JP5650553B2 - 弾性波デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波デバイスの製造方法に関し、特に、薄い圧電層を利用した弾性波デバイスの製造方法に関する。

弾性波を利用した弾性波デバイスの１つとして弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイスが知られている。ＳＡＷデバイスは、小型軽量で高減衰量を得られることから、例えば携帯電話等の移動体通信のフィルタとして用いられている。

近年、ＳＡＷデバイスを発展させたデバイスとして、薄い圧電層を利用したラム波デバイスや圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic resonator）等が提案されている（例えば、特許文献１）。薄い圧電層を利用した弾性波デバイスは、例えば、凹部が設けられた支持基板が圧電層に貼り付けられ、凹部によって形成された中空部の上方にあたる部分の圧電層の上面又は上下面に電極が設けられた構成をしている。

特開２０１０−１３６３１７号公報

薄い圧電層を利用した弾性波デバイスの製造方法として様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１では、支持基板に予め中空部となるべき領域に凹部を形成して、凹部を犠牲層で埋め込んでおく。そして、その支持基板に圧電基板を接合させた後、圧電基板を薄層化させて圧電層を形成し、圧電層の上面に電極を形成する。最後に、予め設けておいたバイアホールから犠牲層を除去して中空部を形成する製造方法が開示されている。

このように、凹部内を犠牲層で埋め込んだ支持基板に圧電基板を接合させて圧電基板を薄層化することで、凹部内を犠牲層で埋め込まなかった支持基板に圧電基板を接合させて圧電基板を薄層化する場合に比べて、圧電層の膜厚が不均一になることを抑制できる（特許文献１の０１４２段落及び図３６）。しかしながら、生産性、製造容易性の点を考慮すると、製造方法に未だ改善の余地が残されている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、優れたデバイス特性を有する弾性波デバイスを、優れた生産性で容易に製造することが可能な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。

本発明は、第１支持基板の上面に凹部を形成する工程と、前記凹部に犠牲層を埋め込む工程と、前記第１支持基板の前記犠牲層が形成された上面に圧電基板を接合する工程と、前記圧電基板を接合する工程の後に前記圧電基板を薄層化させて圧電層を形成する工程と、前記圧電層の上面に、前記犠牲層の上方に位置する第１電極を形成する工程と、前記第１電極を形成する工程の後に前記犠牲層が露出するまで前記第１支持基板を薄層化する工程と、露出された前記犠牲層を除去して、前記第１支持基板に前記第１電極の下方に位置する孔部を形成する工程と、前記孔部を形成する工程の後に前記第１支持基板の下面に第２支持基板を接合する工程と、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、圧電層の膜厚が均一で、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔した、優れたデバイス特性を有する弾性波デバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

上記構成において、前記圧電基板を接合する工程の前に前記圧電基板の下面に絶縁膜を形成する工程を有し、前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板に前記圧電基板の前記絶縁膜が形成された下面を接合する工程である構成とすることができる。この構成によれば、膜厚が均一な圧電層を有し、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔し、圧電層の下面に温度補償層として機能する絶縁膜を有するＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

上記構成において、前記圧電基板を接合する工程の前に前記圧電基板の下面に第２電極を形成する工程を有し、前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板に前記圧電基板の前記第２電極が形成された下面を接合する工程であり、前記第１電極を形成する工程は、前記第２電極の上方に位置する前記第１電極を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、膜厚が均一な圧電層を有し、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔した圧電薄膜共振子を、優れた生産性で容易に製造することができる。

上記構成において、前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に第１圧電基板を接合する工程と、前記第１圧電基板を接合した後に前記第１圧電基板を薄層化させて形成した第１圧電層の上面に、前記第１圧電基板と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電基板を接合する工程と、を有し、前記圧電層を形成する工程は、前記第２圧電基板を薄層化させて第２圧電層とすることで、前記第１圧電層と前記第２圧電層とからなる前記圧電層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、分極方向が逆方向の第１圧電層と第２圧電層とからなる圧電層の膜厚が均一で、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔した、優れたデバイス特性を有する弾性波デバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

上記構成において、前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に前記第１圧電基板を接合する工程であり、前記圧電層を形成する工程は、前記第１圧電基板を接合した後に前記第１圧電基板を薄層化させて第１圧電層を形成し、前記第１圧電層の上面に、前記第１圧電層と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電層を成膜することで、前記第１圧電層と前記第２圧電層とからなる前記圧電層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、分極方向が逆方向の第１圧電層と第２圧電層とからなる圧電層の膜厚が均一で、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔した、優れたデバイス特性を有する弾性波デバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

