薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器
【課題】 圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることなく高温処理などの加熱、冷却を行うことが可能な、薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器を提供する。
【解決手段】 本発明の薄膜振動片の製造方法は、基板１１上に電極部としてのＰＡＤ電極１２を形成し、さらに基板１１上、及びＰＡＤ電極１２の上面に、非晶質薄膜としての、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜１３を形成する。次に、ＳｉＯ2薄膜１３上に、圧電体薄膜としての酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜１４を形成し、ＺｎＯ薄膜１４上面に、励振電極１６、反射器１７を形成する。次に、ＰＡＤ電極１２に対応する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを除去し、ＰＡＤ電極１２を露出するための開口部１５を形成する。
【解決手段】 本発明の薄膜振動片の製造方法は、基板１１上に電極部としてのＰＡＤ電極１２を形成し、さらに基板１１上、及びＰＡＤ電極１２の上面に、非晶質薄膜としての、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜１３を形成する。次に、ＳｉＯ2薄膜１３上に、圧電体薄膜としての酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜１４を形成し、ＺｎＯ薄膜１４上面に、励振電極１６、反射器１７を形成する。次に、ＰＡＤ電極１２に対応する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを除去し、ＰＡＤ電極１２を露出するための開口部１５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリコン基板のような基板上に電極と圧電体薄膜とが形成されている薄膜振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、通信機器や各種信号処理には、共振子やフィルタなどを構成する弾性表面波デバイスが用いられている。この弾性表面波デバイスには、シリコン基板などの基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電体薄膜を形成した薄膜振動片を用いた弾性表面波デバイスが提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２）。
【０００３】
この薄膜振動片の詳細を図面に沿って説明する。図６は、従来の薄膜振動片を示す正断面図である。図６に示すように、薄膜振動片１００は、シリコン基板１０１上に、電極１０２が形成され、電極１０２の表面も含むシリコン基板１０１上に圧電体薄膜１０３が形成されている。圧電体薄膜１０３上には、ＩＤＴ（インタディジタル変換子、例えば櫛歯電極などの励振電極）１０５や反射器１０４が形成されている。ＩＤＴ１０５、反射器１０４は、電極１０２と接続配線１０６により接続されている。なお、電極１０２は、図示しない発振回路や各種信号処理回路などと接続されている。
【０００４】
次に、薄膜振動片１００の製造方法について説明する。先ず、シリコン基板１０１上に、例えば、導電性を有するアルミなどによる電極１０２を蒸着法、エッチング法などを用いて形成する。次に、電極１０２を含むシリコン基板１０１上にＺｎＯ薄膜などの圧電体薄膜１０３を形成する。圧電体薄膜１０３は、例えば、蒸着法などを用いて形成する。次に、圧電体薄膜１０３の膜質を向上させるために、３００℃〜５００℃程度の高温処理を行う。次に、圧電体薄膜１０３上に、ＩＤＴ１０５、反射器１０４などの弾性表面波を励振させるための電極を形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５１４５１号公報
【特許文献２】実開平３−２４７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の薄膜振動片１００の製造方法では、薄膜振動片１００を構成する電極１０２、及び電極１０２上に形成された圧電体薄膜１０３が、高温処理工程で３００℃〜５００℃程度まで加熱される。電極１０２、圧電体薄膜１０３は、異なった熱膨張係数を有しているため、加熱によりそれぞれが異なる量の変形を生じる。例えば、アルミで形成された電極１０２の熱膨張係数は、２３．１×１０-6／℃であり、ＺｎＯで形成された圧電体薄膜１０３の熱膨張係数は、４×１０-6／℃である。即ち、電極１０２は、圧電体薄膜１０３と比較して５倍以上の熱膨張による変形が起こることになる。このように、電極１０２が圧電体薄膜１０３より大きく変形するため、電極１０２上に形成されている圧電体薄膜１０３が変形に耐え切れず、割れ、剥離を生じることがあった。この剥離した圧電体薄膜１０３が、基板１０１、圧電体薄膜１０３などの表面を汚染し、この汚染に起因する励振電極の欠損が発生してしまう問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることなく高温処理などの加熱、冷却を行うことが可能な、薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる問題を解決するために、本発明の薄膜振動片の製造方法は、基板上に電極部と、前記電極部の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する圧電体薄膜とが形成された薄膜振動片の製造方法であって、前記基板上に、前記電極部を形成する工程と、少なくとも前記電極部の表面に非晶質薄膜を形成する工程と、前記非晶質薄膜の表面を含む前記基板上に前記圧電体薄膜を形成する工程と、前記圧電体薄膜を高温で処理するアニ−ル工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の薄膜振動片の製造方法によれば、基板上に形成された電極部の表面に非晶質薄膜を形成し、その非晶質薄膜の表面に圧電体薄膜を形成する。即ち、電極部と圧電体薄膜との間に非晶質薄膜を形成する。非晶質薄膜は、原子配列が無秩序に並んだ構造をしているため原子が隙間に移動しやすく、そのため粘り強い強靭な性質を有している。この非晶質薄膜の粘り強い強靭な性質によって、薄膜振動片を高温処理する際の加熱、冷却などの温度変化により発生する、異なる熱膨張係数を有する電極部と圧電体薄膜との変形量の違いを吸収する。つまり、非晶質薄膜が熱変化による変形に対する緩衝作用を果たし、電極部の変形が圧電体薄膜に影響することを防止する。従って、圧電体薄膜を高温で処理しても、電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を防止することができる。これにより、剥離した圧電体薄膜が、基板或いは圧電体薄膜などの表面を汚染することによる励振電極の欠損などの発生を防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、前記非晶質薄膜の熱膨張係数が、前記電極部の熱膨張係数より小さいことが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、電極部と比較して、高温処理のための加熱、冷却による変形量の比較的小さな非晶質薄膜の変形量が圧電体薄膜に伝わることとなるため、圧電体薄膜の受ける変形による影響が小さくなる。即ち、電極部の変形量が大きなことによって発生する圧電体薄膜の割れ、剥離などが生じ難い薄膜振動片を提供することができる。
【００１２】
本発明の薄膜振動片は、前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の薄膜振動片によれば、薄膜振動片を高温で処理しても、電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない薄膜振動片を提供することが可能となる。
