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WO2006067949A1 - 圧電薄膜共振子およびその製造方法 - Google Patents

圧電薄膜共振子およびその製造方法 Download PDF

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WO2006067949A1
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thin film
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dielectric film
gas
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Hidetoshi Fujii
Ryuichi Kubo
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric thin film resonator and a method for manufacturing the same.
  • a so-called air bridge type piezoelectric thin film resonator is a thin film part (membrane) because a vibrating part formed by sandwiching a piezoelectric thin film between a pair of opposing excitation electrodes is also acoustically separated from the substrate force. The substrate force is also partially lifted through the gap layer.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-218214
  • the orientation of the piezoelectric thin film affects the resonance characteristics. In order to improve the resonance characteristics, the orientation of the piezoelectric thin film must be improved. In order to improve the orientation of the piezoelectric thin film, it is necessary to improve the flatness of the constituent film that is the lower layer of the excitation electrode.
  • CMP chemical 'mechanical
  • a film is formed on a sacrificial layer for forming a void layer. Therefore, irregularities are formed in the constituent film to be polished.
  • polishing only the convex and concave portions (protruding surfaces) can be flattened, and the slurry accumulates in the concave portions, so that the periphery is more easily polished than the central portion of the convex portions. Therefore, even if the constituent film on the sacrificial layer is polished, the film thickness can be distributed, and as a result, good resonance characteristics cannot be obtained.
  • the embedding material is buried in the concave portion in advance and the embedding material is removed after flattening by CMP. In this case, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
  • the present invention intends to provide a piezoelectric thin film resonator and a method for manufacturing the same, in which the constituent films can be uniformly flattened to achieve good resonance characteristics. is there. Means for solving the problem
  • the present invention provides a piezoelectric thin film resonator configured as follows.
  • the piezoelectric thin film resonator includes: a) a substrate having at least one flat main surface; b) at least two support portions supported by the main surface of the substrate; A dielectric film having a floating portion disposed through a gap layer between the main surface of the substrate and c) a piezoelectric thin film sandwiched between a pair of excitation electrodes, And a vibrating part provided on the side opposite to the gap layer of the floating part.
  • the surface of the dielectric film opposite to the substrate is flattened by plasma treatment using an inert gas or a gas containing an element constituting the dielectric film.
  • the dielectric film is planarized by plasma treatment, so that the orientation of the excitation electrode formed on the dielectric film is improved, and the orientation of the piezoelectric thin film formed on the excitation electrode is improved. Also improves.
  • the orientation of the piezoelectric thin film variations in resonance characteristics and resonance resistance can be reduced.
  • the orientation of the excitation electrode it is possible to produce a piezoelectric thin film resonator having excellent power durability.
  • the film thickness can be controlled on the order of nm with respect to the constituent films of each resonator.
  • the resonance frequency variation and the resonance characteristics in the wafer surface can be controlled with high accuracy, so that the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • a dielectric film without forming a compound layer different from the dielectric on the surface layer of the dielectric film is formed. Can be flat.
  • the dielectric film is any material in which Si N, SiO 2, Al 2 O force is also selected. It is a film.
  • the dielectric film becomes an amorphous film, it can be easily flattened by plasma treatment.
  • the present invention also provides a method for manufacturing a piezoelectric thin film resonator having the following configuration.
  • a method for manufacturing a piezoelectric thin film resonator includes: i) a first step of forming a plurality of sacrificial layer patterns on an upper surface of a mother substrate; and ii) a second step of forming a dielectric film on the sacrificial layer pattern. And iii) a third step of plasma-treating the surface of the dielectric film, and iv) forming a vibrating portion having a piezoelectric thin film sandwiched between a pair of excitation electrodes on the dielectric film.
  • the dielectric film is planarized by the third step, the orientation of the excitation electrode formed on the dielectric film is improved, and the orientation of the piezoelectric thin film formed on the excitation electrode is improved. Will also improve.
  • By improving the orientation of the piezoelectric thin film it is possible to manufacture a piezoelectric thin film resonator having good resonance characteristics.
  • the third step includes: a) attaching the mother substrate on which the dielectric film is formed to a substrate plate and storing the mother substrate in a sputter chamber; and b) supplying a gas into the sputter chamber. C) supplying an RF voltage to the substrate plate in a state where the substrate plate is electrically floating from the sputter chamber, generating a plasma of the gas, and attaching the substrate to the substrate plate by the plasma. Sputtering the surface of the dielectric film formed on the mother substrate.
  • the dielectric film can be flattened without forming a compound layer different from the dielectric on the surface layer in the third step. Moreover, the dielectric film butting process at the time of forming the etch hole can be performed stably.
  • the gas is any inert gas selected from Ar and He.
  • the gas is a gas containing an element constituting the dielectric film.
  • the dielectric film is made of SiO.
  • the dielectric film is SiN, and the gas is used.
  • the constituent films can be uniformly flattened to provide a resonator having good resonance characteristics.
