JP4308805B2 - 薄膜圧電共振子 - Google Patents

Description

本発明は、基体の上に、下部電極、圧電膜および上部電極をこの順で形成してなる薄膜圧電共振子に関するものである。

この種の製造方法に従って製造された薄膜圧電共振子として、携帯電話等の電子機器に搭載するフィルタなどに用いられる薄膜圧電素子が特開２００１−２５１１５９号公報に開示されている。この薄膜圧電素子は、シリコン基板（１１）の上に下部電極（１３）、圧電膜（１４）および上部電極（１５）がこの順で形成されて構成されている。この場合、シリコン基板は、薄膜圧電素子の基体であって、その上面にはシリコン酸化膜（１２）が形成され、その下面には、マスク材（１９）の層が形成されている。また、シリコン基板には、共振用空洞（２０）が形成されて、駆動時における下部電極、圧電膜および上部電極の共振が可能に構成されている。

この薄膜圧電素子の製造に際しては、まず、シリコン基板におけるシリコン酸化膜の上に、下部電極を形成するための金属膜を形成した後に、エッチングによって金属膜の下部電極に相当する部位を残してかつ不要部位を取り除いて下部電極を形成する。この際に、一例として、金属膜の上にフォトレジスト層を形成して露光および現像することでマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングを行う。次に、シリコン基板１１上に例えばスパッタ法によって下部電極を覆うようにして圧電膜を形成する。次いで、上部電極を形成するための金属膜を圧電膜の上に形成した後に、エッチングによって金属膜の上部電極に相当する部位を残してかつ不要部位を取り除いて上部電極を形成する。この際には、下部電極の形成時と同様にして、例えばフォトレジスト層を露光および現像して形成したマス
クを用いてエッチングを行う。続いて、シリコン基板の下面に形成されたマスク材（１９）をマスクとしてシリコン基板をエッチングすることによって共振用空洞を形成する。この後、圧電膜および上部電極を覆うようにして有機樹脂材料を塗布して有機樹脂膜（２１）を形成することにより、薄膜圧電素子が完成する。

特開２００１−２５１１５９号公報（第３−４頁）

ところが、従来の薄膜圧電素子の製造方法には、以下の問題点がある。すなわち、従来の製造方法では、圧電膜の上に形成した金属膜をエッチングすることによって上部電極を形成している。したがって、ウェットエッチング法によって上部電極を形成する場合、圧電膜を形成している材料と、上部電極を形成している金属との組み合わせによっては、金属膜の不要部位が除去されてエッチング液が圧電膜の表面に触れた際に、金属膜をエッチングするためのエッチング液によって圧電膜までもがエッチングされる。また、エッチング液によって圧電膜がエッチングされ始める直前にエッチングを完了する場合、除去すべき金属膜が圧電膜の上に部分的に必ず残留する。この場合、圧電膜に対するエッチングや、金属膜の部分的な残留が生じた状態では、薄膜圧電素子の電気的特性がその設計目標
としての所望の特性を満たさないこととなる。したがって、圧電膜をエッチング
することなく不要な金属膜を完全に除去するようにエッチングを行う必要がある。しかし、金属膜のエッチングを完了するまでの時間は、金属膜の厚みの僅かなばらつきや、エッチング液の温度変化などに起因して、エッチングを行う都度変化する。したがって、従来の薄膜圧電素子の製造方法には、圧電膜をエッチングすることなく不要な金属膜を完全に除去して上部電極を形成するのが困難であるという問題点が存在する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子を提供することにある。

本発明に係る薄膜圧電共振子は、基板上に形成された圧電膜と、圧電膜の上下に設けられた少なくとも一対の電極と、基板から遠い側の圧電膜の表面領域のうち、基板から遠い側の電極が設けられていない領域を覆う保護層とを備え、保護層が、基板から遠い側の電極が設けられていない圧電膜表面領域のうち、基板に近い側の電極が設けられている領域に対応する領域にのみ設けられているものである。

