(57)【要約】【課題】工程の簡素化が図られ、また素子面にダメージを与えるおそれがない圧電薄膜振動子の製造方法を提供すること。【解決手段】先ず、前記基板の一面側における前記空洞部及び前記引き出し用導電路の各々に相当する位置に凹部を形成し、これら凹部内に導電性材料を埋め込む。次いで前記基板の他面側を前記各凹部内の導電性材料が露出するように除去して導電性材料が充填された貫通孔を形成し、前記基板上に前記下部電極パターン、圧電薄膜及び上部電極パターンを形成する。その後、前記積層体に対応する位置に形成された貫通孔に相当する部分が開口したマスクを形成し、前記マスクを用いてエッチングし、当該マスクから露出する導電性材料を除去して前記空洞部を形成する。【選択図】図１
2009071532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面側に下部電極パターンを形成し、この下部電極パターンの一部の上に圧電薄膜を積層し、更にこの圧電薄膜の上から前記基板の一面側の表面に跨って上部電極パターンを積層し、前記圧電薄膜を含む積層体に対応する位置において、前記基板を貫通する貫通孔からなる空洞部が形成されると共に、下部電極パターン及び上部電極パターンの各々に接続される引き出し用導電路が基板を貫通して当該基板の他面側まで引き回される圧電薄膜振動子の製造方法において、
前記基板の一面側における前記空洞部及び前記引き出し用導電路の各々に相当する位置に凹部を形成する工程と、
これら凹部内に導電性材料を埋め込む工程と、
次いで前記基板の他面側を前記各凹部内の導電性材料が露出するように除去して導電性材料が充填された貫通孔を形成する工程と、
しかる後、前記基板上に前記下部電極パターン、圧電薄膜及び上部電極パターンを形成する工程と、
その後、前記積層体に対応する位置に形成された貫通孔に相当する部分が開口したマスクを前記基板の他面側に形成する工程と、
しかる後、前記マスクを用いてエッチングし、当該マスクから露出する導電性材料を除去して前記空洞部を形成する工程と、を含むことを特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項２】
前記基板の他面側を除去する工程は、基板の他面側を研磨する工程であることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項３】
前記基板の一面側に凹部を形成する工程は、第１の基板に貫通孔を形成し、この第１の基板に第２の基板を張り合わせる工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧電薄膜振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする圧電薄膜振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜振動子の製造方法及び圧電薄膜振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信端末に組み込まれる各種フィルタ回路には、例えばＬＣフィルタやＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ等が用いられるが、移動通信端末の更なる小型化に伴ってこれらフィルタと比較して小型化や加工の容易な圧電薄膜振動子（圧電薄膜共振子）を用いたフィルタ（ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）フィルタ）が注目されている。
【０００３】
このフィルタに用いられる圧電薄膜振動子は、その構造や製造方法によっていくつかのタイプに分類されるが、その中で図８に示すようにシリコン基板１０の表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の圧電薄膜１１をモリブテン（Ｍｏ）等の上部電極１２と下部電極１３で挟み込みこんだ積層体１４を形成し、この積層体１４に対応する位置において基板１０の裏面から表面まで貫通する貫通孔（ビア）１５を有する圧電薄膜振動子がある。
【０００４】
この圧電薄膜振動子はＦＢＡＲ(Film Bulk Acoustic Resonator)型と呼ばれており、当該圧電薄膜振動子は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。先ず切り出されたシリコン基板１０を研磨加工して洗浄した後、当該基板１０表面全体に、スパッタ法により金属膜２１例えばＭｏ（モリブテン）膜を形成する（図９（ａ））。そしてこの金属膜２１の表面にフォトリソグラフィによってレジストパターン２２を形成し、このレジスト２２をマスクにして金属エッチング液で金属膜２１をエッチングし、下部電極パターン１３を形成する（図９（ｂ））。次いで基板１０表面に残っているレジスト２２を全て剥離した後、基板１０表面全体にスッパタ法により圧電薄膜２３例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜を形成する（図９（ｃ））。そしてこの圧電薄膜２３の表面にフォトリソグラフィによってレジストパターン２４を形成し、このレジスト２４をマスクにしてエッチング液で圧電薄膜２３をエッチングし、圧電薄膜パターン１１を形成する（図９（ｄ））。
