(57)【要約】【課題】圧電体膜の亀裂及び破断の発生を抑えることが可能な薄膜圧電共振器及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１と、この基板１上に形成され、環状構造の支持体３と、この支持体３上に形成され、支持体３で囲まれた空洞部１２を覆う支持層５と、この支持体３と支持層５との間に形成され、空洞部１２の内部に向かって延伸する支持体延伸部４と、空洞部１２の支持層５部分上に形成された下部電極６、圧電体膜７、及び上部電極８からなる圧電体共振部９とを有している。【選択図】  図２
2008236671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された環状構造の支持体と、
前記支持体上に形成され、前記支持体で囲まれた空洞部を覆う支持層と、
前記支持体と前記支持層との間に形成され、前記空洞部の内部に向かって延伸する支持体延伸部と、
前記空洞部上の前記支持層部分上に形成された下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部と、
を有していることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記支持体延伸部は、前記基板側より前記支持層側の方が前記支持体から前記空洞部内への延伸距離が長い形状を有していることを特徴とする請求項１記載の薄膜圧電共振器
【請求項３】
前記空洞部上に位置する前記下部電極の端部の下方に、前記支持体延伸部が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
前記下部電極の端部が前記支持層及び前記支持体延伸部の一部と共にテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項５】
前記圧電体共振部は、一部を除き前記空洞部が占める平面領域内で、且つ前記支持体延伸部の存在しない領域に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項６】
前記支持体と前記支持層は、同じ高抵抗の半導体材料もしくは絶縁体材料からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項７】
基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の途中までエッチングし、前記犠牲層に支持体延伸部を形成するための環状構造のリセスを形成する工程と、
前記リセスの環状構造に沿って前記リセス底部の前記犠牲層の一部を前記基板に達するまでエッチングし、前記犠牲層に支持体を形成するための環状構造のトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ及び前記リセス内にそれぞれ環状構造の支持体及び環状構造の支持体延伸部を形成する工程と、
前記犠牲層及び前記支持体延伸部上に支持層を形成する工程と、
前記支持体で環状に囲まれた前記犠牲層上方の前記支持層部分の上に下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部を形成する工程と、
前記基板、前記支持体、前記支持体延伸部、及び前記支持層で囲まれた前記犠牲層を除去し、空洞部を形成する工程と、
を有していることを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
【請求項８】
基板上に第１の犠牲層を形成する工程と、
前記基板に達するまで前記第１の犠牲層をエッチングし、前記第１の犠牲層に支持体を形成するための環状構造のトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に環状構造の支持体を形成する工程と、
前記支持体と前記第１の犠牲層の上に第２の犠牲層を形成する工程と、
環状構造の前記支持体に沿って前記支持体が露出するまで前記第２の犠牲層をエッチングし、前記支持体よりも幅広の底部を有する環状構造のリセスを前記第２の犠牲層に形成する工程と、
前記リセス内に環状構造の支持体延伸部を形成する工程と、
前記第２の犠牲層及び前記支持体延伸部上に支持層を形成する工程と、
前記支持体で環状に囲まれた前記第１の犠牲層上方の前記支持層部分の上に下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部を形成する工程と、
前記基板、前記支持体、前記支持体延伸部、及び前記支持層で囲まれた前記第１及び第２の犠牲層を除去し、空洞部を形成する工程と、
を有している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、空洞部を有する薄膜圧電共振器及びその製造方法に係わり、特に、予め空洞部を形成する部分に犠牲層を埋め込み、この犠牲層を後に除去することにより空洞部が形成される薄膜圧電共振器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速化及び多機能化が進む移動無線機器では、半導体素子の高周波動作、小型化及び省電力化の要求が強い。特に、複数の帯域での送受信を行うデュプレクサあるいは高周波フィルターは、パワーアンプや低雑音増幅器（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などと一体化して使用されるようになっており、これらに用いられる半導体素子には、高周波化及び小型化が求められる。
【０００３】
