弾性波デバイスの製造方法
【課題】大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電薄膜１４を成膜する工程と、圧電薄膜１４の格子定数を測定する工程と、格子定数ｃが所定の値ｃ０以上である場合、圧電薄膜１４を成膜する工程における成膜条件を変更する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、大きな電気結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【解決手段】本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電薄膜１４を成膜する工程と、圧電薄膜１４の格子定数を測定する工程と、格子定数ｃが所定の値ｃ０以上である場合、圧電薄膜１４を成膜する工程における成膜条件を変更する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、大きな電気結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の通信機器が普及している。通信機器のフィルタ、デュプレクサ等として、弾性波を利用した弾性波デバイスが用いられることがある。弾性波デバイスの例として、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を利用するデバイス、及び厚み振動波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）を利用するデバイス等がある。圧電薄膜共振子はＢＡＷを利用するデバイスであり、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）等のタイプがある。またラム波（Lamb Wave）を利用するデバイスもある。圧電膜の電気機械結合定数が大きくなることで、弾性波デバイスの周波数特性が改善し、また広帯域化も可能となる。非特許文献１には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電薄膜の配向性を制御することで、圧電薄膜共振子の電気機械結合定数を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】アイイーイー・トランザクションズ オン ウルトラソニックス フェロエレクトロニクス アンド フリークェンシー コントロール 第４７巻 ２９２ページ ２０００年（IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol.47, p.292, 2000）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電薄膜の配向性を高くした場合でも、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造が難しいことがある。本発明は上記課題に鑑み、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００６】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数を測定する工程であり、前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００７】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数及びａ軸方向の格子定数を測定する工程であり、前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数とａ軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数の比が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００８】
上記構成において、前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスの特性を安定させることができる。
【０００９】
上記構成において、前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われる構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスの特性をより安定させることができる。
【００１０】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われる構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。
【００１１】
上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。
【００１２】
上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。また弾性波デバイスの温度特性が安定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）はＦＢＡＲを例示する平面図であり、図１（ｂ）はＦＢＡＲを例示する断面図である。
【図２】図２（ａ）はθ−２θ法の実験を例示する模式図である。図２（ｂ）は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。図３（ｂ）は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は残留応力と電気機械結合定数の変化率との関係を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。
【図６】図６は格子定数管理工程を例示するフローチャートである。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法を例示する断面図である。
【図８】図８は実施例２に係るＦＢＡＲの製造方法を例示するフローチャートである。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。
【図１０】図１０は格子定数の分布を示すグラフである。
【図１１】図１１は実施例２の変形例に係るＦＢＡＲを例示する断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、弾性波デバイスの例としてＦＢＡＲについて説明する。まずＦＢＡＲの構成について説明する。図１（ａ）はＦＢＡＲを例示する平面図であり、図１（ｂ）はＦＢＡＲを例示する断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面を図示している。
【００１６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ＦＢＡＲ１００は基板１０、下部電極１２、圧電薄膜１４、及び上部電極１６を備える。下部電極１２は基板１０の上に設けられている。基板１０と下部電極１２との間には、ドーム状の空隙１８が形成されている。言い換えれば、空隙１８の中央部においては基板１０と下部電極１２との距離が大きく、空隙１８の周辺部においては基板１０と下部電極１２との距離が小さい。下部電極１２は例えば空隙１８に露出している。圧電薄膜１４は下部電極１２の上に設けられている。上部電極１６は圧電薄膜１４の上に設けられている。言い換えれば、下部電極１２と上部電極１６とは圧電薄膜１４を挟む。下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６が重なり共振領域１１が形成される。共振領域１１において励振された弾性波は厚さ方向（図１（ｂ）の縦方向）に振動し、かつ面方向（図１（ｂ）の横方向）に進行する。圧電薄膜１４の開口部から露出する下部電極１２の一部は、電気信号を取り出すための端子部として機能する。下部電極１２には、空隙１８と連結する導入路１３が設けられている。導入路１３の先端には穴部１５が形成されている。導入路１３及び穴部１５は、空隙１８を形成する工程において使用される。
【００１７】
基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の絶縁体からなる。下部電極１２はルテニウム／クロム（Ｒｕ／Ｃｒ）、上部電極１６はＣｒ／Ｒｕの２層構造を有する。言い換えれば、下部電極１２及び上部電極１６はそれぞれ、圧電薄膜１４に近い方から順にＣｒ層及びＲｕ層を積層したものである。下部電極１２のＣｒ層の厚さは例えば１００ｎｍ、Ｒｕ層の厚さは例えば２５０ｎｍである。上部電極１６のＣｒ層の厚さは例えば２０ｎｍ、Ｒｕ層の厚さは例えば２５０ｎｍである。圧電薄膜１４は（００２）方向を主軸とするＡｌＮ、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。このように、圧電薄膜１４は、ｃ軸が厚さ方向を向き、ａ軸が面方向を向くような配向性を有する。
【００１８】
次に圧電薄膜の結晶構造と電気機械結合定数との関係について説明する。まず配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係について説明する。圧電薄膜１４のｃ軸配向性が高いほど電気機械結合定数ｋ３３２は高くなる。圧電薄膜１４の電気機械結合定数ｋ３３２が高いほど、ＦＢＡＲの特性は良好になる。
【００１９】
Ｓｉからなる基板１０上にＡｌＮからなる圧電薄膜１４を成膜したサンプルを用い、配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証した。圧電薄膜１４の配向性はＡｌＮの（００２）面方向におけるＸ線ロッキングカーブ法により評価した。ロッキングカーブのＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum：半値幅）は配向性を表す。ＦＷＨＭが小さいほど配向性が高い。各サンプルを用いてＦＢＡＲを形成することで、電気機械結合定数ｋ３３２を評価した。表１は圧電薄膜１４の成膜条件が異なるサンプルＢ１、Ｂ２及びＢ３における配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を示す表である。基板１０はＳｉからなり、圧電薄膜１４は厚さ１２００ｎｍのＡｌＮからなる。
【表１】
表１の左端の列はサンプルを示す。表１の左から２番目のＦＷＨＭ１は、基板１０上における圧電薄膜１４のＦＷＨＭを示す。表２の左から３番目のＦＷＨＭ２は、下部電極１２の上における圧電薄膜１４のＦＷＨＭを示す。左から４番目は電気機械結合定数ｋ３３２を示す。
【００２０】
表１に示すように、サンプルＢ１〜Ｂ３のいずれにおいてもＦＷＨＭ１は１．３ｄｅｇであり、ＦＷＨＭ２は２．７ｄｅｇである。言い換えれば、サンプルＢ１〜Ｂ３における配向性は同じである。これに対し、サンプルＢの電気機械結合定数ｋ３３２は６．０７％、サンプルＢ２のｋ３３２は６．１１％、サンプルＢ３のｋ３３２は６．３１％である。このように、圧電薄膜１４の配向性が同じであっても、電気機械結合定数ｋ３３２に差異が生じ、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を得られない可能性がある。この結果、所望の特性を有する圧電薄膜共振子を得ることが難しくなり、また歩留まりが低下する可能性がある。
【００２１】
