(57)【要約】  ＢＡＷ共鳴器の製造は通常、基板及び金属層（ＴＳ、Ｍ１、Ｍ２）の圧電層（ＰＳ）上のヘテロエピタキシャル成長を伴う。この層成長方法ではカラム状、多結晶圧電層となり、トポロジー段に沿った結晶構造の成長欠陥を呈することが知られている。該成長欠陥はＢＡＷ共鳴器の技術的性能と信頼性に重大な影響を与える。よって本発明の目的は、製造段階で生じる問題点を回避し、特定の金属層の腐食受容性を低減できるような、例えばＢＡＷ電極に好適な構造及びその製造方法を提供することである。これは、トポロジー段に沿った形成被覆（ＡＢ）が稜線鈍角化の役割を果たし、被腐食性金属層の保護となる、本発明のトポグラフィー構造により達成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板層（ＴＳ）と、前記基板層上に積層された少なくとも１の金属層（Ｍ）と、前記金属層側部の縁側トポロジー稜線と、前記トポロジー稜線側部の形成被覆（ＡＢ）とを備えることを特徴とするトポグラフィー構造。
【請求項２】
前記金属層が、第一の金属層（Ｍ１）と、前記第一の金属層上に積層された少なくとも１つの第二の金属層（Ｍ２）とを有すること、
を特徴とする請求項１に記載のトポグラフィー構造。
【請求項３】
前記第一の金属層Ｍ１が被腐食性を有すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のトポグラフィー構造。
【請求項４】
上部にある前記第二の金属層Ｍ２が、非被腐食性である又は下部にある前記第一の金属層Ｍ１に比べて腐食受容性が低いこと、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項５】
前記金属層が薄層技術を用いて製造された電極又は複層電極であること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項６】
前記トポロジー稜線側部の前記形成被覆が前記金属層に対する腐食保護機能を有すること、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項７】
前記トポロジー稜線側部の前記形成被覆が稜線鈍角化機能を有すること、
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項８】
被腐食性の前記金属層が、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銀又は銅を含有する層であること、
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項９】
非被腐食性である又は下部にある前記第一の金属層Ｍ１に比べて腐食受容性が低い前記第二の金属層Ｍ２が、タングステン、タンタル、モリブデン、白金又は金を含有する層であること、
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項１０】
前記金属層上に結晶層（ＰＳ）が堆積されること、
を特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項１１】
前記結晶層が圧電層であること、
を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項１２】
ＢＡＷ共鳴器の一部であること、
を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のトポグラフィー構造を有するＢＡＷ共鳴器。
【請求項１４】
基板上に薄層技術を用いて１又は複数の金属層が積層され、
次に、前記基板層及び前記金属層上に稜線被覆保護層（ＳＳ）が全面的に蒸着され、
前記基板層及び前記金属層の平坦部分からは前記保護層が除去されるに至り、前記金属層の縁側トポロジー稜線側部では前記保護層由来の形成被覆が取り残されるに至るまで、前記保護層に異方性バックエッチングが施されること、
を特徴とするトポグラフィー構造の製造方法。
【請求項１５】
前記保護層が、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ又はそれら積層手段の変化形を用いて蒸着されること、
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記保護層が二酸化ケイ素又は窒化ケイ素から成ること、
を特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記異方性バックエッチングにプラズマエッチングが用いられること、
