(57)【要約】【課題】音響ミラーを介した共振子間のクロストークの発生を抑制でき且つ製造が容易な高性能の共振装置の製造方法を提供する。【解決手段】支持基板１の一表面側に絶縁性薄膜からなる低音響インピーダンス層２１を形成する工程と絶縁性炭素薄膜からなる高音響インピーダンス層２２を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラー２を形成し、音響ミラー２の表面側の全面に各共振子３の下部電極３１の基礎となる導電性層３１ａを形成し、ゾルゲル法により導電性層３１ａの表面側の全面にＰＺＴ薄膜３２ａを形成し、ＰＺＴ薄膜３２ａをパターニングすることでそれぞれＰＺＴ薄膜３２ａの一部からなる複数の圧電体薄膜３２を形成し、導電性層３１ａをパターニングすることでそれぞれ導電性層３１ａの一部からなる複数の下部電極３１を形成し、各ＰＺＴ薄膜３２それぞれの表面側に上部電極３３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側に形成された音響ミラーと、同一の音響ミラー上に形成された複数の共振子とを備え、各共振子が、音響ミラー上に形成された下部電極と、下部電極における音響ミラー側とは反対側に形成されたＰＺＴ薄膜からなる圧電体薄膜と、圧電体薄膜における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とで構成される共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に絶縁性薄膜からなる低音響インピーダンス層を形成する工程と絶縁性炭素薄膜からなる高音響インピーダンス層を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラーを形成する音響ミラー形成工程と、音響ミラー形成工程の後で音響ミラーの表面側の全面に各共振子の下部電極の基礎となる導電性層を形成する導電性層形成工程と、導電性層形成工程の後でゾルゲル法により導電性層の表面側の全面にＰＺＴ薄膜を形成するＰＺＴ薄膜形成工程と、ＰＺＴ薄膜形成工程の後でＰＺＴ薄膜をパターニングすることによってそれぞれＰＺＴ薄膜の一部からなる複数の圧電体薄膜を形成するＰＺＴパターニング工程と、ＰＺＴパターニング工程の後で導電性層をパターニングすることによってそれぞれ導電性層の一部からなる複数の下部電極を形成する導電性層パターニング工程と、導電性層パターニング工程の後で各ＰＺＴ薄膜それぞれの表面側に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有することを特徴とする共振装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁性炭素薄膜は、ダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項１記載の共振装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板の一表面側に下部電極と圧電体薄膜と上部電極とからなる複数の共振子が形成された共振装置に関し、例えば、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、３ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタや、より広帯域の高周波フィルタ、例えばＵＷＢ（Ultra  Wide  Band）用フィルタなどに適用可能な共振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の共振装置として、図２に示すように、シリコン基板からなる支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー２’と、同一の音響ミラー２’上に形成された複数の共振子３とを備え、各共振子３が、音響ミラー２’上の下部電極３１と、下部電極３１上の圧電体薄膜３２と、圧電体薄膜３２上の上部電極３３とで構成されてなるＢＡＷ（Bulk  Acoustic  Wave）共振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、ＢＡＷ共振器では、共振周波数が圧電体薄膜の膜厚に反比例し、圧電体薄膜の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。
【０００３】
ここにおいて、図２に示した構成の共振装置は、音響ミラー２’がＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層２１’とＡｌＮ膜もしくはＺｎＯ膜からなる高音響インピーダンス層２２’とを交互に積層することにより構成されている。なお、低音響インピーダンス層２１’および高音響インピーダンス層２２’それぞれの膜厚は、圧電体薄膜３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定されている。
【０００４】
