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JP4077805B2 - 共振器の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子回路におけるフィルタ等に使用することができる共振器の製造方法に関し、特に薄膜バルク音響共振器の製造方法に関する。
薄膜バルク音響共振器（以下、「ＦＢＡＲ」という）は、高性能の高周波フィルター等の用途に用いられ、近年の携帯電話に代表される高周波機器の小型化、高周波化に伴いその応用が期待されている。
このＦＢＡＲの製造方法においては、音波を共振させる構造の形成が最も重要な工程であり、音波を共振させる構造の形成方法としては、基板底面から下部電極に到達するまでトレンチエッチングを行なう方法、エアギャップ（エアブリッジ）を形成する方法又は音響多層膜を形成する方法等が知られている。
以下に、従来行われているＦＢＡＲの製造方法の例を図８及び図９を参照して説明する。
（第１の従来例）
図８（ａ）から図８（ｅ）は第１の従来例に係る共振器の製造方法を示している（特許文献１を参照。）。
まず、図８（ａ）に示すようにシリコンからなる共振器基板１００の上にレジスト膜を塗布した後、該レジスト膜をパターニングしてレジストパターン１０１を形成する。次に、レジストパターン１０１をマスクとして共振器基板１００をエッチングして凹部１０２を形成する。
レジストパターン１０１を除去した後、図８（ｂ）に示すように共振器基板１００の上にシリコン元素及び酸素元素からなる犠牲層１０３を堆積して、凹部１０２を埋め込む。続いて、図８（ｃ）に示すように化学的機械研磨（ＣＭＰ）を用いて犠牲層１０３を平坦化することにより、後に除去される犠牲層１０３が埋め込まれた犠牲層領域１０４を形成する。
さらに、図８（ｄ）に示すように共振器基板１００及び犠牲層領域１０４の上に下部電極１０５を形成した後、下部電極１０５の上に圧電（ＰＺ）膜１０６及び上部電極１０７を下から順に形成する。その後、下部電極１０５及び圧電膜１０６に対してエッチングを行ない、エアギャップの形成に用いるビアホール１０８を形成する。
最後に、図８（ｅ）に示すようにフッ酸（ＨＦ）を用いて、ビアホール１０８を通して犠牲層領域１０４に形成されている犠牲層１０３を高速除去することにより、エアギャップ１０９を形成する。
（第２の従来例）
図９（ａ）から図９（ｆ）は第２の従来例に係る共振器の製造方法を示している（特許文献２を参照。）。
まず、図９（ａ）に示すように共振器基板２００の上にポリマーからなる犠牲層２０１を堆積し、次に、図９（ｂ）に示すように犠牲層２０１に対してレジストパターンをマスクとしてエッチングを行なうことにより、後に除去される犠牲層２０１からなる犠牲層領域２０２を形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように共振器基板２００及び犠牲層領域２０２の上に、犠牲層領域２０２を覆うように、絶縁保護膜２０３を堆積する。続いて、図９（ｄ）に示すように絶縁保護膜２０３の上における所定領域に下部電極２０４を形成する。その後、絶縁保護膜２０３及び下部電極２０４の上に、圧電（ＰＺ）膜２０５及び上部電極２０６を下から順に形成する。
さらに、図９（ｅ）に示すように上部電極２０６、圧電膜２０５、下部電極２０４及び絶縁保護膜２０３に対してエッチングを行なって、エアギャップの形成に用いるビアホール２０７を形成する。
最後に、図９（ｆ）に示すように、ビアホール２０７を通して犠牲層領域２０２に対してエッチングを行ない、犠牲層領域２０２に形成されている犠牲層２０１を除去することにより、エアギャップ２０８を形成する。
米国特許第６３８４６９７号明細書 特開２００２−５０９６４４号公報
しかしながら、前記従来のＦＢＡＲの製造方法はいずれも、圧電膜の下側にエアギャップを形成するために、最下層に犠牲層を形成してその上に圧電膜等を複数層堆積した後、最下層に設けた犠牲層をエッチングにより除去するという複雑な工程を経なければならない。このため、ＦＢＡＲの製造工程はステップ数が多く非常に複雑であり、工程の歩留まりが低くなるという問題がある。また、圧電層を形成した後にエッチングにより犠牲層を除去するため、圧電膜がエッチングによりダメージを受け、ＦＢＡＲの性能劣化が生じるという問題もある。さらに、従来のＦＢＡＲの製造方法においては、共振器基板の上に圧電膜を直接に形成しているため、圧電膜自体の形成方法が制限されるという問題点もある。
本発明は、上記従来の問題を解決し、犠牲層を設けなければならない複雑な共振器の製造工程を簡略化して、歩留まり良く低コストで高性能な共振器を製造できるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、共振器の製造方法を、圧電体からなる圧電膜を含む共振膜と、共振膜を保持する共振器基板とを貼り合わせる工程を備えた構成とする。
本発明の共振器の製造方法によれば、共振器基板と共振膜とを貼り合わせるため、あらかじめエアギャップを形成しておいた共振器基板と共振膜とを貼り合わせることにより共振膜の下側にエアギャップを容易に形成することができる。従って、エアギャップを形成する際の犠牲層を設ける必要がなくなり、その結果、共振器を極めて容易に製造することが可能となる。