本発明に係る薄膜圧電共振子において、保護層は、ＳｉＯ₂によって形成するのが好ましい。また、圧電膜は、ＺｎＯによって形成するのが好ましい。また、電極は、ＡｌまたはＡｕによって形成するのが好ましい。なお、基板から遠い側の電極（上部電極）は、ウェットエッチング法によって電極材料層をエッチングして形成することができる。

本発明の薄膜圧電共振子によれば、基板から遠い側の電極と圧電膜との間に介在すると共に圧電膜の表面全体を覆う保護層を設けるようにしたので、製造プロセス中において、圧電膜の上に形成した金属膜をエッチングして上部電極を形成する際に、圧電膜までもがエッチングされたり、除去すべき金属膜が圧電膜の上に部分的に残留するのを効果的に回避することができる。このため、設計目標としての所望の電気的特性を有する薄膜圧電素子を得ることが容易となる。

また、本発明の薄膜圧電共振子によれば、基板から遠い側の圧電膜の表面領域のうち、基板から遠い側の電極が設けられていない領域を覆う保護層を設けるようにしたので、圧電膜の表面全体を覆うように保護層を設ける場合に比べて、薄膜圧電共振子全体の厚みを薄くすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る薄膜圧電共振子の製造方法および製造装置、その製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子、並びにその薄膜圧電共振子を含めて構成された電子部品の好適な実施の形態について説明する。

最初に、薄膜圧電共振子１の構成について、図面を参照して説明する。

図１，２に示す薄膜圧電共振子１は、本発明に係る薄膜圧電共振子に相当し、基体２、下部電極３，３，３、圧電膜４、保護層５および上部電極６を備えて構成されている。この場合、薄膜圧電共振子１は、３つの単位薄膜圧電共振子Ｕ１〜Ｕ３（以下、区別しないときには「単位薄膜圧電共振子Ｕ」ともいう）を備えて構成されている。ここで、単位薄膜圧電共振子Ｕとは、下部電極３と上部電極６におけるその下部電極３に対向する部位とで挟まれる部分を含んで駆動時に共振子として機能する構成要素をいい、具体的には、下部電極３、上部電極６、両電極３，６で挟まれた部位を含む圧電膜４および保護層５で構成され、この各単位薄膜圧電共振子Ｕもそれぞれ本発明に係る薄膜圧電共振子を構成する。つまり、本発明に係る薄膜圧電共振子は、１つの単位薄膜圧電共振子Ｕを最小単位として構成され、複数の単位薄膜圧電共振子Ｕを備えても構成することもできる。また、薄膜圧電共振子１は、本発明に係る電子部品としてのフィルタとしても機能し、３つの単位薄膜圧電共振子Ｕ１〜Ｕ３が接続されることで、図３に示すように、直列−並列−直列タイプのフィルタとして機能する。なお、図２，５〜２４では、本発明についての理解を容易とするために、各層の厚みを誇張して厚く図示すると共に、各層同士の厚みの比率を実際とは異なる比率で図示している。

基体２は、下部電極３，３，３、圧電膜４、保護層５および上部電極６からなる積層体を支持するための支持基体であって、その厚みが１００μｍ以上３０００μｍ以下の範囲内となるように形成されたシリコン基板（ベアシリコンウエハ）１１と、シリコン基板１１の表裏両面にそれぞれ形成された下部バリア層１２および上部バリア層１３とを備えて構成されている。この場合、この薄膜圧電共振子１では、一例として厚みが２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲内となるように形成されたシリコン基板１１が使用されて、下部バリア層１２および上部バリア層１３が窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）または酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）によって０．０３μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内となるように形成されている。また、基体２には、薄膜圧電共振子１の駆動時における下部電極３、圧電膜４、保護層５および上部電極６の振動が阻害されるのを回避するために振動空間２ａが形成されている。

