(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する共振器をキャビティによって支持基板から離隔させたバルク弾性波装置の製造方法であって、
(a) エッチングレートが相対的に速い第１の主面とエッチングレートが相対的に遅い第２の主面とを有する圧電体基板の前記第２の主面に露出し前記第１の主面に露出しない部分の分極方向を反転する工程と、
(b) 前記工程(a)の後に前記圧電体基板を含む第１の板状構造体と前記支持基板を含む第２の板状構造体とを前記第２の板状構造体の側に前記第２の主面を向けた状態で接合する工程と、
(c) 前記第１の板状構造体と前記第２の板状構造体とを接合した状態を維持したまま前記第１の主面の側から前記圧電体基板をエッチングすることにより前記工程(a)において分極方向が反転された部分以外を除去する工程と、
を備えるバルク弾性波装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバルク弾性波装置の製造方法において、
(d) 前記工程(c)の後に残存している前記工程(a)において分極方向が反転された部分の表面をイオンミリングで平坦化する工程、
をさらに備えるバルク弾性波装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のバルク弾性波装置の製造方法において、
(e) 前記圧電体基板をエッチングする前に最終的に前記キャビティとなることが予定されている３次元領域である予定領域を犠牲体で埋める工程と、
(f) 前記圧電体基板をエッチングした後に前記犠牲体を除去する工程と、
をさらに備えるバルク弾性波装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバルク弾性波装置の製造方法において、
前記圧電体基板がタンタル酸リチウムのＺ板である、
バルク弾性波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する共振器をキャビティによって支持基板から離隔させたバルク弾性波装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する共振器を備えるバルク弾性波装置は、特許文献１に示すように、支持基板の上に下部電極膜、圧電体薄膜及び上部電極膜をスパッタ蒸着、化学気相蒸着等の付加加工により順次形成することにより製造されるのが一般的である。
【０００３】
しかし、特許文献１に示すバルク弾性波装置の製造方法では、圧電体薄膜を構成する圧電材料や圧電体薄膜における結晶方位は、下地となる下部電極膜の上に形成可能なものに限られる。すなわち、特許文献１に示すバルク弾性波装置の製造方法では、圧電体薄膜を構成する圧電材料や圧電体薄膜における結晶方位の選択の自由度が低く、所望の特性を有するバルク弾性波装置を製造することが困難な場合がある。
【０００４】
この問題を解決するため、特許文献２は、圧電体基板を含む第１の板状構造体と支持基板を含む第２の板状構造体とを接合してから圧電体基板を研磨することによりバルク弾性波装置を構成する圧電体薄膜を形成することを提案している。特許文献２に示すバルク弾性波装置の製造方法では、圧電体薄膜を構成する圧電材料や圧電体薄膜における結晶方位の選択の自由度が高く、所望の特性を有するバルク弾性波装置を製造することが容易である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６９５９４号公報
【特許文献２】特開２００７−２２８３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、圧電体基板を研磨で均一に加工することは極めて困難である。このため、特許文献２が提案しているバルク弾性波装置の製造方法では、形成された圧電体薄膜の膜厚の均一性を確保することが困難であるという問題がある。
【０００７】
加えて、特許文献２が提案しているバルク弾性波装置の製造方法では、研磨のときにキャビティの上方にある圧電体薄膜が湾曲し、圧電体薄膜の膜厚の均一性をさらに損なうという問題がある。研磨のときの圧電体薄膜の湾曲は、電極膜の膜厚が圧電体薄膜の膜厚と比較して無視できないため圧電体薄膜に大きな応力が生じること、研磨により圧電体薄膜の膜厚が変化すると圧電体薄膜の膜厚と電極膜の膜厚との比が変化し当該応力の大きさが変化すること等の原因により生じる。
【０００８】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電体薄膜の膜厚の均一性を向上することができるバルク弾性波装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する共振器をキャビティによって支持基板から離隔させたバルク弾性波装置の製造方法であって、(a) エッチングレートが相対的に速い第１の主面とエッチングレートが相対的に遅い第２の主面とを有する圧電体基板の前記第２の主面に露出し前記第１の主面に露出しない部分の分極方向を反転する工程と、(b) 前記工程(a)の後に前記圧電体基板を含む第１の板状構造体と前記支持基板を含む第２の板状構造体とを前記第２の板状構造体の側に前記第２の主面を向けた状態で接合する工程と、(c) 前記第１の板状構造体と前記第２の板状構造体とを接合した状態を維持したまま前記第１の主面の側から前記圧電体基板をエッチングすることにより前記工程(a)において分極方向が反転された部分以外を除去する工程と、を備える。