(57)【要約】【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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能な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に、ＰＺＴ薄膜からなる圧電層３２を有する共振子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、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、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とで構成され、空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向の両面側から上層基板１１に対して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を行うことで形成された開口部１１ａと、下層基板１２の厚み方向に貫設され開口部１１ａに連通する貫通孔１２ａとで構成されている。【選択図】      図１
2010147875.tif 000002
【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、前記空洞は、少なくとも、上層基板の厚み方向の両面側から上層基板に対して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を行うことで形成され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】
前記下層基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、前記空洞は、前記開口部と、前記下層基板の厚み方向に貫設され前記開口部に連通する貫通孔とで構成されてなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置。
【請求項３】
前記下層基板は、感光性樹脂組成物の硬化物からなり、前記空洞は、前記開口部と、前記下層基板の厚み方向に貫設され前記開口部に連通する貫通孔とで構成されてなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置。
【請求項４】
請求項１記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、前記上層基板の一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成した後、少なくとも前記上層基板に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことにより前記空洞を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５】
請求項２または請求項３記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、前記上層基板の一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成した後、空洞の形成にあたっては、前記支持基板における前記下層基板に前記貫通孔を形成し、その後、前記貫通孔を通してエッチャントを導入し前記上層基板に対して前記上層基板の厚さ寸法よりも小さな所定深さまでエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行ってから、前記絶縁層に前記エッチングホールを形成し、その後、前記エッチングホールおよび前記貫通孔を通してエッチャントを導入し前記上層基板に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことで前記開口部を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６】
前記共振子を形成する前に、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４または請求項５記載のＢＡＷ共振装置の製造方法。
【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６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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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ＰＺＴ系材料（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。
【０００６】
また、この種のＢＡＷ共振装置と類似の構造を有する焦電型赤外線検出素子として、例えば、図７に示すように、単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１０１と、支持基板１０１の一表面側に形成されＰｔ膜からなる下部電極１３１、ＰＬＴ（チタン酸鉛）薄膜からなる強誘電体薄膜（焦電薄膜）１３２、ＮｉＣｒ膜からなる上部電極１３３の積層構造を有する赤外線検出部１３０と、支持基板１０１の上記一表面側に形成されて支持基板１０１に支持され平面視において赤外線検出部１３０を全周に亘って取り囲んで赤外線検出部１３０を保持した有機膜（例えば、ポリイミド膜）からなる絶縁層１４０を備えるとともに、支持基板１０１に、赤外線検出部１３０の下部電極１３１における支持基板１０１側の表面を露出させる空洞１０１ａが形成されてなるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここにおいて、図７に示した焦電型赤外線検出素子の製造にあたっては、単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１０１の上記一表面側に赤外線検出部１３０および絶縁層１４０を形成してから、絶縁層１４０に設けたエッチングホールを通してエッチャント（例えば、濃度が１０ｖｏｌ％、液温が８０℃の燐酸）を導入し支持基板１０１における空洞１０１ａの形成予定領域をエッチングすることにより、空洞１０１ａを形成している。
【０００７】
上述の図７に示した構成の焦電型赤外線検出素子をＢＡＷ共振装置に応用する場合、強誘電体薄膜１３２をＰＺＴ薄膜により構成するとともに、上部電極１３３をＰｔ膜により構成し、下部電極１３１、強誘電体薄膜１３２、上部電極１３３それぞれの膜厚を適宜変更すればよい。
【特許文献１】特開平９−１３０１９９号公報
【特許文献２】特開平８−２７１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図６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。
【０００９】
また、図６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。
【００１０】
また、図６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６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’を形成する際に燐酸溶液などのエッチャントによりエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うこととなるが、単結晶ＭｇＯ基板のエッチング時間が長くなるとともに、空洞１ａ’の容積が大きくなって脆弱になってしまう。
