(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に圧電薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記圧電薄膜の第１主面に第１電極を形成する第１電極形成工程と、
空隙層となる犠牲層を前記圧電薄膜上に形成する犠牲層形成工程と、
前記薄膜形成基板の前記圧電薄膜形成側に支持基板を接合する接合工程と、
前記薄膜形成基板から前記圧電薄膜を分離し、前記圧電薄膜を前記支持基板上に転写する転写工程と、
を含む、圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】
支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に圧電薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記圧電薄膜の第１主面に第１電極を形成する第１電極形成工程と、
第１音響インピーダンス層と前記第１音響インピーダンス層の材料に比べて音響インピーダンスの低い材料からなる第２音響インピーダンス層とが交互に積層された音響多層膜を前記圧電薄膜上に形成する音響多層膜形成工程と、
前記薄膜形成基板の前記音響多層膜に支持基板を接合する接合工程と、
前記薄膜形成基板から前記圧電薄膜を分離し、前記圧電薄膜を前記支持基板上に転写する転写工程と、
を含む、圧電デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記薄膜形成基板の表面粗さＲaは、２ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記圧電薄膜は、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記薄膜形成基板から転写した前記支持基板上の前記圧電薄膜の第２主面に、第２電極を形成する第２電極形成工程を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記薄膜形成基板の前記圧電薄膜側に接着層を形成する接着層形成工程を行い、
前記接合工程は、前記薄膜形成基板の前記接着層に前記支持基板を接合する工程である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記薄膜形成基板上の前記圧電薄膜の前記第１主面に第３電極を形成する第３電極形成工程と、
前記薄膜形成基板上の前記犠牲層における前記第１電極に対向する位置に、第４電極を形成する第４電極形成工程と、
前記薄膜形成基板上の前記犠牲層における前記第３電極に対向する位置に、第５電極を形成する第５電極形成工程と、をさらに含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電結晶の薄膜を用いた圧電デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電結晶体を薄膜化してなる圧電デバイスが多く開発されている。圧電薄膜を用いた圧電デバイスでは、実際の使用時において圧電薄膜を支持する支持基板を必要とする。そして、支持基板は、通常は圧電薄膜の第１主面に接合される。
【０００３】
このような圧電デバイスの構造の一例としては、圧電デバイスとして機能する圧電薄膜の振動領域が支持基板に接合せず、圧電デバイスとして機能しない圧電薄膜の非振動領域が支持基板に接合している、中空構造を有するものがある。このような構造を所謂メンブレン構造と呼ぶ。
【０００４】
このメンブレン構造を有する圧電デバイスの製造方法については、例えば特許文献１に開示されている。
図２２、図２３は、特許文献１の圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【０００５】
まず、図２２（Ａ）に示すように、シリコンウェハ（支持基板）９１に窪み９２をエッチング等により形成し、シリコンウェハ９１の表面に酸化シリコン層９３を形成する。
次に、図２２（Ｂ）に示すように、シリコンウェハ９１上の酸化シリコン層９３の表面に犠牲層９５をスパッタリングにより形成する。
次に、図２２（Ｃ）に示すように、シリコンウェハ９１上の犠牲層９５の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化処理する。
【０００６】
次に、図２３（Ａ）に示すように、シリコンウェハ９１上の犠牲層９５及び酸化シリコン層９３の表面に下部電極９６をスパッタリングにより形成する。その後、下部電極９６の表面に圧電薄膜９７をスパッタリングにより形成する。その後、圧電薄膜９７の表面に上部電極９８をスパッタリングにより形成する。この結果、圧電薄膜９７と、圧電薄膜９７の両面に形成された下部電極９６及び上部電極９８とからなる構造体９０を得る。
【０００７】
最後に、エッチングにより犠牲層９５を除去する犠牲層除去工程を行う。この結果、図２３（Ｂ）に示すように、犠牲層９５が形成されていた空間は窪み（空隙層）９２となり、窪み９２を跨ぐようシリコンウェハ（支持基板）９１に接合された構造体９０と、構造体９０を支持するシリコンウェハ９１と、を備える圧電デバイスが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００２／９３５４９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
圧電薄膜の圧電性は圧電薄膜の結晶性に依存し、圧電薄膜の結晶性は圧電薄膜を形成する表面の粗さに依存する。そのため、電気機械結合定数、音響品質係数（Ｑ値）などに優れた高性能の圧電デバイスを作製しようとした場合、圧電薄膜の圧電性を高めるためには、表面粗さの小さい表面に圧電薄膜を形成する必要がある。
【００１０】
一方、第１材料の表面に成膜した第２材料の表面粗さは、圧電薄膜や犠牲層、電極等を形成する一般的な成膜方法（物理気相成長法や化学気相成長法など）を使用した場合、第１材料の表面粗さより粗くなる。すなわち、成膜を繰り返すにつれて、表面粗さは粗くなっていく。
【００１１】