これに対して、この種の共振装置として、図３に示すように、音響ミラー２’がＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層２１”とＷ膜からなる高音響インピーダンス層２２”とを交互に積層することにより構成された音響ミラー２”上に複数の共振子３を形成してなるＢＡＷ共振器が知られている。ここにおいて、高音響インピーダンス層２２”の材料としてＷを採用した図３の共振装置では、高音響インピーダンス層２２’の材料としてＡｌＮもしくはＺｎＯを採用した図２の共振装置に比べて、高音響インピーダンス層２２”と低音響インピーダンス層２１”との音響インピーダンス比が大きく、音響ミラー２”の音響反射効率を高めることができ、低音響インピーダンス層２１”と高音響インピーダンス層２２”との積層数を少なくすることができるから、低コスト化を図れるという利点がある。
【０００５】
ところで、上述の図３に示した構成の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、例えば、図４に示すように複数個（図示例では、８個）の共振子３を、ラダー型フィルタを構成するように接続することが考えられるが、音響ミラー２”の高音響インピーダンス層２２”の材料として金属であるＷを採用しているので、電位の異なる共振子３間で高音響インピーダンス層２２”を介したクロストークが発生しやすいという問題があった。例えば、図３における左側の共振子３と右側の共振子３とで電位が異なる場合、左側の共振子３の下部電極３１→音響ミラー２”における最上層の低音響インピーダンス層２１”→音響ミラー２”における最上層の高音響インピーダンス層２２”→音響ミラー２”における最上層の低音響インピーダンス層２１”→右側の共振子３の下部電極３１の経路で高周波の電流が流れるクロストークが発生しやすいという問題があった。
【０００６】
そこで、クロストークの発生を防止するために、図５に示すように、高音響インピーダンス層２２”を共振子３ごとに分離したパターンとなるようにパターニングしてなる共振装置が考えられる。
【０００７】
ところで、上述の共振装置をＵＷＢ用フィルタに応用する場合、圧電体薄膜３２の材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて機械的品質係数Ｑｍが低く中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能なＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を採用することが考えられ、圧電特性（電気機械結合係数など）の良いＰＺＴ薄膜の形成方法としてはゾルゲル法が知られている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−３０８６７８号公報
【特許文献２】特開平１０−１２６２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図５に示した構成の共振装置では、音響ミラー２”の形成にあたって、例えば、支持基板１の一表面側の全面にＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層２１”を堆積させる第１堆積工程と、スパッタ法により高音響インピーダンス層２２”の基礎となるＷ膜を堆積させる第２堆積工程と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＷ膜をパターニングすることで所定平面形状の高音響インピーダンス層２２”を形成するパターニング工程とを繰り返す必要があり、各共振子３の下地となる最上層の低音響インピーダンス層２１”の表面に凹凸が形成されてしまい、圧電体薄膜３２の基礎となるＰＺＴ薄膜をゾルゲル法により形成するのが困難であった。
【０００９】
そこで、図５の共振装置の製造方法として、音響ミラー２”の形成工程において、最上層の高音響インピーダンス層２２”を形成した後、最上層の低音響インピーダンス層２１”の基礎となるＳｉＯ２膜２１ａ”を高音響インピーダンス層２２”の設計膜厚と低音響インピーダンス層２１”の設計膜厚ｔとの合計膜厚よりも厚く形成し、最上層の高音響インピーダンス層２２”上に設計膜厚ｔの低音響インピーダンス層２１”が形成されるようにＳｉＯ２膜２１ａ”をＣＭＰ法などにより研磨して平坦化し、圧電体薄膜３２の形成工程においてゾルゲル法によりＰＺＴ薄膜を形成することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、このような製造方法では、ＳｉＯ２膜２１ａ”を研磨して平坦化する平坦化工程が増えるので、工程数の増加により製造コストが増加してしまうという問題があった。また、当該製造方法では、平坦化工程での終点検出が難しく最上層の低音響インピーダンス層２１”の膜厚制御性が良くないので、所望の音響反射効率の音響ミラー２”が得られないことがあった。