を特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記バックエッチングの後にさらなる工程により前記トポグラフィー構造の周辺に結晶層が堆積されること、
を特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
薄層技術において製造された周波数フィルター、例えばＢＡＷフィルター（バルク波フィルター）又はある種のＳＡＷフィルター（英語、ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ  ｆｉｌｔｅｒ）は、送受信において周波数決定要素として使用され、１００ＭＨｚ〜約２０ＧＨｚの周波数帯において作動する。このようなフィルターは例えば移動体通信及びＷＬＡＮのような高周波数技術において使用される。
【０００２】
ＳＡＷフィルター及びＢＡＷフィルターは通常、圧電効果により電気信号から弾性波が生成される、及びその逆のバンドパス特性を備える受動フィルターである。ＳＡＷフィルターでは弾性波は圧電基板表面で伝播し、ＢＡＷフィルターでは弾性波は圧電基板を通して伝播する。
【０００３】
電気的及び物理的性質において特段の利点があるため、高周波数技術においてますます多くのＳＡＷフィルターがＢＡＷフィルターによって置き換えられている。ＢＡＷフィルターは約１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの通過帯域において利用可能であり、ＳＡＷフィルターよりも低い挿入損失（０．５ｄＢ）を有し、Ｑ値は１０００を上回る。同時にＢＡＷフィルターはより小さいサイズで実現でき、一般的に製造が安価である。
【０００４】
薄層技術を用いたＢＡＷ共振器の製造においては、圧電薄層、例えば窒化アルミニウム層、酸化亜鉛層又はＰＺＴ層が、活性スパッタ蒸着で基板に蒸着される。圧電層の性能は、ＢＡＷ共鳴器の技術的性能に多大な影響を与える。結晶性及び高配向性圧電層には特段の利点があり、また蒸着手段及び蒸着条件、例えば圧力、温度、基板の均質性及び媒体の純度に対しての制限が多い。
【０００５】
従来技術では、ＢＡＷ製造において圧電層は通常金属及び基板層上にヘテロエピタキシャル成長する。この方法の層成長では、カラム状の多結晶圧電層が生じる。この層成長方法の欠点は、基板層上のトポロジー稜線に沿って結晶構造に成長欠陥が生じる点である。この成長欠陥はＢＡＷ共鳴器の技術的性能や信頼性に影響を与える。
【０００６】
従来技術における既知の問題点は、図１に基づいて以下で例示的に説明される。図１は、走査型電子顕微鏡の画像により、製造中のＢＡＷ共鳴器を示した断面図である。二酸化ケイ素基板層（ＴＳ）上に、下部第一の被腐食性金属層（Ｍ１）及び上部第二の金属層（Ｍ２）から成る複層電極が配置されている。上部金属層から下部金属層への境界部は緩い角度のトポロジー稜線によって、下部金属層から基板層への境界部は急角度のトポロジー稜線によって特徴づけられる。金属層及び基板層の上部には圧電層（ＰＳ）が蒸着される。圧電層成長の際、上部金属層から下部金属層への境界部付近の緩い角度のトポロジー稜線では結晶構造の軽度の欠陥が起こった（欠陥部位Ａ）。欠陥部位Ａは欠陥のある粒子成長によって特徴づけられる。欠陥部位の左右において両圧電層領域が良好な接触状態にあり、欠陥は軽度である。下部金属層から基板層への境界部付近の急角度のトポロジー稜線においては結晶構造の強度の欠陥が発達し（欠陥部位Ｂ）、圧電層全体にわたるひび割れ又は完全な空間部が形成された。
【０００７】
図１により明白な該成長欠陥に沿って、それに続く湿式化学的工程において液体が浸入し、被腐食性金属層が腐食しうる。これは特に、金属層素材としてアルミニウム、チタン、窒化チタン、銀又は銅、又はそれら素材からなる複層系が用いられている場合に起こる。
【０００８】
金属層が腐食すればＢＡＷ共鳴器の電気的性能が悪化し、部品の信頼性に関する性能リスクの計算が困難となる。さらなる問題は、次工程で対向電極として金属上層を圧電層上に蒸着する際に、空洞部に金属突起が生成する可能性があり、最悪の場合電極に短絡が生じる点である。
【０００９】
ＢＡＷ共鳴器の板電極における技術的性能改善と腐食回避のため、ＣＭＰ工程を用いて板電極を誘電体中に埋め込み可能であることが知られている（特許文献１）。しかしながら、全面的に蒸着された誘電体が化学力学的研磨によって電極表面から除去され、これにより電極と誘電体とから成る表面が形成されて、その上部に圧電層が成長可能であることが必要であるため、この方法は工程上非常に高コストである。
