(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有する基板構造物と、
前記基板構造物の上面に形成され金(Au)及びチタニウム(Ti)のうち、いずれか一つの物質から成るシード層と、
前記シード層上に形成されモリブデン(Mo)から成る下部電極膜と、前記下部電極膜上に形成されアルミニウム窒化物(AlN)から成る圧電層と、前記圧電層上に形成された上部電極膜とから成る少なくとも一つの音響共振部とを有し、
少なくとも前記下部電極膜のうち前記圧電層が形成される領域は前記シード層上面に位置することを特徴とする薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項２】
前記シード層がAuから成る場合に、前記シード層と前記基板構造物との間にタンタル(Ta)から成る層をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項３】
前記上部電極膜はMoから成ることを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項４】
前記基板構造物は当該基板構造物の上部にエアギャップが設けられた基板であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項５】
前記音響共振器は複数個で、前記基板に形成されたキャビティは各音響共振器に対応する領域に各々形成されることを特徴とする請求項4に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項６】
前記基板構造物は、平坦な上面を有する基板と、前記基板の上面に形成されエアギャップを有するメンブレン層とを有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項７】
前記基板構造物は、平坦な上面を有する基板と、前記基板の上面に形成されエアギャップを取り囲むメンブレン支持層と、前記エアギャップの上部を覆うよう前記メンブレン支持層上に形成されたメンブレン層とを有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項８】
前記メンブレン層はシリコン窒化物またはシリコン酸化物であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項９】
前記基板構造物は音響インピーダンスが相異する少なくとも2個の層が交互に積層された反射膜構造であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器素子。
【請求項１０】
上面を有する基板構造物を設ける段階と、
前記基板構造物の上面に金(Au)及びチタニウム(Ti)のうち、いずれか一つの物質を選択してシード層を形成する段階と、
前記シード層上に、モリブデン(Mo)から成る下部電極膜と、アルミニウム窒化物(AlN)から成る圧電層と、少なくとも前記下部電極膜のうち前記圧電層が形成される領域は前記シード層上面に位置し、上部電極膜を順次積層して成る少なくとも一つの音響共振部を形成する段階と、
を有することを特徴とする薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１１】
前記シード層をAuで形成する場合に、当該シード層を形成する前に前記基板構造物上面にタンタル(Ta)から成る層を形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１２】
前記上部電極膜はMoから成ることを特徴とする請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１３】
前記基板構造物を設ける段階は、基板を用意する段階と、前記基板の上部にキャビティを形成する段階と、前記基板が平坦な上面を有するようキャビティに犠牲層を形成する段階とを含み、
前記少なくとも一つの音響共振部を形成した後、前記犠牲層を除去してエアギャップを形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１４】
前記基板の上部にキャビティを形成する段階は複数のキャビティを形成する段階で、
前記少なくとも一つの音響共振器を形成する段階は、前記基板の上面中犠牲層の形成領域に各々対応すべく複数個の音響共振部を形成する段階であることを特徴とする請求項13に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１５】