  • FIG. 1 is a (a) cross-sectional view and (b) plan view of a piezoelectric thin film resonator. (Example)
  • FIG. 2 is a plan view of a piezoelectric thin film resonator. Corresponds to Figure 1 (b). (Modification)
  • FIG. 1 (a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (b), and FIG. 1 (b) is a plan view.
  • the piezoelectric thin film resonator 10 has a thin film portion (membrane) including a dielectric film 12, a lower electrode 14, a piezoelectric thin film 16, and an upper electrode 18 on a substrate 11. It is formed.
  • a gap layer 13 (see FIG. 1 (a)) is formed between the substrate 11 and the dielectric film 12.
  • the dielectric film 12 includes a support portion supported by the substrate 11 and a floating portion floating from the substrate 11. In the floating part of the dielectric film 12, electrodes 14 and 18 overlap on the side opposite to the gap layer 13.
  • the lower electrode 14, the piezoelectric thin film 16 and the upper electrode 18, that is, the vibration part 19 are provided in the stacking direction portion, and the substrate 11 is lifted up.
  • the air gap layer 13 is formed by finally removing the sacrificial layer 17 (see FIG. 1B) formed between the substrate 11 and the dielectric film 12.
  • the sacrificial layer 17 is formed on the substrate 11.
  • the substrate 11 an inexpensive and excellent workability substrate is used.
  • a flat Si or glass substrate is even better.
  • a sacrificial layer 17 for forming a void layer such as zinc oxide is formed on the substrate 11 using a technique such as sputtering or photoetching, which is easily chemically dissolved!
  • the material of the sacrificial layer 17 is preferably one that can withstand high temperatures that can be reached when the piezoelectric thin film 16 is formed and can be easily removed.
  • metals such as Ge, Sb, Ti, Al and Cu, malate silicate glass (PSG), and polymers are used.
  • PSG malate silicate glass
  • polymers polytetrafluoroethylene or a derivative thereof, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide, polyimide siloxane, vinyl ether, polyphenyl, parylene n, nylene f, benzocyclobutene, and the like are preferable.
  • the thickness of the sacrificial layer 17 to be formed needs to be a thickness that does not allow the vibrating portion 19 to contact the substrate 11 even if the membrane is bent.
  • the minimum value of the distance between the end portion 17x of the sacrificial layer 17 and the vibrating portion 19 is 50 times or less the thickness of the vibrating portion 19.
  • the dielectric film 12 is formed.
  • the dielectric film 12 is formed on the substrate 11 by a method such as sputtering, CVD, or electron beam evaporation so as to cover the entire surface.
  • This dielectric film 12 has an effect of protecting the vibrating portion 19 composed of the electrodes 14, 18 and the piezoelectric thin film 16, and has excellent passivation properties such as a nitride such as silicon nitride, or an acid such as an acid silicate wire. You may also use things.
  • the frequency change with respect to the temperature change of the resonator filter is small.
  • TCF frequency temperature characteristic
  • zinc oxide or aluminum nitride is used for the piezoelectric thin film If this is the case, use silicon oxide with the opposite TCF.
  • an insulator is good in thermal conductivity! /, And aluminum nitride may be used!
  • a material suitable for the planarization treatment is an insulating film, and preferably an amorphous material such as silicon nitride, silicon oxide, or acid aluminum.
  • the dielectric film 12 is planarized. That is, the dielectric film 12 is planarized by dry etching.
  • the dry etching may be ion etching or plasma etching.
  • an inert gas such as Ar or He may be RF-discharged and subjected to planar etching by sputtering with self-bias. That is, the substrate plate is negative with respect to the reference potential by plasma (electrons and positive ions) generated by supplying an RF voltage to the substrate plate (electrically floating from the sputter channel) in the sputtering chamber.
  • Sputter etching is performed so as to be biased to a potential.
  • the dielectric is an oxide such as silicon oxide
  • oxygen gas may be used.
  • the positive ions are Ar + when the gas is argon, 0+ when the gas is oxygen, O + (diatomic ions), and the like.
  • chemically active gases such as halides
  • the dielectric film 12 is flattened without forming a compound layer different from the dielectric on the surface of the dielectric film 12. be able to.
  • a preferable surface roughness (Ra) of the dielectric film 12 is 2. Onm or less. This surface roughness (Ra) is called the arithmetic average roughness, and the deviation from the roughness measurement curve to the average linear force measurement curve of the extracted portion is extracted by the reference length L in the direction of the average line. It is the value obtained by summing the absolute values of and averaging.
  • gas type O
  • processing time 10 minutes
  • RF power 6
  • SiO is a material that becomes amorphous by ordinary sputtering. Sputtering Even if the same treatment is applied to a ZnO film that tends to be uniaxially oriented, the surface roughness is not improved so much.
  • the lower electrode 14 is formed on the dielectric film 12 that has been subjected to planarization.