本発明の共振器の製造方法により製造される共振器は、薄膜バルク音響共振器であることが好ましい。
本発明の共振器の製造方法において、貼り合わせ工程よりも前に、形成用基板の主面の上に共振膜を形成する共振膜形成工程をさらに備え、貼り合わせ工程は、共振膜を共振器基板の主面に貼り合わせる工程であることが好ましい。
このような構成であれば、貼り合わせにより共振器を製造するため、共振器の製造工程が大幅に簡略化される。また、あらかじめ共振器基板にエアギャップを形成しておくことができるので、圧電膜を含む共振膜の形成後にエッチングを行う必要がなくなり、圧電膜にダメージが生じない。さらに、圧電膜を共振器基板とは別の形成用基板に形成するため、形成用基板を自由に選択することが可能となるので、品質の良い膜を形成することができるエピタキシャル成長法により圧電膜を形成することも可能となる。
共振膜形成工程は、形成用基板の主面の上に圧電体からなる圧電膜を形成する圧電膜形成工程を含むことが好ましい。これにより、共振膜を確実に形成することができる。
圧電膜形成工程は、圧電膜をエピタキシャル成長法により形成する工程であることが好ましい。これにより、品質の優れた圧電膜を得ることができる。
圧電膜形成工程は、圧電膜をスパッタリング法により形成する工程であってもよい。これにより、簡便に圧電膜を得ることができる。
圧電膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は酸化鉛ジルコニウムチタン（ＰＺＴ）からなることが好ましい。このような材料を圧電膜に用いることにより高性能な圧電膜を確実に得ることができる。
共振膜形成工程は、圧電膜形成工程よりも前に、形成用基板の主面と圧電膜との間に第１の薄膜を形成する第１の薄膜形成工程を含むことが好ましい。これにより、共振膜を形成用基板から確実に剥離することが可能となると共に、剥離する際のダメージを小さくすることができる。
第１の薄膜形成工程は、絶縁膜を形成する工程であっても、導電膜を形成する工程であってもよい。また、第１の薄膜形成工程は、導電膜と絶縁膜とを形成する工程であってもよい。
共振膜形成工程は、圧電膜形成工程よりも後に、圧電膜の上に第２の薄膜を形成する第２の薄膜形成工程を含むことが好ましい。これにより、共振膜と共振器基板とを貼り合わせる際の密着性が向上する。
第２の薄膜形成工程は、絶縁膜を形成する工程であっても、導電膜を形成する工程であってもよい。また、第２の薄膜形成工程は、絶縁膜と導電膜とを形成する工程であってもよい。
本発明の共振器の製造方法は、第２の薄膜形成工程よりも後に、第２の薄膜の一部を除去することにより、第２の表面に開口部を形成する第１の開口部形成工程をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、犠牲層を設けることなく共振膜を共振器基板に貼り合わせる際にエアギャップ構造を形成することができる。また、寸法精度の高いエアギャップを形成することができる。
本発明の共振器の製造方法は、貼り合わせ工程の前に、共振器基板の主面の上に第３の薄膜を形成する第３の薄膜形成工程をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、共振膜と共振器基板とを貼り合わせる際の密着性が向上する。
第３の薄膜形成工程は、絶縁膜を形成する工程であっても、導電膜を形成する工程であってもよい。また、第３の薄膜形成工程は、導電膜と絶縁膜とを形成する工程であってもよい。
本発明の共振器の製造方法は、貼り合わせ工程の前に、共振器基板に孔部又は凹部を形成する共振器基板加工工程をさらに備えていることが好ましい。これにより、エアギャップを構造を共振器に確実に形成できる。
共振器基板加工工程は、共振器基板に対してレーザ光を選択的に照射する工程であっても、選択的にウエットエッチングする工程であってもよい。
本発明の共振器の製造方法は、第３の薄膜形成工程よりも後に、第３の薄膜の一部を除去することにより、第３の薄膜に開口部を形成する第２の開口部形成工程をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、犠牲層を設けることなく共振膜を共振器基板に貼り合わせる際にエアギャップ構造を形成することができる。また、寸法精度の高いエアギャップを形成することができる。
本発明の共振器の製造方法は、貼り合わせ工程の前に、共振器基板の主面の上に第４の薄膜と該第４の薄膜と比べて音響インピーダンスが小さな第５の薄膜とが交互に積層された音響多層膜を形成する工程をさらに備えていることが好ましい。
このような構成とすることにより、共振膜の下側にエアギャップ構造を形成することなく共振器を容易に製造することができる。
各第４の薄膜及び各第５の薄膜は、それぞれ共振器の共振波長の１／４に一致する厚さであることが好ましい。これにより、確実に音響多層膜を形成することができる。
第４の薄膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）であることが好ましく、第５の薄膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛ジルコニウムチタン（ＰＺＴ）又はタングステン（Ｗ）であることが好ましい。これにより高性能な音響多層膜を得ることができる。
