ＢＡＷ共振装置およびその製造方法
【課題】圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】支持基板１の一表面側の共振子３における圧電層３２がＰＺＴにより形成されている。支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されるとともに、絶縁層４に、空洞１ａに連通するエッチングホール５が形成されている。支持基板１が、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板からなるとともに、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄く、且つ、空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されエッチングホール５に連通した開口部により構成されてなる。
【解決手段】支持基板１の一表面側の共振子３における圧電層３２がＰＺＴにより形成されている。支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されるとともに、絶縁層４に、空洞１ａに連通するエッチングホール５が形成されている。支持基板１が、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板からなるとともに、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄く、且つ、空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されエッチングホール５に連通した開口部により構成されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能なＢＡＷ共振装置として、例えば、図８に示すように、単結晶Ｓｉ基板からなる支持基板１’と、支持基板１’の一表面側に形成され下部電極３１’、圧電層３２’、上部電極３３’の積層構造を有する共振子３’と、支持基板１’の上記一表面側に形成されて支持基板１’に支持され共振子３’を保持した支持層７’とを備え、支持基板１’の上記一表面側に、共振子３’下の支持層７’における支持基板１’側の表面を露出させ圧電層３２’を物理的に振動可能とするための空洞１ａ’が形成されるとともに、支持層７’における共振子３’の周辺部に、空洞１ａ’に連通する空洞形成用の４つのスリット状のエッチングホール５’が平面視矩形状の圧電層３２’の外周縁の各辺に沿って形成されてなるＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型のＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここにおいて、支持層７’は、支持基板１’の基礎となるＳｉ基板にボロンを高濃度ドーピングして形成した高濃度ボロンドーピング層と、支持基板１’の上記一表面側に形成したＳｉＯ２膜からなる絶縁層とで構成されている。要するに、支持層７’は、空洞１ａ’形成時にエッチングホール５’を通してＳｉ基板からなる支持基板１’をエッチングするためのアルカリ系のエッチング液（例えば、エチレンジアミンピロカテコール水溶液など）に対して耐性を有する材料により形成されている。
【０００３】
なお、上記特許文献１には、支持基板１’の上記一表面側に共振子３’を複数個形成してフィルタ（ＢＡＷフィルタ）を構成することも記載されている。
【０００４】
上述のＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＰＴ、ＰＺＴ、ＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉなどを採用しているが、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに応用する場合、圧電層３２’の圧電材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能な鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＺＴなど）を採用し、圧電層３２’の結晶性を向上させるために支持基板１’の材料としてＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３（：ＳＴＯ）を採用することが考えられる。
【特許文献１】特開平９−１３０１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置では、共振子３’下に支持層７’が形成されているので、当該支持層７’に起因してバルク弾性波のエネルギ損失が生じ、共振子全体の機械的品質係数（Ｑ値）が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置では、単結晶Ｓｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面側の支持層７’上に共振子３’が形成されており、結晶性の良好な圧電層３２’を得るのが難しく、圧電層３２’の結晶性の改善が望まれていた。
【０００７】
また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置において、支持基板１’として単結晶Ｓｉ基板に代えて単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ基板を用いても、共振子３’が支持層７’上に形成されているので、結晶性の良好な圧電層３２’を得るのが難しい。また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置において、支持基板１’として単結晶Ｓｉ基板に代えて単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ基板を用いた場合、空洞１ａ’を形成する際の単結晶ＭｇＯ基板のエッチング時間が長くなって脆弱になってしまう。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間にＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されてなり、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるとともに、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間に圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、圧電層がＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料により形成されているので、ＡｌＮやＺｎＯにより形成されている場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができ、しかも、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるので、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板が、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されているので、空洞の形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、異種材料からなる下層基板の一表面側に接合され当該下層基板とともに支持基板を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板の一表面側に共振子および絶縁層を形成してから、絶縁層にエッチングホールを形成し、その後、エッチングホールを通してエッチャントを導入し上層基板の厚み方向に貫通する開口部からなる前記空洞をウェットエッチングにより形成することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記共振子および前記エッチングホールを形成する前に、前記上層基板を所定厚さまで薄肉化することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記上層基板を薄肉化する際に前記共振子および前記絶縁層が破損するのを防止することができるとともに、前記上層基板のより一層の薄肉化が可能となり、前記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記所定厚さは、前記上層基板をウェットエッチングすることで前記開口部を形成する際のサイドエッチング量よりも小さな値に設定してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記下層基板として、単結晶Ｓｉ基板を用いることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記開口部を形成する際に前記下層基板をエッチングストッパとして利用することができ、前記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに前記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能となるという効果がある。