  • the lower electrode 14 is formed by using a film formed by sputtering, plating, CVD, electron beam evaporation, or the like, and using patterning by photolithography technology.
  • the lower electrode 14 is mainly formed of a metal material such as Mo, Pt, Al, Au, Cu, and Ti, and is formed in a band shape from the upper side of the sacrificial layer 17 to one side (right side in FIG. 1) on the substrate 11.
  • the preferred surface roughness (Ra) of the lower electrode 14 is 2. Onm or less.
  • a piezoelectric thin film 16 such as zinc oxide or aluminum nitride is formed by film formation by sputtering or the like and lift-off using patterning by photolithography technology.
  • aluminum nitride is formed as the piezoelectric thin film 16
  • the aluminum nitride is patterned by lift-off using zinc oxide. Since the dielectric film 12 such as silicon oxide is formed on the entire surface of the sacrificial layer 17 using the zinc oxide, the oxide film is used during the patterning of the oxide zinc for lift-off and the lift-off of the aluminum nitride. Even if the zinc is wet etched, the zinc oxide used for the sacrificial layer 17 is not etched.
  • the upper electrode 18 is formed.
  • the upper electrode 18 is formed on the piezoelectric thin film 16 in the same manner as the lower electrode 14.
  • the upper electrode 18 is formed in a band shape so that the force on the piezoelectric thin film 16 is also applied to the other side (left side in FIG. 1) on the substrate 11.
  • an etch hole which is a through portion for exposing the sacrificial layer 17 is formed.
  • Photoresist is patterned by photolithography, and the portion of the dielectric film 12 on the sacrificial layer 17 that is not covered with the photoresist pattern is removed by reactive ion etching (RIE) or wet etching. .
  • RIE reactive ion etching
  • the photoresist pattern is a rectangle that covers the lower electrode 14, the piezoelectric thin film 16, and the upper electrode 18. Sacrificial layer under insulating film 12 17 The end 17x of the protrusion protrudes outside the resist pattern.
  • the photoresist pattern may have a cross shape as shown in FIG. For example, when silicon oxide is used for the dielectric film 12, CF
  • etching using fluorine gas such as 4.
  • fluorine gas such as 4.
  • wet etching may be performed with a solution such as hydrofluoric acid.
  • the etch mask such as photoresist is removed with an organic solvent such as acetone. Dry etching using oxygen plasma may be used.
  • the sacrificial layer 17 is etched to form the void layer 13.
  • the photoresist is patterned by photolithography, and the sacrificial layer 17 is removed by reactive ion etching or wet etching.
  • the zinc oxide is removed using an acidic solution such as hydrochloric acid or phosphoric acid.
  • an etch mask such as a photoresist is removed with an organic solvent such as acetone. If the sacrificial layer 17 is etched using a solution that does not etch the piezoelectric thin film 16, the dielectric film 12, and the electrodes 14, 18, the patterning and etching mask removal steps by photolithography may be eliminated. it can.
  • the piezoelectric thin film 16 when aluminum nitride is used for the piezoelectric thin film 16, silicon oxide is used for the dielectric film 12, and Pt, Au, Ti, etc. are used for the electrodes 14, 18, a mixed water solution of acetic acid and phosphoric acid can be used without patterning.
  • the zinc oxide in the sacrificial layer 17 can be removed. After the etching, the gap layer 13 is formed by sufficiently replacing with a volatile solution such as pure water or IPA and drying.
  • a plurality of piezoelectric thin film resonators 10 are simultaneously manufactured by the above manufacturing method using a wafer (mother substrate) to be the substrate 11, and then dicing or the like. Separate and cut out individual piezoelectric thin film resonators 10.
  • a package substrate having lands may be provided, and the upper and lower electrodes of the mother substrate may be bump-bonded to the lands before the individual piezoelectric thin-film resonators are cut out, and the periphery of the piezoelectric thin-film resonators may be sealed and bonded to the package.
  • the piezoelectric thin film resonator 10 described above has the following operations and effects.
  • the dielectric film 12 which is the lower layer of the lower electrode 14 is flattened to form the lower electrode 14 which is flat and has good orientation, on which a high quality piezoelectric thin film 16 is formed.
  • the piezoelectric thin film resonator 10 having good characteristics can be obtained.
  • the lower electrode 14 Therefore, the piezoelectric thin film resonator 10 having excellent power durability can be manufactured.
  • the thickness of the dielectric film 12 that is the lower layer of the lower electrode 14 can be uniformly controlled in the order of nm within the substrate surface.
  • the resonance frequency variation and the resonance characteristics within the wafer surface can be controlled with high accuracy, so that the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • the resonance frequency and resonance characteristics of the resonator largely depend on the film thickness of the constituent film. If there is a variation in the film thickness of the constituent films within the wafer surface, the yield will be reduced, and processes such as frequency adjustment will increase, resulting in an increase in manufacturing cost.
