ＢＡＷ共振装置の製造方法
【課題】共振子の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＭｇＯ基板からなる支持基板１の一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成し（図１（ｄ））、その後、支持基板１の上記一表面側に下部電極３１および鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる圧電層３２を形成し（図１（ｌ））、その後、絶縁層４を形成し（図１（ｐ））、上部電極を形成してから共振子を取り囲む絶縁層４にエッチングホール４１を形成し（図１（ｖ））、その後、絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する（図１（ｗ））。
【解決手段】ＭｇＯ基板からなる支持基板１の一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成し（図１（ｄ））、その後、支持基板１の上記一表面側に下部電極３１および鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる圧電層３２を形成し（図１（ｌ））、その後、絶縁層４を形成し（図１（ｐ））、上部電極を形成してから共振子を取り囲む絶縁層４にエッチングホール４１を形成し（図１（ｖ））、その後、絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する（図１（ｗ））。
【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、１ＧＨｚ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、図５に示すように支持基板１’の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’が形成され、支持基板１’の上記一表面に、共振子３’の下部電極３１’下に形成されているＡｌＮ膜からなる保護膜１３’における支持基板１’側の表面を露出させ保護膜１３’と圧電層３２’との積層構造部のエッチングホール３０’に連通する空洞１ａ’が形成されてなるＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。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。
【０００３】
以下、図５に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図６および図７に基づいて簡単に説明するが、図７（ｂ）のみ図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する断面図で、それ以外は図５（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する断面図を示してある。
【０００４】
まず、Ｓｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面に空洞形成用凹部１２’および環状凹部１１’をフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して形成し（図６（ａ）参照）、その後、支持基板１’の上記一表面側の全面にＰＳＧ膜などの絶縁膜をＣＶＤ法などにより形成してから、当該絶縁膜をＣＭＰ法などにより研磨して当該絶縁膜のうち空洞形成用凹部１２’内に残る部分からなる犠牲層１４’および環状凹部１１’内に残る部分からなる側壁膜１５’を形成する（図６（ｂ）参照）。
【０００５】
その後、支持基板１’の上記一表面側の全面にＡｌＮ膜からなる保護膜１３’をスパッタ法などにより形成し（図６（ｃ）参照）、その後、保護膜１３’上の全面に下部電極３１’をスパッタ法などにより形成して形成してからフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して下部電極３１’をパターニングする（図６（ｄ）参照）。
【０００６】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２’をスパッタ法などにより形成してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層３２’をパターニングする（図６（ｅ）参照）。
【０００７】
続いて、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３’をスパッタ法などにより形成してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極３３’をパターニングする（図７（ａ）参照）。
【０００８】
その後、フォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１’の上記一表面側にエッチングホール３０’形成用にパターニングされたレジスト層５０’を形成し、続いて、レジスト層５０’をマスクとして保護膜１３’と圧電層３２’との積層構造部における共振子３’の周辺部に複数のエッチングホール３０’を形成する（図７（ｂ）参照）。
【０００９】
その後、エッチングホール３０’を通してＢＨＦからなるエッチング液を導入して犠牲層１４’を選択的にエッチング除去し（図７（ｃ）参照）、続いて、エッチングガスとしてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いるケミカルドライエッチングなどによりエッチングホール３０’および空洞形成用凹部１２’を通して支持基板１’の一部を除去することにより空洞１ａ’を完成させる（図７（ｄ）参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記特許文献１に開示された図５に示す構成のＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉを採用しているが、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタ、例えば、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を採用することが考えられる。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたＢＡＷ共振装置では、支持基板１’としてＳｉ基板を用いているので、比較的深い空洞形成用凹部１２’をドライエッチングにより形成する工程を含む上述の製造方法を採用することができるが、ＭｇＯ基板やＳｒＴｉＯ３基板はＳｉ基板に比べてドライエッチングによるエッチングレートが非常に遅く上述の製造方法を採用するのが難しい。
【００１２】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法では、空洞形成用凹部１２’を形成した後で当該空洞形成用凹部１２’に犠牲層１４’を埋め込んでから共振子３’を形成する必要があるので、製造工程が複雑になり、しかも、支持基板１’の材料として圧電層３２’の圧電材料との格子定数差の小さな材料を採用しても圧電層３２’の結晶性が良好であるとはいえず、圧電層３２’の結晶性の改善による機械的品質係数の向上が望まれていた。
【００１３】
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、共振子の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置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】
【００１４】
請求項１の発明は、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子が形成されるとともに、平面視において共振子を取り囲む絶縁層が形成され、支持基板の前記一表面に、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絶縁層の厚み方向に貫通したエッチングホールに連通する空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、空洞の形成にあたっては、支持基板の前記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後で共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、空洞の形成にあたっては、支持基板の一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、共振子の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板の前記一表面に形成した前記凹部を通して支持基板をエッチングするので、前記凹部を形成していない場合に比べて、支持基板の前記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞を短時間で確実に形成することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前で前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールが形成された後で前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記凹部形成工程では、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前に、前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成するので、所望の深さの前記凹部を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記凹部形成工程では、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成するので、前記エッチングホールおよび前記凹部を同じマスクを利用して連続的に形成することができ、前記エッチングホールと前記凹部との相対的な位置精度を高めることができるとともに、製造工程の簡略化による低コスト化を図れる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、共振子の機械的品質係数を向上できる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】