このような半導体素子として、従来、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）デバイスが用いられてきたが、ＳＡＷデバイスは、基板表面上に形成する櫛形電極の周期により共振周波数が決定されるため、半導体プロセスの精度の限界から、２ＧＨｚ以上の動作は困難とされてきた。これに対し、薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）は、圧電体膜の膜厚で共振器を形成するために、より高い共振周波数が期待できる。このため、薄膜圧電共振器を用いたフィルターやデュプレクサが注目されている。
【０００４】
薄膜圧電共振器は、圧電体膜を上下の電極で挟んだ単純なキャパシタを空洞部中に保持した構造を有しており、一例として特許文献１に示される。
【０００５】
この薄膜圧電共振器は、以下のように形成される。まず、基板の上に酸化膜を形成し、ここの酸化膜上に犠牲層を形成した後、この犠牲層にトレンチを形成して酸化膜からなる支持体を埋め込み形成する。次に、犠牲層上の所望の領域に所定パターンの下部電極を形成し、この下部電極を完全に覆うようにして圧電体膜を形成し、この圧電体膜の上に所定パターンの上部電極を形成することにより、圧電体共振部を形成する。この後、圧電体膜、支持体、及び酸化膜で囲まれた犠牲層に通じるエッチングビアを形成して、このエッチングビアを通じて、この犠牲層をエッチングすることにより、圧電体膜、支持体、酸化膜で囲まれた空洞部を形成する。この結果、支持体で支持された圧電体膜により、圧電体共振部が空洞部上に保持された構造の薄膜圧電共振器が形成される。
【０００６】
しかし、上記のような薄膜圧電共振器では、圧電体共振部は圧電体膜により支持され、且つ支持体と圧電体膜の接合部において支持体に支持された状態となっている。そのため、例えばウエットエッチングを用いて、エッチングビアからエッチング液を注入して、予め犠牲層として空洞部に埋め込まれていた半導体膜をエッチング除去して空洞部を形成する場合、以下のような不具合が発生する。
【０００７】
空洞部に犠牲層がある状態で圧電体膜が成膜された状態では、圧電体膜に多少なりとも歪が発生している。この後、犠牲層をエッチング除去し空洞部を形成すると、圧電体膜中の歪が緩和され、支持体と圧電体膜の接合部及び、空洞部上にある下部電極の端部に、歪緩和による応力が集中し、圧電体膜内に亀裂が生じ、破断に至る虞があった。
【０００８】
これは、支持体と圧電体膜の接合部では、圧電体膜が支持体により固定された状態から急激に空洞部で開放された状態になり、接合部に応力が集中し亀裂が生じやすいためである。
【０００９】
また、下部電極の端部上では、平坦部に対し圧電体膜中の結晶欠陥がより多く生じることにより、圧電体膜の結晶の緻密性が平坦部上の圧電体膜に比べて劣っており、この結果、平坦部に比べて小さい応力でも亀裂が入りやすいことと、上記接合部同様に段差形状部に生じる圧電体膜中の応力集中により亀裂が入りやすいためである。
【００１０】
上記圧電体膜中の亀裂の発生は、成膜時の圧電体膜中に存在する歪量が大きいほど顕著となる。圧電体膜中の歪量は成膜時の条件等により低減することはある程度可能ではあるが、完全に歪をなくすことはできない。
【００１１】
従って、従来の薄膜圧電共振器では、その構造に起因して製造段階で圧電体膜に亀裂が入りやすく、歪量が大きい時には破断してしまう虞があった。また、犠牲層をウエットエッチングして空洞部を形成中に、エッチング液が上記亀裂部に浸透することにより圧電体共振部を破損する虞があった。
【特許文献１】特開２００２−１００９５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、圧電体膜の亀裂あるいは破断の発生を抑えることが可能な薄膜圧電共振器及びそ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成された環状構造の支持体と、前記支持体上に形成され、前記支持体で囲まれた空洞部を覆う支持層と、前記支持体と前記支持層との間に形成され、前記空洞部の内部に向かって延伸する支持体延伸部と、前記空洞部上の前記支持層部分上に形成された下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部と、を有していることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の別の態様の薄膜圧電共振器の製造方法は、基板上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層の途中までエッチングし、前記犠牲層に支持体延伸部を形成するための環状構造のリセスを形成する工程と、前記リセスの環状構造に沿って前記リセス底部の前記犠牲層の一部を前記基板に達するまでエッチングし、前記犠牲層に支持体を形成するための環状構造のトレンチを形成する工程と、前記トレンチ及び前記リセス内にそれぞれ環状構造の支持体及び環状構造の支持体延伸部を形成する工程と、前記犠牲層及び前記支持体延伸部上に支持層を形成する工程と、前記支持体で環状に囲まれた前記犠牲層上方の前記支持層部分の上に下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部を形成する工程と、前記基板、前記支持体、前記支持体延伸部、及び前記支持層で囲まれた前記犠牲層を除去し、空洞部を形成する工程と、を有していることを特徴としている。
【００１５】