【００１４】
本発明の薄膜振動子は、保持器と、前記保持器に接続された前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の薄膜振動子によれば、薄膜振動子を高温で処理しても、用いている薄膜振動片の電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない薄膜振動子を提供することが可能となる。
【００１６】
本発明の圧電発振器は、保持器と、前記保持器に接続された前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、前記保持器および前記薄膜振動片に接続された少なくとも前記薄膜振動片を励振させる機能を有する回路部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の圧電発振器によれば、圧電発振器を高温で処理しても、用いている薄膜振動片の電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない圧電発振器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る、薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器の最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。
（第一実施形態）
【００１９】
第一実施形態として、本発明に係る薄膜振動片の製造方法およびその製造方法を用いた薄膜振動片について図面を用いて説明する。図１は、本発明の薄膜振動片の一例としての薄膜弾性表面波振動片を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正断面図である。図２は、本発明の薄膜振動片の一例としての薄膜弾性表面波振動片の製造方法を示す工程フロー図である。
【００２０】
先ず、薄膜弾性表面波振動片１０の構成について説明する。図１に示すように、例えば、シリコン（Ｓｉ）などの基板１１上に、電極部としての、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などを用いたＰＡＤ電極１２が形成されている。本例のＰＡＤ電極１２は、アルミニウム（Ａｌ）を用い、０．６μｍ程度の厚さを有して形成されている。ＰＡＤ電極１２が形成されていない部分の基板１１上、及び、図示しないＰＡＤ電極１２から延在された配線などの上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）１３が形成されている。このＳｉＯ2薄膜１３は、１μｍ程度の厚さで形成されている。ＳｉＯ2薄膜１３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）１４が形成されている。このＺｎＯ薄膜１４は、２μｍ程度の厚さで形成されている。
【００２１】
ＺｎＯ薄膜１４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極１６を構成する櫛歯電極１６ａ，１６ｂ、反射器１７を構成する反射電極１７ａ，１７ｂ、バスバー１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂが形成されている。櫛歯電極１６ａ，１６ｂは、それぞれが複数設けられて櫛歯状に構成され、櫛歯電極１６ａと櫛歯電極１６ｂとが交互に一定間隔で弾性表面波の伝播方向（図示左右方向）に配列されている。そして、櫛歯電極１６ａがバスバー１８ａにより接続され、櫛歯電極１６ｂがバスバー１８ｂにより接続されて励振電極１６が構成されている。反射電極１７ａ，１７ｂは、上記伝播方向に上記一定間隔にて複数配列されており、反射電極１７ａがバスバー１９ａ、反射電極１７ｂがバスバー１９ｂにより接続されて反射器（いわゆるグレーティング反射器）１７が構成される。この反射電極１７ａ，１７ｂは、櫛歯電極１６ａ，１６ｂの配列領域の上記伝播方向両側にそれぞれ配置されている。
【００２２】
ＺｎＯ薄膜１４には、６箇所の開口部１５が設けられている。開口部１５は、ＰＡＤ電極１２に対向する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを貫通するように形成されている。従って、開口部１５の内壁面には、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４との端面が露出している。この開口部１５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波振動片１０の上表面にＰＡＤ電極１２が露出している。なお、開口部１５の数は、露出が必要なＰＡＤ電極１２の数により決定され、その数量はいくつであってもよい。ＰＡＤ電極１２は、例えば、図示しないワイヤーボンディングなどの接続手段によって、薄膜弾性表面波振動片１０と薄膜弾性表面波振動片１０以外の素子などとの接続を行うために用いる。また、ＰＡＤ電極１２は、励振電極１６、反射器１７などとの接続を行うために用いることもできる。
【００２３】
なお、基板１１は、シリコン（Ｓｉ）を一例として説明したがこれに限らない。例えば、化合物半導体（ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅ，ＺｎＳなど）などで構成される半導体基板、ガラス基板、石英基板、セラミック基板などで構成されていてもよい。
【００２４】
また、圧電体薄膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を一例として説明したがこれに限らない。例えば、ＡｌＮ、ＰＺＴ（Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ）、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｏ、ＬｉＮｂＯ３、ＴａＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３などの、弾性表面波を励振可能な各種圧電体薄膜でもよい。
【００２５】
また、非晶質薄膜として酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜を一例として説明したがこれに限らない。例えば、サファイア、酸化チタン（ＴｉＯ2）などを用いることもできる。
【００２６】
また、ＳｉＯ2薄膜１３が基板１１上の全面に設けられていない場合は、基板１１上とＳｉＯ2薄膜１３上面とにＺｎＯ薄膜１４が形成される。また、ＺｎＯ薄膜１４は、基板１１上の全面に設けられていなくてもよい。
【００２７】
次に、薄膜弾性表面波振動片１０の製造方法について、図２に示す工程フローに沿って説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、基板１１の上面に電極部としてのＰＡＤ電極１２を、０．６μｍ程度の厚さで形成する。ＰＡＤ電極１２の形成は、基板１１の上面にアルミニウム（Ａｌ）の薄膜を蒸着法などによって形成し、そのアルミニウムの薄膜をフォトリソグラフィ法などを用いて成形することで行う。なお、図には示していないが、電極部としての配線、接続電極などＰＡＤ電極１２以外の他の電極も同時に形成する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１１、及びＰＡＤ電極１２の上面を覆うようにＳｉＯ2薄膜１３を形成する。ＳｉＯ2薄膜１３は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。ＳｉＯ2薄膜１３は、０．１〜２μｍ程度の厚さで形成することが望ましいが、本例では１μｍの厚さで形成している。なお、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さとは、ＰＡＤ電極１２の表面からの厚さを表している。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2薄膜１３の上面に、ＺｎＯ薄膜１４を形成する。ＺｎＯ薄膜１４は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。ＺｎＯ薄膜１４は、その材質や結晶性に応じて適宜の厚さで形成される。例えば、一般的には０．１〜５μｍ程度の厚さであり、本例では２μｍの厚さで形成している。