（実施形態１）
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図２に示すように、支持基板１の一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する複数個の共振子３が形成されるとともに、平面視において各共振子３を取り囲む絶縁層４が形成され、支持基板１の上記一表面に、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絶縁層４の厚み方向に貫通したエッチングホール４１に連通する空洞１ａが形成されている。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３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フィルタは、支持基板１に空洞１ａが形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）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、支持基板１としては、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶のＭｇＯ基板を用いているが、単結晶のＳｒＴｉＯ３基板を用いてもよい。
【００２６】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１および上部電極３３の金属材料としてＰｔを採用しているが、これらの金属材料は特に限定するものではなく、例えば、Ａｌや他の金属材料を採用してもよく、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕの群から選択される少なくとも一種を採用すれば、下部電極３１および上部電極３３それぞれ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、下部電極３１および上部電極３３それぞれ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。なお、下部電極３１と上部電極３３とは必ずしも同じ金属材料を採用する必要はなく、下部電極３１の金属材料は、圧電層３２の格子歪を抑制するために圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料を採用することが望ましい。
【００２７】
また、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２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。なお、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に限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどの鉛系圧電材料であればよく、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。なお、圧電層３２の圧電材料としては、鉛系圧電材料に限らず、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）を添加したものを用いることもできる。
【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】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図１を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、上記一表面が（００１）面の単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１（図１（ａ）参照）の上記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂ（図１（ｃ）参照）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１（ｂ）に示す構造を得る。
【００３２】
その後、第１のレジスト層６１をマスクとして、支持基板１の一部を上記一表面側から所定のエッチング液により所定時間だけエッチング（ウェットエッチング）することにより支持基板１の上記一表面に凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用い、所定時間を２〜３分の範囲で適宜設定すればよい。
【００３３】
その後、第１のレジスト層６１を除去する第１のレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３４】
その後、支持基板１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１（ｅ）に示す構造を得てから、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１（ｆ）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。
【００３５】
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圧電材料層３２ａ上に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって図１（ｇ）に示す構造を得てから、第２のレジスト層６２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１（ｈ）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１（ｉ）に示す構造を得る。
【００３６】
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１（ｇ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層６３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１（ｋ）に示す構造を得て、続いて、第３のレジスト層６３を除去することによって、図１（ｌ）に示す構造を得る。
【００３７】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２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１（ｍ）に示す構造を得てから、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１（ｎ）に示す構造を得る。
【００３８】
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１（ｏ）に示す構造を得てから、第４のレジスト層６４を除去することによって、図１（ｐ）に示す構造を得る。
【００３９】
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１（ｑ）に示す構造を得る。
【００４０】
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支持基板１の上記一表面側に形成する第５のレジスト層形成工程を行うことによって図１（ｒ）に示す構造を得てから、第５のレジスト層６５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１（ｓ）に示す構造を得て、続いて、第５のレジスト層６５を除去することによって、図１（ｔ）に示す構造を得る。
【００４１】