  • the constituent films of each resonator can be controlled in the order of nm by plasma processing. This enables highly accurate resonance frequency variation and resonance characteristics within the wafer surface. Can be controlled. As a result, the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • the etchant is sufficiently replaced with a volatile solution such as pure water or IPA. Replacing with a volatile solution shortens the time required for the drying process after removal of the sacrificial layer and can reduce costs.
  • present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications.
  • present invention can also be implemented in a piezoelectric filter in which a plurality of piezoelectric thin film resonators are configured in a ladder type or a lattice type.

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Abstract

　構成膜を均一に平坦化して、共振周波数や共振抵抗のバラツキを小さくすることができる、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供する。 　ａ）少なくとも一つの平坦な主面を有する基板１１と、ｂ）基板１１の主面に支持された少なくとも２箇所の支持部分と、ｃ）支持部分に接続され基板１１の主面との間に空隙層１３を介して配置された浮き部分とを有する誘電体膜１２と、ｄ）一対の励振電極１４，１８の間に圧電薄膜１６が挟まれてなり、誘電体膜１２の浮き部分の空隙層１３とは反対側に設けられる振動部１９と、を備える。誘電体膜１２の基板１１とは反対側の面が、不活性ガス又は誘電体膜を構成する元素を含むガスを用いたプラズマ処理により平坦化される。

Description

明 細 書
圧電薄膜共振子およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、圧電薄膜共振子およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] いわゆるエアブリッジ型の圧電薄膜共振子は、対向する一対の励振電極の間に圧 電薄膜が挟まれてなる振動部を、基板力も音響的に分離するため、薄膜部 (メンブレ ン)を空隙層を介して基板力も部分的に浮き上がるように構成している。
特許文献 1 :特開昭 61— 218214号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] エアブリッジ型の圧電薄膜共振子について、従来、平坦化については検討されて いなかった。
[0004] 圧電薄膜の配向性は、共振特性に影響を及ぼす。共振特性を向上させるためには 、圧電薄膜の配向性を向上させなければならない。圧電薄膜の配向性を向上させる には、励振電極の下層となる構成膜の平坦性を向上させなければならない。
[0005] 励振電極の下層となる構成膜を平坦化する方法として、 CMP (ケミカル 'メカ-カル
'ポリツシング）により研磨することが考えられる。
[0006] エアブリッジ型の圧電薄膜共振子では、空隙層を形成するための犠牲層の上に構 成膜を形成する。そのため、研磨する構成膜には凹凸が形成される。研磨では凹凸 の凸部（突出した面）しか平坦ィ匕できない上、スラリーが凹部にたまるため、凸部の中 心部よりも周囲の方が研磨されやすい。そのため、犠牲層上の構成膜を研磨しても、 膜厚分布ができ、その結果、良好な共振特性が得られない。これを防ぐには、予め凹 部に埋め込み材を埋めておいて CMPで平坦ィヒした後、埋め込み材を除去すればよ いが、その場合、製造工程が複雑化し、製造コストが増大する。
[0007] また、ウェハを用いて複数個の圧電薄膜共振子を同時に作製する場合、ウェハ内 の個々の共振子の構成膜を均一に nmオーダーで研磨加工することは困難である。 共振子の共振周波数及び共振特性は、その構成膜の膜厚に大きく依存する。ウェハ 面内に構成膜の膜厚バラツキがあった場合、歩留まりが低下したり、周波数調整など の工程が増え、製造コストの上昇を招く。