【０００５】
次いで基板１０表面に残っているレジスト２４を全て剥離した後、基板１０表面全体にスパッタ法により金属膜２５例えばＭｏ（モリブテン）膜を形成する（図１０（ａ））。そしてこの金属膜２５の表面にフォトリソグラフィによってレジストパターン２６を形成し、このレジスト２６をマスクにして金属エッチング液で金属膜２５をエッチングし、上部電極パターン１２を形成する（図１０（ｂ））。そして基板１０表面に残っているレジスト２６を全て剥離した後、基板１０の裏面にフォトリソグラフィによって下部電極１３と圧電薄膜１１と上部電極１２とがこの順に積層してなる部分に対応する位置において開口部２８を有するレジストパターン２７を形成し（図１０（ｃ））、このレジスト２７をマスクにしてドライエッチングによって基板１０裏面をエッチングし、基板１０の裏面から表面まで貫通する貫通孔１５を形成する（図１０（ｄ））。そして基板１０裏面に残っているレジストマスク２７を全て剥離した後、リフトオフ法により各電極１２，１３の表面に外部への電気接続のための電極パッド１６ａ，１６ｂを形成することで図８に示す圧電薄膜振動子が完成する。
【０００６】
しかし、上述した製造工程において、次のような問題がある。図１０（ｃ）に示すようにドライエッチングによって基板１０の裏面から表面まで貫通する貫通孔１５を形成する工程では、基板１０はエッチングガスの雰囲気下におかれるため、このエッチングガスにより基板１０表面に形成されている下部電極１３、圧電薄膜１１及び上部電極１２などの素子に傷が付いたり、汚れたりしてしまうという問題がある。
【０００７】
また当該工程において、下部電極１２の面で貫通穴１５を確実にストップさせるためには反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching（RIE））という方法、具体的には反応室内でエッチングガスをプラズマ化し、同時に基板１０を置く台に高周波を印加して、プラズマ活性種を基板１０に衝突させて当該基板１０をエッチングする方法、を採用しなければならず、この方法を採用するためには高価なエッチング装置が必要であり、製造コストが高くなってしまうという問題もある。
【０００８】
また基板１０の表面に形成されている上部電極１２及び下部電極１３から基板１０の裏面に電極を引き出す場合には、基板１０表面に素子を形成した後、前記下部電極１３に対応する位置において前記基板１０の裏面を貫通する貫通孔及び前記上部電極１２に対応する位置において前記基板１０の裏面を貫通する貫通孔を形成する必要があるので、これら引き出し電極用の貫通孔を形成する際に上述と同様の問題が発生する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、工程の簡素化が図られ、また素子面（下部電極パターン、圧電薄膜パターン及び上部電極パターン）にダメージを与えるおそれがない圧電薄膜振動子の製造方法及びこの方法により製造した圧電薄膜振動子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】
【００１１】
本発明は、基板の一面側に下部電極パターンを形成し、この下部電極パターンの一部の上に圧電薄膜を積層し、更にこの圧電薄膜の上から前記基板の一面側の表面に跨って上部電極パターンを積層し、前記圧電薄膜を含む積層体に対応する位置において、前記基板を貫通する貫通孔からなる空洞部が形成されると共に、下部電極パターン及び上部電極パターンの各々に接続される引き出し用導電路が基板を貫通して当該基板の他面側まで引き回される圧電薄膜振動子の製造方法において、
前記基板の一面側における前記空洞部及び前記引き出し用導電路の各々に相当する位置に凹部を形成する工程と、
これら凹部内に導電性材料を埋め込む工程と、
次いで前記基板の他面側を前記各凹部内の導電性材料が露出するように除去して導電性材料が充填された貫通孔を形成する工程と、
しかる後、前記基板上に前記下部電極パターン、圧電薄膜及び上部電極パターンを形成する工程と、
その後、前記積層体に対応する位置に形成された貫通孔に相当する部分が開口したマスクを前記基板の他面側に形成する工程と、
しかる後、前記マスクを用いてエッチングし、当該マスクから露出する導電性材料を除去して前記空洞部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上述した圧電薄膜振動子の製造方法において、前記基板の他面側を除去する工程は、基板の他面側を研磨する工程であることが好ましい。また前記基板の一面側に凹部を形成する工程は、第１の基板に貫通孔を形成し、この第１の基板に第２の基板を張り合わせる工程であってもよい。
【００１３】
