DE102007000100B4

DE102007000100B4 - Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung

Info

Publication number: DE102007000100B4
Application number: DE102007000100.4A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yoshino; Shoichiro Yamaguchi; Yuichi Iwata; Akira Hamajima; Kengo Suzuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: DE102007000100A1; JP2007228341A; CN101026367A; JP4804169B2; KR20070088397A; US20070200459A1

Abstract

Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren, mit:einer piezoelektrischen Dünnschicht (111) mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, und die eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist;einer ersten Elektrode (1121-1124), die auf der ersten Hauptoberfläche gebildet ist;einer zweiten Elektrode (1131, 1132), die auf der zweiten Hauptoberfläche gebildet ist;einer Siliziumdioxidschicht (114), die auf der zweiten Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (111) in einem Nichtanregungsbereich der piezoelektrischen Dünnschicht (111) gebildet ist;einem Basissubstrat (13) zum Stützen einer die piezoelektrische Dünnschicht (111), die erste Elektrode (1121-1124), die zweite Elektrode (1131, 1132) und die Siliziumdioxidschicht (114) beinhaltenden Struktur (11); undeine Haftschicht (12), um die Struktur mit dem Basissubstrat (13) zu verbinden und zu fixieren, wobei die Haftschicht (12) aus einem Epoxidhaftmittel oder einem Acrylhaftmittel gebildet ist und auf einer ganzen Oberfläche einer Hauptoberfläche des Basissubstrats (13) gebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht (111) und des Basissubstrats (13) zumindest in einer Richtung parallel zu der piezoelektrischen Dünnschicht (111) miteinander übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren (sogenannte film bulk acoustic resonators - FBAR) .
Eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren wie etwa ein Oszillator, eine Falle, ein Filter, ein Duplexer und ein Triplexer wurden bisher hergestellt, indem auf einer auf einem Basissubstrat 91 ausgebildeten unterstützenden Schicht 92 eine untere Elektrode 93, eine piezoelektrische Dünnschicht 94 und eine obere Elektrode 95 durch einen Zerstäubungsvorgang oder dergleichen sequentiell ausgebildet wurden, und dann ein Hohlraumresonator C91 unter einem Anregungsbereich E91 der piezoelektrischen Dünnschicht 94 durch einen Ätzvorgang oder dergleichen ausgebildet wurde (vergleiche beispielsweise die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift JP 2005 - 094735 A ) .
Im Stand der Technik werden jedoch Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten für die piezoelektrische Dünnschicht bzw. das Basissubstrat verwendet, und somit ergab sich das Problem von Charakteristikvariationen und durch die Differenz beim Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachter Beschädigung. Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift JP S48- 98 791 A aufgefunden werden, welche einen piezoelektrischen Vibrator offenbart.
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierten Schichtresonatoren.
Erfindungsgemäß wird eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung durch Patentanspruch 1 definiert.
Dadurch kann bei der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung während der Herstellung eine durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte Beschädigung vermieden werden. Zudem können bei der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung nach der Herstellung Charakteristikvariationen und eine durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte Beschädigung vermieden werden.
Folglich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Charakteristikvariationen und eine durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte Beschädigung zu vermeiden.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher ersichtlich. Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines von oben betrachteten piezoelektrischen Dünnschichtfilters;
2 eine Schnittansicht entlang des von vorne betrachteten Querschnitts II-II aus 1;
3 eine Schnittansicht entlang eines von rechts betrachteten Querschnitts III-III aus 1;
4 ein Schaltbild des elektrischen Verbindungszustandes von vier auf akustischen Volumenwellen basierten Schichtresonatoren, die in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter enthalten sind;
5 eine Schnittansicht eines auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonators, der in einem piezoelektrischen Dünnschichtfilter enthalten ist;
6 eine Schnittansicht des in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter enthaltenen auf akustischen Volumenwellen basierten Schichtresonators;
7 eine Schnittansicht davon, wie eine durch Integrieren einer großen Anzahl an piezoelektrischen Dünnschichtfiltern ausgebildete Baugruppe in individuelle piezoelektrische Dünnschichtfilter separiert wird;
8 eine Ansicht des Herstellungsablaufs für das piezoelektrische Dünnschichtfilter nach Beispiel 1;
9 eine Ansicht des Herstellungsablaufs für das piezoelektrische Dünnschichtfilter nach Beispiel 1;
10 eine Schmttansicht zur Erläuterung eines Vorgangs zur Ausbildung einer Vertiefung;
11 eine Schnittansicht zur Beschreibung des Vorgangs zur Ausbildung einer Vertiefung; 12 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer bekannten piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung; und
13 eine Schnittansicht der Konfiguration der bekannten piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung und nicht beanspruchte Ausführungsbeispiele anhand des Beispiels eines (nachstehend als „piezoelektrisches Dünnschichtfilter“ in Bezug genommenen) Stufenfilters beschrieben, das durch Zusammenbau von vier auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren ausgebildet ist. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele bedeuten jedoch nicht, dass die erfindungsgemäße piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung auf ein piezoelektrisches Dünnschichtfilter beschränkt ist. Die erfindungsgemäße piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung bedeutet nämlich allgemeine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtungen einschließlich eines einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren. Die erfindungsgemäße piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung beinhaltet: einen Oszillator, eine Falle und dergleichen, die einen einzelnen auf akustischen Volumenwellen basierten Schichtresonator beinhalten; und ein Filter, ein Duplexer, ein Triplexer, eine Falle und dergleichen, die eine Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierten Schichtresonatoren beinhalten. Dabei ist der auf einer akustischen Volumenwelle basierende Schichtresonator ein Resonator, der eine elektrische Antwort mittels einer durch eine Dünnschicht angeregten elastischen Volumenwelle verwendet, welche so dünn ist, dass sie ohne eine Stütze ihrem eigenen Gewicht nicht standhalten kann.
