[go: up one dir, main page]

JP5848549B2 - Method for manufacturing acoustic wave device - Google Patents

Method for manufacturing acoustic wave device Download PDF

Info

Publication number
JP5848549B2
JP5848549B2 JP2011180818A JP2011180818A JP5848549B2 JP 5848549 B2 JP5848549 B2 JP 5848549B2 JP 2011180818 A JP2011180818 A JP 2011180818A JP 2011180818 A JP2011180818 A JP 2011180818A JP 5848549 B2 JP5848549 B2 JP 5848549B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lattice constant
film
thin film
piezoelectric thin
piezoelectric film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011180818A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013046110A (en
Inventor
横山 剛
剛 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyo Yuden Co Ltd
Original Assignee
Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyo Yuden Co Ltd filed Critical Taiyo Yuden Co Ltd
Priority to JP2011180818A priority Critical patent/JP5848549B2/en
Publication of JP2013046110A publication Critical patent/JP2013046110A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5848549B2 publication Critical patent/JP5848549B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は弾性波デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an acoustic wave device.

近年、携帯電話等の通信機器が普及している。通信機器のフィルタ、デュプレクサ等として、弾性波を利用した弾性波デバイスが用いられることがある。弾性波デバイスの例として、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)を利用するデバイス、及び厚み振動波(BAW:Bulk Acoustic Wave)を利用するデバイス等がある。圧電薄膜共振子はBAWを利用するデバイスであり、FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)、SMR(Solidly Mounted Resonator)等のタイプがある。またラム波(Lamb Wave)を利用するデバイスもある。圧電膜の電気機械結合定数が大きくなることで、弾性波デバイスの周波数特性が改善し、また広帯域化も可能となる。非特許文献1には、窒化アルミニウム(AlN)からなる圧電薄膜の配向性を制御することで、圧電薄膜共振子の電気機械結合定数を改善する技術が開示されている。   In recent years, communication devices such as mobile phones have become widespread. An elastic wave device using an elastic wave may be used as a filter, a duplexer, or the like of a communication device. Examples of the elastic wave device include a device using a surface acoustic wave (SAW) and a device using a thickness acoustic wave (BAW). Piezoelectric thin film resonators are devices utilizing BAW, and include types such as FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) and SMR (Solidly Mounted Resonator). Some devices use Lamb Wave. By increasing the electromechanical coupling constant of the piezoelectric film, the frequency characteristics of the acoustic wave device can be improved and a wider band can be realized. Non-Patent Document 1 discloses a technique for improving the electromechanical coupling constant of a piezoelectric thin film resonator by controlling the orientation of a piezoelectric thin film made of aluminum nitride (AlN).

アイイーイー・トランザクションズ オン ウルトラソニックス フェロエレクトロニクス アンド フリークェンシー コントロール 第47巻 292ページ 2000年(IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol.47, p.292, 2000)IE Transactions on Ultrasonics Ferroelectronics and Frequencies Control, Volume 47, page 292, 2000 (IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol.47, p.292, 2000)

しかしながら、圧電薄膜の配向性を高くした場合でも、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造が難しいことがある。本発明は上記課題に鑑み、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   However, even when the orientation of the piezoelectric thin film is increased, it may be difficult to manufacture an acoustic wave device having a large electromechanical coupling constant. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an acoustic wave device having a large electromechanical coupling constant.

本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、前記圧電膜のc軸方向の格子定数及びa軸方向の格子定数を測定する工程と、前記c軸方向の格子定数と前記a軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に、前記格子定数の前記比前記所定の値より小さくなるように、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。 The present invention includes a step of forming a piezoelectric film having a wurtzite crystal structure, a step of measuring a lattice constant in the c-axis direction and a lattice constant in the a-axis direction of the piezoelectric film, and a lattice constant in the c-axis direction. and when the ratio of the a-axis direction of the lattice constant is a predetermined value or more, so that the ratio of the lattice constant is smaller than the predetermined value, the piezoelectric film in the step of forming the piezoelectric film And a step of changing the film-forming conditions of the elastic wave device. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the elastic wave device which has a big electromechanical coupling constant can be provided.

本発明は、圧電膜と前記圧電膜を挟む下部電極および上部電極とを備える圧電薄膜共振子を製造する弾性波デバイスの製造方法であって、前記下部電極上にウルツ鉱型結晶構造を有する前記圧電膜を成膜する工程と、c軸方向の格子定数を測定する工程と、前記c軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に、前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。この構成によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
The present invention is a method for manufacturing an acoustic wave device for manufacturing a piezoelectric thin film resonator comprising a piezoelectric film and a lower electrode and an upper electrode sandwiching the piezoelectric film, wherein the lower electrode has a wurtzite crystal structure. a step of forming the piezoelectric film, and a step of measuring the lattice constant of the c-axis direction, when the c-axis direction of the lattice constant is a predetermined value or more, so that the lattice constant is smaller than the predetermined value to a method for manufacturing the acoustic wave device characterized by having the steps of changing the film forming conditions of the piezoelectric film in the step of forming the piezoelectric film. According to this configuration, it is possible to provide a method for manufacturing an acoustic wave device having a large electromechanical coupling constant.

本発明は、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。この構成によれば、弾性波デバイスの特性を安定させることができる。 The present invention provides the piezoelectric film in a step of forming a piezoelectric film having a wurtzite crystal structure, a step of measuring a lattice constant of the piezoelectric film, and a step of forming the piezoelectric film based on the lattice constant. A step of changing a film forming condition; a step of measuring a distribution of a lattice constant of the piezoelectric film in the plane of the piezoelectric film; and a distribution of the lattice constant in the plane of the piezoelectric film is a predetermined size or more. If it is, a method for manufacturing the acoustic wave device characterized by having the steps of reducing the distribution of the lattice constant in the plane of the piezoelectric film. According to this configuration, the characteristics of the acoustic wave device can be stabilized.

上記構成において、前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われる構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスの特性をより安定させることができる。   In the above configuration, the step of reducing the distribution of the lattice constant may be performed after the step of changing the film formation conditions. According to this configuration, the characteristics of the acoustic wave device can be further stabilized.

上記構成において、前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われる構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。   In the above configuration, the step of measuring the lattice constant and the step of measuring the distribution of the lattice constant can be performed simultaneously. According to this configuration, the process can be simplified.

上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。   In the above configuration, the step of forming the piezoelectric film is a step of forming a piezoelectric film on a substrate or a lower electrode of the acoustic wave device, and the step of measuring the lattice constant is performed on the substrate or the substrate. It can be a step of measuring the lattice constant of the piezoelectric film formed on the lower electrode. According to this configuration, the lattice constant can be measured with high accuracy.

上記構成において、前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、前記格子定数を測定する工程は、前記度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程とすることができる。この構成によれば、精度高く格子定数を測定することができる。また弾性波デバイスの温度特性が安定する。   In the above configuration, the step of forming the piezoelectric film is a step of forming a piezoelectric film in which a temperature compensation film is inserted, and the step of measuring the lattice constant is a piezoelectric film in which the compensation film is inserted. It is possible to measure the lattice constant. According to this configuration, the lattice constant can be measured with high accuracy. In addition, the temperature characteristics of the acoustic wave device are stabilized.

本発明によれば、大きな電気機械結合定数を有する弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the elastic wave device which has a big electromechanical coupling constant can be provided.

図1(a)はFBARを例示する平面図であり、図1(b)はFBARを例示する断面図である。FIG. 1A is a plan view illustrating an FBAR, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the FBAR. 図2(a)はθ−2θ法の実験を例示する模式図である。図2(b)は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。FIG. 2A is a schematic view illustrating an experiment of the θ-2θ method. FIG. 2B is a graph showing the relationship between the lattice constant and the electromechanical coupling constant. 図3(a)は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。図3(b)は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing the relationship between residual stress and lattice constant. FIG. 3B is a graph showing the relationship between the residual stress and the change rate of the lattice constant. 図4(a)は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。図4(b)は残留応力と電気機械結合定数の変化率との関係を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing the relationship between the residual stress and the change rate of the ratio of the lattice constant. FIG. 4B is a graph showing the relationship between the residual stress and the rate of change of the electromechanical coupling constant. 図5(a)から図5(d)は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating the configuration of the wafer used in the lattice constant management process. 図6は格子定数管理工程を例示するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating the lattice constant management process. 図7(a)から図7(c)は実施例1に係るFBARの製造方法を例示する断面図である。FIG. 7A to FIG. 7C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the FBAR according to the first embodiment. 図8は実施例2に係るFBARの製造方法を例示するフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the FBAR according to the second embodiment. 図9(a)及び図9(b)は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。FIG. 9A and FIG. 9B are cross-sectional views schematically illustrating the reduction in lattice constant distribution due to the residual stress of the upper electrode. 図10は格子定数の分布を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the distribution of lattice constants. 図11は実施例2の変形例に係るFBARを例示する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an FBAR according to a modification of the second embodiment. 図12(a)及び図12(b)は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。12A and 12B are cross-sectional views illustrating another example of the acoustic wave device. 図13(a)及び図13(b)は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views illustrating another example of the acoustic wave device.

以下では、弾性波デバイスの例としてFBARについて説明する。まずFBARの構成について説明する。図1(a)はFBARを例示する平面図であり、図1(b)はFBARを例示する断面図であり、図1(a)のA−Aに沿った断面を図示している。   Below, FBAR is demonstrated as an example of an elastic wave device. First, the configuration of the FBAR will be described. FIG. 1A is a plan view illustrating the FBAR, FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the FBAR, and illustrates a cross-section along AA in FIG.