【００１１】
また、図７に示した構成において、強誘電体薄膜１３２をＰＺＴ薄膜とし、空洞１０１ａを形成するためのエッチャントとして燐酸溶液を用いた場合、空洞１０１ａを形成する際に、支持基板１０１の上記一表面側における下部電極１３１と絶縁層１４０との境界の隙間からエッチャントが浸入してＰＺＴ薄膜が浸食され、特性の劣化や信頼性の低下の原因となってしまう恐れがあった。
【００１２】
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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能な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】
【００１３】
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、前記空洞は、少なくとも、上層基板の厚み方向の両面側から上層基板に対して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を行うことで形成された開口部により構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
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、前記空洞は、少なくとも、上層基板の厚み方向の両面側から上層基板に対して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を行うことで形成された開口部により構成されているので、前記空洞の形成に要するエッチング時間を短くでき、堅牢化が可能となり、しかも、前記空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能となる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記下層基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、前記空洞は、前記開口部と、前記下層基板の厚み方向に貫設され前記開口部に連通する貫通孔とで構成されてな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。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記下層基板は、感光性樹脂組成物の硬化物からなり、前記空洞は、前記開口部と、前記下層基板の厚み方向に貫設され前記開口部に連通する貫通孔とで構成されてな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。
【００１９】
請求項４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、前記上層基板の一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成した後、少なくとも前記上層基板に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことにより前記空洞を形成することを特徴とする。
【００２０】
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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能なＢＡＷ共振装置を提供できる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項２または請求項３記載のＢＡＷ共振装置の製造方法であって、前記上層基板の一表面側に前記共振子および前記絶縁層を形成した後、空洞の形成にあたっては、前記支持基板における前記下層基板に前記貫通孔を形成し、その後、前記貫通孔を通してエッチャントを導入し前記上層基板に対して前記上層基板の厚さ寸法よりも小さな所定深さまでエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行ってから、前記絶縁層に前記エッチングホールを形成し、その後、前記エッチングホールおよび前記貫通孔を通してエッチャントを導入し前記上層基板に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことで前記開口部を形成することを特徴とする。
【００２２】
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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能なＢＡＷ共振装置を提供できる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明において、前記共振子を形成する前に、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。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能となるという効果がある。
【００２６】
請求項４，５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、堅牢化が可能で、しかも、空洞を形成する際のエッチャントによる圧電層の浸食を防止可能な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】
【００２７】
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、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、空洞１ａに連通する空洞形成用の複数（本実施形態では、２つ）のエッチングホール５が貫設されている。ここで、各エッチングホール５は、絶縁層４において共振子３の中心からの距離が等しい位置に形成されている。
【００２８】
上述の共振子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。
【００２９】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の絶縁層４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が形成されており、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共振領域を構成している。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の一部を構成する開口部１１ａ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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５０μｍ、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。
【００３６】
また、支持基板１は、上述の空洞１ａが、上層基板１１の厚み方向の両面側から上層基板１１に対して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を行うことで形成された開口部１１ａと、下層基板１２の厚み方向に貫設され上層基板１１の開口部１１ａに連通する貫通孔１２ａとで構成されている。
