(57)【要約】【課題】小型化ができ、機械的強度の低下を防止し、且つ、ＦＢＡＲの共振特性の劣化を抑制することが可能なＦＢＡＲの製造方法を提供する。【解決手段】中空部を有する基板上の中空部上方に下部電極２０を形成する工程と、下部電極２０の表面上に圧電膜２２を形成する工程と、圧電膜２２を挟むように下部電極２０と対向する上部電極２４を形成する工程と、基板に対し中空部に至る開口部３０を形成する工程と、開口部３０及び中空部を介して、下部電極２０の下方の基板部分を除去して空洞を形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する基板上の前記中空部上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の表面上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜を挟むように前記下部電極と対向する上部電極を形成する工程と、
前記基板に対し前記中空部に至る開口部を形成する工程と、
前記開口部及び前記中空部を介して、前記下部電極の下方の前記基板部分を除去して空洞を形成する工程
とを含むことを特徴とする薄膜バルク音響装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板が、（１１０）及び（１００）のいずれかの面方位のシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響装置の製造方法。
【請求項３】
前記中空部を有する基板が、少なくとも一方に溝が形成された支持基板及び接着基板を接着層を介して接着することにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜バルク音響装置の製造方法。
【請求項４】
前記接着層が、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、スピンオングラス膜、塗布型誘電膜、ポリイミド膜、レジスト膜、及びカーボン膜のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜バルク音響装置の製造方法。
【請求項５】
前記空洞が、異方性ウェットエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜バルク音響装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空洞を備えた薄膜バルク音響装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとする移動体通信機器、コンピュータ間のデータを高速に転送する無線ローカルエーリアネットワーク（ＬＡＮ）システム等の無線通信システムでは、ＧＨｚ以上の高周波数帯を利用する。このような無線通信システム等の高周波数帯電子機器に用いられる高周波素子として、薄膜バルク音響装置（ＦＢＡＲ）がある。
【０００３】
これまで、高周波領域における共振器として、バルク(セラミック)誘電体共振器や、弾性表面波（ＳＡＷ）素子が用いられている。これらの共振器と比較し、ＦＢＡＲは小型化に適し、更に高周波化に対応が可能等の特徴がある。このため、ＦＢＡＲを用いた高周波フィルタや共振回路等の開発が進められている。
【０００４】
ＦＢＡＲの基本構造においては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の圧電膜が、対向する下部電極及び上部電極の間に挟まれている。高性能化のため、ＦＢＡＲの共振部は、下部電極の下に設けられた空洞の上に配置される。共振部において、通常は、下部電極及び上部電極に比べて圧電膜の面積は大きくされている。
【０００５】
ＦＢＡＲ自体は、半導体基板上に形成される集積回路と同様な方法で形成される。しかし、ＦＢＡＲを良好に動作させるには、共振部を空気中に懸架して配置することが好ましい。
【０００６】
懸架されたＦＢＡＲの製造方法の１つとして、ＦＢＡＲを形成後、共振部下部の基板を基板裏面側から除去する方法が知られる。具体的には、異方性ウェットエッチングや高異方性ディープ反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて、ＦＢＡＲの共振部下部のシリコン（Ｓｉ）基板を除去して空洞を形成する。
【０００７】
ウェットエッチングで空洞を形成する場合、長時間エッチング液に浸されるため、ＦＢＡＲの共振部にエッチング液が染み込み、共振特性を劣化させる場合がある。また、空洞のマスクサイズに対する仕上がりサイズの加工変換差が大きく、ＦＢＡＲを密に配置できない欠点がある。そのため、ＦＢＡＲの小型化が困難となる。
【０００８】
ディープＲＩＥでは、エッチング条件を選ぶことによりエッチング速度を大きくすることができる。また、ディープＲＩＥでは、側壁がほぼ垂直な加工形状を得ることができる。したがって、高異方性ディープＲＩＥを用いれば、共振特性の劣化や大きな加工変換差等の問題は解決される。しかし、基板を２００〜３００μｍ程度に研削した後に空洞を形成するため、機械的な強度の低下により空洞形成後の基板の取り扱いが困難になる。
【０００９】
