(57)【要約】【課題】薄膜バルク音響共振器素子の高Ｑ値を得るために不可欠なエアギャップ（隔離）構造の確保を目的とする。【解決手段】課題を解決するために本発明は、基板上にメンブレイン層を形成しその上に第１電極、圧電層及び第２電極を順次形成し、前記第１電極の下方にエアギャップを持つ薄膜バルク音響共振器素子において、前記エアギャップを形成するためのエアギャップ周辺の前記メンブレイン層上に該第１電極と同一材料の電極形成部を配置したことにより課題を解決する。【選択図】  図４
2004357101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にメンブレイン層を形成しその上に第１電極、圧電層及び第２電極を順次形成し、前記第１電極の下方にエアギャップを持つ薄膜バルク音響共振器素子において、
前記エアギャップ周辺の前記メンブレイン層上に該第１電極と同一材料の電極形成部を配置したことを特徴とする薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項２】
請求項１記載のエアギャップ周辺の前記メンブレイン層上に形成する電極形成部は、少なくとも該第１電極とつながっていることを特徴とする薄膜バルク音響共振器素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜バルク音響共振器素子（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）に関するもので、特に、構造的に強固な素子を得るための薄膜バルク音響共振器素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信技術が急速に発展するにつれ、それに相応する信号処理技術と高周波（ＲＦ）部品技術の発展が要求されている。特に、ハードウェア的側面の高周波部品技術は移動通信機器をはじめとして、高周波化、高密度化へと移行し、更には各種移動通信機器の小型化が積極的に要求されている。
【０００３】
今までは弾性表面波フィルタ（ＳＡＷ）の通過帯域である数百ＭＨｚからＧＨｚ帯域での仕様特性で網羅してきた移動通信機器も、昨今の移動通信機器の高周波化に伴い、バルク弾性波を使用した薄膜バルク音響共振器素子（ＦＢＡＲ素子）の研究開発が盛んに行われている。そして、次世代携帯電話、高速無線ＬＡＮ、その他広帯域高周波数化が進むにつれ、今後３〜５ＧＨｚ帯へ搬送波が移行して行く場合、従来実用化されてきた弾性表面波フィルタでは、くし型電極パターンの線幅が細くなることで、耐電力の低下や抵抗値の増加等によるＱ値（品質）の低下等が懸念されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９８７５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＦＢＡＲ素子は基板上にメンブレイン層を形成しその上に第１電極、圧電層及び第２電極を順次形成することで構成されるが、この際に、高品質係数（ｈｉｇｈ  Ｑ）を維持するため、第１電極及び第２電極を通じて電界が印加されるとき、圧電層で発生する音響波が基板の影響を受けないように、基板と前記第１電極、第２電極、圧電層を隔離させるエアギャップ構造が必要である。前記基板において、第１電極、圧電層及び第２電極を含む共振領域を隔離させるエアギャップ構造はＦＢＡＲ素子の性能とその製造の実用化を左右する重要な条件となる。
【０００６】
このような共振領域と基板を隔離させるための方法は、大別してエッチングキャビティを用いるエアギャップ方式と、ブラッグ反射を用いる反射膜方式とに分けられる。
【０００７】
ここでエアギャップ方式の一例としては、基板上のエアギャップの位置に犠牲層としてＺｎＯを形成しておき、その上に犠牲層及び基板上にメンブレイン層を形成し、次いで第１電極、圧電層、第２電極を順次積層した後、圧電層の上部にレジスト膜を施しそのレジスト膜を介しビアホールを通して犠牲層をエッチングすることでエアギャップを形成するものである。
【０００８】