また本発明の圧電薄膜振動子は、上述した圧電薄膜振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電薄膜を上部電極パターン及び下部電極パターンで挟んだ振動部（積層体）裏の空洞部と下部電極パターン及び上部電極パターンの引き出しのための貫通孔を、素子面形成前に、いわば同時に作成している。このため素子面にダメージを与えるおそれがないし、また製造工程を簡略化することができると共に、貫通孔を高価なエッチング装置を使用しないでウエットエッチングや材料加工で形成することができるので、製造コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る製造方法により製造される圧電薄膜振動子の一例を、図１（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ），（ｂ）は本実施の形態に係る圧電薄膜振動子を模式的に示した断面図及び斜視図である。図１中の３０は矩形状のシリコン製の基板であり、当該基板３０の略中央部には基板３０の裏面から表面まで貫通する第１の貫通孔３１が形成され、これにより空洞部が構成されている。前記基板３０の表面（一面）には下部電極パターン３２が形成されており、当該下部電極３２の形成領域は、この例では基板３０の一端側から前記貫通孔３１を跨いで当該貫通孔３１の他縁側を少し越えた位置まで形成されている。また前記下部電極３２は前記貫通孔３１全体を覆っている。
【００１６】
前記下部電極パターン３２の一部及び基板３０の表面には矩形状の圧電薄膜３３が形成されており、当該圧電薄膜３３の形成領域は、この例では貫通孔３１を覆うようにして基板３０の略中央部に形成されている。また前記圧電薄膜３３及び基板３０の表面には上部電極パターン３４が形成されており、当該上部電極パターン３４の形成領域は、この例では圧電薄膜３３の上から基板３０の他面側表面に跨って形成されている。こうして下部電極パターン３２、圧電薄膜３３及び上部電極パターン３４がこの順に積層することで基板３０の上に積層体３が形成される。
【００１７】
また図１に示すように前記基板３０には前記下部電極パターン３２に対応する位置に前記基板３０を貫通する第２の貫通孔３５と、前記上部電極パターン３４に対応する位置に前記基板３０を貫通する第３の貫通孔３６と、が夫々形成されている。そして前記第２及び第３の貫通孔３５，３６には引き出し電極用の導電性材料、この例では金属３７が充填されている。また図１に示すように基板３０の表面及び貫通孔３１，３５，３６の内周面には絶縁膜である酸化シリコン膜３８が形成されている。
【００１８】
このようにして構成された圧電薄膜振動子の発振動作は、第２及び第３の貫通孔３５，３６に充填されている金属３７を介して上部電極３４及び下部電極３２に電圧を印加することで圧電薄膜３３の厚み方向に励振された弾性振動が上部電極３４と空気との境界面、並びに下部電極３２と第１の貫通孔３１との境界面で反射され、圧電薄膜３３の膜厚によって決まる共振周波数で共振が起こる。
【００１９】
次に、図１に示す圧電薄膜振動子の製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。先ず、孔が多数、この例では３つ形成されたマスクを基板３０の上方側に位置させ、このマスクを介して例えばサンドブラストによって基板３０をエッチングし、基板３０表面に図１に示す第１，第２及び第３の貫通孔３１，３５，３６となる３つの凹部４０，４１，４２を夫々形成する（図２（ａ））。このエッチングとしては、レーザーあるいは超音波で行ってもよい。またこのエッチングに使用されるマスクは、ステンレス等の薄板に化学エッチングやプレス加工によって孔が形成される。次に基板３０表面を酸化して、絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜３８を形成する（図２（ｂ））。しかる後、例えば溶射めっき法により例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｕ（金）などの引き出し電極用の金属３７、この例ではＣｕを前記凹部４０，４１，４２内に埋め込む（図２（ｃ））。
【００２０】
次に基板３０の表側をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)によりシリコン酸化膜３８が露出するまで金属３７を研磨すると共に、基板３０の裏側をＣＭＰにより金属３７が露出するまで基板３０を研磨する（図２（ｄ））。このように基板３０の裏側を研磨して凹部４０，４１，４２の底部を取り除くことで、図１に示すように基板３０に第１の貫通孔３１、第２の貫通孔３５及び第３の貫通孔３６が夫々形成されると共に、これら貫通孔３１，３５，３６に金属３７が充填された格好となる。
【００２１】