前記基板構造物を設ける段階は、平坦な上面を有する基板を用意する段階と、前記基板の上面中前記音響共振部が形成される領域に犠牲層を形成する段階と、前記基板上に前記犠牲層を含むようメンブレン層を形成する段階とを含み、
前記少なくとも一つの音響共振部を形成した後、前記犠牲層を除去してエアギャップを形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１６】
前記基板構造物を設ける段階は、平坦な上面を有する基板を用意する段階と、前記基板の上面中前記音響共振部が形成される領域に犠牲層を形成する段階と、前記基板の上面中前記犠牲層を取り囲む領域にメンブレン支持層を形成する段階と、前記メンブレン支持層と前記犠牲層上にメンブレン層を形成する段階とを含み、
前記少なくとも一つの音響共振部を形成した後、前記犠牲層を除去してエアギャップを形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【請求項１７】
前記メンブレン層はシリコン窒化物またはシリコン酸化物であることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の薄膜バルク音響共振器素子の製造方法。
【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(Film Bulk acoustic Resonator: FBAR)に関するもので、より詳しくは、優れた圧電膜の形成に必要な結晶学的特性と電極膜特性が向上した下部電極膜を有する薄膜バルク音響共振器（以下、FBARという。）素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、通信技術の急速な発展につれて対応する信号処理技術や高周波(RF)部品技術の発展が要求されてきている。とりわけ、ハードウェア的な面である高周波部品技術は、移動通信及びラジオ等の小型化の流れに伴いフィルター部品もFBARフィルターに代替されている。
【０００３】
前記FBARは、エアギャップ上の圧電層の上下部に各々電極が形成された基本構造を有し、上下部電極に電圧が印加されると前記圧電層の共振特性により電気エネルギーの一部を音響波である機械エネルギーに変換し、この原理を利用してフィルターとして動作させることができる。
【０００４】
一般にFBAR素子は基板上に形成されるが、圧電層から発生した音響波が基板に影響を及ぼさないよう前記基板は多様な隔離構造を有する構造物形態を成し、こうしてFBARは多様な構造に形成される。例えば、FBARの基板は、図７のように共振発生位置に対応する領域に所定の空間、即ちエアギャップを設けたり、ブラッグ反射を利用した反射膜構造を有する基板構造物とされることができる。
【０００５】
図７は従来のエアギャップを用いたFBAR構造を表す断面図である。図７によると、FBARは、基板構造物(210)と、その上に順次形成された下部電極膜(222)、圧電層(224)及び上部電極膜(226)を有する音響共振部(220)とから成る。前記基板構造物は図示のように、上部にエアギャップ(215)が形成されたシリコン基板(211)から成る。一般に、前記基板構造物(210)のエアギャップ(215)は、前記基板(211)の上面にキャビティを形成して犠牲層を充填してから、その上に音響共振部(220)を形成し、最後にバイアホールを通して犠牲層を除去することにより形成することができる。
【０００６】
さらに、前記圧電層(224)を成す物質としては一般にアルミニウム窒化物であるAlNが用いられ、前記電極膜(222、226)にはモリブデン(Mo)が主に使われている。前記圧電層(224)と電極膜(222、226)はFBAR素子の特性に決定的な影響を及ぼし、とりわけ圧電層(224)の共振特性はFBARのQ値を決定する重要な因子である。
【０００７】
前記FBARが優れた共振特性を発揮するためには、圧電層を成すAlN層が結晶学的に(002)優先配向性を有するよう成長されなければならないと知られている。こうした圧電層の結晶学的特性は下部電極の結晶学的特性に大きく依存する。即ち、FBARの共振特性はMo下部電極膜の結晶構造に大幅に依存する。従って、結晶学的にAlN層の(002)優先配向性を得るため、下部電極膜は(110)優先配向性を有するよう成長させることが必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、こうしたMo下部電極膜の結晶特性を得るため、その下部電極膜の蒸着工程条件を改善する方案を一般的に用いていた。例えば、下部電極膜形成のためのMoスパッタリング工程において、スパッタリングパワーまたは蒸着時に基板温度を上げたり、アルゴン(Ar)ガス分圧を下げることにより、Mo電極膜の結晶学的特性等を変化させようとした。しかし、スパッタリング工程の条件を変化させるだけでは充分な結晶学的特性を得難く、適切な条件に調節するのも工程を複雑化させてしまう問題があった。
