(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面の一部分の上に犠牲層を形成する工程と、
一対の電極によって狭持されており、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる圧電膜を前記基板の主面の上に、前記犠牲層を覆うように形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングして除去するエッチング工程と、
前記エッチング工程に先立って、前記圧電膜よりもスカンジウム原子の濃度が低いスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる保護膜を、前記圧電膜の前記犠牲層が設けられる領域に位置する部分の少なくとも一部を覆うように設ける工程と、
を備え、スカンジウム原子の濃度が２４原子％以下であるスカンジウム含有窒化アルミニウムにより前記保護膜を形成する、圧電バルク弾性波素子の製造方法。
【請求項２】
前記圧電膜に前記犠牲層に臨む貫通孔を形成し、前記貫通孔の表面の少なくとも一部を覆うように前記保護膜を設ける、請求項１に記載の圧電バルク弾性波素子の製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔を前記犠牲層に向かって先細るように形成する、請求項２に記載の圧電バルク弾性波素子の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層のエッチングをフッ化水素を含むエッチング液を用いて行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電バルク弾性波素子の製造方法。
【請求項５】
前記圧電膜を形成する前に、前記犠牲層の上に前記保護膜を形成し、前記圧電膜の形成後に、前記圧電膜の上にさらに前記保護膜を形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電バルク弾性波素子の製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板の上に、少なくとも一部が前記基板から離間するように設けられており、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる圧電膜と、
前記圧電膜を挟持する一対の電極と、
前記圧電膜の前記基板から離間した部分の表面の少なくとも一部を覆うように設けられており、前記圧電膜よりもスカンジウム原子の濃度が低いスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる保護膜と、
を備え、前記保護膜が、スカンジウム原子の濃度が２４原子％以下であるスカンジウム含有窒化アルミニウム膜である、圧電バルク弾性波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電バルク弾性波素子の製造方法及び圧電バルク弾性波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１などにおいて、圧電薄膜を用いた圧電バルク弾性波素子が種々提案されている。特許文献１には、圧電バルク弾性波素子の製造方法として、下記の方法が記載されている。まず、基板の凹部内に犠牲層を設ける。次に、犠牲層を覆うように、一対の電極により狭持された圧電薄膜を形成する。その後、犠牲層をエッチングにより除去する。犠牲層のエッチングには、フッ酸が用いられることが記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜からなる圧電薄膜が開示されている。スカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜からなる圧電薄膜は、良好な圧電応答性を有する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４００７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を圧電薄膜として用いた圧電バルク弾性波素子を、特許文献１に記載の犠牲層を用いた方法で製造した場合、圧電バルク弾性波素子の特性が劣化してしまうことを見出した。【０００６】
本発明は、優れた特性を有する圧電バルク弾性波素子を製造し得る方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法では、基板の主面の一部分の上に犠牲層を形成する。一対の電極によって狭持されており、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる圧電膜を基板の主面の上に、犠牲層を覆うように形成する。犠牲層をエッチングして除去するエッチング工程を行う。エッチング工程に先立って、窒化アルミニウムまたは、圧電膜よりもスカンジウム原子の濃度が低いスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる保護膜を、圧電膜の犠牲層が設けられる領域に位置する部分の少なくとも一部を覆うように設ける。【０００８】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法のある特定の局面では、圧電膜に犠牲層に臨む貫通孔を形成し、貫通孔の表面の少なくとも一部を覆うように保護膜を設ける。【０００９】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法の別の特定の局面では、貫通孔を犠牲層に向かって先細るように形成する。【００１０】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法の他の特定の局面では、スカンジウム原子の濃度が２４原子％以下であるスカンジウム含有窒化アルミニウムにより保護膜を形成する。【００１１】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法のさらに他の特定の局面では、犠牲層のエッチングをフッ化水素を含むエッチング液を用いて行う。【００１２】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子の製造方法のさらに別の特定の局面では、圧電膜を形成する前に、犠牲層の上に保護膜を形成し、圧電膜の形成後に、圧電膜の上にさらに保護膜を形成する。【００１３】
