(57)【要約】【課題】テーパ面を有する端部上に積層した薄膜において亀裂や破断を抑制する構造を有する電子素子を提供する。【解決手段】基体と、前記基体の上に設けられ少なくとも１つの端面を有する第１膜と、前記端面の少なくとも一部を覆って前記第１膜及び前記基体の上に設けられた結晶質の第２膜と、を備え、前記端面は、前記基体の主面に対して傾斜した斜面を有し、前記斜面は、前記基体に近づくにつれて傾斜が緩やかとなる曲面を有することを特徴とする電子素子が提供される。【選択図】図１
2007295280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上に設けられ少なくとも１つの端面を有する第１膜と、
前記端面の少なくとも一部を覆って前記第１膜及び前記基体の上に設けられた結晶質の第２膜と、
を備え、
前記端面は、前記基体の主面に対して傾斜した斜面を有し、
前記斜面は、前記基体に近づくにつれて傾斜が緩やかとなる曲面を有することを特徴とする電子素子。
【請求項２】
前記曲面は、凹面状であることを特徴とする請求項１記載の電子素子。
【請求項３】
前記斜面は、前記第２膜に向かって突き出た凸状部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子素子。
【請求項４】
前記第２膜は、その厚み方向に配向した多結晶体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子素子。
【請求項５】
前記第２膜の上に設けられた上部電極をさらに備え、
前記基体は中空部を有し、
前記第１膜は、下部電極を構成し、
前記第２膜は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛及びジルコン酸チタン酸鉛よりなる群から選択されたいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子に関し、例えば、圧電膜を有する薄膜バルク弾性共振器やＭＥＭＳなどの電子素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速度センサや圧力センサなどをシリコン基板上に集積化したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスや、薄膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ：Thin Film Bulk Acoustic Resonator）などの電子素子の開発が進められ、実用化が期待されている。
【０００３】
これらの電子素子において、支持基板の主面上に第１膜を設け、さらに、この支持基板と第１膜の端部の上を覆うように第２膜を設けた場合、第１膜の端部が支持基板の主面に対して略垂直であると「ステップカバレッジ」が低下する。このため、第２膜には亀裂や破断が発生するという不具合が生じる。
【０００４】
例えば、ＦＢＡＲの場合、キャビティを有する支持基板上に下部電極が設けられ、その上に圧電膜が設けられる。しかし、下部電極の端に形成される段差部において圧電膜に亀裂や破断が生じると、圧電特性が劣化する。
【０００５】
これに対して、下部電極の端部にテーパ面を設け、このテーパ面と支持基板の主面とのなす角度を５〜３０°にする技術が開示されている（特許文献１）。  
しかし、本発明者の検討の結果、テーパ面が平面的な形状であると、テーパ面の下端の上に形成する第２膜には応力が発生し、亀裂や破断が生じやすい傾向があることが判明した。
【特許文献１】米国公開公報  第２００４／０２６３２８７Ａｌ号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、テーパ面を有する端部上に積層した薄膜の亀裂や破断を抑制する構造を有する電子素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基体と、前記基体の上に設けられ少なくとも１つの端面を有する第１膜と、前記端面の少なくとも一部を覆って前記第１膜及び前記基体の上に設けられた結晶質の第２膜と、を備え、前記端面は、前記基体の主面に対して傾斜した斜面を有し、前記斜面は、前記基体に近づくにつれて傾斜が緩やかとなる曲面を有することを特徴とする電子素子が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、テーパ面を有する端部上に積層した薄膜の亀裂や破断を抑制する構造を有する電子素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
（実施例１）  
図１は、本発明の第１実施例に係る電子素子を表す模式断面図である。  
また、図２（ａ）は、本実施例の電子素子の上面図であり、図２（ｂ）はその下面図である。なお、図２以降の図面については、既出の図面と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１０】