【００１０】
金属層の化学エッチングにより急角度のトポロジー稜線が鈍角化されることも既知である。しかしながら特にアルミニウムについては、傾斜した側面が形成され再現性のあるエッチング方法は存在しない。
【００１１】
他の代替手段の一つは、板電極において被腐食性成分を回避する方法である。しかし通常、非被腐食性金属は伝導性が劣る。これには非常に厚い電極層が必要であり、このため特殊な設計のＢＡＷ共鳴器にしか適さない。
【００１２】
ＢＡＷ共鳴器の製造において腐食過程を回避する方法については、新たな製造工程が必要であり、確実性に劣る結果を与えるため、これも解決方法として同様に不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７６５７９８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このため本発明の課題は、層成長に際して発生する問題を回避し、特に下部金属層すなわち電極の腐食受容性を低減できる、例えばＢＡＷ電極に適した構造を、製造方法と共に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は本発明により、請求項１のトポグラフィー構造によって解決される。本発明の好適な実施形態及び製造方法は、さらなる請求項により明らかにされる。
【００１６】
以下において基板層、金属層、金属層の縁側トポロジー稜線又はトポロジー稜線の形成被覆に言及する際、それらの構成要素がより多く存在することを排除しない。明確に特定された数値で取り上げられていない限り、その他の数値についても同様である。その他、本明細書において例えば、〜の上、上部の、最上部の、〜の下、下部の、上手に、及び下手に、のような相対的概念は、図に描かれているような様々な構成要素の間の関係を簡潔な方法で記述するために用いられている。その他の相対的配置、例えば描かれた構成要素の９０度又は１８０度回転によって得られる配置は、明細書より容易に導出でき、明確に包含される。
【００１７】
提供されるトポグラフィー構造は、薄層技術によって少なくとも１の形成金属層が上部に積層された基板層を備える。この種のトポグラフィー構造は例えば薄層技術により製造された電極又は複層電極である。金属層の側縁は、基板層への境界部でトポロジー稜線（ｋａｎｔｅ：２つの平面が交わってできる線としての角）を形成する。この縁側トポロジー稜線に沿って形成被覆が配置されている。形成被覆は稜線鈍角化の役割を果たす。形成被覆の基板に対する傾斜角はトポロジー稜線との距離が増加するに従い連続的に変化し、通常金属層と基板層との角度よりも鈍角である。
【００１８】
本発明のある実施形態において、基板層上に形成金属層が正確に一層積層される。「金属層」との呼称は、本明細書ではすべての金属部分に対する集合的概念として定義されており、必ずしも平坦な表面を有していない基板上の、層厚によって特徴づけられる。そのため本発明において金属層は基板層上において複数の、連続的でない、１又は複数の金属を含有する層を成してよい。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態において、金属層は基板層上に例えばいわゆる金属サンドイッチ状に上下に複数配置されるように積層されてよい。それらは例えば鏡ベースのＢＡＷ共鳴体（ＳＭＲ＝「ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」とも呼ばれる）において用いられる。
【００２０】
上下に配置された金属層を有する実施形態において、例えば上部金属層側縁が、その下部の下部金属層への境界部にさらなるトポロジー稜線を形成してよい。ある実施形態では、そのようなさらなるトポロジー稜線が、形成金属層の側縁の内、基板層との境界部にあるトポロジー稜線から離されて配置されてよい。これは例えば、上部金属層が下部金属層よりも小さな面を成している場合である。このような実施形態は例えば下部又は上部エッチング効果、すなわち数回のリトグラフ工程で金属層を形成することにより可能である。本発明では、このさらなるトポロジー稜線に沿って形成被覆を配置することもまた可能である。さらにある実施形態において、形成被覆を有するさらなるトポロジー稜線をさらに配置することも可能であり、これは例えば基板層上に上下に配置された金属層が２つより多く積層されている場合である。
【００２１】
ある実施形態において、２以上の金属層が上下に配置され、そのうち下部金属層又は下部金属層の１つが被腐食性である。その上部に位置する金属層の内１以上は、非被腐食性又はその（それら）下部金属層に比べて腐食受容性が低い。