図1(a)及び図1(b)に示すように、FBAR100は基板10、下部電極12、圧電薄膜14、及び上部電極16を備える。下部電極12は基板10の上に設けられている。基板10と下部電極12との間には、ドーム状の空隙18が形成されている。言い換えれば、空隙18の中央部においては基板10と下部電極12との距離が大きく、空隙18の周辺部においては基板10と下部電極12との距離が小さい。下部電極12は例えば空隙18に露出している。圧電薄膜14は下部電極12の上に設けられている。上部電極16は圧電薄膜14の上に設けられている。言い換えれば、下部電極12と上部電極16とは圧電薄膜14を挟む。下部電極12、圧電薄膜14及び上部電極16が重なり共振領域11が形成される。共振領域11において励振された弾性波は厚さ方向(図1(b)の縦方向)に振動し、かつ面方向(図1(b)の横方向)に進行する。圧電薄膜14の開口部から露出する下部電極12の一部は、電気信号を取り出すための端子部として機能する。下部電極12には、空隙18と連結する導入路13が設けられている。導入路13の先端には穴部15が形成されている。導入路13及び穴部15は、空隙18を形成する工程において使用される。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the FBAR 100 includes a substrate 10, a lower electrode 12, a piezoelectric thin film 14, and an upper electrode 16. The lower electrode 12 is provided on the substrate 10. A dome-shaped air gap 18 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12. In other words, the distance between the substrate 10 and the lower electrode 12 is large in the central part of the gap 18, and the distance between the substrate 10 and the lower electrode 12 is small in the peripheral part of the gap 18. For example, the lower electrode 12 is exposed in the gap 18. The piezoelectric thin film 14 is provided on the lower electrode 12. The upper electrode 16 is provided on the piezoelectric thin film 14. In other words, the lower electrode 12 and the upper electrode 16 sandwich the piezoelectric thin film 14. The lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, and the upper electrode 16 are overlapped to form the resonance region 11. The elastic wave excited in the resonance region 11 vibrates in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1B) and travels in the plane direction (lateral direction in FIG. 1B). A part of the lower electrode 12 exposed from the opening of the piezoelectric thin film 14 functions as a terminal part for taking out an electric signal. The lower electrode 12 is provided with an introduction path 13 connected to the gap 18. A hole 15 is formed at the tip of the introduction path 13. The introduction path 13 and the hole 15 are used in the process of forming the gap 18.

基板10は例えばシリコン(Si)、ガラス、ガリウム砒素(GaAs)等の絶縁体からなる。下部電極12はルテニウム/クロム(Ru/Cr)、上部電極16はCr/Ruの2層構造を有する。言い換えれば、下部電極12及び上部電極16はそれぞれ、圧電薄膜14に近い方から順にCr層及びRu層を積層したものである。下部電極12のCr層の厚さは例えば100nm、Ru層の厚さは例えば250nmである。上部電極16のCr層の厚さは例えば20nm、Ru層の厚さは例えば250nmである。圧電薄膜14は(002)方向を主軸とするAlN、又は酸化亜鉛(ZnO)からなる。このように、圧電薄膜14は、c軸が厚さ方向を向き、a軸が面方向を向くような配向性を有する。   The substrate 10 is made of an insulator such as silicon (Si), glass, gallium arsenide (GaAs). The lower electrode 12 has a two-layer structure of ruthenium / chromium (Ru / Cr), and the upper electrode 16 has a two-layer structure of Cr / Ru. In other words, the lower electrode 12 and the upper electrode 16 are each formed by laminating a Cr layer and a Ru layer in order from the side closer to the piezoelectric thin film 14. The Cr layer of the lower electrode 12 has a thickness of 100 nm, for example, and the Ru layer has a thickness of 250 nm, for example. The Cr layer of the upper electrode 16 is 20 nm, for example, and the Ru layer is 250 nm, for example. The piezoelectric thin film 14 is made of AlN or zinc oxide (ZnO) whose main axis is the (002) direction. Thus, the piezoelectric thin film 14 has an orientation such that the c-axis faces the thickness direction and the a-axis faces the surface direction.

次に圧電薄膜の結晶構造と電気機械結合定数との関係について説明する。まず配向性と電気機械結合定数k33 との関係について説明する。圧電薄膜14のc軸配向性が高いほど電気機械結合定数k33 は高くなる。圧電薄膜14の電気機械結合定数k33 が高いほど、FBARの特性は良好になる。 Next, the relationship between the crystal structure of the piezoelectric thin film and the electromechanical coupling constant will be described. First it will be described the relationship between the orientation and the electromechanical coupling constant k 33 2. Electromechanical coupling constant k 33 2 higher c-axis orientation of the piezoelectric thin film 14 is high. The higher the electromechanical coupling constant k 33 2 of the piezoelectric thin film 14, the better the characteristics of the FBAR.

Siからなる基板10上にAlNからなる圧電薄膜14を成膜したサンプルを用い、配向性と電気機械結合定数k33 との関係を検証した。圧電薄膜14の配向性はAlNの(002)面方向におけるX線ロッキングカーブ法により評価した。ロッキングカーブのFWHM(Full Width Half Maximum:半値幅)は配向性を表す。FWHMが小さいほど配向性が高い。各サンプルを用いてFBARを形成することで、電気機械結合定数k33 を評価した。表1は圧電薄膜14の成膜条件が異なるサンプルB1、B2及びB3における配向性と電気機械結合定数k33 との関係を示す表である。基板10はSiからなり、圧電薄膜14は厚さ1200nmのAlNからなる。

Figure 0005848549
表1の左端の列はサンプルを示す。表1の左から2番目のFWHM1は、基板10上における圧電薄膜14のFWHMを示す。表2の左から3番目のFWHM2は、下部電極12の上における圧電薄膜14のFWHMを示す。左から4番目は電気機械結合定数k33 を示す。 Using a sample in which a piezoelectric thin film 14 made of AlN was formed on a substrate 10 made of Si, the relationship between the orientation and the electromechanical coupling constant k 33 2 was verified. The orientation of the piezoelectric thin film 14 was evaluated by the X-ray rocking curve method in the (002) plane direction of AlN. The FWHM (Full Width Half Maximum) of the rocking curve represents the orientation. The smaller the FWHM, the higher the orientation. The electromechanical coupling constant k 33 2 was evaluated by forming an FBAR using each sample. Table 1 is a table showing the relationship between the orientation and the electromechanical coupling constant k 33 2 in samples B1, B2, and B3 having different film forming conditions for the piezoelectric thin film 14. The substrate 10 is made of Si, and the piezoelectric thin film 14 is made of AlN having a thickness of 1200 nm.
Figure 0005848549
The leftmost column of Table 1 shows a sample. The second FWHM 1 from the left in Table 1 indicates the FWHM of the piezoelectric thin film 14 on the substrate 10. The third FWHM 2 from the left in Table 2 indicates the FWHM of the piezoelectric thin film 14 on the lower electrode 12. Fourth from the left shows the electromechanical coupling constant k 33 2.

表1に示すように、サンプルB1〜B3のいずれにおいてもFWHM1は1.3degであり、FWHM2は2.7degである。言い換えれば、サンプルB1〜B3における配向性は同じである。これに対し、サンプルBの電気機械結合定数k33 は6.07%、サンプルB2のk33 は6.11%、サンプルB3のk33 は6.31%である。このように、圧電薄膜14の配向性が同じであっても、電気機械結合定数k33 に差異が生じ、所望の電気機械結合定数k33 を得られない可能性がある。この結果、所望の特性を有する圧電薄膜共振子を得ることが難しくなり、また歩留まりが低下する可能性がある。 As shown in Table 1, FWHM1 is 1.3 deg and FWHM2 is 2.7 deg in any of samples B1 to B3. In other words, the orientation in the samples B1 to B3 is the same. On the other hand, the electromechanical coupling constant k 33 2 of sample B is 6.07%, k 33 2 of sample B2 is 6.11%, and k 33 2 of sample B3 is 6.31%. Thus, even with the same orientation of the piezoelectric thin film 14, a difference occurs in the electromechanical coupling constant k 33 2, may not be obtained the desired electromechanical coupling constant k 33 2. As a result, it is difficult to obtain a piezoelectric thin film resonator having desired characteristics, and the yield may be reduced.

次に格子定数と電気機械結合定数k33 との関係を検証するための実験について説明する。成膜条件を変更して、基板10上に格子定数の異なる複数のAlN膜を形成した。X線回折によるθ−2θ測定(θ−2θ法)により、各AlN膜の格子定数を測定した。また、異なる格子定数と同一の膜厚とを有するAlN膜の各々を圧電薄膜14としてFBARを作成し、電気機械結合定数k33 を求めた。これにより格子定数と電気機械結合定数k33 との関係を検証した。各圧電薄膜共振子間において、圧電薄膜14の成膜条件以外の製造条件は同一である。圧電薄膜14の厚さは1200nmである。AlNのc軸の格子定数をc、a軸の格子定数をaとする。θ−2θ法について説明する。図2(a)はθ−2θ法の測定を例示する模式図である。 It will now be described experiments for verifying the relationship between the lattice constant and the electromechanical coupling constant k 33 2. A plurality of AlN films having different lattice constants were formed on the substrate 10 by changing the film formation conditions. The lattice constant of each AlN film was measured by θ-2θ measurement (θ-2θ method) by X-ray diffraction. Further, each of the AlN layer having a different lattice constant and identical thickness to create a FBAR as a piezoelectric thin film 14 was determined electromechanical coupling constant k 33 2. Thus it was verified the relationship between the lattice constant and the electromechanical coupling constant k 33 2. Manufacturing conditions other than the film forming conditions of the piezoelectric thin film 14 are the same between the piezoelectric thin film resonators. The thickness of the piezoelectric thin film 14 is 1200 nm. Let c be the lattice constant of the c-axis of AlN and a be the lattice constant of the a-axis. The θ-2θ method will be described. FIG. 2A is a schematic view illustrating the measurement of the θ-2θ method.

図2(a)に示すように、θ−2θ法にはX線発生源20、X線検出器22及びサンプル24を用いる。サンプル24はSiからなる基板上に成膜されたAlN膜である。X線発生源20はサンプル24に向けてX線を照射する。X線はサンプル24により散乱される。X線検出器22は散乱されたX線を検出する。   As shown in FIG. 2A, an X-ray generation source 20, an X-ray detector 22, and a sample 24 are used for the θ-2θ method. Sample 24 is an AlN film formed on a substrate made of Si. The X-ray generation source 20 irradiates the sample 24 with X-rays. X-rays are scattered by the sample 24. The X-ray detector 22 detects scattered X-rays.