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４１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６のレジスト層と称する）６６をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する第６のレジスト層形成工程を行うことによって、図１（ｕ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第６のレジスト層６６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（ドライエッチング）することによりエッチングホール４１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１（ｖ）に示す構造を得る。
【００４３】
その後、第６のレジスト層６６をマスクとして、エッチングホール４１および凹部１ｂを通して所定のエッチング液を導入して支持基板１をエッチング（ウェットエッチング）することにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うことによって図１（ｗ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用いればよい。
【００４４】
その後、第６のレジスト層６６を除去する第６のレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｘ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００４５】
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。
【００４６】
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、空洞１ａの形成にあたっては、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子３を取り囲んでいる絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間にＰＺＴからなる圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、下部電極３１の結晶性を向上できて圧電層３２の結晶性を向上できるから、共振子３の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板１の上記一表面に形成した凹部１ｂを通して支持基板１をエッチングするので、凹部１ｂを形成していない場合に比べて、支持基板１の上記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞１ａを短時間で確実に形成することができる。
【００４７】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、凹部形成工程では、支持基板１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４を形成する前に、支持基板１の上記一表面における上記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより凹部１ｂを形成するので、所望の深さの凹部１ｂを容易に且つ確実に形成することができる。
【００４８】
なお、上述のエッチングホール４１の数やサイズは特に限定するものではなく、共振子３のレイアウトなどに応じて適宜設定すればよく、また、各エッチングホール４１それぞれを複数の小さな開口サイズの小エッチングホールに分割して設ければ、ＢＡＷ共振装置の平面サイズを変更することなくＢＡＷ共振装置全体の堅牢化を図れる。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態のＢＡＷ共振装置の構造は実施形態１と同じであり、製造方法が相違するだけである。
【００５０】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図４を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付し、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。
【００５１】
まず、単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）の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４（ａ）に示す構造を得てから、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４（ｂ）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。
【００５２】
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）７１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４（ｄ）に示す構造を得てから、第１のレジスト層７１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（ｅ）に示す構造を得て、続いて、第１のレジスト層７１を除去することによって、図４（ｆ）に示す構造を得る。
【００５３】
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）７２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（ｇ）に示す構造を得てから、第２のレジスト層７２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（ｈ）に示す構造を得て、続いて、第２のレジスト層７２を除去することによって、図４（ｉ）に示す構造を得る。
【００５４】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２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４（ｊ）に示す構造を得てから、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）７３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４（ｋ）に示す構造を得る。
【００５５】
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４（ｌ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層７３を除去することによって、図４（ｍ）に示す構造を得る。
【００５６】
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４（ｎ）に示す構造を得る。
【００５７】
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）７４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４（ｏ）に示す構造を得てから、第４のレジスト層７４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４（ｐ）に示す構造を得て、続いて、第４のレジスト層７４を除去することによって、図４（ｑ）に示す構造を得る。
【００５８】
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４１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）７５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４（ｒ）に示す構造を得る。
【００５９】
その後、第５のレジスト層７５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によりエッチングホール４１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４（ｓ）に示す構造を得る。
【００６０】
続いて、第５のレジスト層７５をマスクとして、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をドライエッチング技術によりエッチング（ドライエッチング）して凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行うことによって、図４（ｔ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、エッチングガスとしてＡｒガスを用い、例えば、数十ｎｍ程度の深さの凹部１ｂを形成すればよい。
【００６１】
その後、第５のレジスト層７５をマスクとして、エッチングホール４１および凹部１ｂを通して所定のエッチング液を導入して支持基板１をエッチング（ウェットエッチング）することにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うことによって図４（ｕ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用いればよい。
【００６２】
