JP5270412B2 - バルク弾性波装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、以下で説明する圧電薄膜共振子の製造方法に共通する事項を説明するフローチャートである。
<2−1 圧電薄膜共振子1の構成>
図2は、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜共振子1の構成を示す模式図である。図2は、圧電薄膜共振子1の断面図となっている。
圧電体薄膜116を構成する圧電材料は、特に制限されないが、水晶(SiO2)・ニオブ酸リチウム(LiNbO3)・タンタル酸リチウム(LiTaO3)・四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)・酸化亜鉛(ZnO)・ニオブ酸カリウム(KNbO3)・ランガサイト(La3Ga3SiO14)・窒化ガリウム(GaN)・窒化アルミニウム(AlN)等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。単結晶材料を選択すれば、圧電体薄膜116の電気機械結合係数や機械的品質係数を向上することができるからである。
下部電極膜108及び上部電極膜118を構成する導電材料は、特に制限されないが、機械的損失を減らす観点からは、タングステン(W)・ルテニウム(Ru)・イリジウム(Ir)・モリブデン(Mo)等の音響インピーダンスが高い金属を選択することが望ましく、電気的損失を減らす観点からは、金(Au)等の電気抵抗が低い金属を選択することが望ましい。このため、下部励振電極110及び上部励振電極120の両方又は片方を前者のみで構成し、下部励振電極110及び上部励振電極120への給電経路となる下部配線電極112及び上部配線電極122の両方又は片方を前者と後者とを重ね合わせて構成することが望ましい。これにより、機械的損失及び電気的損失の両方を減らすことができるので、圧電薄膜共振子1の「Q」を向上することができる。なお、下部電極膜108及び上部電極膜118を異なる種類の導電材料で構成してもよい。
パッシベーション膜126を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、窒化シリコン(Si3N4)、酸化シリコン(SiO2)等を選択することが望ましい。
支持基板102を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、シリコン(Si)・ゲルマニウム(Ge)等のIV元素の単体、サファイア(Al2O3)・酸化マグネシウム(MgO)・酸化亜鉛(ZnO)等の単純酸化物、ホウ化ジルコニウム(ZrB2)等のホウ化物、タンタル酸リチウム(LiTaO3)・ニオブ酸リチウム(LiNbO3)・アルミン酸リチウム(LiAlO2)、ガリウム酸リチウム(LiGaO2)・スピネル(MgAl2O4)・アルミン酸タンタル酸ランタンストロンチウムリチウム((LaSr)(AlTa)O3)・ガリウム酸ネオジウム(NdGaO3)等の複合酸化物、シリコンゲルマニウム(SiGe)等のIV-IV族化合物、ガリウム砒素(GaAs)・窒化アルミニウム(AlN)・窒化ガリウム(GaN)・窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)等のIII-IV族化合物等を選択することが望ましい。ただし、圧電薄膜共振子1では、支持基板102と下部電極膜108とが直接接触するので、支持基板102を構成する材料としてシリコンを選択する場合は、絶縁性が高い高抵抗シリコンを採用するか、絶縁膜となる酸化膜を表面に形成することが望ましい。
圧電/電歪薄膜共振子1には、外部からキャビティ106へ至るバイアホール138が形成されている。バイアホール138は、上面の側から穿孔したものであってもよいし、下面の側から穿孔したものであってもよい。もちろん、上面の側からバイアホール138を穿孔する場合は、励振される弾性波への影響が小さいキャビティ領域の端部の近傍にバイアホール138を穿孔することが望ましい。一方、下面の側からバイアホールを穿孔する場合は、深堀が必要であるものの、キャビティ領域の中央部にバイアホールを穿孔することもできる。
圧電薄膜共振子1では、下部配線電極112及び上部配線電極122の間に励振信号が印加されると、当該励振信号に応じた電界が励振部128の圧電体薄膜116に印加され、励振部128の圧電体薄膜116にバルク弾性波が励振される。圧電薄膜共振子1において使用する振動モードは、厚み縦振動モード及び厚みすべり振動モードのいずれであってもよい。