本実施例の電子素子は、薄膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ：Thin Film Bulk Acoustic Resonator）５である。このＦＢＡＲ５は、Ｓｉ（シリコン）からなる支持基板１０の上に形成されている。支持基板１０は中空部（キャビティ）６０を有する。そして、支持基板１０の全面には、熱酸化（ＳｉＯ２）膜１５と、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）膜からなる下部パッシベーション層２０と、がこの順に設けられている。そして、下部パッシベーション層２０の主面上には、積層構造を有する第１膜３０が設けられている。この積層構造は、例えば、Ａｌ０．５Ｔａ０．５からなる非結晶質下地層２７と、Ａｌからなる下部電極３２と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるＡｌＮ膜３７と、がこの順に設けられたものとすることができる。下部電極３２は（１１１）軸に結晶配向し、ＡｌＮ膜３７は（０００１）軸に結晶配向している。第１膜３０の両端部には、第１テーパ面３５と第２テーパ面３６とがそれぞれ設けられている。  
本実施例においては、第１及び第２テーパ面３５、３６の下部は、支持基板１０に近づくにつれてテーパ面の傾きが緩やかになるように湾曲した形状を有する。
【００１１】
第２テーパ面３６を除いた第１膜３０と、第１テーパ面３５側の下部パッシベーション層２０と、の上には、第２膜４０が設けられている。第２膜４０は、例えば、ＡｌＮからなる圧電膜である。圧電膜４０の上には、上部電極５０が設けられている。上部電極５０の材料としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。下部パッシベーション層２０と圧電膜４０と上部電極５０と第２テーパ面３６との上には、上部パッシベーション層２５が設けられている。上部パッシベーション層２５の上にはＡｌからなる引出電極５５が設けられている。
上部電極５０及び下部電極３２は、コンタクトホールを介して、それぞれ引出電極５５、５５と接続されている。
【００１２】
また、キャビティ６０は、厚み方向に振動するＦＢＡＲ５が支持基板１０と接しないように設けられている。非結晶質下地層２７及びＡｌＮ膜３７は、圧電膜４０の多結晶配向性を高める役割を有する。上部及び下部パッシベーション層２０、２５は、圧電膜４０や非結晶質下地層２７が雰囲気ガスや湿気により酸化されるのを防止する役割を有する。
【００１３】
ＦＢＡＲ５は、下部電極３２と上部電極５０との間に電圧を印加すると、圧電膜４０が厚み方向に伸縮する。交流電圧を印加した場合、特定の周波数で厚み縦共振が見られる。そして、ＦＢＡＲ５の膜厚を調節することにより、所望の周波数で共振特性が得られる。例えば、２ギガヘルツの周波数を通過帯域とする場合、圧電膜４０の膜厚は、上部電極５０および下部電極３０の材質および膜厚にも依存するが、およそ１．５〜２．０マイクロメートルである。上部電極５０および下部電極３０の膜厚は０．２〜０．３マイクロメートルである。さらに、上部及び下部パッシベーション層２０、２５の膜厚はおよそ０．１〜０．０５マイクロメートルである。また、入出力インピーダンスを例えば、５０オームとすると、キャビティ６０形状は、長さＬ及び幅Ｗが、それぞれ１００〜２００マイクロメートル程度の正方形あるいは長方形などとすることができる。なお、本実施例において、テーパ面、パッシベーション層及び電極などについては、支持基板１０に近い方を「下部」とし、遠い方を「上部」とする。
【００１４】
次に、テーパ部の具体例について詳細に説明する。  
図３は、図１のテーパ部の第１具体例を表す模式断面図である。  
また、図４は、テーパ部の第１比較例を表す模式断面図である。  
なお、ここでは、簡単のために、第１膜３０を単一層として説明する。
【００１５】
まず、第１比較例について説明する。  
図４に表すように、本比較例においては、第１膜３０の第１テーパ面３８は平面的な形状をしている。また、第１テーパ面３８の上端８２及び下端７２は湾曲していない。このような第１膜３０の端部上に圧電膜４０を形成すると、テーパ面３８の下端７２上において「亀裂」や「破断」が生じやすい。ここで、圧電膜４０の形成方向は、下層の主面に対して略垂直な方向である。すなわち、下端７２においては、下部パッシベーション層２０上の形成方向（ｊ）と、第１テーパ面３５上の形成方向（ｋ）と、がぶつかりあう。このように、第１膜３０の形成方向がぶつかり合う場合、そこに亀裂や破断が生じやすい。
【００１６】
これに対して、第１具体例によれば、図３に表すように、第１テーパ面３５の下端７０は、第１テーパ面３５の傾きが、支持基板１０に近づくにつれて緩やかになるような湾曲形状が形成されている。つまり、第１テーパ面３５は、その下端７０に向けて連続的に湾曲したなだらかな曲面を有する。そのため、この下端７０の付近において、図３に矢印で表したように、圧電膜４０の形成方向を徐々に変化させることができる。つまり、互いに異なる２つの形成方向（例えば、図４のｊとｋ）がぶつかりあうことによる亀裂や破断の発生を緩和できる。その結果として、下端７０の上においても緻密で連続的な圧電膜４０を形成できる。 本発明者の検討の結果によれば、第１テーパ面３５における曲率半径が、その上に形成する圧電膜４０の膜厚以上となるようにすれば、その上に形成する圧電膜４０の形成方向のぶつかりあいによる膜の亀裂や破断を効果的に抑制でき、緻密で連続的な圧電膜４０を形成できることが分かった。つまり、図３に表したような具体例の場合、第１テーパ面３５の曲率半径は、その場所毎に変化するが、第１テーパ面３５の何処においても、その曲率半径が圧電膜４０の膜厚以上となるようにすればよい。
【００１７】
一方、第１テーパ面３８の上端８０の付近においては、第１膜３０上の形成方向（ｇ）と、第１テーパ面３５の形成方向（ｋ）と、はぶつからず、広がりながら形成される。つまり、第１テーパ面３５の上の部分（ｋ）と第１膜３０の上の部分（ｇ）とは、互いに成長方向の開きを埋めながら成長し、これらの間では連続的で緻密な膜が形成されやすい。本発明者の検討の結果によれば、上端８０の角度θが概ね１３５°以上であれば、この上に連続的で緻密な圧電膜４０を形成することが容易であった。