さらに、本発明の別の態様の薄膜圧電共振器の製造方法は、基板上に第１の犠牲層を形成する工程と、前記基板に達するまで前記第１の犠牲層をエッチングし、前記第１の犠牲層に支持体を形成するための環状構造のトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に環状構造の支持体を形成する工程と、前記支持体と前記第１の犠牲層の上に第２の犠牲層を形成する工程と、環状構造の前記支持体に沿って前記支持体が露出するまで前記第２の犠牲層をエッチングし、前記支持体よりも幅広の底部を有する環状構造のリセスを前記第２の犠牲層に形成する工程と、前記リセス内に環状構造の支持体延伸部を形成する工程と、前記第２の犠牲層及び前記支持体延伸部上に支持層を形成する工程と、前記支持体で環状に囲まれた前記第１の犠牲層上方の前記支持層部分の上に下部電極、圧電体膜、及び上部電極からなる圧電体共振部を形成する工程と、前記基板、前記支持体、前記支持体延伸部、及び前記支持層で囲まれた前記第１及び第２の犠牲層を除去し、空洞部を形成する工程と、を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧電体膜中の亀裂及び破断の発生を抑制することができる薄膜圧電共振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に本発明に係る第１の実施形態の薄膜圧電共振器の平面図、図２に図１のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図を示す。なお、図１の平面図においては、図２の断面図における保護膜１０を便宜上省略して示してある。
【００１９】
図１及び図２に示すとおり、本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器では、基板１の上面中央部分に環状構造の支持体３が形成され、この支持体３の上に環状構造の支持体延伸部４が形成され、この支持体３と支持体延伸部４の環内に空洞部１２が形成されている。この支持体３及び支持体延伸部４は、例えば同じ四角形の環状構造に形成されており、且つ支持体延伸部４は、支持体３より幅広に設けられ、その側壁部が支持体３の側壁面より空洞部１２内に向かって延伸している。また、支持体延伸部４は、後述のエッチングビア１１が形成される部分（例えば四角形の環状構造の上下辺）が他の部分（例えば四角形の環状構造の左右辺）に比べて幅広く形成されている。
【００２０】
この支持体３及び支持体延伸部４の外周の基板１部分には、酸化膜２が支持体延伸部４の上面と同じ平面をなすように形成され、この酸化膜２及び支持体延伸部４の上には支持層５が形成されている。また、支持層５の上面には、圧電体共振部９の一部を構成する矩形状の下部電極６が空洞部１２の上方に形成されている。この下部電極６は、図１中のＹ方向では、その矩形の長辺部の端部１３が支持体延伸部４の幅広部の上方に位置し、Ｘ方向では、矩形の短辺部の端部１３が環状構造の支持体延伸部４の外側に位置した形状を有する。なお、その一部（図１中の左部分）は、電極引き出し用に外側に向かって延伸している。
【００２１】
この下部電極６を含む支持層５の上面全面には、圧電体共振部９の一部を構成する圧電体膜７が形成されている。また、この圧電体膜７の上面には、圧電体共振部９の一部を構成する所定パターンの上部電極８が形成されている。この上部電極８は、その主要部が環状構造の支持体延伸部４で囲まれた空洞部の上方に包含され、その一部が電極引き出し用にＹ方向に、支持体延伸部４の幅広部を跨いで環状構造の支持体延伸部４の外側に延伸している。これにより、空洞部１２上における支持層５部分の上に、下部電極６、圧電体膜７及び上部電極８からなる積層構造の圧電体共振部９が形成され、圧電体共振部９のうち上部電極８が電極引き出し用に延伸している端部だけは、支持体延伸部４の幅広部の上方に位置する。なお、圧電体共振部９の上部電極８の上面を覆うように保護膜１０が形成されている。
【００２２】
ここで、圧電体共振部９は空洞部１２の占める領域内、すなわち前記支持体３で囲まれた内側に設けられており、圧電体共振部９内で発生した音響波が効率よく圧電体共振部９内に閉じ込められて、定在波を発生させる。以後、この支持体で囲まれた内側の空洞部の領域を「空洞部の平面領域」と称する。
【００２３】
また、圧電体共振部９の近傍、例えば四隅近傍には、空洞部１２をエッチングにより形成するためのエッチングビア１１を備え、このエッチングビア１１は支持体延伸部４と支持層５を貫通形成されている。また、圧電体膜７及び保護膜１０には、エッチングビア１１を形成するためのエッチングビア用トレンチ３３がエッチングビア１１と連接して形成されている。なお、図１では、空洞部１２、下部電極６、上部電極８、エッチングビア１１、エッチングビア用トレンチ３３の形状は簡単な図形で示してあるが、薄膜圧電共振器の特性に応じて各々設計に応じたパターン形状及び大きさとすることができる。
【００２４】
次に、図３乃至図６を用いて、上記薄膜圧電共振器の製造工程を説明する。図３乃至図６は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた工程断面図である。
【００２５】
まず、図３に示すように、例えば高抵抗シリコン基板などの基板１上の全面に、犠牲層として、酸化膜２を膜厚が約２μｍとなるように成膜する。
【００２６】
ここで、酸化膜２としては、ＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ）膜（ＳｉＯ２）を用いた。これ以外の酸化膜として、同様にＬＰ−ＣＶＤ法などにより成膜されたＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜やＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜などの酸化シリコン膜を利用することも可能である。