図3〜図12は、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜共振子1の製造方法を説明する模式図である。図3〜図12は、製造の途上の圧電薄膜共振子1の断面図となっている。以下で説明する圧電薄膜共振子1の製造方法においては、圧電体薄膜116以外の膜は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等の周知の膜形成技術により形成することができる。
圧電薄膜共振子1の製造にあたっては、まず、図3に示すように、略平坦な上面及び下面を有する素材基板の上面をエッチングして非貫通孔104が露出する支持基板102を作製する。非貫通孔104の内部は、最終的にキャビティ106となることが予定された予定領域である。
板状構造体150を作製した後に、図7に示すように、圧電体基板148の下面と板状構造体150の上面とを接合し、接合体152を作製する。圧電体基板148及び板状構造体150の接合面はいずれも平坦であるので、接合は容易である。圧電体基板148と板状構造体150との接合は、特に制限されないが、表面活性化接合、接着剤接合、熱圧着接合、陽極接合、共晶結合等により行うことができる。
圧電体基板148と板状構造体150とを接合した後に、図8に示すように、圧電体基板148と板状構造体150とを接合した状態を維持したまま圧電体基板148を除去加工し、単独で自重に耐えることができる板厚(例えば、50μm以上)を有する圧電体基板148を単独で自重に耐えることができない膜厚(例えば、10μm以下)まで薄くする。これにより、支持基板102の上面の全面を覆う圧電材料膜154が形成される。
圧電体基板148を除去加工した後に、図9に示すように、圧電材料膜154の不要部分をドライエッチングで除去して圧電材料膜154をパターニングし、圧電体薄膜116を形成する。
最後に、非貫通孔104の内部の犠牲体140を除去する。犠牲体140は、バイアホール138を穿孔し、犠牲体140の除去剤をバイアホール138から非貫通孔104の内部に導入して除去剤を犠牲体140に作用させることにより除去する。これにより、図2に示す圧電薄膜共振子1が完成する。
第2実施形態は、第1実施形態に係る予定領域が犠牲体140で埋められた支持基板102(図5)に代えて採用することができる予定領域が犠牲体240で埋められた支持基板202に関する。図13は、第2実施形態に係る予定領域が犠牲体240で埋められた支持基板202の作製方法を説明する模式図である。図13は、作製の途上の圧電薄膜共振子の断面図となっている。
第3実施形態は、第1実施形態に係る接合体152(図7)に代えて採用することができる接合体352に関する。図14〜図15は、第3実施形態に係る接合体352の作製方法を説明する模式図である。図14〜図15は、作製の途上の圧電薄膜共振子の断面図となっている。
<5−1 圧電薄膜共振子4の構成>
図16は、本発明の第4実施形態に係る圧電薄膜共振子4の構成を示す模式図である。図16は、圧電薄膜共振子4の断面図となっている。
図17〜図24は、本発明の第4実施形態に係る圧電薄膜共振子4の製造方法を説明する模式図である。図17〜図24は、製造の途上の圧電薄膜共振子4の断面図となっている。以下で説明する圧電薄膜共振子4の製造方法においては、圧電体薄膜416以外の膜は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等の周知の膜形成技術により形成することができる。
圧電薄膜共振子4の製造にあたっては、まず、図17に示すように、略平坦な上面及び下面を有する圧電体基板448の下面に下部電極膜412を形成する。下部電極膜412は、圧電体基板448の下面の全面を覆う導電材料膜を形成し、当該導電材料膜の不要部分をエッチングで除去して当該導電材料膜をパターニングすることにより形成する。
板状構造体449を作製した後に、図21に示すように、板状構造体449の下面と支持基板402の上面とを接合し、接合体452を作製する。板状構造体449と支持基板402との接合は、第1実施形態の場合と同様に行うことができる。
板状構造体449と支持基板402とを接合した後に、図22に示すように、板状構造体449と支持基板402とを接合した状態を維持したまま圧電体基板448を除去加工する。これにより、支持基板102の上面の全面を覆う圧電材料膜454が形成される。圧電体基板448は、第1実施形態の場合と同様に除去加工することができる。このように予定領域を犠牲体440で埋めた後に圧電体基板448を除去加工すれば、犠牲体440が圧電材料膜454の上方及び下方への湾曲を抑制するので、圧電体薄膜416の膜厚が不均一となることを抑制することができる。