この場合において、圧電膜は、共振器の共振波長の１／２に一致する厚さであることが好ましい。これにより、音響多層膜による弾性波の閉じ込め効率が高くなり、高性能の共振器を製造することができる。
本発明の共振器の製造方法は、貼り合わせ工程の後に、形成用基板を剥離する形成用基板剥離工程をさらに備えていることが好ましい。これにより簡便な共振器の製造方法が実現できる。
形成用基板剥離工程は、レーザリフトオフ法、ウェットエッチング法又はドライエッチング法のいずれかを用いる工程であることが好ましい。
発明に係る共振器の製造方法によれば、犠牲層を設けることなくエアギャップ構造を形成することができるため、極めて容易に薄膜バルク音響共振器を得ることができる。また、圧電膜をエピタキシャル成長により形成することが可能となるため、結晶性及び膜厚が均一な圧電膜を得ることができるので、共振器の調整工程を簡略化できる。
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。図１（ａ）から図１（ｅ）は本実施形態の薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）の製造工程を模式的に示している。
まず、図１（ａ）に示すようにシリコン（Ｓｉ）からなる共振器基板１にイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ、出力３００ｍＪ／ｃｍ2）を照射して、共振器基板１を貫通する貫通孔１ａを形成する。
次に、図１（ｂ）に示すように、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる形成用基板２の上に窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層３を形成する。続いて、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜４をエピタキシャル成長法により堆積する。本実施形態においては共振膜１０は圧電膜４のみからなる。
続いて、図１（ｃ）に示すように、共振膜１０を共振器基板１の主面に密着させた後、３７５℃の温度で１０分間加熱を行い共振膜１０を共振器基板１に貼り合わせる。これにより共振膜１０の下側にエアギャップ１ｂが設けられた構造が形成される。
さらに、図１（ｄ）に示すように、レーザリフトオフ法を用いて形成用基板２を共振膜１０から剥離する。例えば、形成用基板２側からＳｉＣからなる形成用基板２では吸収されず、ＧａＮからなるバッファ層３で吸収されるような波長のレーザ（例えば波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザ。）を入射して、ＧａＮからなるバッファ層３を融解させ、ＧａＮをＧａとＮに分解することにより形成用基板２を共振膜１０から剥離することができる。
最後に、図１（ｅ）に示すように、通常の真空蒸着法を用いて、共振膜１０の上面及び下面にそれぞれモリブデン（Ｍｏ）からなる電極５を形成する。本実施形態において電極５は、共振膜１０の上面に設けられた上部電極５Ａ及び下面に設けられた下部電極５Ｂからなる。
以上説明したように、本実施形態のＦＢＡＲの製造方法によれば、あらかじめエアギャップ１ｂが形成された共振器基板１に形成用基板２の上に形成された共振膜１０を貼り合せているため、共振器基板１又は共振膜１０にエアギャップ１ｂを形成するための犠牲層を設ける必要がなく、工程が非常に簡便になる。一例を挙げると、本実施形態に係る共振器の製造方法により得られる共振器と同様の構造を有する共振器を従来の犠牲層を形成する方法により製造するためには少なくとも１００ステップの工程が必要であるが、本実施形態の製造方法によれば８０ステップの工程で製造することが可能となり、工程数は２０％以上減少する。
また、犠牲層をエッチングにより除去する必要がないため、共振膜１０がエッチングダメージを受けることもない。従って、簡便に高性能の共振器を得ることができる。
また、本実施形態のＦＢＡＲの製造方法においては、ＡｌＮからなる圧電膜４をエピタキシャル成長法により堆積しているため、圧電膜４の結晶性及び膜厚のばらつきが小さいので、共振器の製造後に共振周波数を設計値にあわせこむ工程を簡略化することができる。
ＡｌＮ等の圧電膜をエピタキシャル成長させるためには、基板にＳｉＣ等を用いる必要があるが、ＳｉＣは一般に用いられているＳｉと比べて非常に高価であり、ＳｉＣを用いたのではコスト面から実用的なＦＢＡＲを得ることは困難である。また、ＳｉＣは加工性が悪いため、精度の高いエアギャップを形成しなければならないＦＢＡＲの基板としては適しておらず、共振器基板の上に圧電膜を直接堆積しなければならない従来のＦＢＡＲの製造方法においてエピタキシャル成長により堆積した圧電膜を利用することは困難である。
一方、本実施形態のＦＢＡＲの製造方法は、貼り合わせ技術を用いているため、圧電膜４を形成する形成用基板２に共振器基板１とは別の材料を用いることができる。従って、共振器基板１には安価で加工性の良いＳｉを用い、形成用基板２には圧電膜４をエピタキシャル成長させるのに適したＳｉＣを用いることができる。また、圧電膜４を剥離した後の形成用基板２は繰り返し再利用することが可能である。
本実施形態において電極５にＭｏを用いたが、本実施形態の共振器の製造方法においては、圧電膜４をエピタキシャル成長により堆積した後に電極５を形成するため、電極材料の耐熱性を考慮する必要がなく、任意の材料を電極５に使用することができる。