【００３０】
ここで、ＺｎＯ薄膜１４を一例とする圧電体薄膜の厚さが所定範囲内であることが望ましい理由を次に述べる。圧電体薄膜は、薄すぎると弾性表面波の伝播態様が下層の影響を受けやすくなるとともに、圧電体薄膜の表面（図示例では上面）の結晶性が不十分となる、又は、圧電特性が充分な大きさを示さない場合がある。通常、圧電体薄膜の厚さは励起される弾性表面波の１波長以上の厚さとされることが望ましい。逆に、圧電体薄膜が厚すぎると、製造工程に時間がかかり、製造コストが増大するため、薄膜弾性表面波素子としたメリットが薄くなる。
【００３１】
その後、形成されたＺｎＯ薄膜１４の膜質を向上させるために、３００℃〜５００℃程度の高温処理を行う。この高温処理は、ＺｎＯ薄膜１４に向けてランプ光を照射し、ＺｎＯ薄膜１４を高温状態とする、いわゆるランプアニ−ル法などを用いて行うことができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示すように、励振電極１６、反射器１７を形成するための、例えば、アルミニウム（Ａｌ）薄膜２０をＺｎＯ薄膜１４上面に形成する。アルミニウム（Ａｌ）薄膜２０は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。
【００３３】
次に、図２（ｅ）に示すように、励振電極１６、反射器１７を形成する。励振電極１６、反射器１７は、図示しないレジストなどによるマスクを用いたフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。次に、ＰＡＤ電極１２に対応する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを除去し、ＰＡＤ電極１２を露出するための開口部１５を形成する。開口部１５は、前述と同じようにフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。従って、開口部１５の内壁面には、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４との端面が露出している。
【００３４】
ここで、ＳｉＯ2薄膜１３について詳細に説明する。ＳｉＯ2薄膜１３は、前述の高温処理の際の加熱、冷却によるＰＡＤ電極１２の変形の影響をＺｎＯ薄膜１４が受けることを防止するために設けるものである。次に、ＳｉＯ2薄膜１３の膜の厚さについて、ＺｎＯ薄膜１４の厚さとの関係も含めて説明する。なお、以下では、ＳｉＯ2薄膜１３、及びＺｎＯ薄膜１４の膜の厚さを「膜厚」という。それぞれの薄膜の熱膨張係数を次に示す。ＳｉＯ2薄膜１３を形成するＳｉＯ2の熱膨張係数（α１）は、０．５５×１０-6／℃である。ＺｎＯ薄膜１４を形成するＺｎＯの熱膨張係数（α３）は、４×１０-6／℃である。参考に示すと、ＰＡＤ電極１２を形成するアルミニウム（Ａｌ）の熱膨張係数（α２）は、２３．１×１０-6／℃である。
【００３５】
先ず、膜厚と熱膨張、収縮による変形量（以下、「変形量」という。）との関係を説明し、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４の膜厚の設定について述べる。
ＺｎＯ薄膜１４の変形量、及びＳｉＯ2薄膜１３の変形量は、それぞれ、ｈＺ×α３×ΔＴ、ｈＳ×α１×ΔＴ、である。ＺｎＯ薄膜１４の変形量をＳｉＯ2薄膜１３の変形量より小さくするためには、ｈＺ×α３×ΔＴ＜ｈＳ×α１×ΔＴ、とする必要がある。そのためには、ｈＳ＞ｈＺ×α３／α１・・・（１）となる。（１）式のα３とα１に数値を代入すると、ｈＳ＞ｈＺ×α３／α１≒７・・・（２）となる。
ＺｎＯ薄膜１４の厚さ：ｈＺ、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さ：ｈＳ、常温と加熱される温度との差：ΔＴ、ＺｎＯの熱膨張係数：α３、ＳｉＯ2の熱膨張係数：α１。
【００３６】
（２）式より、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さは、ＺｎＯ薄膜１４の厚さの、約７倍の厚さがあれば、ＺｎＯ薄膜１４の変形量を小さくするために十分な効果を有していることがわかる。例えば、ＺｎＯ薄膜１４の膜厚（ｈＺ）が０．１μｍであれば、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さ（ｈＳ）が０．７μｍ程度であることが望ましい。しかしながら、ＳｉＯ2薄膜１３は、その膜厚が前述の計算式で求められた数値より小さな数値により、ＺｎＯ薄膜１４とＰＡＤ電極１２との間に形成されていても、変形量の緩和効果は有している。本第一実施形態では、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さを、１μｍ、ＺｎＯ薄膜１４の厚さを、２μｍで形成したが、割れ、剥離などの問題は生じなかった。
【００３７】
本第一実施形態の薄膜弾性表面波振動片１０の製造方法、及びその製造方法によって製造された薄膜弾性表面波振動片１０によれば、ＳｉＯ2薄膜１３が、ＺｎＯ薄膜１４とＰＡＤ電極１２との間に形成されている。これにより、前述の高温処理の際の加熱、冷却などによるＰＡＤ電極１２の変形量の影響をＺｎＯ薄膜１４が受けることを防止することが可能となる。このことについて、以下に詳述する。ＰＡＤ電極１２は、ＳｉＯ2薄膜１３と接続しているため、ＳｉＯ2薄膜１３がＰＡＤ電極１２の大きな変形量の影響を受ける。ＳｉＯ2薄膜１３を形成するＳｉＯ2は、非晶質薄膜である。図３の非晶質薄膜における原子配列の模式図に示すように、非晶質薄膜は、原子配列が無秩序に並んだ構造をしているため原子８０が隙間８５に移動しやすく、そのため粘り強い強靭な性質を有している。この非晶質薄膜の粘り強さによって、ＰＡＤ電極１２に大きな変形量が生じてもＳｉＯ2薄膜１３は破壊されず、割れ、剥離などが起こることがない。
【００３８】
また、ＳｉＯ2薄膜１３の熱膨張係数（α１）は、ＰＡＤ電極１２の熱膨張係数（α２）より小さく構成されている。ＺｎＯ薄膜１４は、ＳｉＯ2薄膜１３の一面と接しているため、ＰＡＤ電極１２の大きな変形量の影響は受けず、ＰＡＤ電極１２の変形量よりも小さなＳｉＯ2薄膜１３の変形量の影響を受けることになる。従って、ＺｎＯ薄膜１４のクラック、剥離などが生じ難い。換言すれば、ＳｉＯ2薄膜１３を設けることによりＰＡＤ電極１２の大きな変形量がＺｎＯ薄膜１４に影響すること防ぐ、いわゆる緩和効果を有することとなる。この緩和効果により、ＺｎＯ薄膜１４のクラック、剥離などを防止することができる。また、剥離したＺｎＯ薄膜１４が、基板１１或いはＺｎＯ薄膜１４などの表面を汚染することによる励振電極１６の欠損などの発生を防ぐことが可能となる。
（第二実施形態）
【００３９】
本発明の第二実施形態として、薄膜振動片を用いた薄膜振動子を図面に沿って説明する。図４は、第二実施形態としての薄膜振動子の概略正断面図である。
【００４０】
図４に示すように、本発明の薄膜振動子３０は、薄膜振動片としての薄膜弾性表面波振動片１０、薄膜弾性表面波振動片１０を収納するための保持器としてのパッケージ４２、及びパッケージ４２の開口部を封止する蓋体４１から構成される。セラミック等で形成されたパッケージ４２の凹部底面に、接続電極層４４が形成されている。接続電極層４４は、表面に図示しない金層が設けられており、薄膜弾性表面波振動片１０の接続部であるバンプ４３と接合されている。接続電極層４４は、図示しないがパッケージ４２の外側に設けられた外部端子にも接続されている。薄膜弾性表面波振動片１０が収納されたパッケージ４２の上面には蓋体４１が、例えば、シーム溶接、金属加熱融着などを用いて固着されている。この蓋体４１により、パッケージ４２の開口部が封止される。
【００４１】
