(57)【要約】【課題】  下部電極をキャビティ内部で加工、除去しても、堅牢な中空構造を保ち、かつ特性劣化も生じない薄膜圧電共振器を提供する。【解決手段】  下部電極端部２６において下部電極２２の底面と圧電体膜２３の底面とが別平面を構成する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面にキャビティが形成された基板と、
前記キャビティ上にその順に形成された下部電極、圧電体膜、上部電極と、
前記下部電極の下部に位置する前記基板の一部を除去することにより設けられたキャビティとを有し、
前記キャビティの平面パターン内部において、前記下部電極の一部が除去されており、
前記除去された領域の前記下部電極の端部において下部電極の底面と圧電体膜の底面とが別平面を構成することを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記キャビティの平面パターン内部において、前記圧電体膜には段差がなく平坦であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項３】
前記下部電極の露出した主面上に非晶質膜が形成されていることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
前記圧電体膜端部において、前記基板上に前記下部電極と配線電極とを接続する中継電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項５】
前記圧電体膜がＡｌＮ、ＰＺＴ、ＺｎＯから選ばれる少なくとも１つの材料を主成分とする圧電体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項６】
基板上にパターニングされたマスク材料を形成する工程と、
前記マスク上に下部電極、圧電体膜を順に成膜した後に、圧電体、下部電極を順にパターニングする工程と、
前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、
前記基板の一部を除去してキャビティを形成する工程と、
前記キャビティの平面パターン内部の前記下部電極の一部を、前記マスク材料を用いて除去する工程を含むことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜圧電共振器に係り、特に、高周波フィルタ或いは高周波発振器として応用が可能な圧電体薄膜の厚み方向の縦振動を利用した薄膜圧電共振器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術の発達、新方式への移行に伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要がますます高まっている。加えて、移動体無線端末の高性能化、高機能化に伴い、部品点数が大幅に増加しており、部品の小型化、モジュール化の重要性が高まっている。無線回路中の受動部品の中では、特にフィルタ回路の占める割合が大きいため、無線回路を小型化し、部品点数を削減するためには、フィルタの小型化、モジュール化が必須である。
【０００３】
従来用いられてきたフィルタとしては、誘電体フィルタ、ＳＡＷフィルタ、ＬＣフィルタなどが挙げられるが、近年薄膜バルク弾性波共振器（薄膜圧電共振器）を利用したフィルタが、小型化・モジュール化に最も有望であると考えられている。このタイプのフィルタは、圧電体振動の共振現象を利用しているため、近接して配置しても電磁波のように干渉することはなく、誘電体フィルタやＬＣフィルタに比べて小型化し易い。また、無線通信に使用する帯域が高周波化していることから、表面波を利用しているＳＡＷフィルタではサブミクロンレベルの微細加工が必要になり、安価に作製することが難しくなってきている。一方、薄膜圧電共振器フィルタは圧電体の厚み縦振動を利用しているため、圧電体の厚みを薄くすれば動作帯域の高周波化が容易に実現でき、平面方向には１μｍレベルの加工寸法で充分なので、高周波化に伴う製造コストの上昇を招かない。また、薄膜圧電共振器を作製する基板は、ＳＡＷフィルタのように圧電性基板である必要がなく、半導体であるＳｉ基板やＧａＡｓ基板上にも作製でき、ＬＳＩのチップとモノリシックにフィルタを作りこむことも可能である。
【０００４】
このような薄膜圧電共振器においては、励振した弾性振動のエネルギーを閉じ込めるため、共振部分の上部および下部は空気層に接していることが望ましい。共振子を構成する圧電体や電極の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスが数桁も異なるため、弾性振動が界面で効率的に反射されて、弾性波のエネルギーが共振部分に閉じ込められるためである。上部の空気層は自然に構成されるので、どのように下部の空気層（キャビティ）を形成するかが薄膜圧電共振器のプロセスのポイントとなる。
【０００５】
キャビティを形成する手段はいくつか知られている。たとえば基板上に犠牲層を埋め込んでおき、上下電極と圧電体を形成後エッチングにより除去する方法（特許文献１参照）、もしくは基板上に共振器を形成後、基板裏面からエッチングにより基板を除去する方法、などがある。
