JP6085147B2 - 弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法に関し、例えば圧電膜を挟む下部電極および上部電極を備える弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。
圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば無線機器等のフィルタとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスとして、フィルタおよびデュプレクサがある。圧電薄膜共振器の圧電膜、下部電極および上部電極は、一般的に弾性定数の温度係数が負である。これにより、圧電薄膜共振器の共振周波数は、温度上昇とともに低周波数側にシフトする。このように、弾性波デバイスにおいては、共振周波数、***振周波数および通過帯域等が温度により変化する。
周波数の温度変化を抑制するために、圧電膜、下部電極および上部電極の温度係数とは逆の温度係数を有する酸化シリコン膜等の絶縁膜を温度補償膜として用いる圧電薄膜共振器が知られている（例えば、特許文献１および２）。
温度補償膜を用いた際に、電気機械結合係数が低下することを抑制するため、絶縁膜の上下面に導電膜を設けて短絡させた圧電薄膜共振器や下部電極または上部電極内に温度補償膜を埋め込む圧電薄膜共振器が知られている（特許文献２から４）。
共振領域の周辺部の上部電極が中央部より薄い場合、共振特性が劣化することが知られている（例えば特許文献５の図８）。
特許文献３および４のように、下部電極または上部電極内に温度補償膜を埋め込んだ場合、下部電極または上部電極の共振領域の周辺部が中央部より薄くなる。このため、特許文献５の図８のように、共振特性が劣化する。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振特性の劣化を抑制することを目的とする。
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、下部電極および上部電極の少なくとも一方が第１導電膜と前記第１導電膜上に形成された第２導電膜とを含み、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極と、前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に挟まれ、前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する絶縁膜と、前記絶縁膜および前記第２導電膜の端面に形成され、前記第１導電膜と第２導電膜とを電気的に短絡させる第３導電膜と、を具備し、前記第３導電膜の前記端面の法線方向の膜厚は、前記第１導電膜の前記基板の法線方向の膜厚より小さいことを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、共振特性の劣化を抑制することができる。
上記構成において、前記絶縁膜は、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する対向領域を実質的に含む構成とすることができる。
上記構成において、前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域内の前記下部電極および前記上部電極の前記少なくとも一方の膜厚は一定である構成とすることができる。
上記構成において、前記第３導電膜は前記第１導電膜の材料を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記絶縁膜の前記端面は前記絶縁膜の上面の面積が下面より小さくなるようなテーパ状に形成されている構成とすることができる。
上記構成において、前記絶縁膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。
上記構成において、前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されている構成とすることができる。
上記構成において、前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を具備する構成とすることができる。
本発明は、基板上に圧電膜を形成する工程と、前記基板上に、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極を形成する工程と、を有し、前記下部電極および前記上部電極を形成する工程の少なくとも一方は、第１導電膜を形成する工程と、前記第１導電膜上に、前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第２導電膜を形成する工程と、前記絶縁膜および前記第２導電膜の端面に第３導電膜が形成されるように、前記第２導電膜、前記絶縁膜および前記第１導電膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。
上記構成において、前記第２導電膜、前記絶縁膜および前記第１導電膜をエッチングする工程は、物理的エッチング法を用いる構成とすることができる。
本発明によれば、共振特性の劣化を抑制することができる。
以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
実施例１は、弾性波デバイスに用いられる共振器の例である。図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。
図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、基板１０の平坦主面との間に下部電極１２側にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されるように下部電極１２が設けられている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが高くなるような形状の膨らみである。下部電極１２は導電膜１２ｄと導電膜１２ｆとを含んでいる。導電膜１２ｄは例えばＣｒ（クロム）膜であり、導電膜１２ｆは例えばＲｕ（ルテニウム）膜である。
