(57)【要約】【課題】結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようにする。【解決手段】音響多層膜１１０の最上層の低音響インピーダンス層１０５の上に、例えば、シリコンからなる基板２０１が貼り付けられた状態とした後、剥離層１０２の部分より、絶縁性基板１０１を剥離し、基板２０１の上に、音響多層膜１１０，電極膜１０４，圧電薄膜１０３がこの順に積層され、圧電薄膜１０３の表面（電極膜１０４形成面と反対側）が露出した状態とする。金からなる剥離層１０２を、ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，水，エタノールからなるエッチング液を用いて選択的に溶解することで、絶縁性基板１０１を剥離することが可能である。【選択図】  図２
2006109129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上に剥離層が形成された状態とする第１工程と、
前記剥離層の上に所定の圧電材料からなる圧電薄膜が形成された状態とする第２工程と、
前記圧電薄膜の上に第１電極膜が形成された状態とする第３工程と、
音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜が、前記第１電極膜の上に形成された状態とする第４工程と、
前記音響多層膜の上に第２基板が貼り付けられた状態とする第５工程と、
前記剥離層の部分より前記第１基板を前記圧電薄膜より剥離して前記圧電薄膜の表面が露出した状態とする第６工程と、
露出した前記圧電薄膜の表面に第２電極膜が形成された状態とする第７工程と
を少なくとも備えることを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の圧電薄膜素子の製造方法において、
前記剥離層は、金属から構成され、
前記剥離層を選択的に溶解することで、前記第１基板を前記圧電薄膜より剥離する
ことを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の圧電薄膜素子の製造方法において、
前記第１基板は、結晶性を有する材料から構成され、
前記剥離層は、多結晶状態とされた前記圧電材料から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の圧電薄膜素子の製造方法において、
前記第１基板は、水晶及びＺｎＯ結晶の少なくとも１つから構成され、
前記圧電材料は、ＺｎＯである
ことを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に音響多層膜を介して設けられた圧電薄膜を備えた圧電薄膜素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、コンピュータや通信機器などの電子機器は、振動子より得られる規則的な信号（高周波信号）に基づいて処理が行われている。また、これらの電子機器においては、振動子の厚み振動を利用した周波数フィルターにも用いられている。このように電子機器に利用されている振動子（圧電振動子）には、従来より水晶などの圧電材料からなる圧電板が用いられており、基本共振周波数を高くするためには、圧電板を薄くすればよい。例えば、板厚を３０〜４０μｍ程度とすることで、５０ＭＨｚ程度の共振周波数が得られている。
【０００３】
しかしながら、これ以上のより高い基本共振周波数を得るためには、板厚をより薄くすることになるが、板厚が薄いほど機械加工が困難となり、また、実用的な機械強度が得られない。これに対し、基板の上に音響多層膜を介してλ／２の厚さを有する圧電薄膜を設けた、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型の圧電薄膜振動子が開発されている（非特許文献１）。
【０００４】
近年、通信システムの超高周波帯への移行が進められているなかで、上記圧電薄膜振動子は、超高周波帯で安定に動作させることが可能な超高周波用弾性波素子として注目されている。ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子は、基板の上に音響インピーダンスの異なる２種類の薄膜（λ／４）を交互に積層した音響多層膜の上に、λ／２の厚さの圧電薄膜を形成したものである。
【０００５】
この構成によれば、圧電薄膜は、音響多層膜により基板から音響的に切り離され、Ｑ値の高い共振を得ることが可能になる。また、圧電薄膜の下面全域が音響多層膜により固定されているので、安定した動作が可能となる。
また、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子に、ＳｉＯ2の薄膜を付加して温度特性を改善する技術が提案されている（非特許文献２）。
また、新たな膜を付加することなく、温度特性を改善する技術も提案されている。
【０００６】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】K.M.Lakin,et al. "Development of Miniature  Filters for Wireless Applications",IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Vol.43,No.12,p2933,December 1995.