その後、第５のレジスト層７５を除去する第５のレジスト層除去工程を行うことによって、図４（ｖ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００６３】
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、空洞１ａの形成にあたっては、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子３を取り囲んでいる絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間にＰＺＴからなる圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、下部電極３１の結晶性を向上できて圧電層３２の結晶性を向上できるから、共振子３の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板１の上記一表面に形成した凹部１ｂを通して支持基板１をエッチングするので、凹部１ｂを形成していない場合に比べて、支持基板１の上記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞１ａを短時間で確実に形成することができる。
【００６４】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、凹部形成工程では、支持基板１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４およびエッチングホール４１を形成した後でエッチングホール４１を通して支持基板１の上記一表面における上記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより凹部１ｂを形成するので、エッチングホール４１および凹部１ｂを同じマスク（第５のレジスト層７５）を利用して連続的に形成することができ、エッチングホール４１と凹部１ｂとの相対的な位置精度を高めることができるとともに、製造工程の簡略化による低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態１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２】同上における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３】同上におけるＢＡＷ共振装置の回路図である。
【図４】実施形態２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】従来例のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（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。
【符号の説明】
【００６６】
１ 支持基板
１ａ 空洞
１ｂ 凹部
３ 共振子
４ 絶縁層
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極
４１ エッチングホール
【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、１ＧＨｚ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、図５に示すように支持基板１’の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’が形成され、支持基板１’の上記一表面に、共振子３’の下部電極３１’下に形成されているＡｌＮ膜からなる保護膜１３’における支持基板１’側の表面を露出させ保護膜１３’と圧電層３２’との積層構造部のエッチングホール３０’に連通する空洞１ａ’が形成されてなるＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。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。
【０００３】
以下、図５に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図６および図７に基づいて簡単に説明するが、図７（ｂ）のみ図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する断面図で、それ以外は図５（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する断面図を示してある。
【０００４】
まず、Ｓｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面に空洞形成用凹部１２’および環状凹部１１’をフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して形成し（図６（ａ）参照）、その後、支持基板１’の上記一表面側の全面にＰＳＧ膜などの絶縁膜をＣＶＤ法などにより形成してから、当該絶縁膜をＣＭＰ法などにより研磨して当該絶縁膜のうち空洞形成用凹部１２’内に残る部分からなる犠牲層１４’および環状凹部１１’内に残る部分からなる側壁膜１５’を形成する（図６（ｂ）参照）。
【０００５】
その後、支持基板１’の上記一表面側の全面にＡｌＮ膜からなる保護膜１３’をスパッタ法などにより形成し（図６（ｃ）参照）、その後、保護膜１３’上の全面に下部電極３１’をスパッタ法などにより形成して形成してからフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して下部電極３１’をパターニングする（図６（ｄ）参照）。
【０００６】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２’をスパッタ法などにより形成してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層３２’をパターニングする（図６（ｅ）参照）。
【０００７】
続いて、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３’をスパッタ法などにより形成してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極３３’をパターニングする（図７（ａ）参照）。
【０００８】
その後、フォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１’の上記一表面側にエッチングホール３０’形成用にパターニングされたレジスト層５０’を形成し、続いて、レジスト層５０’をマスクとして保護膜１３’と圧電層３２’との積層構造部における共振子３’の周辺部に複数のエッチングホール３０’を形成する（図７（ｂ）参照）。
【０００９】
その後、エッチングホール３０’を通してＢＨＦからなるエッチング液を導入して犠牲層１４’を選択的にエッチング除去し（図７（ｃ）参照）、続いて、エッチングガスとしてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いるケミカルドライエッチングなどによりエッチングホール３０’および空洞形成用凹部１２’を通して支持基板１’の一部を除去することにより空洞１ａ’を完成させる（図７（ｄ）参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記特許文献１に開示された図５に示す構成のＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉを採用しているが、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタ、例えば、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を採用することが考えられる。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたＢＡＷ共振装置では、支持基板１’としてＳｉ基板を用いているので、比較的深い空洞形成用凹部１２’をドライエッチングにより形成する工程を含む上述の製造方法を採用することができるが、ＭｇＯ基板やＳｒＴｉＯ３基板はＳｉ基板に比べてドライエッチングによるエッチングレートが非常に遅く上述の製造方法を採用するのが難しい。
【００１２】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法では、空洞形成用凹部１２’を形成した後で当該空洞形成用凹部１２’に犠牲層１４’を埋め込んでから共振子３’を形成する必要があるので、製造工程が複雑になり、しかも、支持基板１’の材料として圧電層３２’の圧電材料との格子定数差の小さな材料を採用しても圧電層３２’の結晶性が良好であるとはいえず、圧電層３２’の結晶性の改善による機械的品質係数の向上が望まれていた。
【００１３】
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、共振子の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置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】
【００１４】