【００２７】
その後、フォトリソグラフィによるマスク形成及びＣＦ４とＡｒの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、酸化膜２の途中まで、１μｍ程度の深さとなる四角形環状構造のリセス（窪み）３２を形成する。さらに同様にしてフォトリソグラフィによるマスク形成及びＲＩＥにより、このリセス３２の環状構造に沿ってリセス３２の底部に基板１に達するように、リセス３２より幅が狭い四角形の環状構造のトレンチ３１を形成する。
【００２８】
なお、このリセス３２には後に四角形の環状構造の支持体延伸部４が形成され、トレンチ３１には後に四角形の環状構造の支持体３が形成される。また、このリセス３２は、後にエッチングビア１１が形成される部分が、エッチングビア１１が形成されない部分に比べて幅広となるように形成される。
【００２９】
続いて、図４に示したように、ＬＰ−ＣＶＤ法などによりトレンチ３１及びリセス３２を完全に埋め込むように、酸化膜２上の全面に多結晶シリコン膜を成膜した後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により、多結晶シリコン膜を削り酸化膜２が露出するまで多結晶シリコン膜の表面の平坦化を行う。これにより、トレンチ３１内には多結晶シリコン膜からなる支持体３が形成され、リセス３２内には多結晶シリコン膜からなる支持体延伸部４が形成される。
【００３０】
なお、多結晶シリコン膜はノンドープで成膜され、高抵抗膜として機能する。また、支持体３及び支持体延伸部４を形成する材料は、多結晶シリコン膜以外に、この後の空洞部１２をエッチングにより形成する際のエッチングストップ層として機能する材料であれば良く、例えば、アモルファスシリコン、炭化珪素（ＳｉＣ）等の高抵抗半導体膜、あるいはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜を用いてもよい。
【００３１】
続いて、ＣＭＰで多結晶シリコン膜の表面を平坦化後に、支持体延伸部４上を含む酸化膜２上の全面に支持層５としての多結晶シリコンを膜厚が約５０ｎｍとなるように形成する。この支持層５は、後に空洞部１２をエッチング形成する際のエッチングストップ層として機能するほか、この後上部に形成される圧電体共振部９を支持する機能を有する。このため支持層５は、圧電体共振部９内に効率よく音響波を閉じ込めるためには、できる限り薄いことが望ましい。
【００３２】
また、ここでは支持層５は支持体３及び支持体延伸部４と同じ多結晶シリコン材料を用いているが、同じ材料である必要性は無く、支持体３及び支持体延伸部４として用いることができる上記アモルファスシリコン、炭化珪素（ＳｉＣ）等の高抵抗半導体膜、またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜から選択して使用することも可能である。
【００３３】
ここで、上記図３及び図４における製造工程として、製造工程は増えるが図１４乃至図１６に示した工程も代替可能である。図３及び図４と同一または類似の部分は同一符号を付して説明する。
【００３４】
図１４に示したように、高抵抗シリコン基板１上の全面に、膜厚が約１μｍの酸化膜からなる第１の犠牲層５１をＬＰ−ＣＶＤ法により成膜し、上記同様にフォトリソグラフィによるマスク形成及びＲＩＥにより、第１の犠牲層５１中に基板１に達する環状構造のトレンチ３１を形成する。
【００３５】
図１５に示したように、ＬＰ−ＣＶＤ法などにより、このトレンチ３１を完全に埋め込むように、酸化膜からなる第１の犠牲層５１上の全面に多結晶シリコン膜を成膜し、ＣＭＰにより多結晶シリコン膜を削り第１の犠牲層５１の酸化膜が露出するまで多結晶シリコン膜の上面の平坦化を行う。これにより、酸化膜からなる第１の犠牲層５１中に多結晶シリコンからなる図１に示した環状構造の支持体３が埋め込み形成される。
【００３６】
この後、図１６に示したように、多結晶シリコンからなる支持体３上を含めた、酸化膜からなる第１の犠牲層５１上の全面に、膜厚が約１μｍの酸化膜からなる第２の犠牲層５２を上記同様ＬＰ−ＣＶＤ法により成膜する。フォトリソグラフィによるマスク形成及びＲＩＥにより、環状構造の支持体３に沿って支持体３より幅が広く支持体３が露出した底部を有する、環状構造のリセス３２を、第２の犠牲層５２中に形成する。
【００３７】
このリセス３２を埋め込むように、ＬＰ−ＣＶＤ法などにより、第２の犠牲層５２上の全面に多結晶シリコン膜を形成し、ＣＭＰにより多結晶シリコン膜を削り、第２の犠牲層５２の酸化膜が露出するまで多結晶シリコン膜の上面の平坦化を行う。これにより、酸化膜からなる第２の犠牲層５２中に、多結晶シリコンからなる環状構造の支持体延伸部４が第２の犠牲層５２の上面と略同一平面を持つように形成され、その下部で支持体３の上面と接合する。
【００３８】
この後、支持体延伸部４上を含む第２の犠牲層５２上の全面に膜厚約５０ｎｍの多結晶シリコン膜からなる支持層５を形成し、図４に示した上記工程により得られる構造と同一の構造が得られる。ここで、図１６中の第１の犠牲層５１及び第２の犠牲層５２は併せて、図４中の酸化膜２に対応する。
【００３９】
次に、図５に示すように、ＤＣマグネトロンスパッタリング法等によって、膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を支持層５上の全面に形成する。このＭｏ膜をフォトリソグラフィによるマスク形成及びＲＩＥ等によりパターニングして、支持体３により囲まれた酸化膜２からなる犠牲層（後述の空洞部１２の平面領域）の上方に下部電極６を形成する。ここでは下部電極６としてＭｏ膜を用いているが、アルミニウム（Ａｌ）等のその他の金属膜を適宜用いることも可能である。