<1 Erstes Ausführungsbeispiel>
<1.1 Konfiguration des piezoelektrischen
Dünnschichtfilters>
Die 1 bis 4 zeigen eine Konfiguration eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 zeigt eine Draufsicht des von oben betrachteten piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang dem Querschnitt II-II aus 1 von vorne (-Y-Richtung). 3 zeigt eine von rechts gesehene Schnittansicht entlang dem Querschnitt III-III aus 1 (+X-Richtung). 4 zeigt ein Schaltbild des elektrischen Verbindungszustandes von in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 beinhalteten vier auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 bis R14. Dabei sei angemerkt, dass bei den 1 bis 3 ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem zur Vereinfachung definiert ist, wobei die Rechts-Links-Richtung die ±X-Achsen-Richtung ist, die Vor-Zurück-Richtung die ±Y-AchsenRichtung ist, und die Oben-Unten-Richtung die ±Z-AchsenRichtung ist.
Gemäß den 1 bis 3 umfasst das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 eine Konfiguration, bei der ein Filterabschnitt 11 zur Bereitstellung der Filterfunktion des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 mit einem flachen Basissubstrat 13 verbunden ist, welches den Filterabschnitt 11 über eine Haftschicht 12 mechanisch stützt. Bei der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 wird eine piezoelektrische Dünnschicht 111 erhalten, indem eine Entfernungsverarbeitung auf einem piezoelektrischen Substrat durchgeführt wird, das unabhängig seinem eigenen Gewicht standhalten kann, aber die durch die Entfernungsverarbeitung erhaltene piezoelektrische Dünnschicht 111 kann nicht unabhängig ihrem eigenen Gewicht standhalten. Aus diesem Grund wird bei der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 ein vorgeschriebenes Element mit einem piezoelektrischen Substrat im Voraus mit dem Basissubstrat 13 als Stütze vor der Entfernungsverarbeitung verbunden.
<1.1.1 Filterabschnitt>
Der Filterabschnitt 11 umfasst: eine piezoelektrische Dünnschicht 111, obere Elektroden 1121 bis 1124, die auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet sind; untere Elektroden 1131 und 1132, die auf der Bodenoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet sind; und eine Resonatorausbildungsschicht 114 zur Ausbildung von Resonatoren C11 bis C14 unter den Anregungsbereichen E11 bis E14, wo die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 einander mit der piezoelektrischen Dünnschicht 111 dazwischen gegenüber angeordnet sind.
Piezoelektrische Dünnschicht:
Die piezoelektrische Dünnschicht 111 wird durch die Durchführung einer Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat erhalten. Im Einzelnen wird die piezoelektrische Dünnschicht 111 derart erhalten, dass ein piezoelektrisches Substrat mit einer hinreichenden Dicke (beispielsweise nicht weniger als 50 µm) zum individuellen Standhalten seines eigenen Gewichts durch eine Entfernungsverarbeitung dünner gemacht wird, so dass es eine Dicke (von beispielsweise nicht mehr als 10 µm) aufweist, die nicht ausreicht, um seinem eigenen Gewicht standzuhalten. Wenn der Anregungsbereich kreisförmig ist, liegt ferner dessen Durchmesser im Bereich von 30 bis 300 µm, und wenn der Anregungsbereich polygonal ist, liegt seine längste Diagonallinie im Bereich von 30 bis 300 µm.