次に格子定数と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証するための実験について説明する。成膜条件を変更して、基板１０上に格子定数の異なる複数のＡｌＮ膜を形成した。Ｘ線回折によるθ−２θ測定（θ−２θ法）により、各ＡｌＮ膜の格子定数を測定した。また、異なる格子定数と同一の膜厚とを有するＡｌＮ膜の各々を圧電薄膜１４としてＦＢＡＲを作成し、電気機械結合定数ｋ３３２を求めた。これにより格子定数と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証した。各圧電薄膜共振子間において、圧電薄膜１４の成膜条件以外の製造条件は同一である。圧電薄膜１４の厚さは１２００ｎｍである。ＡｌＮのｃ軸の格子定数をｃ、ａ軸の格子定数をａとする。θ−２θ法について説明する。図２（ａ）はθ−２θ法の測定を例示する模式図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、θ−２θ法にはＸ線発生源２０、Ｘ線検出器２２及びサンプル２４を用いる。サンプル２４はＳｉからなる基板上に成膜されたＡｌＮ膜である。Ｘ線発生源２０はサンプル２４に向けてＸ線を照射する。Ｘ線はサンプル２４により散乱される。Ｘ線検出器２２は散乱されたＸ線を検出する。
【００２３】
サンプル２４のＸ線発生源２０及びＸ線検出器２２と対向する面は（００２）面である。サンプル２４のＸ線発生源２０及びＸ線検出器２２と対向する面と散乱されたＸ線とのなす角はθである。照射されるＸ線と散乱されるＸ線とのなす外角は２θである。Ｘ線発生源２０及びサンプル２４を図中の矢印の方向に回転させることでθ及び２θを変化させる。例えば、サンプル２４を１°回転させた場合、Ｘ線発生源２０をサンプル２４と同方向に２°回転させる。これにより角度の比率は一定に保たれる。上記のように角度を変化させながら、Ｘ線検出器２２により検出されるＸ線の強度がピークを示す角θを求める。
【００２４】
Ｘ線強度がピークを示すとき、サンプル２４の結晶面間隔ｄ、角θ及びＸ線の波長λとの関係は次の式で表される。
【数１】
上記の数１から結晶面間隔ｄを求めることができる。なお、（００２）面におけるＸ線強度がピークを示すのは２θが約３６ｄｅｇ（θが約１８ｄｅｇ）のときである。また、ＡｌＮのようなウルツ鉱型結晶構造においては、結晶の面方位（ｈｋｌ）、結晶面間隔ｄ、格子定数ａ及びｃの関係は次の式で表される。
【数２】
ＡｌＮの（００２）面にＸ線を照射するので、ｈ＝ｋ＝０、かつｌ＝２である。数１から算出したｄを数２に代入することで、ｃ軸方向の格子定数ｃを求めることができる。なお、Ｘ線強度が３６ｄｅｇ付近でピークを示すのは、Ｘ線の管球がＣｕ管球の場合である。他の管球を用いる場合、異なる角度にピークが発生する。管球の種類によってλが異なるためである。
【００２５】
実験結果について説明する。図２（ｂ）は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は格子定数ｃ、縦軸は電気機械結合定数ｋ３３２をそれぞれ表す。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、格子定数ｃが小さいほど電気機械結合定数ｋ３３２は大きくなる。例えば格子定数ｃが約４．９８８Åの場合、電気機械結合定数ｋ３３２は約６．１０％である。これに対し、格子定数ｃが約４．９８０Åの場合、電気機械結合定数ｋ３３２は約６．３５％である。図２（ｂ）の結果から、電気機械結合定数ｋ３３２を大きくするためには、格子定数ｃを小さくすればよいことが分かる。
【００２７】
次に格子定数ｃを制御する条件について説明する。格子定数ｃと圧電薄膜１４に残留する残留応力との関係について検証する実験及びシミュレーションを行った。まず実験について説明する。実験は、成膜条件の異なる圧電薄膜１４において、残留応力と格子定数ｃとの関係を検証したものである。
【００２８】
図３（ａ）は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は格子定数ｃをそれぞれ表す。残留応力が引張応力である場合、残留応力は正の値をとる。残留応力が圧縮応力である場合、残留応力は負の値をとる。圧縮応力とは図１（ｂ）における圧電薄膜１４の上面を狭くする方向の応力である。引張応力とは圧電薄膜１４の上面を広げる方向の応力である。圧電薄膜１４はＡｌＮからなる。図３（ａ）に示すように、残留応力が負の場合よりも、残留応力が正の場合において格子定数ｃは小さくなる。言い換えれば残留応力が引張応力である場合、格子定数ｃは小さくなる。
【００２９】
次にシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、計算手法として擬ポテンシャル法、計算のためのプログラムとしてＡＢＩＮＩＴを用いて、構造最適化を含むＡｌＮの電子状態の第１原理計算を行ったものである。応力を入力した場合にＡｌＮが安定構造となる格子定数ａ及びｃを求めた。なお、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）カードチャートによれば、応力がゼロの場合における格子定数ｃは０．４９８ｎｍ（４．９８Å）、格子定数ａとｃとの比（格子定数の比）ｃ／ａは１．６である。
【００３０】
図３（ｂ）は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数ｃの変化率である。格子定数ｃの変化率とは、応力がゼロの場合の格子定数ｃを基準とした格子定数ｃの変化率である。図３（ｂ）に示すように、残留応力の値が大きいほど、格子定数ｃの変化率は小さくなる。詳細には、残留応力が圧縮応力（負の値）である場合、格子定数ｃの変化率は正の値である。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数ｃが大きくなる。残留応力が引張応力（正の値）である場合、格子定数ｃの変化率は負の値となる。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数ｃが小さくなる。
【００３１】
さらに格子定数の比ｃ／ａの変化率を検証した。図４（ａ）は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数の比ｃ／ａを表す。図４（ａ）に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、ｃ／ａの変化率は正の値となる。言い換えればｃ／ａは大きくなる。残留応力が引張応力である場合、ｃ／ａの変化率は負の値となる。言い換えればｃ／ａは小さくなる。
【００３２】
次に電気機械結合定数ｋ３３２のシミュレーションについて説明する。上記と同様にシミュレーションはＡｌＮの電子状態の第１原理計算を行ったものである。安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、ＡｌＮのｃ軸方向における圧電定数ｅ３３、弾性定数Ｃ３３及び誘電率ε３３を求めた。電気機械結合定数ｋ３３２と圧電定数ｅ３３、弾性定数Ｃ３３及び誘電率ε３３との間には次の関係が成立する。
【数３】
数３に基づき電気機械結合定数ｋ３３２を算出することができる。応力がゼロの場合における安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、応力がゼロの場合の電気機械結合定数ｋ３３２を求めることができる。応力が入力された場合における安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、応力が入力された場合の電気機械結合定数ｋ３３２を求めることができる。
【００３３】
図４（ｂ）は残留応力と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は電気機械結合定数ｋ３３２の変化率をそれぞれ表す。電気機械結合定数の変化率は、応力がゼロの場合の電気機械結合定数ｋ３３２を基準としたものである。図４（ｂ）に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２の変化率は負の値となる。言い換えれば、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２は小さくなる。残留応力が引張応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２の変化率は正の値となる。以上のように残留応力が引張応力である場合、格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａは小さくなり、電気機械結合定数ｋ３３２は大きくなる。
【実施例１】
【００３４】
以上の知見に基づく実施例１について説明する。実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法は、圧電薄膜１４の格子定数を管理するための格子定数管理工程を含む。図５（ａ）から図５（ｄ）は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。
【００３５】
図５（ａ）に示すウェハは、基板１０上に圧電薄膜１４を形成したものである。図５（ｂ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成したものである。図５（ｃ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成し、圧電薄膜１４上に上部電極１６を形成したものである。図５（ｄ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成し、圧電薄膜１４に温度補償膜１９を挿入したものである。温度補償膜１９は例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、又はＳｉＯ２に例えばフッ素（Ｆ）等をドープしたドープＳｉＯ２等からなる。温度補償膜１９は、下部電極１２と上部電極１６との間において、圧電薄膜１４の面方向に挿入されている。
【００３６】
格子定数管理工程に用いられるウェハは、ダミーウェハでもよいし、製品ウェハでもよい。ダミーウェハとは、製品を形成するためのものではなく、格子定数の管理のために用いられるウェハである。製品ウェハとは、製品（ＦＢＡＲ）を形成するためのウェハである。またダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。
【００３７】
図６は実施例１に係るＦＢＡＲの格子定数管理工程を例示するフローチャートである。以下の説明では、図５（ａ）に示す構成のダミーウェハを用いる場合を説明する。
【００３８】
図６に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、基板１０上に圧電薄膜１４（圧電膜）を成膜する（ステップＳ１０）。成膜された圧電薄膜１４の格子定数を測定する（ステップＳ１１）。測定されるのはｃ軸方向の格子定数ｃである。測定の方法として、例えばθ−２θ法を用いることができる。格子定数ｃが所定の値ｃ０未満であるか判断する（ステップＳ１２）。所定の値ｃ０とは、例えば所望の電気機械結合定数ｋ３３２と対応する格子定数の値である。例えば図２（ｂ）に基づくと、電気機械結合定数ｋ３３２を６．３％以上にしたい場合、ｃ０を約４．９８２Åと定めればよい。
【００３９】
