JP6460111B2 - 圧電共振器の製造方法および圧電共振器 - Google Patents
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Description
この発明は、メンブレン構造を有する圧電共振器の製造方法および圧電共振器に関する。
従来、圧電共振器（圧電デバイス）が各種考案されている。例えば、特許文献１には、メンブレン構造を有する圧電共振器（圧電デバイス）が記載されている。
特許文献１に示すようなメンブレン構造を有する従来の圧電共振器では、圧電薄膜の裏面側に支持基板が配置されている。圧電薄膜は、支持層によって支持基板に固定されている。圧電薄膜の裏面側には、圧電薄膜と支持基板との間に、圧電薄膜の裏面に支持層が当接しない空間が設けられている。
このようなメンブレン構造を有する圧電共振器の空間は、圧電薄膜の裏面と支持基板との間に犠牲層と支持層を形成し、犠牲層を選択的に除去することによって、設けられる。
犠牲層の除去は、犠牲層除去用の孔を圧電薄膜に空け、この孔から除去用の溶剤を浸入させることによって行われている。
しかしながら、従来の圧電共振器の構成および製造方法では、短時間で犠牲層を殆ど全て除去することが容易ではない。犠牲層が除去されずに残ってしまうと、圧電共振器の特性が所望とする特性からずれてしまう。
したがって、本発明の目的は、犠牲層を短時間で殆ど全て除去できる圧電共振器の製造方法および圧電共振器を提供することにある。
この発明の圧電共振器の製造方法は、次の工程を有することを特徴としている。圧電共振器の製造方法は、圧電基板の裏面に犠牲層を形成する工程と、圧電基板の裏面に支持層を形成する工程と、を有する。圧電共振器の製造方法は、支持層および犠牲層を削って、支持層に対して犠牲層が凹む凹部を形成する工程を有する。圧電共振器の製造方法は、凹部が形成される側の支持層の面に支持基板を接着する工程と、犠牲層を除去する工程と、を有する。
この製造方法では、支持層と支持基板の境界にて、段差を有した状態で犠牲層および支持層の犠牲層付近が支持層の他の部分よりも支持基板から距離を置いた状態で接着材料によって接着される。このため、犠牲層と支持基板との間の密着力が低くなる。これにより、犠牲層が除去され易い。
また、この発明の圧電共振器の製造方法では、凹部を形成する工程は、支持層および犠牲層の研磨によって凹部を形成すればよい。
また、この発明の圧電共振器の製造方法では、凹部を形成する工程は、支持層および犠牲層のエッチングによって凹部を形成してもよい。
これらの製造方法では、具体的な凹部の形成方法を示しており、これらの方法を用いることで、凹部を精度良く形成することができる。
また、この発明の圧電共振器は、次の構成を有することを特徴としている。圧電共振器は、圧電薄膜と、この圧電薄膜の裏面側に配置された支持基板と、圧電薄膜と支持基板との間に空間を設けるように圧電薄膜を支持基板に固定する支持層と、を備える。支持層における空間に露出する支持基板側の角部は、この角部を切り取る形状の凹部を備える。
この構成では、圧電共振器の製造過程において犠牲層の除去が容易になり、所望とする特性を有する圧電共振器を、確実に実現できる。
また、この発明の圧電共振器は、次の構成であってもよい。圧電共振器は、圧電薄膜と、圧電薄膜の裏面側に配置された支持基板と、圧電薄膜と支持基板との間に空間を設けるように、圧電薄膜を支持基板に固定する支持層と、を備える。支持基板は、空間に露出する領域に凹部を備える。
この構成でも、所望とする特性を有する圧電共振器を、確実に実現できる。
この発明によれば、犠牲層を短時間で殆ど全て除去できる。これにより、所望とする特性を有する圧電共振器を確実に製造することができる。
本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器および圧電共振器の製造方法について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る圧電共振器の主要構造を示す断面図である。