上記構成において、前記第１電極は、櫛歯電極を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記弾性波デバイスは、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電層が設けられた圧電薄膜共振子である構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層は、ＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３からなる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１支持基板及び前記第２支持基板は、Ｓｉ基板又はＳｉを主成分とする基板からなる構成とすることができる。

本発明によれば、圧電層の膜厚が均一で、圧電層の励振部が第１支持基板から離隔した、優れたデバイス特性を有する弾性波デバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

図１（ａ）から図１（ｆ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図の例である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）に、第１電極の模式図の例である。 図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスをフィルタとして用いた場合の模式図の例である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、シミュレーションを行った構造の断面模式図である。 図５は、シミュレーション結果である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を示す断面模式図（その１）の例である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を示す断面模式図（その２）の例である。 図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図（その１）の例である。 図９（ａ）から図９（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図（その２）の例である。 図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を示す断面模式図（その１）の例である。 図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を示す断面模式図（その２）の例である。 図１２（ａ）から図１２（ｅ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面模式図の例である。 図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図（その１）の例である。 図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図（その２）の例である。 図１５は、シミュレーションを行った構造の断面模式図である。 図１６は、シミュレーション結果である。 図１７（ａ）から図１７（ｄ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を示す断面模式図の例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

実施例１に係る弾性波デバイスは、ＳＡＷデバイスの場合の例である。まず、図１（ａ）から図１（ｆ）を用いて、実施例１に係る弾性波デバイスの第１の製造方法について説明する。図１（ａ）のように、第１支持基板１２の上面に圧電基板１０の下面を接合する。圧電基板１０は、例えばＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）基板やＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）基板を用いることができる。第１支持基板１２は、例えばＳｉ基板を用いることができる。圧電基板１０と第１支持基板１２との接合方法は、例えば表面活性化接合、樹脂接合等を用いることができる。

図１（ｂ）のように、第１支持基板１２に圧電基板１０を接合させた状態で圧電基板１０を薄層化させて、例えば厚さ５μｍの圧電層１４とする。圧電基板１０を薄層化させる方法は、研削、研磨等の機械加工を用いることができる。

図１（ｃ）のように、圧電層１４の上面に第１電極１６を形成する。第１電極１６の形成は、圧電層１４の上面全面に、例えば厚さ０．１μｍ〜０．５μｍのＡｌ（アルミニウム）又はＣｕ（銅）等の金属膜を、例えばスパッタ法や蒸着法を用いて形成した後、エッチング等により不要部分を除去することで行う。図２（ａ）及び図２（ｂ）に、第１電極１６の例を示す。第１電極１６は、図２（ａ）のように、櫛歯電極１８である場合でもよいし、図２（ｂ）のように、櫛歯電極１８の弾性波伝搬方向における両側に反射器２０が設けられている場合でもよい。

図１（ｄ）のように、第１支持基板１２を薄層化させて、例えば厚さ５０μｍとする。第１支持基板１２を薄層化させる方法は、図１（ｂ）の圧電基板１０を薄層化させる方法と同様に、研削、研磨等の機械加工を用いることができる。

図１（ｅ）のように、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２を除去して孔部２２を形成する。孔部２２が形成される領域は、第１電極１６が形成された領域より大きくする。即ち、第１電極１６が形成された領域において、圧電層１４の下方に孔部２２が形成される。孔部２２の形成方法は、ドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。

図１（ｆ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。これにより、孔部２２は中空部２６となり、中空部２６の上方にあたる部分の圧電層１４の上面に第１電極１６が設けられた構成となる。圧電層１４の第１電極１６が設けられた領域は励振部となることから、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離された構成となる。第２支持基板２４は、例えばＳｉ基板を用いることができ、第１支持基板１２と第２支持基板２４との接合方法は、図１（ａ）の圧電基板１０と第１支持基板１２との接合方法と同様に、表面活性化接合、樹脂接合等を用いることができる。

図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスをフィルタとして用いた場合の例を示す模式図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した櫛歯電極１８は共振器としての役割を果たすため、これらを組み合わせることでフィルタとして動作させることができる。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ラダー型フィルタの例であり、図３（ａ）はシングルエンド型のラダー型フィルタの例であり、図３（ｂ）はバランス型のラダー型フィルタの例である。図３（ｃ）は、バランス型のラティス型フィルタの例である。図３（ｄ）は、ダブルモード型ＳＡＷフィルタの例である。