下部電極３は、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＣｕまたはＴｉなどの金属材料によってその厚みが０．０３μｍ以上１μｍ以下の範囲内となるように形成されている。この場合、この薄膜圧電共振子１では、一例として、クロム（Ｃｒ）の薄膜を接着層３ａとして形成した後に、金（Ａｕ）からなる電極材料層３ｂを形成してエッチングすることで下部電極３が形成される。なお、下部電極３および後述する上部電極６の形成に使用する金属材料としては、駆動時におけるリップルを小さくさせる場合には、そのポアソン比および密度が小さい金属材料（例えばＡｌ）を採用するのが好ましい。また、通過信号の挿入損失を小さくさせる場合には、低抵抗の金属材料（例えばＡｕ）を採用するのが好ましい。圧電膜４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃：Ｐ
ＺＴ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などで形成された圧電性を有する薄膜であり、その厚みが５μｍ以下となるように形成されている。この場合、この薄膜圧電共振子１では、一例として、その結合係数が比較的大きいことで知られている酸化亜鉛（ＺｎＯ）によって圧電膜４が厚み０．８μｍ程度に形成されている。また、薄膜圧電共振子１には、圧電膜４および保護層５を貫通するようにして４つの貫通孔７，７，７，７が形成されて、図３に示すように、下部電極３の表面に対するボンディングワイヤＷ１〜Ｗ４等の接続（ボンディング）が可能に構成されている。

保護層５は、上部電極６の形成時における接着層６ａおよび電極材料層６ｂ（図１６，１７参照）のエッチングに際して圧電膜４を保護するための層であって、この薄膜圧電共振子１では、一例として圧電膜４の上面全体を覆うようにしてその厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内となるように形成されている。この場合、保護層５の形成に適した材料は、上部電極６の形成方法によって異なる。具体的には、上部電極６をウェットエッチングによって形成する場合には、電極材料層６ｂなどをエッチングするためのエッチング液による浸食から圧電膜４を保護し得る（保護可能な）材料が適しており、上部電極６をドライエッチングによって形成する場合には、電極材料層６ｂなどをエッチングするための反応性ガスによる浸食から圧電膜４を保護し得る（保護可能な）材料が適している。なお、この薄膜圧電共振子１では、後述するように、クロムの接着層６ａおよび金の電極材料層６ｂをウェットエッチングによってエッチングすることで上部電極６を形成するため、これらのエッチングに使用するエッチング液による浸食から圧電膜４を保護するために、一例として、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）によって厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内となるように保護層５が形成されている。この場合、保護層５をを形成する材料としては、上記の酸化ケイ素のみならず、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や、窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）などを採用することができる。

上部電極６は、下部電極３と同様にして、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＣｕまたはＴｉなどの金属によってその厚みが０．０３μｍ以上１μｍ以下程度の薄膜状に形成されている。この場合、この薄膜圧電共振子１では、一例として、接着層６ａとして形成したクロム（Ｃｒ）の薄膜の上側に金（Ａｕ）からなる電極材料層６ｂを形成した後に、エッチングすることで上部電極６が形成される。

次に、薄膜圧電共振子１を製造する薄膜圧電共振子製造装置５１の構成について、図面を参照して説明する。

図４に示す薄膜圧電共振子製造装置（以下、「製造装置」ともいう）５１は、薄膜圧電共振子１を製造するための製造装置であって、成膜装置６１、マスク形成装置６２，６５，６８，７０、エッチング装置６３，６６，６９，７１，７２およびスパッタ装置６４，６７を備えて構成されている。成膜装置６１は、シリコン基板１１の表裏両面に化学的気相成長法（ＣＶＤ）によって例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）を付着させることにより、下部バリア層１２および上部バリア層１３を形成する。マスク形成装置６２は、塗布装置６２ａ、露光装置６２ｂおよび現像装置６２ｃを備えて、下部バリア層１２の下面にマスクＭ１（図８参照）を形成する。エッチング装置６３は、例えば反応性イオンエッチングによって下部バリア層１２をエッチングする。スパッタ装置６４は、上部バリア層１３の上面にクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順に積層して接着層３ａおよび電極材料
層３ｂを形成する。マスク形成装置６５は、塗布装置６５ａ、露光装置６５ｂおよび現像装置６５ｃを備えて、電極材料層３ｂの上にマスクＭ２（図１１参照）を形成する。エッチング装置６６は、ウェットエッチング法によって電極材料層３ｂおよび接着層３ａをエッチングすることによって下部電極３を形成する。