なお、本第二実施形態で用いる薄膜弾性表面波振動片１０は、前述の第一実施形態で説明したものと同じ構成であるため、第二実施形態では詳細な説明を省略する。薄膜弾性表面波振動片１０は、基板３１上に、電極部としてのＰＡＤ電極３２が形成されている。さらに、ＰＡＤ電極３２が形成されていない部分の基板３１上、及び、図示しないＰＡＤ電極３２から延在された配線、或いは他の電極の上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）３３が形成されている。ＳｉＯ2薄膜３３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）３４が形成されている。ＺｎＯ薄膜３４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極３６、および反射器３７が形成されている。さらに、ＺｎＯ薄膜３４には、開口部３５が設けられている。開口部３５は、ＰＡＤ電極３２に対向する部分のＺｎＯ薄膜３４とＳｉＯ2薄膜３３とを貫通するように形成されている。この開口部３５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波振動片１０の上表面にＰＡＤ電極３２が露出している。
【００４２】
上述の第二実施形態に示す薄膜振動子３０によれば、前述の第一実施形態で説明した薄膜弾性表面波振動片１０が収納されている。このため、薄膜振動子３０を高温で処理しても、薄膜弾性表面波振動片１０のＰＡＤ電極３２とＺｎＯ薄膜３４との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とするＺｎＯ薄膜３４の割れ、剥離を生じることを防止することが可能となる。これにより、ＺｎＯ薄膜３４の割れ、剥離を生じることによる励振電極３６などの欠損がなく、或いは、特性の変化の少ない、所謂高安定性を有する薄膜振動子３０を提供することが可能となる。
（第三実施形態）
【００４３】
本発明の第三実施形態として、薄膜振動片を用いた圧電発振器を図面に沿って説明する。図５は、第三実施形態としての圧電発振器の概略正断面図である。
【００４４】
図５に示すように、本発明の圧電発振器５０は、薄膜振動片としての薄膜弾性表面波デバイス１０００、薄膜弾性表面波デバイス１０００を収納するための保持器としてのパッケージ６２、及びパッケージ６２の開口部を封止する蓋体６１から構成される。セラミック等で形成されたパッケージ６２の凹部底面に、接続電極層６７が形成されている。接続電極層６７は、表面に図示しない金層が設けられており、薄膜弾性表面波デバイス１０００の接続部であるバンプ６３と接合されている。接続電極層６７は、図示しないがパッケージ６２の外側に設けられた外部端子にも接続されている。薄膜弾性表面波デバイス１０００が収納されたパッケージ６２の上面には蓋体６１が、例えば、シーム溶接、金属加熱融着などを用いて固着されている。この蓋体６１により、パッケージ６２の開口部が封止される。
【００４５】
薄膜弾性表面波デバイス１０００は、例えば、シリコン（Ｓｉ）などの基板５１上に、電極部としての、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などからなるＰＡＤ電極５２が形成されている。さらに、ＰＡＤ電極５２が形成されていない部分の基板５１上、及び、図示しないＰＡＤ電極５２から延在された配線、或いは他の電極の上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）５３が形成されている。ＳｉＯ2薄膜５３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）５４が形成されている。ＺｎＯ薄膜５４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極５６、および反射器５７が形成されている。さらに、ＺｎＯ薄膜５４には、開口部５５が設けられている。開口部５５は、ＰＡＤ電極５２に対向する部分のＺｎＯ薄膜５４とＳｉＯ2薄膜５３とを貫通するように形成されている。この開口部５５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波デバイス１０００の上表面にＰＡＤ電極５２が露出している。
【００４６】
基板５１のＰＡＤ電極５２が設けられた面の他方の表面に近い領域或いは基板の表面上（表層部ともいう）には、少なくとも弾性表面波を励振させる機能を有する回路６４が形成されている。この回路６４は、通常のモノリシック半導体回路の製造プロセス技術やハイブリッド回路の製造プロセス技術を用いて容易に形成することができる。回路６４は、接続配線６５によりバンプ６３、ＰＡＤ電極５２、励振電極５６、反射器５７などと接続されている。なお、接続配線６５のうち、励振電極５６、反射器５７との接続配線は図示していない。回路６４、接続配線６５の表面には絶縁層６６が被覆されている。バンプ６３は、絶縁層６６上に露出するように形成されている。
【００４７】
上述の第三実施形態の圧電発振器５０によれば、パッケージ６２内に収納されている薄膜弾性表面波デバイス１０００において、ＳｉＯ2薄膜５３が、ＺｎＯ薄膜５４とＰＡＤ電極５２との間に形成されている。これにより、前述の高温処理の際の加熱、冷却などの熱変化によるＰＡＤ電極５２の変形量の影響をＺｎＯ薄膜５４が受けることを防止することが可能となる。この説明については前述の第一実施形態と同様なため省略する。このため、圧電発振器５０を高温で処理しても、薄膜弾性表面波デバイス１０００のＰＡＤ電極５２とＺｎＯ薄膜５４との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とするＺｎＯ薄膜５４の割れ、剥離を生じることを防止することが可能となる。これにより、ＺｎＯ薄膜５４の割れ、剥離を生じることによる励振電極５６などの欠損がなく、或いは、特性の変化の少ない、所謂高安定性を有する圧電発振器５０を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、上述の第三実施形態では、一つの基板内に弾性表面波を励振する部分と回路部とを設けた構成で説明したが、弾性表面波を励振する部分と回路部とが、それぞれ別の基板に形成され、パッケージ内に収納される構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第一実施形態の薄膜弾性表面波振動片を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正断面図。
【図２】薄膜弾性表面波振動片の製造方法を示す工程フロー図。
【図３】非晶質薄膜における原子配列の模式図。
【図４】第二実施形態としての薄膜振動子の概略正断面図。
【図５】第三実施形態としての圧電発振器の概略正断面図。
【図６】従来の薄膜振動片を示す正断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…薄膜弾性表面波振動片、１１，３１，５１…基板、１２，３２，５２…電極部としてのＰＡＤ電極、１３，３３，５３…非晶質薄膜としてのＳｉＯ2薄膜、１４，３４，５４…圧電体薄膜としてのＺｎＯ薄膜、１５，３５，５５…開口部、１６，３６，５６…励振電極、１６ａ，１６ｂ…櫛歯電極、１７，３７，５７…反射器、１７ａ，１７ｂ…反射電極、１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ…バスバー、２０…アルミニウム薄膜、３０…薄膜振動子、４１，６１…蓋体、４２，６２…保持器としてのパッケージ、４３，６３…バンプ、４４，６７…接続電極層、６４…回路、６５…接続配線、６６…絶縁層、８０…原子、８５…隙間、１０００…薄膜弾性表面波デバイス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリコン基板のような基板上に電極と圧電体薄膜とが形成されている薄膜振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、通信機器や各種信号処理には、共振子やフィルタなどを構成する弾性表面波デバイスが用いられている。この弾性表面波デバイスには、シリコン基板などの基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電体薄膜を形成した薄膜振動片を用いた弾性表面波デバイスが提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２）。
