(57)【要約】【課題】高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる圧電膜の形成方法またはＦＢＡＲの製造方法およびこれを実現する非反応性スパッタリング装置を提供する。【解決手段】少なくとも下部電極、圧電膜および上部電極を積層させてなる弾性共振膜を有する薄膜バルク音響共振子の製造する方法であり、まず、基板１０に下部電極１２を形成し、下部電極１２の上層に圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成する。次に、圧電膜１３の上層に上部電極１４を形成する。【選択図】図２
2005210614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下部電極、圧電膜および上部電極を積層させてなる弾性共振膜を有する薄膜バルク音響共振子の製造方法であって、
基板に、下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上層に、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の上層に、上部電極を形成する工程と
を有する薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項２】
前記圧電膜を形成する工程において、前記ターゲットとして溶融法により形成されたターゲットを用いる
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項３】
前記圧電膜を形成する工程において、前記ターゲットとして理論密度に対して９０％以上の密度を有するターゲットを用いる
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項４】
前記圧電膜を形成する工程において、前記化合物材料が窒化アルミニウムあるい酸化亜鉛である
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項５】
前記圧電膜を形成する工程において、前記化合物材料の非金属成分をスパッタリング補助ガスとして用いる非反応性スパッタリングにより形成する
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項６】
前記圧電膜を形成する工程において、前記スパッタリング補助ガスとして窒素ガスあるいは酸素ガスを用いる
請求項５に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項７】
前記圧電膜を形成する工程において、前記スパッタリング補助ガスを１０流量％以上の流量で用いる
請求項５に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項８】
前記圧電膜を形成する工程において、１０-5Ｐａ以下の高真空雰囲気下で行う
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項９】
前記下部電極を形成する工程の前に、前記基板に犠牲層を形成する工程をさらに有し、
前記下部電極を形成する工程においては、前記犠牲層を被覆して前記犠牲層の両端部において前記基板に接するように形成し、
前記上部電極を形成する工程の後に、前記犠牲層を除去する工程をさらに有する
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項１０】
前記上部電極を形成する工程の後、前記犠牲層を除去する工程の前に、少なくとも前記圧電膜および前記下部電極を貫通して前記犠牲層に達する開口部を形成する工程をさらに有し、
前記犠牲層を除去する工程においては、前記開口部を介して除去する
請求項９に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項１１】
前記犠牲層を形成する工程の前に、前記基板に凹部を形成する工程とさらに有し、
前記犠牲層を形成する工程においては、前記凹部に埋め込むように形成する
請求項９に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項１２】
前記上部電極を形成する工程の後に、前記弾性共振膜の形成面の裏面側から前記基板を貫通して前記弾性共振膜の前記下部電極側の表面を露出させる開口部を形成してダイアフラム構造の基板とする工程をさらに有する
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項１３】
前記下部電極を形成する工程の前に、前記基板に音響反射膜を形成する工程をさらに有し、
前記下部電極を形成する工程においては、前記音響反射膜の上層に形成する
請求項１に記載の薄膜バルク音響共振子の製造方法。
【請求項１４】
基板に、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する工程を有する
圧電膜の形成方法。
【請求項１５】
非反応性スパッタリング処理室と、
前記非反応性スパッタリング処理室に配置され、基板を保持する基板保持部と、
前記非反応性スパッタリング処理室に配置された圧電性を発現する化合物材料からなるターゲットと、
前記基板および前記ターゲットに電圧を印加する電源と
を有し、前記基板および前記ターゲットに所定の電圧を印加して非反応性スパッタリングにより前記ターゲットの化合物材料を前記基板上に堆積させて圧電膜を形成する