例えば音響インピーダンスの高いタングステン（Ｗ）又はイリジウム（Ｉｒ）等の材料を電極として用いることにより共振器のＱ値を高くすることが可能となる。また、抵抗率の小さいアルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等の材料を電極５として用いることにより電気抵抗による損失を小さくすることができ、且つ、電極膜厚を薄くすることができるため、共振器の帯域を増加させることができる。また、金（Ａｕ）等の安定な金属を電極５として用いることで、電極材料の特性低下を防止することができ、且つ、膜間密着性を向上させることができるので、信頼性の高い共振器を実現することが可能となる。
なお、本実施形態においては電極５が単層の例を示したが、上記複数の電極材料を組み合わせて多層構造の電極を構成することもできる。この場合、Ｑ値が高く、且つ、抵抗率の低い電極等を実現できる。また、圧電膜４と電極５との間に誘電体膜が形成されている構成としてもよい。
本実施形態において貫通孔１ａを、ＹＡＧレーザを用いて形成したが、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、出力６００ｍＪ／ｃｍ2）等を用いて形成してもよい。
また、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）をマスクとしてパターニングを行った後、高温の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いたウエットエッチングにより貫通孔を形成してもよい。また、ＳＦ6又はＣＦ4等のフッ素系ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより貫通孔を形成してもよい。さらに、エッチング時間をコントロールして、基板を貫通させずに凹部を形成してもよい。
本実施形態においてエアギャップ１ｂを丸型の貫通孔により形成したが、上記の方法を用いることにより簡単に他の形状とすることもできる。例えば、各辺が非並行である四角形又は五角形等のような横モード振動による不要共振振動を低減する構造とすることで、不要共振による特性劣化（例えば、エネルギー損失による損失の増大又は所望帯域での不要共振によるフィルタ特性の低下等）を無くすことができる。
（第１の実施形態の第１変形例）
以下に、本発明に係る第１の実施形態の第１変形例について図２を参照しながら説明する。図２（ａ）から図２（ｄ）は本変形例の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図２において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。共振器基板１に貫通孔１ａを形成するまでは、第１の実施形態と同じであるから説明を省略する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＳｉＣからなる形成用基板２の上にＧａＮからなるバッファ層３を形成し、続いて、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁膜である第１の薄膜８、ＡｌＮからなる圧電膜４を堆積して、共振膜１０を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、共振器基板１の主面と形成用基板２の主面とを対向させて、共振膜１０を共振器基板１に密着させた後、３７５℃の温度で１０分間加熱を行うことにより共振膜１０を共振器基板１に貼り合わせる。これにより、共振膜１０の下側にエアギャップ１ｂが設けられた構造が形成される。
さらに、図２（ｃ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。
最後に、図２（ｄ）に示すように、通常の真空蒸着法等により、共振膜１０の上面及び下面にそれぞれＭｏからなる上部電極５Ａ及び下部電極５Ｂを形成する。
本変形例においては、バッファ層３と圧電膜４との間に第１の薄膜８が形成されているため、形成用基板２を共振膜１０から剥離する際に圧電膜４にダメージが生じることを防止できる。また、形成用基板２を共振膜１０から剥離する際に、共振膜１０に不要なバッファ層３が残存するいわゆる膜残りを防止することができる。
また、圧電膜４として酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の負の温度係数を持つものを使用する場合に、正の温度係数を持つＳｉＯ2等を用いて第１の薄膜８を形成すれば、温度による共振周波数のぶれを抑えることができる。
なお、本変形例において第１の薄膜８は、ＳｉＯ2により形成したが、窒化シリコン（ＳｉＮ等であってもよい。また第１の薄膜８の上に上部電極５Ａを形成したが、第１の薄膜８をエッチング等により剥離してから上部電極５Ａを形成してもよい。また、第１の薄膜８のエッチング量を調整して、共振膜１０の膜厚を調整することにより共振器の共振周波数を微調整することも可能である。
さらに第１の薄膜８としてＭｏ等の導電膜を用いれば、そのまま上部電極５Ａとして使用することができる。また、第１の薄膜８として導電膜と絶縁膜とを両方形成してもよい。
（第１の実施形態の第２変形例）