Für das piezoelektrische Material zum Aufbau der piezoelektrischen Dünnschicht 111 kann ein piezoelektrisches Material mit einer gewünschten piezoelektrischen Eigenschaft ausgewählt werden, und es ist wünschenswert, ein einkristallines Material ohne Korngrenzen wie etwa einen Quarzkristall (SiO₂), Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalit (LiTaO₃), Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇), Zinkoxid (ZnO), Kaliumniobat (KNbO₃) oder Langasit (La₃Ga₃SiO₁₄) auszuwählen. Der Grund ist, dass die Verwendung von einkristallinem Material für das die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildende piezoelektrische Material zu einer Verbesserung im mechanischen Qualitätskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht 111 führt, damit eine Realisierung eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 mit geringem Verlust und einer vorteilhaften Skirtcharakteristik ermöglicht wird, und außerdem den elektromechanischen Kopplungskoeffizient der piezoelektrischen Dünnschicht 111 verbessert, damit die Verwirklichung eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 mit einer breiten Bandbreite möglich wird.
Ferner kann die Kristallorientierung in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 als eine Kristallorientierung mit einer gewünschten piezoelektrischen Charakteristik ausgewählt werden. Wenn die Kristallorientierung in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 eine Kristallorientierung ist, die zu einer vorteilhaften Temperaturcharakteristik der Resonanzfrequenzen und der Antiresonanzfrequenzen der auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 bis R14 führt, und vorzugsweise eine Kristallorientierung ist, bei der der Temperaturkoeffizient in der Resonanzfrequenz „0“ ist, ist die Realisierung eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 mit einer vorteilhaften Temperaturcharakteristik der Zentralfrequenz in einem Durchlassband oder dergleichen möglich.
Der Entfernungsvorgang bei einem piezoelektrischen Substrat 15 wird durch eine mechanische Verarbeitung wie etwa Schneiden, Schleifen oder Polieren oder eine chemische Verarbeitung wie etwa Ätzen durchgeführt. Falls dabei ein piezoelektrisches Substrat einer Entfernungsverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Vielzahl an Entfernungsverarbeitungsverfahren kombiniert werden, und das Entfernungsverarbeitungsverfahren in Stufen von einem bei einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit durchgeführten Entfernungsverarbeitungsverfahren zu einem Entfernungsverarbeitungsverfahren mit geringer Vorgangsverschlechterung verschoben wird, die in einem zu verarbeitenden Objekt auftritt, ist eine Verbesserung der Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 111 möglich, während eine hohe Produktivität beibehalten wird, wodurch eine Verbesserung bei den Eigenschaften des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 ermöglicht wird. Das piezoelektrische Substrat wird beispielsweise einem Schleifvorgang unterzogen, bei dem das Substrat mit fixierten abrasiven Körnern zum Schleifen in Kontakt gebracht wird, und wird sodann einem Poliervorgang unterzogen, bei dem das Substrat mit freien abrasiven Körnern zum Schleifen in Kontakt gebracht wird. Danach wird die in dem piezoelektrischen Substrat durch den vorstehend beschriebenen Poliervorgang erzeugte und durch den Vorgang verschlechterte Schicht durch eine Polierendverarbeitung entfernt. Falls derartige Vorgänge ausgeführt werden, kann das piezoelektrische Substrat bei einer höheren Geschwindigkeit geschliffen werden, so dass die Produktivität des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 verbessert wird, und außerdem die Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 111 verbessert werden kann, so dass die Eigenschaften des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 verbessert werden. Dabei ist anzumerken, dass spezifischere Verfahren zur Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat in nachstehend beschriebenen Beispielen beschrieben sind.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 ist die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 111 in den Anregungsbereichen E11 bis E14 und einem Nichtanregungsbereich E1X konstant. Daher weist das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 eine Konfiguration auf, die für eine Energiefalle der Frequenzverringerungsart geeignet ist.
Bei einem derartigen piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 ist anders als bei der Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 111 durch einen Zerstäubungsvorgang oder dergleichen das Ausmaß an Flexibilität bei der Auswahl des die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildenden piezoelektrischen Materials und der Kristallorientierung in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 hoch, da das die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildende piezoelektrische Material und die Kristallorientierung in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 frei von Beschränkungen des Substrates sind. Dies erleichtert die Verwirklichung einer gewünschten Charakteristik bei der piezoelektrischen Dünnschicht 111.
Obere Elektrode und untere Elektrode
Die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 sind durch die Ausbildung von Schichten aus einem leitenden Material erhaltene leitende Dünnschichten.