【０００９】
しかも、こうした工程の変化はMo膜の結晶学的特性を向上させる過程において望まぬ悪影響を発生させ兼ねない。例えば、スパッタリングパワーを上げる場合に、Mo電極膜の結晶学的特性が向上したとしても、スパッタリング工程中発生するストレスによりむしろMo電極膜が基板から剥離する現象が起こったりする。さらに、従来のFBAR素子のように、基板上に成長させた下部電極膜は優れた電極特性を確保するのに問題があった。
【００１０】
図8(a)及び8(b)は従来のFBAR素子のMo下部電極膜の表面及び断面を走査電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真である。図8(a)及び8(b)によると、基板構造物に使用可能なシリコン窒化物層上に形成されたMo下部電極膜の表面状態及び断面構造が見られる。前記下部電極膜はやや粗い表面(Ra>10Å)に形成され、その断面構造もあまり稠密でないことがわかる。これは、結局FBARの共振特性を低下させるばかりでなく、比抵抗が比較的高く、内部強度が弱いという問題を招く。こうした問題はMo下部電極の蒸着条件、とりわけアルゴンガス分圧条件に応じて敏感に変化するので、工程条件の制御が困難であるという問題もあった。従って、当技術分野においては、スパッタリング等によるMo蒸着工程条件によらず、優れた結晶学的特性を有するMo下部電極膜を形成して圧電層の共振特性を向上させるばかりでなく、Mo下部電極膜の電極膜としての特性もより向上させられる技術が要求されてきた。
【００１１】
本発明は前記問題を解決するために案出されたもので、その目的は、下部電極膜の結晶学的特性及び電極特性を向上させるよう基板構造物と下部電極膜との間にAu（金）またはTi（チタニウム）から成るシード層が配置された新たなFBARを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、下部電極膜を形成する前に、基板構造物上にAuまたはTiから成るシード層を形成することにより下部電極膜の結晶学的特性及び電極特性を向上させるFBAR製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、上面を有する基板構造物と、前記基板構造物の上面に形成され金(Au)及びチタニウム(Ti)中いずれか一つの物質から成るシード層と、前記シード層上に形成されモリブデン(Mo)から成る下部電極膜と、前記下部電極膜上に形成されアルミニウム窒化物(AlN)から成る圧電層と、前記圧電層上に形成された上部電極膜とを有する少なくとも一つの音響共振部、を含むFBAR素子を提供する。前記シード層がAuから成る場合、前記シード層と前記基板構造物との間にタンタル(Ta)から成る層をさらに含むことが好ましい。また、前記上部電極膜も下部電極膜のようなMoから成ることができる。さらに、本発明は多様な構造を有するFBAR素子に具現することができる。本発明の一実施の形態において、前記基板構造物は、その上部にエアギャップが設けられた基板とすることができる。ここで、前記音響共振器は複数個でもよく、 前記基板に形成されたキャビティも各音響共振器に対応する領域に複数個形成されることができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の実施の形態において前記基板構造物は、平坦な上面を有する基板と、前記基板の上面に形成されエアギャップを有するメンブレン層とを含むことができる。さらに、他の実施の形態において、前記基板構造物は、平坦な上面を有する基板と、前記基板の上面に形成されエアギャップを取り囲んだメンブレン支持層と、前記エアギャップの上部を覆うよう前記メンブレン支持層上に形成されたメンブレン層を含むこともできる。こうしたメンブレン層はシリコン窒化物またはシリコン酸化物から成ることができ、この場合、前記メンブレン層上に本発明によるAuまたはTiシード層が形成される。
【００１５】