Ｎｏの場合、すなわち格子定数ｃがｃ０以上である場合、圧電薄膜１４の成膜条件を変更する（ステップＳ１３）。成膜条件は、格子定数ｃがｃ０より小さくなるように変更される。成膜条件については後述する。ステップＳ１３の後、工程はステップＳ１０に戻る。変更された成膜条件を用いて別のダミーウェハに圧電薄膜１４を成膜する。ステップＳ１２においてＹｅｓの場合、格子定数管理工程は終了する。
【００４０】
格子定数管理工程により変更された成膜条件を用いて、ＦＢＡＲを製造する。図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法を例示する断面図である。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、例えばスパッタリング法または蒸着法を用い、基板１０上に犠牲層１７を形成する。犠牲層１７は例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなり、空隙１８が形成される領域に設けられる。犠牲層１７の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００４２】
図７（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて下部電極１２を形成する。スパッタリング法は、例えば０．６〜１．２Ｐａの圧力下、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で行う。圧力及び雰囲気とは、スパッタリング装置内の圧力及び雰囲気である。成膜後、例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、下部電極１２を所定の形状とする。図７（ｂ）の右側に示すように、下部電極１２の一方の端部と犠牲層１７の一方の端部とは重なる。一方、図７（ｃ）の左側に示すように、下部電極１２は基板１０の上面に延びる。
【００４３】
図７（ｃ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、圧電薄膜１４を形成する。圧電薄膜１４は、膜厚が例えば４００ｎｍ、ｃ軸を主軸とするＡｌＮからなる。スパッタリング法は、例えば約０．３Ｐａの圧力下、アルゴン／窒素（Ａｒ／Ｎ２）混合ガス雰囲気中において行う。成膜条件は、図６において変更された条件を用いる。
【００４４】
例えばスパッタリング法を用いて、上部電極１６を形成する。スパッタリング法は、例えば０．６〜１．２Ｐａの圧力下、Ａｒガス雰囲気中で行う。例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、上部電極１６及び圧電薄膜１４を所定の形状とする。下部電極１２、圧電薄膜１４、上部電極１６及び犠牲層１７が重なる領域が形成される。圧電薄膜１４に形成された開口部から下部電極１２が露出する。図１（ａ）に示した穴部１５及び導入路１３からエッチング液を導入し、犠牲層１７を除去する。下部電極１２、圧電薄膜１４、及び上部電極１６からなる複合膜の残留応力は圧縮応力である。このため、犠牲層１７のエッチングが完了した時点で、複合膜は膨れ上がり、下部電極１２と基板１０との間に複合膜側にドーム状形状を有する空隙１８が形成される。以上の工程により、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を有するＦＢＡＲが形成される。
【００４５】
実施例１によれば、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電薄膜１４を成膜する工程と、圧電薄膜１４の格子定数ｃを測定する工程と、格子定数ｃが所定の値ｃ０以上である場合、成膜条件を変更する工程と、を行う。成膜条件の変更により、格子定数ｃが所定の値ｃ０より小さくなる。この結果、大きな電気機械結合定数ｋ３３２を有するＦＢＡＲを得ることができる。
【００４６】
図６のステップＳ１３において変更する成膜条件とは、例えば圧電薄膜１４を成膜するためのスパッタリング法におけるＡｒガスの流量等である。Ａｒ／Ｎ２混合ガス中のＡｒ流量比を増加させることにより圧電薄膜１４の応力は引張応力となり、Ａｒ流量比を減少させることにより圧電薄膜１４の応力は圧縮応力となる。ステップＳ１３においては、Ａｒ流量比を例えばＡｒ流量／（Ａｒ流量＋Ｎ２流量）＝０．２５に増加させることで圧電薄膜１４の応力を引張応力とする。なお、Ａｒ流量比は装置に応じて変更してもよい。図３（ａ）から図４（ａ）に示したように、残留応力が引張応力となることで格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａが小さくなる。この結果、電気機械結合定数ｋ３３２が大きくなる。
【００４７】
図６のステップＳ１２においては、格子定数ｃとして、一回の測定により得られた値を用いてもよいし、複数回の測定結果の平均値を用いてもよい。また、例えば格子定数の比ｃ／ａを管理することで格子定数を管理してもよい。この場合、格子定数ａ及びｃを測定し、ｃ／ａを算出する（ステップＳ１１）。比ｃ／ａが所定の値ｃ０／ａ０未満であるか判断する（ステップＳ１２）。Ｎｏの場合、つまりｃ／ａがｃ０／ａ０以上である場合、成膜条件はｃ／ａが所定の値ｃ０／ａ０未満となるように変更される（ステップＳ１３）。格子定数ｃ及びｃ／ａの一方、又は両方を管理してもよい。
【００４８】
図６に示した格子定数管理工程は、製造工程一回ごとに行ってもよい。しかし、毎回の製造工程において格子定数管理工程を行うことは、工程数の増大、製造工程の複雑化等を招き、ＦＢＡＲの高コスト化の原因となる。従って、格子定数管理工程は定期的に行うことが好ましい。定期的とは、例えば毎日、毎週、スパッタリング法に用いるターゲットを変更したとき、製造ロットを変更したとき、製造工程を所定回数繰り返したとき等である。
【００４９】
格子定数管理工程に図５（ｂ）に示す構成のウェハを用いる場合、図６のステップＳ１０において下部電極１２と圧電薄膜１４とを成膜する。ステップＳ１１において下部電極１２上の圧電薄膜１４の格子定数を測定する。図５（ｃ）に示す構成のウェハを用いる場合、ステップＳ１０において、下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６を成膜する。ステップＳ１１において、下部電極１２と上部電極１６との間に設けられた圧電薄膜１４の格子定数を測定する。図５（ｄ）に示す構成のウェハを用いる場合、ステップＳ１０において、下部電極１２、圧電薄膜１４、上部電極１６及び温度補償膜１９を成膜する。言い換えれば、温度補償膜１９が挿入された圧電薄膜１４を成膜する。ステップＳ１１において、温度補償膜１９が挿入された圧電薄膜１４の格子定数を測定する。格子定数管理工程に用いるウェハの圧電薄膜１４を、ＦＢＡＲにおける圧電薄膜１４と同じ状況に置くことが好ましい。これにより、格子定数を精度高く測定することが可能となる。
【００５０】
前述のように格子定数管理工程に製品ウェハを用いてもよいし、ダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。格子定数管理工程を経た製品ウェハにより、ＦＢＡＲを形成することができる。図６のステップＳ１２においてＮｏと判定された場合、製品ウェハは廃棄してもよいし製品ウェハを用いてＦＢＡＲを形成してもよい。
【００５１】
なお、実施例１では格子定数ｃを所定の値ｃ０以下に調整する例を示したが、例えば格子定数ｃを所定の値ｃ０以上に調整してもよい。つまり格子定数ｃが所定の値ｃ０より小さい場合（図６のステップＳ１２においてＹｅｓ）、ステップＳ１３において成膜条件を調整する。これにより格子定数ｃを所定の値ｃ０以上とし、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を得ることができる。
【００５２】
圧電薄膜１４は、ＡｌＮ及びＺｎＯ以外のウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなるとしてもよい。下部電極１２及び上部電極１６は、二層構造としたが単層構造でもよいし、三層以上の構造でもよい。下部電極１２及び上部電極１６の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属を用いることができる。下部電極１２は空隙１８に露出してもよいし、露出しなくてもよい。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は電気機械結合定数ｋ３３２の分布を低減する例である。表２は圧電薄膜１４の面内の異なる位置Ｃ１〜Ｃ３における配向性及び電気機械結合定数ｋ３３２の測定結果を示す表である。
【表２】
表２に示すように、位置Ｃ１〜Ｃ３のいずれにおいてもＦＷＨＭ１は１．３ｄｅｇであり、ＦＷＨＭ２は２．７ｄｅｇである。言い換えれば、位置Ｃ１〜Ｃ３における配向性は同じである。これに対し、位置Ｃ１におけるｋ３３２は６．０７％、位置Ｃ２におけるｋ３３２は６．１９％、位置Ｃ３におけるｋ３３２は６．２５％である。このように、圧電薄膜１４の面内において電気機械結合定数ｋ３３２に差異が生じることがある。このため、圧電薄膜共振子の周波数特性が不安定になることがある。
【００５４】
電気機械結合定数ｋ３３２の分布の原因について説明する。圧電薄膜１４は例えばスパッタリング法により成膜される。スパッタリング法を行うと、圧電薄膜１４の表面温度は１００℃程度となることがある。圧電薄膜１４をスパッタリング装置から取り出した際、温度変化により熱応力が圧電薄膜１４に残留することがある。また、成膜時に圧電薄膜１４に生じうる格子欠陥により残留応力が生じることもある。残留応力の分布は、格子定数ｃの分布、又は比ｃ／ａの分布の原因となる。格子定数ｃの分布、又は比ｃ／ａの分布が、表２に示したような電気機械結合定数ｋ３３２の分布の原因となることがある。
【００５５】
電気機械結合定数ｋ３３２の分布を低減するためには、格子定数の分布を低減すればよい。実施例２に係るＦＢＡＲの製造方法は、格子定数の分布を低減するための分布低減工程を含む。図８は実施例２に係る圧電薄膜共振子の製造方法を例示するフローチャートである。なお分布低減工程には製品ウェハを使用する。
【００５６】
図８に示すステップＳ１０は図６に示したものと同じである。圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃを測定する（ステップＳ１１）。実施例２においては、圧電薄膜１４の面内の複数の箇所において格子定数ｃを測定する。言い換えれば圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃの分布を測定する。ステップＳ１２及びＳ１３は図６に示したものと同じである。ステップＳ１２においてＹｅｓの場合、圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃの分布が大きいか判断する（ステップＳ１４）。例えば複数箇所において測定された格子定数ｃの最大値と最小値との差Δｃが所定の値Δｃ０以上であるか判断する。Ｙｅｓの場合、ＦＢＡＲを形成するための後工程を行う（ステップＳ１５）。例えば製品ウェハが図５（ｂ）に示した構成である場合、後工程として上部電極１６を設ける工程、及び空隙１８を形成する工程を行う。ステップＳ１４においてＮｏの場合、後工程を行う（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の後、面内における格子定数ｃの分布を低減させる（ステップＳ１７）。ステップＳ１４の後、又はステップＳ１７の後、工程は終了する。