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のバルク弾性波装置の製造方法において、(d) 前記工程(c)の後に残存している前記工程(a)において分極方向が反転された部分の表面をイオンミリングで平坦化する工程、をさらに備える。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のバルク弾性波装置の製造方法において、(e) 前記圧電体基板をエッチングする前に最終的に前記キャビティとなることが予定されている３次元領域である予定領域を犠牲体で埋める工程と、(f) 前記圧電体基板をエッチングした後に前記犠牲体を除去する工程と、をさらに備える。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバルク弾性波装置の製造方法において、前記圧電体基板がタンタル酸リチウムのＺ板である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、分極方向が反転された部分の深さを制御することにより圧電体薄膜の膜厚を制御することができるので、圧電体薄膜の膜厚の制御が容易になり、圧電体薄膜の膜厚の均一性を向上することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、圧電体薄膜の膜厚の均一性をさらに向上することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、犠牲体が圧電体薄膜の上方及び下方への湾曲を抑制するので、圧電体薄膜の膜厚が不均一となることを抑制することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、分極方向の反転が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜１  はじめに＞
図１〜図３は、以下で説明する圧電体基板の加工の原理を説明する模式図である。図１〜図３は、加工の途上の圧電体基板の断面図となっている。
【００１８】
図１に示すように、平行な第１の主面８０４及び第２の主面８０６を有する圧電体基板８０２では、第１の主面８０４の極性と第２の主面８０６の極性とが異なっており、第１の主面８０４のエッチングレートと第２の主面８０６のエッチングレートとが異なっている。例えば、圧電体基板８０２がニオブ酸リチウム（LiNbO3）のＺ板であって分極方向が第１の主面８０４から第２の主面８０６に向いている場合、−Ｚ面となる第１の主面８０４のエッチングレートが相対的に速くなり、＋Ｚ面となる第２の主面８０６のエッチングレートが相対的に遅くなる。
【００１９】
そこで、以下で説明する圧電体基板の加工では、図２に示すように、圧電体基板８０２のうち、第２の主面８０６に露出し第１の主面８０４に露出しない第１の部分８０８の分極方向を反転し、第１の主面８０４の側から圧電体基板８０２をエッチングする。すると、第１の部分８０８と第１の部分８０８以外の第２の部分８１０との界面８１２がエッチストップ面となり、図３に示すように、第２の部分８１０が除去され第１の部分８０８が残存する。すなわち、圧電体基板８０２のうち圧電体薄膜として残存させたい部分の分極方向を反転しておけば、エッチングで圧電体基板８０２を加工して圧電体薄膜を作製することができる。分極方向の反転の手法には、圧電体基板に電界を印加する電界印加法、圧電体基板にイオン交換を施した後に圧電体基板を熱処理するイオン交換法、圧電体基板に電子ビームを照射する電子ビーム法等が知られている。
【００２０】
なお、「−Ｚ面」、「＋Ｚ面」等の主面の極性をあらわす呼称は、圧電体基板８０２を構成する圧電材料の種類によって異なる。
【００２１】
図４は、上述した圧電体基板の加工の原理を使用する場合の圧電体基板の加工の手順を説明するフローチャートである。
【００２２】
上述した圧電体基板の加工の原理を使用する場合、作製される圧電体薄膜は自重に耐えることができないので、圧電体基板を含む第１の板状構造体と支持基板を含む第２の板状構造体とをあらかじめ接合し（ステップＳ８０１）、第１の板状構造体と第２の板状構造体とを接合した状態を維持したまま圧電体基板をエッチングする（ステップＳ８０２）ことを経て圧電体薄膜を作製する。
【００２３】
ここで、「第１の板状構造体」は、圧電体基板のみから構成される場合もあるし、圧電体基板以外の構成要素を含んで構成される場合もある。「第２の板状構造体」も、支持基板のみから構成される場合もあるし、支持基板以外の構成要素を含んで構成される場合もある。
【００２４】
＜２  第１実施形態＞
＜２−１  バルク弾性波装置１の構成＞
図５は、本発明の第１実施形態に係るバルク弾性波装置１の構成を示す模式図である。図５は、バルク弾性波装置１の断面図となっている。図５に示すバルク弾性波装置１は、圧電体薄膜１２４を挟んで下部励振電極１１４及び上部励振電極１３０が対向する共振器１３８と、圧電体薄膜１２６を挟んで下部励振電極１２０及び上部励振電極１３２が対向する共振器１４０とをラダー型に接続したラダー型フィルタである。なお、以下で説明するバルク弾性波装置１の構成及びバルク弾性波装置１の製造方法を、他の種類のバルク弾性波装置、例えば、ラダー型フィルタ以外のフィルタ、発振子、トラップ、デュプレクサ、トリプレクサ等において採用してもよい。ここでいう「バルク弾性波装置」とは、圧電体薄膜を挟んで電極膜が対向する単数又は複数の共振器を備え、当該共振器において励振されたバルク弾性波が引き起こす共振現象に由来する電気的な応答を利用した装置全般を意味する。
【００２５】