懸架されたＦＢＡＲを製造するために、基板に形成した溝を犠牲材料で埋め、犠牲材料の上にＦＢＡＲを形成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。ＦＢＡＲを形成した後、犠牲材料を除去し空洞が形成される。例えば、基板上の溝を埋めるために、リンシリカガラス（ＰＳＧ）等の犠牲膜の堆積、及び化学機械研磨（ＣＭＰ）による不要部の除去と平坦化が実施される。この場合、ＣＭＰにより、犠牲膜及び基板の硬度の相違に起因して基板表面にディッシングが生じる。ディッシング等により、基板表面の平坦性が悪化すると、ＦＢＡＲの共振特性に重要な圧電膜の配向性が悪化してしまう問題が生じる。
【特許文献１】米国特許第６０６０８１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、小型化ができ、機械的強度の低下を防止し、且つ、ＦＢＡＲの共振特性の劣化を抑制することが可能なＦＢＡＲの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の態様は、（イ）中空部を有する基板上の中空部上方に下部電極を形成する工程と、（ロ）下部電極の表面上に圧電膜を形成する工程と、（ハ）圧電膜を挟むように下部電極と対向する上部電極を形成する工程と、（ニ）基板に対し中空部に至る開口部を形成する工程と、（ホ）開口部及び中空部を介して、下部電極の下方の基板部分を除去して空洞を形成する工程とを含む薄膜バルク音響装置の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型化ができ、機械的強度の低下を防止し、且つ、ＦＢＡＲの共振特性の劣化を抑制することが可能なＦＢＡＲの製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲは、図１〜図３に示すように、下部電極２０、圧電膜２２、及び上部電極２４を備える。下部電極２０及び上部電極２４は、空洞３２の上に配置された圧電膜２２を挟んで対向するように配置されている。空洞３２は、支持基板１０表面の接着層１２を介して配置された接着基板１６表面の絶縁膜１８から、支持基板１０の内部に達するように設けられている。下部電極２０は、空洞３２の一端から空洞３２を跨いで、他端側の絶縁膜１８表面に延在している。上部電極２４は、空洞３２上から一端側の絶縁膜１８表面に延在している。下部及び上部電極２０、２４が延在する方向の直交方向に、空洞３２に通じる開口部３０が、ＦＢＡＲ表面に設けられた保護膜２８に配置されている。また、下部及び上部電極２０、２４の空洞３２を挟んで対向する端部には、保護膜２８に設けられた開口部に表面を露出させたボンディングパッド２６ａ、２６ｂがそれぞれ設けられている。なお、共振部４０は、空洞３２上で圧電膜２２を挟んで対向する領域の下部電極２０及び上部電極２４で規定される。
【００１５】
共振部４０の圧電膜２２では、下部電極２０あるいは上部電極２４に印加された高周波信号により励振されたバルク音響波の共振により高周波信号が伝達される。例えば、下部電極２０から印加されたＧＨｚ帯域の高周波信号は、共振部４０を介して上部電極２４に伝達される。共振部４０の良好な共振特性を得るために、結晶の配向等を含む膜質や膜厚の均一性に優れたＡｌＮ膜やＺｎＯ膜が、圧電膜２２として用いられる。下部電極２０には、アルミニウム（Ａｌ）及びタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）等の積層金属膜、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属膜等が用いられる。上部電極２４には、Ａｌ等の金属膜、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属膜等が用いられる。ボンディングパッド２６ａ、２６ｂには、金（Ａｕ）、Ａｌ等の金属が用いられる。保護膜２８には、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、ＡｌＮ等が用いられる。また、支持基板１０及び接着基板１６は、Ｓｉ等の半導体基板であり、面方位は（１１０）である。接着層１２及び絶縁膜１８は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜等である。
【００１６】
実施の形態に係るＦＢＡＲでは、空洞３２の深さは、例えば、絶縁膜１８表面から、約５０μｍ〜２００μｍの範囲、望ましくは約５０μｍ〜１００μｍの範囲である。空洞３２の側壁は、支持基板１０表面に対してほぼ垂直である。このように、空洞３２の深さが２００μｍ以下と浅く、且つ垂直側壁を有するため、ＦＢＡＲの占有面積を縮小することができ、小型化が可能となる。また、支持基板１０の厚さは、約６００μｍである。接着基板１６の厚さは、約５０μｍである。したがって、共振部４０を懸架する支持基板１０及び接着基板１６において、機械的強度の低下を抑制することが可能となる。
【００１７】
次に、実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法を、図４〜図８に示す平面図及び断面図を用いて説明する。
【００１８】
（イ）図４に示すように、Ｓｉ基板等の支持基板１０の表面に、熱酸化等により、接着層１２を形成する。支持基板１０は、例えば、面方位が（１１０）で、厚さが約６２５μｍである。接着層１２は、厚さが約１μｍのＳｉＯ2膜である。なお、支持基板１０の厚さは、十分な機械的強度が得られるのであれば特に限定されない。例えば、支持基板１０は、３００μｍ以上の厚さであればよい。図示省略した支持基板１０裏面の熱酸化膜には、引き続き実施される製造工程で位置合わせに用いられるアライメントマークが形成されている。