【特許文献１】特開２０００−６９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の方法においては、上記いずれの場合においても下部電極のパターニングを圧電体形成前に行うため、下部電極の下面と圧電体の下面は凡そ一平面を構成している。この場合、キャビティの外側で上下電極が対向した部分が寄生容量となって圧電性を低下させるのを避けるために、キャビティ内に位置する下部電極の一部を加工しようとすると、以下に述べるような問題が発生する。
【０００７】
即ち、一つ目の問題は、下部電極を加工した端部の形状が急峻であると、圧電体膜をその上部に形成した場合に、結晶方位が異なる領域の境界面が形成され、クラックが入りやすく、キャビティ形成後に中空構造の破断が発生してしまうことである。第二の問題は、第一の問題を回避すべく、下部電極の端部をなだらかに加工した場合、下部電極は端部に近づくにつれて膜厚が徐々に薄くなり、これは共振周波数が異なる複数の共振器の並列接続に相当するため、機械的な共振のＱ値（Quality factor：共振の鋭さを表す値）を低下させてしまう。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、下部電極をキャビティ内部で加工、除去しても、堅牢な中空構造を保ち、かつ特性劣化も生じない薄膜圧電共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明の薄膜圧電共振器は、その表面にキャビティが形成された基板と、前記キャビティ上にその順に形成された下部電極、圧電体膜、上部電極と、前記下部電極の下部に位置する前記基板の一部を除去することにより設けられたキャビティとを有し、前記キャビティの平面パターン内部において、前記下部電極の一部が除去されており、前記除去された領域の前記下部電極のエッジにおいて下部電極の底面と圧電体の底面とが別平面を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、下部電極をキャビティ内部で加工、除去して寄生成分のない共振器を形成した場合でも、堅牢な中空構造を保ち、かつ特性の優れた薄膜圧電共振器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の原理について説明する。本発明者らは、機械的強度に優れ、良好な特性を示す理想的な共振器構造について考察した。
【００１２】
薄膜圧電共振器において、圧電振動を励振する共振器部は、圧電体が上下電極に挟まれた構造を有している。共振特性を支配する最も大きい因子は、圧電体および電極の膜厚・材料の選択である。次に重要な因子は、共振器の平面構造に関わる形状である。即ち、キャビティの外周に対して上下電極の端部をどの位置に配置するか、という点が構造強度の観点からも、特性の観点からも重要となる。
【００１３】
図１に下部電極２をキャビティ５よりも大きくした構造の平面図を、図２にそのＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。図１、２の構造は機械的強度に優れているが、キャビティ５の外側で上下の電極が対向した部分６が存在するため、共振器に対して並列に接続された寄生容量が発生し実効的な結合係数が低下する、という問題がある。この問題を回避するためには、上部電極が図２のような平面パターンにおけるキャビティ領域（図１の点線内部）を乗り越える部分において、下部電極をキャビティ内で除去する方法が考えられる。図３、４は下部電極をキャビティ内で除去した構造であり、図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。しかしながら図３、４の構造では下部電極の段差１６がキャビティ１５内に位置するため、下部電極段差のテーパ角度が大きいと、圧電体成膜時にクラックが形成され、中空構造の破断を招くおそれがある。一方、クラック防止の目的で、下部電極のテーパ角度を緩くすると、共振器部の端部において下部電極の膜厚が徐々に薄くなっていくため、膜厚の変化に伴う共振周波数の変化が生じ、不要なスプリアス振動やＱ値の低下が発生してしまう。
【００１４】
そこで、発明者らは最適な下部電極形状について検討を重ねた結果、図６に示すような下部電極端面形状であれば、特性劣化を招かないことを見出した。即ち、下部電極端部２６において、下部電極２２の底面は、圧電体膜２３の底面と一致せず、下側に出っ張った構造となっている。このような構造とすることにより、図４のような下部電極端部２６の膜厚が漸減する構造を採用する必要が無く、スプリアス振動やＱ値の低下を防ぐことができる。最も好ましい形状としては、下部電極端部２６に至るまで、下部電極２２の膜厚が均一となっている形状、ずなわち下部電極端部２６のテーパ角が直角となっている形状であるが、多少なりとも膜厚が減少、すなわち下部電極端部２６のテーパ角が直角ではない形状であるとしても、図２、４の構造に比べると、より理想に近い共振特性を得ることができる。この共振特性を得るためには、テーパ角が好ましくは３０°〜８５°程度であることが必要となる。
【００１５】
また、本発明者らはこのような形状を持つ共振器の製造方法についても検討を行った。従来の共振器の製造方法においては、下部電極をパターニング後に圧電体を形成していたため、下部電極端部のテーパ形状制御が問題となっていた。発明者らは、材料物性の検討、および実験的な検討を重ねることによって、パターニングされたマスク材の上に下部電極と圧電体を連続成膜し、図６に示すような下部電極端部の形状加工は、キャビティ形成後にマスク材をエッチングマスクとして下から行う方法を考案した。この方法によれば、上述したような下部電極の底面が圧電体膜の底面と一致せず、下側に出っ張った構造を容易に形成できるばかりでなく、例えばマスク材を基板に埋め込んでおけば、中空構造において圧電体に段差が一切ない共振器を実現することも可能となる。