【００１８】
次に、図５は、テーパ部の第２具体例を表す模式断面図である。  
本具体例においては、第１テーパ面３５の上端８０にも、第１テーパ面３５の傾きが上部電極５０に近づくにつれて緩やかになるような湾曲形状が設けられている。このようにすると、上端８０の上において圧電膜４０の形成方向の急激な変化を抑制でき、より緻密で連続的な圧電膜４０を形成できる。
【００１９】
図６は、テーパ部の第３具体例を表す模式断面図である。  
本具体例において、第１テーパ面３５の中間には、圧電膜４０に向かって凸な部分が設けられている。  
すなわち、下部パッシベーション層２０に対して平行に第１テーパ面３５を区分けする。各平行線と第１テーパ面３５のなす角度（θ１、θ２、・・・θｋ）を測定する。この角度θ１、θ２・・・θｋ（ｋは自然数）をｋの関数とする。ここで、θｋが少なくとも１つの極大点を有し、この極大値θｎが得られる部分よりも下側においては、θ１からθｎまで順に角度が大きくなる（θ１＜θ２＜・・・＜θｎ）関係を有する。
【００２０】
このような極大値θｎを与えることにより、第１テーパ面３５の下端７０に近づくほど傾きが緩くすることができる。そのため、下端７０において圧電膜４０の形成方向がぶつからなくなり、圧電膜４０の亀裂や破断が抑制できる。一方、極大値θｎの付近においては圧電膜４０の形成方向は互いにぶつかる方向ではなく、発散する方向に分布するので、亀裂や破断などが生ずることはない。また、極大値θｎが得られる部分よりも上においては、θｋは上端８０に近づくにつれて徐々に大きくなりその後再び小さくなるように変化するので、ここでも、圧電膜４０の形成方向がぶつかって亀裂や破断が生ずることを抑制できる。  
このようにテーパ面の途中にθｋの極大値を設ける構造は、特に、第１膜３０が厚い場合などに効果的である。
【００２１】
また、本具体例においては、第１テーパ面３５の途中に凸な部分を設けることで、第１テーパ面３５の上端８０の角度を大きくすることが容易となる。すなわち、図３に関して前述したように、上端８０の角度θを１３５°以上とすることが容易となり、上端部８０においても亀裂や破断のない圧電膜４０を形成できる。
【００２２】
図７は、第３具体例において、実際のＦＢＡＲの膜構成を適用した断面図である。  
また、図８は、テーパ部の第２比較例を表す模式断面図である。
【００２３】
本具体例及び比較例の膜構成は、図１に関して前述したものと同様であり、熱酸化膜１５の上に下部パッシベーション層２０が積層され、その上に、非結晶質下地層２７、下部電極３２、ＡｌＮ膜３７がこの順に積層された構造を有する。いずれの場合も、第１テーパ面３５は、下部パッシベーション層２０の途中から上方に形成されている。  
まず、比較例から先に説明する。
【００２４】
ここで、第１テーパ面３５のうちで下部パッシベーション層２０の部分の角度をθ１０とする。また、この下部パッシベーション層２０の上に設けられた非結晶質下地層２７の部分の角度をθ２０とする。
【００２５】
図８に表すように、本比較例は、θ１０がθ２０よりも大きい構造をしている（θ１０＞θ２０）。θ１０とθ２０とがこのような関係にあると、θ１０は必然的に大きくなる。そのため、図８や矢印ａ及びｂで表したように、圧電膜４０は、下部パッシベーション層２０の主面上の部分（矢印ａ）とこれに隣接する第１テーパ面３５の部分（矢印ｂ）とがぶつかりながら形成する。その結果として、第１テーパ面３５の下端には亀裂や破断が生じやすくなる。
【００２６】
これに対して、本具体例においては、図７に表すように、第１テーパ面３５の下部パッシベーション２０の角度θ１が、非結晶質下地層２７のθ２よりも小さい構造を有する（θ１＜θ２）。つまり、θ１は必然的に小さくなる。このようにすると、下部パッシベーション層２０の主面上の部分（矢印ａ）とこれに隣接する第１テーパ面３５の部分（矢印ｂ）との間で圧電膜４０の形成方向を徐々に変化させることができる。その結果として、形成方向がぶつかりにくくなり、亀裂や破断のない圧電膜４０が得られる。
【００２７】
次に、本実施形態の電子素子の製造方法の要部について説明する。  
図９、１０、１３、１４、１６、及び１７は、第１実施例の電子素子の製造工程を表す工程断面図である。なお、この電子素子は、ＦＢＡＲ５である。
【００２８】
まず、図９に表したように、基板厚みが約６００マイクロメートルのＳｉからなる支持基板１０上に、膜厚が約５００ナノメートルのＳｉＯ２からなる熱酸化膜１５を形成する。この熱酸化膜１５の上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて膜厚が約５０ナノメートルのＳｉＮからなる下部パッシベーション層２０を形成する。この下部パッシベーション層２０の上に、スパッタリング法を用いて、例えば、膜厚が１０ナノメートルのＡｌ０．５Ｔａ０．５からなる非結晶質下地層２７を堆積する。この非結晶質下地層２７の上に、例えば、膜厚みが約２００ナノメートルのＡｌからなる下部電極３２を堆積する。さらに、この下部電極３２の上に、膜厚が３０ナノメートルのＡｌＮ膜３７を堆積する。そして、フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行った後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、支持基板１０と対向する方向に窄んだ台形になるようにエッチングを行う。これにより、第１膜３０の両端部に第１及び第２テーパ面３５、３６が得られる。