【００５７】
格子定数の分布を低減させるための具体的な方法について説明する。格子定数の分布を低減するためには、残留応力の分布を低減すればよい。残留応力の分布を低減するために、例えば上部電極１６の残留応力を用いることができる。上部電極１６中の残留応力の分布は、例えば上部電極１６の成膜圧力等の成膜条件を変更することにより生成する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）はＦＢＡＲのうち圧電薄膜１４及び上部電極１６を抜き出して、かつハッチングを省略して図示したものである。なお、図の簡略化のため、圧電薄膜１４と上部電極１６とは同程度の厚さとしている。ブロック矢印は強い残留応力を表し、実線の矢印は弱い残留応力を表す。強い残留応力とは絶対値が大きい残留応力を意味し、弱い残留応力とは絶対値が小さい残留応力を意味する。
【００５８】
図９（ａ）に示す例では、圧電薄膜１４の残留応力は引張応力である。圧電薄膜１４の中心部には弱い残留応力が存在する。圧電薄膜１４の周辺部には強い残留応力が存在する。このように圧電薄膜１４の残留応力は面内において異なる大きさを有することがある。その一方、上部電極１６の中心部には強い残留応力が存在する。上部電極１６の周辺部には弱い残留応力が存在する。上部電極１４６の残留応力は引張応力である。圧電薄膜１４の中心部には、上部電極１６の中心部の強い残留応力が加わる。圧電薄膜１４の周辺部には、上部電極１６の周辺部の弱い残留応力が加わる。この結果、圧電薄膜１４の残留応力は中心部と周辺部とで同程度の大きさとなる。言い換えれば、圧電薄膜１４の残留応力の分布は低減される。この結果、圧電薄膜１４の格子定数ｃの分布も低減される。
【００５９】
図９（ｂ）に示す例では、圧電薄膜１４の中心部には弱い圧縮応力が存在し、周辺部には強い圧縮応力が存在する。上部電極１６の中心部には弱い引張応力が存在し、周辺部には強い引張応力が存在する。圧電薄膜１４と上部電極１６とでは、残留応力の方向が反対である。従って、圧電薄膜１４の残留応力と上部電極１６の残留応力とは打ち消し合う。この結果、圧電薄膜１４の残留応力の分布は低減される。より効果的に残留応力の分布を低減するためには、圧電薄膜１４と上部電極１６とが接触することが好ましい。
【００６０】
格子定数の分布の低減を検証した実験について説明する。実験では図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、上部電極１６により圧電薄膜１４の残留応力の分布を低減することで、格子定数の分布を低減した。圧電薄膜１４はＡｌＮからなる。上部電極１６は、圧電薄膜１４に近い方からＣｒ層とＲｕ層とを積層したものである。圧電薄膜１４の厚さは１２００ｎｍ、上部電極１６の厚さは２５０ｎｍである。
【００６１】
図１０は格子定数の分布を示すグラフである。横軸は圧電薄膜１４の面内における位置（面内位置）１〜１０を表す。縦軸は格子定数ｃを表す。黒丸は分布低減前における格子定数、白丸は分布低減後における格子定数をそれぞれ表す。分布低減前とは上部電極形成前を意味し、分布低減後とは上部電極形成後を意味する。図１０に黒丸で示すように、分布低減前は最小の格子定数が約４．９８５Å、最大の格子定数が約４．９９Åである。これに対し図１９に白丸で示すように、分布低減後は最小の格子定数が約４．９８３Å、最大の格子定数が約４．９８４Åである。このように格子定数ｃの分布が大きく低減される。
【００６２】
実施例２によれば、圧電薄膜１４の格子定数の分布を測定する工程と、格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、格子定数の分布を低減する工程と、を行う。圧電薄膜１４の格子定数の分布が低減されることにより、電気機械結合定数ｋ３３２の分布も低減される。この結果、ＦＢＡＲの特性が安定する。
【００６３】
図８に示すように、格子定数の分布を低減する工程（ステップＳ１７）は、成膜条件を変更する工程（ステップＳ１３）の後に行われる。従って、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を有する圧電薄膜１４において、電気機械結合定数ｋ３３２の分布が低減される。この結果、ＦＢＡＲの特性がより安定する。
【００６４】
図８のステップＳ１１において説明したように、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは同時に行われる。言い換えれば、ステップＳ１１において測定した格子定数ｃの値を用いて、ステップＳ１２、及びステップＳ１４の両方を行う。このため工程を簡略化することができる。ただし、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは別個に行われてもよい。例えば、図８のステップＳ１２の後であってステップＳ１４の前に、格子定数の分布を測定する工程を行ってもよい。なお格子定数の比ｃ／ａの分布を低減してもよい。格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａの一方又は両方の分布を低減してもよい。
【００６５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）には上部電極１６の残留応力により、圧電薄膜１４の残留応力の分布を低減する例を示した。言い換えれば、図８のステップＳ１７に示した格子定数の分布を低減する工程は、上部電極１６を設ける工程である。残留応力の分布を低減するために、他の方法を用いてもよい。付加膜を用いる例を実施例２の変形例とする。
【００６６】
図１１は実施例２の変形例に係るＦＢＡＲを例示する断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において既述した構成については、説明を省略する。図１１に示すように、ＦＢＡＲ１１０は付加膜３０を備える。付加膜３０は、上部電極１６上に設けられている。付加膜３０は例えばＳｉＯ２、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁体から形成されてもよいし、金属から形成されてもよい。上部電極１６の残留応力と付加膜３０の残留応力とにより、圧電薄膜１４の残留応力を緩和することができる。
【００６７】
また、ステップＳ１７は圧電薄膜１４を加熱する工程でもよい。圧電薄膜１４を例えば６００℃まで加熱することで、残留応力の分布を低減することができる。ＦＢＡＲの製造工程における最高温度よりも高い温度まで圧電薄膜１４を加熱することが好ましい。上部電極１６の残留応力による分布の低減、加熱による分布の低減の両方を行ってもよい。
【００６８】
圧電薄膜１４の加熱は上部電極１６を形成する前、形成する後のどちらでもよい。言い換えれば、ステップＳ１６をステップＳ１７の後に行ってもよい。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、上部電極１６を設けることで、分布低減が可能となる。言い換えれば、ステップＳ１６はステップＳ１７を含んでもよい。
【００６９】
格子定数の分布が大きいとは、例えば複数箇所において測定された格子定数ｃの最大値と最小値との差Δｃが大きいことを意味する。図８のステップＳ１４においてΔｃが、所定の値Δｃ０以上であるか判断する。ΔｃがΔｃ０以上である場合、Ｙｅｓと判断される。また格子定数ｃの標準偏差等を用いて分布の大きさを判断してもよい。
【００７０】
実施例１及び実施例２それぞれに係る製造方法は、他の弾性波デバイスにも適用可能である。図１２（ａ）から図１３（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において既述した構成については、説明を省略する。
【００７１】
図１２（ａ）に示すように、ＦＢＡＲ１２０の基板１０には空隙３２が形成されている。空隙３２は、下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６と重なる。下部電極１２は空隙３２に露出している。空隙３２は、例えばエッチング法等により基板１０の一部を除去することで形成される。空隙３２は、基板１０を厚さ方向に貫通してもよい。
【００７２】
図１２（ｂ）に示すように、ＳＭＲ１３０は音響反射膜３４を備える。音響反射膜３４は基板１０と下部電極１２との間に設けられている。音響反射膜３４は、音響インピーダンスが高い膜と音響インピーダンスが低い膜との積層膜である。
【００７３】
図１３（ａ）に示すように、弾性波共振子１４０は、圧電膜３１、第１支持基板３８、第２支持基板４０、及び電極４２を備える。第１支持基板３８の下面は第２支持基板４０と、例えば表面活性化接合、樹脂接合等により接合されている。第１支持基板３８の上面には圧電膜３１が設けられている。第１支持基板３８には、第１支持基板３８を厚さ方向に貫通する孔部が形成されている。孔部は圧電膜３１と第２支持基板４０との間の空隙４４として機能する。圧電膜３１の上面の空隙４４と重なる領域には電極４２が設けられている。圧電膜３１は例えばＡｌＮ等のように、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなる。弾性波共振子１４０はラム波を利用する共振子である。
【００７４】
図１３（ｂ）に示すように、ＦＢＡＲ１５０は温度補償膜１９を備える。温度補償膜１９は圧電薄膜１４に挿入され、圧電薄膜１４と接触している。温度補償膜１９の弾性定数の温度係数の符号は、圧電薄膜１４の弾性定数の温度係数の符号と反対である。従って、ＦＢＡＲ１５０の温度特性が安定する。なお、図１２（ａ）から図１３（ａ）に示した弾性波デバイスが温度補償膜１９を備えてもよい。実施例１又は実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法により、図１２（ａ）から図１３（ｂ）に示したような弾性波デバイスを製造することができる。実施例１又は実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法は、共振子を備えるフィルタ及びデュプレクサ、並びにフィルタ及びデュプレクサ等を含むモジュール等の弾性波デバイスの製造方法にも適用可能である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電薄膜
１６ 上部電極
１７ 共振領域
１８、３２、４４ 空隙
１９ 温度補償膜
３１ 圧電膜
１００、１１０、１２０、１５０ ＦＢＡＲ
１３０ ＳＭＲ
１４０ 弾性波共振子