【非特許文献２】K.M.Lakin,et al."Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator",IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2,October 24,2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子の製造では、基板の上に形成されている音響多層膜の上に、圧電材料の薄膜を結晶成長させるため、下層の状態により圧電薄膜の結晶性がよくできないという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法は、第１基板の上に剥離層が形成された状態とする第１工程と、剥離層の上に所定の圧電材料からなる圧電薄膜が形成された状態とする第２工程と、圧電薄膜の上に第１電極膜が形成された状態とする第３工程と、音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜が、第１電極膜の上に形成された状態とする第４工程と、音響多層膜の上に第２基板が貼り付けられた状態とする第５工程と、剥離層の部分より第１基板を圧電薄膜より剥離して圧電薄膜の表面が露出した状態とする第６工程と、露出した圧電薄膜の表面に第２電極膜が形成された状態とする第７工程とを少なくとも備えるものである。
従って、圧電薄膜の結晶性は、第１基板もしくは剥離層の状態に影響されるので、音響多層膜の上に形成する場合に比較して、結晶性の制御が容易となる。
【０００９】
上記圧電薄膜素子の製造方法において、剥離層を金属から構成し、剥離層を選択的に溶解することで、第１基板を圧電薄膜より剥離するようにしてもよい。また、上記圧電薄膜素子の製造方法において、第１基板は、結晶性を有する材料から構成され、剥離層は、多結晶状態とされた圧電材料から構成されているようにしてもよい。この場合、第１基板は、水晶及びＺｎＯ結晶の少なくとも１つから構成され、圧電材料は、ＺｎＯであるようにすることで、より結晶性のよう状態で圧電薄膜が形成できるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、基板の上に圧電薄膜が形成された後、この上に音響多層膜を形成するようにしたので、圧電薄膜の結晶性は、第１基板もしくは剥離層の状態に影響されるようになり、音響多層膜の上に形成する場合に比較して結晶性の制御が容易となるので、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１，２は、本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどから構成された絶縁性基板１０１の上に、例えば金とチタンとからなる剥離層１０２が形成された状態とする。剥離層１０２は、膜厚０．０１μｍ程度のチタン膜と、この上層の膜厚０．１〜０．２μｍ程度の金膜との積層膜である。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、剥離層１０２の上に、ＺｎＯからなる膜厚７００ｎｍ程度の圧電薄膜１０３が形成された状態とする。圧電薄膜１０３は、剥離層１０２を構成している金膜に接して形成される。圧電薄膜１０３の膜厚は、単独の状態とした場合の圧電薄膜１０３の共振周波数Ｆ0の音波が単独の圧電薄膜１０３を伝搬するときの波長λの半分としたものであればよい。
【００１３】
圧電薄膜１０３は、例えば、ＺｎＯの焼結体からなるターゲットを用いたスパッタ法やＥＢ蒸着法及びパルスレーザ蒸着法により形成できる。絶縁性基板１０１の結晶の状態にかかわらず、結晶性を有する金属からなる剥離層１０２の上であれば、上述した気相成長法により、配向性のよいＺｎＯからなる圧電薄膜１０３が形成可能である。
【００１４】
次に、図１（ｃ）に示すように、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜１０４が、圧電薄膜１０３の上に形成された状態とする。次に、図１（ｄ）に示すように、電極膜１０４の上に、例えばＳｉＯ2（非晶質）からなる膜厚０．４６μｍ程度の低音響インピーダンス層１０５が形成された状態とする。低音響インピーダンス層１０５は、λ／４の厚さであればよい。
【００１５】
次に、図１（ｅ）に示すように、低音響インピーダンス層１０５の上に、例えば、アモルファス状態のＺｎＯからなる膜厚０．４１μｍ程度の高音響インピーダンス層１０６が形成された状態とする。高音響インピーダンス層１０６は、λ／４の厚さであればよい。引き続いて、低音響インピーダンス層１０５，高音響インピーダンス層１０６の順にこれらを所定数積層し、図１（ｆ）に示すように、電極膜１０４の上に、音響インピーダンスが異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜１１０が形成された状態とする。