【００１６】
その他良好な共振特性を有する共振器を得るためには、配向性に優れた圧電膜を形成する必要があるが、発明者らが考案したプロセスによれば、下部電極を成膜後、パターニングすることなく圧電体を形成することが可能である。そのため、下部電極の配向を引き継いだ、極めて配向性に優れた圧電膜を得ることができる。このようなプロセスを用いて製造した共振器は、結晶性の良好な理想的な圧電膜、寄生容量がなく、かつ圧電体の段差も少ない理想的な構造を有するため、従来の共振器に比べると優れた共振特性を示す。
【００１７】
次に、本発明に基づいた共振器構造の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図７、８は本発明に係わる第１の実施例を示すものであり、図７はその平面図、図８はＡ−Ａ断面図である。薄膜圧電共振器は、厚さが２００μｍ程度の第一の基板３１上に形成され、ＡｌＮ等からなり膜厚が１５００〜２０００nm程度の圧電体膜３５が、Ａｌ等からなり、厚さが１００〜３００nm程度の下部電極３４、Ａｌ等からなり、厚さが１００〜３００nm程度の上部電極３６の２枚の電極で挟み込まれた構造となっている。
【００１９】
図８に示すとおり、下部電極３４は平面パターン上キャビティ３８領域内部において、その端部が配置されているため、平面パターン上のキャビティ３８領域外部において対向した上部、下部電極が存在せず、寄生容量が発生することを防止することができる。導電材３４´は下部電極３４と同一の材料であるが、下部電極端部３４ａにおいて下部電極３４とは分断されている。この導電材３４´と下部電極３４（下部電極端部３４ａ）との距離は５μｍ程度以上であればよい。また、下部電極３４は圧電体膜３５の配向性を高めるため、下層がアモルファス構造である二層構造となっている。圧電体膜３５の材料であるＡｌＮは配向制御することでＱ値向上等の好特性を得る。スパッタで成膜した本実施例では配向性はＸ線のロッキングカーブで１．５゜以下に制御することができる。
【００２０】
第一の基板３１上に配置される、下部電極３４の下部電極端部３４ａとは別の端部と第一の基板３１（マスク材３２が表面に形成されている）との間には、中継電極３３が形成され、この中継電極３３を介して下部電極３４が、圧電体膜３５端面及び下部電極３４の別の端部の端面とで構成される面に沿うように形成される配線３７ａに電気的に接続される。
【００２１】
同様に、上部電極３６も圧電体膜３５のもう一方の端面及び導電材３４´の端面とで構成される面に沿うように形成される配線３７ｂに電気的に接続される。
【００２２】
第二の基板３９はその表面が清浄表面となっており、第二の基板３９表面と第一の基板３１の裏面とが真空中にて直接接着による貼りあわせで形成される。これにより、キャビティ３８が密閉空間となる。上部電極７の上部にはこの薄膜圧電共振器をパッケージとした際の蓋に該当する第三の基板（図示せず）が形成されており、この第三の基板、シーリング（ガスケット；図示せず）、及び下部電極２２、圧電体膜２３、上部電極２４からなる圧電共振器本体との間で中空が形成され、この中空と前述の密閉空間との間に圧電共振器本体を配置することで、共振動作を生じさせることになる。
【００２３】
次に、本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法について、図７ないし２６を用いて説明する。図７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５に本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法の工程平面図を、図８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６に図７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【００２４】
まず、図９、１０に示すように、第一の基板３１全面を熱酸化することにより、後でエッチングマスクとして用いられ、酸化膜からなるマスク材３２を１００ｎｍ形成する。
【００２５】
次に、図１１、１２に示すように、リソグラフィーおよびドライエッチング法により酸化膜３２のパターニングを行った。ここで、酸化膜３２のエッジのテーパ形状が緩やかになるように、エッチング条件、及びリソグラフィー条件を設定している。
【００２６】
次に、図１３、１４に示すように、Ｍｏ等の材料からなる中継電極３３をＲＦマグネトロンスパッタ法により４００nm程度の膜厚となるよう成膜し、リソグラフィーおよびドライエッチング法によりパターニングを行う。ここでも、中継電極３３のエッジのテーパ形状が緩やかになるように加工条件を設定している。
【００２７】
中継電極３３形成後、図１５、１６に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６を２０ｎｍ、結晶質Ａｌを３００ｎｍ、ＡｌＮを２３００ｎｍそれぞれ成膜する。これら非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮの成膜は、途中で基板を大気に晒すことなく連続で行う。