【００２９】
ここで、第１及び第２テーパ面３５、３６の形成方法を以下に説明する。
【００３０】
まず、第１膜の上に、両端部がテーパ形状をした台形のレジストマスクを設ける。例えば、レジストを現像後にオーブンまたはホットプレートで１５０〜２００℃に加熱することにより、所望の形状を得る。そして、ＲＩＥ法によりエッチングする。すると、レジストマスクの第１及び第２テーパ面３５、３６が、第１膜３０に転写される。このようにして、第１膜３０の両端部に第１及び第２テーパ面３５、３６を形成することができる。また、本実施形態においては、第１及び第２テーパ面３５、３６は、図３、図５及び図６に関して前述したような形状に形成される。
【００３１】
第１膜３０のテーパ角度は、この第１膜３０とレジストマスクとのエッチング速度比に依存する。レジストマスクには、第１膜３０のエッチング速度よりも、例えば、約２倍速いものを使用する。これにより、第１膜３０のテーパ角度を、レジストマスクの約１／２倍に小さくできる。このＲＩＥ法には、例えば、塩素（Ｃｌ２）ガスと、３塩化硼素（ＢＣｌ３）ガスと、をアルゴン（Ａｒ）で希釈した上に、酸素ガス（Ｏ２）を添加した混合ガスが使用できる。
【００３２】
次に、図１０に表すように、スパッタリング法を用いて、下部パッシベーション層２０及び第１膜３０の素子全面に、膜厚が１．７１マイクロメートルからなる圧電膜４０を堆積する。
【００３３】
図１１は、図１０のテーパ部を表す模式断面図である。  
圧電膜４０中に記載した斜線方向は、多結晶ＡｌＮの形成方向を表す。第１テーパ面３５の下部７０は、下部パッシベーション層２０に近づくにつれて傾きが小さくなる湾曲形状が設けられている。
【００３４】
各層とテーパ面３５のなす角度θは、例えば、下部パッシベーション層２０が１１°、非結晶質下地層２７が１４°、下部電極３２が１８°、ＡｌＮ膜３７が６°である。
また、下部電極３２の角度が最大値であることが分かる。これらの角度は、下部パッシベーション層２０から下部電極３２に向かって増加している。これにより、下端７０上の圧電膜４０の亀裂や破断を抑制できる。
【００３５】
また、第１テーパ面３５の上端８０も、上部電極方向に向かって傾きが小さくなる湾曲形状をしている。この上端８０の角度は１７４°である。また、下部電極３２の角度が、ＡｌＮ膜３７や非結晶質下地層２７よりも大きいため、上端８０と下端７０の中間には、圧電膜４０方向に凸な形状が形成される。この形状により、第１テーパ面３５の上端８０の角度を大きくできる。そのため、この上端８０上に形成した圧電膜４０は、亀裂や破断が生じにくくなる。
【００３６】
図１２は、図１０のテーパ部を表すＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy：透過電子顕微鏡）観察像である。  
本実施例によれば、第１テーパ面３５の下端７０及び上端８０上においても、圧電膜４０には亀裂や破断のないことが確認できる。この下部電極３０の上に位置する圧電膜４０の結晶配向性について、Ｘ線回折法により得られたＡｌＮの(０００１)軸のロッキングカーブの半値幅を算出して評価を行った。その結果、圧電膜４０の半値幅は１．１４°であり、高い配向性を有することが確認できた。このような高配向の圧電膜４０が得られるのは、第１実施例の第１膜３０が、非結晶質下地層２７と下部電極３２とＡｌＮ膜３７の３層構造からなっているためである。非結晶質下地層２７上の下部電極３２は（１１１）軸に強く配向し、その上のＡｌＮ膜３７も、（０００１）軸に強く配向する。ＡｌＮ膜の（０００１）の配向半値幅は、縦厚み共振特性に強く影響し、半値幅の小さいＡｌＮでは、共振特性（電気機械結合係数ｋｔ２やＱ値）の良いＦＢＡＲ５を得ることができる。また、下部電極３２は電気抵抗が小さいために、電極の薄膜化が可能となる。その結果、ＦＢＡＲ５の圧電膜４０の割合を増やすことができる。そのために、良好なＡｌＮの圧電特性を十分利用することが可能となる。しかしながら、塩素ガスに対してエッチング速度の異なる多層膜を、滑らかで緩やかな傾斜面を持つ形状に加工するには、エッチングガスにＯ２ガス添加やＣｌ２ガスの極端な希釈（Ａｒガスの１／１００程度）を行う必要がある等、通常の単層膜のエッチングと比較して、エッチング条件の最適化が難しくなっている。
【００３７】
また、本具体例においては、テーパ面３５の曲率半径の最小値Ｒminは、２．１マイクロメートルである。これは、圧電膜４０の膜厚１．７１マイクロメートルよりも大きい。そのため、図３に関して前述したように、圧電膜４０には亀裂や破断が発生しない。  
このように本実施例によれば、第１膜３０は、第１テーパ面３５上に積層した圧電膜４０において亀裂や破断を抑制する構造を有する。
【００３８】
続いて、図１３に表すように、フォトリソグラフィによりレジストマスクのパターニングを行う。そして、第２テーパ面３６と、第２テーパ面３６側の下部パッシベーション層２０と、第１テーパ面３５上の圧電膜４０側の下部パッシベーション層２０と、に堆積した圧電膜４０をＲＩＥ法により除去する。
【００３９】
次に、図１４に表すように、圧電膜４０を第１膜３０と挟むように、上部電極５０を形成する。これは、スパッタリング法を用いて膜厚が３００ナノメートルのＭｏ膜５０を堆積する。そして、フォトリソグラフィによりレジストマスクのパターニングを行う。その後、ＣＤＥ(Chemical Dry Etching)法を用いて第２電極５０を形成する。この際、フッ化炭素（例えば、ＣＦ４）とＯ２との混合ガスを用いてもよい。