非反応性スパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜バルク音響共振子（ＦＢＡＲ：Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators ）の製造方法、ＦＢＡＲに用いられる圧電膜の形成方法、および、これらの製造方法と形成方法で用いられる非反応性スパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの分野において、無線通信や電気回路における周波数の高周波数化が進むとともに、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などに代表される携帯端末やＩＣカードのように厚みの非常に薄い部品を要求する製品が出現しており、部品の小型化および薄型化が強く求められ、それらの開発が現在活発に行われている。
上記の電子デバイスの中で、特に圧電共振子としては、小型化・薄肉化が可能で、かつ高周波に対応した薄膜バルク音響共振子（ＦＢＡＲ）の開発が進められている。
【０００３】
従来のＦＢＡＲとして、例えば非特許文献１には、図１０に示すように、シリコンなどの基板１００上に所定の共振領域を構成する空隙Ｖを介して、下部電極１０２、圧電膜１０３および上部電極１０４の積層体からなる弾性共振膜１０５が形成されたＦＢＡＲが開示されている。下部電極１０２および上部電極１０４はモリブデンなどの導電性材料からなり、圧電膜１０３は窒化アルミニウムなどの圧電材料からなる。空隙Ｖは、下部電極１０２の端部に屈曲して形成された足部により支えられている。
【０００４】
ここで、空隙Ｖと弾性共振膜１０５の界面において音響のインピーダンスに差が生じるため、弾性共振膜１０５の振動が基板１００に伝達されずに弾性共振膜１０５側に反射し、特に弾性共振膜内において定在波条件を満たす場合には共振状態となる。圧電膜１０３は、その結晶性配向が共振特性を決めるため、非常に重要な要素となっている。
【０００５】
上記の構成のＦＢＡＲを形成する方法としては、例えばシリコンなどの基板１００に空隙Ｖを形成するための犠牲層を形成し、これを被覆して例えばスパッタリング法により下部電極１０２、圧電膜１０３および上部電極１０４を順次積層させ、所定の形状に加工した後、エッチングなどにより犠牲層を除去して空隙Ｖとする。
【０００６】
ここで、上記の圧電膜１０３を堆積させる方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）などが用いられているが、最も広く用いられている方法は反応性スパッタリング法である。
従来の反応性スパッタリング法による化合物圧電膜の成膜に用いられるターゲット材料は高純度金属材料（窒化アルミニウムを成膜する場合には高純度アルミニウム）であり、アルゴンやキセノンなどの希ガスと窒素や酸素などの反応ガス（窒化アルミニウムを成膜する場合は窒素）によりスパッタリングを行い、基板上に化合物圧電膜を成膜する。
【０００７】
上記の従来の反応性スパッタリング法の反応メカニズムは、反応ガスの濃度に相当する流量の違いによって大きく分けて２つのモデルで説明することができる。
図１１は、アルミニウムをターゲットとし、窒素ガスを供給して窒化アルミニウムを堆積させる反応性スパッタリング法において、窒化アルミニウムの堆積速度を反応ガスである窒素の流量に対してプロットした図であり、この図１１により上記の２つのモデルを説明する。
１つ目のモデルＭ１は、窒素流量が少ない低濃度領域において、高純度金属ターゲットからスパッタリングされた金属原子が基板表面あるいはプラズマ中で反応して、化合物圧電材料として基板上に堆積し、成膜するモデルである。窒素流量が少ない領域から多い領域へと増加させるときがこのモデルで説明される。
２つ目のモデルＭ２は、窒素流量が多い高濃度領域において、高純度金属ターゲットの表面において化合物圧電材料が生成され、それが希ガスによってスパッタリングされて基板上に堆積し成膜するモデルである。窒素流量が多い領域から少ない領域へと減少させるときがこのモデルで説明される。
【０００８】
上記のＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法により圧電膜を成膜する場合には、高結晶性の膜が得られるという利点があるものの、８００℃以上の成膜温度が必要となってしまう。ＦＢＡＲを形成する製造工程における制約では、プロセス温度を３００℃以下とすることが求められており、ＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法は圧電膜の成膜方法として採用することが難しいとされている。
【０００９】
また、反応性スパッタリング法において窒素流量が少ない領域から多い領域へと増加させるときのモデル（モデルＭ１）による圧電膜の成膜では、成膜速度が速いという利点があるものの、組成再現性に問題があり、かつ膜内部応力が高くなるという問題がある。これは、成膜時に希ガス原子までもが取り込まれてしまうためであると考えられる。
【００１０】
一方、反応性スパッタリング法において窒素流量が多い領域から少ない領域へと減少させるときのモデル（モデルＭ２）による圧電膜の成膜では、組成が安定しており、膜内部応力も小さいという利点があるものの、成膜速度が遅く生産性が悪いという問題がある。
【非特許文献１】Motoaki Hara et al., 「Alminium Nitride Thin Film 2 GHz Resonator Using Germanium Sacrificial Layer Etching」, Mems Symposium 2002 Tohoku Univ.