図５に示すように、バルク弾性波装置１は、下部電極膜１１２，１１８、圧電体薄膜１２４，１２６、上部電極膜１２８及びパッシベーション膜１３６を支持基板１０２で支持した構造を有している。バルク弾性波装置１では、下部電極膜１１２の一部である下部励振電極１１４と上部電極膜１２８の一部である上部励振電極１３０とが圧電体薄膜１２４を挟んで対向する共振器１３８をキャビティ１０６によって支持基板１０２から離隔させ、下部電極膜１１８の一部である下部励振電極１２０と上部電極膜１２８の一部である上部励振電極１３２とが圧電体薄膜１２６を挟んで対向する共振器１４０をキャビティ１１０によって支持基板１０２から離隔させている。
【００２６】
｛圧電体薄膜１２４，１２６｝
圧電体薄膜１２４，１２６を構成する圧電材料は、特に制限されないが、水晶（SiO2）・ニオブ酸リチウム(LiNbO3）・タンタル酸リチウム（LiTaO3）・四ホウ酸リチウム（Li2B4O7）・酸化亜鉛（ZnO）・ニオブ酸カリウム（KNbO3）・ランガサイト（La3Ga3SiO14）・窒化ガリウム（GaN）・窒化アルミニウム（AlN）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。単結晶材料を選択すれば、圧電体薄膜１２４，１２６の電気機械結合係数や機械的品質係数を向上することができるからである。
【００２７】
圧電体薄膜１２４，１２６における結晶方位も、特に制限されないが、電気機械結合係数、共振器１３８，１４０の共振周波数や反共振周波数の温度特性等を考慮して決められる。このような結晶方位を選択すれば、バルク弾性波装置１の濾波特性の温度変化を抑制したり、共振周波数と反共振周波数との間隔を適切に選択することができるからである。
【００２８】
圧電体薄膜１２４は、概ね、キャビティ１０６が形成された２次元領域（以下では、「第１のキャビティ領域」という）に形成され、その下面は下部励振電極１１４の上面と接し、その上面は上部励振電極１３０の下面と接している。圧電体薄膜１２６は、概ね、キャビティ１１０が形成された２次元領域（以下では、「第２のキャビティ領域」という）に形成され、その下面は下部励振電極１２０の上面と接し、その上面は上部励振電極１３２の下面と接している。「２次元領域」とは、圧電体薄膜１２４，１２６と平行な２次元的な広がりの中に占める領域のことを意味している。
【００２９】
｛下部電極膜１１２，１１８及び上部電極膜１２８｝
下部電極膜１１２，１１８及び上部電極膜１２８を構成する導電材料は、特に制限されないが、機械的損失を減らす観点からは、タングステン（W）・ルテニウム（Ru）・イリジウム（Ir）・モリブデン（Mo）等の音響インピーダンスが高い金属を選択することが望ましく、電気的損失を減らす観点からは、金（Au）等の電気抵抗が低い金属を選択することが望ましい。このため、下部励振電極１１４，１２０及び上部励振電極１３０，１３２の全部又は一部を前者のみで構成し、下部励振電極１１４，１２０及び上部励振電極１３０，１３２への給電経路となる下部配線電極１１６，１２２及び上部配線電極１３４の全部又は一部を前者と後者とを重ね合わせて構成することが望ましい。これにより、機械的損失及び電気的損失の両方を減らすことができるので、共振器１３８，１４０の「Ｑ」を向上することができ、バルク弾性波装置１の帯域内損失を減らし帯域外減衰を増加させスカート特性を向上することができる。なお、下部電極膜１１２，１１８及び上部電極膜１２８を異なる種類の導電材料で構成してもよい。
【００３０】
下部励振電極１１４は、概ね、第１のキャビティ領域に形成され、その下面はキャビティ１０６によって支持基板１０２から離隔され、その上面は圧電体薄膜１２４の下面に接している。下部配線電極１１６は、概ね、第１のキャビティ領域に隣接する２次元領域（以下では、「第１の配線領域」という）に形成され、その下面は支持基板１０２の上面と接し、その上面の少なくとも一部は露出している。下部励振電極１２０は、概ね、第２のキャビティ領域に形成され、その下面はキャビティ１１０によって支持基板１０２から離隔され、その上面は圧電体薄膜１２６の下面に接している。下部配線電極１２２は、概ね、第２のキャビティ領域に隣接する２次元領域（以下では、「第２の配線領域」という）に形成され、その下面は支持基板１０２の上面と接し、その上面の少なくとも一部は露出している。上部励振電極１３０は、概ね、第１のキャビティ領域に形成され、その下面は圧電体薄膜１２４の上面に接している。上部励振電極１３２は、概ね、第２のキャビティ領域に形成され、その下面は圧電体薄膜１２６の上面に接している。上部配線電極１３４は、概ね、第１のキャビティ領域及び第２のキャビティ領域の間の２次元領域（以下では、「第３の配線領域」という）に形成され、その下面はパッシベーション膜１３６の上面に接している。図５では、上部配線電極１３４の上面は露出しているが、上部配線電極１３４の上面にさらにパッシベーション膜を形成してもよい。もちろん、第１の配線領域、第２の配線領域及び第３の配線領域は異なる２次元領域である。
【００３１】
｛パッシベーション膜１３６｝
パッシベーション膜１３６を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、窒化シリコン（Si3N4）、酸化シリコン（SiO2）等を選択することが望ましい。
【００３２】
パッシベーション膜１３６は、概ね、第１のキャビティ領域、第２のキャビティ領域及び下部電極膜１１２，１１８が露出している２次元領域（以下では、「露出領域」という）以外の２次元領域に形成されている。パッシベーション膜１３６は、バルク弾性波装置１を雰囲気中の水分等から保護する役割を果たしている。
【００３３】
｛支持基板１０２｝