【００４０】
図１５は、第１実施例のＦＢＡＲの一部を表すＴＥＭ像である。  
圧電膜４０の全面に、上部電極５０が設けられていることが確認できる。また、第１膜３０と上部電極５０に挟まれた圧電膜４０は、本実施例の構造によれば、亀裂や破断が無いことが分かる。
【００４１】
続いて、図１６に表すように、この素子全面に膜厚が５０ナノメートルのＳｉＮからなる上部パッシベーション層２５をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により堆積する。  
そして、第２テーパ面３６上の下部電極３２と、上部電極５０と、のそれぞれにＲＩＥ法などのドライエッチングを用いてコンタクトホールを形成する。
【００４２】
図１７に表すように、この上部パッシベーション層２５の上に、膜厚が１０００ナノメートルのＡｌ膜をスパッタリング法により形成する。この際、各電極とＡｌ膜は、コンタクトホールを介して接続されている。そして、フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行う。その後、例えば、リン酸と酢酸と硝酸とからなる混合溶液を用いてウエットエッチングする。これにより、第２テーパ面及び上部電極のＡｌ膜を選択的に除去して、引出電極５５を形成する。
【００４３】
その後、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep−Reactive Ion Etching）法により、Ｓｉ基板１０の裏面をドライエッチングする。この際、ＲＩＥ法としては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスとフッ化炭素（例えば、Ｃ４Ｆ８）ガスとを組み合わせたＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupling Plasma−RIE）法によるボッシュ方式を用いてもよい。ボッシュ方式ではＳＦ６ガスは、Ｓｉをエッチングする役割を果たす。Ｃ４Ｆ８ガスはエッチングにより形成されたＳｉ側壁にポリマー保護膜を形成する役目を果たす。したがって、これらのガスを交互に供給することで、Ｓｉ基板１０に対して略垂直にエッチングを行うことが可能となり、所望のサイズのキャビティ６０が得られる。
【００４４】
これにより、第１膜３０下方のＳｉ基板１０を除去する。さらに、例えば、フッ化アンモニウム溶液を用いて熱酸化膜１５を除去する。そして、第１膜３０の下方にキャビティ６０を形成する。このようにして、図１に表したＦＢＡＲ５の要部が完成する。
【００４５】
これに対して、以下に比較例について説明する。  
図１８は、比較例を表す模式断面図である。
【００４６】
本比較例では、第１膜３０のテーパ加工には第１実施例同様にフォトリソグラフィによりパターンニングされたレジストを高温でベークする。そして、端部をテーパ形状に加工したレジストマスクを用いて、ＲＩＥ法により加工する。ＲＩＥ法で使用するエッチングガスとして第１実施例では、Ｃｌ２ガスとＢＣｌ３ガスをＡｒで希釈して、Ｏ２ガスを添加する。しかし、本比較例では第１実施例よりも例えば、ＢＣｌ３ガスを２倍程度増加し、さらにＯ２ガスを添加しないでエッチングを行った。
【００４７】
その結果、各膜と第１テーパ面３５のなす角度は、例えば、下部パッシベーション層２０が８０°、非結晶質下地層２７が３６°、下部電極３２が３０°、ＡｌＮ膜３７が４０°であった。すなわち、下部パッシベーション層２０のテーパ角度が、支持基板１０の主面に対して略直角であるため、圧電膜４０の形成方向とぶつかる。したがって、下端７０上の圧電膜４０には、亀裂や破断が形成されることが分かる。
【００４８】
また、第１テーパ面３５において、下部電極３２とＡｌＮ膜３７と境界においても、亀裂や破断の発生が確認できた。これは、下部電極３２のテーパ角度が、ＡｌＮ膜３７よりも低いことから、圧電膜４０の形成方向がぶつかるためである。
【００４９】
このサンプルについて、第１実施例と同様にウエットエッチング加工を用いて引出電極５５を形成した。しかし、エッチャントが下端７０の亀裂や破断から染み込み、下部電極３２がエッチングされた。そのため、共振面積が減少して所望の特性が得られなかった。また、第１膜３０の裏面周辺には、亀裂や破断が生じている様子が観察できた。
【００５０】
（実施例２）
図１９は、本発明の第２実施例に係る電子素子を表す模式断面図である。
【００５１】
本実施例の電子素子も、ＦＢＡＲ（薄膜バルク弾性波共振器）５である。このＦＢＡＲ５は、Ｓｉからなる支持基板１１０の上に形成されている。支持基板１１０は中空部（キャビティ）１６０を有する。そして、支持基板１１０の全面には、熱酸化（ＳｉＯ２）膜１１５と、ＡｌＮからなる下部層１２０と、がこの順に設けられている。下部層１２０は、（０００１）軸に結晶配向している。Ｘ線回折法による(０００１)軸のロッキングカーブ半値幅は１０°程度である。下部層１２０の上に、第１膜が設けられている。本実施例において、この第１膜はＭｏからなる下部電極１３２である。
【００５２】
下部電極１３２は、上部電極１５０に向かって窄まる台形形状をしている。また、下部電極１３２の両端部には、第１テーパ面１３５と第２テーパ面１３６とがそれぞれ設けられている。  