下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は、楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。また、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域が対向領域５２である。下部電極１２と上部電極１６とは圧電膜１４の少なくとも一部を挟み対向する。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、下部電極１２と上部電極１６とは圧電膜１４の一部を挟み対向してもよい。上部電極１６は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。下層１６ａおよび上層１６ｂは、例えばＲｕ膜である。下層１６ａと上層１６ｂとの間に、絶縁膜２８が設けられている。絶縁膜２８は、主成分を酸化シリコンとする膜である。酸化シリコンは、弾性定数の温度係数が正である。絶縁膜２８および上層１６ｂの端面に導電膜１６ｃが形成されている。
上部電極１６上には周波数調整膜２４として酸化シリコン膜が形成されている。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６、絶縁膜２８および周波数調整膜２４を含む。周波数調整膜２４はパッシベーション膜として機能してもよい。
図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３３が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３３の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３３の先端に孔部３５を有する。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、圧電膜１４には下部電極１２と電気的に接続するための開口部３６が設けられている。開口部３６の底の下部電極１２の引き出し配線上および／または上部電極１６の引き出し配線上には外部接続用のＡｕ等のバンプ用下地膜が設けられていてもよい。
図１（ａ）および図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６と周波数調整膜２４との間に、Ｔｉ（チタン）層からなる質量負荷膜２０が設けられている。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内の全面に形成された質量負荷膜２０を含む。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。
直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの両方の共振周波数の調整は、周波数調整膜２４の膜厚を調整することにより行なう。
図１（ｂ）および図１（ｃ）において、圧電膜１４の開口部３６側の外周が上部電極１６より内側に位置している。これにより、圧電膜１４内の弾性波が共振領域５０の外側に漏れることを抑制できる。また、圧電膜１４の外周の位置は、上部電極１６と一致していてもよいし、上部電極１６より大きくてもよい。
基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。上部電極１６を積層膜とした場合、積層膜の界面に絶縁膜２８を配置して、例えば、上部電極１６の下層１６ａをＲｕ、上層１６ｂをＭｏとしてもよい。圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素としてＳｃ（スカンジウム）を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上するため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。
絶縁膜２８の弾性定数は、圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数を有する。これにより、周波数温度係数を０に近づけることができる。圧電膜１４が窒化アルミニウムの場合、弾性定数の温度係数は負である。よって、絶縁膜２８としては、弾性定数の温度係数が正の材料を用いる。例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が弾性定数の温度係数が正である。酸化シリコン膜または窒化シリコン膜は化学量論的な組成でなくてもよい。また、絶縁膜２８は、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を主成分とし、共振特性の向上または温度特性の改善のため他の元素を含んでもよい。例えば、絶縁膜２８は、酸化シリコン膜を主成分とし、Ｆ（フッ素）、Ｈ（水素）、ＣＨ３、ＣＨ２、Ｃｌ（塩素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｐ（燐）およびＳ（硫黄）のいずれかを含んでもよい。これにより、酸化シリコン膜の弾性定数の温度係数を大きくすることができる。よって、絶縁膜２８の膜厚を小さくできる。このため、絶縁膜２８のパターニング精度が向上する。また、実施例２のように、絶縁膜２８上に圧電膜１４を形成する場合、絶縁膜２８が薄いことにより圧電膜１４の配向性の劣化を抑制できる。
周波数調整膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。質量負荷膜２０としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の単層膜を用いることができる。また、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜２０は、上部電極１６の層間以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。また、周波数調整膜２４の下地として、直列共振器では上層１６ｂの上に、並列共振器では質量負荷膜２０の上に密着層を設けることにより、各々の共振器における周波数調整膜２４の密着強度を等しくさせることができる。
