(57)【要約】      （修正有）【課題】量産性や小型化に優れたバルク弾性波共振器の製造方法を提供する。【解決手段】支持基板となるシリコン基板１を用意し、キャビティ部形成予定領域のシリコン基板表面の一部をエッチング除去して凹部を形成し、凹部内に犠牲層を充填し、表面を平坦化する。次に、シリコン基板表面に、下部電極膜４、圧電膜５および上部電極膜６を積層形成する。シリコン基板の裏面側から犠牲層に達する開口部７を形成する。その後、開口部を通して犠牲層を除去することで、キャビティ部８を形成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ部を備えたバルク弾性波共振器の製造方法において、
支持基板を用意する工程と、
該支持基板表面の前記キャビティ部形成予定領域に犠牲層を積層形成する工程と、
前記支持基板表面に、下部電極膜、圧電膜および上部電極膜を積層形成する工程と、
前記支持基板の裏面側から前記犠牲層に達し、該犠牲層の一部を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を通して前記犠牲層を除去することで、前記下部電極膜と、前記キャビティ部形成予定領域に残る前記支持基板との間に前記キャビティ部を形成する工程と、を含むことを特徴とするバルク弾性波共振器の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のバルク弾性波共振器の製造方法において、
前記支持基板を薄膜化した後、前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とするバルク弾性波共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルク弾性波共振器の製造方法に関し、特に量産に適した製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンの世界的な普及や、ウェアラブルやＩｏＴ（Internet of Things）と通称されるマイクロ波を用いた無線通信サービスの留まることのない旺盛な需要の拡大に伴い、限られた資源である電波（マイクロ波）を有効に利用するため、空間にあふれるマイクロ波の中から必要な周波数の電波を選択的に抽出することが求められている。例えば、現在、２．５ＧＨｚ帯以下の周波数帯だけでなく、３ＧＨｚ以上の高周波帯を利用するサービスも拡大しており、所定の周波数帯域の電波を選択的に抽出するため高周波フィルタが使用されている。この種の高周波フィルタでは、温度ドリフトがなく、急峻なスカート特性を有する等、高性能化が要求されている。
【０００３】
また、世界各地で使用されている周波数帯域に対応できるようにするため、１台のスマートフォンに１０個を超える高周波フィルタが搭載されるようになり、小型でフィルタ特性に優れていることから、高周波フィルタとしてＳＡＷ（表面弾性波）共振器が多用されている。
【０００４】
一方、ＳＡＷ共振器では３ＧＨｚ以上の高周波帯域や広い通過帯域を実現するには限界があり、高性能を要求されるフィルタにはバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器が使われるようになってきている。今後、３ＧＨｚ帯以上の高周波帯でも、使用される周波数帯域が込み合ってくるとの予測を踏まえると、バルク弾性波共振器の需要はさらに拡大することが期待される。
【０００５】
現在、圧電膜を上部電極膜と下部電極膜で挟んだ構造のバルク弾性波共振器として、下部電極膜の下に空気層（キャビティ部）を設けて音響反応器とする薄膜バルク弾性波共振器（FBAR：Film Bulk Acoustic Resonator）が、広く用いられている。このようなバルク弾性波共振器をラダー状に複数個接続することで所望のマイクロ波フィルタが構成されている。
【０００６】
ところで、下部電極膜の下にキャビティ部を形成する場合、以下のような方法が提案されている。
【０００７】
まず、第１の方法について説明する。支持基板となるシリコン基板１を用意し、キャビティ部形成予定領域のシリコン基板１表面の一部をエッチング除去して凹部２を形成する。その後、凹部２内に犠牲層３を充填する。この犠牲層３は、例えば犠牲層３としてリン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）を使用する場合には、凹部２内にＰＳＧを充填し、表面を平坦化した状態でエッチバックすることで充填することができる（図１０）。
【０００８】
次に、シリコン基板１表面に下部電極膜４、圧電膜５および上部電極膜６を積層し、それぞれ所望のパターニングを行う。その後、後述するキャビティ部を形成するため上部電極膜６、圧電膜５および下部電極膜４の一部をエッチング除去し、開口部７を形成し、開口部７の底面に犠牲層３の表面の一部を露出させる（図１１）。この開口部７の数や配置位置等は、次の工程で犠牲層３が除去できるように適宜設定されている。
【０００９】
開口部７を通してエッチング液を供給し犠牲層３を選択的に除去する。犠牲層３が除去された空間はキャビティ部８となり、バルク弾性波共振器が完成する（図１２）。（特許文献１、２）
【００１０】
この第１の方法によると、犠牲層３を除去する際ウエットエッチング法が採用されており、量産には適していなかった。ウエットエッチング法の代わりにドライエッチング法を採用することも可能であるが、全ての犠牲層３を除去するために要する時間が長くなり、エッチングガスに晒された電極膜が剥離する等の問題が発生してしまう。さらに本来共振器の共振部として機能する部分に開口部７を形成する構造となっているため、共振器としての特性劣化の原因になるという問題もあった。
【００１１】
次に第２の方法について説明する。上述の第１の方法はシリコン基板１表面に犠牲層３を形成したが、第２の方法は犠牲層の形成を必要としない。まず、シリコン基板１表面に下部電極膜４、圧電膜５および上部電極膜６を積層し、それぞれ所望のパターニングを行う（図１３）。