第２テーパ面１３６を第１テーパ面１３５方向に選択的に含んだ下部電極１３２と、第１テーパ面１３５側の下部層１２０と、の上には、例えば、ＡｌＮからなる圧電膜１４０が設けられている。圧電膜１４０の上には、上部電極１５０が設けられている。下部層１２０と、圧電膜１４０と、上部電極１５０と、第２テーパ面１３６と、の上には上部パッシベーション層１２５と、Ａｌからなる引出電極１５５が設けられている。上部電極１５０及び下部電極１３２には、選択的にそれぞれコンタクトホールが設けられている。上部電極１５０及び下部電極１３２は、コンタクトホールを介して、それぞれ引出電極１５５と接続されている。
【００５３】
本実施例において、第１及び第２テーパ面１３５、１３６の下端１７０は、下部層１２０に近づくにつれてテーパ面の傾きが緩やかになるような湾曲している。これにより、下部電極１３２の第１テーパ面端部１３５上に積層した圧電膜１４０は、亀裂や破断が生じにくく、良好な圧電膜１４０が得られる。
【００５４】
以下に、図１９に表している実施例２のＦＢＡＲ５について製造方法を説明する。
ここで、図２０〜図２２は、第２実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す工程断面図である。  まず、図２０に表すように、基板厚みが約６００ミクロンのＳｉからなる支持基板１１０上に、膜厚が約３００ナノメートルのＳｉＯ２からなる熱酸化膜１１５を形成する。この熱酸化膜１１５の上にスパッタリング法を用いて膜厚が約３０ナノメートルのＡｌＮからなる下部層１２０を形成する。この下部層１２０は、（０００１）軸に結晶配向している。この下部層１２０の上に、スパッタリング法を用いて、例えば、膜厚が３００ナノメートルのＭｏ膜を連続的に堆積する。
【００５５】
そして、フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行った後、ＲＩＥ法を用いて、支持基板１１０と対向する方向に窄んだ台形形状になるようにエッチングを行う。これにより、下部電極１３２の両端部には、第１及び第２テーパ面１３５、１３６が設けられる。
【００５６】
この際、使用するガスは、例えば、フッ化炭素（例えば、ＣＨ４）ガスとＯ２ガスの混合ガスを用いることができる。そして、混合ガス中のＣＦ４／Ｏ２割合を徐々に変化させながら、下部電極１３２のエッチングを行う。すると、下部層１２０に近づくにつれてテーパ面の傾きが緩やかに湾曲した形状が形成できる。また、下部層１２０に用いたＡｌＮは、この混合ガスに対して耐性を有する。そのため、ストッパ層として役割を果たす。
【００５７】
続いて、図２１に表すように、下部層１２０及び下部電極１３２の上に、スパッタリング法を用いて膜厚が１．１６マイクロメートルのＡｌＮ膜を堆積する。そして、フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行う。Ｃｌ２ガスとＢＣｌ３の混合ガスを用いたＲＩＥ法により、下部電極１３２を包むように下部層上のＡｌＮ膜を除去する。但し、第２テーパ面１３６上のＡｌＮ膜は、引出電極１５５とのコンタクトのために除去する。これにより、圧電膜１４０を形成する。このように、下部電極１３２の下に、下部層１２０のＡｌＮ膜を設けることで、下部電極１３２の配向性を向上させることができる。したがって、下部電極１３２を下地にすることで、圧電膜１４０の（０００１）軸の配向性を高めることができる。  
例えば、ＳｉやＳｉＯ２からなる支持基板１１０の上に、配向性のよいＭｏ膜を成膜することは困難である。本実施例のように、３０ナノメートル程度のＡｌＮからなる下部層１２０を設けた場合でも、Ｍｏ膜の配向性は２．０°程度である。したがって、Ｍｏ膜上にＡｌＮ膜を設けても、[０００１]軸の配向半値幅は、２．０°程度である。また、Ｍｏは第１実施例のＡｌと比較して電気抵抗が高いので、薄膜化すると直列抵抗が大きくなりＱ値を低下させる。  
しかしながら、本実施例の下部電極１３２は、Ｍｏ単層膜からなり、それを滑らかで緩やかな傾斜面を持つ形状に加工するには、エッチングガスの混合比をエッチング中に変える必要はある。しかし、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法等の比較的簡易なエッチング装置によって達成できる。したがって、ＦＢＡＲ特性は、第１実施例のＡｌ下部電極が優位であるが、加工プロセスの簡易性や上下電極が同一であることから、スパッタ成膜に用いる処理チャンバとターゲットの省力などの面からより有効な素子構造である。
【００５８】
この下部電極１３２の第１テーパ部１３５について観察を行った。第１テーパ部１３５の上端１８０の角度は１４５°であることが分った。また、下端１７０及び上端１８０上の圧電膜１４０には、亀裂や破断が発生していないことが確認できた。
【００５９】
また、支持基板１１０に対して平行に、例えば、１０ナノメートル毎に区切り、各テーパ面３５の曲率半径を測定した。その結果、曲率半径の最小値Ｒminは、１．８マイクロメートルであった。これは、圧電膜１４０の膜厚１．１６マイクロメートルよりも大きい。そのため、図３に関して前述したように、第１テーパ面１３５上の圧電膜１４０には亀裂や破断が発生しないことが分かる。
【００６０】
また、支持基板１１０に対して平行に、圧電膜１４０の粒径である６５ナノメートル毎に区分けして５層にする。例えば、下部層１２０から上部電極１５０の方向に４層とその他残りの１層である。そして、各層と第１テーパ面１３５のなす角度（θ１、θ２、θ３、θ３、θ４、θ５）を測定した。上部電極１５０に向かって、角度はそれぞれ、θ１が１２°、θ２が１８°、θ３が２３°、θ４が２８°、θ５が３５°であった。この中で最大角度は、θ５であり、θ１からθ５まで順に角度が大きくなっていることが分かる（θ１＜θ２＜θ３＜θ３＜θ４＜θ５）。このような関係により、第１テーパ面１３５の下端１７０は下部層１２０に近づくにつれ傾きが小さくなる形状になるので、圧電膜１４０において亀裂や破断を抑制できる。