前記特許文献１の圧電デバイスの製造方法では、シリコンウェハ９１上の酸化シリコン層９３の表面に犠牲層９５を形成し、犠牲層９５の表面に下部電極９６を形成してから下部電極９６の表面に圧電薄膜９７を形成しているため、シリコンウェハ９１の表面粗さより大幅に粗くなった下部電極９６の表面に圧電薄膜９７を形成することになる。
【００１２】
そこで、特許文献１では、ＣＭＰによって平坦化処理を犠牲層９５の表面に施し、平坦性を向上させた犠牲層９５の表面に下部電極９６を形成し、下部電極９６の表面に圧電薄膜９７を形成している。
【００１３】
しかしながら、ＣＭＰによる平坦化処理は、研磨する材料によって必要なスラリー（研磨液）が異なったり、当該材料の表面粗さの程度により必要な研磨量が異なったりする。そのため、特許文献１の圧電デバイスの製造方法では、複数の圧電デバイスを製造する場合、研磨する材料に応じたスラリーや研磨量を個体毎に選定しなければならず、圧電デバイスの製造コストが増大するという問題がある。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、結晶性の良い圧電性に優れた圧電デバイスを低コストで製造できる圧電デバイス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】
【００１５】
この発明の圧電デバイスの製造方法では、少なくとも、薄膜形成工程、接合工程、及び転写工程、を行う。薄膜形成工程は、支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に圧電薄膜を形成する。接合工程は、薄膜形成基板の圧電薄膜形成側に支持基板を接合する。転写工程は、薄膜形成基板から圧電薄膜を分離し、圧電薄膜を支持基板上に転写する。
【００１６】
この製造方法ではまず、圧電薄膜を支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に形成している。そして、圧電薄膜を支持基板上に転写している。そのため、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜を支持基板上に形成できる。
したがって、この製造方法によれば、結晶性の良い圧電性に優れた圧電デバイスを低コストで製造できる。
【００１７】
また、この圧電デバイスの製造方法では、少なくとも第１電極形成工程および犠牲層形成工程を行う。第１電極形成工程は、接合工程より前に、圧電薄膜の第１主面に第１電極を形成する。犠牲層形成工程は、接合工程より前に、空隙層となる犠牲層を圧電薄膜上に形成する。
【００１８】
この製造方法ではまず、圧電薄膜を支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に形成している。そして、第１電極、及び犠牲層を圧電薄膜上に形成した後、圧電薄膜、第１電極、及び犠牲層を支持基板上に転写している。そのため、この製造方法においても、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜を支持基板上に形成できる。
【００１９】
また、この圧電デバイスの製造方法では、少なくとも第１電極形成工程および音響多層膜形成工程を行う。第１電極形成工程は、接合工程より前に、圧電薄膜の第１主面に第１電極を形成する。音響多層膜形成工程は、第１音響インピーダンス層と第１音響インピーダンス層の材料に比べて音響インピーダンスの低い材料からなる第２音響インピーダンス層とが交互に積層された音響多層膜を圧電薄膜上に形成する。そして、接合工程は、薄膜形成基板の音響多層膜形成側に支持基板を接合する。
【００２０】
この製造方法においてもまず、圧電薄膜を支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に形成している。そして、第１電極、及び音響多層膜を圧電薄膜上に形成した後、圧電薄膜、第１電極、及び音響多層膜を支持基板上に転写している。そのため、この製造方法においても、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜を支持基板上に形成できる。
【００２１】
また、この発明の圧電デバイスの製造方法において、薄膜形成基板の表面粗さＲaは、２ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、結晶性の良い圧電薄膜が薄膜形成基板に形成される。
【００２２】
また、この発明の圧電デバイスの製造方法において、圧電薄膜は窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成されることが好ましい。この場合、結晶性の良い圧電薄膜が薄膜形成基板に形成される。
【００２３】
また、この発明の圧電デバイスの製造方法では、少なくとも、第２電極形成工程を行う。第２電極形成工程は、薄膜形成基板から転写した支持基板上の圧電薄膜の第２主面に、第２電極を形成する。そのため、第１、第２電極は、圧電薄膜の両主面を挟んだ状態となる。
【００２４】
この製造方法では、第２電極形成工程を転写工程の後に行っている。そのため、この製造方法では、まず薄膜形成基板の表面に第２電極を形成してから第２電極の表面に圧電薄膜を形成し、圧電薄膜の第１主面に第１電極を形成し、支持基板へ転写する製造方法（即ち第２電極形成工程を転写工程より前に行う製造方法）に比べて、結晶性の良い圧電薄膜を支持基板上に形成できる。
なお、この製造方法により製造された圧電デバイスでは、第１、第２電極に駆動電圧が印加されると、圧電薄膜が振動する。
【００２５】
また、この発明の圧電デバイスの製造方法では、少なくとも、接着層形成工程を行う。接着層形成工程は、薄膜形成基板の圧電薄膜側に接着層を形成する。接合工程は、薄膜形成基板の接着層に支持基板を接合する。
【００２６】
この製造方法では、液体の接着液を塗布することにより接着層を形成するため、平坦性の良い接合面を形成できる。そのため、この製造方法では、ＣＭＰ等による平坦化処理を接合面に施すことなく、接合工程を行うことができる。
【００２７】