スパッタ装置６７は、下部電極３を覆うようにして上部バリア層１３の上に例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を積層することによって圧電膜４を形成する。また、スパッタ装置６７は、圧電膜４の上に例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層することによって保護層５を形成する。さらに、スパッタ装置６７は、保護層５の上にクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順に積層して接着層６ａおよび電極材料層６ｂを形成する。マスク形成装置６８は、塗布装置６８ａ、露光装置６８ｂおよび現像装置６８ｃを備えて、電極材料層６ｂの上にマスクＭ３（図１６参照）を形成する。エッチング装置６９は、ウェットエッチング法によって電極材料層６ｂおよび接着層６ａをエッチングすることによって上部電極６を形成する。マスク形成装置７０は、塗布装置７０ａ、露光装置７０ｂおよび現像装置７０ｃを備えて、上部電極６を覆うようにして保護層５の上にマスクＭ４（図１８参照）を形成する。エッチング装置７１は、例えば酢酸を用いたウェットエッチング法によって保護層５および圧電膜４をエッチングすることによって貫通孔７，７，７，７を形成し、エッチング装置７２は、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウェットエッチング法によってシリコン基板１１をエッチングすることによって振動空間２ａを形成する。

次いで、薄膜圧電共振子１の製造方法について、図面を参照して説明する。

まず、図５に示すように、成膜装置６１が、シリコン基板１１の表裏両面に窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）を付着させることにより、下部バリア層１２および上部バリア層１３を形成する。次に、図６に示すように、マスク形成装置６２の塗布装置６２ａが、例えばポジ型のフォトレジストを塗布することにより、下部バリア層１２の下面にレジスト層Ｒ１を形成する。次いで、図７に示すように、その表面に例えばクロム（Ｃｒ）によってマスクパターン２１ａが描かれたガラスマスク２１をレジスト層Ｒ１に密着させた状態で、露光装置６２ｂが、同図に示す矢印の向きで紫外線を照射してレジスト層Ｒ１に潜像を形成する（露光する）。次に、現像装置６２ｃが、この状態のレジスト層Ｒ１を現像することにより、図８に示すように、下部バリア層１２の下面にマスクＭ１を形成する。続いて、エッ
チング装置６３が、下部バリア層１２をエッチングする。これにより、図９に示すように、下部バリア層１２の中央部（後に振動空間２ａが形成される部位）が除去される。

次に、図１０に示すように、スパッタ装置６４が、上部バリア層１３の上面全体を覆うようにしてクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順に積層することにより、厚み１０ｎｍ程度の接着層３ａと、厚み１００ｎｍ程度の電極材料層３ｂとを形成する。次いで、図１１に示すように、マスク形成装置６５が、電極材料層３ｂの上にフォトレジストを塗布してレジスト層Ｒ２を形成した後に、露光および現像を行うことにより、電極材料層３ｂの上にマスクＭ２を形成する。続いて、エッチング装置６６が、電極材料層３ｂおよび接着層３ａをエッチングする。これにより、図１２に示すように、上部バリア層１３の上に下部電極３が形成される。次に、図１３に示すように、スパッタ装置６７が、上部バリア層１３の上に下部電極３を覆うようにして例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を積層することにより、厚みが０．８μｍ程度の圧電膜４を形成する。

次いで、図１４に示すように、スパッタ装置６７が、圧電膜４の上面全体を覆うようにして例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層することにより、その厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（一例として５０ｎｍ）の保護層５を形成する。この場合、保護層５の厚みを薄くし過ぎたときには、後述するようにエッチング装置６９によって上部電極６が形成される（エッチングされる）際にエッチング液による浸食から圧電膜４を保護するのが困難となる。また、保護層５の厚みを厚くし過ぎたときには、この保護層５の存在によって結合係数が低下する。したがって、保護層５の厚みとしては、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に規定する必要があり、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲に規定するのが好ましい。