上部電極１６および絶縁膜２８について説明する。図２（ａ）は、共振領域の下部電極および上部電極の断面模式図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域Ａの拡大図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、絶縁膜２８および上層１６ｂの端面に導電膜１６ｃが形成されている。導電膜１６ｃにより、下層１６ａと上層１６ｂとが電気的に短絡されている。
図３（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面模式図である。なお、図１（ａ）から図１（ｃ）の圧電薄膜共振器の製造のためには、犠牲層を用いて空隙を形成する。しかし、以下の説明では下部電極、圧電膜および上部電極の形成方法について説明し、その他の説明を省略する。
図３（ａ）に示すように、基板１０上に下部電極１２として導電膜１２ｄおよび導電膜１２ｆを形成する。下部電極１２は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、下部電極１２を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。
Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、下部電極１２を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。
図３（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４を形成する。図３（ｃ）に示すように、圧電膜１４上に下層１６ａを形成する。図３（ｄ）に示すように、下層１６ａ上に絶縁膜２８を形成する。図３（ｅ）に示すように、絶縁膜２８上に上層１６ｂを形成する。圧電膜１４、下層１６ａ、絶縁膜２８および上層１６ｂは、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。
図４（ａ）に示すように、上層１６ｂ上にフォトレジスト６０を形成する。フォトレジスト６０は、上部電極１６のパターンを有している。図４（ｂ）に示すように、上層１６ｂ、絶縁膜２８および下層１６ａを物理的エッチング法を用いエッチングする。この手法を用いることにより、エッチングされる材料が異なっていても、フォトレジスト６０のパターンに従った加工が可能となる。例えば、スパッタエッチング法またはイオンミリング法のように、Ａｒ（アルゴン）イオン６２等を照射することにより、上層１６ｂ、絶縁膜２８および下層１６ａをエッチングする。物理的エッチングにおいては、エッチングされた被エッチング材の材料６４が、露出した被エッチング材の側面に付着する。下層１６ａをエッチングする際は、下層１６ａを構成する材料を含む材料６４が上層１６ｂおよび絶縁膜２８の端面に付着する。
図４（ｃ）に示すように、上層１６ｂ、絶縁膜２８および下層１６ａのエッチングが完了後、フォトレジスト６０を除去する。材料６４により上層１６ｂおよび絶縁膜２８の端面に下層１６ａの材料を含む導電膜１６ｃが形成される。上層１６ｂ、下層１６ａおよび導電膜１６ｃにより、上部電極１６が形成される。図４（ｄ）に示すように、フォトレジスト（不図示）または上部電極１６をエッチング用マスクとして、圧電膜１４をエッチングする。圧電膜１４のエッチングには、ウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。圧電膜１４がＡｌＮの場合、圧電膜１４のエッチングは、例えば燐酸を含む溶液を用いる。これにより、下部電極１２と上部電極１６とが重なる共振領域５０が形成される。
図１（ａ）から図１（ｃ）および図４（ｄ）のように、上部電極１６の引き出し配線側（図において左側）においては、下部電極１２の外周により共振領域５０が規定される。下部電極１２の引き出し配線側（図において右側）においては、上部電極１６の外周（または絶縁膜２８の外周）により共振領域５０の外周が規定される。圧電膜１４の外周が上部電極１６の外周より距離Ｌ１内側に形成される（図２（ｂ）参照）ため、上視した際に、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する対向領域５２は、絶縁膜２８に含まれる。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した実施例１に係る共振器を作製した。比較のため絶縁膜２８を形成しない比較例１に係る共振器を作製した。比較例１は、絶縁膜２８を形成しない以外は実施例１と同じ構成である。
実施例１における各層の材料および膜厚を以下に示す。
周波数調整膜２４ ： 酸化シリコン 約４０ｎｍ
上部電極の上層１６ｂ： Ｒｕ 約２００ｎｍ
絶縁膜２８ ： 酸化シリコン 約８０ｎｍ
上部電極の下層１６ａ： Ｒｕ 約３０ｎｍ
圧電膜１４ ： ＡｌＮ 約１．１６μｍ
下部電極の導電膜１２ｆ： Ｒｕ 約１４０ｎｍ
下部電極の導電膜１２ｄ： Ｃｒ 約８０ｎｍ
上部電極１６と下部電極１２が対向する共振領域５０の形状は楕円形であり、長軸は約１７５μｍ、短軸は約１１０μｍである。
実施例１における各層の材料および膜厚を以下に示す。
周波数調整膜２４ ： 酸化シリコン 約４０ｎｍ
上部電極の上層１６ｂ： Ｒｕ 約２００ｎｍ
絶縁膜２８ ： 酸化シリコン 約８０ｎｍ
上部電極の下層１６ａ： Ｒｕ 約３０ｎｍ
圧電膜１４ ： ＡｌＮ 約１．１６μｍ
下部電極の導電膜１２ｆ： Ｒｕ 約１４０ｎｍ
下部電極の導電膜１２ｄ： Ｃｒ 約８０ｎｍ
上部電極１６と下部電極１２が対向する共振領域５０の形状は楕円形であり、長軸は約１７５μｍ、短軸は約１１０μｍである。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る共振周波数および***振周波数の温度依存性を示す図である。共振周波数ｆｒは共振器の反射特性Ｓ１１を測定することにより求めた。***振周波数ｆａは共振器の通過特性Ｓ２１を測定することにより求めた。図５（ａ）および図５（ｂ）は、共振器のＳ１１およびＳ２１を−３５℃から８５℃まで２０℃間隔で測定した結果である。図５（ａ）および図５（ｂ）より、比較例１および実施例１の共振周波数および***振周波数の温度係数は以下のようになる。