【非特許文献２】Motoaki Hara et al., 「MEMS Based Thin Film 2 GHz Resonator for CMOS Integration」, 2003 IEEE MTT-S Digest, 1797-1800.
【非特許文献３】麻蒔立男著「薄膜作成の基礎」日刊工業新聞社出版
【非特許文献４】Richard C. Ruby et al., 「Thin Film Bulk Wave Acoustic Resonators (FBAR) for Wireless Applications」, 2001 IEEE URTRASONICS SYMPOSIUM, 813-821.
【非特許文献５】Q. X. Su et al., 「EDGE SUPPORTED ZnO THIN FILM BILK ACOUSTIC WAVERESONATORS AND FILTER DESIGN 」, 2000 IEEE/EIA International Frequency ControlSymposiomand Exhibition, 434-440.
【非特許文献６】K. M. Lakin et al., 「Improved Bulk Wave Resonator CouplingCoefficientForWide Bandwidth Filters」, 2001 IEEE URTRASONICS SYMPOSIUM, 827-831.
【非特許文献７】Chien-Chuan Cheng et al., 「Highly c-axis oriented AlN films deposited onLiNbOsubstrates for surface acoustic wave devices」, 2001 IEEE, 439-442.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、ＦＢＡＲの製造方法などにおける圧電膜の形成方法において、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の薄膜バルク音響共振子の製造方法は、少なくとも下部電極、圧電膜および上部電極を積層させてなる弾性共振膜を有する薄膜バルク音響共振子の製造方法であって、基板に、下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上層に、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の上層に、上部電極を形成する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明の薄膜バルク音響共振子の製造方法は、少なくとも下部電極、圧電膜および上部電極を積層させてなる弾性共振膜を有する薄膜バルク音響共振子を製造する方法であり、まず、基板に下部電極を形成し、下部電極の上層に圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する。次に、圧電膜の上層に上部電極を形成する。
【００１４】
また、本発明の圧電膜の形成方法は、基板に、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する工程を有する。
【００１５】
上記の本発明の圧電膜の形成方法は、基板に、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する。
【００１６】
また、本発明の非反応性スパッタリング装置は、非反応性スパッタリング処理室と、前記非反応性スパッタリング処理室に配置され、基板を保持する基板保持部と、前記非反応性スパッタリング処理室に配置された圧電性を発現する化合物材料からなるターゲットと、前記基板および前記ターゲットに電圧を印加する電源とを有し、前記基板および前記ターゲットに所定の電圧を印加して非反応性スパッタリングにより前記ターゲットの化合物材料を前記基板上に堆積させて圧電膜を形成する。
【００１７】
上記の本発明の非反応性スパッタリング装置は、非反応性スパッタリング処理室内に、基板を保持する基板保持部と圧電性を発現する化合物材料からなるターゲットが配置されている。
電源により基板およびターゲットに所定の電圧を印加すると、非反応性スパッタリングにより圧電膜が形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の薄膜バルク音響共振子の製造方法によれば、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより薄膜バルク音響共振子を構成する圧電膜を形成することから、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００１９】
本発明の圧電膜の形成方法によれば、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成することから、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００２０】