本発明に係る圧電バルク弾性波素子は、基板と、圧電膜と、一対の電極と、保護膜とを備える。圧電膜は、基板の上に、少なくとも一部が基板から離間するように設けられている。圧電膜は、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる。一対の電極は、圧電膜を挟持している。保護膜は、圧電膜の基板から離間した部分の表面の少なくとも一部を覆うように設けられている。保護膜は、窒化アルミニウムまたは、圧電膜よりもスカンジウム原子の濃度が低いスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、優れた特性を有する圧電バルク弾性波素子を製造し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る圧電バルク弾性波素子の略図的平面図である。
【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩ部分の略図的断面図である。
【図３】図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩ部分の略図的断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態における圧電バルク弾性波素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１７】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１８】
（圧電バルク弾性波素子１の構成）
図１は、本実施形態に係る圧電バルク弾性波素子の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩ部分の略図的断面図である。図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩ部分の略図的断面図である。
【００１９】
図１〜図３に示されるように、圧電バルク弾性波素子１は、基板１０を備えている。基板１０は、例えば、シリコンにより構成することができる。また、基板１０は、シリコン基板と、シリコン基板の上に配されており、酸化ケイ素などにより構成された絶縁層とにより構成されていてもよい。
【００２０】
基板１０の主面１０ａ上には、圧電素子１１が配されている。圧電素子１１は、圧電膜１１ａと、圧電膜１１ａを挟持している一対の電極１１ｂ、１１ｃとを有する。
【００２１】
圧電膜１１ａは、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる。
【００２２】
電極１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ及びＲｕからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属により構成することができる。
【００２３】
圧電素子１１は、少なくとも一部が基板１０から離間するように設けられている。具体的には、圧電素子１１の周縁部が基板１０に接するように設けられており、中央部が基板１０から離間するように設けられている。このため、圧電素子１１と基板１０との間に内部空間１２が形成されている。
【００２４】
基板１０から離間した圧電素子１１の中央部の少なくとも一部においては、電極１１ｂ、１１ｃが圧電膜１１ａの厚み方向において、圧電膜１１ａを介して対向している。この圧電素子１１の電極１１ｂ、１１ｃが対向している部分が励振部を構成している。
【００２５】
圧電膜１１ａには、圧電膜１１ａを厚み方向に貫通しており、内部空間１２に開口している貫通孔１１ａ１が設けられている。貫通孔１１ａ１は、電極１１ｂ、１１ｃが対向している領域以外の領域に設けられている。
【００２６】
貫通孔１１ａ１は、太さが略一定の貫通孔により構成されていてもよいが、基板１０側に向かって先細るテーパ状の貫通孔により構成されていることが好ましい。
【００２７】
圧電素子１１の表面は、保護膜１３により覆われている。保護膜１３は、圧電膜１１ａの基板１０から離間した部分の表面の少なくとも一部を覆っている。具体的には、保護膜１３は、圧電膜１１ａの全体を実質的に覆っている。より具体的には、保護膜１３は、圧電膜１１ａの基板１０側の表面の全体と、圧電膜１１ａの基板１０とは反対側の表面のパッド電極１４ａ、１４ｂが設けられた部分を除いた全体と、貫通孔１１ａ１の表面の全体と、を実質的に覆っている。
【００２８】
保護膜１３は、窒化アルミニウムまたは、前記圧電膜よりもスカンジウム原子の濃度が低いスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる。保護膜１３は、スカンジウム原子の濃度が２４原子％以下であるスカンジウム含有窒化アルミニウムにより構成されていることが好ましく、１６原子％以下であるスカンジウム含有窒化アルミニウムにより構成されていることがより好ましく、スカンジウムを実質的に含まない窒化アルミニウムにより構成されていることがさらに好ましい。
【００２９】
（圧電バルク弾性波素子１の製造方法）
次に、圧電バルク弾性波素子１の製造方法の一例について、図４〜図１０を主として参照しながら説明する。
【００３０】
まず、図４に示されるように、基板１０の主面１０ａの一部分の上に、犠牲層２１を形成する。具体的には、内部空間１２を設けたい領域に犠牲層２１を形成する。
【００３１】
犠牲層２１は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ＰＳＧ（リンケイ酸ガラス）、チタンなどにより構成することができる。犠牲層２１は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により形成することができる。
【００３２】
次に、図５に示されるように、犠牲層２１の上を含め、基板１０の主面１０ａの実質的に全体を覆うように、保護膜１３ａを形成する。この保護膜１３ａは、保護膜１３の一部を構成するものである。保護膜１３ａは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成することができる。