Die Dicken der oberen Elektroden 1121 bis 1124 und der unteren Elektroden 1131 und 1132 werden in Anbetracht der Anhaftung an der piezoelektrischen Dünnschicht 111, des elektrischen Widerstands, der Widerstandskraft und dergleichen bestimmt. Dabei sei angemerkt, dass zur Unterdrückung von Variationen bei den Resonanzfrequenzen und Antiresonanzfrequenzen der auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 bis R14, die durch Variationen bei der akustischen Geschwindigkeit wie auch bei der Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschichten 111 verursacht werden, die Dicken der oberen Elektroden 1121 bis 1124 und der unteren Elektroden 1131 und 1132 geeignet eingestellt werden können. Zur Steuerung des Ausmaßes an Energieannahme können zudem die Schichtdicken der Anregungsbereiche E11 bis E14 anders als die des Nichtanregungsbereiches E1X ausgebildet werden.
Obwohl ein die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 aufbauendes leitendes Material nicht besonders beschränkt ist, ist es wünschenswert, das Material aus einem Metall wie etwa Aluminium (Al), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Gold (Au), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo) und Wolfram (W) auszuwählen, und es ist besonders wünschenswert, Aluminium mit ausgezeichneter Stabilität auszuwählen. Natürlich kann für das die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 bildende leitende Material eine Legierung verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Vielzahl an leitenden Materialarten zur Ausbildung von Schichten gestapelt werden, um die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 auszubilden.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 werden vier obere Elektroden 1121 bis 1124 jeweils in rechteckiger Form auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet, und zwei untere Elektroden 1131 und 1132 werden jeweils in rechteckiger Form auf der Bodenoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet. Die vier oberen Elektroden 1121 bis 1124 werden in zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet, so dass sie in vertikaler und horizontaler Richtung innerhalb der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 symmetrisch sind. Die beiden oberen Elektroden 1131 und 1132 sind in zwei Reihen und einer Spalte angeordnet, so dass sie innerhalb der Bodenoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 in vertikaler und horizontaler Richtung symmetrisch sind.
Die oberen Elektroden 1121 und 1122 liegen der unteren Elektrode 1131 gegenüber, wobei die piezoelektrische Dünnschicht 111 in den Anregungsbereichen E11 und E12 dazwischen angeordnet ist. Ferner liegen die oberen Elektroden 1123 und 1124 der unteren Elektrode 1132 gegenüber, wobei die piezoelektrische Dünnschicht 111 in den Anregungsbereichen E13 und E14 dazwischen angeordnet ist. Dadurch sind in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 zwei auf akustischen Volumenwellen basierende Schichtresonatoren R11 und R12 ausgebildet, wobei die jeweiligen einen Enden die oberen Elektroden 1121 und 1122 und das gemeinsame andere Ende die untere Elektrode 1131 ist, und es sind zwei auf akustischen Volumenwellen basierende Resonatoren R13 und R14 ausgebildet, wobei die jeweiligen einen Enden die oberen Elektroden 1123 und 1124 und das gemeinsame andere Ende die untere Elektrode 1132 ist. Die bei diesen auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 bis R14 verwendete Vibrationsbetriebsart ist nicht besonders beschränkt, und kann aus einer Dickenausdehnungsvibration von Volumenwellen, eine Dickenscherungsvibration von Volumenwellen und dergleichen ausgewählt werden.
Resonatorausbildungsschicht
Die Resonatorausbildungsschicht 114 ist eine durch Ausbilden einer Schicht aus einem isolierenden Material erhaltene isolierende Schicht. Die Resonatorausbildungsschicht 114 ist auf der Bodenoberfläche des Nichtanregungsbereiches E1X der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet, und bildet die Resonatoren C11 bis C14 zum Separieren der Anregungsbereiche E11 bis E14 der piezoelektrischen Dünnschicht 111 aus dem Basissubstrat 13 aus. Da Vibrationen der auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 bis R14 nicht mit dem Basissubstrat 13 aufgrund der Resonatorausbildungsschicht 114 interferieren, welche gemäß vorstehender Beschreibung als Abstandshalter dient, ist eine Verbesserung der Eigenschaften des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 möglich.
Das die Resonatorausbildungsschicht 114 bildende isolierende Material ist nicht besonders beschränkt, wird aber vorzugsweise aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumdioxid (SiO₂) ausgewählt.
<1.1.2 Haftschicht>
Die Haftschicht 12 dient zum Verbinden und Fixieren des piezoelektrischen Substrates auf der Bodenoberfläche, aus der die unteren Elektroden 1131 und 1132 und die Resonatorausbildungsschicht 114 ausgebildet wird, mit dem Basissubstrat 13, wenn das piezoelektrische Substrat einer Entfernungsverarbeitung während der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 unterzogen wird. Zudem dient die Haftschicht 12 außerdem zum Verbinden der piezoelektrischen Dünnschicht 111 auf der Bodenoberfläche, aus der die unteren Elektroden 1131 und 1132 und die Resonatorausbildungsschicht 114 ausgebildet werden, und auf der oberen Oberfläche, aus der die oberen Elektroden 1121 bis 1124 ausgebildet werden, mit dem Basissubstrat 13 nach der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1. Daher muss die Haftschicht 12 der zum Zeitpunkt der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebrachten Kraft widerstehen können, und eine Anhaftungskraft aufweisen, die nach der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 nicht reduziert ist.