【００４０】
なお、下部電極６の端部１３の段差上に圧電体膜、特にＡｌＮ膜を圧電体膜として成膜すると、下部電極６の端部１３での段差に起因してＡｌＮ膜中に亀裂が生じやすい。この結果、下部電極６の端部１３の下部にある支持層５にも亀裂が生じ、ＡｌＮ膜の破断、もしくは、この後の空洞部１２のエッチングの際にエッチング液がＡｌＮ膜中に浸透し、表面の上部電極８及び保護膜１０をエッチングする虞がある。
【００４１】
このため、下部電極６は、図１に示すように、その端部１３が空洞部１２の上部に位置しないように空洞部１２の平面領域の外側に位置するように形成する。やむを得ず下部電極の端部１３が空洞部１２の上部に位置する場合には、支持体延伸部４の上部に位置するように設ける。これにより、上記原因で圧電体膜７に亀裂が生じても、下部に酸化膜２あるいは支持体延伸部４が存在するために、圧電体膜の破断あるいはエッチング液が圧電体膜７に浸透して不具合を起こすことを抑制できる。
【００４２】
さらに、下部電極６の一部は、図１に示すように、ワイヤーボンディングの引き出しのために空洞部１２の平面領域外に延伸させている。
【００４３】
その後、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により、圧電体膜７として膜厚２μｍのＡｌＮを、下部電極６上を含む支持層５上の全面に成膜する。圧電体７としては、薄膜圧電共振器の特性に応じてＡｌＮ以外の圧電体材料を用いることも可能である。その際、圧電体膜７の厚さは、圧電体膜の材料の音速と共振周波数により決定される。本実施形態のように圧電体膜７としてＡｌＮ膜を用い、共振周波数を２ＧＨｚとするには、膜厚は約２μｍとなる。
【００４４】
その後、1５０〜６００μｍ、好ましくは２５０〜３５０μｍのＡｌ膜を圧電体膜７上の全面に形成後、Ａｌ膜上にマスクを形成し、非酸化性の酸、例えば塩酸によるウエットエッチングによりパターニングを行うことにより上部電極８を形成する。この上部電極８は、図１に示したように、後述の空洞部１２上に形成するが、その一部は、電極の引き出しのために空洞部１２の平面領域外まで延伸させている。
【００４５】
また、上部電極８は、好ましくは、空洞部１２の平面領域内であり、且つ下部電極６の平面領域内に配置されることが望ましい。さらに好ましくは、空洞部１２の平面領域内で、且つ支持体延伸部４の存在しない平面領域内に配置されることが望ましい。これは、支持体延伸部４及び支持体３を伝わって空洞部１２の外側の領域に圧電体共振部９内の振動が漏洩してしまうのを抑えるためである。
【００４６】
上部電極８としては、Ａｌの他にＭｏ膜やその他の金属膜を用いることも可能であり、上部電極のパターニングに際しては、使用する金属材料により選択性のあるエッチング液もしくはＲＩＥ等のエッチング条件を用いればよい。
【００４７】
その後、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法などの、低温で堆積可能な方法で絶縁膜を保護層１０として上部電極８上を含む圧電体膜７上の全面に成膜する。ここでは、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する。
【００４８】
次に、保護層１０の表面にエッチングビア用トレンチ３３を形成するための開口部を有するレジストマスク（図示略）を形成する。このマスクの開口部は、下部電極６の端部１３の近傍で、支持体延伸部４が存在し、下部電極６及び上部電極８が存在しない位置に形成されている。
【００４９】
このレジストマスクを用いて、ドライエッチングもしくはウエットエッチングにより開口部内の保護層１０をエッチング除去し、さらに、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより圧電体膜７を支持層５に達するまでエッチングして、エッチングビア用トレンチ３３を形成した後、このレジストマスクを除去する。このとき、エッチングが支持層５で停止せずに、その下部の支持体延伸部４の内部までエッチングが進んでも、支持体延伸部４を貫通しなければ、この後の空洞部１２のエッチングにおいて不具合を生じる虞がないので問題はない。
【００５０】
この後、図６に示したように、レジスト１４を、エッチングビア用トレンチ３３を完全に埋め込むように保護層１０上の全面に形成した後、フォトリソグラフィによりエッチングビア１１を形成するための開口部を、エッチングビア用トレンチ３３内に埋め込まれたレジスト１４に形成し、フロン系エッチングガスを用いたＲＩＥにより、この開口部内に露出した、支持層５及び支持体延伸部４を貫通するエッチングビア１１を形成する。このエッチングビア１１は、下部に存在するＴＥＯＳ膜からなる酸化膜２までエッチングが食い込んでも問題はない。
【００５１】
次に、レジスト１４をそのまま残した状態で、エッチングビア１１を通じてバッファード弗酸などのエッチング液により、圧電体共振部９の直下を含み、基板１、支持体３、支持体延伸部４、及び支持層５で囲まれた酸化膜２の部分のみを選択的にエッチング除去し、図２に示すように圧電体共振部９の下部に空洞部１２を形成する。このとき、基板１、支持体３、支持体延伸部４及び支持層５は、酸化膜２とのエッチング選択比が高く、これらにより囲まれた酸化膜２のみが選択的にエッチング除去される。
【００５２】