図３（ａ）のように、シングルエンド型のラダー型フィルタは、１つの不平衡入力端子２８と１つの不平衡出力端子３０との間に直列に接続された直列共振器Ｓ１からＳ３と、直列共振器に対して並列に接続された並列共振器Ｐ１、Ｐ２と、で構成される。図３（ｂ）のように、バランス型のラダー型フィルタは、２つの平衡入力端子３２と２つの平衡出力端子３４とのそれぞれの間に直列に接続された直列共振器Ｓ１からＳ６と、直列共振器に対して並列に接続された並列共振器Ｐ１、Ｐ２と、で構成される。

図３（ｃ）のように、バランス型のラティス型フィルタは、２つの平衡入力端子３２と２つの平衡出力端子３４とのそれぞれの間に直列に直列共振器Ｓ１、Ｓ２が接続されている。直列共振器Ｓ１が接続する平衡入力端子３２と直列共振器Ｓ２が接続する平衡出力端子３４との間に並列共振器Ｐ１が接続されている。直列共振器Ｓ１が接続する平衡出力端子３４と直列共振器Ｓ２が接続する平衡入力端子３２との間に並列共振器Ｐ２が接続されている。図３（ｄ）のように、ダブルモード型ＳＡＷフィルタは、弾性波伝搬方向に櫛歯電極１８が３つ並んで配置され、その両側には反射器２０が設けられている。１つの不平衡入力端子２８が、３つの櫛歯電極１８のうちの両側に位置する櫛歯電極１８に接続している。２つの平衡出力端子３４が、中央に位置する櫛歯電極１８に接続している。

次に、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４としたことが、インピーダンス特性にどのような効果を及ぼすかシミュレーションを行った。図４（ａ）及び図４（ｂ）に、シミュレーションを行った構造の断面模式図を示す。図４（ａ）は、通常の厚い圧電基板１０を用いた場合のシミュレーション構造の断面模式図であり、図４（ｂ）は、圧電基板１０を薄層化させた圧電層１４を用いた場合のシミュレーション構造の断面模式図である。図４（ａ）のように、圧電基板１０を用いた場合では、圧電基板１０に４２度回転Ｙ板のＬＴを用い、その厚さを１００λ（λは伝搬する弾性波の波長）とし、圧電基板１０の上面にＡｌからなる無限周期の櫛歯電極１８を設けた構造でシミュレーションを行った。図４（ｂ）のように、圧電層１４を用いた場合では、圧電層１４に４２度回転Ｙ板のＬＴを用い、その厚さを０．２λとし、圧電層１４の上面にＡｌからなる無限周期の櫛歯電極１８を設けた構造でシミュレーションを行った。

図５にシミュレーション結果を示す。図５の横軸はｆ×ｐ／Ｖｂで規格化した規格化周波数であり（ｆは周波数、ｐは電極ピッチ、Ｖｂはバルク波の音速（例えば４２度回転Ｙ板のＬＴで４２２６ｍ／ｓ））、縦軸はインピーダンスである。図５中の実線は室温（２５℃）でのインピーダンス特性を、破線は高温（１２５℃）でのインピーダンス特性を示している。図５のように、圧電基板１０を用いた場合では（図５中の細線）、電気機械結合係数Ｋ２は１０％であり、共振周波数での速度温度係数（ＴＣＶ：Temperature Coefficient of Velocity）は−１８．４ｐｐｍ／℃、反共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは−２９．６ｐｐｍ／℃であった。一方、圧電層１４を用いた場合では（図５中の太線）、電気機械結合係数Ｋ２は１６．６％であり、共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは＋６．１ｐｐｍ／℃、反共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは−１４．５ｐｐｍ／℃であった。

このように、圧電層１４を用いることで、電気機械結合係数Ｋ２は大きくなり、共振周波数及び反共振周波数における速度温度係数ＴＣＶは０に近づく結果となった。即ち、圧電層１４を用いることで、電気機械結合係数Ｋ２と速度温度係数ＴＣＶとが改善され、良好なデバイス特性が得られる結果となった。

以上説明したように、実施例１に係る弾性波デバイスの第１の製造方法によれば、図１（ｂ）のように、凹部等が設けられていない第１支持基板１２の上面に圧電基板１０を接合させ、その後、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とする。つまり、圧電基板１０全面を第１支持基板１２に接合させた状態で、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とする。これにより、圧電層１４の膜厚が不均一になることを抑制できる。

図１（ｅ）及び図１（ｆ）のように、第１支持基板１２の第１電極１６の下方に位置する領域を除去して孔部２２を形成し、その後、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合させる。圧電層１４において、第１電極１６が設けられた領域は励振部となることから、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔され、励振効率が向上したＳＡＷデバイスを得ることができる。