[0008] 本発明は、力かる実情に鑑み、構成膜を均一に平坦ィ匕して、良好な共振特性にす ることができる、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供しょうとするものである。 課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜共振子を 提供する。
[0010] 圧電薄膜共振子は、 a)少なくとも一つの平坦な主面を有する基板と、 b)前記基板 の前記主面に支持された少なくとも 2箇所の支持部分と、該支持部分に接続され前 記基板の前記主面との間に空隙層を介して配置された浮き部分とを有する誘電体膜 と、 c)一対の励振電極の間に圧電薄膜が挟まれてなり、前記誘電体膜の前記浮き部 分の前記空隙層とは反対側に設けられる振動部と、を備えたタイプのものである。前 記誘電体膜の前記基板とは反対側の面が、不活性ガス又は前記誘電体膜を構成す る元素を含むガスを用いたプラズマ処理により平坦ィ匕されて ヽる。
[0011] 上記構成によれば、プラズマ処理により誘電体膜が平坦化されるので、誘電体膜 上に形成する励振電極の配向性が向上し、その励振電極の上に形成する圧電薄膜 の配向性も向上する。圧電薄膜の配向性の向上によって、共振特性や共振抵抗の ばらつきを小さくすることができる。また、励振電極の配向性向上により、耐電力性に 優れた圧電薄膜共振子を作製することができる。
[0012] また、ウェハを用いて複数個の圧電薄膜共振子を同時に作製する場合、各共振子 の構成膜に対して nmオーダーで膜厚制御することができる。これにより、ウェハ面内 の共振周波数バラツキ、共振特性を高精度に制御することができるため、歩留まりを 向上させ、製造コストの低減を図ることができる。
[0013] さらに、不活性ガス又は誘電体膜を構成する元素を含むガスを用いてプラズマ処 理を行うので、誘電体膜の表層に誘電体と異なる化合物層を形成することなぐ誘電 体膜を平坦ィ匕することができる。
[0014] 好ましくは、前記誘電体膜が、 Si N、 SiO , Al O力も選ばれたいずれかの材料 の膜である。
[0015] 上記構成によれば、誘電体膜がアモルファス膜になるので、プラズマ処理により容 易に平坦ィ匕することができる。
[0016] また、本発明は、以下のように構成した圧電薄膜共振子の製造方法を提供する。
[0017] 圧電薄膜共振子の製造方法は、 i)母基板の上面に複数の犠牲層パターンを形成 する第 1の工程と、 ii)前記犠牲層パターン上に誘電体膜を形成する第 2の工程と、 iii )前記誘電体膜の表面をプラズマ処理する第 3の工程と、 iv)—対の励振電極の間に 圧電薄膜が挟まれてなる振動部を、前記誘電体膜上に形成する第 4の工程と、 V)前 記犠牲層をエッチングする第 5の工程と、 vi)前記母基板を切断し、個々の圧電薄膜 共振子を切り出す第 6の工程と、を備える。
[0018] 上記第 3の工程により、誘電体膜が平坦化されるので、誘電体膜上に形成する励 振電極の配向性が向上し、その励振電極の上に形成する圧電薄膜の配向性も向上 する。圧電薄膜の配向性の向上によって、良好な共振特性の圧電薄膜共振子を製 造するこができる。
[0019] 好ましくは、前記第 3の工程は、 a)前記誘電体膜が形成された前記母基板を基板 プレートに取り付け、スパッタチャンバ内に収納する工程と、 b)前記スパッタチャンバ 内にガスを導入する工程と、 c)前記基板プレートが前記スパッタチャンバ一から電気 的に浮いた状態で前記基板プレートに RF電圧を供給し、前記ガスのプラズマを発生 させ、該プラズマにより、前記基板プレートに取り付けられた前記母基板に形成され た前記誘電体膜の表面をスパッチングする工程と、を含む。
[0020] この場合、第 3の工程にぉ ヽて、表層に誘電体と異なる化合物層を形成することな ぐ誘電体膜を平坦ィ匕することができる。また、エッチホール形成時の誘電体膜バタ 一-ング工程を安定して行える。
[0021] 具体的には、以下のように、種々の態様とすることができる。
[0022] 一態様としては、前記ガスが Ar, Heから選ばれたいずれかの不活性ガスである。
[0023] 他の態様としては、前記ガスが前記誘電体膜を構成する元素を含むガスである。
[0024] 上記の他の態様において、好ましくは、前記誘電体膜が SiO
2、 Al O力も選ばれた 2 3
いずれかであり、前記ガスとして酸素を用いる。この場合、絶縁性が高いため共振特 性を劣化させない。
[0025] 上記の他の態様において、好ましくは、前記誘電体膜が Si Nであり、前記ガスとし
3 4
て窒素を用いる。この場合、絶縁性が高いため共振特性を劣化させない。
発明の効果
[0026] 本発明の圧電薄膜共振子およびその製造方法によれば、構成膜を均一に平坦ィ匕 して、良好な共振特性の共振子にすることができる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]圧電薄膜共振子の (a)断面図、（b)平面図である。（実施例）
[図 2]圧電薄膜共振子の平面図である。図 1 (b)に対応する。（変形例）
符号の説明
[0028] 10, 10a 圧電薄膜共振子
11 基板
13 空隙層
14 下部電極 (励振電極）
16 圧電薄膜
17 犠牲層
17x 端部
18 上部電極 (励振電極）
19 振動部
発明を実施するための最良の形態