本発明の非反応性スパッタリング装置によれば、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリング処理を行うことができ、高い膜質の圧電膜を生産性高く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の薄膜バルク音響共振子（ＦＢＡＲ）の製造方法、圧電膜の形成方法および非反応性スパッタリング装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
第１実施形態
図１は本実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
例えば、シリコンあるいはサファイアの高抵抗材料などからなる基板１０上に、所定の共振領域を構成する空隙Ｖを介して、下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４の積層体からなる弾性共振膜１５が形成されている。
下部電極１２および上部電極１４は、例えばＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉなどの導電性材料からなり、例えば０．１〜０．５μｍの膜厚で形成されている。
また、圧電膜１３は窒化アルミニウムや酸化亜鉛などの圧電材料からなり、ｃ軸に高配向した緻密な膜となっており、優れた圧電特性と弾性特性を備えた圧電膜であり、例えば１．５μｍ以下の膜厚で形成されている。
空隙Ｖは、下部電極１２の端部に屈曲して形成された足部により支えられており、空隙Ｖの高さは例えば数μｍ程度である。
下部電極１２、上部電極１４および圧電膜１３の膜厚や空隙Ｖの高さなどは、共振周波数に合わせて適宜調整することができる。
【００２３】
ここで、空隙Ｖと弾性共振膜１５の界面において音響のインピーダンスに差が生じるため、弾性共振膜１５の振動が基板１０に伝達されずに弾性共振膜１５側に反射し、特に弾性共振膜内において定在波条件を満たす場合には共振状態となる。即ち、弾性共振膜１５の厚み縦振動により発生した音響波は、弾性共振膜１５の内部に効率よく閉じ込められるため、振動エネルギーの損失を少なくでき、小型の圧電共振子を実現できる。
【００２４】
次に、本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０上に、例えば、ＣＶＤ法などにより、酸化シリコンあるいはゲルマニウムなど、基板１０や弾性共振膜１５に対して選択的にエッチング除去が可能な材料を堆積させ、パターン加工して、犠牲層１１を形成する。このとき、例えば、犠牲層１１の側面は基板１０に対して順テーパー形状となるように加工する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、犠牲層１１を被覆して、全面に、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などの気相合成法により下部電極１２を形成し、下部電極形状にパターン加工する。
特に、立体的な複雑形状を持つ基体に対しては、複雑な形状でも比較的均一な膜厚が得られるＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）法などに代表されるＣＶＤ法が好ましい。また、平坦で、層状構造の基体に対しては、コストや簡便さからスパッタリング法や真空蒸着法が好ましい。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、下部電極１２上に、例えば、窒化アルミニウムあるいは酸化亜鉛などの圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成する。
【００２７】
上記の圧電膜１３を形成する工程における非反応性スパッタリングは、通常用いられているスパッタリング装置において、圧電性を発現する化合物材料をターゲットとして用い、ターゲット材料を反応させることなく堆積させることにより行うことができる。
即ち、非反応性スパッタリング装置は、非反応性スパッタリング処理室内に、基板を保持する基板保持部と、圧電性を発現する化合物材料からなるターゲットが配置され、基板およびターゲットに電圧を印加する電源が設けられた構成とする。
非反応性スパッタリング処理室内を下記のような所定の圧力雰囲気にし、さらに下記のように所定のアルゴンあるいはキセノンなどの希ガスと窒素などのスパッタリング補助ガスを所定の流量で供給した状態で、電源により基板およびターゲットに所定の電圧を印加する。例えば、窒化アルミニウムは絶縁物であるので、ＲＦあるいはＤＣパルス電圧を印加する。
上記のような非反応性スパッタリングにより、ターゲットの化合物材料を基板上に堆積させて圧電膜を形成する。
【００２８】