次に、図１５に示すように、スパッタ装置６７が、保護層５の上面全体を覆うようにして例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順に積層することにより、厚み１０ｎｍ程度の接着層６ａと、厚み１００ｎｍ程度の電極材料層６ｂとを形成する。次いで、図１６に示すように、マスク形成装置６８が、電極材料層６ｂの上にフォトレジストを塗布してレジスト層Ｒ３を形成した後に露光および現像を行うことにより、電極材料層６ｂの上にマスクＭ３を形成する。続いて、エッチング装置６９が、電極材料層６ｂおよび接着層６ａをエッチングする。この際に、圧電膜４が保護層５によって覆われているため、マスクＭ３から露出している電極材料層６ｂおよび接着層６ａを十分にエッチング可能なだけエッチング液に浸したとしても、エッチング液による圧電膜４の浸食が回避される。したがっ
て、除去すべき電極材料層６ｂおよび接着層６ａが部分的に残留しないように十分にエッチング液に浸すことが容易となる結果、図１７に示すように、エッチング不足に起因する不要な電極材料層６ｂなどの残留を招くことなく必要な上部電極６のみが保護層５の上に形成される。

次いで、図１８に示すように、マスク形成装置７０が、上部電極６を覆うようにして保護層５の上にフォトレジストを塗布してレジスト層Ｒ４を形成した後に、露光および現像を行うことによって保護層５の上にマスクＭ４を形成する。続いて、図１９に示すように、エッチング装置７１が、保護層５および圧電膜４をエッチングして貫通孔７，７，７，７を形成する。次に、エッチング装置７２が、シリコン基板１１の下面に形成した下部バリア層１２をマスクとしてシリコン基板１１をエッチングする。これにより、同図に破線で示す部位が除去されて振動空間２ａが形成され、この結果、図２に示すように、薄膜圧電共振子１が完成する。

このように、この製造装置５１による薄膜圧電共振子１の製造方法によれば、接着層６ａおよび電極材料層６ｂを形成する工程（上部電極６を形成する工程）に先立ち、圧電膜４の上面全体を覆うようにして保護層５を形成することにより、接着層６ａおよび電極材料層６ｂのエッチングに際してエッチング液による浸食から圧電膜４が保護されるため、圧電膜４に対する不要なエッチングを回避しつつ、マスクＭ３によって覆われていない部位の接着層６ａおよび電極材料層６ｂを完全に除去するまで十分にエッチングを行うことができる。したがって、圧電膜４の厚みにばらつきが生じたり圧電膜４上に電極材料層６ｂなどが残留したりする事態を回避することができるため、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子１を確実かつ容易に製造することができる。また、この薄膜圧電共振子１で
フィルタなどの電子部品を構成することにより、所望の電気的特性を満たす電子部品を提供することができる。

また、この製造装置５１による薄膜圧電共振子１の製造方法によれば、ＳｉＯ₂によって保護層５を形成することにより、アルミニウムや金などをエッチングするためのエッチング液による浸食から圧電膜４を確実に保護することができる。

さらに、この製造装置５１による薄膜圧電共振子１の製造方法によれば、結合係数が比較的大きいＺｎＯによって圧電膜４を形成することにより、フィルタ特性における通過帯域幅が広い薄膜圧電共振子１を製造することができる。この場合、この製造方法によれば、保護層５によって圧電膜４が確実に保護されるため、エッチング液に含まれる酢酸、リン酸および硝酸等の酸によって浸食され易いＺｎＯを用いて圧電膜４を形成した場合であっても、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子１を確実かつ容易に製造することができる。

また、この製造装置５１による薄膜圧電共振子１の製造方法によれば、導電性に優れたＡｕを用いて電極材料層６ｂを形成することにより、通過信号の挿入損失が小さい薄膜圧電共振子１を製造することができる。