【００２２】
ある実施形態において、最上部の金属層は非被腐食性又はその下部にある金属層に比べて腐食受容性が低い。ある実施形態において、トポグラフィー構造は正確に２つの金属層を有し、その内下部の第一金属層は被腐食性であり、上部の第二金属層は非被腐食性又は第一の層に比べて腐食受容性が低い。この実施形態において、形成稜線被覆の機能には腐食保護が含まれる。このため稜線被覆は、不動態化しており特に腐食性物質に対して十分に気密性の素材から成る。
【００２３】
この方法により、本発明のトポグラフィー構造は、比較の対象となる従来技術の構造に比べて腐食に対する保護がより良好である。これにより湿式化学エッチング及び洗浄に対する向上された可能性が開ける。部品の再現性や信頼性も同様に向上する。
【００２４】
トポグラフィー構造の金属層は、例えばアルミニウム、チタン、窒化チタン、銀、銅、タングステン、タンタル、モリブデン、白金、ルビジウム又は金を含有する層であってよい。被腐食性金属層の場合、例えばアルミニウム、チタン、窒化チタン、銀又は銅を含有する層が重要である。好適には、金属層の一つがアルミニウムから成る。これにより、良好な電気伝導性と簡易な層形成が保障される。稜線被覆を有することにより、下部層としてのＡｌ層は腐食に対して十分に安定である。上部の、非被腐食性又は腐食受容性の低い金属層は、タングステン、タンタル、モリブデン、白金又は金を含有する層であってよい。好適にはタングステン及びモリブデンを含有する層である。
【００２５】
本発明のさらなる実施形態においてトポグラフィー構造上に結晶層が堆積される又は成長する。結晶層は例えば非エピタキシャル成長した層であってよい。本発明のトポグラフィー構造上では、結晶層の成長に伴う際立った成長欠陥が、比較される構造に比べてより低減することが判明した。この好適な効果は、トポロジー稜線周囲の形成被覆により、非被腐食性又は弱被腐食性上部金属層と基板層との間に、被腐食性金属の閉じたハウジングが存在することにより説明可能である。この方法により、腐食性物質は結晶構造の欠陥部位上で被腐食性金属層にまで到達することがない。
【００２６】
ある実施形態において、結晶層は圧電層である。圧電層は例えば窒化アルミニウム層、酸化亜鉛層又はチタン酸ジルコン酸鉛層であってよい。圧電層はさらに、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムを含有してよい。
【００２７】
ある実施形態において本発明のトポグラフィー構造はＢＡＷ共鳴器の構成要素である。この実施形態において、基板層上に積層された金属層がＢＡＷ共鳴器の板電極を形成する。相当する上部電極は圧電層上に蒸着される。
【００２８】
本発明のトポグラフィー構造によれば、複数のＢＡＷ共鳴器を上下に配置できる。これらのいわゆるスタックＢＡＷ共鳴器は、電極間に配置された複数の圧電層を有する。これらの実施形態において、上部に圧電層が堆積されるそれぞれの金属層の縁側トポロジー稜線は、金属層のトポロジー稜線周辺の形成被覆を伴う。この方法により、電極が腐食から保護され、多くの圧電層を有するＢＡＷ共鳴器が実現できる。
【００２９】
以下において、本発明のトポグラフィー構造は図２、３及び４により詳細に記述される。詳細な記載は説明目的のものであり、特定の詳細への限定を意味するものではない。説明のために記述された図２、３及び４の特徴もまた必要でない場合は寸法通りには描写されない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、製造中の圧電層積層後の中間工程におけるＢＡＷ共鳴器の横断面の、走査型電子顕微鏡による一画像である。
【図２】図２は、製造中において金属層及び基板層の上に保護層を全面的かつ稜線被覆するように蒸着した後の、本発明のトポグラフィー構造の模式的な例の断面図である。
【図３】図３は、本発明のトポグラフィー構造の模式的例の、製造中における保護層の異方性バックエッチング後の断面図である。
【図４】図４は、本発明のトポグラフィー構造の模式的例の、製造中における圧電層成長後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図２には、本発明のトポグラフィー構造の製造方法の中間状態が示されている。少なくとも１の酸化ケイ素から成る上層を有する基板層（ＴＳ）の上に、薄層技術を用いて第一の金属層（Ｍ１）が積層及び形成され、基板層との間にトポロジー稜線が形成される。これらの第一の下部金属層は、ＢＡＷ共鳴器の複層板電極の２つの金属層の内の１つである。金属層Ｍ１は好適にはアルミニウム、銀又は銅あるいはアルミニウム、銀又は銅を含有する合金から成る。第一の下部金属層上に第二の金属層（Ｍ２）が積層される。金属層Ｍ２は金属層Ｍ１を縁部閉鎖的に覆ってよく、金属層Ｍ１が金属層Ｍ２により完全には覆われないように形成されることもまた可能である。金属層Ｍ２は好適にはタングステン、タンタル、モリブデン、白金、ルビジウム又は金を含有する層である。特に好適であるのはタングステン層である。
