(57)【要約】  ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＳｃ（スカンジウム）を有する第１圧電層を、下部電極と上部電極との間に備えたＭＥＭＳ部品を提供する。これにより、改善された圧電特性を有するＭＥＭＳ部品が得られる。【選択図】図１
2016507939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極（ＬＥ）と、
前記下部電極（ＬＥ）の上方に設けられた上部電極（ＵＥ）と、
前記下部電極（ＬＥ）と前記上部電極（ＵＥ）との間に設けられた第１圧電層（ＰＬ１）とを備え、
前記第１圧電層（ＰＬ１）は、窒化アルミニウムとスカンジウムとからなる第１圧電材料を有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ部品。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳ部品は、ＢＡＷ共振子であって、
前記第１圧電材料は、スカンジウムドープ窒化アルミニウムである
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ部品。
【請求項３】
前記下部電極（ＬＥ）と、前記第１圧電層（ＰＬ１）と、前記上部電極（ＵＥ）とが第１ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ１）を形成し、
第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）を更に備え、
前記第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）は、
下部電極（ＬＥ）及び上部電極（ＵＥ）を備えると共に、前記第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）の下部電極（ＬＥ）と前記第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）の上部電極（ＵＥ）との間に設けられた第２圧電層（ＰＬ２）に第２圧電材料を有し、
前記第２圧電材料は、窒化アルミニウムまたはそれ以外の圧電材料からなる
ことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ部品。
【請求項４】
前記第２圧電材料は、リン酸溶液に対し、スカンジウムドープ窒化アルミニウムとは異なるエッチング速度を有することを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ部品。
【請求項５】
前記第２圧電材料は、スカンジウムドープ窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ部品。
【請求項６】
前記第１圧電層（ＰＬ１）の厚みは、前記第２圧電層（ＰＬ２）の厚みより薄いことを特徴とする請求項３または４に記載のＭＥＭＳ部品。
【請求項７】
ＭＥＭＳ部品（ＭＣ）の製造方法であって、
支持基板（ＣＳ）を用意する工程と、
前記支持基板（ＣＳ）の上または上方に、下部電極（ＬＥ）を積層する工程と、
前記下部電極（ＬＥ）の上または上方に、スカンジウムドープ窒化アルミニウムを有した第１圧電層（ＰＬ１）を積層する工程と、
前記第１圧電層（ＰＬ１）を加工処理する工程と、
前記第１圧電層（ＰＬ１）の上または上方に、上部電極（ＵＥ）を積層する工程とを備え、
前記下部電極（ＬＥ）と、前記第１圧電層（ＰＬ１）と、前記上部電極（ＵＥ）とにより、第１積層体（ＬＳ１）を形成する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項８】
第２圧電層（ＰＬ２）を有した第２積層体（ＬＳ２）が、前記第１積層体（ＬＳ１）に隣接して配置され、
前記第１圧電層（ＰＬ１）を加工処理する際には、前記第２圧電層（ＰＬ２）の加工処理を行わないことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第２圧電層（ＰＬ２）は、窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１圧電層（ＰＬ１）の加工処理に、リン酸溶液を用いることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＢＡＷ部品または圧電スイッチといったＭＥＭＳ部品、及びそのようなＭＥＭＳ部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信装置の小型化に向けての現在の動向は、より小さな電子部品及び電気音響部品を要求するものである。ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave、バルク音波）部品は、ＲＦフィルタ、例えば移動通信装置のフロントエンドモジュールにおけるデュプレクサに用いることが可能である。一般的にデュプレクサは、ＴＸ（送信）フィルタ及びＲＸ（受信）フィルタを備えている。これらＴＸフィルタ及びＲＸフィルタは、近接するが異なる通過帯域を有したバンドパスフィルタである。ＢＡＷバンドパスフィルタの通過帯域を決定する重要な要素は、フィルタの共振子における２つの電極層の間に配置された圧電材料の厚み、及び共振子の質量負荷である。