Ein wünschenswertes Beispiel für eine derartige Anforderungen erfüllenden Haftschicht 12 kann eine aus einem organischen Haftmittel ausgebildete Haftschicht 12 sein, vorzugsweise ein Epoxidhaftmittel (wärmehärtendes Epoxidharz) oder ein Acrylhaftmittel (Acrylharz unter Verwendung sowohl eines Hitzeaushärtvorgangs und eines Fotoaushärtvorgangs), und der eine füllende Wirkung aufweist und eine ausreichende Anhaftkraft ausübt, selbst wenn ein zu verbindendes Objekt nicht vollständig flach ist. Die Anwendung eines derartigen Harzes kann die unerwartete Ausbildung einer Luftlücke zwischen der Resonatorausbildungsschicht 114 und dem Basissubstrat 13 vermeiden, wodurch das Auftreten eines Reißens oder dergleichen zum Zeitpunkt der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat aufgrund der Luftlücke vermieden wird. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Filterabschnitt 11 und das Basissubstrat 13 miteinander durch eine Haftschicht 12 außer der vorstehend beschriebenen Haftschicht 12 miteinander verbunden und fixiert sind. Die Resonatorausbildungsschicht 114 des Filterabschnitts 11 und das Basissubstrat 13 können beispielsweise durch eine Diffusionsverbindungsschicht miteinander verbunden und fixiert sein.
<1.1.3 Basissubstrat>
Das Basissubstrat 13 dient als Stütze zum Unterstützen des piezoelektrischen Substrates auf der Bodenoberfläche, aus der die unteren Elektroden 1131 und 1132 und die Resonatorausbildungsschicht 114 ausgebildet sind, über die Haftschicht 12 zum Zeitpunkt der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat während der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1. Zudem dient das Basissubstrat 13 außerdem als Stütze zum Unterstützen über die Haftschicht 12 der piezoelektrischen Dünnschicht 111 auf der Bodenoberfläche, aus der die unteren Elektroden 1131 und 1132 und die Resonatorausbildungsschicht 114 ausgebildet sind, und auf der oberen Oberfläche, aus der die oberen Elektroden 1121 bis 1124 ausgebildet sind. Daher muss das Basissubstrat 13 außerdem der zum Zeitpunkt der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebrachten Kraft widerstehen können, und eine Anhaftungskraft aufweisen, die nach der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 nicht reduziert ist.
Das Material und die Dicke des Basissubstrates 13 kann zweckmäßig ausgewählt werden, so dass die vorstehend angeführten Anforderungen erfüllt sind. Falls das Material für das Basissubstrat 13 ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem des die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildenden piezoelektrischen Materials ist, noch bevorzugter ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten äquivalent zu dem des die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildenden i piezoelektrischen Materials, beispielsweise dasselbe Material wie das die piezoelektrische Dünnschicht 111 bildende piezoelektrische Material, ist es möglich, eine Verwindung und eine Beschädigung zu unterdrücken, wie sie durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten (durch thermische Verspannung) während der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 verursacht wird. Es ist ferner möglich, charakteristische Variationen sowie eine Beschädigung zu unterdrücken, die durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten (durch thermische Verspannung) nach der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 verursacht wird.
Zudem ist es selbst bei Verwendung eines Materials mit einem anisotropischen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten wünschenswert, dass die jeweiligen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht 111 und des Basissubstrates 13 zumindest in Richtung parallel zu der piezoelektrischen Dünnschicht 111 (jede Richtung innerhalb der XY-Ebene der 1 bis 3) miteinander übereinstimmen. Natürlich ist es weiter wünschenswert, falls möglich, dass die jeweiligen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht 111 und des Basissubstrates 13 auch in senkrechter Richtung zu der piezoelektrischen Dünnschicht 111 miteinander übereinstimmen.
Beispielsweise bei der Verwendung eines Substrates aus einem einkristallinen Material mit einem anisotropischen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat, das durch die Entfernungsverarbeitung zu der piezoelektrischen Dünnschicht 111 wird, können die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten miteinander übereinstimmen, falls ein Substrat von derselben Art von einkristallinem Material wie dem des als das vorstehend angeführte piezoelektrische Substrat verwendeten Substrats, nämlich ein Substrat aus demselben Material und mit derselben Kristallorientierung wie bei dem gemäß vorstehender Beschreibung verwendeten Substrat, als das Basissubstrat verwendet wird, und das Basissubstrat 13 und das Element mit dem piezoelektrischen Substrat miteinander (gemäß nachstehender Beschreibung) verbunden werden, wobei die Kristallachsen des Basissubstrates und des Elementes mit dem piezoelektrischen Substrat einheitlich orientiert sind.