支持基板１０２を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、シリコン（Si）・ゲルマニウム（Ge）等のIV元素の単体、サファイア（Al2O3）・酸化マグネシウム（MgO）・酸化亜鉛（ZnO）等の単純酸化物、ホウ化ジルコニウム（ZrB2）等のホウ化物、タンタル酸リチウム（LiTaO3）・ニオブ酸リチウム(LiNbO3）・アルミン酸リチウム（LiAlO2）、ガリウム酸リチウム（LiGaO2）・スピネル（MgAl2O4）・アルミン酸タンタル酸ランタンストロンチウムリチウム（(LaSr)(AlTa)O3）・ガリウム酸ネオジウム（NdGaO3）等の複合酸化物、シリコンゲルマニウム（SiGe）等のIV-IV族化合物、ガリウム砒素（GaAs）・窒化アルミニウム（AlN）・窒化ガリウム（GaN）・窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）等のIII-IV族化合物等を選択することが望ましい。ただし、バルク弾性波装置１では、支持基板１０２と下部電極膜１１２，１１８とが直接接触するので、支持基板１０２を構成する材料としてシリコンを選択する場合は、絶縁性が高い高抵抗シリコンを採用するか、絶縁膜となる酸化膜を表面に形成することが望ましい。
【００３４】
支持基板１０２の上面には、内部がキャビティ１０６，１１０として利用される非貫通孔１０４，１０８が露出している。なお、非貫通孔１０４，１０８に代えて支持基板１０２の上面と下面とを貫通する貫通孔の内部をキャビティとして利用してもよい。貫通孔を形成するためには深堀反応性イオンエッチング（Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ；Deep Reactive Ion Etching）等の深堀が可能な穿孔技術が必要となるが、貫通孔の穿孔は支持基板１０２の下面からも可能である。
【００３５】
｛バイアホール１４２，１４４｝
バルク弾性波装置１には、外部からキャビティ１０６，１１０へ至るバイアホール１４２，１４４が形成されている。バイアホール１４２，１４４は、上面の側から穿孔したものであってもよいし、下面の側から穿孔したものであってもよい。もちろん、上面の側からバイアホール１４２，１４４を穿孔する場合は、励振される弾性波への影響が小さい第１のキャビティ領域及び第２のキャビティ領域の端部の近傍にバイアホール１４２，１４４を穿孔することが望ましい。一方、下面の側からバイアホールを穿孔する場合は、深堀が必要であるものの、第１のキャビティ領域及び第２のキャビティ領域の中央部にバイアホールを穿孔することもできる。
【００３６】
｛バルク弾性波の励振｝
バルク弾性波装置１では、下部配線電極１１６及び上部配線電極１３４の間に励振信号が印加されると、当該励振信号に応じた電界が共振器１３８の圧電体薄膜１２４に印加され、共振器１３８の圧電体薄膜１２４にバルク弾性波が励振される。同様に、下部配線電極１２２及び上部配線電極１３４の間に励振信号が印加されると、当該励振信号に応じた電界が共振器１４０の圧電体薄膜１２６に印加され、共振器１４０の圧電体薄膜１２６にバルク弾性波が励振される。共振器１３８,１４０において使用する振動モードは、特に制限されず、厚み縦振動モード及び厚みすべり振動モードのいずれであってもよい。
【００３７】
＜２−２  バルク弾性波装置１の製造方法＞
図６〜図１８は、本発明の第１実施形態に係るバルク弾性波装置１の製造方法を説明する図である。図６〜図１８は、製造の途上のバルク弾性波装置１の断面図となっている。以下で説明するバルク弾性波装置１の製造方法においては、圧電体薄膜１２４，１２６以外の膜は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等の周知の膜形成技術により形成することができる。
【００３８】
｛分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８の作製｝
バルク弾性波装置１の製造にあたっては、分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８を作製する。分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８の作製にあたっては、まず、図６に示すように、エッチングレートが相対的に速い上面１５２とエッチングレートが相対的に遅い下面１５４とを有する圧電体基板１５０の下面１５４に保護膜１５６を形成する。
【００３９】
保護膜１５６が形成される２次元領域は、下述する分極反転部１６０が形成されない２次元領域である。保護膜１５６は、下述するプロトン交換を阻害する膜であればどのようなものであってもよい。例えば、タンタルの膜を保護膜１５６として好適に選択することができる。
【００４０】
圧電体基板１５０を構成する圧電材料や圧電体基板１５０の結晶方位は、もちろん、圧電体薄膜１２４，１２６を構成する圧電材料及び圧電体薄膜１２４，１２６における結晶方位に合わせて選択する。ただし、上述した圧電体基板の加工の原理を利用することを考慮すると、分極方向の反転が容易な圧電体基板、すなわち、キュリー温度が比較的低く、厚さ方向が分極方向となっている圧電体基板又は厚さ方向に近い方向が分極方向となっている圧電体基板を選択することが望ましい。例えば、タンタル酸リチウムのＺ板を圧電体基板１５０として好適に選択することができる。
【００４１】
続いて、図７に示すように、圧電体基板１５０の下面１５４の一部を占める保護膜１５６が形成されていない２次元領域に露出し上面１５２に露出しない部分の分極方向を反転し、分極方向が反転された分極反転部１６０及び分極方向が反転されない非分極反転部１６２が形成された圧電体基板１５８を得る。