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の通信機器が普及している。通信機器のフィルタ、デュプレクサ等として、弾性波を利用した弾性波デバイスが用いられることがある。弾性波デバイスの例として、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を利用するデバイス、及び厚み振動波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）を利用するデバイス等がある。圧電薄膜共振子はＢＡＷを利用するデバイスであり、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）等のタイプがある。またラム波（Lamb Wave）を利用するデバイスもある。圧電膜の電気機械結合定数が大きくなることで、弾性波デバイスの周波数特性が改善し、また広帯域化も可能となる。非特許文献１には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電薄膜の配向性を制御することで、圧電薄膜共振子の電気機械結合定数を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】アイイーイー・トランザクションズ オン ウルトラソニックス フェロエレクトロニクス アンド フリークェンシー コントロール 第４７巻 ２９２ページ ２０００年（IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol.47, p.292, 2000）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電薄膜の配向性を高くした場合でも、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造が難しいことがある。本発明は上記課題に鑑み、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００６】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数を測定する工程であり、前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００７】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数及びａ軸方向の格子定数を測定する工程であり、前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数とａ軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数の比が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【０００８】
上記構成において、前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスの特性を安定させることができる。
【０００９】
上記構成において、前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われる構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスの特性をより安定させることができる。
【００１０】
上記構成において、前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われる構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。
【００１１】
上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。
【００１２】
上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。また弾性波デバイスの温度特性が安定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）はＦＢＡＲを例示する平面図であり、図１（ｂ）はＦＢＡＲを例示する断面図である。
【図２】図２（ａ）はθ−２θ法の実験を例示する模式図である。図２（ｂ）は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。図３（ｂ）は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は残留応力と電気機械結合定数の変化率との関係を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。
【図６】図６は格子定数管理工程を例示するフローチャートである。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法を例示する断面図である。
【図８】図８は実施例２に係るＦＢＡＲの製造方法を例示するフローチャートである。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。
【図１０】図１０は格子定数の分布を示すグラフである。
【図１１】図１１は実施例２の変形例に係るＦＢＡＲを例示する断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、弾性波デバイスの例としてＦＢＡＲについて説明する。まずＦＢＡＲの構成について説明する。図１（ａ）はＦＢＡＲを例示する平面図であり、図１（ｂ）はＦＢＡＲを例示する断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面を図示している。
【００１６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ＦＢＡＲ１００は基板１０、下部電極１２、圧電薄膜１４、及び上部電極１６を備える。下部電極１２は基板１０の上に設けられている。基板１０と下部電極１２との間には、ドーム状の空隙１８が形成されている。言い換えれば、空隙１８の中央部においては基板１０と下部電極１２との距離が大きく、空隙１８の周辺部においては基板１０と下部電極１２との距離が小さい。下部電極１２は例えば空隙１８に露出している。圧電薄膜１４は下部電極１２の上に設けられている。上部電極１６は圧電薄膜１４の上に設けられている。言い換えれば、下部電極１２と上部電極１６とは圧電薄膜１４を挟む。下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６が重なり共振領域１１が形成される。共振領域１１において励振された弾性波は厚さ方向（図１（ｂ）の縦方向）に振動し、かつ面方向（図１（ｂ）の横方向）に進行する。圧電薄膜１４の開口部から露出する下部電極１２の一部は、電気信号を取り出すための端子部として機能する。下部電極１２には、空隙１８と連結する導入路１３が設けられている。導入路１３の先端には穴部１５が形成されている。導入路１３及び穴部１５は、空隙１８を形成する工程において使用される。
【００１７】
基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の絶縁体からなる。下部電極１２はルテニウム／クロム（Ｒｕ／Ｃｒ）、上部電極１６はＣｒ／Ｒｕの２層構造を有する。言い換えれば、下部電極１２及び上部電極１６はそれぞれ、圧電薄膜１４に近い方から順にＣｒ層及びＲｕ層を積層したものである。下部電極１２のＣｒ層の厚さは例えば１００ｎｍ、Ｒｕ層の厚さは例えば２５０ｎｍである。上部電極１６のＣｒ層の厚さは例えば２０ｎｍ、Ｒｕ層の厚さは例えば２５０ｎｍである。圧電薄膜１４は（００２）方向を主軸とするＡｌＮ、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。このように、圧電薄膜１４は、ｃ軸が厚さ方向を向き、ａ軸が面方向を向くような配向性を有する。
【００１８】
次に圧電薄膜の結晶構造と電気機械結合定数との関係について説明する。まず配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係について説明する。圧電薄膜１４のｃ軸配向性が高いほど電気機械結合定数ｋ３３２は高くなる。圧電薄膜１４の電気機械結合定数ｋ３３２が高いほど、ＦＢＡＲの特性は良好になる。
【００１９】
Ｓｉからなる基板１０上にＡｌＮからなる圧電薄膜１４を成膜したサンプルを用い、配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証した。圧電薄膜１４の配向性はＡｌＮの（００２）面方向におけるＸ線ロッキングカーブ法により評価した。ロッキングカーブのＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum：半値幅）は配向性を表す。ＦＷＨＭが小さいほど配向性が高い。各サンプルを用いてＦＢＡＲを形成することで、電気機械結合定数ｋ３３２を評価した。表１は圧電薄膜１４の成膜条件が異なるサンプルＢ１、Ｂ２及びＢ３における配向性と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を示す表である。基板１０はＳｉからなり、圧電薄膜１４は厚さ１２００ｎｍのＡｌＮからなる。
【表１】
表１の左端の列はサンプルを示す。表１の左から２番目のＦＷＨＭ１は、基板１０上における圧電薄膜１４のＦＷＨＭを示す。表２の左から３番目のＦＷＨＭ２は、下部電極１２の上における圧電薄膜１４のＦＷＨＭを示す。左から４番目は電気機械結合定数ｋ３３２を示す。
【００２０】
表１に示すように、サンプルＢ１〜Ｂ３のいずれにおいてもＦＷＨＭ１は１．３ｄｅｇであり、ＦＷＨＭ２は２．７ｄｅｇである。言い換えれば、サンプルＢ１〜Ｂ３における配向性は同じである。これに対し、サンプルＢの電気機械結合定数ｋ３３２は６．０７％、サンプルＢ２のｋ３３２は６．１１％、サンプルＢ３のｋ３３２は６．３１％である。このように、圧電薄膜１４の配向性が同じであっても、電気機械結合定数ｋ３３２に差異が生じ、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を得られない可能性がある。この結果、所望の特性を有する圧電薄膜共振子を得ることが難しくなり、また歩留まりが低下する可能性がある。
【００２１】
次に格子定数と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証するための実験について説明する。成膜条件を変更して、基板１０上に格子定数の異なる複数のＡｌＮ膜を形成した。Ｘ線回折によるθ−２θ測定（θ−２θ法）により、各ＡｌＮ膜の格子定数を測定した。また、異なる格子定数と同一の膜厚とを有するＡｌＮ膜の各々を圧電薄膜１４としてＦＢＡＲを作成し、電気機械結合定数ｋ３３２を求めた。これにより格子定数と電気機械結合定数ｋ３３２との関係を検証した。各圧電薄膜共振子間において、圧電薄膜１４の成膜条件以外の製造条件は同一である。圧電薄膜１４の厚さは１２００ｎｍである。ＡｌＮのｃ軸の格子定数をｃ、ａ軸の格子定数をａとする。θ−２θ法について説明する。図２（ａ）はθ−２θ法の測定を例示する模式図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、θ−２θ法にはＸ線発生源２０、Ｘ線検出器２２及びサンプル２４を用いる。サンプル２４はＳｉからなる基板上に成膜されたＡｌＮ膜である。Ｘ線発生源２０はサンプル２４に向けてＸ線を照射する。Ｘ線はサンプル２４により散乱される。Ｘ線検出器２２は散乱されたＸ線を検出する。
【００２３】
サンプル２４のＸ線発生源２０及びＸ線検出器２２と対向する面は（００２）面である。サンプル２４のＸ線発生源２０及びＸ線検出器２２と対向する面と散乱されたＸ線とのなす角はθである。照射されるＸ線と散乱されるＸ線とのなす外角は２θである。Ｘ線発生源２０及びサンプル２４を図中の矢印の方向に回転させることでθ及び２θを変化させる。例えば、サンプル２４を１°回転させた場合、Ｘ線発生源２０をサンプル２４と同方向に２°回転させる。これにより角度の比率は一定に保たれる。上記のように角度を変化させながら、Ｘ線検出器２２により検出されるＸ線の強度がピークを示す角θを求める。
【００２４】
Ｘ線強度がピークを示すとき、サンプル２４の結晶面間隔ｄ、角θ及びＸ線の波長λとの関係は次の式で表される。
【数１】