さらに、本発明はFBAR素子の製造方法を提供する。前記方法によると、上面を有する基板構造物を用意する段階と、前記基板構造物の上面に金(Au)及びチタニウム(Ti)中いずれか一つの物質を選択してシード層を形成する段階と、前記シード層上に、モリブデン(Mo)の下部電極膜、アルミニウム窒化物(AlN)の圧電層、上部電極膜を順次積層して成る少なくとも一つの音響共振部を形成する段階とを含むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明をより詳しく説明する。図１は本発明の一実施の形態によるFBAR素子の断面図である。図１によるとFBAR素子は、基板構造物(30)と、その基板構造物(30)上に順次形成された下部電極膜(42)、圧電層(44)及び上部電極膜(46)から成る音響共振部(40)とを含む。前記基板構造物(30)は、前記音響共振部(40)に対応する上部領域にエアギャップ(35)が設けられたシリコン基板(31)から成る。また、前記上下部電極膜(42、46)はモリブデン(Mo)から成ることができ、前記圧電層(44)はアルミニウム窒化物(AlN)から成る。
【００１７】
本発明では、Moから成る下部電極膜(42)の結晶学的特性を向上させる方案を提供する。Mo下部電極膜(42)を蒸着する前に、シリコン基板(31)上にシード層(39)をAuまたはTi物質で形成することにより、その上に蒸着されるMo下部電極膜(42)が(110)優先配向性を有するよう成長させることができる。このように下部電極膜(42)が(110)優先配向性に形成されると、その上に形成される圧電層(44)の(002)優先配向性を保障することができる。従って、前記圧電層(44)の圧電特性を向上させられ、FBAR素子の共振特性を改善することができる。また、本発明によるシード層(39)に形成された下部電極膜(42)はより稠密な構造とされ、表面粗さにも優れた電極膜自体の電気的、機械的特性を向上させることができる。本発明に用いるシード層(39)の厚さは数十Å〜数千Å範囲内とすることができる。
【００１８】
一方、 Auをシード層(39)に用いる場合には、シリコン基板(31)内部への拡散を防止すべく、そのシード層(39)を蒸着する前にシリコン基板(31)上にタンタル(Ta)層(図示せず)を形成することが好ましい。
【００１９】
図１に表すFBAR素子の製造方法において、シード層の形成段階は、基板構造物(30)の用意後、下部電極膜(42)の形成段階前に行う。即ち、シリコン基板(31)の上部領域のうち、音響共振部(20)を形成する領域にキャビティを形成し、前記基板(31)が平坦な上面を有するようキャビティに犠牲層を形成した後に行うことができる。この際、犠牲層の形成前に、キャビティの形成された基板(31)上面に所定の酸化膜(図示せず)を形成して犠牲層物質が基板内部に拡散するのを防止することができる。
【００２０】
次いで、前記基板(31)の上面にAu（金）またはTi（チタニウム、チタン）でシード層(39)を形成してから、Mo下部電極膜(42)、AlN圧電層(44)、及び上部電極膜(46)を順次蒸着して音響共振部(40)を形成する。最後に、バイアホールを形成して犠牲層を湿式エッチング等の工程により除去し、エアギャップ(35)を形成することにより、本実施の形態によるFBAR素子を製造することができる。
【００２１】
本発明の特徴は、AuまたはTiから成るシード層をMoから成る下部電極膜の蒸着前に形成することにより、下部電極膜が(110)優先配向性を有するよう成長させられることにある。結果として、本発明によるFBAR素子は、下部電極膜の電極膜特性ばかりでなく、その上に形成される圧電層の圧電特性も向上させることができる。
【００２２】
図２は、本発明に用いたAuまたはTiから成るシード層によりMo下部電極膜の結晶学的特性が向上された結果を表すグラフである。図２の結果を得るために、本発明者はエメラルドスパッター(Emerald sputter)を用いて、スパッタリングパワー3KW、アルゴン分圧2×10-2torr、基板温度250℃の同一蒸着条件下で5個のMo下部電極膜を形成しながら、各々のMo下部電極膜の下部構造を異ならせた。即ち、第1比較例(a)は従来の方法どおり、シリコン基板上にMo下部電極膜を直接蒸着し、第2及び第3比較例(b、c)は各々通常のシード層物質として知られるTaとCr（クロム）でシード層を形成した後にMo下部電極膜を蒸着した。
【００２３】
さらに、本発明による第1及び第2実施例(d、e)は、各々本発明によりTiとAuでシード層を形成した後にMo下部電極膜を蒸着した。但し、第1実施例はAu物質の基板への拡散を防止すべく、基板上にTa層を優先的に形成した。
【００２４】
各比較例と実施例により製造したMo下部電極膜を、XRD分析により結晶学的特性を観察し、XRD分析結果によりXRD σ値を(σ=FWHM(full width at half maximum) ×0.425)で算出した。前記XRD σ値はXRD分析結果による屈折角(θ＝20°)に該当する数値であり、Moの(110)結晶方向に対する優先配向性を表す。その結果、前記XRD分析結果とXRD σ値を図２のグラフに表した。図２に表したグラフによると、第1及び第2比較例(a、b)においてはMo下部電極膜の(110)優先配向性がほぼ表れず、第3比較例(c)においてはXRD σ値が2.4°と大変大きく(110)優先配向性が大変弱いことがわかる。