【００２０】
請求項２の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面上に形成され下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する複数個（本実施形態では、８個）の共振子３と、支持基板１の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において共振子３を取り囲んで共振子３を保持した絶縁層４とを備えている。また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に、各共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる複数（本実施形態では、５つ）の断面逆台形状の空洞１ａがウェットエッチング（エッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチング）により形成されるとともに、絶縁層４に、各空洞１ａそれぞれに連通する複数（本実施形態では、５つ）のエッチングホール５が貫設されている。ここにおいて、各エッチングホール５は、絶縁層４における各空洞１ａそれぞれの投影領域における中心部に対応する部位に形成されている。なお、絶縁層４には、上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定するための開孔部４ａが形成されている。
【００２２】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の複数個の共振子３が図２に示すラダー型フィルタを構成するように接続されており、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。
【００２３】
各共振子３は、支持基板１の上記一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に形成された圧電層３２と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とを有しており、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側へバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしてある。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に空洞１ａが形成されているＦＢＡＲにより構成されている。
【００２４】
図２に示した例では、下部電極３１同士が電気的に接続された２個１組の共振子３の組を複数組（図示例では、４組）備えており、各組の２個の共振子３では、下部電極３１と圧電層３２とが連続して形成される一方で上部電極３３同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する２個の共振子３の上部電極３３同士が上部電極３３と連続して形成された金属配線３４を介して電気的に接続されている。また、各組の２個の共振子３に跨って形成された圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が各共振領域を構成している。
【００２５】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しており、圧電層３２は、（００１）配向のＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここで、図１には図示していないが、下部電極３１と圧電層３２との間に、圧電層３２の配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成することが望ましい。また、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているが、ＰＺＴ系材料であれば、ＰＺＴに限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどでもよく、圧電材料がＡｌＮやＺｎＯである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、圧電層３２の圧電材料としては、ＰＺＴ系材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものなどのＫＮＮ系材料を用いてもよい。
【００２６】
ところで、圧電層３２は、平面視における全領域が下部電極３１上に形成されており、圧電層３２の外周線は、下部電極３１の外周線よりも内側に位置している。
【００２７】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１の金属材料としてＰｔを採用しているが、下部電極３１の材料はＰｔに限定するものではなく、後述の上層基板１１に空洞１ａとなる開口部を形成する際のエッチング液に対して耐性を有し、圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料であればよい。また、上部電極３３の金属材料としてＡｌを採用しているが、Ａｌに限らず、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕなどを採用すれば、上部電極３３の金属材料が代表的な電極材料であるＡｕの場合に比べて、上部電極３３の機械的品質係数を高めることができ、共振子３全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。
【００２８】
また、絶縁層４の材料としては、ＳｉＯ２を採用しているが、ＳｉＯ２に限らず、例えば、Ｓｉ３Ｎ４を採用してもよい。また、絶縁層４は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ＳｉＯ２からなる第１の絶縁膜とＳｉ３Ｎ４膜からなる第２の絶縁膜との積層膜でもよい。
【００２９】
なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電層３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電層３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で適宜設定すればよい。
【００３０】
ところで、支持基板１は、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板からなるとともに、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄くなっている。なお、本実施形態では、上層基板１１の厚さを５μｍ、下層基板１２の厚さを３００μｍに設定してあるが、これらの厚さは一例であり、特に限定するものではない。
【００３１】
また、支持基板１は、上述の空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されたた断面逆台形状の開口部により構成されている。
【００３２】
ここにおいて、上層基板１１としては、下層基板１２側とは反対側の一表面が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、上記一表面が（００１）面の単結晶ＳＴＯ基板を用いてもよい。また、上層基板１１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、圧電層３２の所望の面方位に応じて適宜設定すればよい。また、下層基板１２としては、単結晶Ｓｉ基板を用いているが、ガラス基板を用いてもよい。