また、この発明の圧電デバイスの製造方法では、少なくとも、第３電極形成工程と、第４電極形成工程と、第５電極形成工程とを行う。第３電極形成工程は、薄膜形成基板上の圧電薄膜の第１主面に第３電極を形成する。第４電極形成工程は、薄膜形成基板上の犠牲層における第１電極に対向する位置に、第４電極を形成する。第５電極形成工程は、薄膜形成基板上の犠牲層における第３電極に対向する位置に、第５電極を形成する。
【００２８】
この製造方法においてもまず、圧電薄膜を支持基板より表面粗さの小さい薄膜形成基板の表面に形成している。そして、第１電極、第３電極、第４電極、第５電極、及び犠牲層を圧電薄膜上に形成した後、第１電極、第３電極、第４電極、第５電極、及び犠牲層を支持基板上に転写している。そのため、圧電薄膜と支持基板との間に第３電極、第４電極、第５電極を設ける複雑な構造であっても、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜を支持基板上に形成できる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、結晶性の良い圧電性に優れた圧電デバイスを低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。図５（Ｃ）は、図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す平面図である。
【図６】図２（Ａ）に示す薄膜形成基板１００の表面粗さと、図３（Ａ）に示す圧電薄膜１０の（０００２）方向のロッキングカーブ半値幅との関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図８】図７に示す圧電デバイスの製造方法で製造された圧電デバイスの平面図である。
【図９】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１６】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１９】第３の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】図１９に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２１】図１９に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２２】特許文献１の圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２３】特許文献１の圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、圧電デバイスとして、メンブレン構造を有する圧電薄膜デバイス（ＦＢＡＲ:Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を例に説明する。
【００４３】
図１は、第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図２〜図４は、第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。図５（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図であり、図５（Ｃ）は、図１に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す平面図である。
【００４４】
まず、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、所定厚みからなる薄膜形成基板１００と、所定厚みからなる支持基板５０とを用意する。薄膜形成基板１００は、少なくとも片側の主面が鏡面研磨されているＧａＡｓ基板を利用し、支持基板５０は、ＧａＡｓ基板を利用する。この際、薄膜形成基板１００としては、表面粗さが支持基板５０より小さい基板を利用する。
【００４５】
ここで、薄膜形成基板１００は、Ｓｉやガラス等のセラミック、水晶、又はサファイア等を用いても構わない。また、支持基板５０は、Ｓｉやガラス等のセラミック、水晶、又はサファイア等を用いても構わない。
【００４６】
次に、図３（Ａ）に示すように、スパッタリングにより、薄膜形成基板１００の表面に所定厚みの圧電薄膜１０を形成する（図１：Ｓ１０１）。圧電薄膜１０は、窒化アルミニウムからなる。
【００４７】
ここで、窒化アルミニウムは、図３（Ａ）の矢印に示すように、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ結晶成長し、圧電薄膜１０の結晶方位が、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ配向する。
【００４８】
なお、この実施形態では、スパッタリングにより圧電薄膜１０を形成しているが、これに限るものではない。例えば、蒸着、ＣＶＤ法等で圧電薄膜１０を成膜しても構わない。また、圧電薄膜１０の材料に窒化アルミニウムを用いているが、これに限るものではない。例えば、圧電薄膜１０の材料として、窒化アルミニウムに他の材料を添加したり、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする材料や、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の材料を用いても構わない。
【００４９】
次に、図３（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１０の第１主面に、導電性を持つ金属材料を用いて所定膜厚の下部電極２０をスパッタリングにより形成する（図１：Ｓ１０２）。
【００５０】
なお、この実施形態では、スパッタリングにより下部電極２０を形成しているが、これに限るものではない。例えば、蒸着、ＣＶＤ法等で下部電極２０を成膜しても構わない。また、下部電極２０には、デバイスの仕様に応じて、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｒｕからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属材料を用いればよい。ここで、下部電極２０が、本発明の「第１電極」に相当する。