【００２５】
しかし、本発明による第1及び第2実施例においては、XRD σ値が0.81°と0.53°と大変低く表れ、そのMo下部膜が大変優れた(110)優先配向性を有することがわかる。このように、シード層を形成しなかったりCr、Ta等でシード層を形成した場合には、その上に蒸着されたMo下部電極膜は結晶学的に(110)優先配向性を有しないか大変弱いのに対して、本発明によるAuまたはTiシード層を使用した場合にはMo薄膜は大変優れた(110)優先配向性を有することがわかる。
【００２６】
本発明は他の構造のFBAR素子にも有効に適用することができる。図３（Ａ）ないし３（Ｃ）は各々本発明の他の実施の形態によるFBAR素子を表す断面図である。図３（Ａ）によると、FBAR素子は、上面にシード層(69)が形成された基板構造物(60)と、そのシード層(69)上に順次形成された下部電極膜(72)、圧電層(74)及び上部電極膜(76)から成る音響共振部(70)とを含む。前記基板構造物(60)は、シリコン基板(61)とその上に形成されエアギャップ(65)を有するメンブレン層(63)から成る。また、前記上下部電極膜(72、76)はモリブデン(Mo)から成ることができ、前記圧電層(74)はアルミニウム窒化物(AlN)から成る。
【００２７】
本実施の形態においては、図１の実施の形態のように、Mo下部電極膜(72)を蒸着する前に、メンブレン層(61)上にシード層(69)をAuまたはTi物質から形成することにより、そのシード層(69)に蒸着されるMo下部電極膜(72)が(110)優先配向性を有するよう成長させることができる。
【００２８】
図３（Ａ）に表すFBAR素子の製造方法において、前記基板構造物は、シリコン基板(61)の上面中前記音響共振部(70)に対応する領域に犠牲層(図示せず)を形成する段階と、前記基板(61)上に前記犠牲層を含むようメンブレン層(63)を形成する段階とにより形成することができる。次いで、前記メンブレン層(63)の上面にAuまたはTiでシード層(69)を形成した後、その上にMo下部電極膜(72)、AlN圧電層(74)、及び上部電極膜(76)を順次蒸着して音響共振部(70)を形成する。最後に、バイアホール等を通して湿式エッチングにより犠牲層を除去してエアギャップ(65)を形成することにより、図３（Ａ）のFBAR素子を製造することができる。
【００２９】
図３（Ｂ）は本発明の他の実施の形態によるFBAR素子の断面図である。図３（Ｂ）によると、FBAR素子は、上面にシード層(89)が形成された基板構造物(80)と、そのシード層(89)上に順次形成された下部電極膜(92)、圧電層(94)、及び上部電極膜(96)から成る音響共振部(90)とを含む。前記基板構造物(80)は、シリコン基板(81)と、その上面に形成されエアギャップ(85)を取り囲むメンブレン支持層(82)と、そのメンブレン支持層(82)上に形成されてエアギャップを覆うメンブレン層(83)とで成る。また、前記上下部電極膜(92、96)はモリブデン(Mo)から成ることができ、前記圧電層(94)はアルミニウム窒化物(AlN)から成る。
【００３０】
このように、本実施の形態は、音響波に対する基板の影響を防止するためのエアギャップ形態を異ならせた基板構造物を用いる。本実施の形態においても、Mo下部電極膜(92)を蒸着する前にメンブレン層(83)上にシード層(89)をAuまたはTi物質で形成することにより、そのシード層(89)に蒸着されるMo下部電極膜(92)が(110)優先配向性を有するよう成長させることができる。
【００３１】
図３（Ｂ）に表すFBAR素子の製造方法においては、シリコン基板(81)の上面中前記音響共振部(80)に対応する領域に犠牲層(図示せず)を形成する段階と、前記犠牲層を取り囲んだ領域にメンブレン支持層(82)を形成する段階と、前記メンブレン支持層(82)と前記犠牲層上にメンブレン層(83)を形成する段階とにより前記基板構造物(80)を形成することができる。次いで、前記メンブレン層(83)の上面にAuまたはTiでシード層(89)を形成した後、その上にMo下部電極膜(92)、AlN圧電層(94)、及び上部電極膜(96)を順次蒸着して音響共振部(90)を形成する。最後にバイアホールなどを通して湿式エッチングにより犠牲層を除去してエアギャップ(85)を形成することにより、図３（Ｂ）のFBAR素子を製造することができる。