【００２８】
次に、図１７、１８に示すように、リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮのパターニングを行い、下部電極３４及び圧電体膜３５の加工を行う。この際、圧電体膜３５だけでなく、下部電極３４を構成する結晶質Ａｌ、非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６も全て一括で加工を行っている。
【００２９】
次に、図１９、２０に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ程度の厚さに成膜し、その後リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングを行うことにより、上部電極３６を形成する。この際、上部電極３６の端部が圧電体膜３５上に存在するように上部電極３６のパターニングを行う。
【００３０】
上部電極３６のパターニング後、図２１、２２に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌ等を１μｍ程度成膜し、リフトオフ法を用いてパターニングを行うことによって配線３７ａ、３７ｂを形成する。
【００３１】
その後、図２３、２４に示すように、第一の基板３１表面を樹脂、あるいはレジストで保護した後、厚さが２００μｍ以下となるまで第一の基板３１の研磨を行い、その後にリソグラフィーおよびドライエッチング法を用いて第一の基板３１を裏面から開口し、キャビティ３８を形成する。第一の基板３１の開口は、ＳＦ６とＣ４Ｆ８を交互に供給しながら基板を垂直にエッチングする、いわゆるＢＯＳＣＨプロセスを用いている。ＢＯＳＣＨプロセスでは、第一の基板３１のみ選択的にエッチングされ、マスク材３２やＡｌ下部電極３４は露出してもエッチングされない。第一の基板３１をエッチングした後、下部電極３４の一部を構成するＡｌ０．４Ｔａ０．６非晶質金属層を除去するために、フッ化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。この際、マスク材３２もエッチングされるが、非晶質金属層に比べて膜厚が厚いので、多少膜厚が薄くなってもこの後のプロセスには影響しない。
【００３２】
次に、図２５、２６に示すように、マスク材３２をエッチングマスクとして使用し、ウェットエッチング法によりＡｌ下部電極３４を裏面からエッチングする。その結果、Ａｌ下部電極３４は、図に示すように、電気的に絶縁された左右二つの領域（下部電極３４、導電材３４´）に分離される。
【００３３】
最後に、図７、８に示すように、マスク材３２をフッ素系ガスを使用したドライエッチング法により選択的に除去し、薄膜圧電共振器の主要部が完成する。その後、第一の基板３１裏面に第二の基板３９の表面を貼り合わせ、薄膜圧電共振器上部にシーリングを介して第三の基板を設けることにより薄膜圧電共振器のパッケージを形成することで本発明の薄膜圧電共振器が完成する。
【００３４】
以上のプロセスにより作成した薄膜圧電共振器の共振特性を、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて評価した。その結果、共振周波数がおよそ１．９ＧＨｚ、電気機械結合定数は６．６％、共振のＱ値は１０５０、反共振のＱ値は７５０と極めて良好な共振特性を示した。また、スプリアス振動もほとんど観測されず、共振器構造の破断に伴う不良は発生しなかった。
【００３５】
本実施例では基板はシリコン基板としたが、ポリイミド基板等、樹脂製の基板を用いても良い。ただし、水分の浸透や透過性に関しては十分注意をはらう必要がある。
【００３６】
また、本実施例において第一の基板３１の厚さを２００μｍとしているが、その理由を以下に示す。通常のシリコン基板厚である４００〜６００μｍをＲＩＥでエッチングすると、途中でオーバーハングやノッチ（エッチングに用いるマスクからの寸法差）が出る。そればかりでなく、エッチング時間も増加し、製造上大きな問題となる。そこで、基板の厚さを２００μｍ以下とするとこれらの問題が激減することを発明者らの鋭意研究により見出した。この根拠としては、実用的なエッチングレートとして５μm以上を維持するとオーバーハングやノッチ量として深さ方向に対して1%以下に制御するのは難しく、裏面空洞の位置ずれは寄生容量を薄膜共振素子に作りつけてしまうために3μm以下とする必要があるが、これらの関係を満たすためにはマージンを考慮して200μm以下にする必要があるためである。
【実施例２】
【００３７】
次に本発明の実施例２である薄膜圧電共振器について、図２７、２８を用いて説明する。図２７は本発明の実施例２である薄膜圧電共振器の平面図、図２８はそのＡ−Ａ断面図である。
【００３８】
実施例２の薄膜圧電共振器の構造の実施例１の薄膜圧電共振器の構造と異なる点は、下部電極５４が導電材５４´と分断される部分においても、圧電体膜５５が一平面形状となっていることである。実施例１においては、下部電極３４が導電材３４´と分断される部分において圧電体膜３５の形状が一平面形状にならず屈曲した構造となってしまうため、屈曲した部分において圧電体膜を構成するＡｌＮ等の結晶が不連続となってしまい、若干のスプリアス振動、Ｑ値低下が発生してしまう可能性があるが、本実施例ではその可能性がほとんど無くなる。それ以外については、実施例１の薄膜圧電共振器の構造とほぼ同一であるため、説明を省略する。