【０００３】
従来の圧電材料は、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、水晶、或いはＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。改善されたＭＥＭＳ部品に用いられる圧電材料によって、従来の材料に比べて大きな電気機械結合係数Ｋ2または圧電係数を得ることができれば好都合である。しかしながら、そのような圧電材料は取り扱いが難しく、Ｓｃ（スカンジウム）ドープＡｌＮ（窒化アルミニウム）といった、従来とは異なる圧電材料を用い、当該圧電材料の物理的特性及び化学的特性の違いによって改善された部品を得るための、新たな方法及び処理工程が必要とされている。
【０００４】
従来の形式のＢＡＷデュプレクサの１つは、ＴＸフィルタ用とＲＸフィルタ用とで厚みが異なる圧電材料を有している。このため、これら２つのフィルタは、異なる処理工程により、異なる支持基板上に製造される。
【０００５】
もう１つの従来の形式のＢＡＷデュプレクサは、例えば上部電極の上に設けられた付加的な層などの付加的な質量体を有しており、このような質量体を、選択したいくつかの共振子上に積み重ねて設けることにより、当該共振子の共振周波数を低下させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの形式のＢＡＷデュプレクサの製造方法は、いずれも、比較的複雑で、費用がかかり、誤りが生じやすい。特に、従来のデュプレクサは、異なる支持基板上にＴＸフィルタとＲＸフィルタとを有しており、小型化に向けての努力に反するものとなっている。
【０００７】
同じ支持基板上に２つのＢＡＷ共振子用積層体を容易に配置して、小型化したＢＡＷフィルタが得られるような改善されたＭＥＭＳ部品、及び、改善された製造方法で優れた部品の利点を増大させることを可能とするような構成の、改善されたＭＥＭＳ部品が必要とされている。更に、そのような部品の製造方法が求められている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、改善されたＭＥＭＳ部品、及びそのようなＭＥＭＳ部品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
独立請求項に記載の発明は、上述したような問題点の解決策を提供するものである。また、従属請求項に記載の発明は、好ましい態様を提供するものである。
【００１０】
ＭＥＭＳ部品は、下部電極と、当該下部電極の上方に設けられた上部電極とを備える。このＭＥＭＳ部品は、下部電極と上部電極との間に設けられた第１圧電層を更に備える。第１圧電層は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）とＳｃ（スカンジウム）とからなる第１圧電材料を有する。
【００１１】
このようなＭＥＭＳ部品は、従来の部品に比べ、優れた電気機械特性、例えば電気音響特性を得ることができる。従来の製造方法が、大量生産では十分な製品品質が得られない可能性があるにもかかわらず、圧電層中にＡｌＮとＳｃとを有したＭＥＭＳ部品は、良好な品質で製造可能であることが判明した。
【００１２】
一態様において、ＭＥＭＳ部品は、ＢＡＷ共振子であり、圧電材料は、Ｓｃ（スカンジウム）ドープＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。
【００１３】
上記のＢＡＷ共振子は、上部電極、下部電極、及び圧電層を備えた積層体を有する。この積層体は、バルク音波による音響共振を積層体内に広めることができるように、或いは積層体の少なくとも一部に定在音響波を形成することができるように、部品内に配置される。このため、この積層体を、音響ミラーの上もしくは上方、またはキャビティの上方に配置することができる。この音響ミラーまたはキャビティは、積層体の内部に音響エネルギを閉じ込めて共振を形成する上で役に立つものである。
【００１４】
圧電材料は、ＳｃドープＡｌＮ（ＳｃxＡｌ(1-y)Ｎ）とすることが可能であることが判ったが、このときのドーピングレベルは、ｘが１％〜２５％であって、ｙがｘと等しいか、もしくは概ね等しい。特に、ドーピングレベルとして、ｘを５％〜７％とすることが可能である。
【００１５】