【００３７】
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。
【００３８】
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の厚み方向の両面側から上層基板１１に対して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を行うことで形成された開口部１１ａと、下層基板１２の厚み方向に貫設され上層基板１１の開口部１１ａに連通する貫通孔１２ａとで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、堅牢化が可能となり、しかも、空洞１ａを形成する際のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止可能となる。
【００３９】
また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下層基板１２が単結晶Ｓｉ基板により形成され、空洞１ａが上述の開口部１１ａと貫通孔１２ａとで構成されているので、開口部１１ａ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、開口部１１ａの形状の再現性を高めることができるとともに開口部１１ａの形成に要するエッチング時間を短くできる。
【００４０】
以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。
【００４１】
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２（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。
【００４２】
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、５０μｍ程度）まで薄肉化する薄肉化工程を行うことによって、図２（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、５０μｍに限定するものではなく、例えば、１０〜１００μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００４３】
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２（ｃ）に示す構造を得る。
【００４４】
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２（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。
【００４５】
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い、続いて、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２（ｅ）に示す構造を得る。
【００４６】
その後、第１のレジスト層６１を除去し、続いて、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い、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３（ａ）に示す構造を得る。
【００４７】
その後、第２のレジスト層６２を除去し、続いて、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３（ｂ）に示す構造を得る。
【００４８】
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い、続いて、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３（ｃ）に示す構造を得る。
【００４９】
その後、第３のレジスト層６３を除去し、続いて、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３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３（ｄ）に示す構造を得る。
【００５０】
その後、第２の金属膜３３ａの一部からなる上部電極３３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い、続いて、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３（ｅ）に示す構造を得る。
【００５１】
その後、第４のレジスト層６４を除去し、続いて、支持基板１の上記一表面側の全面にレジスト層（以下、第５のレジスト層と称する）６５を形成する第５のレジスト層形成工程を行ってから、支持基板１の他表面側に下層基板１２の貫通孔１２ａ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い、更にその後、第６のレジスト層６６をマスクとして下層基板１２をドライエッチング技術によりエッチングすることで貫通孔１２ａを形成する貫通孔形成工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、貫通孔形成工程では、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いて下層基板１２をエッチングすることにより、一般的なＲＩＥ装置を用いる場合に比べて、ドライエッチング貫通孔１２ａの開口サイズを小さくできるとともにエッチング時間を短縮することができる。
【００５２】
上述の貫通孔形成工程の後、上述の第５のレジスト層６５および第６のレジスト層６６をマスクとして、貫通孔１２ａを通して所定のエッチャントを導入し上層基板１１に対して上層基板１１の厚さ寸法よりも小さな所定深さ（例えば、５０μｍ）までエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行う第１の異方性エッチング工程を行うことによって、図４（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、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。
【００５３】
上述の第１の異方性エッチング工程の後、第５のレジスト層６５および第６のレジスト層６６を除去してから、絶縁層４にエッチングホール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７のレジスト層と称する）６７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７のレジスト層形成工程を行い、続いて、第７のレジスト層６７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４（ｃ）に示す構造を得る。なお、エッチングホール形成工程では、上層基板１１をエッチングストッパとして絶縁層４にエッチングホール５を形成している。
【００５４】
上述のエッチングホール形成工程の後、エッチングホール５および貫通孔１２ａを通して上記所定のエッチャントを導入し上層基板１１に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことで開口部１１ａを形成することで空洞１ａを形成する第２の異方性エッチング工程を行い、続いて、第７のレジスト層を除去することによって、図４（ｄ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。ここにおいて、第２の異方性エッチング工程では、上述の第７のレジスト層６７と下層基板１２とをマスクとし、絶縁層４のエッチングホール５および下層基板１２の貫通孔１２ａを通して上記所定のエッチャントを導入する。なお、本実施形態では、上述の第１の異方性エッチング工程と第２の異方性エッチング工程とで開口部１１ａを形成する開口部形成工程を構成しているが、第１の異方性エッチング工程をなくして第２の異方性エッチング工程のみで開口部形成工程を構成するようことも可能である。