サンプル24のX線発生源20及びX線検出器22と対向する面は(002)面である。サンプル24のX線発生源20及びX線検出器22と対向する面と散乱されたX線とのなす角はθである。照射されるX線と散乱されるX線とのなす外角は2θである。X線発生源20及びサンプル24を図中の矢印の方向に回転させることでθ及び2θを変化させる。例えば、サンプル24を1°回転させた場合、X線発生源20をサンプル24と同方向に2°回転させる。これにより角度の比率は一定に保たれる。上記のように角度を変化させながら、X線検出器22により検出されるX線の強度がピークを示す角θを求める。   The surface of the sample 24 facing the X-ray generation source 20 and the X-ray detector 22 is a (002) surface. The angle between the surface of the sample 24 facing the X-ray generation source 20 and the X-ray detector 22 and the scattered X-ray is θ. The external angle formed between the irradiated X-rays and the scattered X-rays is 2θ. By rotating the X-ray generation source 20 and the sample 24 in the direction of the arrow in the figure, θ and 2θ are changed. For example, when the sample 24 is rotated by 1 °, the X-ray generation source 20 is rotated by 2 ° in the same direction as the sample 24. This keeps the angle ratio constant. While changing the angle as described above, an angle θ at which the intensity of the X-ray detected by the X-ray detector 22 exhibits a peak is obtained.

X線強度がピークを示すとき、サンプル24の結晶面間隔d、角θ及びX線の波長λとの関係は次の式で表される。

Figure 0005848549
上記の数1から結晶面間隔dを求めることができる。なお、(002)面におけるX線強度がピークを示すのは2θが約36deg(θが約18deg)のときである。また、AlNのようなウルツ鉱型結晶構造においては、結晶の面方位(hkl)、結晶面間隔d、格子定数a及びcの関係は次の式で表される。
Figure 0005848549
AlNの(002)面にX線を照射するので、h=k=0、かつl=2である。数1から算出したdを数2に代入することで、c軸方向の格子定数cを求めることができる。なお、X線強度が36deg付近でピークを示すのは、X線の管球がCu管球の場合である。他の管球を用いる場合、異なる角度にピークが発生する。管球の種類によってλが異なるためである。 When the X-ray intensity shows a peak, the relationship between the crystal plane distance d, the angle θ, and the X-ray wavelength λ of the sample 24 is expressed by the following equation.
Figure 0005848549
The crystal plane distance d can be obtained from the above equation (1). The X-ray intensity on the (002) plane shows a peak when 2θ is about 36 deg (θ is about 18 deg). In a wurtzite crystal structure such as AlN, the relationship between the crystal plane orientation (hkl), the crystal plane spacing d, and the lattice constants a and c is expressed by the following equation.
Figure 0005848549
Since X-rays are irradiated to the (002) plane of AlN, h = k = 0 and l = 2. By substituting d calculated from Equation 1 into Equation 2, the lattice constant c in the c-axis direction can be obtained. The X-ray intensity shows a peak around 36 deg when the X-ray tube is a Cu tube. When other tubes are used, peaks occur at different angles. This is because λ varies depending on the type of tube.

実験結果について説明する。図2(b)は格子定数と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は格子定数c、縦軸は電気機械結合定数k33 をそれぞれ表す。 The experimental results will be described. FIG. 2B is a graph showing the relationship between the lattice constant and the electromechanical coupling constant. The horizontal axis represents each lattice constant c, the vertical axis represents the electromechanical coupling constant k 33 2.

図2(b)に示すように、格子定数cが小さいほど電気機械結合定数k33 は大きくなる。例えば格子定数cが約4.988Åの場合、電気機械結合定数k33 は約6.10%である。これに対し、格子定数cが約4.980Åの場合、電気機械結合定数k33 は約6.35%である。図2(b)の結果から、電気機械結合定数k33 を大きくするためには、格子定数cを小さくすればよいことが分かる。 As shown in FIG. 2 (b), the electromechanical coupling constant k 33 2 as the lattice constant c is small, increases. For example, when the lattice constant c is about 4.988 電 気, the electromechanical coupling constant k 33 2 is about 6.10%. On the other hand, when the lattice constant c is about 4.980 Å, the electromechanical coupling constant k 33 2 is about 6.35%. From the results in FIG. 2 (b), in order to increase the electromechanical coupling constant k 33 2 it can be seen that it is sufficient small lattice constant c.

次に格子定数cを制御する条件について説明する。格子定数cと圧電薄膜14に残留する残留応力との関係について検証する実験及びシミュレーションを行った。まず実験について説明する。実験は、成膜条件の異なる圧電薄膜14において、残留応力と格子定数cとの関係を検証したものである。   Next, conditions for controlling the lattice constant c will be described. Experiments and simulations were conducted to verify the relationship between the lattice constant c and the residual stress remaining in the piezoelectric thin film 14. First, the experiment will be described. The experiment verified the relationship between the residual stress and the lattice constant c in the piezoelectric thin film 14 having different film forming conditions.

図3(a)は残留応力と格子定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は格子定数cをそれぞれ表す。残留応力が引張応力である場合、残留応力は正の値をとる。残留応力が圧縮応力である場合、残留応力は負の値をとる。圧縮応力とは図1(b)における圧電薄膜14の上面を狭くする方向の応力である。引張応力とは圧電薄膜14の上面を広げる方向の応力である。圧電薄膜14はAlNからなる。図3(a)に示すように、残留応力が負の場合よりも、残留応力が正の場合において格子定数cは小さくなる。言い換えれば残留応力が引張応力である場合、格子定数cは小さくなる。   FIG. 3A is a graph showing the relationship between residual stress and lattice constant. The horizontal axis represents the residual stress, and the vertical axis represents the lattice constant c. When the residual stress is a tensile stress, the residual stress takes a positive value. When the residual stress is a compressive stress, the residual stress takes a negative value. The compressive stress is a stress in the direction of narrowing the upper surface of the piezoelectric thin film 14 in FIG. The tensile stress is a stress in a direction in which the upper surface of the piezoelectric thin film 14 is expanded. The piezoelectric thin film 14 is made of AlN. As shown in FIG. 3A, the lattice constant c is smaller when the residual stress is positive than when the residual stress is negative. In other words, when the residual stress is a tensile stress, the lattice constant c is small.

次にシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、計算手法として擬ポテンシャル法、計算のためのプログラムとしてABINITを用いて、構造最適化を含むAlNの電子状態の第1原理計算を行ったものである。応力を入力した場合にAlNが安定構造となる格子定数a及びcを求めた。なお、JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードチャートによれば、応力がゼロの場合における格子定数cは0.498nm(4.98Å)、格子定数aとcとの比(格子定数の比)c/aは1.6である。   Next, simulation will be described. In the simulation, first-principles calculation of the electronic state of AlN including structural optimization was performed using the pseudopotential method as a calculation method and ABINIT as a calculation program. Lattice constants a and c at which AlN has a stable structure when stress was input were determined. According to the JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card chart, the lattice constant c when the stress is zero is 0.498 nm (4.98 mm), and the ratio between the lattice constants a and c (ratio of lattice constants). c / a is 1.6.

図3(b)は残留応力と格子定数の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数cの変化率である。格子定数cの変化率とは、応力がゼロの場合の格子定数cを基準とした格子定数cの変化率である。図3(b)に示すように、残留応力の値が大きいほど、格子定数cの変化率は小さくなる。詳細には、残留応力が圧縮応力(負の値)である場合、格子定数cの変化率は正の値である。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数cが大きくなる。残留応力が引張応力(正の値)である場合、格子定数cの変化率は負の値となる。言い換えれば、応力がゼロのときに比べて、格子定数cが小さくなる。   FIG. 3B is a graph showing the relationship between the residual stress and the change rate of the lattice constant. The vertical axis represents the rate of change of the lattice constant c. The rate of change of the lattice constant c is the rate of change of the lattice constant c based on the lattice constant c when the stress is zero. As shown in FIG. 3B, the rate of change of the lattice constant c decreases as the residual stress value increases. Specifically, when the residual stress is a compressive stress (negative value), the rate of change of the lattice constant c is a positive value. In other words, the lattice constant c is larger than when the stress is zero. When the residual stress is a tensile stress (positive value), the rate of change of the lattice constant c is a negative value. In other words, the lattice constant c is smaller than when the stress is zero.

さらに格子定数の比c/aの変化率を検証した。図4(a)は残留応力と格子定数の比の変化率との関係を示すグラフである。縦軸は格子定数の比c/aを表す。図4(a)に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、c/aの変化率は正の値となる。言い換えればc/aは大きくなる。残留応力が引張応力である場合、c/aの変化率は負の値となる。言い換えればc/aは小さくなる。   Further, the rate of change of the lattice constant ratio c / a was verified. FIG. 4A is a graph showing the relationship between the residual stress and the change rate of the ratio of the lattice constant. The vertical axis represents the lattice constant ratio c / a. As shown in FIG. 4A, when the residual stress is a compressive stress, the rate of change of c / a is a positive value. In other words, c / a increases. When the residual stress is a tensile stress, the change rate of c / a is a negative value. In other words, c / a becomes small.

次に電気機械結合定数k33 のシミュレーションについて説明する。上記と同様にシミュレーションはAlNの電子状態の第1原理計算を行ったものである。安定構造のAlNの結晶格子に歪みを加えることで、AlNのc軸方向における圧電定数e33、弾性定数C33及び誘電率ε33を求めた。電気機械結合定数k33 と圧電定数e33、弾性定数C33及び誘電率ε33との間には次の関係が成立する。

Figure 0005848549
数3に基づき電気機械結合定数k33 を算出することができる。応力がゼロの場合における安定構造のAlNの結晶格子に歪みを加えることで、応力がゼロの場合の電気機械結合定数k33 を求めることができる。応力が入力された場合における安定構造のAlNの結晶格子に歪みを加えることで、応力が入力された場合の電気機械結合定数k33 を求めることができる。 It will now be described a simulation of the electromechanical coupling constant k 33 2. Similar to the above, the simulation is a first principle calculation of the electronic state of AlN. By applying strain to the crystal lattice of AlN having a stable structure, the piezoelectric constant e 33 , elastic constant C 33 and dielectric constant ε 33 in the c-axis direction of AlN were obtained. The following relationship is established between the electromechanical coupling constant k 33 2 , the piezoelectric constant e 33 , the elastic constant C 33, and the dielectric constant ε 33 .
Figure 0005848549
Based on Equation 3, the electromechanical coupling constant k 33 2 can be calculated. Stress By adding distortion in the crystal lattice of AlN in a stable structure in the case of zero, it is possible to stress seek electromechanical coupling constant k 33 2 in the case of zero. Stresses that applies a distortion in the crystal lattice of the AlN stable structure when entered, it is possible to obtain an electromechanical coupling constant k 33 2 when the stress is inputted.