【０００３】
この薄膜振動片の詳細を図面に沿って説明する。図６は、従来の薄膜振動片を示す正断面図である。図６に示すように、薄膜振動片１００は、シリコン基板１０１上に、電極１０２が形成され、電極１０２の表面も含むシリコン基板１０１上に圧電体薄膜１０３が形成されている。圧電体薄膜１０３上には、ＩＤＴ（インタディジタル変換子、例えば櫛歯電極などの励振電極）１０５や反射器１０４が形成されている。ＩＤＴ１０５、反射器１０４は、電極１０２と接続配線１０６により接続されている。なお、電極１０２は、図示しない発振回路や各種信号処理回路などと接続されている。
【０００４】
次に、薄膜振動片１００の製造方法について説明する。先ず、シリコン基板１０１上に、例えば、導電性を有するアルミなどによる電極１０２を蒸着法、エッチング法などを用いて形成する。次に、電極１０２を含むシリコン基板１０１上にＺｎＯ薄膜などの圧電体薄膜１０３を形成する。圧電体薄膜１０３は、例えば、蒸着法などを用いて形成する。次に、圧電体薄膜１０３の膜質を向上させるために、３００℃〜５００℃程度の高温処理を行う。次に、圧電体薄膜１０３上に、ＩＤＴ１０５、反射器１０４などの弾性表面波を励振させるための電極を形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５１４５１号公報
【特許文献２】実開平３−２４７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の薄膜振動片１００の製造方法では、薄膜振動片１００を構成する電極１０２、及び電極１０２上に形成された圧電体薄膜１０３が、高温処理工程で３００℃〜５００℃程度まで加熱される。電極１０２、圧電体薄膜１０３は、異なった熱膨張係数を有しているため、加熱によりそれぞれが異なる量の変形を生じる。例えば、アルミで形成された電極１０２の熱膨張係数は、２３．１×１０-6／℃であり、ＺｎＯで形成された圧電体薄膜１０３の熱膨張係数は、４×１０-6／℃である。即ち、電極１０２は、圧電体薄膜１０３と比較して５倍以上の熱膨張による変形が起こることになる。このように、電極１０２が圧電体薄膜１０３より大きく変形するため、電極１０２上に形成されている圧電体薄膜１０３が変形に耐え切れず、割れ、剥離を生じることがあった。この剥離した圧電体薄膜１０３が、基板１０１、圧電体薄膜１０３などの表面を汚染し、この汚染に起因する励振電極の欠損が発生してしまう問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることなく高温処理などの加熱、冷却を行うことが可能な、薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる問題を解決するために、本発明の薄膜振動片の製造方法は、基板上に電極部と、前記電極部の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する圧電体薄膜とが形成された薄膜振動片の製造方法であって、前記基板上に、前記電極部を形成する工程と、少なくとも前記電極部の表面に非晶質薄膜を形成する工程と、前記非晶質薄膜の表面を含む前記基板上に前記圧電体薄膜を形成する工程と、前記圧電体薄膜を高温で処理するアニ−ル工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の薄膜振動片の製造方法によれば、基板上に形成された電極部の表面に非晶質薄膜を形成し、その非晶質薄膜の表面に圧電体薄膜を形成する。即ち、電極部と圧電体薄膜との間に非晶質薄膜を形成する。非晶質薄膜は、原子配列が無秩序に並んだ構造をしているため原子が隙間に移動しやすく、そのため粘り強い強靭な性質を有している。この非晶質薄膜の粘り強い強靭な性質によって、薄膜振動片を高温処理する際の加熱、冷却などの温度変化により発生する、異なる熱膨張係数を有する電極部と圧電体薄膜との変形量の違いを吸収する。つまり、非晶質薄膜が熱変化による変形に対する緩衝作用を果たし、電極部の変形が圧電体薄膜に影響することを防止する。従って、圧電体薄膜を高温で処理しても、電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を防止することができる。これにより、剥離した圧電体薄膜が、基板或いは圧電体薄膜などの表面を汚染することによる励振電極の欠損などの発生を防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、前記非晶質薄膜の熱膨張係数が、前記電極部の熱膨張係数より小さいことが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、電極部と比較して、高温処理のための加熱、冷却による変形量の比較的小さな非晶質薄膜の変形量が圧電体薄膜に伝わることとなるため、圧電体薄膜の受ける変形による影響が小さくなる。即ち、電極部の変形量が大きなことによって発生する圧電体薄膜の割れ、剥離などが生じ難い薄膜振動片を提供することができる。
【００１２】
本発明の薄膜振動片は、前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の薄膜振動片によれば、薄膜振動片を高温で処理しても、電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない薄膜振動片を提供することが可能となる。
【００１４】
本発明の薄膜振動子は、保持器と、前記保持器に接続された前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の薄膜振動子によれば、薄膜振動子を高温で処理しても、用いている薄膜振動片の電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない薄膜振動子を提供することが可能となる。
【００１６】
本発明の圧電発振器は、保持器と、前記保持器に接続された前述の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、前記保持器および前記薄膜振動片に接続された少なくとも前記薄膜振動片を励振させる機能を有する回路部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の圧電発振器によれば、圧電発振器を高温で処理しても、用いている薄膜振動片の電極部と圧電体薄膜との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とする圧電体薄膜の割れ、剥離を生じることのない圧電発振器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る、薄膜振動片の製造方法、薄膜振動片、薄膜振動子及び圧電発振器の最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。
（第一実施形態）
【００１９】
第一実施形態として、本発明に係る薄膜振動片の製造方法およびその製造方法を用いた薄膜振動片について図面を用いて説明する。図１は、本発明の薄膜振動片の一例としての薄膜弾性表面波振動片を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正断面図である。図２は、本発明の薄膜振動片の一例としての薄膜弾性表面波振動片の製造方法を示す工程フロー図である。
【００２０】
先ず、薄膜弾性表面波振動片１０の構成について説明する。図１に示すように、例えば、シリコン（Ｓｉ）などの基板１１上に、電極部としての、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などを用いたＰＡＤ電極１２が形成されている。本例のＰＡＤ電極１２は、アルミニウム（Ａｌ）を用い、０．６μｍ程度の厚さを有して形成されている。ＰＡＤ電極１２が形成されていない部分の基板１１上、及び、図示しないＰＡＤ電極１２から延在された配線などの上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）１３が形成されている。このＳｉＯ2薄膜１３は、１μｍ程度の厚さで形成されている。ＳｉＯ2薄膜１３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）１４が形成されている。このＺｎＯ薄膜１４は、２μｍ程度の厚さで形成されている。