【００３９】
次に、本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法について、図２９ないし４４を用いて説明する。
【００４０】
図２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１、４３に本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法の工程平面図を、図３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４に図２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１、４３のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【００４１】
まず、図２９、３０に示すように、基板５１全面に熱酸化膜５２を１００ｎｍ形成した後、リソグラフィーおよびドライエッチング法により酸化膜５２のパターニングを行う。そしてパターニングした熱酸化膜５２全面にＣＶＤ法により多結晶Ｓｉ膜を堆積し、熱酸化膜５２の開口部を埋め込む。さらに、ＣＭＰ法により多結晶Ｓｉ膜を平坦化、熱酸化膜５２が露出するまで研磨する。このようにして図３０に示す表面形状が得られる。
【００４２】
次に、図３１、３２に示すように、Ｍｏ等からなる導電材料を４００ｎｍＲＦマグネトロンスパッタ法により成膜し、リソグラフィーおよびドライエッチング法によりパターニングを行い、中継電極５３を形成する。ここでも、中継電極５３のエッジのテーパ形状が傾斜形状になるように加工条件を設定している。
【００４３】
さらに、図３３、３４に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６を２０ｎｍ、結晶質Ａｌを３００ｎｍ、ＡｌＮを２３００ｎｍ成膜する。これら非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮの成膜は、途中で基板を大気に晒すことなく連続で行う。
【００４４】
次に、図３５、３６に示すように、リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮのパターニングを行い、下部電極５４及び圧電体膜５５の加工を行う。この際、圧電体膜５５だけでなく、下部電極５４を構成する結晶質Ａｌ、非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６も全て一括で加工を行っている。
【００４５】
次に、図３７、３８に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ程度の厚さに成膜し、その後リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングを行うことにより、上部電極５６を形成する。この際、上部電極５６の端部が圧電体膜５５上に存在するように上部電極５６のパターニングを行う。
【００４６】
上部電極５６のパターニング後、図３９、４０に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌ等を１μｍ程度成膜し、リフトオフ法を用いてパターニングを行うことによって配線５７ａ、５７ｂを形成する。
【００４７】
その後、図４１、４２に示すように、基板５１表面を樹脂、あるいはレジストで保護した後、厚さが２００μｍ以下となるまで基板５１の研磨を行い、その後にリソグラフィーおよびドライエッチング法を用いて基板５１を裏面から開口し、キャビティ５８を形成する。基板５１の開口は、ＳＦ６とＣ４Ｆ８を交互に供給しながら基板を垂直にエッチングする、いわゆるＢＯＳＣＨプロセスを用いている。ＢＯＳＣＨプロセスでは、基板５１のみ選択的にエッチングされ、マスク材５２や下部電極５４は露出してもエッチングされない。基板５１をエッチングした後、下部電極５４の一部を構成するＡｌ０．４Ｔａ０．６非晶質金属層を除去するために、フッ化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。  この際、マスク材５２もエッチングされるが、非晶質金属層に比べて膜厚が厚いので、多少膜厚が薄くなってもこの後のプロセスには影響しない。
【００４８】
次に、図４３、４４に示すように、マスク材５２をエッチングマスクとして使用し、ウェットエッチング法により下部電極５４を裏面からエッチングする。その結果、下部電極５４は、図に示すように、電気的に絶縁された左右二つの領域（下部電極５４、導電材５４´）に分離される。
【００４９】
次に、図６−Ｉに示すように、マスク材３２をエッチングマスクとして使用し、ウェットエッチング法によりＡｌ下部電極６４を裏面からエッチングした。その結果、Ａｌ下部電極６４は、平面図に示すように、電気的に絶縁された左右二つの領域（６４Ａ、６４Ｂ）に分離される。
【００５０】
最後に、図２７、２８に示すように、マスク材５２をフッ素系ガスを使用したドライエッチング法により選択的に除去し、薄膜圧電共振器の主要部が完成する。その後、実施例１と同様に薄膜圧電共振器のパッケージを形成することで本発明の薄膜圧電共振器が完成する。
【００５１】