上記の数１から結晶面間隔ｄを求めることができる。なお、（００２）面におけるＸ線強度がピークを示すのは２θが約３６ｄｅｇ（θが約１８ｄｅｇ）のときである。また、ＡｌＮのようなウルツ鉱型結晶構造においては、結晶の面方位（ｈｋｌ）、結晶面間隔ｄ、格子定数ａ及びｃの関係は次の式で表される。
【数２】
ＡｌＮの（００２）面にＸ線を照射するので、ｈ＝ｋ＝０、かつｌ＝２である。数１から算出したｄを数２に代入することで、ｃ軸方向の格子定数ｃを求めることができる。なお、Ｘ線強度が３６ｄｅｇ付近でピークを示すのは、Ｘ線の管球がＣｕ管球の場合である。他の管球を用いる場合、異なる角度にピークが発生する。管球の種類によってλが異なるためである。
【００２５】
実験結果について説明する。図２（ｂ）は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は格子定数ｃ、縦軸は電気機械結合定数ｋ３３２をそれぞれ表す。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、格子定数ｃが小さいほど電気機械結合定数ｋ３３２は大きくなる。例えば格子定数ｃが約４．９８８Åの場合、電気機械結合定数ｋ３３２は約６．１０％である。これに対し、格子定数ｃが約４．９８０Åの場合、電気機械結合定数ｋ３３２は約６．３５％である。図２（ｂ）の結果から、電気機械結合定数ｋ３３２を大きくするためには、格子定数ｃを小さくすればよいことが分かる。
【００２７】
次に格子定数ｃを制御する条件について説明する。格子定数ｃと圧電薄膜１４に残留する残留応力との関係について検証する実験及びシミュレーションを行った。まず実験について説明する。実験は、成膜条件の異なる圧電薄膜１４において、残留応力と格子定数ｃとの関係を検証したものである。
【００２８】
図３（ａ）は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は格子定数ｃをそれぞれ表す。残留応力が引張応力である場合、残留応力は正の値をとる。残留応力が圧縮応力である場合、残留応力は負の値をとる。圧縮応力とは図１（ｂ）における圧電薄膜１４の上面を狭くする方向の応力である。引張応力とは圧電薄膜１４の上面を広げる方向の応力である。圧電薄膜１４はＡｌＮからなる。図３（ａ）に示すように、残留応力が負の場合よりも、残留応力が正の場合において格子定数ｃは小さくなる。言い換えれば残留応力が引張応力である場合、格子定数ｃは小さくなる。
【００２９】
次にシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、計算手法として擬ポテンシャル法、計算のためのプログラムとしてＡＢＩＮＩＴを用いて、構造最適化を含むＡｌＮの電子状態の第１原理計算を行ったものである。応力を入力した場合にＡｌＮが安定構造となる格子定数ａ及びｃを求めた。なお、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）カードチャートによれば、応力がゼロの場合における格子定数ｃは０．４９８ｎｍ（４．９８Å）、格子定数ａとｃとの比（格子定数の比）ｃ／ａは１．６である。
【００３０】
図３（ｂ）は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数ｃの変化率である。格子定数ｃの変化率とは、応力がゼロの場合の格子定数ｃを基準とした格子定数ｃの変化率である。図３（ｂ）に示すように、残留応力の値が大きいほど、格子定数ｃの変化率は小さくなる。詳細には、残留応力が圧縮応力（負の値）である場合、格子定数ｃの変化率は正の値である。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数ｃが大きくなる。残留応力が引張応力（正の値）である場合、格子定数ｃの変化率は負の値となる。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数ｃが小さくなる。
【００３１】
さらに格子定数の比ｃ／ａの変化率を検証した。図４（ａ）は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数の比ｃ／ａを表す。図４（ａ）に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、ｃ／ａの変化率は正の値となる。言い換えればｃ／ａは大きくなる。残留応力が引張応力である場合、ｃ／ａの変化率は負の値となる。言い換えればｃ／ａは小さくなる。
【００３２】
次に電気機械結合定数ｋ３３２のシミュレーションについて説明する。上記と同様にシミュレーションはＡｌＮの電子状態の第１原理計算を行ったものである。安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、ＡｌＮのｃ軸方向における圧電定数ｅ３３、弾性定数Ｃ３３及び誘電率ε３３を求めた。電気機械結合定数ｋ３３２と圧電定数ｅ３３、弾性定数Ｃ３３及び誘電率ε３３との間には次の関係が成立する。
【数３】
数３に基づき電気機械結合定数ｋ３３２を算出することができる。応力がゼロの場合における安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、応力がゼロの場合の電気機械結合定数ｋ３３２を求めることができる。応力が入力された場合における安定構造のＡｌＮの結晶格子に歪みを加えることで、応力が入力された場合の電気機械結合定数ｋ３３２を求めることができる。
【００３３】
図４（ｂ）は残留応力と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は電気機械結合定数ｋ３３２の変化率をそれぞれ表す。電気機械結合定数の変化率は、応力がゼロの場合の電気機械結合定数ｋ３３２を基準としたものである。図４（ｂ）に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２の変化率は負の値となる。言い換えれば、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２は小さくなる。残留応力が引張応力である場合、電気機械結合定数ｋ３３２の変化率は正の値となる。以上のように残留応力が引張応力である場合、格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａは小さくなり、電気機械結合定数ｋ３３２は大きくなる。
【実施例１】
【００３４】
以上の知見に基づく実施例１について説明する。実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法は、圧電薄膜１４の格子定数を管理するための格子定数管理工程を含む。図５（ａ）から図５（ｄ）は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。
【００３５】
図５（ａ）に示すウェハは、基板１０上に圧電薄膜１４を形成したものである。図５（ｂ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成したものである。図５（ｃ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成し、圧電薄膜１４上に上部電極１６を形成したものである。図５（ｄ）に示すウェハは、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成し、圧電薄膜１４に温度補償膜１９を挿入したものである。温度補償膜１９は例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、又はＳｉＯ２に例えばフッ素（Ｆ）等をドープしたドープＳｉＯ２等からなる。温度補償膜１９は、下部電極１２と上部電極１６との間において、圧電薄膜１４の面方向に挿入されている。
【００３６】
格子定数管理工程に用いられるウェハは、ダミーウェハでもよいし、製品ウェハでもよい。ダミーウェハとは、製品を形成するためのものではなく、格子定数の管理のために用いられるウェハである。製品ウェハとは、製品（ＦＢＡＲ）を形成するためのウェハである。またダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。
【００３７】
図６は実施例１に係るＦＢＡＲの格子定数管理工程を例示するフローチャートである。以下の説明では、図５（ａ）に示す構成のダミーウェハを用いる場合を説明する。
【００３８】
図６に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、基板１０上に圧電薄膜１４（圧電膜）を成膜する（ステップＳ１０）。成膜された圧電薄膜１４の格子定数を測定する（ステップＳ１１）。測定されるのはｃ軸方向の格子定数ｃである。測定の方法として、例えばθ−２θ法を用いることができる。格子定数ｃが所定の値ｃ０未満であるか判断する（ステップＳ１２）。所定の値ｃ０とは、例えば所望の電気機械結合定数ｋ３３２と対応する格子定数の値である。例えば図２（ｂ）に基づくと、電気機械結合定数ｋ３３２を６．３％以上にしたい場合、ｃ０を約４．９８２Åと定めればよい。
【００３９】
Ｎｏの場合、すなわち格子定数ｃがｃ０以上である場合、圧電薄膜１４の成膜条件を変更する（ステップＳ１３）。成膜条件は、格子定数ｃがｃ０より小さくなるように変更される。成膜条件については後述する。ステップＳ１３の後、工程はステップＳ１０に戻る。変更された成膜条件を用いて別のダミーウェハに圧電薄膜１４を成膜する。ステップＳ１２においてＹｅｓの場合、格子定数管理工程は終了する。
【００４０】
格子定数管理工程により変更された成膜条件を用いて、ＦＢＡＲを製造する。図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係るＦＢＡＲの製造方法を例示する断面図である。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、例えばスパッタリング法または蒸着法を用い、基板１０上に犠牲層１７を形成する。犠牲層１７は例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなり、空隙１８が形成される領域に設けられる。犠牲層１７の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００４２】
図７（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて下部電極１２を形成する。スパッタリング法は、例えば０．６〜１．２Ｐａの圧力下、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で行う。圧力及び雰囲気とは、スパッタリング装置内の圧力及び雰囲気である。成膜後、例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、下部電極１２を所定の形状とする。図７（ｂ）の右側に示すように、下部電極１２の一方の端部と犠牲層１７の一方の端部とは重なる。一方、図７（ｃ）の左側に示すように、下部電極１２は基板１０の上面に延びる。
【００４３】
図７（ｃ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、圧電薄膜１４を形成する。圧電薄膜１４は、膜厚が例えば４００ｎｍ、ｃ軸を主軸とするＡｌＮからなる。スパッタリング法は、例えば約０．３Ｐａの圧力下、アルゴン／窒素（Ａｒ／Ｎ２）混合ガス雰囲気中において行う。成膜条件は、図６において変更された条件を用いる。