圧電体基板448を除去加工した後に、図23に示すように、上部電極膜418を形成する。上部電極膜148は、支持基板102の上面の全面を覆う導電材料膜を形成し、当該導電材料膜の不要部分をエッチングで除去して当該導電材料膜をパターニングすることにより形成する。
最後に、非貫通孔404の内部に形成された犠牲体440を除去する。犠牲体440は、第1実施形態の場合と同様に除去することができる。これにより、図16に示す圧電薄膜共振子4が完成する。
<6−1 圧電薄膜共振子5の構成>
図25は、本発明の第5実施形態に係る圧電薄膜共振子5の構成を示す模式図である。図25は、圧電薄膜共振子5の断面図となっている。
図26〜図34は、本発明の第5実施形態に係る圧電薄膜共振子5の製造方法を説明する模式図である。図26〜図34は、製造の途上の圧電薄膜共振子5の断面図となっている。以下で説明する圧電薄膜共振子5の製造方法においては、圧電体薄膜516以外の膜は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等の周知の膜形成技術により形成することができる。
圧電薄膜共振子5の製造にあたっては、まず、図26に示すように、略平坦な上面及び下面を有する素材基板の下面をエッチングし、下部電極膜508の膜厚と同じ深さの段差562を形成した圧電体基板560を作製する。
板状構造体549を作製した後に、図31に示すように、板状構造体549の下面と支持基板502の上面とを接合し、接合体552を作製する。板状構造体549と支持基板502との接合は、第1実施形態の場合と同様に行うことができる。
板状構造体549と支持基板502とを接合した後に、図32に示すように、板状構造体549と支持基板502とを接合した状態を維持したまま圧電体基板564を除去加工する。これにより、全面を覆う圧電材料膜554が形成される。圧電体基板564は、第1実施形態の場合と同様に除去加工することができる。このように予定領域を犠牲体540で埋めた後に圧電体基板549を除去加工すれば、犠牲体540が圧電材料膜554の上方及び下方への湾曲を抑制するので、圧電体薄膜516の膜厚が不均一となることを抑制することができる。
圧電体基板564を除去加工した後に、図33に示すように、上部励振電極520及び上部配線電極522を形成する。上部励振電極520及び上部配線電極522は、全面を覆う導電材料膜を形成し、当該導電材料膜の不要部分をエッチングで除去して当該導電材料膜をパターニングすることにより形成する。
最後に、非貫通孔504の内部に形成された犠牲体540を除去する。犠牲体540は、第1実施形態の場合と同様に除去することができる。
<7−1 ラム波装置602の構成>
図38及び図39は、第6実施形態のラム波装置602の模式図である。図38は、ラム波装置602の分解斜視図、図39は、ラム波装置602の断面図となっている。
圧電体薄膜606を構成する圧電材料は、特に制限されないが、水晶(SiO2)・ニオブ酸リチウム(LiNbO3)・タンタル酸リチウム(LiTaO3)・四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)・酸化亜鉛(ZnO)・ニオブ酸カリウム(KNbO3)・ランガサイト(La3Ga3SiO14)・窒化アルミニウム(AlN)・窒化ガリウム(GaN)等の単結晶から選択することが望ましい。圧電材料を単結晶から選択すれば、圧電体薄膜606の電気機械結合係数や機械的品質係数を向上することができるからである。
IDT電極608を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム(Al)・モリブデン(Mo)・タングステン(W)・金(Au)・白金(Pt)・銀(Ag)・銅(Cu)・チタン(Ti)・クロム(Cr)・ルテニウム(Ru)・バナジウム(V)・ニオブ(Nb)・タンタル(Ta)・ロジウム(Rh)・イリジウム(Ir)・ジルコニウム(Zr)・ハフニウム(Hf)・パラジウム(Pd)又はこれらを主成分とする合金から選択することが望ましく、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金から選択することが特に望ましい。