【００１６】
次に、図２（ｇ）に示すように、音響多層膜１１０の最上層の低音響インピーダンス層１０５の上に、例えば、シリコンからなる基板２０１が貼り付けられた状態とする。例えば、接合させる界面にＨ2Ｏ分子が付着した状態とした後、加熱圧接することで界面に酸化シリコンの層が形成された状態とすれば、上述した貼り付けが可能である。加熱圧接により形成された酸化シリコンの層との原子間接合により、基板２０１と低音響インピーダンス層１０５（音響多層膜１１０）とが貼り付けられた状態となる。
【００１７】
次に、剥離層１０２の部分より、絶縁性基板１０１を剥離し、図２（ｈ）に示すように、基板２０１の上に、音響多層膜１１０，電極膜１０４，圧電薄膜１０３がこの順に積層され、圧電薄膜１０３の表面（電極膜１０４形成面と反対側）が露出した状態とする。ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，水，エタノールからなるエッチング液を用いて選択的に剥離層１０２を溶解することで、絶縁性基板１０１を剥離することが可能である。
【００１８】
次に、図２（ｉ）に示すように、露出させた圧電薄膜１０３の上に、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜２０２が形成された状態とすれば、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が得られる。圧電薄膜１０３の厚さを７００ｎｍ程度とした図１に示す圧電薄膜素子は、共振周波数が３ＧＨｚ程度となる。
【００１９】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、圧電薄膜１０３は、音響多層膜１１０を形成する前に、絶縁性基板１０１の上に形成されるので、従来のように音響多層膜の上に形成される場合に比較し、結晶性のよい状態で形成することが容易に可能となる。この結果、本実施の形態によれば、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになる。
【００２０】
次に、発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法について説明する。例を説明するための工程図である。まず、図３（ａ）に示すように、酸化アルミニウムから構成された結晶基板３０１の上に、ＺｎＯからなる膜厚０．０２〜０．０５μｍ程度の剥離層３０２が形成された状態とする。剥離層３０２は、例えばアモルファス状態など非結晶な状態のＺｎＯから構成されていればよい。
【００２１】
なお、結晶基板３０１は、ＡＴカット水晶基板やＺｎＯ結晶基板などの、形成しようとする圧電薄膜の格子定数にほぼ等しい格子定数の結晶基板を用いるようにしてもよい。これらの結晶基板を用いることで、より結晶性のよい状態で、圧電薄膜を結晶成長させることが可能となる。
【００２２】
引き続いて、結晶成長条件でＺｎＯを堆積することで、図３（ｂ）に示すように、剥離層３０２の上に、ＺｎＯからなる膜厚７００ｎｍ程度の圧電薄膜３０３が形成された状態とする。圧電薄膜３０３の膜厚は、単独の状態とした場合の圧電薄膜３０３の共振周波数Ｆ0の音波が単独の圧電薄膜３０３を伝搬するときの波長λの半分としたものであればよい。
【００２３】
ここで、剥離層３０２の形成及び圧電薄膜３０３の形成について説明する。
まず、剥離層３０２及び圧電薄膜３０３は、例えば、亜鉛アセチルアセトナートなどの有機亜鉛化合物と酸素ガスとを原料ガスとし、処理容器内を０．０４５Ｔｏｒｒ以下とした有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成できる。この中で、剥離層３０２の形成では、基板温度を２００℃程度の低温状態とし、圧電薄膜３０３の形成では、基板温度２７５℃程度の高オン状態とすればよい。基板温度を低温の状態として結晶成長し難い条件とすることで、剥離層３０２が形成できる。
【００２４】
また、剥離層３０２が非晶質の状態であっても、０．０２〜０．０５μｍと薄いため、この上に形成される圧電薄膜３０３は、結晶性を有する結晶基板３０１の状態が反映され、結晶基板３０１の上に直接形成した場合と同様に、配向性のよい状態に形成される。同様に、分子線エピタキシーなどにより、各々条件を変更して剥離層３０２及び圧電薄膜３０３が形成された状態としてもよい。
【００２５】