比較例１
共振周波数の温度係数 −２７．３ｐｐｍ／℃
***振周波数の温度係数 −３２．１ｐｐｍ／℃
実施例１
共振周波数の温度係数 −８．７ｐｐｍ／℃
***振周波数の温度係数 −８．５ｐｐｍ／℃
比較例１
共振周波数の温度係数 −２７．３ｐｐｍ／℃
***振周波数の温度係数 −３２．１ｐｐｍ／℃
実施例１
共振周波数の温度係数 −８．７ｐｐｍ／℃
***振周波数の温度係数 −８．５ｐｐｍ／℃
実施例１においては比較例１に対し、温度係数が２０ｐｐｍ／℃程度改善している。以上のように、実施例１において、周波数の温度係数が小さくなるのは、圧電膜１４と絶縁膜２８の弾性係数の温度係数が逆符号であるためである。このように、下層１６ａと上層１６ｂとの間に絶縁膜２８を挟むことにより共振周波数および***振周波数の温度依存性を抑制できる。
実施例１によれば、絶縁膜２８が圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する。これにより、図５（ａ）および図５（ｂ）のように、周波数の温度依存性を抑制できる。また、絶縁膜２８が下層１６ａ（第１導電膜）と上層１６ｂ（第２導電膜）との間に形成され、導電膜１６ｃが下層１６ａと上層１６ｂとを互いに電気的に短絡させる。これにより、電気的には絶縁膜２８の容量が寄与しない。よって、実効的電気機械結合係数を大きくできる。また、導電膜１６ｃが下層１６ａと上層１６ｂとを短絡させるため、特許文献３および４のように、上部電極１の共振領域５０の周辺部が中央部より薄くなることがない。よって、特許文献５の図８のような共振特性の劣化を抑制することができる。
また、導電膜１６ｃの絶縁膜２８および上層１６ｂの端面の法線方向の膜厚は、下層１６ａの基板１０の法線方向の膜厚より小さい。これにより、共振特性が劣化することをより抑制できる。
図１（ａ）から図１（ｃ）のように、導電膜１６ｃの膜厚または距離Ｌ１を誤差とすれば、上視したときに絶縁膜２８は対向領域５２を実質的に含む。すなわち、絶縁膜２８の面積は対向領域５２と等しいか対向領域５２より大きい。このように、対向領域５２外において、下層１６ａと上層１６ｂとが電気的に接続されている。これにより、共振特性の劣化をより抑制できる。さらに、共振領域５０内において、上部電極１６の絶縁膜２８を含む膜厚は、連続的に変化する。特許文献３および４のように、上部電極１６の厚さが不連続に変化していない。これにより、共振特性が劣化することをより抑制できる。
さらに、図４（ｂ）のように、絶縁膜２８および上層１６ｂの端面に導電膜１６ｃが形成されるように、上層１６ｂ、絶縁膜２８および下層１６ａをエッチングする。これにより、下層１６ａと上層１６ｂとの電気的短絡を行なうための製造工程を簡略化できる。さらに、導電膜１６ｃの膜厚を下層１６ａより薄くできる。これにより、共振特性が劣化することをより抑制できる。
実施例２は、絶縁膜が下部電極内に形成された例である。図６（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図６（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。
図６（ｂ）および図６（ｃ）を参照し、下部電極１２は、下層１２ａ（第１導電膜）、上層１２ｂ（第２導電膜）および導電膜１２ｃ（第３導電膜）を有している。基板１０上に空隙３０を介し下層１２ａが形成されている。下層１２ａは、導電膜１２ｄと、導電膜１２ｄ上に形成された導電膜１２ｇと、を有する。導電膜１２ｄは、例えばＣｒ膜である。下層１２ａ上に絶縁膜２８が形成されている。絶縁膜２８上に上層１２ｂが形成されている。導電膜１２ｇおよび上層１２ｂは、例えばＲｕ膜である。絶縁膜２８は、例えば酸化シリコン膜である。上部電極１６は、Ｒｕ膜である。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであり、説明を省略する。
下部電極１２および絶縁膜２８について説明する。図７（ａ）は、共振領域の下部電極および上部電極の断面模式図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の領域Ａの拡大図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、絶縁膜２８および上層１２ｂの端面に導電膜１２ｃが形成されている。導電膜１２ｃは、下層１２ａと上層１２ｂとを電気的に短絡する。
図８（ａ）から図９（ｄ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面模式図である。なお、図６（ａ）から図６（ｃ）の圧電薄膜共振器の製造のためには、犠牲層を用いて空隙を形成する。しかし、以下の説明では下部電極、圧電膜および上部電極の形成方法について説明し、その他の説明を省略する。
図８（ａ）に示すように、基板１０上に導電膜１２ｄおよび導電膜１２ｇを形成する。下層１２ａは導電膜１２ｄおよび導電膜１２ｇを含む。導電膜１２ｄおよび１２ｇは、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。図８（ｂ）に示すように、下層１２ａ上に絶縁膜２８を形成する。図８（ｃ）に示すように、絶縁膜２８上に上層１２ｂを形成する。絶縁膜２８および上層１２ｂは、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。
図８（ｄ）に示すように、上層１２ｂ上にフォトレジスト６０を形成する。フォトレジスト６０は、下部電極１２のパターンを有している。図８（ｅ）に示すように、上層１２ｂ、絶縁膜２８および下層１２ａを物理的エッチング法を用いエッチングする。この手法を用いることにより、エッチングされる材料が異なっていても、フォトレジスト６０のパターンに従った加工が可能となる。実施例１の図４（ｂ）と同様に、下層１２ａをエッチングする際は、下層１２ａを構成する材料を含む材料６４が上層１２ｂおよび絶縁膜２８の端面に付着する。