【００１２】
その後、シリコン基板１の裏面側からシリコン基板１の一部をエッチング除去して裏面側開口部９を形成する。この裏面側開口部９がキャビティ部となり、バルク弾性波共振器が完成する（図１４）。
【００１３】
この第２の方法により形成したバルク弾性波共振器は、シリコン基板１に大きな裏面側開口部９を形成するため、第１の方法により形成したバルク弾性波共振器と比較して強度が弱くなり、搬送や実装工程で破損等が発生してしまう。また、十分な強度を保つため裏面側開口部９の周囲に大きくシリコン基板１を残す必要があるため小型化が難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３８７８０３２号
【特許文献２】特許第３９６５０２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のバルク弾性波共振器の製造方法は、犠牲層を除去する方法が量産に適していないという問題があった。また共振器の振動部に開口部７を形成することになり、特性劣化の原因となっていた。さらにまたシリコン基板１の裏面側からシリコン基板１の一部を除去する方法は、大きな裏面側開口部９があるために搬送や実装工程で破損等が発生したり、小型化に向いていないという問題があった。本発明はこれらの問題点を解消し、量産性や小型化に優れたバルク弾性波共振器の製造方法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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、キャビティ部を備えたバルク弾性波共振器の製造方法において、支持基板を用意する工程と、該支持基板表面の前記キャビティ部形成予定領域に犠牲層を積層形成する工程と、前記支持基板表面に、下部電極膜、圧電膜および上部電極膜を積層形成する工程と、前記支持基板の裏面側から前記犠牲層に達し、該犠牲層の一部を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部を通して前記犠牲層を除去することで、前記下部電極膜と、前記キャビティ部形成予定領域に残る前記支持基板との間に前記キャビティ部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載のバルク弾性波共振器の製造方法において、前記支持基板を薄膜化した後、前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、キャビティ部を形成するため犠牲層を除去する際、支持基板の裏面側から開口部を形成して犠牲層を露出させる構造とするため、共振器の共振部として機能する部分に開口部を形成する必要がなくなり、共振器の特性劣化がなくなる。
【００１９】
また、支持基板の裏面側から犠牲層を露出し、犠牲層を除去することでキャビティ部を形成するため、開口部の大きさを従来より大きく設定することができ、犠牲層の除去を容易にすることができる。一方開口部の大きさは、従来の裏面側開口部より大幅に小さい開口面積とすることができ、破損等が生じない構造とすることが可能となる。さらに小型化の妨げとならない点でも効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図９】本発明の第３の実施例のバルク弾性波共振器の説明図である。
【図１０】第１の従来例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図１１】第１の従来例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図１２】第１の従来例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図１３】第２の従来例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【図１４】第２の従来例のバルク弾性波共振器の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、バルク弾性波共振器を簡便に形成することができる製造方法であり、特に、キャビティ部を簡便に形成することができる製造方法である。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施例について、その製造工程に従い詳細に説明する。まず、支持基板となるシリコン基板１を用意し、キャビティ部形成予定領域のシリコン基板１表面の一部をエッチング除去して凹部２を形成する。その後、凹部２内に犠牲層３を充填する。この凹部２への犠牲層３の充填は、例えば犠牲層３としてリン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）を使用する場合には、凹部２内にＰＳＧを十分に充填し、表面を平坦化した状態でエッチバックすることで行うことができ、図１に示すように表面が平坦化された犠牲層３を形成する。
【００２３】
次に、バルク弾性波共振器を構成する多層膜を形成する。この多層膜は、キャビティ部形成予定領域となる犠牲層３を覆い、シリコン基板１に達するように形成する。多層膜は一例として、モリブデン（Ｍｏ）からなる下部電極膜４、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜５、モリブデンなどからなる上部電極膜６をそれぞれ、例えばスパッタリング法とドライエッチング工程を組み合わせて積層形成する（図２）。
【００２４】
これら多層膜を構成する各膜の厚さは、バルク弾性波共振器として所望の特性が得られるように適宜設定される。
【００２５】