【００３２】
さらに、本発明は図３（Ｃ）のような形態のFBAR素子で具現することができる。図３（Ｃ）は、一つの基板構造物上に2個の音響共振部が形成されたFBAR素子を例示する。図３（Ｃ）によると、シード層(119)が形成された基板構造物とそのシード層(119)上に形成された2個の音響共振部(120a、120b)を含む。各々の音響共振部(120a、120b)は上下部電極膜(122a、126a、122b、126b)と圧電層(124)を含む。本実施の形態のように、2個の音響共振部(120a、120b)は一つの圧電層(124)を共有する。前記基板構造物は各音響共振部(120a、120b)に対応するエアギャップ(125a、125b)を有する基板(111)で、図１に例示したエアギャップ(35)と類似した構造として、その形成方法と同様な方法により具現することができる。
【００３３】
このように本発明は、多様な構造のFBAR素子に具現され、Mo下部電極膜の結晶学的特性を向上させることにより、圧電層の圧電特性と電極膜としての優れた特性を呈するFBAR素子を提供することができる。先に例示した実施の形態のうち図３（Ａ）及び３（Ｂ）のFBAR素子において、シード層は基板でなくメンブレン層上に形成される。一般に、メンブレン層はシリコン酸化物またはシリコン窒化物(SixN1-x)から成ることができる。本発明に用いるAuまたはTiから成るシード層は、メンブレン層から成る物質上においても所望の効果が得られるものである。
【００３４】
さらに、本発明によるシード層はその蒸着条件によって大きく影響されない。とりわけ、Mo下部電極膜の蒸着過程における内部ストレス(internal stress)の制御に必要なアルゴン分圧の増減と関係無く、優れた結晶構造のMo下部電極膜を成長させることができる。
【００３５】
これを確認するため、本発明者はシリコン基板上にシリコン窒化物(SixN1-x)から成るメンブレン層を形成し、そのメンブレン層上にTiから成るシード層を形成してMo下部電極膜を蒸着した後、その下部電極膜の結晶学的特性を観察した。
【００３６】
本実験において、Mo下部電極膜は、エメラルドスパッターを用いて、スパッタリングパワー3KW、基板温度250℃など同一蒸着条件下で形成しながら、アルゴン分圧を各々2×10-3、5×10-3、5 ×10-2 及び 2×10-2に分けて4個の実施例(a、b、c、d)に該当する下部電極膜を形成した。
【００３７】
こうして得たMo下部電極膜を、XRD分析により結晶学的特性を観察して、図４のグラフで表した。先ず、各結果物であるMo下部電極膜のXRD σ値が0.58°〜0.64°と大変低いことから(110)優先配向性が大変優れていることがわかる。さらに、アルゴン分圧の変化に伴い約0.6°に過ぎない変化を示し、大きく影響されないことがわかる。
【００３８】
こうしたMo下部電極膜の蒸着におけるアルゴン分圧の変化とシード層の形成される物質層によるMo下部電極膜結晶性への影響をより具体的に分析すべく、下記の実験をさらに行った。
【００３９】
先ず、 第1及び第2実施例(a、b)においては、シリコン基板とシリコン窒化物層上に各々Tiシード層を形成した後にMo下部電極膜を形成し、第1及び第2比較例(c、d)においては、シリコン基板とシリコン窒化物層上に各々シード層無しで直接Mo下部電極膜を形成し、前記実施例及び比較例において、Mo下部電極膜のスパッタリング工程におけるアルゴン分圧を2×10-3、5×10-3、5×10-2 及び 2×10-2と異ならせて各々4個の試片を製造した後、総16個に対するXRD分析を行い、(110)優先配向性を示すXRD σを算出してアルゴン分圧の変化に伴う影響を図５のグラフに表した。
【００４０】
本発明による第1及び第2実施例は、各々0.53°〜0.57°と0.58°〜0.64°と大変低いσ値を示し、アルゴン分圧変化による σ値の変化も各々0.04°と0.06°と微々たる変化量を示すばかりであった。これに比して、第1及び第2比較例の場合は、各々1.59°〜1.95°と2.31°〜2.47°と高い数値を示し、アルゴン分圧変化によるσの変化も各々0.36°と0.16°と大幅な変化値を示した。
【００４１】
本実験の結果、従来の方式によるMo下部電極膜は(110)優先配向性が微々たるばかりかアルゴン分圧変化に対して敏感に反応するが、本発明によりTiシード層を形成してからMo下部電極膜を形成すると、大変優れた(110)優先配向性を示し、アルゴン分圧による影響も大変少ないことがわかる。従って、本発明によるFBARにおいては、エアギャップの支持に必要なMo下部電極膜の適切な内部ストレスを得るべく、スパッタリング工程におけるアルゴン分圧の調節幅が比較的広く許容される効果を奏する。