上記の非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成する工程においては、ターゲットとして理論密度に対して９０％以上の密度を有するターゲットを用いることが好ましく、また、溶融法により形成されたターゲットを用いることが好ましい。
上記の圧電膜を形成する非反応性スパッタリングでは、ターゲットである圧電性を発現する化合物材料を反応させずにその組成のままで堆積させるので、ターゲット中の不純物の濃度は低い程好ましく、例えば理論密度に対して９０％以上の密度となるように高純度であることが好ましい。このターゲットとしては、溶融法により形成すれば上記のような高純度のターゲットの形成を実現することが可能であるので好ましい。また、上記のような高純度ターゲットが実現できれば焼結法によるものであってもよい。
【００２９】
また、圧電膜を形成する工程において、化合物材料の非金属成分をスパッタリング補助ガスとして用いる非反応性スパッタリングにより形成することが好ましい。
スパッタリング補助ガスとは、スパッタリングに主体的に寄与するものではなく、スパッタリングによりターゲットから放出された化合物材料から非金属成分がガスとして抜けてしまうことを防止し、化合物ターゲットの組成比を維持して堆積させるためのガスである。
ここで、スパッタリング補助ガスとしては、窒化アルミニウムを堆積させる場合には窒素ガスを用い、酸化亜鉛を堆積させる場合には酸素ガスを用いる。
上記のスパッタリング補助ガスとしては、全スパッタリングガスに対して１０流量％以上の流量で用いることが好ましい。１０流量％未満では、スパッタリング補助ガスとしての機能が不十分で、化合物材料から非金属成分がガスとして抜けてしまう虞がある。
【００３０】
また、圧電膜を形成する工程において、１０-5Ｐａ以下の高真空雰囲気下で行うことが好ましい。
上記のような高真空あるいは超高真空雰囲気下では、化合物ターゲットの組成比の維持が可能であり、スパッタリングの雰囲気中に残存する酸素などの不純物を取り込んで堆積させてしまうことを防止することができる。
【００３１】
上記のようにして圧電膜１３を形成した後、図３（ａ）に示すように、下部電極１２と同様にして圧電膜１３上に上部電極１４を形成する。
さらに、図３（ｂ）に示すように、必要に応じて上部電極１４および圧電膜１３をパターン加工する。図面上は上部電極１４および圧電膜１３を同様のパターンとしているが、それぞれ異なるパターンにしてもよい。
【００３２】
上記の後の工程としては、例えば圧電膜１３および下部電極１２を貫通して犠牲層１１に達する不図示の開口部を開口し、例えばＨＦ液などのウェットエッチングにより、開口部よりエッチング液を浸入させ、犠牲層１１を除去する。
以上で、本実施形態に係る図１に示す構造のＦＢＡＲを形成することができる。
【００３３】
その他、ＦＢＡＲの構造および製造方法として、非特許文献１および２に記載の構造や製造方法に、本実施形態に係るＦＢＡＲの構造および製造方法を適用することができる。
【００３４】
上記の本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、圧電膜を形成する際に、スパッタリングターゲットに高純度金属ターゲットではなく、窒化アルミニウムあるいは酸化亜鉛などの化合物ターゲットを用いることで、３００℃以下の低温での圧電膜の成膜が可能となる。
上記各化合物材料のターゲットは高融点材料であるために組成変形を起こしにくく、３００℃以下の低温成膜においてもターゲットの同じ組成の膜を形成することができる。
【００３５】
また、反応スパッタリングと異なり、化合物ターゲットは、その融点の高さのためにスパッタリング補助ガスを例えば１０流量％以上導入するだけで、スパッタされた原子群が基板に到達するまでに組成比を崩してしまうことを防止して堆積、成膜することができ、図１１に示す従来のスパッタリングのモデルＭ１と異なり、圧電膜の組成のバラツキを抑制することができる。
【００３６】
さらに、スパッタリングの主体的なガスは従来の金属スパッタリングと同様の希ガス、即ち、アルゴンやキセノンであり、スパッタリング補助ガスである非金属成分のガスを１０流量％程度に抑えることができるので、図１１に示す従来のスパッタリングのモデルＭ２よりも成膜速度を速くすることができる。
これは、スパッタイオンのスパッタ率（非特許文献３参照）に起因している。
例えば、アルゴンのスパッタ率を１と規格化した場合、窒素（Ｎ2）や酸素（Ｏ2）のスパッタ率は約０．４５となる。従来方法（上記のモデルＭ２）の反応性スパッタリングにおいては、非金属スパッタリングガスが７０流量％、希ガスが３０流量％であるので、全体のスパッタ率は（１×０．３＋０．４５×０．７）＝０．６１５となる。
一方、上記の実施形態においては、非金属スパッタリングガス（補助ガス）が１０流量％、希ガスが９０流量％とすると、全体のスパッタ率は（１×０．９＋０．４５×０．１）＝０．９４５となる。