以下に、本発明に係る第１の実施形態の第２変形例について図３を参照しながら説明する。図３（ａ）から図３（ｄ）は本変形例の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図３において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。共振器基板１の上に圧電膜４を形成するまでは、第１の実施形態と同じであるから説明を省略する。
本変形例においては図３（ａ）に示すように、圧電膜４の上にさらに第２の薄膜９としてＭｏからなる導電膜を真空蒸着法により堆積し、共振膜１０を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、共振膜１０を共振器基板１の主面に密着させた後、３７５℃の温度で１０分間加熱を行うことにより共振膜１０を共振器基板１の主面に貼り合わせる。これにより、共振膜１０の下側にエアギャップ１ｂを形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。最後に、図３（ｄ）に示すように、通常の真空蒸着等の方法を用いて、Ｍｏからなる上部電極５Ａを形成する。本変形例においては、第２の薄膜９に共振器基板２の裏面からコンタクトを取り下部電極５Ｂとする。
本変形例においては、共振膜１０の表面に密着性の良い第２の薄膜９が形成されているため、共振膜１０と共振器基板１とを貼り合わせる場合の密着安定性を向上させることができる。
なお、本変形例において第２の薄膜９としてＭｏからなる導電膜を用いたが、タングステン（Ｗ）、アルミ（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）又は６価ホウ素ランタン（ＬａＢ6）等を用いてもよい。またＴｉとＡｕとからなる積層膜等を用いてもよい。また、導電膜の代わりにＳｉＯ2又はＳｉＮ等の絶縁膜を形成しても良い。この場合にも同様の密着安定性の効果が得られる。また、第２の薄膜９として絶縁膜及び導電膜の両方を圧電膜４の上に形成してもよい。
さらに、第１の変形例と同様に形成用基板２の主面と圧電膜４との間に第１の薄膜８を設けてもよい。
（第２の実施形態）
以下に、本発明に係る第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）から図４（ｆ）は実施形態の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図４において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。
まず、図４（ａ）に示すようにＳｉからなる共振器基板１の上に酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁膜である第３の薄膜１２を形成する。次に図４（ｂ）に示すように適当なマスクを用いて第３の薄膜１２の一部をウエットエッチングにより除去し、開口部１２ａを形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＣからなる形成用基板２の上にＧａＮからなるバッファ層３を形成し、続いてＡｌＮからなる圧電膜４及びＭｏからなる導電膜である第２の薄膜９を堆積して、共振膜１０を形成する。
続いて、図４（ｄ）に示すように、開口部１２ａを有する第３の薄膜１２が形成された共振器基板１に共振膜１０を貼り合わせることにより、共振膜１０の下側にエアギャップ１２ｂを形成する。
さらに、図４（ｅ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。
最後に、図４（ｆ）に示すように、通常の真空蒸着等の方法を用いて、Ｍｏからなる上部電極５Ａを形成する。本実施形態においては、第２の薄膜９をそのまま下部電極５Ｂとして用いる。
本実施形態においては、共振器基板１の上に堆積された第３の薄膜１２をエッチングして形成した開口部１２ａを用いてエアギャップ１２ｂを形成している。このため、犠牲層を設ける必要がなく簡便に共振器を得ることができると共に、非常に寸法精度の良いエアギャップ１２ｂを形成することができる。
なお、本実施形態において第３の薄膜１２をＳｉＯ2により形成したが、ＳｉＮ等を用いて形成してもよい。また、導電膜により形成してもよく、導電膜と絶縁膜との積層構造としてもよい。
本実施形態において、開口部１２ａをウエットエッチングにより形成したが、第３の薄膜１２の種類に応じて、ドライエッチングやリフトオフ法によって形成してもよい。
（第２の実施形態の第１変形例）
以下に、本発明に係る第２の実施形態の第１変形例について図５を参照しながら説明する。図５（ａ）から図５（ｅ）は本変形例の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図５において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。
まず、図５（ａ）に示すように、ＳｉＣからなる形成用基板２の上にＧａＮからなるバッファ層３を形成し、続いてＡｌＮからなる圧電膜４並びにＭｏからなる導電膜９Ａ及びＳｉＯ2からなる絶縁膜９Ｂの２つの膜により構成された第２の薄膜９を堆積し、共振膜１０を形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように第２の薄膜９を適当なマスクを用いてエッチングして、第２の薄膜９の一部を除去することにより第２の薄膜９に開口部９ａを形成する。