【００４２】
さらに、図５に表すように、本発明による実施例においては、比較例に比して下部基板の種類(シリコン基板またはシリコン窒化物基板)による優先配向性の差が大変小さいことがわかる。一方、本発明によるFBAR素子のMo下部電極膜は、グレインサイズが大変小さく滑らかな表面状態と稠密な構造を有する。
【００４３】
図６(a)ないし６(d)は、本発明によるFBAR素子のMo下部電極膜をSEMで撮影した写真である。ここで、図６(a)及び６(b)は各々Tiシード層上に形成されたMo電極膜の表面状態及び断面構造を表し、図６(c)及び６(d)は各々Auシード層(基板とシード層間にTa層を含む)上に形成されたMo電極膜の表面状態及び断面構造を表す。図６(a)及び６(c)によると、本発明によるTiシード層またはAuシード層上に形成されたMo下部電極膜は、図８(a)の従来のFBAR素子に用いられたMo下部電極膜に比して表面状態が大変滑らかなことがわかる。本発明によるMo下部電極膜の表面粗さ(Ra)は10Åより小さいので、電極膜の表面粗さによる共振特性への悪影響を減少させることができる。また、図６(b)及び６(d)のように、本発明によるTiシード層またはAuシード層上に形成されたMo下部電極膜の断面構造は、図８(a)の従来のFBAR素子に用いられたMo下部電極膜に比してその構造がとても稠密なことがわかる。さらに、本発明の基板構造物は、エアギャップのような音響波に対する基板の影響を減少させるための構造を含んだ基板のことであり、当業者であれば図面と詳細な説明に説明されたエアギャップ構造を有する基板構造物の他にも、ブラッグ反射を利用した基板構造物も採用できることがわかるであろう。即ち、前記基板構造物は音響インピーダンスが相異なる少なくとも2個の層を交互に積層した反射膜構造を有することができる。
【００４４】
本発明は上述した実施の形態及び添付の図面により限定されるものではない。
本発明は請求の範囲に記載の本発明の思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは、当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明であり、それもまた本発明の範囲に属するものといえる。
【００４５】
【発明の効果】
上述したように、本発明のFBAR素子によると、AuまたはTiシード層を形成した後、その上にMo下部電極膜を形成することにより電極膜特性(比抵抗)が向上し、滑らかな表面状態と丈夫な構造が得られるばかりでなく、(110)優先配向性を有するので、その下部電極膜上に形成されたAlN圧電層が優れた圧電特性を有する(002)結晶方向に成長されることができる。従って、FBAR素子の共振特性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるFBAR素子の断面図である。
【図２】通常のFBAR素子のMo下部電極膜と本発明によるFBAR素子のMo下部電極膜における結晶学的特性を比較したグラフである。
【図３】（Ａ）ないし（Ｃ）は、各々本発明の異なる実施の形態を表す断面図である。
【図４】本発明によりTiシード層上に形成されたMo下部電極膜における結晶学的特性を表すグラフである。
【図５】従来のFBAR素子のMo下部電極膜と本発明によるFBAR素子のMo下部電極膜におけるスパッタリング工程のアルゴン(Ar)分圧による結晶学的特性上の影響を比較するグラフである。
【図６】  (a)ないし(d)は、本発明によるFBAR素子のMo下部電極膜の表面状態及び断面構造をSEMで撮影した写真である。
【図７】従来のFBAR素子の一例を表す断面図である。
【図８】  (a)及び(b)は、従来のFBAR素子におけるMo下部電極膜の表面状態及び断面構造を走査電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真である。
【符号の説明】
30、60、80  基板構造物
31、61、81  基板
35、65、85  エアギャップ
82  メンブレン支持層
63、83  メンブレン層
39、69、89  シード層
40、70、90  音響共振部
42、72、92  下部電極膜
44、74、94  圧電層
46、76、96  上部電極膜
【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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