また、上述した特許文献１に記載された製造方法では、中空部となるべき領域に形成された凹部に犠牲層を埋め込んでいるため、この犠牲層を除去するためのバイアホールを圧電基板又は支持基板に設けている。しかしながら、実施例１の第１の製造方法では、犠牲層を用いていないため、バイアホールを設けずに済む。

このように、実施例１に係る弾性波デバイスの第１の製造方法によれば、膜厚が均一な圧電層１４を有し、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔したＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。つまり、図５に示したように、温度特性や電気機械結合係数等のデバイス特性の優れたＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

また、図１（ｄ）及び図１（ｅ）のように、第１支持基板１２を薄層化させた後に、第１支持基板１２の第１電極１６の下方に位置する領域を除去して孔部２２を形成する場合が好ましい。これにより、孔部２２を形成する際のエッチング量が少なくて済むため、孔部２２（つまり中空部２６）の形状の制御性等が向上し、中空部２６の形成が容易に行える。

図４（ｂ）のシミュレーション構造のように、圧電層１４に４２度回転Ｙ板のＬＴを用いることで、ＳＨ（Shear Horizontal）波を効率良く励振できるため、良好なデバイス特性が得られる。また、ＬＮを用いる場合でも、６４度回転Ｙ板を用いることで、良好なデバイス特性が得られる。さらに、ＬＴ、ＬＮを薄層化することで、弾性波が圧電体の中に閉じこもり、漏洩弾性表面波独特のバルク波放射損が発生せず、低損失で高いＱ値の弾性波デバイスが得られる。このように、圧電層１４は、ＬＴ又はＬＮである場合が好ましい。

実施例１において、第１支持基板１２と第２支持基板２４は、Ｓｉ基板である場合を例に示したが、これに限られる訳ではなく、その他の材料の場合でもよい。例えば孔部２２の加工や、圧電基板１０との接合等が容易に行える材料である場合が好ましく、例えばＳｉＯ_２基板等、Ｓｉを主成分とする基板である場合が好ましい。

次に、図６（ａ）から図７（ｄ）を用いて、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法について説明する。図６（ａ）のように、第１支持基板１２の上面をエッチングして、例えば深さ１０μｍの凹部３６を予め形成する。エッチングは、ドライエッチング及びウエットエッチングのいずれも用いることができる。

図６（ｂ）のように、第１支持基板１２の上面全面に、凹部３６に埋め込まれるように、例えばシリコン酸化膜等の酸化物からなる犠牲層３８を堆積した後、第１支持基板１２の上面が露出するまで犠牲層３８を研磨する。これにより、凹部３６のみが犠牲層３８で埋め込まれた第１支持基板１２が形成される。なお、犠牲層３８は、シリコン酸化膜以外であっても、後述する犠牲層３８を除去する際に、第１支持基板１２、圧電層１４、第１電極１６を除去したり損傷を与えたりせずに済む材料であればその他の材料を用いることができる。

図６（ｃ）のように、第１支持基板１２の犠牲層３８が形成されている上面に圧電基板１０を接合する。図６（ｄ）のように、第１支持基板１２に圧電基板１０を接合させた状態で圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とする。

図７（ａ）のように、圧電層１４の上面であって、犠牲層３８が設けられた領域の上方に位置する部分に第１電極１６を形成する。第１電極１６と犠牲層３８とは圧電層１４を挟んで相対することとなるが、第１電極１６が設けられた領域よりも、犠牲層３８が設けられた領域の方が大きくなるよう、予め凹部３６の形成の際に調整する。

図７（ｂ）のように、第１支持基板１２を、犠牲層３８が露出するまで薄層化させる。図７（ｃ）のように、露出した犠牲層３８をエッチングにより除去して、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２に、第１電極１６が形成された領域よりも大きい孔部２２を形成する。犠牲層３８のエッチングは、ドライエッチング及びウエットエッチングのいずれも用いることができる。

図７（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。これにより、孔部２２は中空部２６となり、中空部２６の上方にあたる部分の圧電層１４の上面に第１電極１６が設けられた構成となる。

以上説明したように、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法によれば、図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、第１支持基板１２の上面に凹部３６を形成し、凹部３６に犠牲層３８を埋め込んだ後、図６（ｃ）のように、第１支持基板１２の犠牲層３８が形成された上面に圧電基板１０を接合させる。そして、図６（ｄ）のように、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とする。つまり、圧電基板１０全面を第１支持基板１２及び犠牲層３８に接合させた状態で、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４としている。これにより、圧電層１４の膜厚が不均一になることを抑制できる。

