ＢＡＷ共振装置の製造方法
【課題】鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき且つ開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能な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の一表面側に共振子３を形成し（図１（ｅ））、その後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層７を形成するとともに支持基板１の他表面側に開孔部１ａ形成用にパターニングされたレジスト層６を形成し、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行う（図１（ｇ））。この開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１の圧電層３２側とは反対側の上記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるようにしている。
【解決手段】ＭｇＯ基板からなる支持基板１の一表面側に共振子３を形成し（図１（ｅ））、その後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層７を形成するとともに支持基板１の他表面側に開孔部１ａ形成用にパターニングされたレジスト層６を形成し、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行う（図１（ｇ））。この開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１の圧電層３２側とは反対側の上記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるようにしている。
【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３（ｉ）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’に、下部電極３１’における圧電層３２’側とは反対側の表面を露出させる開孔部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３に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図３（ａ）〜（ｉ）に基づいて簡単に説明する。
【０００４】
まず、図３（ａ）に示すＳｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面側の全面に下部電極３１’をスパッタ法などにより形成し（図３（ｂ）参照）、続いて、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３（ｃ）参照）。
【０００５】
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（図３（ｄ）参照）、その後、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（図３（ｅ）参照）、続いて、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３（ｆ）参照）。続いて、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’のうち共振子３’とならない部分を途中までエッチングして薄くする（図３（ｇ）参照）。
【０００６】
その後、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３（ｈ）参照）。
【０００７】
更にその後、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支持基板１’の他表面側から支持基板１’のうち開孔部１ａ’に対応する部分をドライエッチングすることにより開孔部１ａ’を形成する（図３（ｉ）参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２１５８８号公報（段落〔００１８〕−〔００２１〕、および図４−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に開示された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などを採用しているが、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。
【０００９】
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、開孔部１ａ’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（例えば、６μｍ／ｈ程度）、上述の製造方法を採用するのが難しい。
【００１０】
そこで、支持基板１’としてＭｇＯ基板を用いる場合には、開孔部１ａ’をウェットエッチングにより形成することが考えられるが、ＭｇＯ基板をウェットエッチングするためのエッチング液としては燐酸溶液を用いるので、エッチング液により共振子３’の下部電極３１’が侵食され、共振子３’が壊れてしまうという問題が生じる。
【００１１】
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、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき且つ開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能な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】
【００１２】
請求項１の発明は、ＭｇＯ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、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成した後、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程を行うようにし、当該開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、支持基板としてＭｇＯ基板を用いているので、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき、また、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるので、開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記開孔部形成工程では、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、前記下部電極の前記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記下部電極が侵食されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき且つ開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置について説明した後、製造方法について説明する。
【００１８】
本実施形態におけるＢＡＷ共振装置は、図１（ｈ）に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が、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とで構成されている。要するに、共振子３は、下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有している。なお、本実施形態におけるＢＡＷ共振装置は、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定する開孔部４ａを有する絶縁層４が形成されている。
【００１９】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に、下部電極３１のうち共振子３の共振領域に対応する部位を露出させる開孔部（空洞）１ａが形成されている。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、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側へのバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を構成している。ここにおいて、開孔部１ａは、支持基板１の厚み方向において下部電極３１から離れるにつれて徐々に開口面積が大きくなる形状に開孔されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１（ｇ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態における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。