続いて、図５（ｃ）に示すように、開口部９ａを設けた共振膜１０を共振器基板１の主面に貼り合わせることにより共振膜１０の下側にエアギャップ９ｂを形成する。
さらに、図５（ｄ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。
最後に、図５（ｅ）に示すように通常の真空蒸着等の方法を用いて、Ｍｏからなる上部電極５Ａを形成する。本変形例においては、第２の薄膜を構成する導電膜９Ａをそのまま下部電極５Ｂとして用いる。
本変形例においては、共振膜１０の最表面に形成された第２の薄膜９をエッチングして形成した開口部９ａを用いてエアギャップ９ｂを形成している。このため、犠牲層を設ける必要がなく簡便に共振器を得ることができると共に、非常に寸法精度の良いエアギャップ９ｂを形成することができる。
本変形例において、第２の薄膜９を導電膜９Ａと絶縁膜９Ｂとが順次堆積された構造としたが、導電膜又は絶縁膜のみからなる構造であってもよい。また開口部９ａをエッチングにより形成したが、薄膜の種類に応じてリフトオフ法等を用いて形成してもよい。
（第２の実施形態の第２変形例）
以下に、本発明に係る第２の実施形態の第２変形例について図６を参照しながら説明する。図６（ａ）から図６（ｅ）は本変形例の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図６において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。
まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉからなる共振器基板１の上に通常の電子線蒸着法及びリフトオフ法を用いて、開口部１２ａを有する厚さが５０ｎｍのＴｉ及び厚さが５００ｎｍのＡｕからなる第３の薄膜１２を形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＣからなる形成用基板２の上に厚さが４０ｎｍのＡｌＮ膜３Ａ及び厚さが５００ｎｍのＧａＮ膜３Ｂからなるバッファ層３を形成する。続いて、厚さが１μｍのＡｌＮからなる圧電膜４を形成し、さらに厚さが５０ｎｍのＴｉ、厚さが５００ｎｍのＡｕ、厚さが２００ｎｍの金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）合金及び厚さが５ｎｍのＡｕからなる第２の薄膜９を形成し、共振膜１０を形成する。
その後、図６（ｃ）に示すように、共振膜１０を共振器基板１の表面に形成された第３の薄膜１２に密着させた後、３７５℃の温度で１０分間加熱を行うことにより共振膜１０を共振器基板１に貼り合わせる。共振膜１０を開口部１２ａが形成された共振器基板１に貼り合わせることにより共振膜１０の下側にエアギャップ１２ｂを形成する。
さらに、図６（ｄ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。
最後に、図６（ｅ）に示すように、電子線蒸着法及びリフトオフ法を用いて共振膜１０の上に厚さが５０ｎｍのＴｉ及び厚さが２００ｎｍのＡｕからなる上部電極５Ａを形成する。本変形例においては、第２の薄膜９及び第３の薄膜１２をそのまま下部電極５Ｂとして用いる。
本変形例においては、共振膜１０の表面にＳｎを含む第２の薄膜９を設け、共振器基板１の表面にＡｕを含む第３の薄膜１２を設けている。このため、共振膜１０を共振器基板１に貼り合わせる際に、第２の薄膜９に含まれるＳｎが第３の薄膜１２を構成するＡｕの中に拡散する共晶圧着が生じるため、共振膜１０を共振器基板１に強固に貼り合わせることができる。また、共振器基板１の表面にあらかじめ作成しておいた開口部１２ａを用いてエアギャップ１２ｂを形成しているため、犠牲層を設ける必要がなく簡便に共振器を得ることができる。さらに、開口部１２ａをリフトオフ法を用いて形成しているため、非常に寸法精度の良いエアギャップ１２ｂを形成することができる。
（第３の実施形態）
以下に、本発明に係る第３の実施形態について図７を参照しながら説明する。図７（ａ）から図７（ｅ）は実施形態の共振器の製造方法を模式的に示している。なお、図７において図１と同一の構成要素については同一の符号を付与している。
まず、図７（ａ）に示すようにＳｉからなる共振器基板１の上にＳｉＯ2からなる音響インピーダンスの小さな第４の薄膜１５と、ＡｌＮからなる音響インピーダンスの大きな第５の薄膜１６とを１周期とし、それぞれ共振器の共振波長（λ）の１／４に一致する厚さで交互に６周期分積層して、音響多層膜１４を形成する。
次に、図７（ｂ）に示すように、ＳｉＣからなる形成用基板２の上にＧａＮからなるバッファ層３を形成した後、ＡｌＮからなる圧電膜４及びＭｏからなる導電膜である第２の薄膜９を堆積して、共振膜１０を形成する。
続いて、図７（ｃ）に示すように、音響多層膜１４が形成された共振器基板１に共振膜１０を貼り合わせることにより、共振膜１０の下側に音響多層膜１４を有する構造を形成する。
さらに、図７（ｄ）に示すように、形成用基板２側からＹＡＧレーザ等を入射して、バッファ層３を融解させることにより形成用基板２を共振膜１０から剥離する。