【００５１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１０及び下部電極２０の表面に、所定膜厚の犠牲層３０を形成する（図１：Ｓ１０３）。犠牲層３０は、下部電極２０等に対してエッチングレートを異ならせられるようなエッチングガスもしくはエッチング液が選択可能な材料からなり、上部電極６０と圧電薄膜１０と下部電極２０と接着層４０と支持基板５０よりもエッチングされやすい材料からなる。具体的には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の金属や、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＰＳＧ（リンケイ酸ガラス）等の絶縁膜や、有機膜等から、条件に応じて適宜設定する。
【００５２】
これにより、犠牲層３０は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピン塗布等により、図５（Ｂ）に示す支持基板５０の表面上における空隙層８０となる空間（即ち、圧電薄膜１０が圧電デバイスとして機能する振動領域の直下の空間）に成膜される。所望のエッチングレートの差にできない材料の場合は，エッチングレートを異ならせられる他の材料を保護膜として形成しても良い。
【００５３】
次に、図３（Ｃ）に示すように、圧電薄膜１０、下部電極２０及び犠牲層３０の表面に、所定膜厚の接着層４０を形成する（図１：Ｓ１０４）。接着層４０は、ＳｉＯ２を主成分とした液体材料（ＳＯＧ；Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）からなり、犠牲層３０の除去のためのエッチングガスやエッチング液に対して強い耐性を有する。
【００５４】
これにより、接着層４０は、圧電薄膜１０及び下部電極２０とともに犠牲層３０を囲むよう形成される。即ち、接着層４０の膜厚は、メンブレンの中空領域を構成する空隙層８０の深さより長く設定される。そのため、この接着層４０は、圧電デバイスとして機能しない圧電薄膜１０の非振動領域の直下を支持する。そして、ここで、接着層４０が、本発明の「接着層」に相当する。
【００５５】
次に、図４（Ａ）に示すように、薄膜形成基板１００上の接着層４０と支持基板５０とを接合する（図１：Ｓ１０５）。この接合は、薄膜形成基板１００上の接着層４０と支持基板５０とを接着して１００℃まで加熱した後、４００℃まで加熱することにより行われる。これにより、接着層４０のＳＯＧが焼成されて硬化し、接着層４０と支持基板５０との接着力が向上する。
なお、前記Ｓ１０５の際、減圧雰囲気下で加熱すれば、加熱温度を低くすることができる。
【００５６】
次に、薄膜形成基板１００から圧電薄膜１０を分離する（図１：Ｓ１０６）。この分離は、例えばエッチングや研磨等によって薄膜形成基板１００を除去することにより行われる。
【００５７】
これにより、図４（Ｂ）に示すように、支持基板５０の表面上に、接着層４０、犠牲層３０、下部電極２０、及び圧電薄膜１０が転写される。このため、圧電薄膜１０の結晶方位は、図４（Ｂ）の矢印に示すように、支持基板５０に向かって配向する。
【００５８】
次に、図４（Ｃ）に示すように、エッチング等により圧電薄膜１０をパターニングし、犠牲層３０の一部を圧電薄膜１０の表面側に露出させる孔部８１と、下部電極２０の一部を露出するための開口部８２とを形成する（図１：Ｓ１０７）。
【００５９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、圧電薄膜１０の第２主面に、導電性を持つ金属材料を用いて、所定膜厚の上部電極６０をスパッタリングにより形成する（図１：Ｓ１０８）。
【００６０】
なお、この実施形態では、スパッタリングにより上部電極６０を形成しているが、これに限るものではない。例えば、蒸着、ＣＶＤ法等で上部電極６０を成膜しても構わない。また、上部電極６０には、デバイスの仕様に応じて、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｒｕからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属材料を用いればよい。ここで、上部電極６０が、本発明の「第２電極」に相当する。
【００６１】
次に、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、配線パターンを形成する（図１：Ｓ１０９）。詳述すると、下部電極２０からバンプパッド６１Ａへ引き回し配線６３Ａが形成されるとともに、上部電極６０からバンプパッド６１Ｂへ引き回し配線６３Ｂが形成され、両バンプパッド６１Ａ，Ｂ上にバンプ６２Ａ，Ｂを形成する。
【００６２】
次に、エッチングガスもしくはエッチング液を孔部８１を介して流入させることで、犠牲層３０を除去する（図１：Ｓ１１０）。このエッチングにより、犠牲層３０が形成されていた空間は、図５（Ｂ）に示すような空隙層８０となる。
【００６３】
最後に、支持基板５０上に形成された複数の圧電薄膜デバイス１０１から個別の圧電薄膜デバイス１０１に分割する分割工程を経て、モールド金型を用いたパッケージングを行う。このようにして圧電薄膜デバイス１０１を形成する。そのため、複数の圧電薄膜デバイス１０１を一括製造でき、製造コストを低減できる。
【００６４】
以上のような製造方法で製造された圧電デバイス１０１は、図５（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１０と、圧電薄膜１０の両主面に形成された上部電極６０及び下部電極２０と、圧電薄膜１０の第１主面側に接合し、圧電薄膜１０を支持する支持基板５０と、圧電薄膜１０と支持基板５０との間に形成された接着層４０と、圧電薄膜１０の振動領域と支持基板５０との間に形成された空隙層８０と、配線６３Ａ、Ｂと、を備える。
【００６５】
そのため、圧電デバイス１０１では、上部電極６０及び下部電極２０間に駆動電圧を印加すると、圧電薄膜１０の振動領域が圧電薄膜１０の厚み方向に振動する。
【００６６】