図4(b)は残留応力と電気機械結合定数との関係を示すグラフである。横軸は残留応力、縦軸は電気機械結合定数k33 の変化率をそれぞれ表す。電気機械結合定数の変化率は、応力がゼロの場合の電気機械結合定数k33 を基準としたものである。図4(b)に示すように、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数k33 の変化率は負の値となる。言い換えれば、残留応力が圧縮応力である場合、電気機械結合定数k33 は小さくなる。残留応力が引張応力である場合、電気機械結合定数k33 の変化率は正の値となる。以上のように残留応力が引張応力である場合、格子定数c及び格子定数の比c/aは小さくなり、電気機械結合定数k33 は大きくなる。 FIG. 4B is a graph showing the relationship between the residual stress and the electromechanical coupling constant. The horizontal axis residual stress and the vertical axis represents the rate of change of the electromechanical coupling constant k 33 2, respectively. The rate of change of the electromechanical coupling constant is to stress relative to the electromechanical coupling constant k 33 2 in the case of zero. As shown in FIG. 4 (b), when the residual stress is compressive stress, the change rate of the electromechanical coupling constant k 33 2 has a negative value. In other words, if the residual stress is compressive stress, the electromechanical coupling constant k 33 2 decreases. If the residual stress is tensile stress, rate of change of the electromechanical coupling constant k 33 2 has a positive value. If the residual stress as described above is a tensile stress, the ratio c / a of the lattice constants c and lattice constant becomes smaller, the electromechanical coupling constant k 33 2 increases.

以上の知見に基づく実施例1について説明する。実施例1に係るFBARの製造方法は、圧電薄膜14の格子定数を管理するための格子定数管理工程を含む。図5(a)から図5(d)は格子定数管理工程に用いるウェハの構成を例示する断面図である。   Example 1 based on the above knowledge will be described. The method for manufacturing an FBAR according to the first embodiment includes a lattice constant management process for managing the lattice constant of the piezoelectric thin film 14. FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating the configuration of the wafer used in the lattice constant management process.

図5(a)に示すウェハは、基板10上に圧電薄膜14を形成したものである。図5(b)に示すウェハは、下部電極12上に圧電薄膜14を形成したものである。図5(c)に示すウェハは、下部電極12上に圧電薄膜14を形成し、圧電薄膜14上に上部電極16を形成したものである。図5(d)に示すウェハは、下部電極12上に圧電薄膜14を形成し、圧電薄膜14に温度補償膜19を挿入したものである。温度補償膜19は例えば酸化シリコン(SiO)、又はSiOに例えばフッ素(F)等をドープしたドープSiO等からなる。温度補償膜19は、下部電極12と上部電極16との間において、圧電薄膜14の面方向に挿入されている。 The wafer shown in FIG. 5A is obtained by forming a piezoelectric thin film 14 on a substrate 10. The wafer shown in FIG. 5B has a piezoelectric thin film 14 formed on the lower electrode 12. The wafer shown in FIG. 5C has a piezoelectric thin film 14 formed on the lower electrode 12 and an upper electrode 16 formed on the piezoelectric thin film 14. The wafer shown in FIG. 5D is obtained by forming a piezoelectric thin film 14 on the lower electrode 12 and inserting a temperature compensation film 19 into the piezoelectric thin film 14. Temperature compensation film 19 is, for example, silicon oxide (SiO 2), or made of a SiO 2 such as fluorine (F) doped, SiO 2 doped with like. The temperature compensation film 19 is inserted in the plane direction of the piezoelectric thin film 14 between the lower electrode 12 and the upper electrode 16.

格子定数管理工程に用いられるウェハは、ダミーウェハでもよいし、製品ウェハでもよい。ダミーウェハとは、製品を形成するためのものではなく、格子定数の管理のために用いられるウェハである。製品ウェハとは、製品(FBAR)を形成するためのウェハである。またダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。   The wafer used for the lattice constant management process may be a dummy wafer or a product wafer. The dummy wafer is a wafer used for managing a lattice constant, not for forming a product. A product wafer is a wafer for forming a product (FBAR). Both a dummy wafer and a product wafer may be used.

図6は実施例1に係るFBARの格子定数管理工程を例示するフローチャートである。以下の説明では、図5(a)に示す構成のダミーウェハを用いる場合を説明する。   FIG. 6 is a flowchart illustrating the FBAR lattice constant management process according to the first embodiment. In the following description, a case where a dummy wafer having the configuration shown in FIG.

図6に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、基板10上に圧電薄膜14(圧電膜)を成膜する(ステップS10)。成膜された圧電薄膜14の格子定数を測定する(ステップS11)。測定されるのはc軸方向の格子定数cである。測定の方法として、例えばθ−2θ法を用いることができる。格子定数cが所定の値c未満であるか判断する(ステップS12)。所定の値cとは、例えば所望の電気機械結合定数k33 と対応する格子定数の値である。例えば図2(b)に基づくと、電気機械結合定数k33 を6.3%以上にしたい場合、cを約4.982Åと定めればよい。 As shown in FIG. 6, a piezoelectric thin film 14 (piezoelectric film) is formed on the substrate 10 by using, for example, a sputtering method (step S10). The lattice constant of the formed piezoelectric thin film 14 is measured (step S11). What is measured is the lattice constant c in the c-axis direction. As a measuring method, for example, the θ-2θ method can be used. Lattice constant c determines whether less than a predetermined value c 0 (step S12). The predetermined value c 0 is a value of a lattice constant corresponding to a desired electromechanical coupling constant k 33 2 , for example. For example, based on FIG. 2B, when the electromechanical coupling constant k 33 2 is desired to be 6.3% or more, c 0 may be set to about 4.982 Å.

Noの場合、すなわち格子定数cがc以上である場合、圧電薄膜14の成膜条件を変更する(ステップS13)。成膜条件は、格子定数cがcより小さくなるように変更される。成膜条件については後述する。ステップS13の後、工程はステップS10に戻る。変更された成膜条件を用いて別のダミーウェハに圧電薄膜14を成膜する。ステップS12においてYesの場合、格子定数管理工程は終了する。 If No, i.e. the lattice constant c may be c 0 or more, changing the conditions for forming the piezoelectric thin film 14 (step S13). Deposition conditions are changed to the lattice constant c is less than c 0. The film forming conditions will be described later. After step S13, the process returns to step S10. The piezoelectric thin film 14 is formed on another dummy wafer using the changed film formation conditions. In the case of Yes in step S12, the lattice constant management process ends.

格子定数管理工程により変更された成膜条件を用いて、FBARを製造する。図7(a)から図7(c)は実施例1に係るFBARの製造方法を例示する断面図である。   The FBAR is manufactured using the film formation conditions changed by the lattice constant management process. FIG. 7A to FIG. 7C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the FBAR according to the first embodiment.

図7(a)に示すように、例えばスパッタリング法または蒸着法を用い、基板10上に犠牲層17を形成する。犠牲層17は例えば酸化マグネシウム(MgO)からなり、空隙18が形成される領域に設けられる。犠牲層17の厚さは例えば20nmである。   As shown in FIG. 7A, a sacrificial layer 17 is formed on the substrate 10 by using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method. The sacrificial layer 17 is made of, for example, magnesium oxide (MgO) and is provided in a region where the void 18 is formed. The thickness of the sacrificial layer 17 is, for example, 20 nm.

図7(b)に示すように、例えばスパッタリング法を用いて下部電極12を形成する。スパッタリング法は、例えば0.6〜1.2Paの圧力下、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で行う。圧力及び雰囲気とは、スパッタリング装置内の圧力及び雰囲気である。成膜後、例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、下部電極12を所定の形状とする。図7(b)の右側に示すように、下部電極12の一方の端部と犠牲層17の一方の端部とは重なる。一方、図7(c)の左側に示すように、下部電極12は基板10の上面に延びる。   As shown in FIG. 7B, the lower electrode 12 is formed by using, for example, a sputtering method. The sputtering method is performed in an argon (Ar) gas atmosphere under a pressure of 0.6 to 1.2 Pa, for example. The pressure and atmosphere are the pressure and atmosphere in the sputtering apparatus. After the film formation, the lower electrode 12 is formed into a predetermined shape using, for example, an exposure technique and an etching technique. As shown on the right side of FIG. 7B, one end of the lower electrode 12 and one end of the sacrificial layer 17 overlap. On the other hand, the lower electrode 12 extends to the upper surface of the substrate 10 as shown on the left side of FIG.

図7(c)に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、圧電薄膜14を形成する。圧電薄膜14は、膜厚が例えば400nm、c軸を主軸とするAlNからなる。スパッタリング法は、例えば約0.3Paの圧力下、アルゴン/窒素(Ar/N)混合ガス雰囲気中において行う。成膜条件は、図6において変更された条件を用いる。 As shown in FIG. 7C, the piezoelectric thin film 14 is formed by using, for example, a sputtering method. The piezoelectric thin film 14 is made of AlN having a thickness of, for example, 400 nm and having a c-axis as a main axis. The sputtering method is performed, for example, in an argon / nitrogen (Ar / N 2 ) mixed gas atmosphere under a pressure of about 0.3 Pa. As the film forming conditions, the conditions changed in FIG. 6 are used.

例えばスパッタリング法を用いて、上部電極16を形成する。スパッタリング法は、例えば0.6〜1.2Paの圧力下、Arガス雰囲気中で行う。例えば露光技術及びエッチング技術等を用い、上部電極16及び圧電薄膜14を所定の形状とする。下部電極12、圧電薄膜14、上部電極16及び犠牲層17が重なる領域が形成される。圧電薄膜14に形成された開口部から下部電極12が露出する。図1(a)に示した穴部15及び導入路13からエッチング液を導入し、犠牲層17を除去する。下部電極12、圧電薄膜14、及び上部電極16からなる複合膜の残留応力は圧縮応力である。このため、犠牲層17のエッチングが完了した時点で、複合膜は膨れ上がり、下部電極12と基板10との間に複合膜側にドーム状形状を有する空隙18が形成される。以上の工程により、所望の電気機械結合定数k33 を有するFBARが形成される。 For example, the upper electrode 16 is formed by sputtering. The sputtering method is performed in an Ar gas atmosphere under a pressure of 0.6 to 1.2 Pa, for example. For example, the upper electrode 16 and the piezoelectric thin film 14 are formed into a predetermined shape using an exposure technique, an etching technique, or the like. A region where the lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, the upper electrode 16 and the sacrificial layer 17 overlap is formed. The lower electrode 12 is exposed from the opening formed in the piezoelectric thin film 14. An etching solution is introduced from the hole 15 and the introduction path 13 shown in FIG. 1A to remove the sacrificial layer 17. The residual stress of the composite film composed of the lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, and the upper electrode 16 is a compressive stress. Therefore, when the etching of the sacrificial layer 17 is completed, the composite film swells, and a void 18 having a dome shape is formed between the lower electrode 12 and the substrate 10 on the composite film side. Through the above steps, an FBAR having a desired electromechanical coupling constant k 33 2 is formed.