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、音響ミラーを介した共振子間のクロストークの発生を抑制でき且つ製造が容易な高性能の共振装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成された音響ミラーと、同一の音響ミラー上に形成された複数の共振子とを備え、各共振子が、音響ミラー上に形成された下部電極と、下部電極における音響ミラー側とは反対側に形成されたＰＺＴ薄膜からなる圧電体薄膜と、圧電体薄膜における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とで構成される共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に絶縁性薄膜からなる低音響インピーダンス層を形成する工程と絶縁性炭素薄膜からなる高音響インピーダンス層を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラーを形成する音響ミラー形成工程と、音響ミラー形成工程の後で音響ミラーの表面側の全面に各共振子の下部電極の基礎となる導電性層を形成する導電性層形成工程と、導電性層形成工程の後でゾルゲル法により導電性層の表面側の全面にＰＺＴ薄膜を形成するＰＺＴ薄膜形成工程と、ＰＺＴ薄膜形成工程の後でＰＺＴ薄膜をパターニングすることによってそれぞれＰＺＴ薄膜の一部からなる複数の圧電体薄膜を形成するＰＺＴパターニング工程と、ＰＺＴパターニング工程の後で導電性層をパターニングすることによってそれぞれ導電性層の一部からなる複数の下部電極を形成する導電性層パターニング工程と、導電性層パターニング工程の後で各ＰＺＴ薄膜それぞれの表面側に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、音響ミラー形成工程では、支持基板の前記一表面側に絶縁性薄膜からなる低音響インピーダンス層を形成する工程と絶縁性炭素薄膜からなる高音響インピーダンス層を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラーを形成するので、音響ミラー形成工程において高音響インピーダンス層をパターニングする工程が不要であり、ＰＺＴ薄膜形成工程では、音響ミラーの表面側の全面に形成された各共振子の下部電極の基礎となる導電性層の表面側にゾルゲル法によりＰＺＴ薄膜を形成するので、スパッタ法によりＰＺＴ薄膜を形成する場合に比べて圧電特性の良いＰＺＴ薄膜を形成することができ、しかも、下部電極のパターニングを行った後にＰＺＴ薄膜を形成する場合に比べて圧電特性および結晶性の良いＰＺＴ薄膜を形成することができるから、音響ミラーを介した共振子間のクロストークの発生を抑制でき且つ製造が容易な高性能の共振装置を提供できる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記絶縁性炭素薄膜は、ダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記絶縁性炭素薄膜がダイヤモンドライクカーボン膜なので、前記絶縁性炭素薄膜がダイヤモンド膜やグラファイト膜やグラファイトライクカーボン膜である場合に比べて、前記絶縁性炭素薄膜をＰＥＣＶＤ法などにより膜厚制御性良く容易に形成することができ、音響ミラーの音響反射効率を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、音響ミラーを介した共振子間のクロストークの発生を抑制でき且つ製造が容易な共振装置を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本実施形態における共振装置は、図１（ｆ）に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー（音響多層膜）２と、同一の音響ミラー２上に形成された複数の共振子３とを備え、各共振子３が、音響ミラー２上に形成された下部電極３１と、下部電極３１における音響ミラー２側とは反対側に形成されたＰＺＴ薄膜からなる圧電体薄膜３２と、圧電体薄膜３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とで構成されている。なお、本実施形態の共振装置は、上述の共振子３が８つ形成されており（図１（ｆ）には２つのみ図示してある）、上述の図４に示したラダー型フィルタを構成するように金属配線（図示せず）により接続されている。
【００１８】
ここにおいて、本実施形態における共振装置は、支持基板１として、上記一表面である主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いているが、支持基板１としては、シリコン基板に限らず、例えば、主表面が（１００）面のＭｇＯ基板や、主表面が（１００）面のＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ３）基板などを用いてもよい。
【００１９】
音響ミラー１は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層２１と相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層２２とが交互に積層されており、上述の下部電極３１は、最上層の低音響インピーダンス層２１上に形成されている。なお、低音響インピーダンス層２１および高音響インピーダンス層２２それぞれの膜厚は、圧電体薄膜３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。
【００２０】