以上のプロセスにより作成した薄膜圧電共振器の共振特性を、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて評価した。その結果、共振周波数がおよそ１．９ＧＨｚ、電気機械結合定数は６．６％、共振のＱ値は１０５０、反共振のＱ値は８５０と極めて良好な共振特性を示した。また、スプリアス振動もほとんど観測されず、共振器構造の破断に伴う不良は発生しなかった。また、パッケージング後の信頼性試験においても、中空構造の破断は全く見られなかった。
【実施例３】
【００５２】
次に本発明の実施例３である薄膜圧電共振器について、図４５を用いて説明する。図４５は本発明の実施例３である薄膜圧電共振器の断面図である。
【００５３】
実施例３の薄膜圧電共振器の構造の、実施例１の薄膜圧電共振器の構造と異なる点は、キャビティ形状が実施例１では、基板を貫通する孔形状であるのに対し、本実施例では基板表面に形成された溝形状であることである。それ以外については、実施例１の薄膜圧電共振器の構造とほぼ同一であるため、説明を省略する。
【００５４】
次に、本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法について、図４５ないし５４を用いて説明する。
【００５５】
図４５ないし５４に本実施例の薄膜圧電共振器の製造方法の工程断面図をそれぞれ示す。
【００５６】
まず、図４６に示すように、基板６１表面をＫＯＨ等のエッチャントによるリセスエッチングを行うことにより、溝を形成する。その後、Ｍｏ等の材料を溝中に埋め込むことで犠牲層６０を形成する。犠牲層６０は図４７に示すように、溝に埋め込まずに基板６１表面に形成しても構わない。本実施例では図４６の構造を用いて説明する。
【００５７】
犠牲層６０形成後、図４８に示すように、ＳｉＯ2をスパッタ法により５０ｎｍ形成し、次に、リソグラフィーおよびドライエッチング法によるパターニングを施すことで酸化膜６２を形成する。
【００５８】
次に、図４９に示すように、Ｍｏ等の薄膜を４００ｎｍＲＦマグネトロンスパッタ法により成膜した後、リソグラフィーおよびドライエッチング法によりパターニングを行うことで中継電極６３を形成する。ここでも、実施例１、２と同様、中継電極６３のエッジのテーパ形状が緩やかになるように加工条件を設定している。
【００５９】
さらに、図５０に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６を２０ｎｍ、結晶質Ａｌを３００ｎｍ、ＡｌＮ６５を２３００ｎｍそれぞれ成膜する。これら非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮの成膜は、途中で基板を大気に晒すことなく連続で行う。
【００６０】
次に、図５１に示すように、リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６、結晶質Ａｌ、ＡｌＮのパターニングを行い、下部電極６４及び圧電体膜６５の加工を行う。この際、圧電体膜６５だけでなく、下部電極６４を構成する結晶質Ａｌ、非晶質金属Ａｌ０．４Ｔａ０．６も全て一括で加工を行っている。
【００６１】
次に、図５２に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ程度の厚さに成膜し、その後リソグラフィーおよび塩化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングを行うことにより、上部電極６６を形成する。この際、上部電極６６の端部が圧電体膜５５上に存在するように上部電極６６のパターニングを行う。
【００６２】
次に、図５３に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＡｌ等を１μｍ程度成膜し、リフトオフ法を用いてパターニングを行うことによって配線６７ａ、６７ｂを形成する。
【００６３】
次に、図５４に示すように、予め形成された犠牲層６０に通じるエッチングビア（図示せず）に過酸化水素水を注入することにより犠牲層６０を除去する。
【００６４】
次に、図５５に示すように、マスク材６２をエッチングマスクとして使用し、ウェットエッチング法により下部電極６４を裏面からエッチングする。その結果、下部電極６４は、図に示すように、電気的に絶縁された左右二つの領域（下部電極６４、導電材６４´）に分離される。
【００６５】
最後に、図４５に示すように、マスク材６２をフッ素系ガスを使用したドライエッチング法により選択的に除去し、薄膜圧電共振器の主要部が完成する。この際、前述のエッチングビアの大きさによってはマスク材を除去することが困難であるが、マスク材６２は薄ければ振動に与える影響が少ないので残しても構わないし、またＸｅＦ6を用いてより効率的に除去することも可能である。その後、薄膜圧電共振器上部にシーリングを介して別の基板を設けることにより薄膜圧電共振器のパッケージを形成することで本発明の薄膜圧電共振器が完成する。
【００６６】