【００２１】
ＺｎＯ薄膜１４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極１６を構成する櫛歯電極１６ａ，１６ｂ、反射器１７を構成する反射電極１７ａ，１７ｂ、バスバー１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂが形成されている。櫛歯電極１６ａ，１６ｂは、それぞれが複数設けられて櫛歯状に構成され、櫛歯電極１６ａと櫛歯電極１６ｂとが交互に一定間隔で弾性表面波の伝播方向（図示左右方向）に配列されている。そして、櫛歯電極１６ａがバスバー１８ａにより接続され、櫛歯電極１６ｂがバスバー１８ｂにより接続されて励振電極１６が構成されている。反射電極１７ａ，１７ｂは、上記伝播方向に上記一定間隔にて複数配列されており、反射電極１７ａがバスバー１９ａ、反射電極１７ｂがバスバー１９ｂにより接続されて反射器（いわゆるグレーティング反射器）１７が構成される。この反射電極１７ａ，１７ｂは、櫛歯電極１６ａ，１６ｂの配列領域の上記伝播方向両側にそれぞれ配置されている。
【００２２】
ＺｎＯ薄膜１４には、６箇所の開口部１５が設けられている。開口部１５は、ＰＡＤ電極１２に対向する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを貫通するように形成されている。従って、開口部１５の内壁面には、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４との端面が露出している。この開口部１５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波振動片１０の上表面にＰＡＤ電極１２が露出している。なお、開口部１５の数は、露出が必要なＰＡＤ電極１２の数により決定され、その数量はいくつであってもよい。ＰＡＤ電極１２は、例えば、図示しないワイヤーボンディングなどの接続手段によって、薄膜弾性表面波振動片１０と薄膜弾性表面波振動片１０以外の素子などとの接続を行うために用いる。また、ＰＡＤ電極１２は、励振電極１６、反射器１７などとの接続を行うために用いることもできる。
【００２３】
なお、基板１１は、シリコン（Ｓｉ）を一例として説明したがこれに限らない。例えば、化合物半導体（ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅ，ＺｎＳなど）などで構成される半導体基板、ガラス基板、石英基板、セラミック基板などで構成されていてもよい。
【００２４】
また、圧電体薄膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を一例として説明したがこれに限らない。例えば、ＡｌＮ、ＰＺＴ（Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ）、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｏ、ＬｉＮｂＯ３、ＴａＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３などの、弾性表面波を励振可能な各種圧電体薄膜でもよい。
【００２５】
また、非晶質薄膜として酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜を一例として説明したがこれに限らない。例えば、サファイア、酸化チタン（ＴｉＯ2）などを用いることもできる。
【００２６】
また、ＳｉＯ2薄膜１３が基板１１上の全面に設けられていない場合は、基板１１上とＳｉＯ2薄膜１３上面とにＺｎＯ薄膜１４が形成される。また、ＺｎＯ薄膜１４は、基板１１上の全面に設けられていなくてもよい。
【００２７】
次に、薄膜弾性表面波振動片１０の製造方法について、図２に示す工程フローに沿って説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、基板１１の上面に電極部としてのＰＡＤ電極１２を、０．６μｍ程度の厚さで形成する。ＰＡＤ電極１２の形成は、基板１１の上面にアルミニウム（Ａｌ）の薄膜を蒸着法などによって形成し、そのアルミニウムの薄膜をフォトリソグラフィ法などを用いて成形することで行う。なお、図には示していないが、電極部としての配線、接続電極などＰＡＤ電極１２以外の他の電極も同時に形成する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１１、及びＰＡＤ電極１２の上面を覆うようにＳｉＯ2薄膜１３を形成する。ＳｉＯ2薄膜１３は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。ＳｉＯ2薄膜１３は、０．１〜２μｍ程度の厚さで形成することが望ましいが、本例では１μｍの厚さで形成している。なお、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さとは、ＰＡＤ電極１２の表面からの厚さを表している。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2薄膜１３の上面に、ＺｎＯ薄膜１４を形成する。ＺｎＯ薄膜１４は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。ＺｎＯ薄膜１４は、その材質や結晶性に応じて適宜の厚さで形成される。例えば、一般的には０．１〜５μｍ程度の厚さであり、本例では２μｍの厚さで形成している。
【００３０】
ここで、ＺｎＯ薄膜１４を一例とする圧電体薄膜の厚さが所定範囲内であることが望ましい理由を次に述べる。圧電体薄膜は、薄すぎると弾性表面波の伝播態様が下層の影響を受けやすくなるとともに、圧電体薄膜の表面（図示例では上面）の結晶性が不十分となる、又は、圧電特性が充分な大きさを示さない場合がある。通常、圧電体薄膜の厚さは励起される弾性表面波の１波長以上の厚さとされることが望ましい。逆に、圧電体薄膜が厚すぎると、製造工程に時間がかかり、製造コストが増大するため、薄膜弾性表面波素子としたメリットが薄くなる。
【００３１】
その後、形成されたＺｎＯ薄膜１４の膜質を向上させるために、３００℃〜５００℃程度の高温処理を行う。この高温処理は、ＺｎＯ薄膜１４に向けてランプ光を照射し、ＺｎＯ薄膜１４を高温状態とする、いわゆるランプアニ−ル法などを用いて行うことができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示すように、励振電極１６、反射器１７を形成するための、例えば、アルミニウム（Ａｌ）薄膜２０をＺｎＯ薄膜１４上面に形成する。アルミニウム（Ａｌ）薄膜２０は、スパッタリング法、蒸着法などを用いて形成する。
【００３３】
次に、図２（ｅ）に示すように、励振電極１６、反射器１７を形成する。励振電極１６、反射器１７は、図示しないレジストなどによるマスクを用いたフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。次に、ＰＡＤ電極１２に対応する部分のＺｎＯ薄膜１４とＳｉＯ2薄膜１３とを除去し、ＰＡＤ電極１２を露出するための開口部１５を形成する。開口部１５は、前述と同じようにフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。従って、開口部１５の内壁面には、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４との端面が露出している。
【００３４】
ここで、ＳｉＯ2薄膜１３について詳細に説明する。ＳｉＯ2薄膜１３は、前述の高温処理の際の加熱、冷却によるＰＡＤ電極１２の変形の影響をＺｎＯ薄膜１４が受けることを防止するために設けるものである。次に、ＳｉＯ2薄膜１３の膜の厚さについて、ＺｎＯ薄膜１４の厚さとの関係も含めて説明する。なお、以下では、ＳｉＯ2薄膜１３、及びＺｎＯ薄膜１４の膜の厚さを「膜厚」という。それぞれの薄膜の熱膨張係数を次に示す。ＳｉＯ2薄膜１３を形成するＳｉＯ2の熱膨張係数（α１）は、０．５５×１０-6／℃である。ＺｎＯ薄膜１４を形成するＺｎＯの熱膨張係数（α３）は、４×１０-6／℃である。参考に示すと、ＰＡＤ電極１２を形成するアルミニウム（Ａｌ）の熱膨張係数（α２）は、２３．１×１０-6／℃である。