図７（ｂ）のように、犠牲層３８が露出するまで第１支持基板１２を薄層化させ、図７（ｃ）のように、露出された犠牲層３８を除去して、第１電極１６の下方に孔部２２を形成し、その後、図７（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合させる。これにより、特許文献１に記載された製造方法のように、犠牲層３８を除去するためのバイアホールを設けずとも、犠牲層３８を除去でき、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔され、励振効率が向上したＳＡＷデバイスを得ることができる。

このように、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法によれば、膜厚が均一な圧電層１４を有し、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔したＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。つまり、図５に示したように、温度特性や電気機械結合係数等の優れたデバイス特性を有するＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

実施例２に係る弾性波デバイスは、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ）の場合の例である。図８（ａ）から図９（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図の例である。図８（ａ）のように、例えばＬＴ又はＬＮ基板である圧電基板１０の下面全面に、例えば厚さ０．２μｍ〜０．５μｍのＲｕ又はＭｏ等の金属膜４０を、例えばスパッタ法や蒸着法を用いて形成する。その後、図８（ｂ）のように、エッチング等により金属膜４０の不要部分を除去して、圧電薄膜共振子の下部電極となる第２電極４２を形成する。

図８（ｃ）のように、例えばＳｉ基板である第１支持基板１２の上面に、圧電基板１０の第２電極４２が形成された下面を接合させる。図８（ｄ）のように、第１支持基板１２に圧電基板１０を接合させた状態で圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４を形成する。

図９（ａ）のように、圧電層１４の上面であって、第２電極４２の上方に位置して第２電極４２に重なるように、圧電薄膜共振子の上部電極となる第１電極１６を形成する。図９（ｂ）のように、第２電極４２が露出しない程度まで、第１支持基板１２を薄層化させる。

図９（ｃ）のように、第１電極１６及び第２電極４２の下方に位置する領域の第１支持基板１２を除去して孔部２２を形成する。孔部２２が形成される領域は、第１電極１６及び第２電極４２が形成された領域より大きくする。即ち、第１電極１６及び第２電極４２が形成された領域において、圧電層１４の下方に孔部２２が形成される。

図９（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に、例えばＳｉ基板である第２支持基板２４を接合する。これにより、孔部２２は中空部２６となり、中空部２６の上方にあたる部分で、圧電層１４を挟んで下部電極となる第２電極４２と上部電極となる第１電極１６とが対向した圧電薄膜共振子となる。圧電層１４を挟んで第２電極４２と第１電極１６とが対向する領域が励振部となることから、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔した構成となる。

以上説明したように、実施例２に係る弾性波デバイスの第１の製造方法によれば、図８（ａ）及び図８（ｂ）のように、圧電基板１０の下面に第２電極４２を形成した後、図８（ｃ）のように、第１支持基板１２の上面に、圧電基板１０の第２電極４２が形成された下面を接合する。そして、図８（ｄ）のように、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とした後、図９（ａ）のように、圧電層１４の上面に、第２電極４２の上方に位置する第１電極１６を形成する。その後、図９（ｃ）のように、第１電極１６及び第２電極４２の下方に位置する領域の第１支持基板１２に孔部２２を形成し、図９（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。

このような実施例２に係る弾性波デバイスの第１の製造方法によれば、膜厚が均一な圧電層１４を有し、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔した圧電薄膜共振子を、優れた生産性で容易に製造することができる。

実施例２に係る弾性波デバイスにおいて、圧電層１４にＬＴのＸ板を用いることで、ＴＳ（Thickness-Shear）波を効率良く励振でき、温度特性及び電気機械結合係数等のデバイス特性の良好な圧電薄膜共振子を得ることができる。

次に、図１０（ａ）から図１１（ｄ）を用いて、実施例２に係る弾性波デバイスの第２の製造方法を説明する。図１０（ａ）のように、圧電基板１０の下面に、圧電薄膜共振子の下部電極となる第２電極４２を形成する。図１０（ｂ）のように、第２電極４２の形成と並行して、第１支持基板１２の上面に凹部３６を予め形成し、凹部３６に犠牲層３８を埋め込む。図１０（ｃ）のように、第１支持基板１２の犠牲層３８が形成された上面と圧電基板１０の第２電極４２が形成された下面とを接合する。この際、犠牲層３８が設けられた領域と第２電極４２が形成された領域が重なるように接合する。図１０（ｄ）のように、圧電基板１０を第１支持基板１２に接合させた状態で圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とする。