圧電層にＳｃ及びＡｌＮを有するＭＥＭＳ部品は、これら圧電材料の良好な圧電特性によって優れた効果が得られる。このような圧電材料を加工処理するためのエッチング剤も判明した。このような圧電材料を用い、同じ支持基板上に、異なる共振周波数の複数のＢＡＷ共振子を形成することが可能である。これらＢＡＷ共振子のうち、１つのＢＡＷ共振子よりも低い共振周波数を有するもう１つのＢＡＷ共振子は、２つの電極層の間に付加的圧電層を有するようにすることができる。
【００１６】
ＭＥＭＳ部品の一態様において、下部電極と、第１圧電層と、上部電極とが、第１ＢＡＷ共振子を形成する。このＭＥＭＳ部品は、第２ＢＡＷ共振子を更に備えており、第２ＢＡＷ共振子は、下部電極及び上部電極を備えると共に、これら２つの電極の間に設けられた第２圧電層に第２圧電材料を有する。この第２圧電材料は、ＡｌＮまたはそれ以外の圧電材料からなる。
【００１７】
第２圧電材料は、純粋なＡｌＮ、または、例えばＳｃドープＡｌＮのようなドープ処理されたＡｌＮとすることができる。第２圧電材料のドーピングレベルは、第１圧電材料のドーピングレベルと等しくすることができる。但し、異なるドーピングレベルとすることも可能である。
【００１８】
上述した態様の変形態様において、第２圧電材料は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、またはＫＮＮ（（Ｋ(1-x)Ｎａx）ＮｂＯ3、但し、Ｋはカリウム、Ｎａはナトリウム、Ｎｂはニオブ、Ｏは酸素である）からなる。
【００１９】
一態様において、第２圧電材料は、リン酸溶液に対し、ＳｃドープＡｌＮとは異なるエッチング速度を有する。
【００２０】
一態様において、第２圧電材料は、ＳｃドープＡｌＮである。
【００２１】
第１圧電層の厚みと第２圧電層の厚みとは、等しくすることが可能である。
【００２２】
一態様において、第１圧電層の厚みは、第２圧電層の厚みと異なる。即ち、第１圧電層の厚みは、第２圧電層の厚みより厚くすることも可能であるし、薄くすることも可能である。
【００２３】
この場合、それぞれの圧電層の厚みが異なる２つの共振子を有したＢＡＷ部品が得られる。このようなＢＡＷ部品は、圧電層の異なる厚みによって異なる共振周波数が得られるようなＲＦフィルタとすることができる。異なる共振周波数は、例えば、通過帯域フィルタや阻止帯域フィルタを形成するラダー型フィルタ構成の直列腕共振子及び並列腕共振子において必要となる場合がある。例えば異なる通過帯域のため、または異なる阻止帯域のための、異なる共振周波数は、ダイプレクサまたはデュプレクサにおいて必要となる場合がある。
【００２４】
例えばレバー構造を備えたＭＥＭＳ部品などといった、ＢＡＷ部品の構成及びその更なる変形が可能である。例えば、圧電ＭＥＭＳスイッチを備えた部品とすることも可能である。また、複数のスイッチを有する部品とすることも可能である。２つのスイッチを備えた態様では、両方のスイッチを単一の支持基板に形成することができる。第１カンチレバーが１つの圧電層を有する一方、第２カンチレバーが２つの圧電層を有するようにすることが可能である。従って、互いに異なる閉動電圧を有した２つのスイッチを、同一の支持基板上に形成することが可能である。
【００２５】
上述した層に加え、例えばシード層、接着層、不活性化層、付加的圧電層、或いは音響マイグレーション防止層といった、付加的な層を、電極層と圧電層との間に設けることが可能である。
【００２６】
このように、ＳｃドープＡｌＮを採用することにより、電気機械特性が改善されたＭＥＭＳ部品を得ることが可能となると共に、発明者らが見出したように、良好な品質を有するＭＥＭＳ部品を製造することができ、以下に述べるような、従来の部品に対して用いられる製造工程に比べて複雑化することのない製造工程を用いてＭＥＭＳ部品を製造することができる。
【００２７】
ＭＥＭＳ部品の製造方法は、
支持基板を用意する工程と、
前記支持基板の上または上方に、下部電極を積層する工程と、
前記下部電極の上または上方に、Ｓｃ（スカンジウム）ドープＡｌＮ（窒化アルミニウム）を有した第１圧電層を積層する工程と、
前記第１圧電層を加工処理する工程と、
前記第１圧電層の上または上方に、上部電極を積層する工程と
を備える。
【００２８】
このとき、下部電極と、第１圧電層と、及び上部電極とにより、第１能動電気機械積層体が形成される。
【００２９】
ＳｃドープＡｌＮからなる圧電層は、純粋なＡｌＮといった従来の圧電材料とは異なる物理的特性及び化学的特性を有するものの、加工処理が可能であることが判った。具体的には、リン酸を主成分とする溶液を、ＳｃドープＡｌＮのエッチング、即ち加工処理に用いることができる。
【００３０】
但し、例えば酢酸、硝酸、或いはフッ化水素酸といった別の種類のエッチング剤を用いることも可能である。
【００３１】
エッチング剤の濃度は、２０％〜８５％とすることができる。
【００３２】
８０％の濃度のリン酸溶液により、良好な結果が得られる。
【００３３】