図９（ａ）に示すように、上層１２ｂ、絶縁膜２８および下層１６ａのエッチングが完了後、フォトレジスト６０を除去する。材料６４により上層１２ｂおよび絶縁膜２８の端面に下層１２ａの材料を含む導電膜１２ｃが形成される。上層１２ｂ、下層１２ａおよび導電膜１２ｃにより、下部電極１２が形成される。図９（ｂ）に示すように、基板１０および下部電極１２上に圧電膜１４を形成する。圧電膜１４は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。
図９（ｃ）に示すように、圧電膜１４上に上部電極１６を形成する。上部電極１６は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。図９（ｄ）に示すように、フォトレジスト（不図示）または上部電極をエッチング用マスクとして、圧電膜１４をエッチングする。圧電膜１４のエッチングには、ウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。
実施例２のように、絶縁膜２８は、下部電極１２の下層１２ａ（第１導電膜）および上層１２ｂ（第２導電膜）に挟まれていてもよい。このように、絶縁膜２８は、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方の下層および上層に挟まれていればよい。
実施例３は、下部電極または上部電極の端面がテーパ状に形成された例である。図１０（ａ）は、実施例３の共振領域５０の下部電極および上部電極の断面模式図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の領域Ａの拡大図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、絶縁膜２８および上部電極１６の上層１６ｂの端面がテーパ状に形成されている。その他の構成は、実施例１の図２（ａ）および図２（ｂ）と同じであり説明を省略する。
図１１（ａ）は、実施例３の変形例の共振領域の下部電極および上部電極の断面模式図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の領域Ａの拡大図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、絶縁膜２８および下部電極１２の上層１２ｂの端面がテーパ状に形成されている。その他の構成は、実施例２の図７（ａ）および図７（ｂ）と同じであり説明を省略する。
実施例３および変形例のように、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方の絶縁膜２８の端面は絶縁膜２８の上面の面積が下面より小さくなるようなテーパ状に形成されていてもよい。
図１２（ａ）は、実施例４の共振領域の下部電極および上部電極の断面模式図、図１２（ｂ）は、実施例４の変形例の共振領域の下部電極および上部電極の断面模式図である。図１２（ａ）に示すように、絶縁膜２８は、上部電極１６の引き出し領域には設けられていない。その他の構成は、実施例１の図２（ａ）と同じ構成であり説明を省略する。実施例４のように、対向領域５２以外の上部電極１６が形成された領域の少なくとも一部には絶縁膜２８が形成されていない。
図１２（ｂ）に示すように、絶縁膜２８は、下部電極１２の引き出し領域には設けられていない。その他の構成は、実施例２の図７（ａ）と同じ構成であり説明を省略する。実施例４の変形例ように、対向領域５２以外の下部電極１２が形成された領域の少なくとも一部には絶縁膜２８が形成されていない。
実施例４およびその変形例によれば、絶縁膜２８が形成されていない領域の下部電極１２または上部電極１６上にバンプを形成し、フリップチップボンディングする場合、またはボンディングワイヤを接続する場合、絶縁膜２８と圧電膜１４とが剥離することを抑制できる。なお、実施例４およびその変形例において、実施例３と同様に絶縁膜２８の端面がテーパ状に形成されていてもよい。
実施例５は、空隙の構成を変えた例である。図１３（ａ）は、実施例５に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１３（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１３（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。図１３（ａ）から図１３（ｃ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に略平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０に形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。なお、実施例５において、実施例２と同様に下部電極１２内に絶縁膜２８が配置されていてもよい。実施例３と同様に絶縁膜２８の端面がテーパ状に形成されていてもよい。実施例４と同様に対向領域５２以外の上部電極１６が形成された領域の少なくとも一部には絶縁膜２８が形成されていなくてもよい。
実施例５の変形例は、空隙の代わりに音響反射膜を設ける例である。図１４（ａ）は、実施例５の変形例に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１４（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）程度である。膜３０ａと膜３０ｂの積層数は任意に設定できる。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例１から実施例５のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk
Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例５の変形例のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly
Mounted Resonator）でもよい。なお、実施例５の変形例において、実施例２と同様に下部電極１２内に絶縁膜２８が配置されていてもよい。実施例３と同様に絶縁膜２８の端面がテーパ状に形成されていてもよい。実施例４と同様に対向領域５２以外の上部電極１６が形成された領域の少なくとも一部には絶縁膜２８が形成されていなくてもよい。
Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例５の変形例のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly
Mounted Resonator）でもよい。なお、実施例５の変形例において、実施例２と同様に下部電極１２内に絶縁膜２８が配置されていてもよい。実施例３と同様に絶縁膜２８の端面がテーパ状に形成されていてもよい。実施例４と同様に対向領域５２以外の上部電極１６が形成された領域の少なくとも一部には絶縁膜２８が形成されていなくてもよい。
実施例６は、弾性波デバイスとして、実施例１から実施例５に係る共振器をフィルタに用いた例である。図１５は、実施例６に係るラダー型フィルタを示す回路図である。図１５に示すように、ラダー型フィルタ１００は、１または複数の直列共振器Ｓ１〜Ｓ３および１または複数の並列共振器Ｐ１〜Ｐ２を備えている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ３は、入出力端子Ｔ１とＴ２との間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ１〜Ｐ２は、入出力端子Ｔ１とＴ２との間に並列に接続されている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ３および並列共振器Ｐ１〜Ｐ２の少なくとも一つを実施例１から実施例５に例示した共振器とすることができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
１２ 下部電極
１２ａ 下層
１２ｂ 上層
１２ｃ、１２ｄ、１２ｆ、１２ｇ 導電膜
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１６ａ 下層
１６ｂ 上層
１６ｃ 導電膜
２８ 絶縁膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域
５２ 対向領域
１２ 下部電極
１２ａ 下層
１２ｂ 上層
１２ｃ、１２ｄ、１２ｆ、１２ｇ 導電膜
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１６ａ 下層
１６ｂ 上層
１６ｃ 導電膜
２８ 絶縁膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域
５２ 対向領域
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に設けられた圧電膜と、
下部電極および上部電極の少なくとも一方が第１導電膜と前記第１導電膜上に形成された第２導電膜とを含み、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極と、
前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に挟まれ、前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜および前記第２導電膜の端面に形成され、前記第１導電膜と第２導電膜とを電気的に短絡させる第３導電膜と、
を具備し、
前記第３導電膜の前記端面の法線方向の膜厚は、前記第１導電膜の前記基板の法線方向の膜厚より小さいことを特徴とする弾性波デバイス。 - 前記絶縁膜は、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する対向領域を実質的に含むことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
- 前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域内の前記下部電極および前記上部電極の前記少なくとも一方の膜厚は一定であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
- 前記第３導電膜は前記第１導電膜の材料を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記絶縁膜の前記端面は前記絶縁膜の上面の面積が下面より小さくなるようなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記絶縁膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記下部電極と前記上部電極とが対向した共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を具備することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 基板上に圧電膜を形成する工程と、
前記基板上に、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極を形成する工程と、
を有し、
前記下部電極および前記上部電極を形成する工程の少なくとも一方は、第１導電膜を形成する工程と、前記第１導電膜上に、前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第２導電膜を形成する工程と、前記絶縁膜および前記第２導電膜の端面に第３導電膜が形成されるように、前記第２導電膜、前記絶縁膜および前記第１導電膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。 - 前記第２導電膜、前記絶縁膜および前記第１導電膜をエッチングする工程は、物理的エッチング法を用いることを特徴とする請求項１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
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