最後に、図７（ｅ）に示すように、通常の真空蒸着等の方法を用いて、Ｍｏからなる上部電極５Ａを共振膜１０の上に形成する。本実施形態においては、第２の薄膜９をそのまま下部電極５Ｂとして用いる。
本実施形態においては、共振膜１０の下側に音響多層膜１４が設けられているため、共振膜１０の下側にエアギャップを形成することなしに、圧電膜４において発生された弾性波を、圧電膜４の内部に閉じ込めることができる。従って、エアギャップを形成するために、共振器基板１に貫通孔を形成したり、共振器基板１又は共振膜１０に形成した薄膜をエッチングしたりする工程が不要となり、共振器を容易に得ることが可能となる。
また、本実施形態においては、形成用基板２の上に形成した圧電膜４を含む共振膜１０を、Ｓｉからなる共振器基板１の上に形成した音響多層膜１４に貼り合せているため、ＳｉＣ等からなる基板の上に音響多層膜と圧電膜とを順次形成する場合に比べ、品質の良い音響多層膜及び圧電膜を容易に得ることができる。その結果、高性能な共振器を極めて容易に得ることができるという利点がある。
なお、本実施形態において第４の薄膜１５と第５の薄膜１６とを６周期分積層したが、少なくとも２周期分積層すれば反射率が９０％以上となるため同様の効果が得られる。また、圧電膜４の厚さを共振器の共振波長（λ）の１／２と一致する厚さとすることにより、圧電膜４に弾性波を閉じ込める効率を高くすることができる。
本実施形態において第４の薄膜１５にＳｉＯ2を用い、第５の薄膜１６にＡｌＮを用いる組み合わせとしたが、ＳｉＯ2とＺｎＯ、ＳｉＯ2とＰＺＴ又はＳｉＯ2とＷを用いる組み合わせでもよい。
さらに、本実施形態においても第１の実施形態の第１変形例のように、バッファ層３と圧電膜４との間に第１の薄膜８を設けてもよい。このような構成とすることにより、第１の実施形態の第１変形例と同様の効果を得ることができる。
第１の実施形態から第３の実施形態及び各変形例において、圧電膜をエピタキシャル成長法により堆積したが、スパッタリング法により堆積してもよい。この場合、堆積工程を簡便にすることができる。なお、圧電膜には、ＡｌＮ以外に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は酸化鉛ジルコニウムチタン（ＰＺＴ）等用いることができる。また、バッファ層には窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）等を用いても良い。
また、ウェットエッチング法を用いて共振器基板と形成用基板との間に挟まれているいずれかの層をエッチングすることにより、形成用基板を除去することも可能である。例えば、バッファ層としてＳｉＯ2を形成し、ウエットエッチャントとしてバッファードフッ酸を用いてＳｉＯ2を溶解させることにより形成用基板のみを容易に剥離することができる。この場合、ＳｉＯ2からなるバッファ層の上に、Ｍｏ又はＰｔ等からなる導電膜を形成してからＡｌＮ等の圧電膜を形成することにより、膜質の良い圧電膜を容易に形成することができると共に上部電極も容易に形成することができる。
また、形成用基板をドライエッチングすることにより、形成用基板を除去することも可能である。この場合、形成用基板の上にバッファ層を設けることなく形成用基板の上に直接圧電膜を形成して貼り合わせをすることができる。例えば、結晶性の良いサファイアからなる基板の上に直接ＡｌＮ等の圧電膜を形成して、この圧電膜を共振器基板の主面に貼り合わせた後、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）等の塩素系ガスによりサファイア基板のみをドライエッチングすればよい。これによりバッファ層を設けることなく共振器を製造することができる。
本発明に係る共振器の製造方法は、犠牲層を設けることなくエアギャップ構造を形成することができるため、極めて容易に薄膜バルク音響共振器を得ることができる。また、圧電膜をエピタキシャル成長法により形成することが可能となるため、結晶性及び膜厚が均一な圧電膜を得ることができるので、共振器の調整工程を簡略化できる。従って、電子回路におけるフィルタ等に使用することができる共振器、特に薄膜バルク音波共振器の製造方法等に有用である。
（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る共振器の製造方法の一工程を示す模式的な断面図及び平面図であり、（ｂ）から（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｄ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｄ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｆ）は本発明の第２の実施形態に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｅ）は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｅ）は本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｅ）は第１の従来例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）から（ｆ）は第２の従来例に係る共振器の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