その後、ドライエッチング法によりシリコン基板１裏面側から開口部７を形成する（図３）。ここで開口部７は、共振器の共振部として機能する下部電極膜４の大部分を露出するような大きな開口（図１４の裏面側開口部９に相当）とする必要はない。またこの開口部７は、バルク弾性波共振器の共振部に形成した開口（図１１の開口部７に相当）と比較して、開口面積を大きくし、あるいは設置する数を増やしても問題ない。一例として、バルク弾性波共振器の共振部の面積が０．０１９ｍｍ2（共振部が正方形と仮定した場合、１辺が１４０μｍ）の場合、円形で直径が３０μｍ程度の開口部７を５０μｍ程度のピッチで配置すると、後述する犠牲層３の除去が容易となる。なお、必要に応じて、シリコン基板１の厚さを１００μｍ程度に薄くすると、開口部７を容易に形成することができる。
【００２６】
その後、開口部７を通してエッチング液あるいはエッチン種を供給し、犠牲層３を選択的に除去する。犠牲層３が除去された空間はキャビティ部８となり、バルク弾性波共振器が完成する（図４）。
【００２７】
このようにシリコン基板１に開口部７を形成する構成とすると、シリコン基板１の一部が残り、従来例の第２の方法として説明したようなシリコン基板１に大きな裏面側開口部９を形成する構造と比較して、機械的強度が増し、実装時等の破損がなくなる。同様に、小型化を図ることも可能となる。
【実施例２】
【００２８】
次に第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、犠牲層３をシリコン基板１に形成した凹部２内に充填する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものはない。例えば、図５に示すように支持基板となるシリコン基板１上のキャビティ部形成予定領域にシリコン窒化膜からなる犠牲層３を堆積させる。その後全面に絶縁膜１０を形成し、先に形成した犠牲層３の段差を被覆し、表面を平坦化する（図５）。
【００２９】
以下、上記第１の実施例同様、バルク弾性波共振器を構成する多層膜を形成する。この多層膜は、キャビティ部形成予定領域となる犠牲層３上を覆い、絶縁膜１０に達するように形成する。多層膜は一例として、モリブデン（Ｍｏ）からなる下部電極膜４、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜５、最後にモリブデンなどからなる上部電極膜６をそれぞれ、例えばスパッタリング法とドライエッチング工程を組み合わせて積層形成する（図６）。
【００３０】
これら多層膜を構成する各膜の厚さは、バルク弾性波共振器として所望の特性が得られるように適宜設定される。
【００３１】
その後、ドライエッチング法によりシリコン基板１裏面側から開口部７を形成する（図７）。ここで開口部７は、共振器の共振部として機能する下部電極膜４の大部分を露出するような大きな開口（図１４の裏面側開口部９に相当）とする必要はない。またこの開口部７は、バルク弾性波共振器の共振部に形成した開口（図１１の開口部７に相当）と比較して、開口面積を大きくし、あるいは設置する数を増やしても問題ない。一例として、バルク弾性波共振器の共振部の面積が０．０１９ｍｍ2（共振部が正方形と仮定した場合、１辺が１４０μｍ）の場合、円形で直径が３０μｍ程度の開口部７を５０μｍ程度のピッチで配置すると、後述する犠牲層３の除去が容易となる。なお、必要に応じて、シリコン基板１の厚さを１００μｍ程度に薄くすると、開口部７を容易に形成することができる。
【００３２】
その後、開口部７を通してエッチング液あるいはエッチン種を供給し、犠牲層３を選択的に除去する。犠牲層３が除去された空間はキャビティ部８となり、バルク弾性波共振器が完成する（図８）。
【００３３】
以上のように、犠牲層３の形成方法が異なる場合でも、キャビティ部の下にシリコン基板１の一部が残り、従来例の第２の方法として説明したようなシリコン基板１に大きな裏面側開口部９を形成する構造と比較して、機械的強度が増し、実装時等の破損がなくなる。同様に、小型化を図ることも可能となる。
【実施例３】
【００３４】
次に第３の実施例について説明する。上記第１の実施例、第２の実施例において、シリコン基板１の厚さを薄くした後に開口部７を形成する方が、深い開口部７を形成する必要がなくなり簡便な方法となる。一方、支持基板であるシリコン基板１の厚さを薄くすると機械的強度が劣ることになる。そこで、キャビティ部８を形成したシリコン基板１の裏面側に補強用基板１１を貼り付けることも可能である。図９は、上記第２の実施例で説明したバルク弾性波共振器に補強用基板１１を貼り付けた例を示している。特にシリコン基板１の厚さを３０μｍ程度まで薄膜化する場合には、補強用基板１１を貼り付けるのが好ましい。
【００３５】
以上説明したように本発明によれば、ドライエッチング法により犠牲層３を支持基板の裏面側に設けた開口部を通して選択除去することができ、量産性に優れた製造方法となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。具体的には、圧電膜として窒化アルミニウムに限定されるものでなく、窒化スカンジウムアルミニウム（Ａｌ1-xＳｃxＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）も利用することが可能である。また、上部電極膜あるいは下部電極膜は、モリブデン（Ｍｏ）の代わりに、プラチナ（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属薄膜で形成することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１：シリコン基板、２：凹部、３：犠牲層、４：下部電極膜、５：圧電膜、６：上部電極膜、７：開口部、８：キャビティ部、９：裏面側開口部、１０：絶縁膜、１１：補強用基板
【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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