[0029] 以下、本発明の実施の形態として実施例について、図 1を照しながら説明する。図 1 (a)は、図 1 (b)の線 A— Aに沿って切断した断面図、図 1 (b)は平面図である。
[0030] 図 1に模式的に示したように、圧電薄膜共振子 10は、基板 11上に、誘電体膜 12、 下部電極 14、圧電薄膜 16、上部電極 18を含む薄膜部 (メンプレン)が形成されてい る。基板 11と誘電体膜 12との間には空隙層 13 (図 1 (a)参照）が形成されている。誘 電体膜 12は、基板 11に支持される支持部分と、基板 11から浮いた浮き部分とを含 む。誘電体膜 12の浮き部分には、空隙層 13とは反対側に、電極 14, 18が重なり合 つた積層方向の部分の下部電極 14、圧電薄膜 16及び上部電極 18、すなわち振動 部 19が設けられ、基板 11力 浮き上った構造となっている。空隙層 13は、基板 11と 誘電体膜 12との間に形成された犠牲層 17 (図 1 (b)参照)を最終的に除去することに より、形成される。
[0031] 次に、圧電薄膜共振子 10の製造方法について説明する。
[0032] く犠牲層形成〉
まず、基板 11に犠牲層 17を形成する。基板 11には、安価で加工性に優れた基板 を用いる。表面が平坦な Siやガラス基板はなおよい。この基板 11上に、スパッタリン グ法ゃフォトエッチング法などの手法を用いて、化学的に溶解しやす!、酸化亜鉛な どの空隙層形成用の犠牲層 17を形成する。
[0033] 犠牲層 17の材料は、圧電薄膜 16の成膜時に達する可能性のある高温に耐え、か つ容易に除去できるものであることが好ましい。例えば、 Ge、 Sb、 Ti、 Al、 Cuなどの 金属や、リンゴ酸シリケートガラス（PSG)や、ポリマーなどを用いる。ポリマーとしては 、ポリテトラフルォロエチレン又はその誘導体、ポリフエ-レンスルフイド、ポリエーテル エーテルケトン、ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ビニルエーテル、ポリフエニル、パリ レン n、ノ リレン一 f、ベンゾシクロブテンなどが好ましい。
[0034] 形成する犠牲層 17の厚さは、メンブレンがたわんでも振動部 19が基板 11と接触し ない厚さが必要であり、作製の容易さから 50nm以上数/ z m以下が好ましい。また、 犠牲層 17の端部 17xと振動部 19との間の距離の最小値は、振動部 19の厚みの 50 倍以下とする。
[0035] く誘電体膜形成〉
次に、誘電体膜 12を形成する。誘電体膜 12は、基板 11上に全面を覆うようにスパ ッタ、 CVD、電子ビーム蒸着などの方法により形成する。この誘電体膜 12は、電極 1 4, 18と圧電薄膜 16からなる振動部 19を保護する効果を有し、パシベーシヨン性に 優れた窒化珪素などの窒化物、または酸ィ匕珪索などの酸ィ匕物を用いてもよい。
[0036] また、この誘電体膜 12として、圧電薄膜 16に用いた材料と逆の周波数温度特性（ TCF)を持つ材料を用いることで、共振子'フィルターの温度変化に対する周波数変 ィ匕が小さくなり、特性が向上する。例えば、圧電薄膜に酸化亜鉛ゃ窒化アルミを用い た場合は、それらとは逆の TCFをもつ酸ィ匕珪素を用いるとよ 、。
[0037] また、絶縁体で熱伝導率のよ!/、窒化アルミを用いてもよ!、。
[0038] この誘電体膜 12は、後に平坦化する。平坦化処理に好適な材料として、絶縁膜が あげられ、好ましくは、窒化珪素または酸ィ匕珪素または酸ィ匕アルミなどのアモルファス 材料があげられる。
[0039] く誘電体膜平坦化〉
次に、誘電体膜 12を平坦化する。すなわち、誘電体膜 12をドライエッチングにより 平坦化する。
[0040] ドライエッチングは、イオンエッチングでも、プラズマエッチングでもよ 、。イオンエツ チングの場合、 Arや Heなどの不活性ガスを RF放電させ、自己バイアスによりスパッ タエッチングし、平坦化処理してもよい。すなわち、スパッタチャンバ内で基板プレー ト (スパッタチャンノから電気的に浮いている。 )に RF電圧を供給して発生させたブラ ズマ (電子と正イオン）により、基板プレートが基準電位に対して負電位にバイアスさ れるようにして、スパッタエッチングする。誘電体が酸化珪素のような酸化物である場 合、酸素ガスを用いてもよい。正イオンは、ガスがアルゴンの場合 Ar+、酸素の場合、 0+、 O + (2原子イオン)などである。また、ハロゲンィ匕物などの化学的に活性なガス
2
を用いて、反応性イオンエッチングにより平坦ィ匕処理してもよい。不活性ガス又は誘 電体膜を構成する元素を含むガスを用いたプラズマ処理を行うので、誘電体膜 12の 表層に誘電体と異なる化合物層を形成することなぐ誘電体膜 12を平坦化することが できる。
[0041] 誘電体膜 12の好ましい表面粗さ（Ra)は、 2. Onm以下である。この表面粗さ（Ra) は算術平均粗さと呼ばれるものであり、粗さの測定曲線から、その平均線の方向に基 準長さ Lだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線力 測定曲線までの偏差の絶対値 を合計し、平均した値である。