【００４２】
第１実施形態では、プロトン交換法（より一般的には「イオン交換法」）により分極方向を反転する。プロトン交換法による分極方向の反転は、タンタル酸リチウムのＺ板を圧電体基板１５０として選択した場合、例えば、分極反転部１６０となる部分に約２６０℃のピロ燐酸を作用させて分極反転部１６０となる部分にプロトン交換を施し、しかる後に、タンタル酸リチウムのキュリー温度である約６２０℃で熱処理する、ことにより行うことができる。このようにして分極方向を反転する場合、分極反転部１６０の深さは、プロトン交換にかける時間やプロトン交換後の熱処理の温度によって制御することができる。もちろん、上述の処理条件は、圧電体基板１５０の種類によって異なる。
【００４３】
さらに続いて、図８に示すように、保護膜１５６をエッチング等で除去する。これにより、分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８が完成する。
【００４４】
｛支持基板１０２を含む板状構造体１７０の作製｝
分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８の作製とは別に支持基板１０２を含む板状構造体１７０を作製する。支持基板１０２を含む板状構造体１７０の作製にあたっては、まず、図９に示すように、平坦な上面及び下面を有する素材基板の上面をエッチングして非貫通孔１０４，１０８が形成された支持基板１０２を作製する。非貫通孔１０４，１０８の内部は、最終的にキャビティ１０６，１１０になることが予定されている３次元領域である予定領域である。
【００４５】
続いて、図１０に示すように、犠牲体１６６を構成する材料で構成される犠牲体材料膜１６４を非貫通孔１０４，１０８が露出している支持基板１０２の上面の全面に形成する。
【００４６】
犠牲体１６６を構成する材料は、特に制限されないが、液体又は気体の除去剤を作用させると除去される材料を選択する。例えば、フッ酸等のエッチング液やフッ素プラズマ等を含むエッチングガスを作用させると除去されるシリコン等の無機材料や水酸化テトラメチルアンモニウム等の現像液を作用させると除去されるジアゾナフトキノン／ノボラックレジスト等の有機材料を選択する。もちろん、犠牲体１６６を除去するときに犠牲体１６６以外の要素、すなわち、支持基板１０２、下部電極膜１１２，１１８、圧電体薄膜１２４，１２６、上部電極膜１２８、パッシベーション膜１３６等を除去したり損傷したりしてはならないので、除去剤、犠牲体１６６を構成する材料及び犠牲体１６６以外の要素を構成する材料の組み合わせには制約がある。すなわち、犠牲体１６６の除去剤に対する溶解性が、犠牲体１６６以外の要素、特に、バルク弾性波の励振に直接的に影響する下部電極膜１１２，１１８、圧電体薄膜１２４，１２６及び上部電極膜１２８の除去剤に対する溶解性よりも高くなるように除去剤及び材料を組み合わせる。また、材料の除去剤に対する溶解性に異方性がある場合は、方位や極性についても、犠牲体１６６の除去剤に対する溶解性が、犠牲体１６６以外の要素の除去剤に対する溶解性よりも高くなるように選択する。例えば、除去剤としてフッ酸、犠牲体１６６を構成する材料としてフッ酸に溶解する酸化シリコンを選択した場合は、下部電極膜１１２，１１８及び上部電極膜１２８を構成する材料としてフッ酸にほとんど溶解しないタングステン・ルテニウム等、圧電体薄膜１２４，１２６を構成する材料としてフッ酸にほとんど溶解しないタンタル酸リチウム等、パッシベーション膜１２６を構成する材料としてフッ酸にほとんど溶解しない窒化シリコン等を選択する。圧電体薄膜１２４，１２６を構成する材料としてエッチングレートに異方性があるタンタル酸リチウムを選択する場合、例えば、主面のエッチングレートが遅い３６°や４７°回転Ｙ板を薄膜化したものを使用する。「溶解する」材料と「ほとんど溶解しない」材料との間には、エッチングレートで１０倍以上の差があることが望ましい。
【００４７】
さらに続いて、図１１に示すように、非貫通孔１０４，１０８の外部に形成された犠牲体材料膜１６４が除去されて支持基板１０２の上面が露出するまで犠牲体材料膜１６４を研磨する。これにより、予定領域が犠牲体１６６で埋められた支持基板１０２が作製される。
【００４８】
犠牲体材料膜１６４を形成するときには、非貫通孔１０４の内部が犠牲体材料膜１６４で隙間なく埋まるようにすることが望ましい。これにより、犠牲体材料膜１６４を研磨した後に犠牲体１６６の上面と支持基板１０２の上面とが略同一平面となるので、内部が犠牲体１６６で埋められた非貫通孔１０４が露出している支持基板１０２の上面を平坦にすることができる。このことは、後に形成する導電材料膜１６８と犠牲体１６６との間の間隙をなくし、板状構造体１７０の接合面を平坦にすることに寄与する。
【００４９】
なお、貫通孔の内部をキャビティとして利用する場合、支持基板１０２の下面の側から犠牲体を注入することもできるし、圧電体基板１５８と板状構造体１７０との接合の後であっても犠牲体を注入することができる。
【００５０】
次に、図１２に示すように、下部電極膜１１２，１１８を構成する材料で構成される導電材料膜１６８を支持基板１０２の上面の全面に形成する。これにより、支持基板１０２、犠牲体１６６及び導電材料膜１６８を含む板状構造体１７０が完成する。
【００５１】