【００３３】
次に、図６に示されるように、電極１１ｃを形成する。電極１１ｃは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成することができる。
【００３４】
次に、図７に示されるように、圧電膜１１ａを、犠牲層２１を覆うように形成する。圧電膜１１ａは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成することができる。圧電膜１１ａには、貫通孔１１ａ１が形成されている。この貫通孔１１ａ１は、例えば、エッチングにより形成することができる。エッチングにより貫通孔１１ａ１を形成した場合、貫通孔１１ａ１は、犠牲層２１側に向かって先細るテーパ状に形成される。
【００３５】
次に、図８に示されるように、電極１１ｂを形成する。電極１１ｂは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成することができる。
【００３６】
次に、図９に示されるように、圧電膜１１ａの少なくとも一部の上に保護膜１３ｃを形成する。この保護膜１３ｃは、保護膜１３の一部を構成するためのものである。保護膜１３ｃは、具体的には、電極１１ｂの上を含め、圧電膜１１ａの全体を実質的に覆うように設けられる。より具体的には、保護膜１３ｃは、主面１０ａの全体を実質的に覆うように設けられる。
【００３７】
次に、図１０に示されるように、保護膜１３ｃの一部をエッチングにより除去する。具体的には、貫通孔１１ａ１内において、保護膜１３ｃの、犠牲層２１の上に設けられた部分と、パッド電極１４ａ、１４ｂを設けようとする部分とを除去する。これにより、犠牲層２１が露出する。なお、貫通孔１１ａ１の表面は、保護膜１３ｃにより覆われたままである。
【００３８】
次に、パッド電極１４ａ、１４ｂを形成する。
【００３９】
次に、犠牲層２１をエッチングにより除去することにより、図１に示される圧電バルク弾性波素子１を完成させることができる。なお、エッチング液は、貫通孔１１ａ１を経由して犠牲層２１に供給される。犠牲層２１のエッチングには、フッ化水素を含むエッチング液が好ましく用いられる。フッ化水素を含むエッチング液の具体例としては、例えば、フッ酸、フッ硝酸、沸硫酸、バッファードフッ酸等が挙げられる。
【００４０】
ところで、圧電バルク弾性波素子１では、圧電膜１１ａがスカンジウム原子数とアルミニウム原子数との合計に対するスカンジウム原子の濃度（スカンジウム原子数／（スカンジウム原子数＋アルミニウム原子数））が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムからなる。このスカンジウム原子の濃度が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムは、フッ酸を含むエッチング液に溶解しやすい。このため、犠牲層をエッチングにより除去する工程において、圧電膜の一部が溶解してしまう虞がある。これにより、圧電膜の振動部の厚みが変化してしまい、圧電バルク弾性波素子の特性が低下してしまう場合がある。
【００４１】
ここで、圧電バルク弾性波素子１では、圧電膜１１ａの犠牲層２１が設けられる領域に位置する部分の少なくとも一部、すなわち、圧電膜１１ａの振動部の少なくとも一部が保護膜１３により覆われた状態で犠牲層２１のエッチングによる除去を行う。保護膜１３は、スカンジウム原子の濃度が２４原子％より大きいスカンジウム含有窒化アルミニウムよりもフッ化水素を含むエッチング液に対する溶解度が低い、窒化アルミニウムまたはスカンジウム原子の濃度が圧電膜１１ａよりも低いスカンジウム含有窒化アルミニウムにより構成されている。従って、圧電膜１１ａの振動部の溶解を抑制することができる。その結果、優れた特性を有する圧電バルク弾性波素子１を製造することができる。
【００４２】
特に、圧電膜１１ａのうち、貫通孔１１ａ１が設けられた部分は、エッチング液による浸食を受けやすい。従って、貫通孔１１ａ１の表面を保護膜１３により覆っておくことが好ましい。貫通孔１１ａ１が犠牲層２１側に向かって先細るテーパ状である場合は、貫通孔１１ａ１の上に保護膜１３が形成されやすいため、より好ましい。
【００４３】
なお、スカンジウム含有窒化アルミニウムのフッ化水素を含むエッチング液に対する溶解度が、スカンジウム原子濃度に依存すること、また、スカンジウム原子濃度を低くすることによってフッ化水素を含むエッチング液に対する溶解度が低下することは、本発明者らが鋭意研究の結果、初めて見出したことである。
【００４４】
圧電膜１１ａのエッチング液による浸食をより効果的に抑制する観点からは、保護膜１３が、スカンジウム原子の濃度が２４原子％以下のスカンジウム含有窒化アルミニウムにより構成されていることが好ましく、スカンジウム原子の濃度が１６原子％以下のスカンジウム含有窒化アルミニウムにより構成されていることがより好ましく、スカンジウムを実質的に含まない窒化アルミニウムにより構成されていることがなお好ましい。
【００４５】
なお、基板１０の主面１０ａに凹部を設け、凹部内に犠牲層２１を設けるようにしてもよい。
【００４６】
圧電素子１１の基板１０から隔離された部分の強度を向上させるために、保護膜１３に補強膜を積層してもよい。補強膜は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素などの絶縁膜等により構成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…圧電バルク弾性波素子
１０…基板
１０ａ…主面
１１…圧電素子
１１ａ…圧電膜
１１ａ１…貫通孔
１１ｂ、１１ｃ…電極
１２…内部空間
１３、１３ａ、１３ｃ…保護膜
１４ａ、１４ｂ…パッド電極
２１…犠牲層
【図１】
0005839103.tif 000002
【図２】
0005839103.tif 000003
【図３】
0005839103.tif 000004
【図４】
0005839103.tif 000005
【図５】
0005839103.tif 000006
【図６】
0005839103.tif 000007
【図７】
0005839103.tif 000008
【図８】
0005839103.tif 000009
【図９】
0005839103.tif 000010
【図１０】
0005839103.tif 000011