共振子３は、圧電体薄膜３２の材料としてＰＺＴを採用しており、下部電極３１の材料としてＰｔ、上部電極３３の材料としてＡｌを採用しているが、下部電極３１および上部電極３３の材料は特に限定するものではなく、下部電極３１の材料としては、例えば、Ｉｒを採用してもよく、上部電極３３の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｐｔなどを採用してもよい。また、下部電極３１および上部電極３３は単層構造に限らず多層構造でもよい。
【００２１】
なお、本実施形態の共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電体薄膜３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍ、低音響インピーダンス層２１の厚みを４００ｎｍ、高音響インピーダンス層２２の厚みを３５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電体薄膜３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で、低音響インピーダンス層２１の厚みは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、高音響インピーダンス層２２の厚みは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。
【００２２】
ところで、本実施形態では、低音響インピーダンス層２１を絶縁性薄膜の一種であるＳｉＯ２膜により構成し、高音響インピーダンス層２２を絶縁性炭素薄膜の一種であるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜により構成しており、図２に示した従来の共振装置のように高音響インピーダンス層２２’の材料としてＡｌＮもしくＺｎＯを採用している場合に比べて、音響インピーダンス比を大きくすることができ、高音響インピーダンス層２２および低音響インピーダンス層２１の積層数を少なくすることができる。下記表１に各材料の音響インピーダンスおよび電気的性質を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
なお、低音響インピーダンス層２１を構成する絶縁性薄膜は、ＳｉＯ２膜に限らず、例えば、ノンドープのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜，ポリマー膜などを採用してもよく、高音響インピーダンス層２２を構成する絶縁性炭素薄膜は、ダイヤモンドライクカーボン膜に限らず、例えば、ダイヤモンド膜、アモルファスライクカーボン膜、グラファイト膜、グラファイトライクカーボン膜などでもよい。
【００２５】
以下、本実施形態の共振装置の製造方法について図１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、単結晶のシリコン基板からなる支持基板１の主表面（一表面）側の全面に絶縁性薄膜（例えば、ＳｉＯ２膜）からなる低音響インピーダンス層２１を形成する工程と絶縁性炭素薄膜（例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜）からなる高音響インピーダンス層２２を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラー（音響多層膜）２を形成する音響ミラー形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、低音響インピーダンス層２１は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成すればよく、高音響インピーダンス層２２は、例えば、ＰＥＣＶＤ法など周知の絶縁性炭素薄膜の成膜方法により形成すればよい。
【００２７】
上述の音響ミラー形成工程の後、音響ミラー２の表面側の全面に各共振子３の下部電極３１の基礎となる導電性層（以下、第１の導電性層と称す）３１ａを形成する導電性層形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１の導電性層３１ａの材料としては、例えば、Ｐｔ，Ｉｒなどを採用すればよく、第１の導電性層３１ａは例えばスパッタ法や蒸着法などにより形成すればよい。なお、本実施形態では、第１の導電性層３１ａをＰｔ層により構成してあるが、第１の導電性層３１ａは、単層構造に限らず、例えば、音響ミラー２上のＴｉ層と、当該Ｔｉ層上のＰｔ層とで構成してもよい。
【００２８】