【００３５】
先ず、膜厚と熱膨張、収縮による変形量（以下、「変形量」という。）との関係を説明し、ＳｉＯ2薄膜１３とＺｎＯ薄膜１４の膜厚の設定について述べる。
ＺｎＯ薄膜１４の変形量、及びＳｉＯ2薄膜１３の変形量は、それぞれ、ｈＺ×α３×ΔＴ、ｈＳ×α１×ΔＴ、である。ＺｎＯ薄膜１４の変形量をＳｉＯ2薄膜１３の変形量より小さくするためには、ｈＺ×α３×ΔＴ＜ｈＳ×α１×ΔＴ、とする必要がある。そのためには、ｈＳ＞ｈＺ×α３／α１・・・（１）となる。（１）式のα３とα１に数値を代入すると、ｈＳ＞ｈＺ×α３／α１≒７・・・（２）となる。
ＺｎＯ薄膜１４の厚さ：ｈＺ、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さ：ｈＳ、常温と加熱される温度との差：ΔＴ、ＺｎＯの熱膨張係数：α３、ＳｉＯ2の熱膨張係数：α１。
【００３６】
（２）式より、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さは、ＺｎＯ薄膜１４の厚さの、約７倍の厚さがあれば、ＺｎＯ薄膜１４の変形量を小さくするために十分な効果を有していることがわかる。例えば、ＺｎＯ薄膜１４の膜厚（ｈＺ）が０．１μｍであれば、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さ（ｈＳ）が０．７μｍ程度であることが望ましい。しかしながら、ＳｉＯ2薄膜１３は、その膜厚が前述の計算式で求められた数値より小さな数値により、ＺｎＯ薄膜１４とＰＡＤ電極１２との間に形成されていても、変形量の緩和効果は有している。本第一実施形態では、ＳｉＯ2薄膜１３の厚さを、１μｍ、ＺｎＯ薄膜１４の厚さを、２μｍで形成したが、割れ、剥離などの問題は生じなかった。
【００３７】
本第一実施形態の薄膜弾性表面波振動片１０の製造方法、及びその製造方法によって製造された薄膜弾性表面波振動片１０によれば、ＳｉＯ2薄膜１３が、ＺｎＯ薄膜１４とＰＡＤ電極１２との間に形成されている。これにより、前述の高温処理の際の加熱、冷却などによるＰＡＤ電極１２の変形量の影響をＺｎＯ薄膜１４が受けることを防止することが可能となる。このことについて、以下に詳述する。ＰＡＤ電極１２は、ＳｉＯ2薄膜１３と接続しているため、ＳｉＯ2薄膜１３がＰＡＤ電極１２の大きな変形量の影響を受ける。ＳｉＯ2薄膜１３を形成するＳｉＯ2は、非晶質薄膜である。図３の非晶質薄膜における原子配列の模式図に示すように、非晶質薄膜は、原子配列が無秩序に並んだ構造をしているため原子８０が隙間８５に移動しやすく、そのため粘り強い強靭な性質を有している。この非晶質薄膜の粘り強さによって、ＰＡＤ電極１２に大きな変形量が生じてもＳｉＯ2薄膜１３は破壊されず、割れ、剥離などが起こることがない。
【００３８】
また、ＳｉＯ2薄膜１３の熱膨張係数（α１）は、ＰＡＤ電極１２の熱膨張係数（α２）より小さく構成されている。ＺｎＯ薄膜１４は、ＳｉＯ2薄膜１３の一面と接しているため、ＰＡＤ電極１２の大きな変形量の影響は受けず、ＰＡＤ電極１２の変形量よりも小さなＳｉＯ2薄膜１３の変形量の影響を受けることになる。従って、ＺｎＯ薄膜１４のクラック、剥離などが生じ難い。換言すれば、ＳｉＯ2薄膜１３を設けることによりＰＡＤ電極１２の大きな変形量がＺｎＯ薄膜１４に影響すること防ぐ、いわゆる緩和効果を有することとなる。この緩和効果により、ＺｎＯ薄膜１４のクラック、剥離などを防止することができる。また、剥離したＺｎＯ薄膜１４が、基板１１或いはＺｎＯ薄膜１４などの表面を汚染することによる励振電極１６の欠損などの発生を防ぐことが可能となる。
（第二実施形態）
【００３９】
本発明の第二実施形態として、薄膜振動片を用いた薄膜振動子を図面に沿って説明する。図４は、第二実施形態としての薄膜振動子の概略正断面図である。
【００４０】
図４に示すように、本発明の薄膜振動子３０は、薄膜振動片としての薄膜弾性表面波振動片１０、薄膜弾性表面波振動片１０を収納するための保持器としてのパッケージ４２、及びパッケージ４２の開口部を封止する蓋体４１から構成される。セラミック等で形成されたパッケージ４２の凹部底面に、接続電極層４４が形成されている。接続電極層４４は、表面に図示しない金層が設けられており、薄膜弾性表面波振動片１０の接続部であるバンプ４３と接合されている。接続電極層４４は、図示しないがパッケージ４２の外側に設けられた外部端子にも接続されている。薄膜弾性表面波振動片１０が収納されたパッケージ４２の上面には蓋体４１が、例えば、シーム溶接、金属加熱融着などを用いて固着されている。この蓋体４１により、パッケージ４２の開口部が封止される。
【００４１】
なお、本第二実施形態で用いる薄膜弾性表面波振動片１０は、前述の第一実施形態で説明したものと同じ構成であるため、第二実施形態では詳細な説明を省略する。薄膜弾性表面波振動片１０は、基板３１上に、電極部としてのＰＡＤ電極３２が形成されている。さらに、ＰＡＤ電極３２が形成されていない部分の基板３１上、及び、図示しないＰＡＤ電極３２から延在された配線、或いは他の電極の上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）３３が形成されている。ＳｉＯ2薄膜３３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）３４が形成されている。ＺｎＯ薄膜３４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極３６、および反射器３７が形成されている。さらに、ＺｎＯ薄膜３４には、開口部３５が設けられている。開口部３５は、ＰＡＤ電極３２に対向する部分のＺｎＯ薄膜３４とＳｉＯ2薄膜３３とを貫通するように形成されている。この開口部３５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波振動片１０の上表面にＰＡＤ電極３２が露出している。
【００４２】
上述の第二実施形態に示す薄膜振動子３０によれば、前述の第一実施形態で説明した薄膜弾性表面波振動片１０が収納されている。このため、薄膜振動子３０を高温で処理しても、薄膜弾性表面波振動片１０のＰＡＤ電極３２とＺｎＯ薄膜３４との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とするＺｎＯ薄膜３４の割れ、剥離を生じることを防止することが可能となる。これにより、ＺｎＯ薄膜３４の割れ、剥離を生じることによる励振電極３６などの欠損がなく、或いは、特性の変化の少ない、所謂高安定性を有する薄膜振動子３０を提供することが可能となる。
（第三実施形態）
【００４３】
本発明の第三実施形態として、薄膜振動片を用いた圧電発振器を図面に沿って説明する。図５は、第三実施形態としての圧電発振器の概略正断面図である。
【００４４】
図５に示すように、本発明の圧電発振器５０は、薄膜振動片としての薄膜弾性表面波デバイス１０００、薄膜弾性表面波デバイス１０００を収納するための保持器としてのパッケージ６２、及びパッケージ６２の開口部を封止する蓋体６１から構成される。セラミック等で形成されたパッケージ６２の凹部底面に、接続電極層６７が形成されている。接続電極層６７は、表面に図示しない金層が設けられており、薄膜弾性表面波デバイス１０００の接続部であるバンプ６３と接合されている。接続電極層６７は、図示しないがパッケージ６２の外側に設けられた外部端子にも接続されている。薄膜弾性表面波デバイス１０００が収納されたパッケージ６２の上面には蓋体６１が、例えば、シーム溶接、金属加熱融着などを用いて固着されている。この蓋体６１により、パッケージ６２の開口部が封止される。
【００４５】