即ち、スパッタ率の比（０．９４５／０．６１５）＝１．５４となるので、スパッタ速度が５０％以上、少なく見積もっても４０％以上は改善することが可能である。
また、膜内部応力も１００ＭＰａ以下で成膜することができる。
【００３７】
上記のように、本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより薄膜バルク音響共振子を構成する圧電膜を形成することから、均一性が高く、ｃ軸配向性が高い、高膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００３８】
第２実施形態
図４は実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
例えば、シリコンあるいはサファイアの高抵抗材料などからなる基板１０に、所定の共振領域を構成する空隙Ｖとなる凹部１０ａが形成されており、凹部１０ａの両端部において接し、空隙Ｖを保持するように、下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４の積層体からなる弾性共振膜１５が形成されている。
下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４は、第１実施形態と同様の材料や膜厚とすることができる。
空隙Ｖとなる凹部１０ａの深さは例えば数μｍ程度であり、下部電極１２、上部電極１４および圧電膜１３の膜厚や空隙Ｖの高さなどは、共振周波数に合わせて適宜調整することができる。
【００３９】
ここで、第１実施形態と同様に、空隙Ｖと弾性共振膜１５の界面において音響のインピーダンスに差が生じるため、弾性共振膜１５の振動が基板１０に伝達されずに弾性共振膜１５側に反射し、特に弾性共振膜内において定在波条件を満たす場合には共振状態となり、圧電共振子を実現できる。
【００４０】
次に、本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、基板１０に、凹部のパターンを開口するレジスト膜をパターン形成し、ウェットエッチングなどのエッチングを行って凹部１０ａを形成する。
次に、例えばＣＶＤ法などにより、酸化シリコンあるいはゲルマニウムなど、基板１０や弾性共振膜１５に対して選択的にエッチング除去が可能な材料を凹部１０ａを埋め込んで全面に堆積させ、凹部１０ａの外部に堆積した部分をエッチングで除去し、基板１０の凹部１０ａに埋め込まれた犠牲層１１とする。
【００４１】
次に、図５（ｂ）に示すように、犠牲層１１を被覆して、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などの気相合成法により下部電極１２を形成し、さらに第１実施形態と同様にして、下部電極１２上に、例えば、窒化アルミニウムあるいは酸化亜鉛などの圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成し、さらに下部電極１２と同様にして圧電膜１３上に上部電極１４を形成する。さらに必要に応じて上部電極１４、圧電膜１３および下部電極１２をパターン加工する。
【００４２】
次に、例えば上部電極１４、圧電膜１３および下部電極１２などを貫通して犠牲層１１に達する不図示の開口部を開口し、例えばＨＦ液などのウェットエッチングにより、開口部よりエッチング液を浸入させ、犠牲層１１を除去する。
以上で、本実施形態に係る図４に示す構造のＦＢＡＲを形成することができる。
【００４３】
その他、ＦＢＡＲの構造および製造方法として、非特許文献４に記載の構造や製造方法に、本実施形態に係るＦＢＡＲの構造および製造方法を適用することができる。
【００４４】
上記の本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、第１実施形態と同様に、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより薄膜バルク音響共振子を構成する圧電膜を形成することから、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００４５】
第３実施形態
図６は実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
例えば、シリコンあるいはサファイアの高抵抗材料などからなる基板１０の両面に酸化シリコンなどの被覆層（１０ｂ，１０ｃ）が形成されており、一方の被覆層１０ｂの上層に、下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４の積層体からなる弾性共振膜１５が形成されている。
下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４は、第１実施形態と同様の材料や膜厚とすることができる。
基板１０には、他方の被覆層１０ｃの表面から基板１０を貫通して弾性共振膜１５の下部電極１２側の表面（実際には被覆層１０ｂ）を露出させる開口部１０ｄが形成されており、ダイアフラム構造の基板となっている。