さらに、この製造装置５１による薄膜圧電共振子１の製造方法によれば、ウェットエッチング法によって電極材料層６ｂおよび接着層６ａをエッチングして上部電極６を形成することにより、比較的簡易な製造設備を用いて薄膜圧電共振子１を確実かつ容易に製造することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、接着層６ａおよび電極材料層６ｂを形成する工程に先立ってスパッタ装置６７を使用して圧電膜４の上面全体を覆うようにして保護層５を形成する製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、図２０に示すように、後の工程で上部電極６を形成しない部位（本明細書では、「非形成部位」という）Ｐ（同図および図２１参照）のみにスパッタ装置６７によって例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層して保護層５を形成する製造方法を採用することができる。この製造方法によれば、図２１に示す薄膜圧電共振子１Ａのように、上部電極６と圧電膜４との間に保護層５が存在しないため、上部バリア層１３、下部電極３、圧電膜４および上部電極６からなる積層体全体としての厚みを十
分に薄く形成することができる。このため、高い共振周波数を有する薄膜圧電共振子１Ａを製造することができる。また、上部電極６と圧電膜４との間に保護層が存在しないため、上部電極６と圧電膜４とを直接接触させることができる結果、結合係数が大きい薄膜圧電共振子１Ａを製造することができる。

また、非形成部位Ｐのみに保護層５を形成する製造方法を採用する場合には、電極材料層６ｂの上に形成するマスクＭ３の端部を保護層５に重ねるように若干大きめに形成した状態でエッチングすることにより、図２２に示す薄膜圧電共振子１Ｂのように、上部電極６の端部を保護層５に重ねるように形成するのが好ましい。この製造方法によれば、圧電膜４上に形成した保護層５と、電極材料層６ｂ上のマスクＭ３とによって、上部電極６の形成部位と非形成部位Ｐとの境目近傍における圧電膜４をエッチング液による浸食から確実に保護することができるため、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子１Ｂを確実に製造することができる。さらに、非形成部位Ｐのみに保護層５を形成する製造方法を採用する場合であっても、本発明は、非形成部位Ｐ全域に保護層５を形成するのを要件としな
い。例えば、図２３に示すように、共振子としての機能に影響を及ぼさない部位には保護層５を形成せずに、下部電極３および上部電極６で挟まれた部位を含む比較的狭い範囲の圧電膜４（所定範囲の圧電膜４）を保護し得る部位に保護層５を形成して薄膜圧電共振子１Ｃを構成することができる。

また、本発明の実施の形態では、スパッタ装置６４がクロム（Ｃｒ）を積層して接着層３ａを形成した後に金（Ａｕ）を積層して電極材料層３ｂを形成することによって下部電極３を形成し、スパッタ装置６７がクロム（Ｃｒ）を積層して接着層６ａを形成した後に金（Ａｕ）を積層して電極材料層６ｂを形成することによって上部電極６を形成する製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２４に示すように、スパッタ装置６４がアルミニウム（Ａｌ）を積層して電極材料層３ｂを形成した後に、エッチング装置６６がこの電極材料層３ｂをエッチングして下部電極３を形成し、スパッタ装置６７が保護層５を覆うようにしてアルミニウム（Ａｌ）を積層して電極材料層６ｂを形成した後に、エッチング装置６９がこの電極材料層６ｂをエッチングして、図２５に示すように、上部バリア層１３の上に下部電極３を形成し、かつ圧電膜４の上に上部電極６を形成することで薄膜圧電共振子１Ｄを製造する製造方法を採用することができる。この製造方法によれば、下部電極３および上部電極６を形成しているアルミニウムが軽量のため、例えば共振周波数が十分に高い薄膜圧電共振子を確実かつ容易に製造することができる。

さらに、本発明の実施の形態では、ウェットエッチング法によって下部電極３および上部電極６を形成するエッチング装置６６，６９を備えた製造装置５１について説明したが、本発明はこれに限定されず、エッチング装置６６，６９に代えて電極材料層３ｂ，６ｂおよび接着層３ａ，６ａを反応性ガスでエッチングする（ドライエッチング法によるエッチング）エッチング装置を使用して下部電極３および上部電極６を形成する構成を採用することができる。この構成を採用した場合、スパッタ装置６４，６７による積層時において、電極材料層６ｂ（または接着層６ａおよび電極材料層６ｂ）をエッチングするための反応性ガスによる浸食から圧電膜４を保護可能な材料によって保護層５を形成する。