【００４４】
例えばスパッタリング法を用いて、上部電極１６を形成する。スパッタリング法は、例えば０．６〜１．２Ｐａの圧力下、Ａｒガス雰囲気中で行う。例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、上部電極１６及び圧電薄膜１４を所定の形状とする。下部電極１２、圧電薄膜１４、上部電極１６及び犠牲層１７が重なる領域が形成される。圧電薄膜１４に形成された開口部から下部電極１２が露出する。図１（ａ）に示した穴部１５及び導入路１３からエッチング液を導入し、犠牲層１７を除去する。下部電極１２、圧電薄膜１４、及び上部電極１６からなる複合膜の残留応力は圧縮応力である。このため、犠牲層１７のエッチングが完了した時点で、複合膜は膨れ上がり、下部電極１２と基板１０との間に複合膜側にドーム状形状を有する空隙１８が形成される。以上の工程により、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を有するＦＢＡＲが形成される。
【００４５】
実施例１によれば、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電薄膜１４を成膜する工程と、圧電薄膜１４の格子定数ｃを測定する工程と、格子定数ｃが所定の値ｃ０以上である場合、成膜条件を変更する工程と、を行う。成膜条件の変更により、格子定数ｃが所定の値ｃ０より小さくなる。この結果、大きな電気機械結合定数ｋ３３２を有するＦＢＡＲを得ることができる。
【００４６】
図６のステップＳ１３において変更する成膜条件とは、例えば圧電薄膜１４を成膜するためのスパッタリング法におけるＡｒガスの流量等である。Ａｒ／Ｎ２混合ガス中のＡｒ流量比を増加させることにより圧電薄膜１４の応力は引張応力となり、Ａｒ流量比を減少させることにより圧電薄膜１４の応力は圧縮応力となる。ステップＳ１３においては、Ａｒ流量比を例えばＡｒ流量／（Ａｒ流量＋Ｎ２流量）＝０．２５に増加させることで圧電薄膜１４の応力を引張応力とする。なお、Ａｒ流量比は装置に応じて変更してもよい。図３（ａ）から図４（ａ）に示したように、残留応力が引張応力となることで格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａが小さくなる。この結果、電気機械結合定数ｋ３３２が大きくなる。
【００４７】
図６のステップＳ１２においては、格子定数ｃとして、一回の測定により得られた値を用いてもよいし、複数回の測定結果の平均値を用いてもよい。また、例えば格子定数の比ｃ／ａを管理することで格子定数を管理してもよい。この場合、格子定数ａ及びｃを測定し、ｃ／ａを算出する（ステップＳ１１）。比ｃ／ａが所定の値ｃ０／ａ０未満であるか判断する（ステップＳ１２）。Ｎｏの場合、つまりｃ／ａがｃ０／ａ０以上である場合、成膜条件はｃ／ａが所定の値ｃ０／ａ０未満となるように変更される（ステップＳ１３）。格子定数ｃ及びｃ／ａの一方、又は両方を管理してもよい。
【００４８】
図６に示した格子定数管理工程は、製造工程一回ごとに行ってもよい。しかし、毎回の製造工程において格子定数管理工程を行うことは、工程数の増大、製造工程の複雑化等を招き、ＦＢＡＲの高コスト化の原因となる。従って、格子定数管理工程は定期的に行うことが好ましい。定期的とは、例えば毎日、毎週、スパッタリング法に用いるターゲットを変更したとき、製造ロットを変更したとき、製造工程を所定回数繰り返したとき等である。
【００４９】
格子定数管理工程に図５（ｂ）に示す構成のウェハを用いる場合、図６のステップＳ１０において下部電極１２と圧電薄膜１４とを成膜する。ステップＳ１１において下部電極１２上の圧電薄膜１４の格子定数を測定する。図５（ｃ）に示す構成のウェハを用いる場合、ステップＳ１０において、下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６を成膜する。ステップＳ１１において、下部電極１２と上部電極１６との間に設けられた圧電薄膜１４の格子定数を測定する。図５（ｄ）に示す構成のウェハを用いる場合、ステップＳ１０において、下部電極１２、圧電薄膜１４、上部電極１６及び温度補償膜１９を成膜する。言い換えれば、温度補償膜１９が挿入された圧電薄膜１４を成膜する。ステップＳ１１において、温度補償膜１９が挿入された圧電薄膜１４の格子定数を測定する。格子定数管理工程に用いるウェハの圧電薄膜１４を、ＦＢＡＲにおける圧電薄膜１４と同じ状況に置くことが好ましい。これにより、格子定数を精度高く測定することが可能となる。
【００５０】
前述のように格子定数管理工程に製品ウェハを用いてもよいし、ダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。格子定数管理工程を経た製品ウェハにより、ＦＢＡＲを形成することができる。図６のステップＳ１２においてＮｏと判定された場合、製品ウェハは廃棄してもよいし製品ウェハを用いてＦＢＡＲを形成してもよい。
【００５１】
なお、実施例１では格子定数ｃを所定の値ｃ０以下に調整する例を示したが、例えば格子定数ｃを所定の値ｃ０以上に調整してもよい。つまり格子定数ｃが所定の値ｃ０より小さい場合（図６のステップＳ１２においてＹｅｓ）、ステップＳ１３において成膜条件を調整する。これにより格子定数ｃを所定の値ｃ０以上とし、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を得ることができる。
【００５２】
圧電薄膜１４は、ＡｌＮ及びＺｎＯ以外のウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなるとしてもよい。下部電極１２及び上部電極１６は、二層構造としたが単層構造でもよいし、三層以上の構造でもよい。下部電極１２及び上部電極１６の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属を用いることができる。下部電極１２は空隙１８に露出してもよいし、露出しなくてもよい。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は電気機械結合定数ｋ３３２の分布を低減する例である。表２は圧電薄膜１４の面内の異なる位置Ｃ１〜Ｃ３における配向性及び電気機械結合定数ｋ３３２の測定結果を示す表である。
【表２】
表２に示すように、位置Ｃ１〜Ｃ３のいずれにおいてもＦＷＨＭ１は１．３ｄｅｇであり、ＦＷＨＭ２は２．７ｄｅｇである。言い換えれば、位置Ｃ１〜Ｃ３における配向性は同じである。これに対し、位置Ｃ１におけるｋ３３２は６．０７％、位置Ｃ２におけるｋ３３２は６．１９％、位置Ｃ３におけるｋ３３２は６．２５％である。このように、圧電薄膜１４の面内において電気機械結合定数ｋ３３２に差異が生じることがある。このため、圧電薄膜共振子の周波数特性が不安定になることがある。
【００５４】
電気機械結合定数ｋ３３２の分布の原因について説明する。圧電薄膜１４は例えばスパッタリング法により成膜される。スパッタリング法を行うと、圧電薄膜１４の表面温度は１００℃程度となることがある。圧電薄膜１４をスパッタリング装置から取り出した際、温度変化により熱応力が圧電薄膜１４に残留することがある。また、成膜時に圧電薄膜１４に生じうる格子欠陥により残留応力が生じることもある。残留応力の分布は、格子定数ｃの分布、又は比ｃ／ａの分布の原因となる。格子定数ｃの分布、又は比ｃ／ａの分布が、表２に示したような電気機械結合定数ｋ３３２の分布の原因となることがある。
【００５５】
電気機械結合定数ｋ３３２の分布を低減するためには、格子定数の分布を低減すればよい。実施例２に係るＦＢＡＲの製造方法は、格子定数の分布を低減するための分布低減工程を含む。図８は実施例２に係る圧電薄膜共振子の製造方法を例示するフローチャートである。なお分布低減工程には製品ウェハを使用する。
【００５６】
図８に示すステップＳ１０は図６に示したものと同じである。圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃを測定する（ステップＳ１１）。実施例２においては、圧電薄膜１４の面内の複数の箇所において格子定数ｃを測定する。言い換えれば圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃの分布を測定する。ステップＳ１２及びＳ１３は図６に示したものと同じである。ステップＳ１２においてＹｅｓの場合、圧電薄膜１４の面内における格子定数ｃの分布が大きいか判断する（ステップＳ１４）。例えば複数箇所において測定された格子定数ｃの最大値と最小値との差Δｃが所定の値Δｃ０以上であるか判断する。Ｙｅｓの場合、ＦＢＡＲを形成するための後工程を行う（ステップＳ１５）。例えば製品ウェハが図５（ｂ）に示した構成である場合、後工程として上部電極１６を設ける工程、及び空隙１８を形成する工程を行う。ステップＳ１４においてＮｏの場合、後工程を行う（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の後、面内における格子定数ｃの分布を低減させる（ステップＳ１７）。ステップＳ１４の後、又はステップＳ１７の後、工程は終了する。
【００５７】
格子定数の分布を低減させるための具体的な方法について説明する。格子定数の分布を低減するためには、残留応力の分布を低減すればよい。残留応力の分布を低減するために、例えば上部電極１６の残留応力を用いることができる。上部電極１６中の残留応力の分布は、例えば上部電極１６の成膜圧力等の成膜条件を変更することにより生成する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）はＦＢＡＲのうち圧電薄膜１４及び上部電極１６を抜き出して、かつハッチングを省略して図示したものである。なお、図の簡略化のため、圧電薄膜１４と上部電極１６とは同程度の厚さとしている。ブロック矢印は強い残留応力を表し、実線の矢印は弱い残留応力を表す。強い残留応力とは絶対値が大きい残留応力を意味し、弱い残留応力とは絶対値が小さい残留応力を意味する。
【００５８】
図９（ａ）に示す例では、圧電薄膜１４の残留応力は引張応力である。圧電薄膜１４の中心部には弱い残留応力が存在する。圧電薄膜１４の周辺部には強い残留応力が存在する。このように圧電薄膜１４の残留応力は面内において異なる大きさを有することがある。その一方、上部電極１６の中心部には強い残留応力が存在する。上部電極１６の周辺部には弱い残留応力が存在する。上部電極１４６の残留応力は引張応力である。圧電薄膜１４の中心部には、上部電極１６の中心部の強い残留応力が加わる。圧電薄膜１４の周辺部には、上部電極１６の周辺部の弱い残留応力が加わる。この結果、圧電薄膜１４の残留応力は中心部と周辺部とで同程度の大きさとなる。言い換えれば、圧電薄膜１４の残留応力の分布は低減される。この結果、圧電薄膜１４の格子定数ｃの分布も低減される。
【００５９】
図９（ｂ）に示す例では、圧電薄膜１４の中心部には弱い圧縮応力が存在し、周辺部には強い圧縮応力が存在する。上部電極１６の中心部には弱い引張応力が存在し、周辺部には強い引張応力が存在する。圧電薄膜１４と上部電極１６とでは、残留応力の方向が反対である。従って、圧電薄膜１４の残留応力と上部電極１６の残留応力とは打ち消し合う。この結果、圧電薄膜１４の残留応力の分布は低減される。より効果的に残留応力の分布を低減するためには、圧電薄膜１４と上部電極１６とが接触することが好ましい。
【００６０】