【００２５】
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。
【００２６】
まず、単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に、第１の導電層（例えば、Ｐｔ層）からなる下部電極３１を例えばスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する下部電極形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００２７】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層３２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。なお、圧電層３２の形成前に圧電層３２の配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成するシード層形成工程を設けてもよい。
【００２８】
続いて、支持基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる絶縁層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ってから、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絶縁層４をパターニングして開孔部４ａを形成する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００２９】
次に、支持基板１の上記一表面側の全面に第２の導電層（例えば、Ｐｔ層）からなる上部電極３３をスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する上部電極形成工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３０】
その後、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上部電極パターニング工程を行い、続いて、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圧電層パターニング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。上述の下部電極形成工程から圧電層パターニング工程までの工程を行うことにより共振子３が形成される。
【００３１】
上述の圧電層パターニング工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層７を形成するとともに支持基板１の他表面側にフォトリソグラフィ技術を利用して開孔部１ａ形成用にパターニングされたレジスト層６を形成し、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行うことによって、図１（ｇ）に示す構造を得る。
【００３２】
この開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１の圧電層３２側とは反対側の上記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるようにしている。具体的には、開孔部形成工程では、まず、支持基板１における開孔部１ａの形成予定領域に、エッチング液による下部電極３１の侵食が防止されるように厚みを設定した薄肉部１ｂを残す第１のエッチング条件でウェットエッチングを行うことにより、図１（ｆ）に示す構造を得て、続いて、第１のエッチング条件よりもエッチングレートを低く設定した第２のエッチング条件でウェットエッチングを行うことで薄肉部１ｂをエッチング除去することにより、図１（ｇ）に示す構造を得る。ここで、第１のエッチング条件では、開孔部形成工程でのエッチング時間を短くしてスループットの向上による生産性の向上が図れるように、上記薄肉部１ｂの厚みを薄く設定することが好ましく、つまり、エッチング時間が第１のジャストエッチング時間（支持基板１の厚み分をちょうどエッチングするだけの時間）よりもやや短い時間になるように上記薄肉部１ｂの厚みを設定してエッチング時間を規定することが好ましい。また、第２のエッチング条件では、第２のジャストエッチング時間（上記薄肉部１ｂの厚み分をちょうどエッチングするだけの時間）にオーバーエッチング時間を合わせてエッチング時間を規定することが好ましく、上記薄肉部１ｂの厚みが薄いほどジャストエッチング時間およびオーバーエッチング時間を短くできる。また、第１のエッチング条件と第２のエッチング条件とでは、エッチング液の濃度や温度などを適宜変えることにより、エッチングレートを変えればよい。例えば、第１のエッチング条件では、エッチング液として濃度が６０％の燐酸溶液（燐酸水溶液）を用い当該エッチング液の温度を８０℃とすれば、エッチングレートが５μｍ／ｍｉｎ程度となり、第２のエッチング条件では、エッチング液として濃度が８５％の燐酸溶液（燐酸水溶液）を用い当該エッチング液の温度を８０℃とすれば、エッチングレートが２．５μｍ／ｍｉｎ程度となる。また、第２のエッチング条件では、エッチング液として発煙硝酸を用いるようにしてもよい。なお、エッチング液として発煙硝酸を用いた場合のエッチングレートは、２１ｎｍ／ｍｉｎ程度である。
【００３３】
上述の開孔部形成工程の後、各レジスト層６，７を除去するレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｈ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。なお、上述の第２のエッチング条件においてエッチング液として発煙硝酸を用いる場合には、第２のエッチング条件でのウェットエッチング時に各レジスト層６，７を除去することができるので、開孔部形成工程の後に別途にレジスト層除去工程を行う必要がなくなり、製造コストの低コスト化を図れる。
【００３４】
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共振装置に分割するようにしている。
【００３５】
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、支持基板１としてＭｇＯ基板を用いているので、鉛系圧電材料からなる圧電層３２の結晶性を向上でき、また、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面が露出する前にエッチングレートを低下させるので、開孔部１ａを形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極３１が侵食されるのを抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法では、開孔部形成工程において、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、下部電極３１の上記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させるようにすれば、下部電極３１が侵食されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【００３７】
ところで、上述のＢＡＷ共振装置を、３ＧＨｚ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用フィルタとして応用する場合には、複数個（例えば、８個）の共振子３を支持基板１の上記一表面側に形成し、これら複数個の共振子３を図２に示すようなラダー型フィルタを構成するように接続すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の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】同上のＢＡＷ共振装置を応用したＵＷＢ用フィルタの回路図である。
【図３】従来例の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】
【００３９】
１ 支持基板
１ａ 開孔部
３ 共振子
６ レジスト層
７ レジスト層
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３（ｉ）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’に、下部電極３１’における圧電層３２’側とは反対側の表面を露出させる開孔部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３に示した構成のＢＡＷ共振装置の製造方法について図３（ａ）〜（ｉ）に基づいて簡単に説明する。