支持基板624を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、シリコン(Si)・ゲルマニウム(Ge)等のIV元素の単体、サファイア(Al2O3)・酸化マグネシウム(MgO)・酸化亜鉛(ZnO)等の単純酸化物、ホウ化ジルコニウム(ZrB2)等のホウ化物、タンタル酸リチウム(LiTaO3)・ニオブ酸リチウム(LiNbO3)・アルミン酸リチウム(LiAlO2)、ガリウム酸リチウム(LiGaO2)・スピネル(MgAl2O4)・アルミン酸タンタル酸ランタンストロンチウムリチウム((LaSr)(AlTa)O3)・ガリウム酸ネオジウム(NdGaO3)等の複合酸化物、シリコンゲルマニウム(SiG)等のIV-IV族化合物、ガリウム砒素GaAs)・窒化アルミニウム(AlN)・窒化ガリウム(GaN)・窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)等のIII-IV族化合物等を選択することが望ましい。
支持膜626を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化シリコンを選択することが望ましい。支持膜626は、概ね、キャビティ領域の外側に設けられ、その下面は支持基板624の上面に接し、その上面は圧電体薄膜606の下面に接している。支持膜626は、キャビティ領域において支持基板624から積層体604を離隔させるスペーサの役割を果たしている。
ラム波装置602には、外部からキャビティ680へ至るバイアホール638が形成されている。バイアホール638は、上面の側から穿孔したものであってもよいし、下面の側から穿孔したものであってもよい。もちろん、上面の側からバイアホール638を穿孔する場合は、励振される弾性波への影響が小さいキャビティ領域の端部の近傍にバイアホール638を穿孔することが望ましい。一方、下面の側からバイアホールを穿孔する場合は、深堀が必要であるものの、キャビティ領域の中央部にバイアホールを穿孔することもできる。
図40〜図45は、ラム波装置602の製造方法を説明する模式図である。図40〜図45は、製造の途上の仕掛品の断面図となっている。以下で説明するラム波装置602の製造方法においては、圧電体薄膜606以外の膜は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等の周知の膜形成技術により形成することができる。
ラム波装置602の製造にあたっては、まず、図40に示すように、後述する犠牲体640を構成する材料で構成される犠牲体材料膜642をキャビティ680となることが予定された予定領域と接する圧電体基板632の下面の予定領域と接する範囲に形成し、予定領域を犠牲体材料膜642で隙間なく埋めるとともに、犠牲体材料膜642を圧電体基板632の下面と垂直な方向に予定領域からはみ出させる。犠牲体材料膜642は、全面を覆う膜の不要部部分をエッチングで除去して当該膜をパターニングすることにより形成する。
板状構造体630を作製した後に、図43に示すように、板状構造体630の下面と支持基板624の上面とを接合する。板状構造体630と支持基板624との接合は、特に制限されないが、例えば、表面活性化接合・接着剤接合・熱圧着接合・陽極接合・共晶結合等により行う。
板状構造体630と支持基板624とを接合した後に、図44に示すように、板状構造体630と支持基板624とを接合した状態を維持したまま圧電体基板632を除去加工し、単独で自重に耐えることができる板厚(例えば、50μm以上)を有する圧電体基板632を単独で自重に耐えることができない膜厚(例えば、10μm以下)まで薄くする。これにより、支持基板624の上面の全面を覆う圧電体薄膜606が形成される。
圧電体基板632を除去加工した後に、図45に示すように、圧電体薄膜606の上面にIDT電極608を形成する。IDT電極608の形成は、圧電体薄膜606の上面の全面を覆う導電材料膜を形成し、当該導電材料膜の不要部分をエッチングで除去することにより行う。
最後に、非貫通孔644の内部に形成された犠牲体640を除去する。犠牲体640は、第1実施形態の場合と同様に除去することができる。これにより、図38及び図39に示すラム波装置602が完成する。
IDT電極を圧電体薄膜606の下面に設ける場合は、犠牲体材料膜642及び支持膜626の形成に先立って圧電体基板632の下面にIDT電極を形成すればよい。
<8−1 ラム波装置702の構成>
第7実施形態は、第6実施形態の支持構造体622に代えて支持構造体722で第6実施形態と同様に圧電体薄膜706及びIDT電極708を備える積層体704を支持したラム波装置702に関する。図46は、第7実施形態のラム波装置702の模式図である。図46は、ラム波装置702の断面図となっている。
