonance apparatus according to claim 1 or 2, wherein 前記圧電層の材料は、ＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置。   5. The BAW resonance device according to claim 1, wherein the material of the piezoelectric layer is a PZT material or a KNN material. 6.
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