【００６１】
その後、、圧電膜１４０の上に膜厚が３００ナノメートルのＭｏ膜をスパッタリング法で堆積する。そして、フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを選択的に行う。そして、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法を用いてエッチングして上部電極１５０を形成する。
【００６２】
続いて、図２２に表すように、この素子全面に膜厚が５０ナノメートルのＳｉＮ膜をスパッタリング法により堆積して、上部パッシベーション層１２５を堆積する。フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行う。その後、ＲＩＥ法を用いて、第２テーパ面１３６及び第１テーパ面１３５側の上部電極１５０にコンタクトホールを形成する。
【００６３】
そして、上部パッシベーション層１２５の上に、膜厚が１０００ナノメートルのＡｌ膜をスパッタリング法を用いて堆積する。フォトリソグラフィによるレジストマスクのパターニングを行う。その後、例えば、リン酸と酢酸と硝酸とからなる混合溶液を用いてウエットエッチングする。これにより、下部電極１３２及び上部電極１５０上のＡｌ膜を選択的に除去して、引出電極１５５を形成する。この引出電極１５５は、コンタクトホールを介して、それぞれ下部電極１３２及び上部電極１５０に接続されている。
【００６４】
そして、図１９に表すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法により、支持基板１１０の裏面をドライエッチングする。これにより、下部電極１３２下方の支持基板１１０を除去する。さらに、例えば、フッ化アンモニウム溶液を用いて熱酸化膜１１５を除去する。そして、下部電極１３２の裏面にキャビティ１６０を形成する。このようにして、図１９のＦＢＡＲ５が完成する。
【００６５】
これに対して、第２実施例に対する比較例について、以下に説明する。  
まず、第１比較例について説明する。  
すなわち、本比較例の基本構造は、第２実施例とほぼ同様である。ただし、ＣＦ４ガスリッチな混合ガスを用いて、下部電極１３２の両端部を加工して第１及び第２テーパ面１３５、１３６を形成した。この際、この混合ガスの組成を一定にして実施した。  
この結果、第１テーパ面１３５は、図４に関して前述した如く平面的な形状になった。テーパ部の下端１７０及び上端１８０（図１９参照）の角度は、それぞれ、２５°や１５５°であった。このテーパ部上の圧電膜１４０には、第１テーパ面１３５の下端１７０を起点とした亀裂や破断が発生していることが確認できた。
【００６６】
次に、第２比較例について説明する。
【００６７】
本比較例においては、下部電極１３２の第１及び第２テーパ面１３５、１３６の形成に、酢酸とリン酸と硝酸とからなる混合溶液を用いてウエットエッチングを行った。この混合溶液を用いると、等方的にエッチングすることが可能となる。  
第１及び第２テーパ面１３５、１３６の下端１７０には、下部層１２０に近づくにつれてテーパ面の傾きが緩やかになっている。
【００６８】
しかし、第１テーパ面１３５の上端１８０の角度は１３０°であった。また、下部層１２０に対して平行に、例えば、１０ナノメートル毎に区切り、各テーパ面３５の曲率半径を測定した。その結果、曲率半径の最小値Ｒminは、１．７５マイクロメートルと、圧電膜１４０の膜厚１．１６マイクロメートルよりも大きかった。そのため、本比較例においては、第１テーパ面１３５の下端１７０あるいはテーパ面１３５の上においてはほぼ連続的な圧電膜１４０が得られたが、第１テーパ面１３５の上端１８０を起点として、圧電膜１４０には亀裂や破断が発生していることが判明した。
【００６９】
次に、第３比較例について説明する。  
本比較例においては、下部電極１３２の第１及び第２テーパ面１３５、１３６の形成に、エッチングにはＣＦ４ガスとＯ２ガスとからなる混合ガスを使用した。この際、混合ガス中のＣＦ４／Ｏ２割合を第２実施例の様に連続的に変化させるのではなく、３段階で変化させてエッチングを実施した。例えば、第２実施例の最初のガス混合割合と最後の混合割合とそれらの中間の割合との３段階である。  
この結果、第１及び第２テーパ面１３５、１３６の下端１７０には、下部層１２０に近づくにつれて、テーパ面の傾きが緩やかになるような湾曲形状を設けることができた。また、第１テーパ部１３５の上端１８０の角度は、１４０°であった。しかし、下部層１２０に平行に、例えば、１０ナノメートル毎に区切り、  各テーパ面３５の曲率半径を測定した結果、曲率半径の最小値Ｒminは、１．０マイクロメートルと、圧電膜１４０の膜厚１．１６マイクロメートルよりも小さいことが判明した。そのため、圧電膜１４０に亀裂が発生した。これは、下部電極１３２のエッチング時に、ガス割合を３段階の切り替えで行ったために、連続的に変化させた場合と比較して、テーパ面の湾曲形状が急峻になり、その曲率半径が小さくなったためである。
【００７０】
以上、実施例及び比較例を参照しながら、本発明の実施形態について説明した。  
第１及び第２実施例のようなＦＢＡＲ５を用い、共振周波数が異なる複数のＦＢＡＲを並列や直列に組み合わせることにより、周波数フィルタを作製することができる。例えば、２ＧＨｚ帯の周波数フィルタでは、直列ＦＢＡＲの共振周波数に対して並列ＦＢＡＲの共振周波数を７０ＭＨｚ程度低くする手法によって得られる。