<2 Zweites Ausführungsbeispiel (nicht beansprucht)>
<2.1 Konfiguration des piezoelektrischen Dünnschichtfilters>
Ein piezoelektrisches Dünnschichtfilter 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine ähnliche Konfiguration zu der des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 auf, aber das Resonatorausbildungsverfahren für das piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 unterscheidet sich von dem für das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1.
Die Beschreibung erfolgt mit einem Fokus auf einen auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonator R21, der in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 beinhaltet ist. Gemäß der Schnittansicht nach 5 umfasst das piezoelektrische Dünnschichtfilter 2: eine obere Elektrode 2121; eine piezoelektrische Dünnschicht 211; eine untere Elektrode 2131; eine Haftschicht 22 und ein Basissubstrat 23 entsprechend der oberen Elektrode 1121; die piezoelektrische Dünnschicht 111; die untere Elektrode 1131; die Haftschicht 12 und das Basissubstrat 13. Zudem ist in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 eine untere Elektrode 2135 als Scheinelektrode auf der Bodenoberfläche einer piezoelektrischen Dünnschicht 21 derart ausgebildet, dass die piezoelektrische Dünnschicht 211 in einen Zustand parallel gegenüber dem Basissubstrat 23 versetzt ist.
Das piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 umfasst jedoch keine Konfiguration entsprechend der Resonatorausbildungsschicht 114. Anstatt dessen umfasst das piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 eine Konfiguration, bei der eine einen Resonator C21 ausbildende Vertiefung (konkaver Abschnitt) S21 in einem vorgeschriebenen Bereich des Basissubstrates 23 gegenüber einem Anregungsbereich E21 der piezoelektrischen Dünnschicht 211 derart ausgebildet ist, dass Vibrationen des auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonators R21 nicht mit dem Basissubstrat 23 interferieren.
Außerdem ist bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 211 in dem Anregungsbereich E21 sowie einem Nichtanregungsbereich E2X konstant. Daher weist das piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 eine zur Energiebindung der Frequenzverringerungsart geeignete Konfiguration auf.
<3 Drittes Ausführungsbeispiel (nicht beansprucht)>
<3.1 Konfiguration des piezoelektrischen Dünnschichtfilters>
Ein piezoelektrisches Dünnschichtfilter 3 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel weist eine ähnliche Konfiguration zu der des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 auf, aber das Resonatorausbildungsverfahren für das piezoelektrische Dünnschichtfilter 3 unterscheidet sich von dem für das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1.
Die Beschreibung erfolgt mit einem Fokus auf einen auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonator R31, der in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 3 beinhaltet ist. Gemäß der Schnittansicht nach 6 umfasst das piezoelektrische Dünnschichtfilter 3: eine obere Elektrode 3121; eine piezoelektrische Dünnschicht 311; eine untere Elektrode 3131; eine Haftschicht 32 und ein Basissubstrat 33, entsprechend der oberen Elektrode 1121; die piezoelektrische Dünnschicht 111; die untere Elektrode 1131; die Haftschicht 12 und das Basissubstrat 13.
Das piezoelektrische Dünnschichtfilter 3 umfasst jedoch keine Konfiguration entsprechend zu der Resonatorausbildungsschicht 114. Anstatt dessen umfasst das piezoelektrische Dünnschichtfilter 3 eine Konfiguration, bei der eine einen Resonator C13 ausbildende Vertiefung (konkaver Abschnitt) S31 auf der Bodenoberfläche des Anregungsbereiches E31 der piezoelektrischen Dünnschicht 311 derart ausgebildet ist, dass Vibrationen des auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonators R31 nicht mit dem Basissubstrat 33 interferieren.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 3 ist die Dicke des Anregungsbereiches E31 geringer als die eines Nichtanregungsbereiches E3X. Daher weist das piezoelektrische Dünnschichtfilter 3 eine zur Energiebindung der Frequenzerhöhungsart geeignete Konfiguration auf.
BEISPIELE
Nachstehend sind Beispiele 1 bis 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, den nicht beanspruchten Ausführungsbeispielen 2 und 3, sowie das Vergleichsbeispiel 1 außerhalb des Erfindungsbereiches beschrieben.