このエッチングの際、レジスト１４により、保護膜１０と、圧電体膜７及び支持層５のエッチングビア用トレンチ３３内に露出している部分が被覆されているため、圧電体共振部９はエッチング液から保護される。なお、多結晶シリコンからなる支持層５とレジスト１４の密着性は高いとは言え、レジスト１４と支持層５の接合面１５からエッチング液が圧電体膜７の内部に浸透する虞があるが、この接合面１５の奥行き、すなわち、エッチングビア用トレンチ３３の幅とエッチングビア１１の幅の差を大きくとることにより、この接合面１５を通じて圧電体共振部９にエッチング液が浸透する虞をさらに低減することができる。
【００５３】
また、空洞部１２を形成するための酸化膜２のエッチング液は、疎水性の界面活性剤を添加したバッファード弗酸が最適ではあるが、その他のエッチング液でも、酸化膜２をエッチングし、基板１、支持体３、支持体延伸部４及び支持層５をほとんどエッチングしない選択比の十分取れるものであれば可能である。
【００５４】
空洞部１２を形成した後、レジスト１４をアッシング等により除去することにより、図１及び図２に示すような薄膜圧電共振器が得られる。なお、図示しないが、空洞部１２の平面領域の外側に延伸した下部電極６及び上部電極８の部分の上部にある保護膜１０及び圧電体膜７をエッチングして開口部を形成し、その開口部にそれぞれ下部電極６及び上部電極８を露出させることにより、コンタクト領域を確保することができる。
【００５５】
上記本実施形態の薄膜圧電共振器では、支持体３と圧電体共振部９を支える支持層５との間に、空洞部１２に向かって延伸する支持体延伸部４が設けられている。そのため、空洞部１２の形成において発生する圧電体膜７中の歪緩和による応力は、空洞部１２内に延伸した支持体延伸部４により緩和され、支持体３と圧電体膜７の接合部の圧電体膜７中における歪緩和による応力集中が抑制されるため、その部分における圧電体膜の亀裂の発生を抑制できる。
【００５６】
また、本実施形態では、空洞部１２上にある下部電極６の端部１３の下方に支持体延伸部４が設けられている。そのため、空洞部１２を形成する際に発生する圧電体膜７中の歪緩和による応力は、この支持体延伸部４により緩和され、下部電極６の端部１３の周辺の圧電体膜７中の亀裂を抑制できる。もし仮に、下部電極６の端部１３の部分から圧電体膜７中に亀裂が発生しても、この亀裂が下方の支持体延伸部４でブロックされるため、空洞部１２を形成している最中に、エッチング液が圧電体共振部９へ浸透する虞がなくなる。
【００５７】
さらに、下部電極６の端部１３の下方に支持体延伸部４が空洞部１２内部に向かって延伸している構造上の特徴により、製造工程上、以下の利点がある。
【００５８】
まず、第１の利点は、下部電極６をエッチングによりパターン形成する際に、下部電極６と支持層５のエッチングの選択比が十分でない場合には、エッチングを支持層５で停止することができず、支持体延伸部４が下部電極６の端部１３の下方まで延伸していないと、エッチングは酸化膜２に達する。この結果、空洞部１２を形成している際に、エッチングビア１１周辺の領域では、空洞部１２内に圧電体膜７が露出することとなる。エッチング液としてバッファード弗酸を用いる際には、圧電体膜７がエッチング液でエッチングされて、圧電体共振部９の構造が破壊されることとなる。
【００５９】
しかし、本実施形態の薄膜圧電共振器では、下部電極６の端部１３の下方に支持体延伸部４が配置されているので、下部電極６のパターン形成によるオーバーエッチングは支持体延伸部４の中で停止する。従って、圧電体膜７が空洞部１２の形成中にエッチング液でエッチングされる虞がないという利点がある。
【００６０】
第２の利点は、図５に示されているように、エッチングビア用トレンチ３３をエッチング形成する際に、支持層５でエッチング停止する場合である。これも上記第１の利点同様に、圧電体膜７と支持層５のエッチング選択比が十分でない場合には、エッチングが支持層５で停止せず、図７（ａ）に示したように、支持体延伸部４が下部電極６の端部１３の下方まで延伸していないと、エッチングビア用トレンチ３３は酸化膜２にまで達する。
【００６１】
その後、同図（ｂ）に示したように、エッチングビア用トレンチ３３の内壁を保護するようにレジスト１４によりエッチングビア１１を形成し、バッファード弗酸により酸化膜２をエッチングして空洞部１２を形成する際、エッチングビア１１の下部にレジスト１４による突起３４が発生する。この突起３４の部分では、レジスト１４と多結晶シリコン膜である支持層５の密着部分の奥行きは、支持層５の層厚の約５０ｎｍ程度しかないため、密着性が弱く、バッファード弗酸が圧電体膜７を侵食し、圧電体共振部９の構造を破壊する。
【００６２】
しかし、本実施形態では、支持体延伸部４が空洞部１２の内側に延伸して、エッチングビア用トレンチ３３を包含するようにその下部に配置されるために、図８（ａ）に示したように、エッチングビア用トレンチ３３をエッチングにより形成する際に、支持層５でエッチング停止できずに貫通しても、その下の支持体延伸部４の中でエッチング停止ができる。
【００６３】
その後、同図（ｂ）に示したようにレジスト１４にてエッチングビア１１を形成し、空洞部１２をバッファード弗酸によるエッチングで形成する際には、エッチングビア１１下部でのレジスト１４と支持層５との密着部を覆うように支持体延伸部４が存在する。このため、空洞部１２から圧電体膜７中にバッファード弗酸が浸透することがないという利点を有する。
【００６４】
上記製造工程上の第１及び第２の利点は、下部電極６のパターン形成時及びエッチングビア用トレンチ３３形成時におけるエッチングマージンが大きいという効果を生じ、これにより薄膜圧電共振器を安定に製造することが可能となる。