以上のプロセスにより作成した薄膜圧電共振器の共振特性を、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて評価した。その結果、共振周波数がおよそ１．９ＧＨｚ、電気機械結合定数は６．６％、共振のＱ値は１０５０、反共振のＱ値は８５０と極めて良好な共振特性を示した。また、スプリアス振動もほとんど観測されず、共振器構造の破断に伴う不良は発生しなかった。また、パッケージング後の信頼性試験においても、中空構造の破断は全く見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の薄膜圧電共振器の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１とは別の従来の薄膜圧電共振器の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の概念を示す薄膜圧電共振器の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ断面図である。
【図１７】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図である。
【図１９】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ断面図である。
【図２１】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ断面図である。
【図２３】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図２４】図２３のＡ−Ａ断面図である。
【図２５】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図２６】図２５のＡ−Ａ断面図である。
【図２７】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の平面図である。
【図２８】図２７のＡ−Ａ断面図である。
【図２９】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図３０】図２９のＡ−Ａ断面図である。
【図３１】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図３２】図３１のＡ−Ａ断面図である。
【図３３】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図３４】図３３のＡ−Ａ断面図である。
【図３５】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図３６】図３５のＡ−Ａ断面図である。
【図３７】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図３８】図３７のＡ−Ａ断面図である。
【図３９】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図４０】図３９のＡ−Ａ断面図である。
【図４１】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図４２】図４１のＡ−Ａ断面図である。
【図４３】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程の平面図である。
【図４４】図４３のＡ−Ａ断面図である。
【図４５】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の断面図である。
【図４６】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図４７】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図４８】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図４９】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５０】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５１】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５２】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５３】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５４】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【図５５】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１、２１、５１、６１  …  基板
２、１２、２２、３４、５４、６４  …  下部電極
３、１３、２３、３５、５５、６５  …  圧電体膜
４、１４、２４、３６、５６、６６  …  上部電極
５、１５、２５、３８、５８、６８  …  キャビティ
１６  …  段差
３１  …  第一の基板
３９  …  第二の基板
３２、５２、６２  …  マスク材
３３、５３、６３  …  中継電極
３４´、５４´、６４´  …  導電材
３４ａ  …  下部配線端部
３７ａ、３７ｂ、５７ａ、５７ｂ、６７ａ、６７ｂ  …  配線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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