実施例1によれば、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電薄膜14を成膜する工程と、圧電薄膜14の格子定数cを測定する工程と、格子定数cが所定の値c以上である場合、成膜条件を変更する工程と、を行う。成膜条件の変更により、格子定数cが所定の値cより小さくなる。この結果、大きな電気機械結合定数k33 を有するFBARを得ることができる。 According to Example 1, a step of forming the piezoelectric thin film 14 having a wurtzite crystal structure, a step of measuring the lattice constant c of the piezoelectric thin film 14, if the lattice constant c is a predetermined value c 0 or more And changing the film forming conditions. By changing the film forming conditions, the lattice constant c is smaller than a predetermined value c 0. As a result, an FBAR having a large electromechanical coupling constant k 33 2 can be obtained.

図6のステップS13において変更する成膜条件とは、例えば圧電薄膜14を成膜するためのスパッタリング法におけるArガスの流量等である。Ar/N混合ガス中のAr流量比を増加させることにより圧電薄膜14の応力は引張応力となり、Ar流量比を減少させることにより圧電薄膜14の応力は圧縮応力となる。ステップS13においては、Ar流量比を例えばAr流量/(Ar流量+N流量)=0.25に増加させることで圧電薄膜14の応力を引張応力とする。なお、Ar流量比は装置に応じて変更してもよい。図3(a)から図4(a)に示したように、残留応力が引張応力となることで格子定数c及び格子定数の比c/aが小さくなる。この結果、電気機械結合定数k33 が大きくなる。 The film forming conditions changed in step S13 in FIG. 6 are, for example, the flow rate of Ar gas in the sputtering method for forming the piezoelectric thin film 14. By increasing the Ar flow ratio in the Ar / N 2 mixed gas, the stress of the piezoelectric thin film 14 becomes tensile stress, and by decreasing the Ar flow ratio, the stress of the piezoelectric thin film 14 becomes compressive stress. In step S13, the stress of the piezoelectric thin film 14 is set as the tensile stress by increasing the Ar flow rate ratio to, for example, Ar flow rate / (Ar flow rate + N 2 flow rate) = 0.25. The Ar flow rate ratio may be changed according to the apparatus. As shown in FIG. 3A to FIG. 4A, the lattice constant c and the ratio c / a of the lattice constant are reduced by the residual stress becoming a tensile stress. As a result, the electromechanical coupling constant k 33 2 increases.

図6のステップS12においては、格子定数cとして、一回の測定により得られた値を用いてもよいし、複数回の測定結果の平均値を用いてもよい。また、例えば格子定数の比c/aを管理することで格子定数を管理してもよい。この場合、格子定数a及びcを測定し、c/aを算出する(ステップS11)。比c/aが所定の値c/a未満であるか判断する(ステップS12)。Noの場合、つまりc/aがc/a以上である場合、成膜条件はc/aが所定の値c/a未満となるように変更される(ステップS13)。格子定数c及びc/aの一方、又は両方を管理してもよい。 In step S12 of FIG. 6, a value obtained by one measurement may be used as the lattice constant c, or an average value of a plurality of measurement results may be used. Further, for example, the lattice constant may be managed by managing the lattice constant ratio c / a. In this case, the lattice constants a and c are measured, and c / a is calculated (step S11). It is determined whether the ratio c / a is less than a predetermined value c 0 / a 0 (step S12). In the case of No, that is, when c / a is equal to or greater than c 0 / a 0 , the film forming conditions are changed so that c / a is less than a predetermined value c 0 / a 0 (step S13). One or both of the lattice constants c and c / a may be managed.

図6に示した格子定数管理工程は、製造工程一回ごとに行ってもよい。しかし、毎回の製造工程において格子定数管理工程を行うことは、工程数の増大、製造工程の複雑化等を招き、FBARの高コスト化の原因となる。従って、格子定数管理工程は定期的に行うことが好ましい。定期的とは、例えば毎日、毎週、スパッタリング法に用いるターゲットを変更したとき、製造ロットを変更したとき、製造工程を所定回数繰り返したとき等である。   The lattice constant management process shown in FIG. 6 may be performed every manufacturing process. However, performing the lattice constant management process in each manufacturing process leads to an increase in the number of processes, a complicated manufacturing process, and the like, and increases the cost of the FBAR. Therefore, it is preferable to periodically perform the lattice constant management process. “Periodically” means, for example, when the target used in the sputtering method is changed every day or every week, when the production lot is changed, or when the production process is repeated a predetermined number of times.

格子定数管理工程に図5(b)に示す構成のウェハを用いる場合、図6のステップS10において下部電極12と圧電薄膜14とを成膜する。ステップS11において下部電極12上の圧電薄膜14の格子定数を測定する。図5(c)に示す構成のウェハを用いる場合、ステップS10において、下部電極12、圧電薄膜14及び上部電極16を成膜する。ステップS11において、下部電極12と上部電極16との間に設けられた圧電薄膜14の格子定数を測定する。図5(d)に示す構成のウェハを用いる場合、ステップS10において、下部電極12、圧電薄膜14、上部電極16及び温度補償膜19を成膜する。言い換えれば、温度補償膜19が挿入された圧電薄膜14を成膜する。ステップS11において、温度補償膜19が挿入された圧電薄膜14の格子定数を測定する。格子定数管理工程に用いるウェハの圧電薄膜14を、FBARにおける圧電薄膜14と同じ状況に置くことが好ましい。これにより、格子定数を精度高く測定することが可能となる。   When the wafer having the configuration shown in FIG. 5B is used in the lattice constant management step, the lower electrode 12 and the piezoelectric thin film 14 are formed in step S10 of FIG. In step S11, the lattice constant of the piezoelectric thin film 14 on the lower electrode 12 is measured. When the wafer having the configuration shown in FIG. 5C is used, the lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, and the upper electrode 16 are formed in step S10. In step S11, the lattice constant of the piezoelectric thin film 14 provided between the lower electrode 12 and the upper electrode 16 is measured. When the wafer having the configuration shown in FIG. 5D is used, the lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, the upper electrode 16, and the temperature compensation film 19 are formed in step S10. In other words, the piezoelectric thin film 14 with the temperature compensation film 19 inserted is formed. In step S11, the lattice constant of the piezoelectric thin film 14 in which the temperature compensation film 19 is inserted is measured. It is preferable to place the piezoelectric thin film 14 of the wafer used in the lattice constant management process in the same situation as the piezoelectric thin film 14 in the FBAR. As a result, the lattice constant can be measured with high accuracy.

前述のように格子定数管理工程に製品ウェハを用いてもよいし、ダミーウェハ及び製品ウェハの両方を用いてもよい。格子定数管理工程を経た製品ウェハにより、FBARを形成することができる。図6のステップS12においてNoと判定された場合、製品ウェハは廃棄してもよいし製品ウェハを用いてFBARを形成してもよい。   As described above, a product wafer may be used in the lattice constant management process, or both a dummy wafer and a product wafer may be used. The FBAR can be formed by the product wafer that has undergone the lattice constant management process. When it is determined No in step S12 of FIG. 6, the product wafer may be discarded or the FBAR may be formed using the product wafer.

なお、実施例1では格子定数cを所定の値c以下に調整する例を示したが、例えば格子定数cを所定の値c以上に調整してもよい。つまり格子定数cが所定の値cより小さい場合(図6のステップS12においてYes)、ステップS13において成膜条件を調整する。これにより格子定数cを所定の値c以上とし、所望の電気機械結合定数k33 を得ることができる。 Although the lattice constant c in Example 1 shows an example of adjusting to a predetermined value c 0 or less, for example, a lattice constant c may be adjusted to a predetermined value c 0 or more. That is, when the lattice constant c is a predetermined value c 0 smaller (Yes in step S12 in FIG. 6) to adjust the deposition conditions in step S13. Thereby, the lattice constant c is set to a predetermined value c 0 or more, and a desired electromechanical coupling constant k 33 2 can be obtained.

圧電薄膜14は、AlN及びZnO以外のウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなるとしてもよい。下部電極12及び上部電極16は、二層構造としたが単層構造でもよいし、三層以上の構造でもよい。下部電極12及び上部電極16の材料として、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)等の金属を用いることができる。下部電極12は空隙18に露出してもよいし、露出しなくてもよい。   The piezoelectric thin film 14 may be made of a piezoelectric body having a wurtzite crystal structure other than AlN and ZnO. The lower electrode 12 and the upper electrode 16 have a two-layer structure, but may have a single-layer structure or a structure of three or more layers. As materials for the lower electrode 12 and the upper electrode 16, aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt), ruthenium (Ru) Metals such as rhodium (Rh) and iridium (Ir) can be used. The lower electrode 12 may be exposed to the gap 18 or may not be exposed.

実施例2は電気機械結合定数k33 の分布を低減する例である。表2は圧電薄膜14の面内の異なる位置C1〜C3における配向性及び電気機械結合定数k33 の測定結果を示す表である。

Figure 0005848549
表2に示すように、位置C1〜C3のいずれにおいてもFWHM1は1.3degであり、FWHM2は2.7degである。言い換えれば、位置C1〜C3における配向性は同じである。これに対し、位置C1におけるk33 は6.07%、位置C2におけるk33 は6.19%、位置C3におけるk33 は6.25%である。このように、圧電薄膜14の面内において電気機械結合定数k33 に差異が生じることがある。このため、圧電薄膜共振子の周波数特性が不安定になることがある。 The second embodiment is an example in which the distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2 is reduced. Table 2 is a table showing the measurement results of the orientation and the electromechanical coupling constant k 33 2 at different positions C1~C3 within the plane of the piezoelectric thin film 14.
Figure 0005848549
As shown in Table 2, FWHM1 is 1.3 deg and FWHM2 is 2.7 deg at any of positions C1 to C3. In other words, the orientations at the positions C1 to C3 are the same. On the other hand, k 33 2 at the position C1 is 6.07%, k 33 2 at the position C2 is 6.19%, and k 33 2 at the position C3 is 6.25%. Thus, a difference may occur in the electromechanical coupling constant k 33 2 in the plane of the piezoelectric thin film 14. For this reason, the frequency characteristics of the piezoelectric thin film resonator may become unstable.