符号の説明
１ 共振器基板
１ａ 貫通孔
１ｂ エアギャップ
２ 形成用基板
３ バッファ層
３Ａ ＡｌＮ膜
３Ｂ ＧａＮ膜
４ 圧電膜
５ 電極
５Ａ 上部電極
５Ｂ 下部電極
８ 第１の薄膜
９ 第２の薄膜
９ａ 開口部
９ｂ エアギャップ
９Ａ 導電膜
９Ｂ 絶縁膜
１０ 共振膜
１２ 第３の薄膜
１２ａ 開口部
１２ｂ エアギャップ
１４ 音響多層膜
１５ 第４の薄膜
１６ 第５の薄膜

Claims (13)

  1. 形成用基板上に、圧電膜、および下部電極となる第２の薄膜を順に形成する工程と、
    共振器基板上に、開口部を有する第３の薄膜を形成する工程と、
    前記第２の薄膜と前記第３の薄膜とを貼り合わせることによりエアギャップを形成する工程と、
    前記エアギャップを形成する工程の後に、前記形成用基板を除去する工程と、
    前記形成用基板を除去する工程の後に、前記圧電膜上に上部電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする共振器の製造方法。
  2. 前記第２の薄膜を形成する工程において、前記第２の薄膜はＳｎを含むように形成し、
    前記第３の薄膜を形成する工程において、前記第３の薄膜の表面はＡｕを含むように形成することを特徴とする請求項１に記載の共振器の製造方法。
  3. 形成用基板上に、圧電膜、下部電極となる導電膜、および開口部を有する第１の層を順に形成する工程と、
    前記第１の層を共振器基板の主面に貼り合わせることによりエアギャップを形成する工程と、
    前記エアギャップを形成する工程の後に、前記形成用基板を除去する工程と、
    前記形成用基板を除去する工程の後に、前記圧電膜上に上部電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする共振器の製造方法。
  4. 前記第１の層は導電膜であることを特徴とする請求項３に記載の共振器の製造方法。
  5. 前記形成用基板上に前記圧電膜を形成する工程において、前記形成用基板と前記圧電膜との間にバッファ層を形成する工程を備え、
    前記バッファ層は、前記形成用基板上に順に形成されたＡｌＮ膜およびＧａＮ膜からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の共振器の製造方法。
  6. 形成用基板上に圧電膜を形成する工程と、
    共振器基板に貫通孔を形成する工程と、
    前記圧電膜と前記共振器基板とを貼り合わせることによりエアギャップを形成する工程と、
    前記エアギャップを形成する工程の後に、前記形成用基板を除去する工程と、
    前記形成用基板を除去する工程の後に、前記圧電膜の上に上部電極、前記圧電膜の下に下部電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする共振器の製造方法。
  7. 形成用基板上に圧電膜および下部電極となる第２の薄膜を順に形成する工程と、
    共振器基板に貫通孔を形成する工程と、
    前記第２の薄膜と前記共振器基板とを貼り合わせることによりエアギャップを形成する工程と、
    前記エアギャップを形成する工程の後に、前記形成用基板を除去する工程と、
    前記形成用基板を除去する工程の後に、前記圧電膜の上に上部電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする共振器の製造方法。
  8. 形成用基板上に圧電膜および下部電極となる第２の薄膜を順に形成する工程と、
    共振器基板に凹部を形成する工程と、
    前記第２の薄膜と前記共振器基板とを貼り合わせることによりエアギャップを形成する工程と、
    前記エアギャップを形成する工程の後に、前記形成用基板を除去する工程と、
    前記形成用基板を除去する工程の後に、前記圧電膜の上に上部電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする共振器の製造方法。
  9. 前記圧電膜を形成する工程の前に、前記形成基板上に第１の薄膜を形成する工程を備え、
    前記圧電膜は前記第１の薄膜に接するように形成することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の共振器の製造方法。
  10. 前記第１の薄膜は導電膜であり、
    前記上部電極を形成する工程を省略することを特徴とする請求項９に記載の共振器の製造方法。
  11. 前記形成用基板をウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の共振器の製造方法。
  12. 前記形成用基板をドライエッチングにより除去することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の共振器の製造方法。
  13. 前記形成用基板はＳｉＣまたはサファイアからなることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の共振器の製造方法。
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