また、亜鉛リッチな多結晶状態のＺｎＯから剥離層３０２を構成することで、基板の状態によらず、剥離層３０２の上に高配向した結晶性のよい圧電薄膜３０３が形成できる。例えば、低温（５５０℃）の条件とした分子線エピタキシー法で、膜厚１０〜１００ｎｍ程度に亜鉛リッチなＺｎＯからなる層を形成し、これを高温（６５０℃）・２〜６０分間加熱することで、亜鉛リッチな多結晶状態の剥離層３０２が形成できる。このようにして形成した剥離層３０２の上に、スパッタ法やＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯを結晶成長させれば、高配向した圧電薄膜３０３が得られる。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜３０４が、圧電薄膜３０３の上に形成された状態とする。次に、図３（ｄ）に示すように、電極膜３０４の上に、例えばＳｉＯ2（非晶質）からなる膜厚０．４６μｍ程度の低音響インピーダンス層３０５が形成された状態とする。低音響インピーダンス層３０５は、λ／４の厚さであればよい。
【００２７】
次に、図３（ｅ）に示すように、低音響インピーダンス層３０５の上に、例えば、アモルファス状態のＺｎＯからなる膜厚０．４１μｍ程度の高音響インピーダンス層３０６が形成された状態とする。高音響インピーダンス層３０６は、λ／４の厚さであればよい。引き続いて、低音響インピーダンス層３０５，高音響インピーダンス層３０６の順にこれらを所定数積層し、図３（ｆ）に示すように、電極膜３０４の上に、音響インピーダンスが異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜３１０が形成された状態とする。
【００２８】
次に、図４（ｇ）に示すように、音響多層膜３１０の最上層の低音響インピーダンス層３０５の上に、例えば、シリコンからなる基板４０１が貼り付けられた状態とする。例えば、接合させる界面にＨ2Ｏ分子が付着した状態とした後、加熱圧接することで界面に酸化シリコンの層が形成された状態とすれば、上述した貼り付けが可能である。加熱圧接により形成された酸化シリコンの層との原子間接合により、基板４０１と低音響インピーダンス層３０５（音響多層膜３１０）とが貼り付けられた状態となる。
【００２９】
次に、剥離層３０２の部分より、結晶基板３０１を剥離し、図４（ｈ）に示すように、基板４０１の上に、音響多層膜３１０，電極膜３０４，圧電薄膜３０３がこの順に積層され、圧電薄膜３０３の表面（電極膜３０４形成面と反対側）が露出した状態とする。例えば、熱衝撃を加えることで、剥離層３０２の部分より、結晶基板３０１を剥離することができる。
【００３０】
次に、図４（ｉ）に示すように、露出させた圧電薄膜３０３の上に、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜４０２が形成された状態とすれば、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が得られる。圧電薄膜３０３の厚さを７００ｎｍ程度とした図３に示す圧電薄膜素子は、共振周波数が３ＧＨｚ程度となる。
【００３１】
以上に説明したように、図３，４により説明した方法によっても、圧電薄膜３０３は、音響多層膜３１０を形成する前に、結晶基板３０１の上に形成されるので、従来のように音響多層膜の上に形成される場合に比較し、結晶性のよい状態で形成することが容易に可能となる。この結果、本実施の形態によれば、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになる。
【００３２】
なお、上述では、圧電薄膜は、ＺｎＯから構成するようにしたが、これに限るものではない。圧電薄膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），硫化カドミウム（ＣｄＳ），ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3の固溶体），水晶，ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）などから構成してもよい。
【００３３】
また、高音響インピーダンス層はＺｎＯから構成し、低音響インピーダンス層はＳｉＯ2から構成したが、これに限るものではない。圧電材料と異なる符号の遅延時間温度係数（ＴＣＤ）を有する材料を低音響インピーダンス層に用い、これより音響インピーダンスの高い材料を高音響インピーダンス層に用いても同様である。例えば、圧電材料にＡｌＮを用いる場合、低音響インピーダンス層にはＳｉＯ2を用い、高音響インピーダンス層にはＡｌＮを用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法例を説明するための工程図である。
【図４】本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０１…絶縁性基板、１０２…剥離層、１０３…圧電薄膜、１０４…電極膜、１０５…低音響インピーダンス層、１０６…高音響インピーダンス層、１１０…音響多層膜、２０１…基板、２０２…電極膜。
【図１】
2006109129.tif 000003
【図２】
2006109129.tif 000004
【図３】
2006109129.tif 000005
【図４】
2006109129.tif 000006