圧電共振器１０は、圧電薄膜２０、支持層３０、および支持基板４０を備える。
圧電薄膜２０は、ＬｉＴａＯ３、または、ＬｉＮｂＯ３等の圧電体を材料としている。圧電薄膜２０の表面には、表面電極２１が形成されている。圧電薄膜２０の裏面には、裏面電極２２が形成されている。表面電極２１および裏面電極２２は、例えば、Ｔｉを下地金属とするＡｌ電極である。圧電共振器１０がＳＡＷ共振器もしくは板波共振器である場合には、表面電極２１は、櫛歯状電極および反射器電極であり、裏面電極２２は存在しない、もしくはグランド電極である。圧電共振器１０がＢＡＷ共振器である場合には、表面電極２１および裏面電極２２がともに駆動電極（端子電極）である。
支持層３０は、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる。支持層３０は、圧電薄膜２０の裏面に部分的に当接している。具体的には、支持層３０は、圧電薄膜２０の圧電共振を生じる部分が存在する領域を除く部分において、圧電薄膜２０に当接している。
支持基板４０は、所定の硬度を有する絶縁性材料からなる。支持基板４０は、支持層３０における圧電薄膜２０に当接する端面と反対側の端面に当接している。支持基板４０は、接着材料５０によって、支持層３０に接着されている。
このような構成によって、圧電薄膜２０の裏面と支持基板４０との間における支持層３０が配設されていない領域には、空間６０が形成される。このような空間６０を設けることで、圧電薄膜２０の圧電振動が阻害されない。したがって、弾性波の閉じ込め効率が良好で、優れた伝送特性を有する圧電共振器１０を実現することができる。
さらに、本実施形態では、支持層３０における支持基板４０に接着する側で、空間６０に露出する角部に凹部３１が備えられている。凹部３１における圧電薄膜２０の電極形成面に平行な面は、支持層３０における凹部３１以外の支持基板４０に接着する面より、支持基板４０の表面から離間している。このような凹部３１を備えることで、圧電共振器１０の製造時に、空間６０を形成するための犠牲層（図３、図４の犠牲層６００参照）が支持基板４０から剥離しやすくなる。したがって、犠牲層を短時間で除去することができる。また、犠牲層を確実に除去することが可能であるので、所望の特性を有する圧電共振器１０を実現し易い。
次に、本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器のより具体的な製造方法について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を示したフローチャートである。図３、図４は、本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器における各製造過程での構成を示す断面図である。
まず、圧電基板２００を用意する。圧電基板２００は、ＬｉＴａＯ３、または、ＬｉＮｂＯ３等の圧電体を材料としている。圧電基板２００の裏面に裏面電極２２を形成する。裏面電極２２の形成は、例えば、蒸着リフトオフ法等によって、圧電基板２００の裏面にＴｉ、Ａｌを順に蒸着することによって実現される。裏面電極を必要としない圧電共振器である場合、この構成を省略してもよい。
工程Ｓ１０１として、圧電基板２００の裏面に、裏面電極２２を覆うようにして、犠牲層６００を形成する（図３（Ａ）参照。）。犠牲層６００は、例えばＺｎＯからなる。犠牲層６００は、スパッタリング法によって圧電基板２００の裏面全体にＺｎＯ層を形成さした後、このＺｎＯ層をウェットエッチング等によってパターニングすることによって形成される。例えば、犠牲層６００の膜厚は、１μｍ〜３μｍ程度である。
工程Ｓ１０２として、圧電基板２００の裏面に、犠牲層６００を覆うようにして、支持層３００を形成する（図３（Ｂ）参照。）。支持層３００は、例えばＳｉＯ２からなる。支持層３００は、スパッタリング法によって犠牲層６００がパターン形成された圧電基板２００の裏面全体に形成される。例えば、支持層３００の膜厚は、２μｍ〜８μｍ程度である。支持層３００の表面を研磨等によって平坦化することで支持層３０を形成する。すなわち、支持層３００における犠牲層６００を覆う領域となる隆起する部分を研磨によって削除することで、圧電共振器１０に残る支持層３０を形成する。