【００３２】
この構造の上にさらに保護層（ＳＳ）が、基板層及び金属層上に全面的かつ稜線被覆的に蒸着される。非被腐食性で、板電極の最上部金属層に対して十分に選択的に異方性エッチング可能なあらゆる素材が、保護層として使用できる。保護層は好適には酸化ケイ素、窒化ケイ素又はポリイミドの層である。酸化ケイ素の層は特に好適である。保護層は、化学蒸着、プラズマＣＶＤ、原子層蒸着又はそれらコーティング手段の変化形を用いて蒸着されてよい。原子層蒸着は特に好適である。
【００３３】
保護層の強度は、蒸着の均一性と次工程のエッチング工程によってのみ限定される。しかしながら好適には層強度は少なくとも金属層の１〜２倍である。この積層手段による稜線被覆保護層においては、金属層の縁側トポロジー稜線周辺で、トポグラフィー構造の平坦部分よりも基板層への法線上で層強度がより高い。
【００３４】
図２に示されたトポグラフィー構造に対して、次に異方性エッチング工程が施される。ここで保護層には、基板層及び金属層の平坦部分から保護層が除去されるまで異方性バックエッチングが施され、金属層の縁側トポロジー稜線周囲では、上述のように保護層の層強度が高いため、保護層由来の形成被覆（ＡＢ）が取り残される。
【００３５】
保護層の異方性バックエッチングは物理的、化学的又は物理化学的ドライエッチング手段により達成される。好適には化学的ドライエッチング手段は例えばプラズマエッチング又はイオンビームエッチング（イオンミリング）である。特に好適なのはプラズマエッチングである。必ず必要ではないが好適には、上部金属層Ｍ２及び可能であれば基板層ＴＳ（例えばＳｉＯ２）に対して選択性を有するエッチング手段が用いられる。
【００３６】
図３には、保護層のバックエッチング後の本発明のトポグラフィー構造が示されている。異方性バックエッチングによって、金属層Ｍ１及びＭ２の縁側トポロジー稜線周囲に保護層由来の形成被覆（ＡＢ）が生じる。トポグラフィー構造の平坦表面、例えば第二上部金属層Ｍ２や基板層ＴＳからは、保護層はほとんど又は完全に取り除かれる。第一の下部金属層のトポロジー稜線は、形成被覆ＡＢによって完全に覆われている。
【００３７】
図３の実施例では、上記の保護層の異方性バックエッチングは、保護層ＳＳが上部金属面の平坦な表面から完全に取り除かれるまで行われる。他の実施形態において、取り残される保護層素材の量が、形成稜線被覆ＡＢよりも多く又は少なくなるように異方性バックエッチングを選択でき、形成稜線被覆は例えば上部金属層の平坦表面にまで伸長する。
【００３８】
次工程は圧電層の成長である。圧電層は好適には反応性スパッタ法を用いて堆積され、例えば最も純粋なアルミニウムターゲットを用いて窒素雰囲気下でＡｌＮを生成するものである。その他、エピタキシー法、化学蒸着（ＣＶＤ）又は原子層蒸着（ＡＬＤ）又はそれら手段の組み合わせが用いられる。
【００３９】
図４には、圧電層（ＰＳ）成長後の本発明のトポグラフィー構造が示されている。金属電極Ｍ１、Ｍ２の平坦部上方には圧電層ＰＳの均一な結晶構造が生じている。上部金属層から形成稜線被覆への境界部において、緩い角度のトポロジー稜線では結晶構造の微小な欠陥が生じているが、欠陥部位ＳＴ１の両側の結晶層の接触は良好である。形成被覆から基板層への境界部を特徴づける急角度トポロジー稜線の領域では、描画されている通り、チャンネル及び空間形成を伴う強度の欠陥部位ＳＴ２が結晶構造に形成されうる。しかしながら形成稜線被覆のため、結晶構造の欠陥は金属層Ｍ１周辺までは到達しない。いずれの欠陥部位においても、被腐食性金属Ｍ１への腐食チャンネルが形成されないことは、驚くべき結果である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【国際調査報告】
2015525040.tif 000007
2015525040.tif 000008
2015525040.tif 000009
2015525040.tif 000010
2015525040.tif 000011
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