【００４６】
ここで、第１実施形態と同様に、弾性共振膜１５の開口部１０ｄ側の表面（実際には被覆層１０ｂの表面）において音響のインピーダンスに差が生じるため、弾性共振膜１５の振動が基板１０に伝達されずに弾性共振膜１５側に反射し、特に弾性共振膜内において定在波条件を満たす場合には共振状態となり、圧電共振子を実現できる。
【００４７】
次に、本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法について説明する。
まず、基板１０の両表面に酸化シリコンなどの被覆層（１０ｂ，１０ｃ）を形成し、一方の被覆層１０ｂの上層に、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などの気相合成法により下部電極１２を形成し、さらに第１実施形態と同様にして、下部電極１２上に、例えば、窒化アルミニウムあるいは酸化亜鉛などの圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成し、さらに下部電極１２と同様にして圧電膜１３上に上部電極１４を形成する。さらに必要に応じて上部電極１４、圧電膜１３および下部電極１２をパターン加工する。
次に、弾性共振膜１５の形成面の裏面側における被覆層１０ｃ上にダイアフラム構造を形成する領域を開口するレジスト膜を形成し、これをマスクとし、他方の被覆層１０ｂをエッチングストッパとするエッチングにより、基板１０を貫通して弾性共振膜１５の下部電極１２側の表面（実際には被覆層１０ｂ）を露出させる開口部１０ｄを形成して、ダイアフラム構造の基板とする。
以上で、本実施形態に係る図６に示す構造のＦＢＡＲを形成することができる。
【００４８】
その他、ＦＢＡＲの構造および製造方法として、非特許文献５に記載の構造や製造方法に、本実施形態に係るＦＢＡＲの構造および製造方法を適用することができる。
【００４９】
上記の本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、第１実施形態と同様に、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより薄膜バルク音響共振子を構成する圧電膜を形成することから、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００５０】
第４実施形態
図７は実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
例えば、シリコンあるいはサファイアの高抵抗材料などからなる基板１０上に、第１反射膜１６ａ、第２反射膜１６ｂ、第３反射膜１６ｃ、第４反射膜１６ｄ、第５反射膜１６ｅ、第６反射膜１６ｆおよび第７反射膜１６ｇなどの７層の積層体からなる音響反射膜１６が形成されており、その上層に下部電極１２、圧電膜１３および上部電極１４の積層体からなる弾性共振膜１５が形成されている。
【００５１】
上記のＦＢＡＲは、振動空間は設けられておらず、基板１０と下部電極１２の間に、音響反射膜１６が形成されている。
ここで、音響反射膜１６を構成する第１反射膜１６ａ〜第７反射膜１６ｇは、固有音響抵抗値の異なる材料を交互に多重に積層させた構成であるが、反射率を上げるためには単に多重に積層しただけではその効果が不十分であり、効率よく反射させるため、それぞれの膜厚が共振周波数λの１／４の値（λ／４）となっている。
【００５２】
ここで、第１実施形態と同様に、音響反射膜１６と弾性共振膜１５の界面において音響のインピーダンスに差が生じるため、弾性共振膜１５の振動が基板１０に伝達されずに弾性共振膜１５側に反射し、特に弾性共振膜内において定在波条件を満たす場合には共振状態となり、圧電共振子を実現できる。
【００５３】
次に、本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法について説明する。
まず、公知の方法により基板１０に固有音響抵抗値の異なる材料を共振周波数λの１／４の値（λ／４）の膜厚で交互に積層させ、その上層に、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などの気相合成法により下部電極１２を形成し、さらに第１実施形態と同様にして、下部電極１２上に、例えば、窒化アルミニウムあるいは酸化亜鉛などの圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより圧電膜１３を形成し、さらに下部電極１２と同様にして圧電膜１３上に上部電極１４を形成する。さらに必要に応じて上部電極１４、圧電膜１３、下部電極１２および音響反射膜１６をパターン加工する。
以上で、本実施形態に係る図７に示す構造のＦＢＡＲを形成することができる。
【００５４】