【００６５】
また、下部電極６の端部１３での亀裂によるエッチング不良の問題が生じないように、エッチングビア周辺以外の下部電極６の端部１３を、空洞部１２の平面領域の外側にくるように下部電極６のパターニングをすることによって、エッチングによる空洞部１２形成の際に、下部電極６の端部１３から発生した圧電体膜７の亀裂が空洞部に伝播しないようにすると、圧電体共振部９が支持体３により支持されることになり、この部分で音響波が基板に向かって伝播し、薄膜圧電共振器にとって振動エネルギーの損失になる。
【００６６】
しかし、本実施形態では、下部電極６の端部１３を空洞部１２の平面領域内に配置することを可能とするので、図１に示すように配線のために必要な引き出し部を含めて、上部電極８と下部電極６が重なり合っている部分からなる圧電体共振部９をすべて、空洞部１２の平面領域内に含めた構造を提供することができる。さらに、支持体延伸部４への音響波の伝播も振動エネルギーの損失に寄与するので、好ましくは、圧電体共振部９は配線引き出し用のための一部分を除いて、空洞部１２の平面領域内であり、かつ、前記支持体延伸部４の存在しない領域とすることが望ましい。
【００６７】
（第２の実施形態）
図９は、本発明に係る第２の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印の方向に眺めた断面に相当する断面図である。以下、上記第１の実施形態と同一または類似の部分には同一符号を付し、本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００６８】
本実施形態は、上記第１の実施形態とは空洞部１２の上に配置される下部電極６の端部１３がテーパー形状を有する点で異なり、その他の構造は、上記第１の実施形態と同じである。
【００６９】
図２に示したように、下部電極６の端部１３が直角になっている場合、この下部電極６の端部１３の上に圧電体膜７を成膜すると、この部分の段差形状により圧電体膜７中には平坦部に比べて結晶欠陥が多く発生し、この部分から亀裂が生じやすい。そのため、本実施形態では、図９のように、下部電極６の端部１３は、膜平面に対するテーパー角θが２０°以下になるように加工された下部電極テーパー部１７ａとしている。テーパー形状により段差が緩やかになっているため、この下部電極テーパー部１７ａに圧電体膜７を成膜しても、第１の実施形態の下部電極６の端部１３の上に圧電体膜７を成膜するよりも結晶欠陥の発生が抑制される。この結果、圧電体膜７中の亀裂の発生を抑制できる。
【００７０】
（第２の実施形態の変形例）
図1０は、第２の実施形態の変形例を示す工程断面図で、まず、第１の実施形態と同様にして、下部電極６を支持層５上の全面に成膜した後に、下部電極６の上にレジストパターンを形成する。この際、下部電極６の端部１３に係るレジストパターンのエッジ部の形状の上端をテーパー形状に近い丸みを帯びるように処理した後に、レジストと下部電極６、支持層５及び支持体延伸部４がエッチングされる条件にてＲＩＥによるエッチングを行い、その後、レジストをアッシングなどにより剥離することにより、図１０（ａ）に示すように、下部電極テーパー部１７ａ、支持層テーパー部１７ｂ、支持体延伸部テーパー部１７ｃが一体的にテーパー状に形成された構造を得る。
【００７１】
なお、ＲＩＥのエッチングレートが各層で同一となるとは限らないので、このテーパー面が完全に同一面上にあるとは限らず、極力同一面上に形成されるようにＲＩＥの条件を設定すればよい。この後、第１の実施形態と同じ工程を得て、図１０（ｂ）に示す薄膜圧電共振器を得る。
【００７２】
本変形例では、上記第２の実施形態の下部電極テーパー部１７ａだけではなく、支持層５及び支持体延伸部４に対してもそれぞれ支持層テーパー部１７ｂ、支持体延伸部のテーパー部１７ｃのテーパー部を形成し、これらが一体化してひとつのテーパー部１７を形成している。このため、第２の実施形態よりもテーパー部の面が大きくとれるので、この上に圧電体膜７を成膜しても、テーパー部１７における圧電体膜７の結晶欠陥の発生が上記第２の実施形態に比べてさらに抑えられ、圧電体膜７中の亀裂の発生をさらに抑止できる。
【００７３】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明に係る第３の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面に相当する断面図である。本実施形態は、支持体延伸部４１が空洞部１２の内側に向かって二段階に延伸している点が上記第１の実施形態と大きく異なる点である。
【００７４】
即ち、図１１に示すように、本実施形態では、支持体延伸部４１を支持層５に向かって段階的に幅広くして、空洞部１２の内部方向に延伸する距離を二段階に長くしたものである。これにより、二段階に歪を緩和させられるので、歪緩和による応力の集中を上記第１の実施形態よりも分散させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、支持体延伸部４１を二段階としているが、多段階にして空洞部１２の内部に延伸する距離を長くしてもよい。この場合、圧電体膜７中では、支持体３が直下に存在する領域から空洞部１２の内部に向かって歪の緩和が連続的に起きるので、歪緩和による応力集中をより効率よく分散することができる。
【００７６】
（第３の実施形態の変形例）
図１２は、第３の実施形態の変形例に係る薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面に相当する断面図である。
【００７７】