【００１９】
（ロ）図５に示すように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ等により、接着層１２及び支持基板１０を選択的に除去して、接着層１２及び支持基板１０の一部に矩形状の溝１４を形成する。溝１４の深さは、例えば約５０μｍである。溝１４の深さは、限定されない。例えば、溝１４の深さは、１０〜１００μｍの範囲であればよい。
【００２０】
（ハ）図６に示すように、接着層１２を介して、Ｓｉ基板等の接着基板１６を支持基板１０に接着し、中空部として溝１４を有する基板を作製する。接着基板１６は、例えば、面方位が（１１０）で、厚さが約５０μｍである。接着基板１６の厚さは、限定されない。例えば、接着基板１６は、１００μｍ以下の厚さであればよい。また、例えば厚さが約６２５μｍのＳｉ基板を支持基板１０に接着した後に、ＣＭＰあるいはエッチング等により、所望の厚さに薄化して、接着基板１６を形成してもよい。
【００２１】
（ニ）図７に示すように、化学気相成長（ＣＶＤ）等により、接着基板１６の表面にＳｉＯ2等の絶縁膜１８を堆積する。スパッタリング、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、下部電極２０、圧電膜２２、上部電極２４、及びボンディングパッド２６ａ、２６ｂを形成する。引き続き、ＣＶＤ等により、Ｓｉ3Ｎ4等の保護膜２８が表面に堆積される。ここで、下部電極２０は、溝１４の上方で溝１４に対応する領域の一端近傍から他端側に延在するように位置合わせされる。圧電膜２２は、一端近傍の下部電極２０の端部を覆うように配置される。上部電極２４は、圧電膜２２を挟んで下部電極２０と対向し、下部電極２０が延在する他端側と反対の領域に延在するように配置される。ボンディングパッド２６ａ、２６ｂは、圧電膜２２から延在する下部及び上部電極２０、２４の他の端部に配置される。
【００２２】
（ホ）図８に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、溝１４の上に対応する保護膜２８の表面で圧電膜２２と離間した領域において、保護膜２８、絶縁膜１８、及び接着基板１６を選択的に除去して、溝１４に達する開口部３０を形成する。水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液等を用いた異方性ウェットエッチングにより、開口部３０及び溝１４を介して、圧電膜２２の下方の接着基板１６を選択的に除去する。次に、ウェットエッチングあるいはケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）等により、下部電極２０下部の絶縁膜１８を除去して、空洞３２を形成する。
【００２３】
（へ）更に、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、保護膜２８を選択的に除去してボンディングパッド２６ａ、２６ｂの表面を露出させる。このようにして、図１〜図３に示したＦＢＡＲが製造される。
【００２４】
実施の形態では、支持基板１０及び接着基板１６として、面方位が（１１０）のＳｉ基板が用いられている。例えば、ＴＭＡＨ水溶液はＳｉ結晶に対して、（１１０）面に比べて（１１１）面のエッチング速度が遅くなるような異方性を有するエッチング液である。図９に示すように、ＴＭＡＨ水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク５０を介して（１１０）方位のＳｉ基板１０ａを選択的に除去して溝５２を形成する。基板１０ａの表面は、（１１０）面であるため、基板１０ａ表面に垂直な溝５２の側壁には難溶性の（１１１）面が形成される。その結果、エッチングは主に基板１０ａの厚さ方向に進行する。
【００２５】
実施の形態では、図２及び図３に示した空洞３２は、異方性ウェットエッチングにより、溝１４上に設けられた接着基板１６を選択的に除去して形成される。したがって、空洞３２が、接着基板１６表面に垂直な（１１１）面の側壁で規定されるため、加工変換差を抑制することができる。また、接着基板１６は、厚さが５０μｍであるので、空洞３２の加工時間を低減することができる。
【００２６】
また、実施の形態では、支持基板１０として、厚さが約６２５μｍのＳｉ基板を用いている。したがって、機械的強度が十分な支持基板１０により、製造工程中の処理基板の取り扱いを容易にすることができる。
【００２７】
また、圧電膜２２は、接着基板１６表面の絶縁膜１８表面に形成された下部電極２０上に堆積される。接着基板１６の表面は平坦であるので、堆積された圧電膜２２の配向性の劣化を抑制することができる。
【００２８】
このように、実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、小型化ができ、機械的強度の低下を防止し、且つ、ＦＢＡＲの共振特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、接着層１２には、熱酸化によるＳｉＯ2膜を用いているが、限定されない。例えば、接着層１２として、ＣＶＤによるＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜、スピンオングラス膜（ＳＯＧ）、塗布型誘電膜（ＳＯＤ）、ポリイミド膜、レジスト膜、及びカーボン膜等が使用可能である。