図47〜図52は、ラム波装置702の製造方法を説明する模式図である。図47〜図52は、製造の途上の仕掛品の断面図となっている。
ラム波装置702の製造にあたっては、まず、図47に示すように、素材基板の上面をエッチングして非貫通孔744が露出する支持基板724を作製する。非貫通孔744の内部は、最終的にキャビティ780となることが予定された予定領域である。
板状構造体730を作製した後に、図50に示すように、圧電体基板732の下面と板状構造体730の上面とを接合する。圧電体基板732と板状構造体730との接合は、第1実施形態の場合と同様に行う。
圧電体基板732と板状構造体730とを接合した後に、図51に示すように、圧電体基板732と板状構造体730とを接合した状態を維持したまま圧電体基板732を除去加工し、圧電体薄膜706を得る。圧電体基板732の除去加工は、第1実施形態の場合と同様に行う。
圧電体基板732を除去加工した後に、図52に示すように、圧電体薄膜706の上面にIDT電極708を形成する。IDT電極708の形成は、第1実施形態の場合と同様に行う。
最後に、非貫通孔744の内部に形成された犠牲体740を除去する。犠牲体740は、第1実施形態の場合と同様に除去することができる。これにより、図46に示すラム波装置702が完成する。
IDT電極を圧電体薄膜706の下面に設ける場合は、圧電体基板732と板状構造体724との接合に先立って圧電体基板732の下面にIDT電極を形成すればよい。
<9−1 圧電薄膜共振子8の構成>
図53及び図54は、本発明の第8実施形態に係る圧電薄膜共振子8の構成を示す模式図である。図53は、圧電薄膜共振子8の斜視図、図54は、圧電薄膜共振子8の断面図となっている。
102,202,302,402,502 支持基板
104,404,504,504 非貫通孔
106,406,506 キャビティ
108,408,508 下部電極膜
116,416,516 圧電体薄膜
118,418,518 上部電極膜
128,428,528 励振部
140,240,340,440,540 犠牲体
142,442,542 犠牲体材料膜
148,348,448,564 圧電体基板
150,349,350,449、549 板状構造体
450 支持膜材料膜
602,702 ラム波装置
608,708 IDT電極
624,724 支持基板
630,730 板状構造体
632,732 圧電体基板
640,740 犠牲体
642,742 犠牲体材料膜
644,744 非貫通孔
650 支持材料膜
652,752 励振部
680,780 キャビティ
8 圧電薄膜共振子
802 支持基板
806 キャビティ
816 圧電体薄膜
818,819 上部電極膜
828 励振部
Claims (1)
- 圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する励振部、圧電体薄膜の少なくとも一方の主面にIDT電極を設けた励振部又は圧電体薄膜の少なくとも一方の主面に主面に平行な方向に分離した電極膜を設けた構造体の電極膜の間にある励振部をキャビティによって支持基板から離隔させたバルク弾性波装置の製造方法であって、
(a) 圧電体基板を含む第1の板状構造体において最終的に前記キャビティとなることが予定された3次元領域である予定領域を犠牲体で埋める工程と、
(b) 前記工程(a)の後に前記第1の板状構造体と前記支持基板を含む第2の板状構造体とを接合する工程と、
(c) 前記第1の板状構造体と前記第2の板状構造体とを接合した状態を維持したまま前記圧電体基板を除去加工し前記圧電体薄膜にする工程と、
(d) 前記圧電体基板を除去加工した後に前記犠牲体を除去する工程と、
を備え、
前記工程(a)は、
(a-1) バルク弾性波装置の製造の途上で前記第1の板状構造体に現れる面であって前記予定領域と接触する面の前記予定領域と接触する範囲に前記犠牲体を構成する材料で構成される犠牲体材料膜を前記予定領域が隙間なく埋まり前記予定領域と接触する面と垂直な方向にはみ出すように形成する工程と、
(a-2) 前記工程(a-1)の後に前記犠牲体材料膜を形成した面に別の膜をさらに形成する工程と、
(a-3) 前記予定領域の外部にはみ出して形成された前記犠牲体材料膜が除去されるまで前記犠牲体材料膜及び前記別の膜を研磨する工程と、
を備えるバルク弾性波装置の製造方法。
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