[0042] プラズマ処理の条件の一例を挙げると、ガス種： O、処理時間： 10分、 RFパワー： 6
2
mWZmm2の条件で SiO膜を処理すると、初期の表面粗さ Ra : 2〜： L Onm力 処理
2
後の表面粗さ Ra: 2nm以下に改善される。
[0043] SiOは、通常のスパッタリングによりアモルファスになる材料である。スパッタリング により一軸配向しやすい ZnO膜の場合に同様の処理を行っても、表面粗さはそれほ ど改善されない。
[0044] く下部電極形成〉
次に、平坦化処理を施した誘電体膜 12の上に、下部電極 14を形成する。下部電 極 14は、スパッタ、めっき、 CVD、電子ビーム蒸着などによる成膜と、フォトリソグラフ ィー技術によるパターユングを用いることにより形成する。下部電極 14は、 Mo、 Pt、 Al、 Au、 Cu、 Tiなどの金属材料を主材とし、犠牲層 17上カゝら基板 11上の一方側（ 図 1において右側）にかけて帯状に形成する。下部電極 14の下層となる誘電体膜 12 を平坦ィ匕しておくことで、平坦な下部電極 14を得ることができる。下部電極 14の好ま しい表面粗さ（Ra)は、 2. Onm以下である。
[0045] く圧電薄膜形成〉
次に、下部電極 14の上に圧電薄膜 16を形成する。スパッタなどによる成膜と、フォ トリソグラフィー技術によるパターユングを用いたリフトオフにより、酸ィ匕亜鉛や窒化ァ ルミなどの圧電薄膜 16を形成する。圧電薄膜 16として窒化アルミを形成する場合、 酸ィ匕亜鉛を用いたリフトオフにより、窒化アルミをパターニングする。酸ィ匕亜鉛を用い た犠牲層 17上に酸化珪素などの誘電体膜 12を全面に形成しているので、リフトオフ 用の酸ィ匕亜鉛のパターニング時や、窒化アルミのリフトオフ時に、酸ィ匕亜鉛をウエット エッチングしても、犠牲層 17に用いた酸ィ匕亜鉛はエッチングされな 、。
[0046] 〈上部電極形成〉
次に、上部電極 18を形成する。上部電極 18は、圧電薄膜 16の上に、下部電極 14 同様に、形成する。上部電極 18は、圧電薄膜 16上力も基板 11上の他方側（図 1に おいて左側）にかけて帯状に形成する。
[0047] 〈エッチホーノレ开成〉
次に、犠牲層 17を露出させるための貫通部分であるエッチホールを形成する。フォ トリソグラフィーによりフォトレジストなどをパターユングし、反応性イオンエッチング (RI E)や、ウエットエッチングなどにより、犠牲層 17上の誘電体膜 12のフォトレジストパタ ーンで覆われない部分を除去する。フォトレジストパターンは、図 1 (b)では、下部電 極 14、圧電薄膜 16、上部電極 18を覆う長方形である。絶縁膜 12の下の犠牲層 17 の端部 17xがレジストパターンの外にはみ出している。フォトレジストパターンは、図 2 のような十字形であってもよい。例えば、誘電体膜 12に酸化珪素を用いた場合、 CF
4 などのフッ素系のガスを用いて反応性イオンエッチングを行う。また、フッ酸などの溶 液でウエットエッチングしてもよい。エッチング後には、フォトレジストなどのエッチマス クをアセトンなどの有機溶媒により除去する。酸素プラズマを用いたドライエッチング でもよい。
[0048] く空隙層形成〉
次に、犠牲層 17をエッチングし、空隙層 13を形成する。フォトリゾグラフィ一によりフ オトレジストなどをパターニングし、反応性イオンエッチングや、ウエットエッチングなど により犠牲層 17を除去する。たとえば、犠牲層 17に酸化亜鉛を用いた場合、塩酸や 燐酸などの酸性の溶液を用いて酸化亜鉛を除去する。エッチング後には、フォトレジ ストなどのエッチマスクをアセトンなどの有機溶媒により除去する。圧電薄膜 16、誘電 体膜 12、電極 14, 18をエッチングしない溶液を用いて犠牲層 17をエッチングする場 合には、フォトリソグラフィ一によるパターユングとエッチマスクの除去という工程は、 削除することができる。たとえば、圧電薄膜 16に窒化アルミ、誘電体膜 12に酸化珪 素、電極 14, 18に Pt, Au, Tiなどを用いた場合、パターユングすることなく酢酸と燐 酸などの混合水液により、犠牲層 17の酸ィ匕亜鉛を除去することができる。エッチング 後、純水や IPAなどの揮発性の溶液で十分置換し、乾燥させて空隙層 13を形成す る。
[0049] 圧電薄膜共振子 10を量産する場合には、基板 11となるウェハ (母基板)を用い、上 記製造方法により、複数個の圧電薄膜共振子 10を同時に作製した後、ダイシング等 によって分離し、個々の圧電薄膜共振子 10を切り出す。ランドを有するパッケージ基 板を備え、個々の圧電薄膜共振子を切り出す前に母基板の上下電極をランドにバン プ接合し、圧電薄膜共振子の周囲をパッケージに封止接合してもよい。
[0050] 以上に説明した圧電薄膜共振子 10は、以下のような作用 ·効果を有する。
[0051] (1)下部電極 14の下層となる誘電体膜 12を平坦ィ匕処理することで、平坦で配向性 のよい下部電極 14を形成することができ、その上に良質な圧電薄膜 16を形成するこ とができ、良好な特性の圧電薄膜共振子 10を得ることができる。また、下部電極 14 の配向性が向上するので、耐電力性の優れた圧電薄膜共振子 10を作製することが できる。