本変形例は、上記第３の実施形態に対して、空洞部１２の内部に向かって延伸する支持体延伸部４２の距離が、支持層５に近づくにつれて、連続的に長くなっている点で異なる。この構造は、上述の支持体延伸部４を無限に多段階に空洞部１２の内部に向かって延伸させた構造といえる。そのため、上記第３の実施形態の多段階の場合と同様に、圧電体膜７中の歪緩和による応力集中を良好に分散できる。
【００７８】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明に係る第４の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面に相当する断面図である。本実施形態は、上記第１の実施形態における酸化膜２と支持体３及び支持体延伸部４の部分を、すべて支持体４３及び支持体延伸部４４で置き換えた点が上記第１の実施形態と異なる。
【００７９】
この薄膜圧電共振器の製造方法は、上記第１の実施の形態と同じ工程により得られる。異なるところは、図３で示したトレンチとリセスを形成する時のマスクパターンが異なる点だけである。即ち、酸化膜２のうち空洞部１２を形成する部分だけを残して、それ以外はすべてエッチング除去されるようにすればよい。その後の工程は、第１の実施形態と同様に行えば、図１３の構造が得られる。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる
本実施形態では、犠牲層として酸化膜２を用いているが、基板１、支持体３、支持体延伸部４及び支持層５とエッチングの選択性が高い材料でありさえすればよく、実施例１で挙げた酸化シリコンの他に、Ａｌなどの金属等でも可能である。
【００８０】
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、それぞれ組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００８１】
また、空洞部１２の輪郭や深さ、支持体３及び支持体延伸部４の幅、下部電極６の平面形状、上部電極８の平面形状、エッチングビアの平面形状、あるいは、各層の膜厚、材料、その他プロセス条件等については、本発明の効果が得られる範囲内で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う薄膜圧電共振器の断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の製造工程の一部を示す断面図。
【図７】本発明の第１の実施形態における支持体延伸部がない場合の薄膜圧電共振の製造工程中の不具合を説明するための断面図。
【図８】本発明の第１の実施形態における支持体延伸部による薄膜圧電共振器の製造工程中の利点を説明するための断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面図。
【図１０】本発明の第２の実施形態における変形例を示す断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面図
【図１２】本発明の第３の実施形態の変形例の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面図。
【図１３】本発明の第４の実施形態の薄膜圧電共振器を示す図で、図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面図。
【図１４】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の別の製造工程の一部を示す断面図。
【図１５】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の別の製造工程の一部を示す断面図。
【図１６】本発明の第１の実施形態の薄膜圧電共振器の別の製造工程の一部を示す断面図。
【符号の説明】
【００８３】
１  基板
２  酸化膜
３、４３  支持体
４、４１、４２、４４  支持体延伸部
４ａ  支持体延伸部内壁
４ｂ  支持体延伸部外壁
５  支持層
６  下部電極
７  圧電体膜
８  上部電極
９  圧電体共振部
１０  保護膜
１１  エッチングビア
１２  空洞部
１３  下部電極端部
１４  レジスト
１５  接合面
１７  一体化したテーパー部
１７ａ  下部電極テーパー部
１７ｂ  支持層テーバー部
１７ｃ  支持体延伸部テーパー部
３１  トレンチ
３２  リセス
３３  エッチングビア用トレンチ
３４  突起
５１  第１の犠牲層
５２  第２の犠牲層
θ  テーパー角
【図１】
2008236671.tif 000003
【図２】
2008236671.tif 000004
【図３】
2008236671.tif 000005
【図４】
2008236671.tif 000006
【図５】
2008236671.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008236671.tif 000009
【図８】
2008236671.tif 000010
【図９】
2008236671.tif 000011
【図１０】
2008236671.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008236671.tif 000014
【図１３】
2008236671.tif 000015
【図１４】
2008236671.tif 000016
【図１５】
2008236671.tif 000017
【図１６】
2008236671.tif 000018