図１１（ａ）のように、圧電層１４の上面であって、犠牲層３８が形成された領域の上方に位置する部分に上部電極となる第１電極１６を形成する。つまり、第１電極１６と第２電極４２とは重なるように設けられる。図１１（ｂ）のように、犠牲層３８が露出するまで、第１支持基板１２を薄層化させる。図１１（ｃ）のように、露出した犠牲層３８を除去して、第１電極１６及び第２電極４２の下方に位置する領域の第１支持基板１２に孔部２２を形成する。図１１（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。

実施例２に係る弾性波デバイスの第２の製造方法は、犠牲層３８を用いた製造方法であるが、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法と同様に、膜厚が均一な圧電層１４を有し、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔した圧電薄膜共振子を、優れた生産性で容易に製造することができる。

実施例３に係る弾性波デバイスは、圧電層１４の下面にシリコン酸化膜が設けられたＳＡＷデバイスの例である。図１２（ａ）から図１２（ｅ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面模式図の例である。図１２（ａ）のように、例えばＬＴ又はＬＮ基板である圧電基板１０の下面全面にシリコン酸化膜４４を堆積する。シリコン酸化膜４４の厚さは、例えば１μｍである。図１２（ｂ）のように、例えばＳｉ基板である第１支持基板１２の上面に、圧電基板１０のシリコン酸化膜４４が形成された下面を接合する。

図１２（ｃ）のように、第１支持基板１２に圧電基板１０を接合させた状態で圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４を形成した後、圧電層１４の上面に第１電極１６を形成する。図１２（ｄ）のように、第１支持基板１２を薄層化させた後、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２を除去して孔部２２を形成する。図１２（ｅ）のように、第１支持基板１２の下面に、例えばＳｉ基板である第２支持基板２４を接合する。

実施例３に係る弾性波デバイスは、圧電層１４の下面にシリコン酸化膜４４が設けられている。圧電層１４の厚さが例えば１λ以下のように薄い場合は、圧電層１４の下面にシリコン酸化膜４４を設けることで、温度補償効果が得られる。即ち、シリコン酸化膜４４は温度補償膜として機能する。また、シリコン酸化膜４４を、第１電極１６上ではなく、圧電層１４の下面に設けているため、シリコン酸化膜４４に凹凸が発生せず、良好な伝搬特性が得られる。

このように、実施例３に係る弾性波デバイスの製造方法によれば、図１２（ａ）のように、圧電基板１０の下面にシリコン酸化膜４４を形成した後、図１２（ｂ）のように、第１支持基板１２の上面に圧電基板１０のシリコン酸化膜４４が形成された下面を接合する。そして、図１２（ｃ）のように、圧電基板１０を薄層化させて圧電層１４とした後、圧電層１４の上面に第１電極１６を形成する。その後、図１２（ｄ）のように、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２に孔部２２を形成し、図１２（ｅ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。これにより、膜厚が均一な圧電層１４を有し、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔し、圧電層１４の下面に温度補償層として機能するシリコン酸化膜４４を有するＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

圧電層１４の裏面に設けられる絶縁膜はシリコン酸化膜４４に限られる訳ではなく、温度補償層として機能すればその他の絶縁膜を設ける場合でもよい。

また、実施例３に係る弾性波デバイスの場合でも、図６（ａ）から図７（ｄ）で説明した実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法のように、犠牲層３８を用いた製造方法によっても製造することができる。この場合、図１２（ａ）の工程を予め実施して圧電基板１０の下面全面にシリコン酸化膜４４を堆積した後、図６（ａ）から図７（ｄ）で説明した製造方法を実施すればよい。

実施例４に係る弾性波デバイスは、分極方向が逆方向の２層の圧電層が積層された構造の圧電層１４を用いたＳＡＷデバイスの例である。図１３（ａ）から図１４（ｄ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの第１の製造方法を示す断面模式図の例である。図１３（ａ）のように、例えばＳｉ基板である第１支持基板１２の上面に、分極方向が上向き（図１３（ａ）中の矢印）の例えばＬＴ又はＬＮ基板である第１圧電基板４６の下面を接合する。図１３（ｂ）のように、第１圧電基板４６を薄層化させて、例えば厚さ１０λの第１圧電層４８とする。

図１３（ｃ）のように、第１圧電層４８の上面に、分極方向が下向き（図１３（ｃ）中の矢印）で、第１圧電基板４６と同じ材料からなる第２圧電基板５０の下面を接合する。図１３（ｄ）のように、第２圧電基板５０を薄層化させて、例えば厚さ０．２λの第２圧電層５２とする。これにより、第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を形成する。

図１４（ａ）のように、圧電層１４の上面に第１電極１６を形成する。図１４（ｂ）のように、第１支持基板１２を薄層化させた後、図１４（ｃ）のように、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２を除去して孔部２２を形成する。図１４（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に、例えばＳｉ基板である第２支持基板２４を接合する。