ここで、素材基板として圧電体の基板を選択すれば、上述した圧電体基板の加工方法と類似の加工方法により素材基板を加工することができる。図１９〜図２０は、そのような素材基板の加工方法を採用した場合の支持基板１０２の作製方法を説明する図である。当該支持基板１０２の作製方法では、まず、図１９に示すように、エッチングレートが相対的に遅い上面１７４とエッチングレートが相対的に速い下面１７６とを有する素材基板１７２の上面１７４に保護膜１７８を形成する。続いて、図２０に示すように、素材基板１７２の上面１７４の一部を占める保護膜１７８が形成されていない２次元領域に露出している部分の分極方向を反転し、分極方向が反転された分極反転部１８２及び分極方向が反転されない非分極反転部１８４が形成された基板１８０を得る。さらに続いて、保護膜１７８及び分極反転部１８２をエッチングで除去することにより、図９に示すような非貫通孔１０４，１０８が形成された支持基板１０２が完成する。このような支持基板１０２の作製方法によれば、支持基板１０２の作製に使用する設備と圧電体基板１５８の作製に使用する設備とを共通化することができる。
【００５２】
｛圧電体基板１５８と板状構造体１７０との接合｝
圧電体基板１５８及び板状構造体１７０を作製した後に、図１３に示すように、圧電体基板１５８の下面と板状構造体１７０の上面とを接合し、接合体１７２を作製する。圧電体基板１５８及び板状構造体１７０の接合面はいずれも平坦であるので、接合は容易である。圧電体基板１５８と板状構造体１７０との接合は、特に制限されないが、表面活性化接合、接着剤接合、熱圧着接合、陽極接合、共晶結合等により行うことができる。
【００５３】
｛圧電体基板１５８のエッチング｝
圧電体基板１５８と板状構造体１５０とを接合した後に、図１４に示すように、圧電体基板１５８と板状構造体１７０とを接合した状態を維持したまま圧電体基板１５８を上面１５９の側からエッチングし、非分極反転部１６２を除去する。タンタル酸リチウムのＺ板を圧電体基板１５０として選択した場合は、エッチング液として、フッ酸と硝酸との混合液を使用することができる。これにより、単独で自重に耐えることができる板厚（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板１５８のうち、単独で自重に耐えることができない膜厚（例えば、１０μｍ以下）を有する薄膜である分極反転部１６０のみが残存する。
【００５４】
続いて、図１５に示すように、分極反転部１６０の上面をイオンミリングで平坦化し、圧電体薄膜１２４，１２６とする。このイオンミリングの工程は、省略することもできる。
【００５５】
このような圧電体薄膜１２４，１２６の形成方法によれば、分極反転部１６０の深さを制御することにより圧電体薄膜１２４，１２６の膜厚を制御することができるので、圧電体薄膜１２４，１２６の膜厚の制御が容易になり、圧電体薄膜１２４，１２６の膜厚の均一性を向上することができる。加えて、イオンミリングによる平坦化を行えば、圧電体薄膜１２４，１２６の膜厚の均一性をさらに向上することができる。
【００５６】
また、予定空間を犠牲体１６６で埋めた後に圧電体基板１５８をエッチングすれば、犠牲体１６６が圧電材料膜１５４の上方及び下方への湾曲を抑制するので、圧電体薄膜１２４，１２６の膜厚が不均一となることを抑制することができる。ただし、このことは、予定空間を犠牲体１６６で埋める工程を省略することを妨げるものではない。
【００５７】
｛下部電極膜１１２，上部電極膜１２８及びパッシベーション膜１３６の形成｝
圧電体基板１５８を除去加工した後に、図１６に示すように、導電材料膜１６８の不要部分をエッチングで除去して導電材料膜１６８をパターニングし、下部電極膜１１２，１１８を形成する。
【００５８】
続いて、図１７に示すように、パッシベーション膜１３６を形成する。パッシベーション膜１３６は、パッシベーション膜１３６を形成しない領域をレジスト膜で保護し、当該レジスト膜の上に重ねて支持基板１０２の上面の全面に絶縁材料膜を形成し、レジスト膜及びその上に重ねて形成した絶縁材料膜を除去することにより形成する。
【００５９】
さらに続いて、図１８に示すように、上部電極膜１２８を形成する。上部電極膜１２８は、支持基板１０２の上面全面を覆う導電材料膜を形成し、当該導電材料膜の不要部分をエッチングで除去して当該導電材料膜をパターニングすることにより形成する。
【００６０】
｛犠牲体１６６の除去｝
最後に、非貫通孔１０４，１０８の内部の犠牲体１６６を除去する。犠牲体１６６は、バイアホール１４４，１４２を穿孔し、犠牲体１６６の除去剤をバイアホール１４４，１４２から非貫通孔１０４，１０８の内部に導入して除去剤を犠牲体１６６に作用させることにより除去する。これにより、図５に示すバルク弾性波装置１が完成する。
【００６１】
＜３  第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態に係る上面に圧電体薄膜１２４，１２６が形成された板状構造体１７０（図１５）に代えて採用することができる上面に圧電体薄膜２２４，２２６が形成された板状構造体２７０に関する。図２１〜図２６は、第２実施形態に係る上面に圧電体薄膜２２４，２２６が形成された板状構造体２７０の作製方法を説明する模式図である。図２１〜図２６は、製造の途上のバルク弾性波装置の断面図となっている。
【００６２】
｛分極反転部２６０が形成された圧電体基板２５８の作製｝
上面に圧電体薄膜２２４，２２６が形成された板状構造体２７０の作製にあたっては、分極反転部２６０が形成された圧電体基板２５８を作製する。分極反転部２６０が形成された圧電体基板２５８にあたっては、まず、図２１に示すように、エッチングレートが相対的に速い上面２５２とエッチングレートが相対的に遅い下面２５４とを有する圧電体基板２５０の下面２５４の全面に露出し上面２５２に露出しない部分の分極方向を反転し、図２２に示すように、分極方向が反転された分極反転部２６０及び分極方向が反転されない非分極反転部２６２が形成された圧電体基板２５８を得る。