【０００４】
まず、図３（ａ）に示すＳｉ基板からなる支持基板１’の上記一表面側の全面に下部電極３１’をスパッタ法などにより形成し（図３（ｂ）参照）、続いて、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３（ｃ）参照）。
【０００５】
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（図３（ｄ）参照）、その後、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（図３（ｅ）参照）、続いて、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３（ｆ）参照）。続いて、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’のうち共振子３’とならない部分を途中までエッチングして薄くする（図３（ｇ）参照）。
【０００６】
その後、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３（ｈ）参照）。
【０００７】
更にその後、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支持基板１’の他表面側から支持基板１’のうち開孔部１ａ’に対応する部分をドライエッチングすることにより開孔部１ａ’を形成する（図３（ｉ）参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２１５８８号公報（段落〔００１８〕−〔００２１〕、および図４−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に開示された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などを採用しているが、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。
【０００９】
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、開孔部１ａ’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（例えば、６μｍ／ｈ程度）、上述の製造方法を採用するのが難しい。
【００１０】
そこで、支持基板１’としてＭｇＯ基板を用いる場合には、開孔部１ａ’をウェットエッチングにより形成することが考えられるが、ＭｇＯ基板をウェットエッチングするためのエッチング液としては燐酸溶液を用いるので、エッチング液により共振子３’の下部電極３１’が侵食され、共振子３’が壊れてしまうという問題が生じる。
【００１１】
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、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき且つ開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能な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】
【００１２】
請求項１の発明は、ＭｇＯ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、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成した後、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程を行うようにし、当該開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、支持基板としてＭｇＯ基板を用いているので、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき、また、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるので、開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記開孔部形成工程では、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、前記下部電極の前記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記下部電極が侵食されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性を向上でき且つ開孔部を形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極が侵食されるのを抑制することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置について説明した後、製造方法について説明する。
【００１８】
本実施形態におけるＢＡＷ共振装置は、図１（ｈ）に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が、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とで構成されている。要するに、共振子３は、下部電極３１と上部電極３３との間に圧電層３２を有している。なお、本実施形態におけるＢＡＷ共振装置は、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定する開孔部４ａを有する絶縁層４が形成されている。
【００１９】
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１に、下部電極３１のうち共振子３の共振領域に対応する部位を露出させる開孔部（空洞）１ａが形成されている。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、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側へのバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を構成している。ここにおいて、開孔部１ａは、支持基板１の厚み方向において下部電極３１から離れるにつれて徐々に開口面積が大きくなる形状に開孔されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１（ｇ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態における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。
【００２５】
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。
【００２６】
まず、単結晶のＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に、第１の導電層（例えば、Ｐｔ層）からなる下部電極３１を例えばスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する下部電極形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００２７】
その後、支持基板１の上記一表面側の全面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層３２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。なお、圧電層３２の形成前に圧電層３２の配向を制御するためのシード層としてＳＲＯ層を形成するシード層形成工程を設けてもよい。
【００２８】
続いて、支持基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる絶縁層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ってから、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絶縁層４をパターニングして開孔部４ａを形成する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００２９】
次に、支持基板１の上記一表面側の全面に第２の導電層（例えば、Ｐｔ層）からなる上部電極３３をスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する上部電極形成工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３０】