次に、分極方向が逆方向の２層の圧電層が積層された構造の圧電層１４を用いることで、インピーダンス特性にどのような効果を及ぼすかシミュレーションを行った。図１５は、分極方向が逆方向（図１５中の矢印）である第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を用いた場合のシミュレーション構造の断面模式図である。図１５のように、第１圧電層４８は、厚さが弾性波の波長に対して十分厚いと仮定し、２２２度回転Ｙ板のＬＴを用い、第２圧電層５２は、厚さが０．２λの４２度回転Ｙ板のＬＴを用い、圧電層１４の上面にＡｌからなる無限周期の櫛歯電極１８を設けた構造でシミュレーションを行った。なお、第１圧電層４８の厚さは、１λ以上あればよい。

図１６にシミュレーション結果を示す。図１６の横軸は規格化周波数であり、縦軸はインピーダンスである。図１６中の実線は室温（２５℃）でのインピーダンス特性を、破線は高温（１２５℃）でのインピーダンス特性を示している。また、比較のために、図４（ａ）に示した通常の厚さの圧電基板１０を用いた場合のシミュレーション結果も示す。図１６のように、圧電基板１０を用いた場合では（図１６中の細線）、電気機械結合係数Ｋ２は１０％であり、共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは−１８．４ｐｐｍ／℃、反共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは−２９．６ｐｐｍ／℃であった。一方、分極方向が逆方向である第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を用いた場合では（図１６中の太線）、電気機械結合係数Ｋ２は３．６％であり、共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは＋４．１ｐｐｍ／℃、反共振周波数での速度温度係数ＴＣＶは−９．５ｐｐｍ／℃であった。

このように、分極方向が逆方向である第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を用いることで、共振周波数及び反共振周波数における速度温度係数ＴＣＶが改善された良好なデバイス特性が得られる結果となった。

以上説明したように、実施例４に係る弾性波デバイスの第１の製造方法によれば、図１３（ａ）のように、第１支持基板１２の上面に第１圧電基板４６を接合させた後、図１３（ｂ）のように、第１圧電基板４６を薄層化させて第１圧電層４８を形成する。図１３（ｃ）のように、第１圧電層４８の上面に、第１圧電基板４６と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電基板５０を接合させる。図１３（ｄ）のように、第２圧電基板５０を薄層化させて第２圧電層５２を形成することで、第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を形成する。そして、図１４（ａ）のように、圧電層１４の上面に、第１電極１６を形成する。その後、図１４（ｃ）のように、第１電極１６の下方に位置する領域の第１支持基板１２に孔部２２を形成し、図１４（ｄ）のように、第１支持基板１２の下面に第２支持基板２４を接合する。これにより、分極方向が逆方向の第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４の膜厚が均一で、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔したＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。つまり、図１６に示したように、温度特性等の優れたデバイス特性を有するＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

実施例４に係る弾性波デバイスの場合であっても、図６（ａ）から図７（ｄ）で説明した実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法のように、犠牲層３８を用いた製造方法によっても製造することができる。この場合、図１７（ａ）のように、予め設けられた凹部３６に犠牲層３８が埋め込まれた第１支持基板１２を用意し、第１支持基板１２の犠牲層３８が形成されている上面に第１圧電基板４６を接合させた後、図１７（ｂ）のように、第１圧電基板４６を薄層化させて第１圧電層４８を形成する。

図１７（ｃ）のように、第１圧電層４８の上面に第２圧電基板５０を接合させた後、図１７（ｄ）のように、第２圧電基板５０を薄層化させて第２圧電層５２を形成することで、第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を形成する。その後は、実施例１に係る弾性波デバイスの第２の製造方法で図７（ａ）から図７（ｄ）で説明した工程を実施することで、実施例４に係る弾性波デバイスが得られる。

また、実施例４に係る弾性波デバイスはＳＡＷデバイスの場合を例に説明したが、圧電薄膜共振子の場合でもよい。この場合は、第１圧電基板４６の下面に圧電薄膜共振子の下部電極となる第２電極４２を予め形成し、第１圧電基板４６の第２電極４２が形成された下面を第１支持基板１２の上面に接合させ、その後は、図１３（ｂ）から図１４（ｄ）で説明した工程を実施することで製造できる。

圧電層１４を構成する第１圧電層４８の厚さと第２圧電層５２の厚さとは異なる場合でもよいが、第１圧電層４８の厚さと第２圧電層５２の厚さとが同等の場合、２次の高調波が励振されるため、周波数の高い共振器を製造する場合に好都合であることから、第１圧電層４８と第２圧電層５２の厚さとは同等の場合が好ましい。