【００３３】
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置によれば、支持基板１の上記一表面側に形成され下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する共振子３と、支持基板１の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において共振子３を取り囲んで共振子３を保持した絶縁層４とを備え、支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されるとともに、絶縁層４に、空洞１ａに連通するエッチングホール５が形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子３全体の機械的品質係数を向上できる。しかも、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、支持基板１が、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるので、ＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層３２の結晶性を向上できるとともに共振子３全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板１１が、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄く、且つ、空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されエッチングホール５に連通した開口部により構成されているので、空洞１ａの形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。
【００３４】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図３〜図７を参照しながら説明するが、図３〜図７それぞれにおいて左側は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略工程断面図、右側は図１（ａ）のＢ−Ｂ’に対応する概略工程断面図を示している。
【００３５】
まず、単結晶ＭｇＯ基板からなる上層基板１１と単結晶Ｓｉ基板からなる下層基板１２とを接合する基板接合工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。なお、基板接合工程では、例えば、金属−金属（例えば、Ａｕ−Ａｕ）の常温接合や、ＡｕＳｎを利用した共晶接合などにより上層基板１１と下層基板１２とを接合すればよいが、接合方法は特に限定するものではない。
【００３６】
上述の基板接合工程の後、上層基板１１を下層基板１２側とは反対側の一表面側から所定厚さ（例えば、５μｍ程度）まで薄肉化する薄肉化工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここで、薄肉化工程では、例えば、ＣＭＰ法などにより上層基板１１を上記一表面側から薄肉化し、研磨によるダメージ層を除去するためのウェットエッチングを行えばよい。なお、上層基板１１の所定厚さは、５μｍに限定するものではなく、例えば、３〜５０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３７】
上述の薄肉化工程の後、上層基板１１の上記一表面側の全面に下部電極３１の基礎となる第１の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）３１ａをスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第１の金属膜形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。
【００３８】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２の基礎となるＰＺＴ薄膜からなる圧電材料層３２ａをスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、第１の金属膜形成工程と圧電材料層形成工程との間に、圧電材料層３２ａの配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成するシード層形成工程を設けてもよい。
【００３９】
圧電材料層形成工程の後、圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）６１をフォトリソグラフィ技術を利用して圧電材料層３２ａ上に形成する第１のレジスト層形成工程を行うことによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。
【００４０】
その後、第１のレジスト層６１をマスクとして、圧電材料層３２ａをエッチングすることで圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成する圧電材料層パターニング工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得て、続いて、第１のレジスト層６１を除去することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。
【００４１】
その後、第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第２のレジスト層と称する）６２をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第２のレジスト層６２をマスクとして、第１の金属膜３１ａをエッチングすることで第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する第１金属膜パターニング工程を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造を得て、続いて、第２のレジスト層６２を除去することによって、図４（ｅ）に示す構造を得る。
【００４３】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２膜からなる絶縁層４をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成する絶縁層形成工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。
【００４４】
その後、絶縁層４に開孔部４ａを形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第３のレジスト層と称する）６３をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第３のレジスト層形成工程を行うことによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。
【００４５】
その後、ドライエッチング技術を利用して絶縁層４に開孔部４ａを形成する開孔部形成工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層６３を除去することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【００４６】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３および金属配線３４の基礎となる第２の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）３３ａをスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第２の金属膜形成工程を行うことによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。
【００４７】