請求項１の発明は、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子が形成されるとともに、平面視において共振子を取り囲む絶縁層が形成され、支持基板の前記一表面に、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絶縁層の厚み方向に貫通したエッチングホールに連通する空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、空洞の形成にあたっては、支持基板の前記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後で共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、空洞の形成にあたっては、支持基板の一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、共振子の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板の前記一表面に形成した前記凹部を通して支持基板をエッチングするので、前記凹部を形成していない場合に比べて、支持基板の前記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞を短時間で確実に形成することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前で前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールが形成された後で前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記凹部形成工程では、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前に、前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成するので、所望の深さの前記凹部を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記凹部形成工程では、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成するので、前記エッチングホールおよび前記凹部を同じマスクを利用して連続的に形成することができ、前記エッチングホールと前記凹部との相対的な位置精度を高めることができるとともに、製造工程の簡略化による低コスト化を図れる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、共振子の機械的品質係数を向上できる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】
（実施形態１）
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図２に示すように、支持基板１の一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有する複数個の共振子３が形成されるとともに、平面視において各共振子３を取り囲む絶縁層４が形成され、支持基板１の上記一表面に、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絶縁層４の厚み方向に貫通したエッチングホール４１に連通する空洞１ａが形成されている。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３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フィルタは、支持基板１に空洞１ａが形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）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、支持基板１としては、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶のＭｇＯ基板を用いているが、単結晶のＳｒＴｉＯ３基板を用いてもよい。
【００２６】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１および上部電極３３の金属材料としてＰｔを採用しているが、これらの金属材料は特に限定するものではなく、例えば、Ａｌや他の金属材料を採用してもよく、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕの群から選択される少なくとも一種を採用すれば、下部電極３１および上部電極３３それぞれ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、下部電極３１および上部電極３３それぞれ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。なお、下部電極３１と上部電極３３とは必ずしも同じ金属材料を採用する必要はなく、下部電極３１の金属材料は、圧電層３２の格子歪を抑制するために圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料を採用することが望ましい。
【００２７】
また、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２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。なお、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に限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどの鉛系圧電材料であればよく、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。なお、圧電層３２の圧電材料としては、鉛系圧電材料に限らず、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）を添加したものを用いることもできる。
【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】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図１を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、上記一表面が（００１）面の単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１（図１（ａ）参照）の上記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂ（図１（ｃ）参照）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１（ｂ）に示す構造を得る。
【００３２】
その後、第１のレジスト層６１をマスクとして、支持基板１の一部を上記一表面側から所定のエッチング液により所定時間だけエッチング（ウェットエッチング）することにより支持基板１の上記一表面に凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用い、所定時間を２〜３分の範囲で適宜設定すればよい。
【００３３】
その後、第１のレジスト層６１を除去する第１のレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３４】
その後、支持基板１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１（ｅ）に示す構造を得てから、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１（ｆ）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。
【００３５】
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圧電材料層３２ａ上に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって図１（ｇ）に示す構造を得てから、第２のレジスト層６２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１（ｈ）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１（ｉ）に示す構造を得る。
【００３６】
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１（ｇ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層６３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１（ｋ）に示す構造を得て、続いて、第３のレジスト層６３を除去することによって、図１（ｌ）に示す構造を得る。