【００７１】
第１及び第２実施例のように半導体からなる支持基板１１０の上に形成できる。したがって、例えば、ＲＦフィルタのモノリシック化も容易にできる。そして、本実施形態によれば、フィルタ特性に優れ、高効率なＦＢＡＲフィルタ１００が得られる。
【００７２】
図２３は、本実施形態に係る電子素子を搭載する電圧制御発振器の回路図である。
【００７３】
この電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator: ＶＣＯ）１２２は、ＦＢＡＲ５と、増幅器１２５と、バッファ増幅器１３０と、容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２と、を有している。ここで、ＦＢＡＲフィルタ１００を通過した周波数成分が、増幅器１２５の入力にフィードバックして出力信号が取り出される。したがって、周波数調整が可能となる。
【００７４】
このようなＶＣＯ１２２は、構成が簡単になりコンパクト化に寄与する。例えば、図２４に表すような携帯電話や、図示しないＰＤＡやノートパソコンなどの情報端末装置に搭載される。
【００７５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、本実施形態のＦＢＡＲの振動部の平面形状は、正方形状以外にも、長方形等の四辺形、三角形、多角形、不等辺多角形など、どのような形状を用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。  
また、本実施例においては、支持基板の材料にシリコンを用いたが、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、石英、ガラス、あるいは約２００℃程度の耐熱性を有するプラスチック等の他の材料を用いることもできる。
【００７６】
また、本実施例の電子素子としてＦＢＡＲを説明したが、本発明はこれには限定されず、ＭＥＭＳデバイスなどの他の電子素子についても、同様に実施して同様の作用効果が得られる。
【００７７】
また、本発明の電子素子を構成する各要素の材質、組成、形状、パターン、製造工程などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施例に係る電子素子を表す模式断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本実施例の電子素子の上面図であり、図２（ｂ）はその下面図である。
【図３】図１のテーパ部の第１具体例を表す模式断面図である。
【図４】テーパ部の第１比較例を表す模式断面図である。
【図５】テーパ部の第２具体例を表す模式断面図である。
【図６】テーパ部の第３具体例を表す模式断面図である。
【図７】テーパ部の第４具体例を表す模式断面図である。
【図８】テーパ部の第２比較例を表す模式断面図である。
【図９】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１０】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１１】図１１のテーパ部を表す模式断面図である。
【図１２】図１１のテーパ部を表す部分微細構造写真である。
【図１３】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１４】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１５】第１実施例のＦＢＡＲの一部を表す部分微細構造写真である。
【図１６】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１７】第１実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す模式図である。
【図１８】第１実施例のテーパ面の第３比較例を表す模式断面図である。
【図１９】本発明の第２実施例に係る電子素子を表す模式断面図である。
【図２０】第２実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す工程断面図である。
【図２１】第２実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す工程断面図である。
【図２２】第２実施例のＦＢＡＲの製造工程を表す工程断面図である。
【図２３】本実施形態に係る電子素子を搭載する電圧制御発振器の回路図である。
【図２４】本実施形態に係る電子素子を搭載する携帯電話を表す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
５ ＦＢＡＲ、１０、１１０ 支持基板、１５、１１５ 熱酸化膜  ２０、２１ 下部パッシベーション層、２５、１２５ 上部パッシベーション層、２７ 非結晶質下地層、３０ 第１膜、３２、３３、１３２ 下部電極、３５、３６、３８ 、３９第１テーパ面、３７ ＡｌＮ膜  ４０、１４０ 圧電膜、５０、１５０ 上部電極、５５、１５５ 引出電極、６０、１６０ 中空部、７０、７２、１７０ 下端、８０、８２、１８０ 上端、 １２０下部層
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１２】
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【図１５】
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