その後、それぞれ第２の金属膜３３ａの一部からなる上部電極３３および金属配線３４を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第４のレジスト層と称する）６４をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第４のレジスト層形成工程を行うことによって、図６（ａ）に示す構造を得る。
【００４８】
その後、第４のレジスト層６４をマスクとして、第２の金属膜３３ａをエッチングすることで第２の金属膜３３ａの一部からなる上部電極３３および金属配線３４を形成する第２金属膜パターニング工程を行うことによって、図６（ｂ）に示す構造を得て、続いて、第４のレジスト層６４を除去することによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。
【００４９】
その後、支持基板１の上記一表面側に絶縁層４のエッチングホール５を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第５のレジスト層と称する）６５をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する第５のレジスト層形成工程を行うことによって、図６（ｄ）に示す構造を得る。
【００５０】
その後、第５のレジスト層６５をマスクとして、絶縁層４をドライエッチング技術によりエッチングすることでエッチングホール５を形成するエッチングホール形成工程を行うことによって、図７（ａ）に示す構造を得る。
【００５１】
その後、第５のレジスト層６５をマスクとして、エッチングホール５を通して所定のエッチャントを導入して支持基板１をウェットエッチングすることにより支持基板１の上層基板１１に空洞１ａとなる開口部を形成する空洞形成工程を行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。なお、上層基板１１として単結晶ＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチャントとして燐酸系溶液（例えば、例えば、７０〜９０℃程度に加熱した燐酸水溶液など）を用いればよく、上層基板１１として単結晶ＳＴＯ基板を採用している場合には、絶縁層４の材料をＳｉ３Ｎ４として、空洞形成工程において、所定のエッチャントとして、例えば、液温が室温（例えば、２５℃）で濃度が３ｗｔ％のフッ酸水溶液を用いればよい。
【００５２】
上述の空洞形成工程の後、第５のレジスト層６５を除去することによって、図７（ｃ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００５３】
上述のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数のＢＡＷ共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振装置に分割すればよい。ところで、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、空洞形成工程において各組の２個の共振子３ごとに支持基板１に空洞１ａを形成するようにしているので、空洞１ａを各共振子３ごとに１つずつ形成する場合に比べて、ＢＡＷ共振装置全体の小型化を図れる。また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、２個の共振子３を複数組備えているが、共振子３の組は１組でもよく、また、ＢＡＷ共振装置は、１個の共振子３のみを備えたものでもよい。
【００５４】
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、異種材料からなる下層基板１２の一表面側に接合され当該下層基板１２とともに支持基板１を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板１１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４を形成してから、絶縁層４にエッチングホール５を形成し、その後、エッチングホール５を通してエッチャントを導入し上層基板１１の厚み方向に貫通する開口部からなる空洞１ａをウェットエッチングにより形成するので、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳｒＴｉＯ３基板からなる上層基板１１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、図８に示した構成のように支持層７’上に共振子３’を形成する製造方法を採用する場合に比べて、圧電層３２の結晶性を向上できるとともに共振子３全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、共振子３およびエッチングホール５を形成する前に、上層基板１１を上記所定厚さまで薄肉化するようにしているので、上層基板１１を薄肉化する際に共振子３および絶縁層４が破損するのを防止することができるとともに、共振子３およびエッチングホール５を形成した後で上層基板１１を薄肉化する場合に比べて上層基板１１のより一層の薄肉化が可能となり、空洞１ａとなる上記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。
【００５６】
また、本実施形態では、上層基板１１の上記所定厚さは、上層基板１１をウェットエッチングすることで空洞１ａとなる上記開口部を形成する際のサイドエッチング量（このサイドエッチング量は、共振子３の中心とエッチングホール５との相対的な位置関係により設定する値であり、本実施形態では、１５μｍに設定してある）よりも小さな値（本実施形態では、５μｍ）に設定してあるので、上記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。なお、サイドエッチング量は、１０〜１００μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００５７】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法では、下層基板１２として、単結晶Ｓｉ基板を用いているので、空洞１ａとなる上記開口部を形成する際に下層基板１２をエッチングストッパとして利用することができ、上記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに上記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態におけるＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。
【図２】同上のＢＡＷ共振装置の回路図である。
【図３】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】従来例のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 支持基板
１ａ 空洞
３ 共振子
４ 絶縁層
５ エッチングホール
１１ 上層基板
１２ 下層基板
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能なＢＡＷ共振装置として、例えば、図８に示すように、単結晶Ｓｉ基板からなる支持基板１’と、支持基板１’の一表面側に形成され下部電極３１’、圧電層３２’、上部電極３３’の積層構造を有する共振子３’と、支持基板１’の上記一表面側に形成されて支持基板１’に支持され共振子３’を保持した支持層７’とを備え、支持基板１’の上記一表面側に、共振子３’下の支持層７’における支持基板１’側の表面を露出させ圧電層３２’を物理的に振動可能とするための空洞１ａ’が形成されるとともに、支持層７’における共振子３’の周辺部に、空洞１ａ’に連通する空洞形成用の４つのスリット状のエッチングホール５’が平面視矩形状の圧電層３２’の外周縁の各辺に沿って形成されてなるＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型のＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここにおいて、支持層７’は、支持基板１’の基礎となるＳｉ基板にボロンを高濃度ドーピングして形成した高濃度ボロンドーピング層と、支持基板１’の上記一表面側に形成したＳｉＯ２膜からなる絶縁層とで構成されている。要するに、支持層７’は、空洞１ａ’形成時にエッチングホール５’を通してＳｉ基板からなる支持基板１’をエッチングするためのアルカリ系のエッチング液（例えば、エチレンジアミンピロカテコール水溶液など）に対して耐性を有する材料により形成されている。