【００３７】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２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１（ｍ）に示す構造を得てから、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１（ｎ）に示す構造を得る。
【００３８】
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１（ｏ）に示す構造を得てから、第４のレジスト層６４を除去することによって、図１（ｐ）に示す構造を得る。
【００３９】
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１（ｑ）に示す構造を得る。
【００４０】
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支持基板１の上記一表面側に形成する第５のレジスト層形成工程を行うことによって図１（ｒ）に示す構造を得てから、第５のレジスト層６５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１（ｓ）に示す構造を得て、続いて、第５のレジスト層６５を除去することによって、図１（ｔ）に示す構造を得る。
【００４１】
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４１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６のレジスト層と称する）６６をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する第６のレジスト層形成工程を行うことによって、図１（ｕ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第６のレジスト層６６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（ドライエッチング）することによりエッチングホール４１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１（ｖ）に示す構造を得る。
【００４３】
その後、第６のレジスト層６６をマスクとして、エッチングホール４１および凹部１ｂを通して所定のエッチング液を導入して支持基板１をエッチング（ウェットエッチング）することにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うことによって図１（ｗ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用いればよい。
【００４４】
その後、第６のレジスト層６６を除去する第６のレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｘ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００４５】
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。
【００４６】
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、空洞１ａの形成にあたっては、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子３を取り囲んでいる絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間にＰＺＴからなる圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、下部電極３１の結晶性を向上できて圧電層３２の結晶性を向上できるから、共振子３の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板１の上記一表面に形成した凹部１ｂを通して支持基板１をエッチングするので、凹部１ｂを形成していない場合に比べて、支持基板１の上記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞１ａを短時間で確実に形成することができる。
【００４７】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、凹部形成工程では、支持基板１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４を形成する前に、支持基板１の上記一表面における上記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより凹部１ｂを形成するので、所望の深さの凹部１ｂを容易に且つ確実に形成することができる。
【００４８】
なお、上述のエッチングホール４１の数やサイズは特に限定するものではなく、共振子３のレイアウトなどに応じて適宜設定すればよく、また、各エッチングホール４１それぞれを複数の小さな開口サイズの小エッチングホールに分割して設ければ、ＢＡＷ共振装置の平面サイズを変更することなくＢＡＷ共振装置全体の堅牢化を図れる。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態のＢＡＷ共振装置の構造は実施形態１と同じであり、製造方法が相違するだけである。
【００５０】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図４を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付し、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。
【００５１】
まず、単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）の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４（ａ）に示す構造を得てから、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４（ｂ）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。
【００５２】
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）７１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４（ｄ）に示す構造を得てから、第１のレジスト層７１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（ｅ）に示す構造を得て、続いて、第１のレジスト層７１を除去することによって、図４（ｆ）に示す構造を得る。
【００５３】
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）７２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（ｇ）に示す構造を得てから、第２のレジスト層７２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（ｈ）に示す構造を得て、続いて、第２のレジスト層７２を除去することによって、図４（ｉ）に示す構造を得る。
【００５４】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面に例えばＳｉＯ２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４（ｊ）に示す構造を得てから、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）７３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４（ｋ）に示す構造を得る。
【００５５】
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４（ｌ）に示す構造を得てから、第３のレジスト層７３を除去することによって、図４（ｍ）に示す構造を得る。
【００５６】
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４（ｎ）に示す構造を得る。
【００５７】
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）７４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４（ｏ）に示す構造を得てから、第４のレジスト層７４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４（ｐ）に示す構造を得て、続いて、第４のレジスト層７４を除去することによって、図４（ｑ）に示す構造を得る。
【００５８】
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４１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）７５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４（ｒ）に示す構造を得る。
【００５９】