薄膜弾性表面波デバイス１０００は、例えば、シリコン（Ｓｉ）などの基板５１上に、電極部としての、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などからなるＰＡＤ電極５２が形成されている。さらに、ＰＡＤ電極５２が形成されていない部分の基板５１上、及び、図示しないＰＡＤ電極５２から延在された配線、或いは他の電極の上面に、非晶質薄膜としての、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）薄膜（以下、「ＳｉＯ2薄膜」という。）５３が形成されている。ＳｉＯ2薄膜５３上には、圧電体薄膜としての、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜（以下、「ＺｎＯ薄膜」という。）５４が形成されている。ＺｎＯ薄膜５４上面には、弾性表面波を励振するための励振電極５６、および反射器５７が形成されている。さらに、ＺｎＯ薄膜５４には、開口部５５が設けられている。開口部５５は、ＰＡＤ電極５２に対向する部分のＺｎＯ薄膜５４とＳｉＯ2薄膜５３とを貫通するように形成されている。この開口部５５が形成されていることにより、薄膜弾性表面波デバイス１０００の上表面にＰＡＤ電極５２が露出している。
【００４６】
基板５１のＰＡＤ電極５２が設けられた面の他方の表面に近い領域或いは基板の表面上（表層部ともいう）には、少なくとも弾性表面波を励振させる機能を有する回路６４が形成されている。この回路６４は、通常のモノリシック半導体回路の製造プロセス技術やハイブリッド回路の製造プロセス技術を用いて容易に形成することができる。回路６４は、接続配線６５によりバンプ６３、ＰＡＤ電極５２、励振電極５６、反射器５７などと接続されている。なお、接続配線６５のうち、励振電極５６、反射器５７との接続配線は図示していない。回路６４、接続配線６５の表面には絶縁層６６が被覆されている。バンプ６３は、絶縁層６６上に露出するように形成されている。
【００４７】
上述の第三実施形態の圧電発振器５０によれば、パッケージ６２内に収納されている薄膜弾性表面波デバイス１０００において、ＳｉＯ2薄膜５３が、ＺｎＯ薄膜５４とＰＡＤ電極５２との間に形成されている。これにより、前述の高温処理の際の加熱、冷却などの熱変化によるＰＡＤ電極５２の変形量の影響をＺｎＯ薄膜５４が受けることを防止することが可能となる。この説明については前述の第一実施形態と同様なため省略する。このため、圧電発振器５０を高温で処理しても、薄膜弾性表面波デバイス１０００のＰＡＤ電極５２とＺｎＯ薄膜５４との熱膨張係数の相違による変形量の違いを起因とするＺｎＯ薄膜５４の割れ、剥離を生じることを防止することが可能となる。これにより、ＺｎＯ薄膜５４の割れ、剥離を生じることによる励振電極５６などの欠損がなく、或いは、特性の変化の少ない、所謂高安定性を有する圧電発振器５０を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、上述の第三実施形態では、一つの基板内に弾性表面波を励振する部分と回路部とを設けた構成で説明したが、弾性表面波を励振する部分と回路部とが、それぞれ別の基板に形成され、パッケージ内に収納される構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第一実施形態の薄膜弾性表面波振動片を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正断面図。
【図２】薄膜弾性表面波振動片の製造方法を示す工程フロー図。
【図３】非晶質薄膜における原子配列の模式図。
【図４】第二実施形態としての薄膜振動子の概略正断面図。
【図５】第三実施形態としての圧電発振器の概略正断面図。
【図６】従来の薄膜振動片を示す正断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…薄膜弾性表面波振動片、１１，３１，５１…基板、１２，３２，５２…電極部としてのＰＡＤ電極、１３，３３，５３…非晶質薄膜としてのＳｉＯ2薄膜、１４，３４，５４…圧電体薄膜としてのＺｎＯ薄膜、１５，３５，５５…開口部、１６，３６，５６…励振電極、１６ａ，１６ｂ…櫛歯電極、１７，３７，５７…反射器、１７ａ，１７ｂ…反射電極、１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ…バスバー、２０…アルミニウム薄膜、３０…薄膜振動子、４１，６１…蓋体、４２，６２…保持器としてのパッケージ、４３，６３…バンプ、４４，６７…接続電極層、６４…回路、６５…接続配線、６６…絶縁層、８０…原子、８５…隙間、１０００…薄膜弾性表面波デバイス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に電極部と、前記電極部の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する圧電体薄膜とが形成された薄膜振動片の製造方法であって、
前記基板上に、前記電極部を形成する工程と、
少なくとも前記電極部の表面に非晶質薄膜を形成する工程と、
前記非晶質薄膜の表面を含む前記基板上に、前記圧電体薄膜を形成する工程と、
前記圧電体薄膜を高温で処理するアニ−ル工程と、を含むことを特徴とする薄膜振動片の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜振動片の製造方法において、
前記非晶質薄膜の熱膨張係数が、前記電極部の熱膨張係数より小さいことを特徴とする薄膜振動片の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする薄膜振動片。
【請求項４】
保持器と、
前記保持器に接続された請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、を有することを特徴とする薄膜振動子。
【請求項５】
保持器と、
前記保持器に接続された請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、
前記保持器および前記薄膜振動片に接続された少なくとも前記薄膜振動片を励振させる機能を有する回路部と、を有することを特徴とする圧電発振器。
【請求項１】
基板上に電極部と、前記電極部の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する圧電体薄膜とが形成された薄膜振動片の製造方法であって、
前記基板上に、前記電極部を形成する工程と、
少なくとも前記電極部の表面に非晶質薄膜を形成する工程と、
前記非晶質薄膜の表面を含む前記基板上に、前記圧電体薄膜を形成する工程と、
前記圧電体薄膜を高温で処理するアニ−ル工程と、を含むことを特徴とする薄膜振動片の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜振動片の製造方法において、
前記非晶質薄膜の熱膨張係数が、前記電極部の熱膨張係数より小さいことを特徴とする薄膜振動片の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする薄膜振動片。
【請求項４】
保持器と、
前記保持器に接続された請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、を有することを特徴とする薄膜振動子。
【請求項５】
保持器と、
前記保持器に接続された請求項１または請求項２に記載の薄膜振動片の製造方法を用いて製造された薄膜振動片と、
前記保持器および前記薄膜振動片に接続された少なくとも前記薄膜振動片を励振させる機能を有する回路部と、を有することを特徴とする圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３６６５６（Ｐ２００７−３６６５６Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１６８７６（Ｐ２００５−２１６８７６）
【出願日】平成１７年７月２７日（２００５．７．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２７日（２００５．７．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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