格子定数の分布の低減を検証した実験について説明する。実験では図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、上部電極１６により圧電薄膜１４の残留応力の分布を低減することで、格子定数の分布を低減した。圧電薄膜１４はＡｌＮからなる。上部電極１６は、圧電薄膜１４に近い方からＣｒ層とＲｕ層とを積層したものである。圧電薄膜１４の厚さは１２００ｎｍ、上部電極１６の厚さは２５０ｎｍである。
【００６１】
図１０は格子定数の分布を示すグラフである。横軸は圧電薄膜１４の面内における位置（面内位置）１〜１０を表す。縦軸は格子定数ｃを表す。黒丸は分布低減前における格子定数、白丸は分布低減後における格子定数をそれぞれ表す。分布低減前とは上部電極形成前を意味し、分布低減後とは上部電極形成後を意味する。図１０に黒丸で示すように、分布低減前は最小の格子定数が約４．９８５Å、最大の格子定数が約４．９９Åである。これに対し図１９に白丸で示すように、分布低減後は最小の格子定数が約４．９８３Å、最大の格子定数が約４．９８４Åである。このように格子定数ｃの分布が大きく低減される。
【００６２】
実施例２によれば、圧電薄膜１４の格子定数の分布を測定する工程と、格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、格子定数の分布を低減する工程と、を行う。圧電薄膜１４の格子定数の分布が低減されることにより、電気機械結合定数ｋ３３２の分布も低減される。この結果、ＦＢＡＲの特性が安定する。
【００６３】
図８に示すように、格子定数の分布を低減する工程（ステップＳ１７）は、成膜条件を変更する工程（ステップＳ１３）の後に行われる。従って、所望の電気機械結合定数ｋ３３２を有する圧電薄膜１４において、電気機械結合定数ｋ３３２の分布が低減される。この結果、ＦＢＡＲの特性がより安定する。
【００６４】
図８のステップＳ１１において説明したように、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは同時に行われる。言い換えれば、ステップＳ１１において測定した格子定数ｃの値を用いて、ステップＳ１２、及びステップＳ１４の両方を行う。このため工程を簡略化することができる。ただし、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは別個に行われてもよい。例えば、図８のステップＳ１２の後であってステップＳ１４の前に、格子定数の分布を測定する工程を行ってもよい。なお格子定数の比ｃ／ａの分布を低減してもよい。格子定数ｃ及び格子定数の比ｃ／ａの一方又は両方の分布を低減してもよい。
【００６５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）には上部電極１６の残留応力により、圧電薄膜１４の残留応力の分布を低減する例を示した。言い換えれば、図８のステップＳ１７に示した格子定数の分布を低減する工程は、上部電極１６を設ける工程である。残留応力の分布を低減するために、他の方法を用いてもよい。付加膜を用いる例を実施例２の変形例とする。
【００６６】
図１１は実施例２の変形例に係るＦＢＡＲを例示する断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において既述した構成については、説明を省略する。図１１に示すように、ＦＢＡＲ１１０は付加膜３０を備える。付加膜３０は、上部電極１６上に設けられている。付加膜３０は例えばＳｉＯ２、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁体から形成されてもよいし、金属から形成されてもよい。上部電極１６の残留応力と付加膜３０の残留応力とにより、圧電薄膜１４の残留応力を緩和することができる。
【００６７】
また、ステップＳ１７は圧電薄膜１４を加熱する工程でもよい。圧電薄膜１４を例えば６００℃まで加熱することで、残留応力の分布を低減することができる。ＦＢＡＲの製造工程における最高温度よりも高い温度まで圧電薄膜１４を加熱することが好ましい。上部電極１６の残留応力による分布の低減、加熱による分布の低減の両方を行ってもよい。
【００６８】
圧電薄膜１４の加熱は上部電極１６を形成する前、形成する後のどちらでもよい。言い換えれば、ステップＳ１６をステップＳ１７の後に行ってもよい。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、上部電極１６を設けることで、分布低減が可能となる。言い換えれば、ステップＳ１６はステップＳ１７を含んでもよい。
【００６９】
格子定数の分布が大きいとは、例えば複数箇所において測定された格子定数ｃの最大値と最小値との差Δｃが大きいことを意味する。図８のステップＳ１４においてΔｃが、所定の値Δｃ０以上であるか判断する。ΔｃがΔｃ０以上である場合、Ｙｅｓと判断される。また格子定数ｃの標準偏差等を用いて分布の大きさを判断してもよい。
【００７０】
実施例１及び実施例２それぞれに係る製造方法は、他の弾性波デバイスにも適用可能である。図１２（ａ）から図１３（ｂ）は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において既述した構成については、説明を省略する。
【００７１】
図１２（ａ）に示すように、ＦＢＡＲ１２０の基板１０には空隙３２が形成されている。空隙３２は、下部電極１２、圧電薄膜１４及び上部電極１６と重なる。下部電極１２は空隙３２に露出している。空隙３２は、例えばエッチング法等により基板１０の一部を除去することで形成される。空隙３２は、基板１０を厚さ方向に貫通してもよい。
【００７２】
図１２（ｂ）に示すように、ＳＭＲ１３０は音響反射膜３４を備える。音響反射膜３４は基板１０と下部電極１２との間に設けられている。音響反射膜３４は、音響インピーダンスが高い膜と音響インピーダンスが低い膜との積層膜である。
【００７３】
図１３（ａ）に示すように、弾性波共振子１４０は、圧電膜３１、第１支持基板３８、第２支持基板４０、及び電極４２を備える。第１支持基板３８の下面は第２支持基板４０と、例えば表面活性化接合、樹脂接合等により接合されている。第１支持基板３８の上面には圧電膜３１が設けられている。第１支持基板３８には、第１支持基板３８を厚さ方向に貫通する孔部が形成されている。孔部は圧電膜３１と第２支持基板４０との間の空隙４４として機能する。圧電膜３１の上面の空隙４４と重なる領域には電極４２が設けられている。圧電膜３１は例えばＡｌＮ等のように、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなる。弾性波共振子１４０はラム波を利用する共振子である。
【００７４】
図１３（ｂ）に示すように、ＦＢＡＲ１５０は温度補償膜１９を備える。温度補償膜１９は圧電薄膜１４に挿入され、圧電薄膜１４と接触している。温度補償膜１９の弾性定数の温度係数の符号は、圧電薄膜１４の弾性定数の温度係数の符号と反対である。従って、ＦＢＡＲ１５０の温度特性が安定する。なお、図１２（ａ）から図１３（ａ）に示した弾性波デバイスが温度補償膜１９を備えてもよい。実施例１又は実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法により、図１２（ａ）から図１３（ｂ）に示したような弾性波デバイスを製造することができる。実施例１又は実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法は、共振子を備えるフィルタ及びデュプレクサ、並びにフィルタ及びデュプレクサ等を含むモジュール等の弾性波デバイスの製造方法にも適用可能である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電薄膜
１６ 上部電極
１７ 共振領域
１８、３２、４４ 空隙
１９ 温度補償膜
３１ 圧電膜
１００、１１０、１２０、１５０ ＦＢＡＲ
１３０ ＳＭＲ
１４０ 弾性波共振子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、
前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、
前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数を測定する工程であり、
前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数及びａ軸方向の格子定数を測定する工程であり、
前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数とａ軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数の比が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、
前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われることを特徴とする請求項４記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項４又は５記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項１から７いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１】
ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、
前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、
前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数を測定する工程であり、
前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記格子定数を測定する工程はｃ軸方向の格子定数及びａ軸方向の格子定数を測定する工程であり、
前記成膜条件を変更する工程は、前記ｃ軸方向の格子定数とａ軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に行われ、かつ前記格子定数の比が前記所定の値より小さくなるように前記成膜条件を変更する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、
前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われることを特徴とする請求項４記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項４又は５記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項１から７いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４６１１０（Ｐ２０１３−４６１１０Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０８１８（Ｐ２０１１−１８０８１８）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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