以上に示す本実施形態の製造方法ではまず、圧電薄膜１０を支持基板５０より表面粗さの小さい薄膜形成基板１００の表面に形成している。そして、下部電極２０、犠牲層３０、及び接着層４０を圧電薄膜１０上に形成した後、圧電薄膜１０、下部電極２０、犠牲層３０、及び接着層４０を支持基板５０上に転写している。そのため、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜１０を支持基板５０上に形成できる。
【００６７】
したがって、本実施形態の製造方法によれば、結晶性の良い圧電性に優れた圧電デバイス１０１を低コストで製造できる。
【００６８】
また、本実施形態の製造方法では、上部電極６０の形成を図１のＳ１０６の転写後に行っている（図１のＳ１０８参照）。そのため、本実施形態の製造方法では、まず薄膜形成基板１００の表面に上部電極６０を形成してから上部電極６０の表面に圧電薄膜１０を形成し、圧電薄膜１０の第１主面に下部電極２０を形成し、支持基板５０へ転写する製造方法（即ち上部電極６０の形成を図１のＳ１０６の転写前に行う製造方法）に比べて、結晶性の良い圧電薄膜１０を支持基板５０上に形成できる。
【００６９】
また、本実施形態の製造方法では、液体の接着液（ＳＯＧ）を塗布することにより接着層４０を形成するため、平坦性の良い接合面を形成できる。そのため、本実施形態の製造方法では、ＣＭＰ等による平坦化処理を接合面に施すことなく、図１のＳ１０５の接合工程を行うことができる。また、接着層４０は、無機物のシリコン酸化膜で構成されるため、図１のＳ１０４の工程より後の、高温で行われる各工程において接着層４０の変質が少なく、圧電デバイスへの影響が小さい。
【００７０】
また、以上の製造方法で製造された圧電デバイス１０１において、圧電薄膜１０の結晶方位は、図５（Ｂ）の矢印に示すように支持基板５０に向かって配向している。一方、前述のＳ１０１において、圧電薄膜１０を薄膜形成基板１００の表面に形成せずに直接、表面粗さの粗い支持基板５０に形成した場合、窒化アルミニウムの結晶配向性が劣化し，配向性劣化に伴い圧電性が劣化することが実験により明らかとなっている。
【００７１】
したがって、本実施形態の圧電デバイス１０１及びその製造方法によれば、圧電薄膜１０を支持基板５０に直接形成した場合に比べて、結晶性の良い圧電薄膜１０を支持基板５０上に形成できる。
【００７２】
ここで、薄膜形成基板１００の表面粗さと、薄膜形成基板１００の表面に形成される圧電薄膜１０である窒化アルミニウムの結晶性との関係について詳述する。この実施形態において圧電薄膜１０の結晶性は、Ｘ線回折による圧電薄膜１０の（０００２）方向のロッキングカーブ半値幅で評価している。
【００７３】
図２（Ａ）に示す薄膜形成基板１００の表面粗さと、図３（Ａ）に示す圧電薄膜１０の（０００２）方向のロッキングカーブ半値幅との関係を測定した結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
0005862368.tif 000002
【００７５】
図６は、図２（Ａ）に示す薄膜形成基板１００の表面粗さと、図３（Ａ）に示す圧電薄膜１０の（０００２）方向のロッキングカーブ半値幅との関係を示すグラフである。図６に示すグラフの各点は、表１に示す各表面粗さ及び各半値幅に対応する。
【００７６】
図６に示す測定結果より、薄膜形成基板１００の表面粗さＲaが２ｎｍ以下のとき、半値幅が減少することが明らかとなった。半値幅が小さいほうが結晶性はよい。即ち、薄膜形成基板１００の表面粗さＲaが２ｎｍ以下のとき、薄膜形成基板１００の表面に形成される窒化アルミニウムの圧電薄膜１０の結晶性が大きく向上することが明らかとなった。
【００７７】
したがって、表面粗さＲaが２ｎｍ以下の薄膜形成基板１００を用いて圧電薄膜１０を形成し、圧電デバイス１０１を製造することで、圧電デバイス１０１の圧電性をより向上させることができる。
【００７８】
次に、第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、圧電デバイスとして、メンブレン構造を有する帯域可変圧電薄膜デバイスを例に説明する。
【００７９】
図７は、第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図８は、図７に示す圧電デバイスの製造方法で製造された圧電デバイスの平面図である。図９〜図１８は、図７に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。図１０（Ａ）〜図１８（Ａ）は、図８に示すＡ−Ａ線の断面に対応し、図１０（Ｂ）〜図１８（Ｂ）は、図８に示すＢ−Ｂ線の断面に対応する。
【００８０】
まず、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、所定厚みからなる薄膜形成基板１００と、所定厚みからなる支持基板１５０とを用意する。支持基板１５０の材料は、第１の実施形態の支持基板５０と同じである。
【００８１】
次に、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、スパッタリングにより、薄膜形成基板１００の表面に所定厚みの圧電薄膜１１０を形成する（図７：Ｓ２０１）。圧電薄膜１１０の材料は、第１の実施形態の圧電薄膜１０と同じく、窒化アルミニウムである。
【００８２】
ここで、窒化アルミニウムは、図１０（Ａ）（Ｂ）の矢印に示すように、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ結晶成長し、圧電薄膜１１０の結晶方位が、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ配向する。
【００８３】
次に、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１１０の第１主面に、導電性を持つ金属材料を用いて所定膜厚の下部電極１２０、及び上部駆動電極１６５、１６６をスパッタリングにより形成する（図７：Ｓ２０２）。
【００８４】
なお、下部電極１２０及び上部駆動電極１６５、１６６の形成方法や材料も、第１の実施形態の下部電極２０と同じく、スパッタリングに限るものではない。ここで、下部電極１２０が、本発明の「第１電極」に相当し、上部駆動電極１６５、１６６が、本発明の「第３電極」に相当する。