【０００３】
なお、上記特許文献１には、支持基板１’の上記一表面側に共振子３’を複数個形成してフィルタ（ＢＡＷフィルタ）を構成することも記載されている。
【０００４】
上述のＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＰＴ、ＰＺＴ、ＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉなどを採用しているが、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに応用する場合、圧電層３２’の圧電材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能な鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＺＴなど）を採用し、圧電層３２’の結晶性を向上させるために支持基板１’の材料としてＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３（：ＳＴＯ）を採用することが考えられる。
【特許文献１】特開平９−１３０１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置では、共振子３’下に支持層７’が形成されているので、当該支持層７’に起因してバルク弾性波のエネルギ損失が生じ、共振子全体の機械的品質係数（Ｑ値）が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置では、単結晶Ｓｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面側の支持層７’上に共振子３’が形成されており、結晶性の良好な圧電層３２’を得るのが難しく、圧電層３２’の結晶性の改善が望まれていた。
【０００７】
また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置において、支持基板１’として単結晶Ｓｉ基板に代えて単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ基板を用いても、共振子３’が支持層７’上に形成されているので、結晶性の良好な圧電層３２’を得るのが難しい。また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置において、支持基板１’として単結晶Ｓｉ基板に代えて単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ基板を用いた場合、空洞１ａ’を形成する際の単結晶ＭｇＯ基板のエッチング時間が長くなって脆弱になってしまう。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間にＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されてなり、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるとともに、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間に圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、圧電層がＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料により形成されているので、ＡｌＮやＺｎＯにより形成されている場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができ、しかも、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるので、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板が、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されているので、空洞の形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、異種材料からなる下層基板の一表面側に接合され当該下層基板とともに支持基板を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板の一表面側に共振子および絶縁層を形成してから、絶縁層にエッチングホールを形成し、その後、エッチングホールを通してエッチャントを導入し上層基板の厚み方向に貫通する開口部からなる前記空洞をウェットエッチングにより形成することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記共振子および前記エッチングホールを形成する前に、前記上層基板を所定厚さまで薄肉化することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記上層基板を薄肉化する際に前記共振子および前記絶縁層が破損するのを防止することができるとともに、前記上層基板のより一層の薄肉化が可能となり、前記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記所定厚さは、前記上層基板をウェットエッチングすることで前記開口部を形成する際のサイドエッチング量よりも小さな値に設定してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記下層基板として、単結晶Ｓｉ基板を用いることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記開口部を形成する際に前記下層基板をエッチングストッパとして利用することができ、前記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに前記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能となるという効果がある。
【００２０】
請求項２の発明では、圧電層の結晶性を向上できるとともに共振子全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面上に形成され下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する複数個（本実施形態では、８個）の共振子３と、支持基板１の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において共振子３を取り囲んで共振子３を保持した絶縁層４とを備えている。また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に、各共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる複数（本実施形態では、５つ）の断面逆台形状の空洞１ａがウェットエッチング（エッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチング）により形成されるとともに、絶縁層４に、各空洞１ａそれぞれに連通する複数（本実施形態では、５つ）のエッチングホール５が貫設されている。ここにおいて、各エッチングホール５は、絶縁層４における各空洞１ａそれぞれの投影領域における中心部に対応する部位に形成されている。なお、絶縁層４には、上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定するための開孔部４ａが形成されている。
【００２２】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の複数個の共振子３が図２に示すラダー型フィルタを構成するように接続されており、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。
【００２３】
各共振子３は、支持基板１の上記一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に形成された圧電層３２と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とを有しており、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側へバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしてある。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に空洞１ａが形成されているＦＢＡＲにより構成されている。