従って上述の工法の場合には、犠牲層及び基板上にメンブレイン層を形成すめために段差部が生じる構造となり、段差部での機械的強度や被膜性が劣化するおそれが生じるという課題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで上述の課題を解決するために本発明は、基板上にメンブレイン層を形成しその上に第１電極、圧電層及び第２電極を順次形成し、前記第１電極の下方にエアギャップを持つ薄膜バルク音響共振器素子において、前記エアギャップ周辺の前記メンブレイン層上に該第１電極と同一材料の電極形成部を配置したことを特徴とする薄膜バルク音響共振器素子である。
【００１０】
要するに、薄膜バルク音響共振器素子の振動部分のエアギャップ部位を確保するときに、エアギャップ方式を用いる場合は、犠牲層及び基板上にメンブレイン層を形成すめために段差部が生じる構造となり、段差部での機械的強度や被膜性が劣化するおそれが生じる。本発明ではこの段差部での機械的強度や被膜性の劣化を改善するために、エアギャップ部に電極形成部を設けることで、エアブリッジの支持とエッチング液からの浸食を防止することができる。
【００１１】
従って、エアギャップ周辺のメンブレイン層上に形成する第１電極と同一材料の電極形成部は、素子の構成上、前記第１電極と同じ製造プロセス工程で形成することから、少なくとも第１電極とつながっていることも特徴で、前述に挙げるビアホール周囲へのエッチャントの浸食を防止する構造により課題を解決するものである。
【００１２】
【背景】
昨今の移動体通信の高周波化に伴い、バルク弾性波を使用した薄膜バルク音響共振器素子（ＦＢＡＲ）の研究開発が盛んに行われてきている。世の中では次世代携帯電話、高速無線ＬＡＮ、その他広帯域高周波数化が進められて行く中で、今後３〜５ＧＨｚ帯へ搬送波へと移行する現状にある。この点で薄膜バルク音響共振器素子はＲＦ回路のモノリシック化が可能である。
【００１３】
薄膜バルク音響共振器素子の技術については、１９９９年にアジレント社がＰＣＳデュプレクサを始めて発表し、世界的に注目されており、今後は実用化へ向けて量産性も併せて発展していくものと考えられている。
【００１４】
本発明は、薄膜バルク音響共振器素子の主要部である、基板上にメンブレイン層を形成しその上に第１電極、圧電層、第２電極の順に形成する薄膜バルク音響共振器素子の高Ｑ値を得るためには電極に電界が印加されたときに圧電層で発生する音響波が基板の影響を受けないようにするためのエアギャップ部分の構成と確保に着目したものである。そして、このエアギャップ（隔離）構造や圧電層の膜質が共振器の性能および量産化の大きな要素となる。なお、薄膜バルク音響共振器素子の利用回路の一例としては、図６に示すように梯子型フィルタを基本構成として使われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。図１は薄膜バルク音響共振器素子７を平面図で示したもので、図２は図１で示す薄膜バルク音響共振器素子７の矢印Ａ−Ａ部の断面図であり、図３は図１で示す薄膜バルク音響共振器素子７の矢印Ｂ−Ｂ部の断面図である。本発明の電極形成部８は図１中では点線で美容がしているが、電極形成部８に注目した拡大図は図４に示している。なお、図１中にはレジスト膜は描画して無い。
【００１６】
図１の各部の構成を説明すると、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板全面にＺｎＯ膜を形成し、酢酸エッチングによりエアギャップ犠牲層を形成した後に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板全面にＳｉＯ２層（２５００オングストローム）を形成する。
【００１７】
そして、ＥＢ真空蒸着法により第１電極２として薄膜バルク音響共振器素子７の下部にＣｒ−Ａｕ電極層（１５００オングストローム）とエアギャップ５周辺のメンブレイン層１１上にとに電極形成部８を形成し、ＲＦマグネトロン法により基板全面にＺｎＯ膜（１０００オングストローム）を形成してから、ＥＢ真空蒸着法、リフトオフ法により第２電極３（ＡＩ−Ｃｕ電極１パターン１５００オングストローム）を形成する。その後、ＳｉＯ２層をＢＨＦにより貫通させ、最後に犠牲層を酢酸によりエッチングし、エアギャップを形成して薄膜バルク音響共振器素子７を得るものである。（同フローは図６に示す）
【００１８】
図３は図１中の矢印Ｂ−Ｂ部を拡大した断面図で、図中からもわかるように、第１電極２を形成する位置で、エアギャップ５周辺のメンブレイン層１１上にも電極と同一材料の金属材料を形成することによりエアギャップ５周辺でのレジスト膜をエッチング処理するときの浸食ダメージを改善することで、エアギャップ５を安定に製造することができる。