その後、第５のレジスト層７５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によりエッチングホール４１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４（ｓ）に示す構造を得る。
【００６０】
続いて、第５のレジスト層７５をマスクとして、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をドライエッチング技術によりエッチング（ドライエッチング）して凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行うことによって、図４（ｔ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、エッチングガスとしてＡｒガスを用い、例えば、数十ｎｍ程度の深さの凹部１ｂを形成すればよい。
【００６１】
その後、第５のレジスト層７５をマスクとして、エッチングホール４１および凹部１ｂを通して所定のエッチング液を導入して支持基板１をエッチング（ウェットエッチング）することにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うことによって図４（ｕ）に示す構造を得る。なお、支持基板１としてＭｇＯ基板を採用している場合には、所定のエッチング液として燐酸酸系溶液（例えば、燐酸水溶液など）を用いればよい。
【００６２】
その後、第５のレジスト層７５を除去する第５のレジスト層除去工程を行うことによって、図４（ｖ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。
【００６３】
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、空洞１ａの形成にあたっては、支持基板１の上記一表面における空洞１ａのエッチング開始予定領域をエッチングして凹部１ｂを形成する凹部形成工程を行い、その後、共振子３を取り囲んでいる絶縁層４のエッチングホール４１および凹部１ｂを通してエッチング液を導入して支持基板１をエッチングすることにより空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うので、ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板１の上記一表面側に下部電極３１と上部電極３３との間にＰＺＴからなる圧電層３２を有する共振子３を直接形成することができるから、空洞に犠牲層を埋め込んだ後で犠牲層上に共振子を形成してから犠牲層をエッチング除去するような製造方法を採用する場合に比べて、下部電極３１の結晶性を向上できて圧電層３２の結晶性を向上できるから、共振子３の機械的品質係数を向上できるＢＡＷ共振装置を提供することができ、しかも、空洞形成工程では、支持基板１の上記一表面に形成した凹部１ｂを通して支持基板１をエッチングするので、凹部１ｂを形成していない場合に比べて、支持基板１の上記一表面側においてエッチング液に曝される部位の面積が増加し、空洞１ａを短時間で確実に形成することができる。
【００６４】
また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、凹部形成工程では、支持基板１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４およびエッチングホール４１を形成した後でエッチングホール４１を通して支持基板１の上記一表面における上記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより凹部１ｂを形成するので、エッチングホール４１および凹部１ｂを同じマスク（第５のレジスト層７５）を利用して連続的に形成することができ、エッチングホール４１と凹部１ｂとの相対的な位置精度を高めることができるとともに、製造工程の簡略化による低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態１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２】同上における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３】同上におけるＢＡＷ共振装置の回路図である。
【図４】実施形態２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】従来例のＢＡＷ共振装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（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。
【符号の説明】
【００６６】
１ 支持基板
１ａ 空洞
１ｂ 凹部
３ 共振子
４ 絶縁層
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極
４１ エッチングホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子が形成されるとともに、平面視において共振子を取り囲む絶縁層が形成され、支持基板の前記一表面に、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絶縁層の厚み方向に貫通したエッチングホールに連通する空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、空洞の形成にあたっては、支持基板の前記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後で共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項２】
前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前で前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールが形成された後で前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項３】
前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項１】
ＭｇＯ基板もしくはＳｒＴｉＯ３基板からなる支持基板の一表面側に下部電極と上部電極との間に鉛系圧電材料からなる圧電層を有する共振子が形成されるとともに、平面視において共振子を取り囲む絶縁層が形成され、支持基板の前記一表面に、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絶縁層の厚み方向に貫通したエッチングホールに連通する空洞が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、空洞の形成にあたっては、支持基板の前記一表面におけるエッチング開始予定領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後で共振子を取り囲んでいる絶縁層のエッチングホールおよび前記凹部を通してエッチング液を導入して支持基板をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項２】
前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成する前で前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をウェットエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールが形成された後で前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項３】
前記凹部形成工程は、前記支持基板の前記一表面側に前記共振子および前記絶縁層および前記エッチングホールを形成した後で前記エッチングホールを通して前記支持基板の前記一表面における前記エッチング開始予定領域をドライエッチングすることにより前記凹部を形成する工程であり、前記空洞形成工程は、前記エッチングホールおよび前記凹部を通して前記支持基板をエッチングすることにより前記空洞を形成する工程であることを特徴とする請求項１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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２９０３６８（Ｐ２００９−２９０３６８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３８６２７（Ｐ２００８−１３８６２７）
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【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２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【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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