【００２４】
図２に示した例では、下部電極３１同士が電気的に接続された２個１組の共振子３の組を複数組（図示例では、４組）備えており、各組の２個の共振子３では、下部電極３１と圧電層３２とが連続して形成される一方で上部電極３３同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する２個の共振子３の上部電極３３同士が上部電極３３と連続して形成された金属配線３４を介して電気的に接続されている。また、各組の２個の共振子３に跨って形成された圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が各共振領域を構成している。
【００２５】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しており、圧電層３２は、（００１）配向のＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここで、図１には図示していないが、下部電極３１と圧電層３２との間に、圧電層３２の配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成することが望ましい。また、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているが、ＰＺＴ系材料であれば、ＰＺＴに限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどでもよく、圧電材料がＡｌＮやＺｎＯである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、圧電層３２の圧電材料としては、ＰＺＴ系材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものなどのＫＮＮ系材料を用いてもよい。
【００２６】
ところで、圧電層３２は、平面視における全領域が下部電極３１上に形成されており、圧電層３２の外周線は、下部電極３１の外周線よりも内側に位置している。
【００２７】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１の金属材料としてＰｔを採用しているが、下部電極３１の材料はＰｔに限定するものではなく、後述の上層基板１１に空洞１ａとなる開口部を形成する際のエッチング液に対して耐性を有し、圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料であればよい。また、上部電極３３の金属材料としてＡｌを採用しているが、Ａｌに限らず、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕなどを採用すれば、上部電極３３の金属材料が代表的な電極材料であるＡｕの場合に比べて、上部電極３３の機械的品質係数を高めることができ、共振子３全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。
【００２８】
また、絶縁層４の材料としては、ＳｉＯ２を採用しているが、ＳｉＯ２に限らず、例えば、Ｓｉ３Ｎ４を採用してもよい。また、絶縁層４は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ＳｉＯ２からなる第１の絶縁膜とＳｉ３Ｎ４膜からなる第２の絶縁膜との積層膜でもよい。
【００２９】
なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電層３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電層３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で適宜設定すればよい。
【００３０】
ところで、支持基板１は、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板からなるとともに、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄くなっている。なお、本実施形態では、上層基板１１の厚さを５μｍ、下層基板１２の厚さを３００μｍに設定してあるが、これらの厚さは一例であり、特に限定するものではない。
【００３１】
また、支持基板１は、上述の空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されたた断面逆台形状の開口部により構成されている。
【００３２】
ここにおいて、上層基板１１としては、下層基板１２側とは反対側の一表面が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、上記一表面が（００１）面の単結晶ＳＴＯ基板を用いてもよい。また、上層基板１１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、圧電層３２の所望の面方位に応じて適宜設定すればよい。また、下層基板１２としては、単結晶Ｓｉ基板を用いているが、ガラス基板を用いてもよい。
【００３３】
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置によれば、支持基板１の上記一表面側に形成され下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する共振子３と、支持基板１の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において共振子３を取り囲んで共振子３を保持した絶縁層４とを備え、支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されるとともに、絶縁層４に、空洞１ａに連通するエッチングホール５が形成されているので、バルク弾性波のエネルギ損失を低減できて、共振子３全体の機械的品質係数を向上できる。しかも、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、支持基板１が、互いに厚さが異なる上層基板１１と下層基板１２との積層構造を有し、支持基板１において相対的に共振子３に近い側にある上層基板１１が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるので、ＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層３２の結晶性を向上できるとともに共振子３全体の機械的品質係数を向上でき、また、上層基板１１が、相対的に共振子３から遠い側にある下層基板１２に比べて薄く、且つ、空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向に貫設されエッチングホール５に連通した開口部により構成されているので、空洞１ａの形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となる。
【００３４】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図３〜図７を参照しながら説明するが、図３〜図７それぞれにおいて左側は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略工程断面図、右側は図１（ａ）のＢ−Ｂ’に対応する概略工程断面図を示している。
【００３５】
まず、単結晶ＭｇＯ基板からなる上層基板１１と単結晶Ｓｉ基板からなる下層基板１２とを接合する基板接合工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。なお、基板接合工程では、例えば、金属−金属（例えば、Ａｕ−Ａｕ）の常温接合や、ＡｕＳｎを利用した共晶接合などにより上層基板１１と下層基板１２とを接合すればよいが、接合方法は特に限定するものではない。
【００３６】