【００１９】
図４は本発明の要部であるエアギャップ５周辺のメンブレイン層１１上に形成する電極形成部８に注目した平面図である。図４では要部の特徴を分かりやすく描画し表現するため、第１電極２の上部に形成する圧電層４、第２電極３を取り除き、エアギャップ５の周辺のメンブレイン層１１上に形成する電極形成部８を中心に表現した図である。図４に示すように、素子７のメンブレイン層１１の段差部（犠牲層１０有無の境界）にまたがるように、第１電極２と連続する格好で、エアギャップ５を構成する部分外周部に沿って電極形成部８を形成することを描画するものである。図４に示すように、エアギャップ５の左側は第１電極２と電極形成部８がつながっているが、エアギャップ５の右側は第１電極２とつながってはならない。なお、図４ではエアギャップ５部分の周辺を点線で描画している。
【００２０】
ここで、本実施例に記載する各種条件は、エアギャップ構造は素子中に１００μｍ幅×０．１μｍ厚オーダーのキャビティを形成するもので、犠牲層は、後にエアギャップの形成のためにエッチングの容易な物質からなるもので、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、ＮｉＦｅなどの金属又は酸化物薄膜であるＺｎＯが挙げられる。そして、これらの膜形成については、スパッタリングまたは蒸着法などにより蒸着されるが、この蒸着法に限られるものではない。また、メンブレイン層１１は従来の公知技術で用いる物質を蒸着して形成するもので、このメンブレイン層１１は数μｍのＳｉＯ２などで実現することができる。
【００２１】
一方、第１電極２、第２電極および、エアギャップ５周辺のメンブレイン層１１上に形成する電極形成部８は、金属のような通常の導電物質を使用する。例えば、Ａｌ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ及びＭｏを選択することが好ましい。また、圧電層４の通常の圧電物質としてはチッ化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＺｎＯ、硫化亜鉛が好ましいが、必ずしもこれらに限定されるものではない。なお、エアギャップ周辺のメンブレイン層１１上に配置する電極形成部８は、前述する第１電極２の金属材料と選択的に選び組み合わせることもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により薄膜バルク音響共振器素子を製造する場合の特にエアギャップ形成の精度を向上することで、薄膜バルク音響共振器素子の発振Ｑ値を維持、向上することができる。その結果、薄膜バルク音響共振器素子の製造工程での歩留まり改善と、品質の向上を実現し製造コストの低減を行うことができる。また、明細書の記載から分かるように、薄膜バルク音響共振器素子はその構造が非常にデリケートであることから、本発明の技術により素子を量産する時には有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜バルク音響共振器素子の構造を示す平面図である。
【図２】図１に示す薄膜バルク音響共振器素子の断面Ａ−Ａ部の断面図である。
【図３】本発明の特徴を示すエアギャップ部（図１の断面Ｂ−Ｂ）の部分拡大図である。
【図４】本発明の要部拡大図である。
【図５】薄膜バルク音響共振器素子を用いた梯子型フィルタの基本構成図である。
【図６】薄膜バルク音響共振器素子の製造フローを示したフロー図である。
【符号の説明】
１          基板
２          第１電極
３          第２電極
４          圧電層
５          エアギャップ
６          ビアホール
７          薄膜バルク音響共振器素子
８          電極形成部
【図１】
2004357101.tif 000003
【図２】
2004357101.tif 000004
【図３】
2004357101.tif 000005
【図４】
2004357101.tif 000006
【図５】
2004357101.tif 000007
【図６】
2004357101.tif 000008