電気機械結合定数k33 の分布の原因について説明する。圧電薄膜14は例えばスパッタリング法により成膜される。スパッタリング法を行うと、圧電薄膜14の表面温度は100℃程度となることがある。圧電薄膜14をスパッタリング装置から取り出した際、温度変化により熱応力が圧電薄膜14に残留することがある。また、成膜時に圧電薄膜14に生じうる格子欠陥により残留応力が生じることもある。残留応力の分布は、格子定数cの分布、又は比c/aの分布の原因となる。格子定数cの分布、又は比c/aの分布が、表2に示したような電気機械結合定数k33 の分布の原因となることがある。 It will be described the cause of the distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2. The piezoelectric thin film 14 is formed by sputtering, for example. When the sputtering method is performed, the surface temperature of the piezoelectric thin film 14 may be about 100 ° C. When the piezoelectric thin film 14 is taken out of the sputtering apparatus, thermal stress may remain in the piezoelectric thin film 14 due to temperature changes. Further, residual stress may occur due to lattice defects that may occur in the piezoelectric thin film 14 during film formation. The distribution of the residual stress causes the distribution of the lattice constant c or the distribution of the ratio c / a. Distribution of the lattice constant c, or distribution of the ratio c / a is sometimes cause distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2 as shown in Table 2.

電気機械結合定数k33 の分布を低減するためには、格子定数の分布を低減すればよい。実施例2に係るFBARの製造方法は、格子定数の分布を低減するための分布低減工程を含む。図8は実施例2に係る圧電薄膜共振子の製造方法を例示するフローチャートである。なお分布低減工程には製品ウェハを使用する。 In order to reduce the distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2, the distribution of the lattice constant may be reduced. The method for manufacturing an FBAR according to the second embodiment includes a distribution reduction process for reducing the distribution of the lattice constant. FIG. 8 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the piezoelectric thin film resonator according to the second embodiment. A product wafer is used for the distribution reduction process.

図8に示すステップS10は図6に示したものと同じである。圧電薄膜14の面内における格子定数cを測定する(ステップS11)。実施例2においては、圧電薄膜14の面内の複数の箇所において格子定数cを測定する。言い換えれば圧電薄膜14の面内における格子定数cの分布を測定する。ステップS12及びS13は図6に示したものと同じである。ステップS12においてYesの場合、圧電薄膜14の面内における格子定数cの分布が大きいか判断する(ステップS14)。例えば複数箇所において測定された格子定数cの最大値と最小値との差Δcが所定の値Δc以上であるか判断する。Yesの場合、FBARを形成するための後工程を行う(ステップS15)。例えば製品ウェハが図5(b)に示した構成である場合、後工程として上部電極16を設ける工程、及び空隙18を形成する工程を行う。ステップS14においてNoの場合、後工程を行う(ステップS16)。ステップS16の後、面内における格子定数cの分布を低減させる(ステップS17)。ステップS14の後、又はステップS17の後、工程は終了する。 Step S10 shown in FIG. 8 is the same as that shown in FIG. The lattice constant c in the plane of the piezoelectric thin film 14 is measured (step S11). In Example 2, the lattice constant c is measured at a plurality of locations in the plane of the piezoelectric thin film 14. In other words, the distribution of the lattice constant c in the plane of the piezoelectric thin film 14 is measured. Steps S12 and S13 are the same as those shown in FIG. If Yes in step S12, it is determined whether the distribution of the lattice constant c in the plane of the piezoelectric thin film 14 is large (step S14). For example, it is determined whether the difference Δc between the maximum value and the minimum value of the lattice constant c measured at a plurality of locations is equal to or greater than a predetermined value Δc 0 . In the case of Yes, the post-process for forming FBAR is performed (step S15). For example, when the product wafer has the configuration shown in FIG. 5B, a step of providing the upper electrode 16 and a step of forming the air gap 18 are performed as a post process. In the case of No in step S14, a post process is performed (step S16). After step S16, the distribution of the lattice constant c in the plane is reduced (step S17). After step S14 or after step S17, the process ends.

格子定数の分布を低減させるための具体的な方法について説明する。格子定数の分布を低減するためには、残留応力の分布を低減すればよい。残留応力の分布を低減するために、例えば上部電極16の残留応力を用いることができる。上部電極16中の残留応力の分布は、例えば上部電極16の成膜圧力等の成膜条件を変更することにより生成する。図9(a)及び図9(b)は上部電極の残留応力による格子定数の分布低減を模式的に例示する断面図である。図9(a)及び図9(b)はFBARのうち圧電薄膜14及び上部電極16を抜き出して、かつハッチングを省略して図示したものである。なお、図の簡略化のため、圧電薄膜14と上部電極16とは同程度の厚さとしている。ブロック矢印は強い残留応力を表し、実線の矢印は弱い残留応力を表す。強い残留応力とは絶対値が大きい残留応力を意味し、弱い残留応力とは絶対値が小さい残留応力を意味する。   A specific method for reducing the distribution of the lattice constant will be described. In order to reduce the lattice constant distribution, the residual stress distribution may be reduced. In order to reduce the distribution of the residual stress, for example, the residual stress of the upper electrode 16 can be used. The distribution of the residual stress in the upper electrode 16 is generated by changing the film formation conditions such as the film formation pressure of the upper electrode 16, for example. FIG. 9A and FIG. 9B are cross-sectional views schematically illustrating the reduction in lattice constant distribution due to the residual stress of the upper electrode. FIGS. 9A and 9B show the FBAR with the piezoelectric thin film 14 and the upper electrode 16 extracted and with hatching omitted. For simplification of the drawing, the piezoelectric thin film 14 and the upper electrode 16 have the same thickness. Block arrows represent strong residual stresses, and solid arrows represent weak residual stresses. A strong residual stress means a residual stress having a large absolute value, and a weak residual stress means a residual stress having a small absolute value.

図9(a)に示す例では、圧電薄膜14の残留応力は引張応力である。圧電薄膜14の中心部には弱い残留応力が存在する。圧電薄膜14の周辺部には強い残留応力が存在する。このように圧電薄膜14の残留応力は面内において異なる大きさを有することがある。その一方、上部電極16の中心部には強い残留応力が存在する。上部電極16の周辺部には弱い残留応力が存在する。上部電極146の残留応力は引張応力である。圧電薄膜14の中心部には、上部電極16の中心部の強い残留応力が加わる。圧電薄膜14の周辺部には、上部電極16の周辺部の弱い残留応力が加わる。この結果、圧電薄膜14の残留応力は中心部と周辺部とで同程度の大きさとなる。言い換えれば、圧電薄膜14の残留応力の分布は低減される。この結果、圧電薄膜14の格子定数cの分布も低減される。   In the example shown in FIG. 9A, the residual stress of the piezoelectric thin film 14 is a tensile stress. A weak residual stress exists at the center of the piezoelectric thin film 14. A strong residual stress exists in the periphery of the piezoelectric thin film 14. Thus, the residual stress of the piezoelectric thin film 14 may have different magnitudes in the plane. On the other hand, a strong residual stress exists at the center of the upper electrode 16. A weak residual stress exists in the periphery of the upper electrode 16. The residual stress of the upper electrode 146 is a tensile stress. The strong residual stress of the central portion of the upper electrode 16 is applied to the central portion of the piezoelectric thin film 14. The weak residual stress of the peripheral portion of the upper electrode 16 is applied to the peripheral portion of the piezoelectric thin film 14. As a result, the residual stress of the piezoelectric thin film 14 is approximately the same in the central portion and the peripheral portion. In other words, the residual stress distribution of the piezoelectric thin film 14 is reduced. As a result, the distribution of the lattice constant c of the piezoelectric thin film 14 is also reduced.

図9(b)に示す例では、圧電薄膜14の中心部には弱い圧縮応力が存在し、周辺部には強い圧縮応力が存在する。上部電極16の中心部には弱い引張応力が存在し、周辺部には強い引張応力が存在する。圧電薄膜14と上部電極16とでは、残留応力の方向が反対である。従って、圧電薄膜14の残留応力と上部電極16の残留応力とは打ち消し合う。この結果、圧電薄膜14の残留応力の分布は低減される。より効果的に残留応力の分布を低減するためには、圧電薄膜14と上部電極16とが接触することが好ましい。   In the example shown in FIG. 9B, a weak compressive stress exists in the central portion of the piezoelectric thin film 14, and a strong compressive stress exists in the peripheral portion. A weak tensile stress exists at the center of the upper electrode 16 and a strong tensile stress exists at the periphery. The piezoelectric thin film 14 and the upper electrode 16 have opposite directions of residual stress. Therefore, the residual stress of the piezoelectric thin film 14 and the residual stress of the upper electrode 16 cancel each other. As a result, the residual stress distribution of the piezoelectric thin film 14 is reduced. In order to more effectively reduce the distribution of residual stress, the piezoelectric thin film 14 and the upper electrode 16 are preferably in contact with each other.

格子定数の分布の低減を検証した実験について説明する。実験では図9(a)及び図9(b)に示したように、上部電極16により圧電薄膜14の残留応力の分布を低減することで、格子定数の分布を低減した。圧電薄膜14はAlNからなる。上部電極16は、圧電薄膜14に近い方からCr層とRu層とを積層したものである。圧電薄膜14の厚さは1200nm、上部電極16の厚さは250nmである。   An experiment verifying the reduction of the lattice constant distribution will be described. In the experiment, as shown in FIG. 9A and FIG. 9B, the distribution of the lattice constant was reduced by reducing the distribution of residual stress of the piezoelectric thin film 14 by the upper electrode 16. The piezoelectric thin film 14 is made of AlN. The upper electrode 16 is formed by laminating a Cr layer and a Ru layer from the side closer to the piezoelectric thin film 14. The piezoelectric thin film 14 has a thickness of 1200 nm, and the upper electrode 16 has a thickness of 250 nm.