工程Ｓ１０３として、平坦化された支持層３０と犠牲層６００に対して、支持層３０よりも犠牲層６００が凹む凹部３１を形成する（図３（Ｃ）参照。）。具体的には、支持層３０と犠牲層６００の表面を研磨する。この際、支持層３０と犠牲層６００とでは材料が異なることによって研磨レートが異なり、犠牲層６００の研磨レートは支持層３０の研磨レートよりも高い。したがって、同じ研磨時間であっても、犠牲層６００は、支持層３０よりも多く削れる。この研磨レートの違いを利用して、犠牲層６００の領域が支持層３０の領域よりも凹むことで得られる凹部３１が形成される。なお、この際、支持層３０と犠牲層６００との界面付近では、支持層３０も、支持層３０の他の部分よりも削られ易くなる。したがって、図３（Ｃ）に示すように、凹部３１は、犠牲層６００の領域のみでなく、支持層３０における犠牲層６００との界面近傍の所定幅の領域まで広がる形状となる。
工程Ｓ１０４として、凹部３１が形成された支持層３０と犠牲層６００の表面に、接着材料５０を用いて、支持基板４０を接着する（図３（Ｄ）参照。）。この際、犠牲層６００の表面および凹部３１の底面は、凹部３１以外の支持層３０の表面よりも、支持基板４０との間隔が広くなる。したがって、犠牲層６００および凹部３１と支持基板４０との密着性は、凹部３１以外の支持層３０と支持基板４０との密着性よりも低くなる。
工程Ｓ１０５として、圧電基板２００を薄膜化して、圧電薄膜２０を形成する（図４（Ａ）参照。）。圧電基板２００の薄膜化は、既知の方法で行えばよい。例えば、圧電基板２００における犠牲層６００が形成された面と反対側から研磨によって薄膜化する。また、犠牲層６００を形成する前に、圧電基板２００の裏面側から水素イオンを注入して、裏面から所定の深さ位置に劈開層を形成しておく。そして、支持基板４０を接着した後に加熱することによって、劈開を伸展させる。これにより、圧電基板２００の裏面側の所定厚みの部分を、圧電基板２００から分離して、圧電薄膜２０を形成する。
工程Ｓ１０６として、圧電薄膜２０の表面（圧電薄膜２０における犠牲層６００が形成された面と反対側の面）に、表面電極２１を形成する（図４（Ｂ）参照。）。表面電極２１の形成は、例えば、蒸着リフトオフ法等によって、圧電薄膜２０の表面にＴｉ、Ａｌを順に蒸着することによって実現される。表面電極２１の膜厚は、例えば１０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度である。
工程Ｓ１０７として、犠牲層６００を除去し、圧電薄膜２０と支持基板４０との間に空間６０を形成する。より具体的には、圧電薄膜２０に、犠牲層６００の除去用の孔２３を設ける（図４（Ｃ）参照。）。孔２３の開口面積は、犠牲層６００の面積と比較して小さい。孔２３は、例えば、ドライエッチング法によって形成される。この孔２３からエッチング溶液を注入して、犠牲層６００を除去する（図４（Ｄ）参照。）。エッチング溶液は、例えば、酢リン酸の混合溶液を用いる。酢リン酸の混合溶液は、酢酸、リン酸、水を１：１：１０の割合で混合した溶液である。
ここで、上述のように、本実施形態の構成では、犠牲層６００と支持基板４０との間の密着強度は、支持層３０と支持基板４０との間の密着強度よりも低い。したがって、従来の構成および従来の製造方法よりも、犠牲層６００を短時間で確実に除去することができる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器および圧電共振器の製造方法について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器の主要構造を示す断面図である。