Beispiel 1
Bei Beispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 hergestellt, unter Verwendung von: einem Einkristall aus Lithiumniobat als dem die piezoelektrische Dünnschicht 111 und das Basissubstrat 13 bildenden piezoelektrischen Material; Aluminium als dem die oberen Elektroden 1121 bis 1124 und die unteren Elektroden 1131 und 1132 bildenden leitenden Material; Siliziumdioxid als dem die Resonatorausbildungsschicht 114 bildenden isolierenden Material; und einem Epoxidhaftmittel als dem die Haftschicht 12 bildenden Material.
Gemäß der Schnittansicht nach 7 wird zur Reduzierung der Herstellungskosten das piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 nach Beispiel 1 auf die nachstehend wiedergegebene Weise erhalten. Nach der Herstellung einer Baugruppe U11 durch Integration einer großen Anzahl an piezoelektrischen Dünnschichtfiltern 1 wird die Unterbaugruppe U11 durch eine Rohchipunterteilungssäge in individuelle piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 geschnitten. Es ist anzumerken, dass obwohl in 7 ein Beispiel gezeigt ist, bei dem in der Unterbaugruppe U11 drei piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 enthalten sind, die Anzahl an in der Unterbaugruppe U11 beinhalteten piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 vier oder mehr sein kann, und typischerweise mehrere Hundert bis mehrere Tausend piezoelektrische Dünnschichtfilter 1 in der Unterbaugruppe U11 enthalten sind.
Nachfolgend ist ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 1 nach Beispiel 1 unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Obwohl die Beschreibung mit einem Fokus auf die in der Unterbaugruppe U11 enthaltenen beiden auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 und R12 zur Vereinfachung erfolgt, werden gleichzeitig mit den auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren R11 und R12 andere in der Unterbaugruppe U11 enthaltene auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren hergestellt.
Unter Bezugnahme auf 8 wurde zunächst ein kreisrunder Wafer (eine unter 36 Grad geschnittene Y-Scheibe) aus einkristallinem Lithiumniobat mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 3 Zoll als das piezoelektrische Substrat 15 und das Basissubstrat 13 hergestellt.
Eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1000 Ä wurde durch einen Zerstäubungsvorgang über eine gesamte Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrates 15 ausgebildet, und die untere Elektrode 1131 wurde durch einen Ätzvorgang unter Verwendung eines typischen Fotolithografievorgangs strukturiert [Herstellungsvorgang für die untere Elektrode].
Danach wurde eine Siliziumdioxidschicht 1141 mit einer Dicke von 1 µm durch einen Zerstäubungsvorgang über die gesamte Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrates 15 ausgebildet, wo die untere Elektrode 1131 ausgebildet wurde [Ausbildungsvorgang für die SiO₂-Schicht]. Dann wurde die als die Anregungsbereiche E11 und E12 in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 in einem vorgeschriebenen Bereich des piezoelektrischen Substrates 15 ausgebildete Siliziumdioxidschicht durch einen Nassätzvorgang unter Verwendung von Flusssäure entfernt. Dadurch wurde die Resonatorausbildungsschicht 114, welche die Resonatoren C11 und C12 ausbildet, in einem vorgeschriebenen Bereich des piezoelektrischen Substrates 15 als ein Nichtanregungsbereich E1X in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet [Resonatorausbildungsvorgang].
Unter Bezugnahme auf 9, welche ein durch den Herstellungsvorgang für die untere Elektrode, den Ausbildungsvorgang für die SiO₂-Schicht und den Resonatorausbildungsvorgang hergestelltes Element P11 gewendet darstellt, wird das Epoxidhaftmittel als die Haftschicht 12 auf eine Gesamthauptoberfläche des Basissubstrates 13 aufgebracht, und die Hauptoberfläche des Basissubstrates 13, auf die das Epoxidhaftmittel aufgebracht wurde, und die Resonatorausbildungsschicht 114 des Elementes P11 wurden miteinander verbunden. Nachfolgend wurde auf das Basissubstrat 13 und das piezoelektrische Substrat 15 Druck für eine Pressdruckverbindung aufgebracht, so dass die Haftschicht 12 eine Dicke von 0,5 µm annahm. Danach wurden das verbundene Basissubstrat 13 und das Element P11 in einer Umgebung mit 200°C für eine Stunde zur Aushärtung unter Verwendung des Epoxidhaftmittels stehengelassen, so dass das Substrat 13 und die Resonatorausbildungsschicht 114 des Filterabschnitts 11 miteinander verbunden waren [Verbindungsvorgang]. Dadurch wurde das Element P11 mit dem Basissubstrat 13 verbunden, und die Resonatoren C11 und C12 wurden mit einer rechteckigen Form von 50 µm Breite und 100 µm Länge und einer Tiefe von etwa 1 µm unter einem vorgeschriebenen Bereich des piezoelektrischen Substrates 15 als die Anregungsbereiche E11 und E12 in der piezoelektrischen Dünnschicht 111 ausgebildet.