【００３０】
また、図１に示したように、空洞３２には、下部及び上部電極２０、２４が延在する方向の直交方向で、空洞３２の端部に貫通するように、２個の矩形状の開口部３０が設けられている。しかし、開口部３０は、１個あるいは３個以上の複数であってもよい。また、開口部３０の形状は、矩形に限定されず、円形、楕円形、あるいはスリット等の形状であってもよい。
【００３１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１及び第２の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３２】
実施の形態では、支持基板１０及び接着基板１６として、面方位が（１１０）のＳｉ基板を用いて説明している。しかし、面方位は、（１１０）に限定されない。例えば、ＴＭＡＨ水溶液はＳｉ結晶に対して、（１１０）面と同様に（１００）面においても、（１１１）面に比べてエッチング速度が速くなるような異方性を有する。図１０に示すように、ＴＭＡＨ水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク５０ａを介して（１００）方位のＳｉ基板１０ｂを選択的に除去して溝５２ａを形成する。基板１０ｂの表面は、（１００）面であるため、溝５２ａには難溶性の（１１１）面が露出した傾斜側壁が形成される。溝５２ａの傾斜側壁は、基板１０ｂ表面に対して５４．７４°の傾斜角を有する。その結果、エッチングは主に基板１０ｂの厚さ方向に進行する。このように、支持基板１０及び接着基板１６に、（１００）面方位のＳｉ基板を用いても加工変換差を抑制することができる。
【００３３】
なお、支持基板１０及び接着基板１６として、同じ面方位のＳｉ基板を用いているが、異なる面方位を用いてもよい。例えば、支持基板１０及び接着基板１６として、それぞれ（１００）及び（１１０）面方位のＳｉ基板を用いてもよい。
【００３４】
また、実施の形態において、中空部となる溝１４を支持基板１０に形成した後、支持基板１０と接着基板１６とを接着層１２を介して接着する例を示したが、溝１４は接着基板１６側に形成されてもよい。同様に、接着層１２についても、支持基板１０の表面ではなく接着基板１６の表面に形成されてもよい。これら溝１４や接着層１２は支持基板１０及び接着基板１６にそれぞれ形成することも可能である。更には、基板としてＥＳＳ（Empty Space in Silicon）技術を利用してＳｉ基板中に中空部を形成したシリコンオンナッシング（ＳＯＮ）基板を用いてもよい。
【００３５】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの一例を示す平面図である。
【図２】図１に示したＦＢＡＲのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】図１に示したＦＢＡＲのＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法の一例を示す断面図（その１）である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法の一例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）断面図（その２）である。
【図６】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法の一例を示す断面図（その３）である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法の一例を示す断面図（その４）である。
【図８】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの製造方法の一例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）断面図（その５）である。
【図９】本発明の実施の形態に係るＦＢＡＲの空洞の形成方法の一例を説明する図である。
【図１０】本発明のその他の実施の形態に係るＦＢＡＲの空洞の形成方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  支持基板
１２  接着層
１４  溝
１６  接着基板
１８  絶縁膜
２０  下部電極
２２  圧電膜
２４  上部電極
２６ａ、２６ｂ  ボンディングパッド
２８  保護膜
３０  開口部
３２  空洞
４０  共振部
【図１】
2006217281.tif 000003
【図２】
2006217281.tif 000004
【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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【図８】
2006217281.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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