上述の基板接合工程の後、上層基板１１を下層基板１２側とは反対側の一表面側から所定厚さ（例えば、５μｍ程度）まで薄肉化する薄肉化工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここで、薄肉化工程では、例えば、ＣＭＰ法などにより上層基板１１を上記一表面側から薄肉化し、研磨によるダメージ層を除去するためのウェットエッチングを行えばよい。なお、上層基板１１の所定厚さは、５μｍに限定するものではなく、例えば、３〜５０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３７】
上述の薄肉化工程の後、上層基板１１の上記一表面側の全面に下部電極３１の基礎となる第１の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）３１ａをスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第１の金属膜形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。
【００３８】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２の基礎となるＰＺＴ薄膜からなる圧電材料層３２ａをスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、第１の金属膜形成工程と圧電材料層形成工程との間に、圧電材料層３２ａの配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成するシード層形成工程を設けてもよい。
【００３９】
圧電材料層形成工程の後、圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）６１をフォトリソグラフィ技術を利用して圧電材料層３２ａ上に形成する第１のレジスト層形成工程を行うことによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。
【００４０】
その後、第１のレジスト層６１をマスクとして、圧電材料層３２ａをエッチングすることで圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成する圧電材料層パターニング工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得て、続いて、第１のレジスト層６１を除去することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。
【００４１】
その後、第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第２のレジスト層と称する）６２をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第２のレジスト層６２をマスクとして、第１の金属膜３１ａをエッチングすることで第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する第１金属膜パターニング工程を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造を得て、続いて、第２のレジスト層６２を除去することによって、図４（ｅ）に示す構造を得る。
【００４３】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２膜からなる絶縁層４をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成する絶縁層形成工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。
【００４４】
その後、絶縁層４に開孔部４ａを形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第３のレジスト層と称する）６３をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第３のレジスト層形成工程を行うことによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。
【００４５】
その後、ドライエッチング技術を利用して絶縁層４に開孔部４ａを形成する開孔部形成工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層６３を除去することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【００４６】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３および金属配線３４の基礎となる第２の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）３３ａをスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第２の金属膜形成工程を行うことによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。
【００４７】
その後、それぞれ第２の金属膜３３ａの一部からなる上部電極３３および金属配線３４を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第４のレジスト層と称する）６４をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第４のレジスト層形成工程を行うことによって、図６（ａ）に示す構造を得る。
【００４８】
その後、第４のレジスト層６４をマスクとして、第２の金属膜３３ａをエッチングすることで第２の金属膜３３ａの一部からなる上部電極３３および金属配線３４を形成する第２金属膜パターニング工程を行うことによって、図６（ｂ）に示す構造を得て、続いて、第４のレジスト層６４を除去することによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。
【００４９】
その後、支持基板１の上記一表面側に絶縁層４のエッチングホール５を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第５のレジスト層と称する）６５をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する第５のレジスト層形成工程を行うことによって、図６（ｄ）に示す構造を得る。
【００５０】
その後、第５のレジスト層６５をマスクとして、絶縁層４をドライエッチング技術によりエッチングすることでエッチングホール５を形成するエッチングホール形成工程を行うことによって、図７（ａ）に示す構造を得る。
【００５１】
その後、第５のレジスト層６５をマスクとして、エッチングホール５を通して所定のエッチャントを導入して支持基板１をウェットエッチングすることにより支持基板１の上層基板１１に空洞１ａとなる開口部を形成する空洞形成工程を行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。なお、上層基板１１として単結晶ＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチャントとして燐酸系溶液（例えば、例えば、７０〜９０℃程度に加熱した燐酸水溶液など）を用いればよく、上層基板１１として単結晶ＳＴＯ基板を採用している場合には、絶縁層４の材料をＳｉ３Ｎ４として、空洞形成工程において、所定のエッチャントとして、例えば、液温が室温（例えば、２５℃）で濃度が３ｗｔ％のフッ酸水溶液を用いればよい。
【００５２】
上述の空洞形成工程の後、第５のレジスト層６５を除去することによって、図７（ｃ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００５３】
上述のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数のＢＡＷ共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振装置に分割すればよい。ところで、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、空洞形成工程において各組の２個の共振子３ごとに支持基板１に空洞１ａを形成するようにしているので、空洞１ａを各共振子３ごとに１つずつ形成する場合に比べて、ＢＡＷ共振装置全体の小型化を図れる。また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、２個の共振子３を複数組備えているが、共振子３の組は１組でもよく、また、ＢＡＷ共振装置は、１個の共振子３のみを備えたものでもよい。