図10は格子定数の分布を示すグラフである。横軸は圧電薄膜14の面内における位置(面内位置)1〜10を表す。縦軸は格子定数cを表す。黒丸は分布低減前における格子定数、白丸は分布低減後における格子定数をそれぞれ表す。分布低減前とは上部電極形成前を意味し、分布低減後とは上部電極形成後を意味する。図10に黒丸で示すように、分布低減前は最小の格子定数が約4.985Å、最大の格子定数が約4.99Åである。これに対し図19に白丸で示すように、分布低減後は最小の格子定数が約4.983Å、最大の格子定数が約4.984Åである。このように格子定数cの分布が大きく低減される。   FIG. 10 is a graph showing the distribution of lattice constants. The horizontal axis represents positions (in-plane positions) 1 to 10 in the plane of the piezoelectric thin film 14. The vertical axis represents the lattice constant c. A black circle represents a lattice constant before the distribution is reduced, and a white circle represents a lattice constant after the distribution is reduced. Before the distribution reduction means before the upper electrode formation, and after the distribution reduction means after the upper electrode formation. As shown by black circles in FIG. 10, before the distribution is reduced, the minimum lattice constant is about 4.985 約 and the maximum lattice constant is about 4.99Å. On the other hand, as shown by white circles in FIG. 19, after the distribution is reduced, the minimum lattice constant is about 4.983 and the maximum lattice constant is about 4.984. Thus, the distribution of the lattice constant c is greatly reduced.

実施例2によれば、圧電薄膜14の格子定数の分布を測定する工程と、格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、格子定数の分布を低減する工程と、を行う。圧電薄膜14の格子定数の分布が低減されることにより、電気機械結合定数k33 の分布も低減される。この結果、FBARの特性が安定する。 According to the second embodiment, the step of measuring the lattice constant distribution of the piezoelectric thin film 14 and the step of reducing the lattice constant distribution when the lattice constant distribution is equal to or larger than a predetermined size are performed. By distribution of the lattice constant of the piezoelectric thin film 14 is reduced, the distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2 is also reduced. As a result, the characteristics of the FBAR are stabilized.

図8に示すように、格子定数の分布を低減する工程(ステップS17)は、成膜条件を変更する工程(ステップS13)の後に行われる。従って、所望の電気機械結合定数k33 を有する圧電薄膜14において、電気機械結合定数k33 の分布が低減される。この結果、FBARの特性がより安定する。 As shown in FIG. 8, the step of reducing the distribution of lattice constant (step S17) is performed after the step of changing the film formation conditions (step S13). Accordingly, in the piezoelectric thin film 14 having a desired electromechanical coupling constant k 33 2, the distribution of the electromechanical coupling constant k 33 2 is reduced. As a result, the characteristics of the FBAR are more stable.

図8のステップS11において説明したように、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは同時に行われる。言い換えれば、ステップS11において測定した格子定数cの値を用いて、ステップS12、及びステップS14の両方を行う。このため工程を簡略化することができる。ただし、格子定数を測定する工程と、格子定数の分布を測定する工程とは別個に行われてもよい。例えば、図8のステップS12の後であってステップS14の前に、格子定数の分布を測定する工程を行ってもよい。なお格子定数の比c/aの分布を低減してもよい。格子定数c及び格子定数の比c/aの一方又は両方の分布を低減してもよい。   As described in step S11 of FIG. 8, the step of measuring the lattice constant and the step of measuring the distribution of the lattice constant are performed simultaneously. In other words, both step S12 and step S14 are performed using the value of the lattice constant c measured in step S11. For this reason, a process can be simplified. However, the step of measuring the lattice constant and the step of measuring the distribution of the lattice constant may be performed separately. For example, a step of measuring the lattice constant distribution may be performed after step S12 of FIG. 8 and before step S14. The distribution of the lattice constant ratio c / a may be reduced. The distribution of one or both of the lattice constant c and the ratio c / a of the lattice constant may be reduced.

図9(a)及び図9(b)には上部電極16の残留応力により、圧電薄膜14の残留応力の分布を低減する例を示した。言い換えれば、図8のステップS17に示した格子定数の分布を低減する工程は、上部電極16を設ける工程である。残留応力の分布を低減するために、他の方法を用いてもよい。付加膜を用いる例を実施例2の変形例とする。   9A and 9B show an example in which the residual stress distribution of the piezoelectric thin film 14 is reduced by the residual stress of the upper electrode 16. In other words, the step of reducing the lattice constant distribution shown in step S17 of FIG. 8 is a step of providing the upper electrode 16. Other methods may be used to reduce the distribution of residual stress. An example using an additional film is a modification of the second embodiment.

図11は実施例2の変形例に係るFBARを例示する断面図である。図1(a)及び図1(b)において既述した構成については、説明を省略する。図11に示すように、FBAR110は付加膜30を備える。付加膜30は、上部電極16上に設けられている。付加膜30は例えばSiO、窒化シリコン(SiN)等の絶縁体から形成されてもよいし、金属から形成されてもよい。上部電極16の残留応力と付加膜30の残留応力とにより、圧電薄膜14の残留応力を緩和することができる。 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an FBAR according to a modification of the second embodiment. The description of the configuration already described in FIGS. 1A and 1B is omitted. As shown in FIG. 11, the FBAR 110 includes an additional film 30. The additional film 30 is provided on the upper electrode 16. The additional film 30 may be formed of an insulator such as SiO 2 or silicon nitride (SiN), or may be formed of a metal. The residual stress of the piezoelectric thin film 14 can be relaxed by the residual stress of the upper electrode 16 and the residual stress of the additional film 30.

また、ステップS17は圧電薄膜14を加熱する工程でもよい。圧電薄膜14を例えば600℃まで加熱することで、残留応力の分布を低減することができる。FBARの製造工程における最高温度よりも高い温度まで圧電薄膜14を加熱することが好ましい。上部電極16の残留応力による分布の低減、加熱による分布の低減の両方を行ってもよい。   Step S17 may be a step of heating the piezoelectric thin film 14. The residual stress distribution can be reduced by heating the piezoelectric thin film 14 to, for example, 600 ° C. It is preferable to heat the piezoelectric thin film 14 to a temperature higher than the maximum temperature in the FBAR manufacturing process. Both the reduction of the distribution due to the residual stress of the upper electrode 16 and the reduction of the distribution due to heating may be performed.

圧電薄膜14の加熱は上部電極16を形成する前、形成する後のどちらでもよい。言い換えれば、ステップS16をステップS17の後に行ってもよい。図9(a)及び図9(b)に示したように、上部電極16を設けることで、分布低減が可能となる。言い換えれば、ステップS16はステップS17を含んでもよい。   The piezoelectric thin film 14 may be heated before or after the upper electrode 16 is formed. In other words, step S16 may be performed after step S17. As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, the distribution can be reduced by providing the upper electrode 16. In other words, step S16 may include step S17.

格子定数の分布が大きいとは、例えば複数箇所において測定された格子定数cの最大値と最小値との差Δcが大きいことを意味する。図8のステップS14においてΔcが、所定の値Δc以上であるか判断する。ΔcがΔc以上である場合、Yesと判断される。また格子定数cの標準偏差等を用いて分布の大きさを判断してもよい。 A large lattice constant distribution means that, for example, the difference Δc between the maximum value and the minimum value of the lattice constant c measured at a plurality of locations is large. .DELTA.c in step S14 of FIG. 8, it is determined whether the predetermined value .DELTA.c 0 or more. If Δc is equal to or greater than Δc 0, it is determined as Yes. Further, the size of the distribution may be determined using the standard deviation of the lattice constant c.

実施例1及び実施例2それぞれに係る製造方法は、他の弾性波デバイスにも適用可能である。図12(a)から図13(b)は弾性波デバイスの別の例を例示する断面図である。図1(a)及び図1(b)において既述した構成については、説明を省略する。   The manufacturing method according to each of Example 1 and Example 2 can be applied to other acoustic wave devices. 12A to 13B are cross-sectional views illustrating another example of the acoustic wave device. The description of the configuration already described in FIGS. 1A and 1B is omitted.

図12(a)に示すように、FBAR120の基板10には空隙32が形成されている。空隙32は、下部電極12、圧電薄膜14及び上部電極16と重なる。下部電極12は空隙32に露出している。空隙32は、例えばエッチング法等により基板10の一部を除去することで形成される。空隙32は、基板10を厚さ方向に貫通してもよい。   As shown in FIG. 12A, a gap 32 is formed in the substrate 10 of the FBAR 120. The gap 32 overlaps the lower electrode 12, the piezoelectric thin film 14, and the upper electrode 16. The lower electrode 12 is exposed in the gap 32. The gap 32 is formed by removing a part of the substrate 10 by an etching method or the like, for example. The gap 32 may penetrate the substrate 10 in the thickness direction.

図12(b)に示すように、SMR130は音響反射膜34を備える。音響反射膜34は基板10と下部電極12との間に設けられている。音響反射膜34は、音響インピーダンスが高い膜と音響インピーダンスが低い膜との積層膜である。   As shown in FIG. 12B, the SMR 130 includes an acoustic reflection film 34. The acoustic reflection film 34 is provided between the substrate 10 and the lower electrode 12. The acoustic reflection film 34 is a laminated film of a film having a high acoustic impedance and a film having a low acoustic impedance.

図13(a)に示すように、弾性波共振子140は、圧電膜31、第1支持基板38、第2支持基板40、及び電極42を備える。第1支持基板38の下面は第2支持基板40と、例えば表面活性化接合、樹脂接合等により接合されている。第1支持基板38の上面には圧電膜31が設けられている。第1支持基板38には、第1支持基板38を厚さ方向に貫通する孔部が形成されている。孔部は圧電膜31と第2支持基板40との間の空隙44として機能する。圧電膜31の上面の空隙44と重なる領域には電極42が設けられている。圧電膜31は例えばAlN等のように、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電体からなる。弾性波共振子140はラム波を利用する共振子である。   As shown in FIG. 13A, the acoustic wave resonator 140 includes a piezoelectric film 31, a first support substrate 38, a second support substrate 40, and an electrode 42. The lower surface of the first support substrate 38 is bonded to the second support substrate 40 by, for example, surface activation bonding, resin bonding, or the like. A piezoelectric film 31 is provided on the upper surface of the first support substrate 38. The first support substrate 38 is formed with a hole that penetrates the first support substrate 38 in the thickness direction. The hole functions as a gap 44 between the piezoelectric film 31 and the second support substrate 40. An electrode 42 is provided in a region overlapping the gap 44 on the upper surface of the piezoelectric film 31. The piezoelectric film 31 is made of a piezoelectric material having a wurtzite crystal structure, such as AlN. The elastic wave resonator 140 is a resonator using Lamb waves.