また、本発明の実施の形態では、シリコン基板１１、下部バリア層１２および上部バリア層１３からなる基体２の上に下部電極３、圧電膜４、保護層５および上部電極６を形成する製造方法について説明したが、本発明に係る製造方法において使用する基体の構成はこれに限定されない。例えば、図２６に示す薄膜圧電共振子１Ｅのように、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の薄膜３２ａと、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）の薄膜３２ｂとを交互に積層して構成した基体３２（音響多層膜）の上に下部電極３、圧電膜４、保護層５および上部電極６を形成する製造方法を採用することができる。この製造方法によれば、前述した薄膜圧電共振子１，１Ａ〜１Ｄの製造方法において使用した基体２と比較して、単位薄膜圧電共振子Ｕの部分が厚手となっている分だけ基体３２の強度を高めることができるた
め、衝撃等による破損を回避し得る薄膜圧電共振子１Ｅを製造することができる。

さらに、本発明の実施の形態に係る製造方法において使用した各種の材料についてはあくまでも例示であって、本発明はこれらの材料を使用した製造方法に限定されるものではない。また、本発明の実施の形態では、３つの単位薄膜圧電共振子Ｕ１〜Ｕ３を使用して直列−並列−直列タイプのラダーフィルタとして機能する電子部品について説明したが、本発明に係る電子部品の構成はフィルタに限定されず、デュプレクサとしても構成することができる。この場合、単位薄膜圧電共振子Ｕの使用個数、および接続形態については、本発明の実施の形態に例示したものに限定されず、任意に規定することができる。さらに、本発明の実施の形態では、３つの単位薄膜圧電共振子Ｕ１〜Ｕ３を備えて構成した薄膜圧電共振子１を例に挙げて説明したが、本発明に係る薄膜圧電共振子はこれに限定されず、１つの単位薄膜圧電共振子Ｕで薄膜圧電共振子を構成することもできるし、２つまたは４つ以上の複数の単位薄膜圧電共振子Ｕを備えて薄膜圧電共振子を構成することもできる。

以上のように、本実施の形態に係る薄膜圧電共振子の製造方法および製造装置によれば、上部電極を形成する工程に先立ち、圧電膜における少なくとも上部電極の非形成部位を覆うようにして保護層を形成することにより、電極材料層のエッチングに際してエッチング液による浸食から圧電膜が保護されるため、圧電膜に対する不要なエッチングを回避しつつ、マスクによって覆われていない部位の電極材料層を完全に除去するまで十分にエッチングを行うことができる。したがって、圧電膜の厚みにばらつきが生じたり圧電膜上に電極材料層などが残留したりする事態を回避することができるため、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子を確実かつ容易に製造することができる。この場合、上部電極の形成部位に保護層を形成せずに、非形成部位のみに保護層を形成することで、結合係数が大きい薄膜圧電共振子を製造することができる。また、この製造方法を採用することにより、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子を提供することができる。さらに、この薄膜圧電共振子でフィルタなどの電子部品を構成することにより、所望の電気的特性を満たす電子部品を提供することができる。

また、本実施の形態に係る薄膜圧電共振子の製造方法によれば、保護層をＳｉＯ₂によって形成することにより、アルミニウムや金などをエッチングするためのエッチング液による浸食から圧電膜を確実に保護することができる。

さらに、本実施の形態に係る薄膜圧電共振子の製造方法によれば、圧電膜をＺｎＯによって形成することにより、フィルタ特性における通過帯域幅が広い薄膜圧電共振子を製造することができる。この場合、この製造方法によれば、圧電膜が保護層によって確実に保護されるため、エッチング液に含まれる酢酸、リン酸および硝酸等の酸によって浸食され易いＺｎＯを用いて圧電膜を形成した場合であっても、所望の電気的特性を有する薄膜圧電共振子を確実かつ容易に製造することができる。