【００６３】
圧電体基板２５０を構成する圧電材料や圧電体基板２５０の結晶方位は、第１実施形態の場合と同様に選択することができる。また、分極方向の反転も、保護膜を形成しない点を除いては、第１実施形態の場合と同様に行うことができる。
【００６４】
｛圧電体基板２５８と板状構造体２７０との接合｝
圧電体基板２５８及び支持基板２０２、犠牲体２６６及び導電材料膜２６８を含む板状構造体２７０を作製した後に、図２３に示すように、圧電体基板２５８の下面と板状構造体２７０の上面とを接合し、接合体２７２を作製する。圧電体基板２５８と板状構造体２７０との接合は、第１実施形態の場合と同様に行うことができる。
【００６５】
｛圧電体基板２５８のエッチング｝
圧電体基板２５８と板状構造体２７０とを接合した後に、図２４に示すように、圧電体基板２５８と板状構造体２７０とを接合した状態を維持したまま圧電体基板２５８を上面２５２の側からエッチングし、非分極反転部２６２を除去する。圧電体基板２５８のエッチングは、第１実施形態の場合と同様に行うことができる。これにより、単独で自重に耐えることができる板厚（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板２５８のうち、単独で自重に耐えることができない膜厚（例えば、１０μｍ以下）を有する薄膜である分極反転部２６０のみが残存する。
【００６６】
続いて、図２５に示すように、分極反転部２６０の上面をイオンミリングで平坦化し、圧電材料膜２６１とする。
【００６７】
｛圧電体薄膜２２４，２２６の形成｝
圧電体基板２５８をエッチングした後に、図２６に示すように、圧電材料膜２６１の不要部分をドライエッチングで除去して圧電材料膜２６１をパターニングし、圧電体薄膜２２４，２２６を形成する。このようにして得られた上面に圧電体薄膜２２４，２２６が形成された板状構造体２７０は、第１実施形態に係る上面に圧電体薄膜１２４，１２６が形成された板状構造体１７０と同様にバルク弾性波装置の製造に使用することができる。
【００６８】
第１実施形態に係る上面に圧電体薄膜１２４，１２６が形成された板状構造体１７０の作製方法と第２実施形態に係る上面に圧電体薄膜２２４，２２６が形成された板状構造体２７０の作製方法との違いは、第１実施形態では、圧電体薄膜１２４，１２６の平面形状のパターニングが分極反転部１６０を形成するときに行われるのに対して、第２実施形態では、圧電体薄膜２２４，２２６の平面形状のパターニングが圧電材料膜２６１を形成した後に行われる点にある。すなわち、圧電体薄膜の平面形状のパターニングは薄膜を形成する前及び形成した後のいずれに行うこともできる。加えて、圧電体薄膜の平面形状のパターニングを省略し、全面にわたって形成された圧電体薄膜を用いてバルク弾性波装置を構成することもできる。
【００６９】
＜４  第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態に係る接合体１７２（図１３）に代えて採用することができる接合体３７２に関する。図２７〜図２８は、第３実施形態に係る接合体３７２の作製方法を説明する模式図である。図２７〜図２８は、作製の途上の圧電薄膜共振子の断面図となっている。
【００７０】
接合体３７２の作製にあたっては、まず、図２７に示すように、下部電極膜を構成する材料で構成される導電材料膜３６８を分極反転部３６０及び非分極反転部３６２が形成された圧電体基板３５８の下面の全面に形成する。
【００７１】
続いて、図２８に示すように、圧電体基板３５８及び導電材料膜３６８を含む板状構造体３６９の下面と支持基板３０２及び犠牲体３６０を含む板状構造体３７０の上面とを接合し、接合体３７２を作製する。
【００７２】
第３実施形態に係る接合体３７２は、第１実施形態に係る接合体１７２と同様にバルク弾性波装置の製造に使用することができる。
【００７３】
第３実施形態は、バルク弾性波装置の構成要素又はその前駆体（ここでは導電材料膜３６８）が、圧電体薄膜及び支持基板のいずれの側に付加されていてもよいことを意味している。
【００７４】
＜５  第４実施形態＞
第４実施形態は、第１実施形態に係る分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８に代えて採用することができる分極反転部４６０が形成された圧電体基板４５８に関する。図２９〜図３０は、第４実施形態に係る分極反転部４６０が形成された圧電体基板４５８の作製方法を説明する模式図である。図２９〜図３０は、製造の途上のバルク弾性波装置の断面図となっている。
【００７５】
分極反転部４６０が形成された圧電体基板４５８の作製にあたっては、まず、図２９に示すように、エッチングレートが相対的に速い上面４５２とエッチングレートが相対的に遅い下面４５４とを有する圧電体基板４５０の上面４５２の略全面に電極膜４８６を形成し、下面４５４の一部に電極膜４８８を形成する。
【００７６】
電極膜４８８が形成される２次元領域は、下述する分極反転部４６０が形成される２次元領域である。
【００７７】
圧電体基板４５０を構成する圧電材料や圧電体基板４５０の結晶方位は、第１実施形態の場合と同様に選択することができる。
【００７８】
続いて、図３０に示すように、圧電体基板４５０の下面４５４の一部を占める電極膜４８８が形成されている２次元領域に露出し上面４５２に露出しない部分の分極方向を反転し、分極方向が反転された分極反転部４６０及び分極方向が反転されない非分極反転部４６２が形成された圧電体基板４５８を得る。
【００７９】