図13(b)に示すように、FBAR150は温度補償膜19を備える。温度補償膜19は圧電薄膜14に挿入され、圧電薄膜14と接触している。温度補償膜19の弾性定数の温度係数の符号は、圧電薄膜14の弾性定数の温度係数の符号と反対である。従って、FBAR150の温度特性が安定する。なお、図12(a)から図13(a)に示した弾性波デバイスが温度補償膜19を備えてもよい。実施例1又は実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法により、図12(a)から図13(b)に示したような弾性波デバイスを製造することができる。実施例1又は実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法は、共振子を備えるフィルタ及びデュプレクサ、並びにフィルタ及びデュプレクサ等を含むモジュール等の弾性波デバイスの製造方法にも適用可能である。   As shown in FIG. 13B, the FBAR 150 includes a temperature compensation film 19. The temperature compensation film 19 is inserted into the piezoelectric thin film 14 and is in contact with the piezoelectric thin film 14. The sign of the temperature coefficient of the elastic constant of the temperature compensation film 19 is opposite to the sign of the temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric thin film 14. Therefore, the temperature characteristics of the FBAR 150 are stabilized. Note that the acoustic wave device shown in FIGS. 12A to 13A may include the temperature compensation film 19. With the method for manufacturing an acoustic wave device according to Example 1 or Example 2, an acoustic wave device as shown in FIGS. 12A to 13B can be manufactured. The method for manufacturing an acoustic wave device according to Example 1 or Example 2 can also be applied to a method for manufacturing an acoustic wave device such as a filter and a duplexer including a resonator, and a module including the filter and the duplexer.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 基板
12 下部電極
14 圧電薄膜
16 上部電極
17 共振領域
18、32、44 空隙
19 温度補償膜
31 圧電膜
100、110、120、150 FBAR
130 SMR
140 弾性波共振子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Lower electrode 14 Piezoelectric thin film 16 Upper electrode 17 Resonance region 18, 32, 44 Air gap 19 Temperature compensation film 31 Piezoelectric film 100, 110, 120, 150 FBAR
130 SMR
140 Elastic wave resonator

Claims (7)

ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、
前記圧電膜のc軸方向の格子定数及びa軸方向の格子定数を測定する工程と、
前記c軸方向の格子定数と前記a軸方向の格子定数との比が所定の値以上である場合に、前記格子定数の前記比前記所定の値より小さくなるように、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
Forming a piezoelectric film having a wurtzite crystal structure;
Measuring a lattice constant in the c-axis direction and a lattice constant in the a-axis direction of the piezoelectric film;
When the ratio between the c-axis direction of the lattice constant between the a-axis direction of the lattice constant is a predetermined value or more, so that the ratio of the lattice constant is smaller than the predetermined value, forming the piezoelectric film And a step of changing a film forming condition of the piezoelectric film in the step of forming a film.
圧電膜と前記圧電膜を挟む下部電極および上部電極とを備える圧電薄膜共振子を製造する弾性波デバイスの製造方法であって、
前記下部電極上にウルツ鉱型結晶構造を有する前記圧電膜を成膜する工程と、
c軸方向の格子定数を測定する工程と、
前記c軸方向の格子定数が所定の値以上である場合に、前記格子定数が前記所定の値より小さくなるように、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
An acoustic wave device manufacturing method for manufacturing a piezoelectric thin film resonator comprising a piezoelectric film and a lower electrode and an upper electrode sandwiching the piezoelectric film,
Depositing the piezoelectric film having a wurtzite crystal structure on the lower electrode;
measuring the lattice constant in the c-axis direction;
When the lattice constant in the c-axis direction is equal to or greater than a predetermined value, the film formation conditions of the piezoelectric film in the step of forming the piezoelectric film are changed so that the lattice constant is smaller than the predetermined value. And a method of manufacturing an acoustic wave device.
ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電膜を成膜する工程と、
前記圧電膜の格子定数を測定する工程と、
前記格子定数に基づいて、前記圧電膜を成膜する工程における前記圧電膜の成膜条件を変更する工程と、
前記圧電膜の面内における前記圧電膜の格子定数の分布を測定する工程と、
前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布が所定の大きさ以上である場合、前記圧電膜の面内における前記格子定数の分布を低減する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
Forming a piezoelectric film having a wurtzite crystal structure;
Measuring the lattice constant of the piezoelectric film;
Changing the film forming conditions of the piezoelectric film in the step of forming the piezoelectric film based on the lattice constant;
Measuring the distribution of the lattice constant of the piezoelectric film in the plane of the piezoelectric film;
And a step of reducing the distribution of the lattice constant in the plane of the piezoelectric film when the distribution of the lattice constant in the plane of the piezoelectric film is equal to or greater than a predetermined size. Manufacturing method.
前記格子定数の分布を低減する工程は、前記成膜条件を変更する工程の後に行われることを特徴とする請求項3記載の弾性波デバイスの製造方法。   The method for manufacturing an acoustic wave device according to claim 3, wherein the step of reducing the distribution of the lattice constant is performed after the step of changing the film formation conditions. 前記格子定数を測定する工程と、前記格子定数の分布を測定する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項3又は4記載の弾性波デバイスの製造方法。   5. The method for manufacturing an acoustic wave device according to claim 3, wherein the step of measuring the lattice constant and the step of measuring the distribution of the lattice constant are performed simultaneously. 前記圧電膜を成膜する工程は、前記弾性波デバイスの基板上又は下部電極上に圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記基板上又は前記下部電極上に成膜された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項1および3から5いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
The step of forming the piezoelectric film is a step of forming a piezoelectric film on the substrate or the lower electrode of the acoustic wave device,
6. The step of measuring the lattice constant is a step of measuring a lattice constant of a piezoelectric film formed on the substrate or the lower electrode. Manufacturing method of elastic wave device.
前記圧電膜を成膜する工程は、温度補償膜が挿入された圧電膜を成膜する工程であり、
前記格子定数を測定する工程は、前記温度補償膜が挿入された圧電膜の格子定数を測定する工程であることを特徴とする請求項1から6いずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
The step of forming the piezoelectric film is a step of forming a piezoelectric film in which a temperature compensation film is inserted,
7. The method of manufacturing an acoustic wave device according to claim 1, wherein the step of measuring the lattice constant is a step of measuring a lattice constant of the piezoelectric film in which the temperature compensation film is inserted. .
JP2011180818A 2011-08-22 2011-08-22 Method for manufacturing acoustic wave device Active JP5848549B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011180818A JP5848549B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Method for manufacturing acoustic wave device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011180818A JP5848549B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Method for manufacturing acoustic wave device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013046110A JP2013046110A (en) 2013-03-04
JP5848549B2 true JP5848549B2 (en) 2016-01-27

Family

ID=48009708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011180818A Active JP5848549B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Method for manufacturing acoustic wave device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5848549B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102066960B1 (en) * 2016-08-03 2020-01-16 삼성전기주식회사 Film bulk acoustic resonator and filter including the same
JP7068011B2 (en) * 2018-04-06 2022-05-16 太陽誘電株式会社 Piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers
CN110957989B (en) * 2018-09-26 2024-01-26 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Thin film bulk acoustic resonator and method for manufacturing the same
JP7290941B2 (en) 2018-12-27 2023-06-14 太陽誘電株式会社 Acoustic wave devices, filters and multiplexers

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3925132B2 (en) * 2000-09-27 2007-06-06 セイコーエプソン株式会社 Surface acoustic wave device, frequency filter, frequency oscillator, electronic circuit, and electronic device
JP4478910B2 (en) * 2001-05-11 2010-06-09 宇部興産株式会社 Piezoelectric thin film resonator
JP3953315B2 (en) * 2001-12-26 2007-08-08 宇部興産株式会社 Aluminum nitride thin film-metal electrode laminate and thin film piezoelectric resonator using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013046110A (en) 2013-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5815329B2 (en) Elastic wave device
US6906451B2 (en) Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, duplexer, communication apparatus, and method for manufacturing piezoelectric resonator
JP5905677B2 (en) Piezoelectric thin film resonator and manufacturing method thereof
USRE47989E1 (en) Acoustic wave device
US10541668B2 (en) Acoustic resonator and method of manufacturing the same
CN203851109U (en) Composite substrate
JP5957376B2 (en) Piezoelectric thin film resonator
US9444429B2 (en) Piezoelectric thin-film resonator, method for fabricating same, filter and duplexer having an interposed film
US9929714B2 (en) Temperature compensated bulk acoustic wave resonator with a high coupling coefficient
CN111566932A (en) Manufacturing method of bulk acoustic wave resonator with reduced parasitic capacitance
JP5848549B2 (en) Method for manufacturing acoustic wave device
US11108375B2 (en) Acoustic wave device, method of fabricating the same, filter, and multiplexer
CN114124023A (en) A kind of multilayer homogeneous piezoelectric structure and preparation method
JP2004048639A (en) Piezoelectric resonator and manufacturing method thereof
JP7340349B2 (en) Piezoelectric thin film resonator and its manufacturing method, filter and multiplexer
JP6142444B2 (en) Topography structure and manufacturing method thereof
US20220158618A1 (en) Piezoelectric vibrator and manufacturing method therefor
DeMiguel-Ramos et al. The influence of acoustic reflectors on the temperature coefficient of frequency of solidly mounted resonators
JP7288307B2 (en) Acoustic wave device and its manufacturing method, filter and multiplexer
CN111525905A (en) Bulk acoustic wave resonator, semiconductor device, mass load manufacturing method, and electronic apparatus
CN117879535B (en) BAW filter and manufacturing method thereof
JP6892061B2 (en) Manufacturing method of bulk elastic wave resonator
TW202205704A (en) Bulk-acoustic wave resonator and method for fabricating a bulk-acoustic wave resonator
Soltani et al. Theoretical and experimental investigation of Lamb waves characteristics in AlN/TiN and AlN/TiN/NCD composite membranes
Shiha et al. The Bragg Reflector Layer of Low Surface Roughness Based on Solidly Mounted Resonators

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140611

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150501

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150519

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151027

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151127

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5848549

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250