上記の製造方法の一態様において、圧電層の加工処理は、２５℃〜８５℃の温度で行うことができる。例えば、この温度は、約７０℃とすることができる。エッチング速度は、毎分約１００ｎｍとすることが可能であり、温度または濃度に応じ、これより速くしたり遅くしたりすることができる。
【００３４】
従って、ＳｃドープＡｌＮを加工処理する方法は、容易に実施可能であると共に、能動電気機械積層体において、Ｓｃ及びＡｌＮを有する圧電層の厚みを変更することが可能となる。ＭＥＭＳ部品が、このような厚みの変更を行っていない圧電層を有したもう１つの積層体を備えていれば、同じＭＥＭＳ部品内に、互いに異なる構造の２つの積層体を得ることができる。
【００３５】
従って、一態様では、第２圧電層を有した第２積層体が、第１積層体に隣接して配置される。第１圧電層を加工処理する際には、この第２圧電層の加工処理は行われない。
【００３６】
これら２つの積層体を、例えば同一のエッチング剤を用い、例えば異なるエッチング速度で、一緒に加工処理することが可能である。
【００３７】
第２圧電層は、ＡｌＮからなるようにすることが可能であり、それ以外の圧電材料からなるようにすることも可能である。具体的には、第２圧電層がＳｃドープＡｌＮからなるようにすることが可能であり、この場合、第１圧電層が加工処理される際に、第２圧電層がレジスト層で覆われる。
【００３８】
一態様において、第１圧電層の加工処理に、リン酸溶液を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】２つの電極ＬＥ、ＵＥの間に、圧電層ＰＬ１を有した基本的なＭＥＭＳ部品を示す図である。
【図２】２つのＢＡＷ共振子用積層体を有したＭＥＭＳ部品を示す図である。
【図３】音響ミラーを備えたＢＡＷ部品の各構成要素を示す図である。
【図４】製造工程のうちの一工程を示す図である。
【図５】製造工程のうちの一工程を示す図である。
【図６】製造工程のうちの一工程を示す図である。
【図７】製造工程のうちの最終工程を示す図である。
【図８】圧電材料の厚みが異なる複数の圧電スイッチを有した部品を示す図である。
【図９】付加的な層を有する部品を示す図である。
【図１０】閉動電圧が異なる複数の圧電スイッチを有した部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
ＭＥＭＳ部品の具体例、その製造方法、及びその作動原理は、概要図に示される。
【００４１】
図１は、下部電極ＬＥと上部電極ＵＥとの間に、第１圧電層ＰＬ１を備えたＭＥＭＳ部品ＭＣを示す図である。第１圧電層ＰＬ１は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＳｃ（スカンジウム）を有した第１圧電材料からなる。Ｓｃ及びＡｌＮからなる圧電材料を加工処理する方法が見出されたので、このような構成とすることで、加工処理された第１圧電層ＰＬ１を有する高品質のＭＥＭＳ部品を得ることが可能となる。
【００４２】
図２は、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１が、第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２に隣接して配置されたＭＥＭＳ部品ＭＣを示す図である。これら両共振子は、１つの支持基板の上または上方に配置することができる。いずれの共振子も、下部電極ＬＥと上部電極ＵＥとを備える。少なくとも第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１は、第１圧電材料ＰＭ１を備えている。第１圧電層ＰＬ１、下部電極ＬＥ、及び上部電極ＵＥは、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１の第１積層体ＬＳ１を、また第２圧電層ＰＬ２、下部電極ＬＥ、及び上部電極ＵＥは、第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２の第２積層体ＬＳ２を、それぞれ形成し、これら共振子のそれぞれでは、２つの電極にＲＦ信号が印加されると、音響波が励起される。第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２の圧電材料の厚みは、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１の圧電材料の厚みよりも厚くなっている。このため、これら２つの共振子は、実行が容易な製造工程により、共通の支持基板ＣＳの上または上方に、互いに隣り合うように製造することが可能であるにもかかわらず、互いに異なる共振周波数を有する。
【００４３】
図３は、上部電極を省略し、ＢＡＷ部品ＢＡＷＣの主要構成部材を示す図である。２つの共振子用積層体が、それぞれ対応する音響ミラーＡＭの上に配置されている。これら音響ミラーＡＭは、高い音響インピーダンスと低い音響インピーダンスとを交互に有した層構造を備えている。音響ミラーＡＭは、音響エネルギを閉じ込めて、それぞれの共振子の共振モードを確立可能とするものである。