次に基板３０表面全体に、マグネトロンスパッタ法により膜厚が例えば０．１〜０．３μｍの金属膜４３を形成する（図３（ａ））。前記金属膜４３としては例えばアルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ（チタン）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブテン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の金属が用いられ、この例ではＭｏを用いている。そしてこの金属膜４３の表面にレジスト膜４４を形成し、フォトフォトリソグラフィにより下部電極パターン３２となるレジスト膜４４以外のレジスト膜４４を剥離する。続いてこのレジスト膜４４をマスクにして金属エッチング液中に基板３０を浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜４４に覆われていない金属膜４３をエッチングし、下部電極パターン３２を形成する（図３（ｂ））。金属エッチング液としては例えばリン酸と硝酸の水溶液（Ｈ３Ｐ４：ＮＨＯ３：Ｈ２Ｏ＝５：１：４）あるいは硫酸と硝酸の水溶液（Ｈ２ＳＯ４：ＮＨＯ３：Ｈ２Ｏ＝１：１：３）が用いられる。また金属膜４３と基板３０との密着性を確保するために金属膜４３の成膜に先立ち、例えばチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の下地膜の成膜を行ってもよい。
【００２２】
次いで基板３０表面に残っているレジスト膜４４を全て剥離した後、基板３０表面全体にＲＦマグネトロンスパッタ法により例えば膜厚が１．０〜３．０μｍの圧電薄膜３３を形成する（図３（ｃ））。前記圧電薄膜３３としては例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）あるいはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等が用いられ、この例ではＡｌＮを用いている。そしてこの圧電薄膜３３の表面にレジスト膜４６を形成し、フォトフォトリソグラフィにより第１の貫通孔３１を覆うようにして基板３０の略中央部に形成された圧電薄膜３３のパターンとなるレジスト膜４６以外のレジスト膜４６を剥離する。続いてこのレジスト膜４６をマスクにして圧電薄膜用のエッチング液中に基板３０を浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜４６に覆われていない圧電薄膜３３をエッチングする（図３（ｄ））。圧電薄膜用のエッチング液としては例えば熱リン酸や４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）等が用いられる。
【００２３】
次いで基板３０表面に残っているレジスト膜４６を全て剥離した後、基板３０表面全体にマグネトロンスパッタ法により膜厚が例えば０．１〜０．３μｍの金属膜４７を形成する（図４（ａ））。前記金属膜４７としては上述した金属膜４３と同じ金属が用いられ、この例ではＭｏを用いている。そしてこの金属膜４７の表面にレジスト膜４８を形成し、フォトフォトリソグラフィにより上部電極パターン３４となるレジスト膜４８以外のレジスト膜４８を剥離する。続いてこのレジスト膜４８をマスクにして金属エッチング液中に基板３０を浸漬してウエットエッチングを行って、レジストマスク４８に覆われていない金属膜４７をエッチングして、上部電極パターン３４を形成する（図４（ｂ））。
【００２４】
そして基板３０表面に残っているレジスト膜４８を全て剥離した後、基板３０の裏面側にレジスト膜４９を塗布し、フォトフォトリソグラフィによって図１に示す第１の貫通孔３１に相当する部分のレジスト膜４９を剥離する（図４（ｃ））。そしてこのレジスト膜４９をマスクにして金属エッチング液中に基板３０を浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜４９に覆われていない金属３７をエッチングし、基板３０の裏面から表面まで貫通する第１の貫通孔３１を形成する。金属エッチング液としては例えば金属３７がＣｕ,Ｎｉを含む金属であればＦｅＣｌ３を含む水溶液が用いられる。この金属エッチング液は金属３７のみをエッチングする液であり、当該液では基板３０表面に形成されている下部電極パターン３２、圧電薄膜３３及び上部電極パターン３４などの素子はエッチングされない。そして基板３０裏面に残っているレジスト膜４９を全て剥離することで図１に示す圧電薄膜振動子が完成する。
【００２５】
上述の実施の形態によれば、前記積層体３の下に形成される第１の貫通孔３１は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように基板３０表面に下部電極パターン３２、圧電薄膜３３及び上部電極パターン３４などの素子を形成する前に貫通孔３１と当該貫通孔３１に充填する金属３７を形成し、基板３０表面に素子を形成した後、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように基板３０を金属エッチング液に浸漬して、貫通孔３１内の金属３７のみを除去して形成される。従って、この貫通孔３１は高価なエッチング装置を使用しないでウエットエッチングで形成することができるので、製造コストを抑えることができると共に、基板３０表面に形成されている素子に傷が付くといったおそれがない。