本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器１０Ａは、第１の実施形態に係る圧電共振器１０に対して、凹部の形成箇所が異なるものであり、他の構成は、第１の実施形態に係る圧電共振器１０と同じである。
図５に示すように、圧電共振器１０Ａは、支持基板４０に凹部４１Ａが形成されている。凹部４１Ａは、少なくとも支持基板４０が接着層５０を介して、空間６０に露出する領域を含むように、形成されている。
このような構成であっても、第１の実施形態に係る圧電共振器１０と同様の作用効果を得ることができる。また、この構成では、支持層３０Ａに凹部が形成されない。したがって、支持層３０Ａによって決まる空間６０の体積を、より高精度に決定することができ、所望の特性を有する圧電共振器１０Ａを高精度に製造することができる。
本実施形態に係る圧電共振器１０Ａは、次に示す工程によって製造される。図６は、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を示したフローチャートである。
本実施形態に係る圧電共振器１０Ａの製造方法は、凹部の形成を除いて、基本的に第１の実施形態に係る圧電共振器１０の製造方法と同じである。
工程Ｓ２０１として、圧電基板の裏面に、裏面電極を覆うようにして、犠牲層を形成する。
工程Ｓ２０２として、圧電基板の裏面に、犠牲層を覆うようにして、支持層を形成する。そして、支持層と犠牲層を、圧電基板と反対側の面から、犠牲層が露出するまで研磨して、表面（研磨面）を平坦化する。
工程Ｓ２０３として、支持基板４０の表面を部分的に研磨して、凹部４１Ａを形成する。
工程Ｓ２０４として、凹部４１Ａが形成された支持基板４０と、支持層および犠牲層とを、接着材料５０を用いて接着する。
工程Ｓ２０５として、圧電基板を薄膜化して、圧電薄膜を形成する。
工程Ｓ２０６として、圧電薄膜の表面（圧電薄膜における犠牲層が形成された面と反対側の面）に、表面電極を形成する。
工程Ｓ２０７として、犠牲層を除去し、圧電薄膜２０と支持基板４０との間に空間６０を形成する。
なお、上述の構成では、研磨によって凹部３１，４１Ａを形成する態様を示したが、支持層と犠牲層の材料の違いによるエッチングレートの違いを利用して、エッチングによって凹部３１を形成する態様を用いてもよい。
１０，１０Ａ：圧電共振器
２０：圧電薄膜
２１：表面電極
２２：裏面電極
３０，３０Ａ，３００：支持層
３１，４１Ａ：凹部
４０：支持基板
５０：接着材料
６０：空間
６００：犠牲層
２０：圧電薄膜
２１：表面電極
２２：裏面電極
３０，３０Ａ，３００：支持層
３１，４１Ａ：凹部
４０：支持基板
５０：接着材料
６０：空間
６００：犠牲層
Claims (4)
- 圧電基板の裏面に犠牲層を形成する工程と、
前記圧電基板の裏面に支持層を形成する工程と、
前記支持層および前記犠牲層を削って、前記支持層に対して前記犠牲層が凹む凹部を形成する工程と、
前記凹部が形成される側の前記支持層の面に、支持基板を接着する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を有する、圧電共振器の製造方法。 - 前記凹部を形成する工程は、
前記支持層および前記犠牲層の研磨によって前記凹部を形成する、
請求項１に記載の圧電共振器の製造方法。 - 前記凹部を形成する工程は、
前記支持層および前記犠牲層のエッチングによって前記凹部を形成する、
請求項１に記載の圧電共振器の製造方法。 - 圧電薄膜と、
該圧電薄膜の裏面側に配置された支持基板と、
前記圧電薄膜と前記支持基板との間に空間を設けるように、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する支持層と、
前記支持基板における前記圧電薄膜側の面に形成された接着層と、を備え、
前記接着層における前記支持基板と前記支持層とが接着する部分の一部の厚さは、前記接着層における前記支持基板が前記支持層に接着していない部分の厚さよりも薄い、
圧電共振器。
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