【００４４】
図４は、いくつかの製造工程の１つにおける一段階を示す図であって、この工程では、共通の支持基板ＣＳの上に、２つの共振子用積層体が互いに隣り合って配置される。下部電極を積層して加工処理した後、少なくとも一方の共振子用積層体に対応する下部電極ＢＥの上に、第１圧電材料ＰＭ１が積層されて加工処理される。
【００４５】
図５は、製造工程のうち、選択的に行われる工程を示す図であり、この工程では、第２圧電材料ＰＭ２の上に、レジスト層ＲＥＳが配置される。第１圧電材料ＰＭ１と第２圧電材料ＰＭ２とが同じ組成を有していれば、エッチング剤は、双方の圧電材料を同じ速度でエッチングすることになる。双方の圧電層の厚みを互いに異ならせる場合には、一方の積層体、即ち第２圧電材料を有する積層体をレジスト層ＲＥＳで覆うようにしてもよい。２つの圧電材料が異なる組成を有する場合には、異なるエッチング速度が得られるので、異なる厚みとするためにレジスト層を設ける必要はない。
【００４６】
そこで、図６は、第１圧電層ＰＬ１をエッチングすることにより、双方の圧電層の厚みを互いに異ならせる工程を示している。
【００４７】
エッチングによる厚みの調整は、原理的には可能であるが、圧電材料を堆積させて積層することにより、厚みを調整するのが好ましい。厚みに違いを持たせるため、一方の積層体に、付加的な層を設けることができる。次に、リン酸を用い、ＳｃとＡｌＮとからなる共振子用積層体を加工処理することができる。
【００４８】
図７は、製造工程のうちの最終工程を示す図であり、この工程では、それぞれの共振子用積層体の上に、上部電極ＵＥが積層されて加工処理され、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１及び第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２がそれぞれ形成される。
【００４９】
図８は、ＭＥＭＳ部品のもう１つの実施形態を示す図であって、一方の側では、第１圧電層ＰＬ１と上部電極ＵＥとの間に、また他方の側では、第２圧電層ＰＬ２と上部電極ＵＥとの間に、それぞれ付加的圧電層ＡＰＬが配置されている。第１圧電層ＰＬ１と第２圧電層ＰＬ２とで層の厚みに違いを持たせることにより、全体的な圧電材料の厚みが異なったものとなる。
【００５０】
図９は、ＭＥＭＳ部品の一実施形態を示す図であって、圧電層と少なくとも一方の電極層との間に、付加的な層ＡＬが配置されている。１以上の付加的な層ＡＬは、シード層、接着層、不活性化層、付加的圧電層、或いは音響マイグレーション防止層とすることが可能である。
【００５１】
図１０は、第１圧電材料ＰＭ１及び第２圧電材料ＰＭ２を備えた積層体が、下部電極ＬＥと上部電極ＵＥとの間に配置されて、カンチレバー状のスイッチＳＷ１を形成しているＢＡＷ部品を示す図である。スイッチＳＷ１は、スイッチＳＷ２に隣接して同じ支持基板上に配置されている。これら２つのスイッチを異なる構成とすることにより、異なる閉動電圧とすることが可能となる。
【００５２】
ＢＡＷ部品、及び当該ＢＡＷ部品の製造方法のいずれも、上述した実施形態や図中に示す実施形態に限定されるものではない。更なる材料もしくは層を備えた部品や製造方法、更なる共振子を備えた部品、または更なる積層工程、エッチング工程、もしくはこれら工程の組み合わせを備えた製造方法も、本発明に包含されるものである。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＬ  付加的な層
ＡＭ  音響ミラー
ＡＰＬ  付加的圧電層
ＢＡＷＣ  ＢＡＷ部品
ＢＡＷＲ１  第１ＢＡＷ共振子
ＢＡＷＲ２  第２ＢＡＷ共振子
ＣＳ  支持基板
ＬＥ  下部電極
ＬＳ１  第１積層体
ＬＳ２  第２積層体
ＭＣ  ＭＥＭＳ部品
ＰＬ１  第１圧電層
ＰＬ２  第２圧電層
ＲＥＳ  レジスト層
ＳＷ１  スイッチ
ＳＷ２  スイッチ
ＵＥ  上部電極
【図１】
2016507939.tif 000003
【図２】
2016507939.tif 000004
【図３】
2016507939.tif 000005
【図４】
2016507939.tif 000006
【図５】
2016507939.tif 000007
【図６】
2016507939.tif 000008
【図７】
2016507939.tif 000009
【図８】
2016507939.tif 000010
【図９】
2016507939.tif 000011
【図１０】
2016507939.tif 000012
【国際調査報告】
2016507939.tif 000013
2016507939.tif 000014
2016507939.tif 000015