【００８５】
次に、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１１０、下部電極１２０及び上部駆動電極１６５、１６６の表面に、所定膜厚の共振器用犠牲層１３０（以下、単に「犠牲層１３０」と称する。）を形成する（図７：Ｓ２０３）。犠牲層１３０の材料および形成方法は、第１の実施形態の犠牲層３０と同じである。
【００８６】
これにより、犠牲層１３０は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピン塗布等により、図１８（Ａ）（Ｂ）に示す支持基板１５０の表面上における空隙層１８０となる空間（即ち、圧電薄膜１１０が圧電デバイスとして機能する振動領域の直下の空間）に成膜される。
【００８７】
次に、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、犠牲層１３０の表面における下部電極１２０に対向する領域に、導電性を持つ金属材料を用いて所定膜厚の接触電極１７０をスパッタリングにより形成する（図７：Ｓ２０４）。
【００８８】
なお、詳細は後述するが、接触電極１７０は、下部電極１２０を接触電極１７０に接触させて、圧電デバイスの共振周波数を変化させるための電極である。ここで、接触電極１７０が、本発明の「第４電極」に相当する。
【００８９】
次に、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、犠牲層１３０の表面における上部駆動電極１６５、１６６に対向する領域に、導電性を持つ金属材料を用いて所定膜厚の下部駆動電極１２５、１２６をスパッタリングにより形成する（図７：Ｓ２０５）。
【００９０】
なお、下部駆動電極１２５、１２６の形成方法や材料も、第１の実施形態の下部電極２０と同じく、スパッタリングに限るものではない。ここで、下部駆動電極１２５、１２６が、本発明の「第５電極」に相当する。
【００９１】
次に、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、接触電極１７０及び犠牲層１３０の表面に、所定膜厚の接触電極用犠牲層１３１（以下、単に「犠牲層１３１」と称する。）を形成する（図７：Ｓ２０６）。犠牲層１３１の材料および形成方法は、第１の実施形態の犠牲層３０と同じである。
【００９２】
これにより、犠牲層１３１は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピン塗布等により、図１８（Ａ）（Ｂ）に示す支持基板１５０の表面上における空隙層１８５となる空間（即ち、下部電極１２０が変位して接触電極１７０に接触した際において圧電薄膜１１０が圧電デバイスとして機能する振動領域の直下の空間）に成膜される。
【００９３】
そして、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１１０、下部電極１２０及び犠牲層１３０、１３１の表面に、所定膜厚の接着層１４０をスピン塗布により形成する（図７：Ｓ２０７）。接着層１４０の材料および形成方法は、第１の実施形態の接着層４０と同じである。
【００９４】
これにより、接着層１４０は、圧電薄膜１１０とともに犠牲層１３０、１３１を囲むよう形成される。即ち、接着層１４０の膜厚は、メンブレンの中空領域を構成する空隙層１８０の深さと空隙層１８５の深さとの和より長く設定される。そのため、この接着層１４０は、圧電デバイスとして機能しない圧電薄膜１１０の非振動領域の直下を支持する。なお、接着層１４０が、本発明の「接着層」に相当する。
【００９５】
次に、図１４（Ａ）（Ｂ）に示すように、薄膜形成基板１００上の接着層１４０と支持基板１５０とを接合する（図７：Ｓ２０８）。この接合方法は、第１の実施形態と同じである。
【００９６】
そして、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、薄膜形成基板１００から圧電薄膜１１０を分離する（図７：Ｓ２０９）。この分離方法は、第１の実施形態と同じである。これにより、支持基板１５０の表面上に、接着層１４０、犠牲層１３０、１３１、下部電極１２０、及び圧電薄膜１１０が転写される。このため、圧電薄膜１１０の結晶方位は、図１５（Ａ）（Ｂ）の矢印に示すように、支持基板１５０に向かって配向する。
【００９７】
次に、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、エッチング等により圧電薄膜１１０をパターニングし、下部電極１２０の一部を露出するための孔部１８１と、犠牲層１３０の一部を露出するための開口部１８２と、を形成する（図７：Ｓ２１０）。
【００９８】
次に、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１１０の第２主面に、導電性を持つ金属材料を用いて、所定膜厚の上部電極１６０をスパッタリングにより形成する（図７：Ｓ２１１）。
【００９９】
なお、上部電極１６０の形成方法も、第１の実施形態の上部電極６０と同じく、スパッタリングに限るものではない。ここで、上部電極１６０が、本発明の「第２電極」に相当する。
【０１００】
次に、図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように、配線パターンを支持基板１５０上に形成する（図７：Ｓ２１２）。詳述すると、まずレジスト膜を支持基板１５０上に形成した後、導電性を持つ金属材料を用いてメッキ処理を支持基板１５０に施し、当該レジスト膜を除去することで、下部電極１２０に接続するエアブリッジ配線１６３Ａと、上部電極１６０に接続するエアブリッジ配線１６３Ｂとを形成する。
【０１０１】
このエアブリッジ配線１６３Ａ、Ｂは、圧電薄膜１１０を支持し、エアブリッジ配線１６３Ａが下部電極１２０に導通し、エアブリッジ配線１６３Ｂが上部電極１６０に導通する配線である。
【０１０２】