圧電層１４を構成する第１圧電層４８の分極方向は上向きで、第２圧電層５２の分極方向は下向きである場合を例に示したが、第１圧電層４８の分極方向は下向きで、第２圧電層５２の分極方向は上向き等のように、第１圧電層４８の分極方向と第２圧電層５２の分極方向とが１８０°異なる逆方向の場合でもよい。

次に、実施例４に係る弾性波デバイスの第２の製造方法について説明する。まず、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）で説明した第１の製造方法と同様に、第１支持基板１２の上面に、第１圧電基板４６を接合させた後、第１圧電基板４６を薄層化させて第１圧電層４８を形成する。次いで、第１圧電層４８の上面に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、第１圧電層４８と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電層５２を成膜して、図１３（ｄ）に示すような、第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４を形成する。その後は、図１４（ａ）から図１４（ｄ）で説明した工程を実施することで、実施例４に係る弾性波デバイスが得られる。

実施例４に係る弾性波デバイスの第２の製造方法であっても、分極方向が逆方向の第１圧電層４８と第２圧電層５２とからなる圧電層１４の膜厚が均一で、圧電層１４の励振部が第１支持基板１２から離隔したＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。つまり、図１６に示したように、温度特性等の優れたデバイス特性を有するＳＡＷデバイスを、優れた生産性で容易に製造することができる。

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。

１０ 圧電基板
１２ 第１支持基板
１４ 圧電層
１６ 第１電極
１８ 櫛歯電極
２０ 反射器
２２ 孔部
２４ 第２支持基板
２６ 中空部
２８ 不平衡入力端子
３０ 不平衡出力端子
３２ 平衡入力端子
３４ 平衡出力端子
３６ 凹部
３８ 犠牲層
４０ 金属膜
４２ 第２電極
４４ シリコン酸化膜
４６ 第１圧電基板
４８ 第１圧電層
５０ 第２圧電基板
５２ 第２圧電層

Claims (9)

1. 第１支持基板の上面に凹部を形成する工程と、
   前記凹部に犠牲層を埋め込む工程と、
   前記第１支持基板の前記犠牲層が形成された上面に圧電基板を接合する工程と、
   前記圧電基板を接合する工程の後に前記圧電基板を薄層化させて圧電層を形成する工程と、
   前記圧電層の上面に、前記犠牲層の上方に位置する第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極を形成する工程の後に前記犠牲層が露出するまで前記第１支持基板を薄層化する工程と、
   露出された前記犠牲層を除去して、前記第１支持基板に前記第１電極の下方に位置する孔部を形成する工程と、
   前記孔部を形成する工程の後に前記第１支持基板の下面に第２支持基板を接合する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
2. 前記圧電基板を接合する工程の前に前記圧電基板の下面に絶縁膜を形成する工程を有し、
   前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に前記圧電基板の前記絶縁膜が形成された下面を接合する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
3. 前記圧電基板を接合する工程の前に前記圧電基板の下面に第２電極を形成する工程を有し、
   前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に前記圧電基板の前記第２電極が形成された下面を接合する工程であり、
   前記第１電極を形成する工程は、前記第２電極の上方に位置する前記第１電極を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
4. 前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に第１圧電基板を接合する工程と、前記第１圧電基板を接合した後に前記第１圧電基板を薄層化させて形成した第１圧電層の上面に、前記第１圧電基板と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電基板を接合する工程と、を有し、
   前記圧電層を形成する工程は、前記第２圧電基板を薄層化させて第２圧電層とすることで、前記第１圧電層と前記第２圧電層とからなる前記圧電層を形成する工程であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
5. 前記圧電基板を接合する工程は、前記第１支持基板の上面に第１圧電基板を接合する工程であり、
   前記圧電層を形成する工程は、前記第１圧電基板を接合した後に前記第１圧電基板を薄層化させて第１圧電層を形成し、前記第１圧電層の上面に、前記第１圧電層と同じ材料で且つ分極方向が逆方向の第２圧電層を成膜することで、前記第１圧電層と前記第２圧電層とからなる前記圧電層を形成する工程であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
6. 前記第１電極は、櫛歯電極を含むことを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイスの製造方法。
7. 前記弾性波デバイスは、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電層が設けられた圧電薄膜共振子であ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。
8. 前記圧電層は、ＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
9. 前記第１支持基板及び前記第２支持基板は、Ｓｉ基板又はＳｉを主成分とする基板からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。

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