【００５４】
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、異種材料からなる下層基板１２の一表面側に接合され当該下層基板１２とともに支持基板１を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板１１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４を形成してから、絶縁層４にエッチングホール５を形成し、その後、エッチングホール５を通してエッチャントを導入し上層基板１１の厚み方向に貫通する開口部からなる空洞１ａをウェットエッチングにより形成するので、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳｒＴｉＯ３基板からなる上層基板１１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、図８に示した構成のように支持層７’上に共振子３’を形成する製造方法を採用する場合に比べて、圧電層３２の結晶性を向上できるとともに共振子３全体の機械的品質係数を向上でき、且つ、堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、共振子３およびエッチングホール５を形成する前に、上層基板１１を上記所定厚さまで薄肉化するようにしているので、上層基板１１を薄肉化する際に共振子３および絶縁層４が破損するのを防止することができるとともに、共振子３およびエッチングホール５を形成した後で上層基板１１を薄肉化する場合に比べて上層基板１１のより一層の薄肉化が可能となり、空洞１ａとなる上記開口部を形成する際のエッチング時間のより一層の短縮を図れる。
【００５６】
また、本実施形態では、上層基板１１の上記所定厚さは、上層基板１１をウェットエッチングすることで空洞１ａとなる上記開口部を形成する際のサイドエッチング量（このサイドエッチング量は、共振子３の中心とエッチングホール５との相対的な位置関係により設定する値であり、本実施形態では、１５μｍに設定してある）よりも小さな値（本実施形態では、５μｍ）に設定してあるので、上記開口部を形成する際のエッチング時間の短縮を図れる。なお、サイドエッチング量は、１０〜１００μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００５７】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法では、下層基板１２として、単結晶Ｓｉ基板を用いているので、空洞１ａとなる上記開口部を形成する際に下層基板１２をエッチングストッパとして利用することができ、上記開口部の形状の再現性を高めることができるとともに上記開口部の形成に要するエッチング時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態におけるＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。
【図２】同上のＢＡＷ共振装置の回路図である。
【図３】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】従来例のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 支持基板
１ａ 空洞
３ 共振子
４ 絶縁層
５ エッチングホール
１１ 上層基板
１２ 下層基板
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間にＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されてなり、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるとともに、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されてなることを特徴とするＢＡＷ共振装置。
【請求項２】
請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、異種材料からなる下層基板の一表面側に接合され当該下層基板とともに支持基板を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板の一表面側に共振子および絶縁層を形成してから、絶縁層にエッチングホールを形成し、その後、エッチングホールを通してエッチャントを導入し上層基板の厚み方向に貫通する開口部からなる前記空洞をウェットエッチングにより形成することを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項３】
前記共振子および前記エッチングホールを形成する前に、前記上層基板を所定厚さまで薄肉化することを特徴とする請求項２記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項４】
前記所定厚さは、前記上層基板をウェットエッチングすることで前記開口部を形成する際のサイドエッチング量よりも小さな値に設定してあることを特徴とする請求項３記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項５】
前記下層基板として、単結晶Ｓｉ基板を用いることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極と上部電極との間にＰＺＴ系材料もしくはＫＮＮ系材料からなる圧電層を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで共振子を保持した絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されるとともに、絶縁層に、前記空洞に連通するエッチングホールが形成されてなり、支持基板が、互いに厚さが異なる上層基板と下層基板との積層構造を有し、支持基板において相対的に共振子に近い側にある上層基板が、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなるとともに、相対的に共振子から遠い側にある下層基板に比べて薄く、且つ、前記空洞が、上層基板の厚み方向に貫設され前記エッチングホールに連通した開口部により構成されてなることを特徴とするＢＡＷ共振装置。
【請求項２】
請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、異種材料からなる下層基板の一表面側に接合され当該下層基板とともに支持基板を構成する単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳＴＯ基板からなる上層基板の一表面側に共振子および絶縁層を形成してから、絶縁層にエッチングホールを形成し、その後、エッチングホールを通してエッチャントを導入し上層基板の厚み方向に貫通する開口部からなる前記空洞をウェットエッチングにより形成することを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項３】
前記共振子および前記エッチングホールを形成する前に、前記上層基板を所定厚さまで薄肉化することを特徴とする請求項２記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項４】
前記所定厚さは、前記上層基板をウェットエッチングすることで前記開口部を形成する際のサイドエッチング量よりも小さな値に設定してあることを特徴とする請求項３記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項５】
前記下層基板として、単結晶Ｓｉ基板を用いることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４７８７４（Ｐ２０１０−１４７８７４Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２３８６１（Ｐ２００８−３２３８６１）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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