上述の導電性層形成工程の後、ゾルゲル法により第１の導電性層３１ａの表面側の全面にＰＺＴ薄膜３２ａを形成するＰＺＴ薄膜形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、ＰＺＴ薄膜形成工程は、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒（例えば、メタノール、デカノール、テトラデカンなど）に溶かした溶液を支持基板１の上記一表面側の全面（ここでは、第１の導電性層３１ａの表面）に例えばスピンコート法により塗布し、続いて、例えば窒素雰囲気中で所定の焼成温度（例えば、３００℃〜３５０℃程度）、所定の焼成時間（例えば、３０秒〜１０分程度）で上記溶媒を蒸発させて除去することによりＰＺＴ薄膜３２ａの前駆体膜を形成し、その後、前駆体膜を酸素雰囲気中でアニールして結晶化する（焼結する）ことによりＰＺＴ薄膜３２ａを形成する。なお、アニール時に、前駆体膜に対して前駆体膜の厚み方向に電界を印加しながらアニールして結晶化することで自発分極の方向が厚み方向に揃った配向性の高いＰＺＴ薄膜３２ａを形成することができる。ここで、アニールの方法としてレーザアニール法を採用すれば、温度降下時にＰＺＴ薄膜３２ａに発生する応力（膜中応力）を緩和することができて欠陥の少ない結晶性の良いＰＺＴ薄膜３２ａを容易に製造することができる。なお、アニール時に電界を印加せずに、アニール後に自発分極の方向を揃えるためのポーリング処理を行ってもよいことは勿論である。
【００２９】
上述のＰＺＴ薄膜形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＰＺＴ薄膜３２ａを所望の平面形状にパターニングすることでそれぞれＰＺＴ薄膜３２ａの一部からなる複数の圧電体薄膜３２を形成するＰＺＴパターニング工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３０】
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の導電性層３１ａを所望の平面形状にパターニングすることでそれぞれ第１の導電性層３１ａの一部からなる複数の下部電極３１を形成する第１の導電性層パターニング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。
【００３１】
その後、各ＰＺＴ薄膜それぞれの表面側に上部電極３３を形成する上部電極形成工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造の共振装置を得る。ここにおいて、上部電極形成工程では、支持基板１の上記一表面側の全面に、各上部電極３３の基礎となる第２の導電性層をスパッタ法や蒸着法などによって形成し、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の導電性層を所望の平面形状にパターニングすることでそれぞれ第２の導電性層の一部からなる複数の上部電極３３を形成する。
【００３２】
上述の共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数の共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々の共振装置に分割すればよい。
【００３３】
以上説明した本実施形態の共振装置の製造方法によれば、音響ミラー形成工程では、支持基板１の上記一表面側に絶縁性薄膜からなる低音響インピーダンス層２１を形成する工程と絶縁性炭素薄膜からなる高音響インピーダンス層２２を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラー２を形成するので、音響ミラー形成工程において高音響インピーダンス層２２をパターニングする工程が不要であり、ＰＺＴ薄膜形成工程では、音響ミラー２の表面側の全面に形成された各共振子３の下部電極３１の基礎となる第１の導電性層３１ａの表面側にゾルゲル法によりＰＺＴ薄膜３２ａを形成するので、スパッタ法によりＰＺＴ薄膜３２ａを形成する場合に比べて圧電特性の良いＰＺＴ薄膜３２ａを形成することができ、しかも、下部電極３１のパターニングを行った後にＰＺＴ薄膜３２ａを形成する場合に比べて圧電特性および結晶性の良いＰＺＴ薄膜３２ａを形成することができるから、音響ミラー２を介した共振子３間のクロストークの発生を抑制でき且つ製造が容易な高性能の共振装置を提供できる。
【００３４】
また、本実施形態の共振装置の製造方法では、高音響インピーダンス層２２を構成する絶縁性炭素薄膜として、ダイヤモンドライクカーボン膜を採用するので、絶縁性炭素薄膜がダイヤモンド膜やグラファイト膜やグラファイトライクカーボン膜である場合に比べて、絶縁性炭素薄膜をＰＥＣＶＤ法などにより膜厚制御性良く容易に形成することができ、音響ミラー２の音響反射効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１における共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２】従来例を示す共振装置の概略断面図である。
【図３】他の従来例を示す共振装置の概略断面図である。
【図４】従来例を示すＵＷＢ用フィルタの回路図である。
【図５】別の従来例を示す共振装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  支持基板
２  音響ミラー
３  共振子
２１  低音響インピーダンス層
２２  高音響インピーダンス層
３１  下部電極
３１ａ  導電性層
３２  圧電体薄膜
３２ａ  ＰＺＴ薄膜
３３  上部電極
【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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