【００２６】
また基板３０の表面に形成されている上部電極パターン３４及び下部電極パターン３２から基板３０に形成された貫通孔３５、３６を介して基板３０の裏面に引き出すための引き出し電極用の金属３７は、基板３０表面に素子を形成する前に、前記積層体３の下に形成される貫通孔３１と同時に形成されるので、製造工程を簡略化することができる共に、引き出し電極用のビア形成による素子の劣化を避けることができる。
【００２７】
また基板３０表面に形成される凹部４０，４１，４２は、ウエットエッチングで形成してもよい。この場合、基板３０の表面にフォトフォトリソグラフィにより図１に示す第１，第２及び第３の貫通孔３１，３５，３６に相当する部分が開口したレジストマスクを形成し、これをマスクにして基板３０をシリコンの異方性エッチャント（基板エッチング液）である水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液中あるいは４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液中に浸漬して、マスクに覆われていない基板３０をエッチングすることで、基板３０表面に凹部４０，４１，４２が夫々形成される。
【００２８】
また上述の実施の形態では、Ｓｉ基板３０を熱酸化させてＳｉＯ２膜３８を形成しているが、スパッタ法若しくはＣＶＤ法などで行ってもよい。またＳｉＯ２に限られず、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁膜を用いてもよい。また基板３０はＳｉに限定されることはなく、ＳｉＯ2（石英、水晶）若しくはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁性の基板を用いてもよい。この基板を使用した場合には、熱酸化の工程は不要である。
【００２９】
また図５に示すようにリフトオフ法により上部電極３４及び下部電極３２の表面に外部への電気接続のための電極パッド３９ａ，３９ｂを形成し、この電極パッド３９ａ，３９ｂを介して上部電極３４及び下部電極３２に電圧を印加するようにしてもよい。
【００３０】
また上述の実施の形態において、図２（ａ）に示す基板３０の一面側に３つの凹部４０、４１、４２を形成する工程は、図６に示すように第１の基板３０ａに３つの貫通孔９０、９１、９２を夫々形成し、この第１のシリコン基板３０ａの他面側に第２のシリコン基板３０ｂを張り合わせることで、凹部４０、４１、４２を形成してもよい。
【００３１】
また上述した圧電薄膜振動子は、バンドパスフィルタに用いることができる。このフィルタの等価回路図を図７に示しておく。図７においてこのフィルタは、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２と、出力端子Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２と、直列腕をなす上述した圧電薄膜振動子８１，８２，８３と、並列腕をなす上述した圧電薄膜振動子８４，８５とからなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧電薄膜振動子を示す概略断面図及び概略斜視図である。
【図２】上記圧電薄膜振動子の製造工程の説明図である。
【図３】上記製造工程の第２の説明図である。
【図４】上記製造工程の第３の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る圧電薄膜振動子を示す概略断面図である。
【図６】基板に凹部を形成するにあたって、他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るバンドパスフィルタの等価回路図である。
【図８】従来の圧電薄膜振動子を示す概略断面図である。
【図９】従来の圧電薄膜振動子の製造工程の説明図である。
【図１０】上記製造工程の第２の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
３０    基板
３１    第１の貫通孔
３２    下部電極パターン
３３    圧電薄膜
３４    上部電極パターン
３５    第２の貫通孔
３６    第３の貫通孔
３７    金属
３８    酸化シリコン膜
４０，４１，４２  凹部
４３，４７  金属膜
４４，４６，４８，４９  レジスト膜
【図１】
2009071532.tif 000003
【図２】
2009071532.tif 000004
【図３】
2009071532.tif 000005
【図４】
2009071532.tif 000006
【図５】
2009071532.tif 000007
【図６】
2009071532.tif 000008
【図７】
2009071532.tif 000009
【図８】
2009071532.tif 000010
【図９】
2009071532.tif 000011
【図１０】
2009071532.tif 000012