[0052] (2)平坦ィ匕に CMPではなぐドライプロセスを用いることで、下部電極 14の下層と なる誘電体膜 12を、基板面内で均一に nmオーダーで膜厚制御することができる。こ れにより、ウェハ面内の共振周波数バラツキ、共振特性を高精度に制御することがで きるため、歩留まりを向上させ、製造コストの低減を図ることができる。
[0053] すなわち、共振子の共振周波数及び共振特性は、その構成膜の膜厚に大きく依存 する。ウェハ面内に構成膜の膜厚バラツキがあった場合、歩留まりが低下したり、周 波数調整などの工程が増え、製造コストが高くなる。ウェハを用いて複数個を同時に 作製する場合、プラズマ処理により各共振子の構成膜を nmオーダーで膜厚制御す ることができ、これにより、ウェハ面内の共振周波数バラツキ、共振特性を高精度に制 御することができる。その結果、歩留まりを向上させ、製造コストの低減を図ることがで きる。
[0054] (3)空隙層 13を形成するための犠牲層 17と、窒化アルミの圧電薄膜 16を形成する ときに用いるリフトオフ用のマスクとに、同じ酸ィ匕亜鉛を用い、窒化アルミパターユング 時は、犠牲層 17上に全面に誘電体膜 12を形成しておくと、窒化アルミリフトオフ時に 犠牲層 17の形状を損なうことがな 、。
[0055] (4)犠牲層 17以外の構成膜に、犠牲層 17のエッチング液に耐性のあるものを用い ることにより、犠牲層エッチング時のパターユングの工程を省略することができ、工程 安定化、工数削減によるコストダウンが可能になる。
[0056] (5)犠牲層 17をウエットエッチングした後、エツチャントを純水や IPAなどのの揮発 性溶液に十分置換する。揮発性溶液による置換は、犠牲層除去後の乾燥工程に要 する時間が早くなり、コストダウンが行える。
[0057] なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなぐ種々変更を加えて実施可 能である。複数の圧電薄膜共振子をラダー型やラチス型に構成した圧電フィルタにも 本発明を実施できる。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一つの平坦な主面を有する基板と、
前記基板の前記主面に支持された少なくとも 2箇所の支持部分と、該支持部分に 接続され前記基板の前記主面との間に空隙層を介して配置された浮き部分とを有す る誘電体膜と、
一対の励振電極の間に圧電薄膜が挟まれてなり、前記誘電体膜の前記浮き部分 の前記空隙層とは反対側に設けられている振動部とを備えた圧電薄膜共振子にお いて、
前記誘電体膜の前記基板とは反対側の面が、不活性ガス又は前記誘電体膜を構 成する元素を含むガスを用いたプラズマ処理により平坦化されたことを特徴とする、 圧電薄膜共振子。
[2] 前記誘電体膜が、 Si N、 SiO , Al O力も選ばれたいずれかの材料の膜であるこ
3 4 2 2 3
とを特徴とする、請求項 1に記載の圧電薄膜共振子。
[3] 母基板の上面に複数の犠牲層パターンを形成する第 1の工程と、
前記犠牲層パターン上に誘電体膜を形成する第 2の工程と、
前記誘電体膜の表面をプラズマ処理する第 3の工程と、
一対の励振電極の間に圧電薄膜が挟まれてなる振動部を、前記誘電体膜上に形 成する第 4の工程と、
前記犠牲層をエッチングする第 5の工程と、
前記母基板を切断し、個々の圧電薄膜共振子を切り出す第 6の工程と、 を備えたことを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
[4] 前記第 3の工程は、
前記誘電体膜が形成された前記母基板を基板プレートに取り付け、スパッタチャン バ内に収納する工程と、
前記スパッタチャンバ内にガスを導入する工程と、
前記基板プレートが前記スパッタチャンバ一から電気的に浮いた状態で前記基板 プレートに RF電圧を供給し、前記ガスのプラズマを発生させ、該プラズマにより、前 記基板プレートに取り付けられた前記母基板に形成された前記誘電体膜の表面をス ノ^タエッチングする工程とを含むことを特徴とする、請求項 3に記載の圧電薄膜共 振子の製造方法。
[5] 前記ガスが Ar, Heから選ばれたいずれかの不活性ガスであることを特徴とする、請 求項 4に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
[6] 前記ガスが前記誘電体膜を構成する元素を含むガスであることを特徴とする、請求 項 4に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
[7] 前記誘電体膜が SiO 、 Al Oから選ばれたいずれかであり、前記ガスとして酸素を
2 2 3
用いることを特徴とする、請求項 6に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
[8] 前記誘電体膜が Si Nであり、前記ガスとして窒素を用いることを特徴とする、請求
3 4
項 6に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
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