そして、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、エッチングガスもしくはエッチング液を開口部１８２から流入させることで、犠牲層１３０、１３１を除去する（図７：Ｓ２１３）。このエッチングにより、犠牲層１３０、１３１が形成されていた空間は、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すような空隙層１８０、１８１となる。
【０１０３】
最後に、支持基板１５０上に形成された複数の圧電薄膜デバイス２０１から個別の圧電薄膜デバイス２０１に分割する分割工程を経て、モールド金型を用いたパッケージングを行う。このようにして圧電薄膜デバイス２０１を形成する。そのため、複数の圧電薄膜デバイス２０１を一括製造でき、製造コストを低減できる。
【０１０４】
以上に示す製造方法で製造された圧電デバイス２０１は、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１１０と、圧電薄膜１１０の両主面に形成された上部電極１６０及び下部電極１２０と、圧電薄膜１１０の第１主面側に接合し、圧電薄膜１１０を支持する支持基板１５０と、圧電薄膜１１０と支持基板１５０との間に形成された接着層１４０と、圧電薄膜１１０の振動領域と支持基板１５０との間に形成された空隙層１８０、１８５と、圧電薄膜１１０の非振動領域に形成された上部駆動電極１６５、１６６と、上部駆動電極１６５、１６６に対向する接着層１４０の領域に形成された下部駆動電極１２５、１２６と、圧電薄膜１１０の振動領域に対向し、接着層１４０から空隙層１８５を隔てて、支持基板１５０に固定された接触電極１７０と、圧電薄膜１１０を吊り上げて支持基板１５０から遠ざけるエアブリッジ配線１６３Ａ、Ｂと、を備える。
【０１０５】
そのため、圧電デバイス２０１では、上部電極１６０及び下部電極１２０間に駆動電圧を印加すると、下部電極１２０が接触電極１７０から離間した状態で、圧電薄膜１１０の振動領域が圧電薄膜１１０の厚み方向に振動する。
【０１０６】
一方、上部駆動電極１６５、１６６及び下部駆動電極１２５、１２６間に電圧を印加すると、クーロン力が発生し、上部駆動電極１６５、１６６及び下部駆動電極１２５、１２６が引き合う。これにより、圧電薄膜１１０が接触電極１７０側へ変位して下部電極１２０が接触電極１７０に接触し、圧電デバイスの共振周波数が変化する。
【０１０７】
そして、下部電極１２０が接触電極１７０に接触した状態で上部電極１６０及び下部電極１２０間に駆動電圧を印加すると、圧電薄膜１１０の振動領域は、下部電極１２０が接触電極１７０に接触した状態で、圧電薄膜１１０の厚み方向に振動する。
【０１０８】
なお、接触電極１７０が、本発明の「メンブレン」に相当し、上部駆動電極１６５、１６６、エアブリッジ配線１６３Ａ、Ｂが、本発明の「第１駆動部」に相当し、下部駆動電極１２５、１２６が、本発明の「第２駆動部」に相当する。
【０１０９】
以上に示す本実施形態の製造方法においてもまず、圧電薄膜１１０を支持基板１５０より表面粗さの小さい薄膜形成基板１００の表面に形成している。そして、下部電極１２０、下部駆動電極１２５、１２６、上部駆動電極１６５、１６６、接触電極１７０、犠牲層１３０、１３１、及び接着層１４０を圧電薄膜１１０上に形成した後、圧電薄膜１１０、下部電極１２０、下部駆動電極１２５、１２６、上部駆動電極１６５、１６６、接触電極１７０、犠牲層１３０、１３１、及び接着層１４０を支持基板１５０上に転写している。
【０１１０】
そのため、以上の製造方法で製造される圧電デバイス２０１のように、圧電薄膜１１０と支持基板１５０との間に下部駆動電極１２５、１２６、上部駆動電極１６５、１６６、接触電極１７０を設ける複雑な構造であっても、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜１１０を支持基板１５０上に形成できる。
【０１１１】
また、以上の製造方法で製造された圧電デバイス２０１に備えられる圧電薄膜１１０の結晶方位は、図１５（Ａ）（Ｂ）の矢印に示すように支持基板１５０に向かって配向している。
【０１１２】
したがって、本実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１１３】
次に、第３の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、圧電デバイスとして、ＳＭＲ（ＳｏｌｉｄｌｙＭｏｕｎｔｅｄ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電薄膜デバイスを例に説明する。
【０１１４】
図１９は、第３の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図２０、図２１は、図１９に示す圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図である。
【０１１５】
まず、第１実施形態と同様に、所定厚みからなる薄膜形成基板１００と、所定厚みからなる支持基板２５０とを用意する。支持基板２５０の材料は、第１の実施形態の支持基板５０と同じである。
【０１１６】
次に、図２０（Ａ）に示すように、スパッタリングにより、薄膜形成基板１００の表面に所定厚みの圧電薄膜２１０を形成する（図１９：Ｓ３０１）。圧電薄膜２１０の材料は、第１の実施形態の圧電薄膜１０と同じである。ここで、窒化アルミニウムは、図２０（Ａ）の矢印に示すように、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ結晶成長し、圧電薄膜１１０の結晶方位が、薄膜形成基板１００とは逆の方向へ配向する。
【０１１７】
次に、図２０（Ｂ）に示すように、圧電薄膜２１０の第１主面に、導電性を持つ金属材料を用いて所定膜厚の下部電極２２０をスパッタリングにより形成する（図１９：Ｓ３０２）。
【０１１８】
なお、下部電極２２０の形成方法も、第１の実施形態の下部電極２０と同じく、スパッタリングに限るものではない。ここで、下部電極１２０が、本発明の「第１電極」に相当する。
【０１１９】