第３実施形態では、電界印加法により分極方向を反転する。したがって、分極反転部４６０の形成にあたっては、電極膜４８６と電極膜４８８との間に電圧を印加し、圧電体基板４６２に電界を印加する。これにより、分極反転部４６０が形成された圧電体基板４５８が完成する。
【００８０】
第４実施形態に係る分極反転部４６０が形成された圧電体基板４５８は、第１実施形態に係る分極反転部１６０が形成された圧電体基板１５８と同様にバルク弾性波装置の製造に使用することができる。
【００８１】
この発明は詳細に説明されたが、上述した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。特に、第１実施形態〜第４実施形態において説明したことを組み合わせて使用することは当然に予定されている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】圧電体基板の加工の原理を説明する断面図である。
【図２】圧電体基板の加工の原理を説明する断面図である。
【図３】圧電体基板の加工の原理を説明する断面図である。
【図４】圧電体基板の加工の手順を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の断面図である。
【図６】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１４】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１５】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１６】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１７】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１８】第１実施形態に係るバルク弾性波装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１９】支持基板の作製方法を説明する図である。
【図２０】支持基板の作製方法を説明する図である。
【図２１】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２２】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２３】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２４】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２５】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２６】第２実施形態に係る圧電体基板の加工方法を説明する図である。
【図２７】第３実施形態に係る接合体の作製方法を説明する断面図である。
【図２８】第３実施形態に係る接合体の作製方法を説明する断面図である。
【図２９】第４実施形態に係る分極反転部が形成された圧電体基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３０】第４実施形態に係る分極反転部が形成された圧電体基板の作製方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  バルク弾性波装置
１０２  支持基板
１０６，１１０  キャビティ
１１２，１１８  下部電極膜
１２４，１２６  圧電体薄膜
１２８  上部電極膜
１５０，１５８，１７２，１８０，２５０，２５８，４５０，４６２  圧電体基板
１６６  犠牲体
１７０，２７０，３７０，３９０  板状構造体
８０８，１６０，２６０，４６０  分極反転部
【図１】
0005033690.tif 000002
【図２】
0005033690.tif 000003
【図３】
0005033690.tif 000004
【図４】
0005033690.tif 000005
【図５】
0005033690.tif 000006
【図６】
0005033690.tif 000007
【図７】
0005033690.tif 000008
【図８】
0005033690.tif 000009
【図９】
0005033690.tif 000010
【図１０】
0005033690.tif 000011
【図１１】
0005033690.tif 000012
【図１２】
0005033690.tif 000013
【図１３】
0005033690.tif 000014
【図１４】
0005033690.tif 000015
【図１５】
0005033690.tif 000016
【図１６】
0005033690.tif 000017
【図１７】
0005033690.tif 000018
【図１８】
0005033690.tif 000019
【図１９】
0005033690.tif 000020
【図２０】
0005033690.tif 000021
【図２１】
0005033690.tif 000022
【図２２】
0005033690.tif 000023
【図２３】
0005033690.tif 000024
【図２４】
0005033690.tif 000025
【図２５】
0005033690.tif 000026
【図２６】
0005033690.tif 000027
【図２７】
0005033690.tif 000028
【図２８】
0005033690.tif 000029
【図２９】
0005033690.tif 000030
【図３０】
0005033690.tif 000031