その他、ＦＢＡＲの構造および製造方法として、非特許文献６に記載の構造や製造方法に、本実施形態に係るＦＢＡＲの構造および製造方法を適用することができる。
【００５５】
上記の本実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法によれば、第１実施形態と同様に、予め化合物とされた圧電性を発現する化合物材料をターゲットとする非反応性スパッタリングにより薄膜バルク音響共振子を構成する圧電膜を形成することから、高い膜質の圧電膜を生産性高く製造することができる。
【００５６】
（実施例）
図８は従来例に係る反応性スパッタリングにより窒化アルミニウムの圧電膜を形成したときの圧電膜のｃ軸配向性を示すＸＲＤ強度と形成時の窒素濃度の関係を示すグラフである。これは、非特許文献７に記載のデータからｃ軸配向性を示すＸＲＤ強度を抽出してグラフ化したものである。
このように、従来例に係る反応性スパッタリングで圧電膜を形成すると、窒化アルミニウムのｃ軸配向性は窒素濃度に大きく依存し、窒素濃度が低くなるとｃ軸配向性も低くなり、膜質が低下してしまうことが確認された。
【００５７】
一方、図９は本実施形態に係る非反応性スパッタリングにより窒化アルミニウムの圧電膜を形成したときの圧電膜のｃ軸配向性を示すＸＲＤ強度と形成時の窒素濃度の関係をシミュレーションにより求めたグラフである。
このように、本実施形態に係る非反応性スパッタリングで圧電膜を形成すると、窒化アルミニウムのｃ軸配向性の窒素濃度に対する依存性が小さくなり、窒素濃度の工程に関わらず高いｃ軸配向性を保持でき、膜質を向上できることが確認された。
【００５８】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本発明はＦＢＡＲの製造方法に限らず、ＦＢＡＲ以外の素子に用いられる圧電膜を形成するための方法として適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の薄膜バルク音響共振子の製造方法は、携帯電話などのワイヤレス通信システムやワイヤレスセンシングシステムにおける送信フィルタやデュプレクサなどの回路に用いられるＦＢＡＲの製造方法に適用可能である。
【００６０】
本発明の圧電膜の形成方法は、ＦＢＡＲあるいはその他の圧電膜を含む素子の製造工程において用いる圧電膜の形成方法に適用できる。
【００６１】
本発明の非反応性スパッタリング装置は、ＦＢＡＲあるいはその他の圧電膜を含む素子の製造工程において非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成する装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は第１実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は第１実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図４】図４は第２実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は第２実施形態に係るＦＢＡＲの製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図６】図６は第３実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
【図７】図７は第４実施形態に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
【図８】図８は従来例に係る反応性スパッタリングにより圧電膜を形成したときの圧電膜のｃ軸配向性を示すＸＲＤ強度と形成時の窒素濃度の関係を示すグラフである。
【図９】図９は本発明に係る非反応性スパッタリングにより圧電膜を形成したときの圧電膜のｃ軸配向性を示すＸＲＤ強度と形成時の窒素濃度の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は従来例に係るＦＢＡＲの構成を示す模式断面図である。
【図１１】図１１は従来例に係るＦＢＡＲの製造方法による圧電膜の堆積速度と堆積時の窒素濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１００…基板、１０ａ…凹部、１０ｂ，１０ｃ…窒化シリコン膜、１０ｄ…裏面ビア、１１…犠牲膜、１２，１０２…下部電極、１３，１０３…圧電膜、１４，１０４…上部電極、１５，１０５…弾性共振膜、１６…音響反射膜、１６ａ…第１反射膜、１６ｂ…第２反射膜、１６ｃ…第３反射膜、１６ｄ…第４反射膜、１６ｅ…第５反射膜、１６ｆ…第６反射膜、１６ｇ…第７反射膜、Ｖ…空隙
【図１】
2005210614.tif 000003
【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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