そして、図２０（Ｃ）に示すように、圧電薄膜２１０上の下部電極２２０の表面に、ＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層２９１ＡとＷ膜からなる高音響インピーダンス層２９１Ｂとを例えばスパッタ法やＣＶＤ法などにより交互に成膜することで、音響多層膜２９０を形成する（図１９：Ｓ３０３）。
【０１２０】
次に、図２１（Ａ）に示すように、薄膜形成基板１００上の音響多層膜２９０と支持基板２５０とを接合する（図１９：Ｓ３０４）。この接合方法は、第１の実施形態と同じである。
【０１２１】
そして、図２１（Ｂ）に示すように、薄膜形成基板１００から圧電薄膜２１０を分離する（図１９：Ｓ３０５）。この分離方法は、第１の実施形態と同じである。これにより、支持基板２５０の表面上に、音響多層膜２９０、下部電極２２０、及び圧電薄膜２１０が転写される。このため、圧電薄膜２１０の結晶方位は、図２１（Ｂ）の矢印に示すように、支持基板２５０に向かって配向する。
【０１２２】
次に、図２１（Ｃ）に示すように、圧電薄膜２１０の第２主面に、導電性を持つ金属材料を用いて、所定膜厚の上部電極２６０をスパッタリングにより形成する（図１９：Ｓ３０６）。
【０１２３】
なお、上部電極２６０の形成方法も、第１の実施形態の上部電極６０と同じく、スパッタリングに限るものではない。ここで、上部電極２６０が、本発明の「第２電極」に相当する。
【０１２４】
次に、第１実施形態と同様に、配線パターンを支持基板２５０上に形成する（図１９：Ｓ３０７）。
【０１２５】
最後に、支持基板２５０上に形成された複数の圧電薄膜デバイス３０１から個別の圧電薄膜デバイス３０１に分割する分割工程を経て、モールド金型を用いたパッケージングを行う。このようにして圧電薄膜デバイス３０１を形成する。そのため、複数の圧電薄膜デバイス３０１を一括製造でき、製造コストを低減できる。
【０１２６】
以上に示す製造方法で製造された圧電デバイス３０１は、図２１（Ｃ）に示すように、圧電薄膜２１０と、圧電薄膜２１０の両主面に形成された上部電極２６０及び下部電極２２０と、圧電薄膜２１０の第１主面側に接合し、圧電薄膜２１０を支持する支持基板２５０と、上部電極２６０及び下部電極２２０間に電圧が印加された時に振動する圧電薄膜２１０の振動領域と支持基板２５０との間に位置する音響多層膜２９０と、を備える。
【０１２７】
圧電デバイス３０１では、下部電極２２０が音響多層膜２９０上に形成されているため、圧電薄膜２１０側から支持基板２５０側へ伝搬しようとする弾性波を音響多層膜２９０により圧電薄膜２１０側へ反射することができる。よって、弾性波のエネルギ損失（音響エネルギの損失）を低減できるため、音響多層膜２９０を備えていない場合に比べてエネルギ変換効率を高めることができる。
【０１２８】
以上に示す本実施形態の製造方法においてもまず、圧電薄膜２１０を支持基板２５０より表面粗さの小さい薄膜形成基板１００の表面に形成している。そして、下部電極２２０、及び音響多層膜２９０を圧電薄膜２１０上に形成した後、圧電薄膜２１０、下部電極２２０及び音響多層膜２９０を支持基板２５０上に転写している。そのため、ＣＭＰ等による平坦化処理を行うことなく、結晶性の良い圧電薄膜２１０を支持基板２５０上に形成できる。
【０１２９】
また、以上の製造方法で製造された圧電デバイス３０１に備えられる圧電薄膜２１０の結晶方位は、図２１（Ｃ）の矢印に示すように支持基板２５０に向かって配向している。
【０１３０】
したがって、本実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３１】
なお、前述の各実施形態では、ＦＢＡＲ用の圧電デバイスを例に説明したが、他に、板波デバイス、ジャイロ、ＲＦスイッチ、マイク、振動発電素子等、圧電単結晶薄膜からなりメンブレンを有する各種デバイスに対しても、本発明の製造方法を適用することができる。
【０１３２】
また、前述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３３】
１０…圧電薄膜
２０…下部電極
３０…犠牲層
４０…接着層
５０…支持基板
６０…上部電極
６１Ａ，Ｂ…バンプパッド
６２Ａ，Ｂ…バンプ
６３Ａ…配線
６３Ｂ…配線
８０…空隙層
８１…孔部
８２…開口部
９０…構造体
９１…シリコンウェハ
９２…窪み
９３…酸化シリコン層
９５…犠牲層
９６…下部電極
９７…圧電薄膜
９８…上部電極
１００…薄膜形成基板
１０１、２０１、３０１…圧電デバイス
１１０…圧電薄膜
１２０…下部電極
１２５…下部駆動電極
１３０…共振器用犠牲層
１３１…接触電極用犠牲層
１４０…接着層
１５０…支持基板
１６０…上部電極
１６３Ａ、Ｂ…エアブリッジ配線
１６５…上部駆動電極
１７０…接触電極
１８０…空隙層
１８１…孔部
１８２…開口部
１８５…空隙層
２１０…圧電薄膜
２２０…下部電極
２５０…支持基板
２６０…上部電極
２９０…音響多層膜
【図１】
0005862368.tif 000003
【図２】
0005862368.tif 000004
【図３】
0005862368.tif 000005
【図４】
0005862368.tif 000006
【図５】
0005862368.tif 000007
【図６】
0005862368.tif 000008
【図７】
0005862368.tif 000009
【図８】
0005862368.tif 000010
【図９】
0005862368.tif 000011
【図１０】
0005862368.tif 000012
【図１１】
0005862368.tif 000013
【図１２】
0005862368.tif 000014
【図１３】
0005862368.tif 000015
【図１４】
0005862368.tif 000016
【図１５】
0005862368.tif 000017
【図１６】
0005862368.tif 000018
【図１７】
0005862368.tif 000019
【図１８】
0005862368.tif 000020
【図１９】
0005862368.tif 000021
【図２０】
0005862368.tif 000022
【図２１】
0005862368.tif 000023
【図２２】
0005862368.tif 000024
【図２３】
0005862368.tif 000025