【００５５】
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。
【００５６】
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、上層基板１１の一表面側に共振子３および絶縁層４を形成した後、空洞１ａの形成にあたっては、支持基板１における下層基板１２に貫通孔１２ａを形成し、その後、貫通孔１２ａを通して上記所定のエッチャントを導入し上層基板１１に対して当該上層基板１１の厚さ寸法よりも小さな上記所定深さまでエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行ってから、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および貫通孔１２ａを通して上記所定のエッチャントを導入し上層基板１１に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことで開口部１１ａを形成するようにしているので、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６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、堅牢化が可能で、しかも、空洞１ａを形成する際の上記所定のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止可能なＢＡＷ共振装置を提供できる。
【００５７】
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が破損するのを防止することができるとともに、上層基板１１のより一層の薄肉化が可能となり、上層基板１１に開口部１１ａ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。
【００５８】
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をマスクだけでなくエッチングストッパとしても利用することができ、開口部１１ａの形状の再現性を高めることができるとともに開口部１１ａの形成に要するエッチング時間を短くできる。
【００５９】
ところで、上述のＢＡＷ共振装置では、下層基板１２として単結晶Ｓｉ基板を用いた例を説明したが、下層基板１２は、単結晶Ｓｉ基板に限らず、例えば、電気絶縁性を有する感光性樹脂組成物の硬化物により構成してもよい。なお、下層基板１２用の感光性樹脂組成物としては、５〜７００μｍ厚の厚膜に成膜が可能で、耐薬品性および耐熱性が高く、露光・現像により、高アスペクト比のパターニングが可能なもの（永久レジストと呼ばれ、露光・現像によるパターニング後に永久膜として利用可能なフォトレジスト）を用いている。ここにおけるフォトレジストとしては、例えば、化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ８（商品名）などがある。このように下層基板１２を感光性樹脂組成物の硬化物により構成する場合には、上述の基板接合工程、第６のレジスト層形成工程、および貫通孔形成工程を行う代わりに、上層基板１１において共振子３を形成する一表面側とは反対側の他表面側に感光性樹脂組成物を塗布して、リソグラフィ工程において所定のフォトマスクを介して露光することにより貫通孔１２ａを有する下層基板１２を形成することができる。このように下層基板１２を感光性樹脂組成物の硬化物により構成した場合も、上層基板１１に開口部１１ａ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、開口部１１ａの形状の再現性を高めることができるとともに開口部１１ａの形成に要するエッチング時間を短くできる。
【００６０】
また、図１に示した構成のＢＡＷ共振装置では、空洞１ａが上層基板１１の開口部１１ａと下層基板１２の貫通孔１２ａとで構成されているが、図５に示すように、空洞１ａを上層基板１１の開口部１１ａのみにより構成するようにしてもよい。このようなＢＡＷ共振装置を製造するには、例えば、薄肉化する前の上層基板１１の一表面上に共振子３および絶縁層４を形成した後、上層基板１１の上記一表面側にレジスト層からなる接着層を介して単結晶Ｓｉ基板からなるハンドリング用基板を張り合わせ、続いて、上層基板１１を他表面側から所定厚さまで薄肉化し、その後、上層基板１１に対して共振子３側とは反対側から上記所定のエッチャントを用いて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を行うことにより開口部１１ａの一部を構成し、その後、上層基板１１と下層基板１２とからなる支持基板１を形成し、その後、ハンドリング用基板および接着層を除去し、続いて、絶縁層４にエッチングホール５を形成してから、エッチングホール５を通して上記所定のエッチャントを導入し上層基板１１に対して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を行うことにより開口部１１ａからなる空洞１ａを形成すればよい。
【００６１】
この場合も、上層基板１１の上記一表面側に共振子３および絶縁層４を形成した後、上層基板１１に対して厚み方向の両面側からエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことにより空洞１ａを形成するので、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、堅牢化が可能で、しかも、空洞１ａを形成する際の上記所定のエッチャントによる圧電層３２の浸食を防止可能なＢＡＷ共振装置を提供できる。
【００６２】
上述のＢＡＷ共振装置は、支持基板１の上記一表面側に共振子３が１個だけ形成されたものであるが、共振子３を支持基板１の上記一表面側に複数個形成して、これら複数個の共振子３が例えばラダー型フィルタを構成するように接続すれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【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’概略断面図である。
【図２】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共振装置の他の構成例を示す概略断面図である。
【図６】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。
【図７】他の従来例を示す焦電型赤外線検出素子の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
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
１１ａ  開口部
１２  下層基板
１２ａ  貫通孔
３１  下部電極
３２  圧電層
３３  上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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