また、本実施の形態に係る薄膜圧電共振子の製造方法によれば、電極材料層をＡｌによって形成することにより、共振周波数が十分に高い薄膜圧電共振子を製造することができる。また、電極材料層をＡｕによって形成することにより、通過信号の挿入損失が小さい薄膜圧電共振子を製造することができる。

また、本実施の形態に係る薄膜圧電共振子の製造方法および製造装置によれば、ウェットエッチング法によって電極材料層をエッチングして上部電極を形成することにより、比較的簡易な製造設備を用いて薄膜圧電共振子を確実かつ容易に製造することができる。

本発明の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１の平面図である。 薄膜圧電共振子１の層構造を示す図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。 薄膜圧電共振子１の等価回路図である。 薄膜圧電共振子１を製造する薄膜圧電共振子製造装置５１の構成を示すブロック図である。 シリコン基板１１の下面および上面に下部バリア層１２および上部バリア層１３を形成した状態の断面図である。 下部バリア層１２の下面にレジスト層Ｒ１を形成した状態の断面図である。 レジスト層Ｒ１の下面にガラスマスク２１を当接させて露光している状態の断面図である。 レジスト層Ｒ１を現像してマスクＭ１を形成した状態の断面図である。 マスクＭ１を使用して下部バリア層１２をエッチングした状態の断面図である。 上部バリア層１３の上面に接着層３ａおよび電極材料層３ｂを形成した状態の断面図である。 電極材料層３ｂの上面にマスクＭ２を形成した状態の断面図である。 マスクＭ２を使用して接着層３ａおよび電極材料層３ｂをエッチングした（下部電極３を形成した）状態の断面図である。 下部電極３を覆うようにして圧電膜４を形成した状態の断面図である。 圧電膜４の上面に保護層５を形成した状態の断面図である。 保護層５の上面に接着層６ａおよび電極材料層６ｂを形成した状態の断面図である。 電極材料層６ｂの上面にマスクＭ３を形成した状態の断面図である。 マスクＭ３を使用して接着層６ａおよび電極材料層６ｂをエッチング（上部電極６を形成した）した状態の断面図である。 上部電極６を覆うようにしてマスクＭ４を形成した状態の断面図である。 マスクＭ４を使用して保護層５および圧電膜４をエッチングして貫通孔７，７，７，７を形成した状態の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法において圧電膜４の上面における非形成部位Ｐに保護層５を形成した状態の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１Ａの層構造を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１Ｂの層構造を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１Ｃの層構造を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法において電極材料層６ｂの上面にマスクＭ３を形成した状態の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１Ｄの層構造を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る製造方法に従って製造した薄膜圧電共振子１Ｅの層構造を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｅ…薄膜圧電共振子、２，３２…基体、３…下部電極、３ａ…接着層、３ｂ…電極材料層、４…圧電膜、５…保護層、６…上部電極、６ａ…接着層、６ｂ…電極材料層、５１…製造装置、６７…スパッタ装置、６８…マスク形成装置、６９…エッチング装置、Ｍ３…マスク、Ｐ…非形成部位、Ｒ３…レジスト層、Ｕ１〜Ｕ３… 単位薄膜圧電共振子。

Claims (4)

1. 基板上に形成された圧電膜と、
   前記圧電膜の上下に設けられた少なくとも一対の電極と、
   前記基板から遠い側の前記圧電膜の表面領域のうち、前記基板から遠い側の電極が設けられていない領域を覆う保護層と
   を備え、
   前記保護層が、前記基板から遠い側の電極が設けられていない圧電膜表面領域のうち、前記基板に近い側の電極が設けられている領域に対応する領域にのみ設けられている
   ことを特徴とする薄膜圧電共振子。
2. 前記保護層がＳｉＯ₂であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振子。
3. 前記圧電膜がＺｎＯであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振子。
4. 前記電極材料がＡｌまたはＡｕであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振子。

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