その後、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上部電極パターニング工程を行い、続いて、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圧電層パターニング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。上述の下部電極形成工程から圧電層パターニング工程までの工程を行うことにより共振子３が形成される。
【００３１】
上述の圧電層パターニング工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層７を形成するとともに支持基板１の他表面側にフォトリソグラフィ技術を利用して開孔部１ａ形成用にパターニングされたレジスト層６を形成し、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行うことによって、図１（ｇ）に示す構造を得る。
【００３２】
この開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１の圧電層３２側とは反対側の上記表面が露出する前にエッチングレートを低下させるようにしている。具体的には、開孔部形成工程では、まず、支持基板１における開孔部１ａの形成予定領域に、エッチング液による下部電極３１の侵食が防止されるように厚みを設定した薄肉部１ｂを残す第１のエッチング条件でウェットエッチングを行うことにより、図１（ｆ）に示す構造を得て、続いて、第１のエッチング条件よりもエッチングレートを低く設定した第２のエッチング条件でウェットエッチングを行うことで薄肉部１ｂをエッチング除去することにより、図１（ｇ）に示す構造を得る。ここで、第１のエッチング条件では、開孔部形成工程でのエッチング時間を短くしてスループットの向上による生産性の向上が図れるように、上記薄肉部１ｂの厚みを薄く設定することが好ましく、つまり、エッチング時間が第１のジャストエッチング時間（支持基板１の厚み分をちょうどエッチングするだけの時間）よりもやや短い時間になるように上記薄肉部１ｂの厚みを設定してエッチング時間を規定することが好ましい。また、第２のエッチング条件では、第２のジャストエッチング時間（上記薄肉部１ｂの厚み分をちょうどエッチングするだけの時間）にオーバーエッチング時間を合わせてエッチング時間を規定することが好ましく、上記薄肉部１ｂの厚みが薄いほどジャストエッチング時間およびオーバーエッチング時間を短くできる。また、第１のエッチング条件と第２のエッチング条件とでは、エッチング液の濃度や温度などを適宜変えることにより、エッチングレートを変えればよい。例えば、第１のエッチング条件では、エッチング液として濃度が６０％の燐酸溶液（燐酸水溶液）を用い当該エッチング液の温度を８０℃とすれば、エッチングレートが５μｍ／ｍｉｎ程度となり、第２のエッチング条件では、エッチング液として濃度が８５％の燐酸溶液（燐酸水溶液）を用い当該エッチング液の温度を８０℃とすれば、エッチングレートが２．５μｍ／ｍｉｎ程度となる。また、第２のエッチング条件では、エッチング液として発煙硝酸を用いるようにしてもよい。なお、エッチング液として発煙硝酸を用いた場合のエッチングレートは、２１ｎｍ／ｍｉｎ程度である。
【００３３】
上述の開孔部形成工程の後、各レジスト層６，７を除去するレジスト層除去工程を行うことによって、図１（ｈ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。なお、上述の第２のエッチング条件においてエッチング液として発煙硝酸を用いる場合には、第２のエッチング条件でのウェットエッチング時に各レジスト層６，７を除去することができるので、開孔部形成工程の後に別途にレジスト層除去工程を行う必要がなくなり、製造コストの低コスト化を図れる。
【００３４】
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共振装置に分割するようにしている。
【００３５】
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、支持基板１としてＭｇＯ基板を用いているので、鉛系圧電材料からなる圧電層３２の結晶性を向上でき、また、支持基板１の上記他表面側から支持基板１のうち開孔部１ａに対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面が露出する前にエッチングレートを低下させるので、開孔部１ａを形成するエッチング時間の増加を抑制しつつ下部電極３１が侵食されるのを抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法では、開孔部形成工程において、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、下部電極３１の上記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させるようにすれば、下部電極３１が侵食されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【００３７】
ところで、上述のＢＡＷ共振装置を、３ＧＨｚ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用フィルタとして応用する場合には、複数個（例えば、８個）の共振子３を支持基板１の上記一表面側に形成し、これら複数個の共振子３を図２に示すようなラダー型フィルタを構成するように接続すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の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】同上のＢＡＷ共振装置を応用したＵＷＢ用フィルタの回路図である。
【図３】従来例の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】
【００３９】
１ 支持基板
１ａ 開孔部
３ 共振子
６ レジスト層
７ レジスト層
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】
ＭｇＯ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、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成した後、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程を行うようにし、当該開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項２】
前記開孔部形成工程では、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、前記下部電極の前記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させ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、支持基板に、下部電極における圧電層側とは反対側の表面を露出させる開孔部が形成されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に共振子を形成した後、支持基板の他表面側から支持基板のうち開孔部に対応する部分をウェットエッチングすることにより開孔部を形成する開孔部形成工程を行うようにし、当該開孔部形成工程では、ウェットエッチングを開始した後、下部電極の前記表面が露出する前にエッチングレートを低下させることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
【請求項２】
前記開孔部形成工程では、エッチング開始時にはエッチング液として燐酸溶液を用い、前記下部電極の前記表面が露出する前にエッチング液として発煙硝酸を用いることでエッチングレートを低下させ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２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０９３３（Ｐ２０１０−１０９３３Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６６２１３（Ｐ２００８−１６６２１３）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【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１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【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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