Nach Abschluss der Verbindung/Fixierung des Basissubstrates 13 und des Elementes P11 wurde die andere Hauptoberfläche des Basissubstrates 13 mit einer Polierspannvorrichtung aus Siliziumkarbid (SiC) verbunden und fixiert, während das Element P11 in einem mit dem Basissubstrat 13 verbundenen und fixierten Zustand gehalten wurde, und die andere Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrates 15 wurde einer Schleifverarbeitung unter Verwendung einer Schleifmaschine mit fixierten abtragenden Körnern zur Reduktion der Dicke des piezoelektrischen Substrates 15 bis 50 µm unterzogen. Die andere Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrates 15 wurde einer Polierverarbeitung unter Verwendung von abtragenden Diamantkörnern unterzogen, um die Dicke des piezoelektrischen Substrates 15 auf 2 µm zu reduzieren. Schließlich wurde zur Entfernung einer auf dem piezoelektrischen Substrat 15 durch die Polierverarbeitung unter Verwendung der abtragenden Diamantkörner erzeugten verschlechterten Verarbeitungsschicht freie abtragende Körner und ein nicht gewebtes Poliertuch zur Durchführung eines abschließenden Poliervorgangs auf dem piezoelektrischen Substrat 15 verwendet, so dass die piezoelektrische Dünnschicht 111 mit einer Dicke von 1,00 (± 0,01) µm erhalten wurde [Entfernungsvorgang].
Weiterhin wurde die polierte Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 111 unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels gewaschen, und eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1000 Å wurde über der gesamten polierten Oberfläche ausgebildet. Die oberen Elektroden 1121 und 1122 wurden sodann durch einen Ätzvorgang unter Verwendung eines typischen Fotolithografievorgangs strukturiert [Herstellungsvorgang für die obere Elektrode].
Bei dem somit erhaltenen piezoelektrischen Dünnschichtfilter 1 wurde die Frequenzimpedanzcharakteristik des auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonators R11 gemessen, und die Vibrationsantwort einer Dickenausdehnungsvibration wurde bestimmt, wobei eine Resonanzfrequenz von 1,95 GHz, eine Antiresonanzfrequenz von 2,10 GHz und ein mechanischer Qualitätskoeffizient von 980 erhalten wurde. Ferner wurde im Bereich von 1,90 bis 2,20 GHz eine durch Subresonanz verursachte Unechtheit beobachtet. Wenn die Temperaturcharakteristik der Resonanzfrequenz bei -20 bis 80°C mittels eines Frequenztemperaturkoeffizienten bewertet wurde, lag zudem der bestimmte Wert bei 70 ppm/°C.
Beispiel 2
Beispiel 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dahingehend, dass anstelle der Durchführung des Ausbildungsvorgangs für die SiO₂-Schicht und des Resonatorausbildungsvorgangs die den Resonator C21 ausbildende Vertiefung S21 in einem vorgeschriebenen Bereich des Basissubstrates 23 gegenüber dem Anregungsbereich E21 der piezoelektrischen Dünnschicht 211 vor dem Verbindungsvorgang ausgebildet wird.
Ein Vertiefungsausbildungsvorgang zur Ausbildung der Vertiefung S21 ist unter Bezugnahme auf die Schnittansicht nach 10 beschrieben. Zunächst wurde eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 2 µm über eine gesamte Hauptoberfläche des Basissubstrates 23 durch einen Zerstäubungsvorgang ausgebildet, und ein nur einen Abschnitt des Basissubstrates 23, wo die Vertiefung S21 auszubilden war, freilegendes und den Restabschnitt bedeckendes Maskenmuster M21 wurde durch Fotolithografie und Nassätzen ausgebildet [Ausbildungsvorgang für das Maskenmuster] .
Danach wurde das Basissubstrat 23 unter Verwendung von auf 60°C erwärmter Flusssäure geätzt, und die Vertiefung S21 mit einer rechteckigen Form von 50 µm Breite und 100 µm Länge sowie einer Tiefe von etwa 1 µm wurde auf dem Basissubstrat 23 ausgebildet [Ätzvorgang].
Bei dem somit erhaltenen piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 wurde die Frequenzimpedanzcharakteristik des auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonators R21 gemessen, und eine Vibrationsantwort einer Dickenausdehnungsvibration wurde bestimmt, wobei eine Resonanzfrequenz von 1,95 GHz, eine Antiresonanzfrequenz von 2.10 GHz und ein mechanischer Qualitätskoeffizient von 980 erhalten wurde. Ferner wurde im Bereich von 1,90 bis 2,20 GHz eine durch Subresonanz verursachte Unechtheit beobachtet. Wenn die Temperaturcharakteristik der Resonanzfrequenz bei -20 bis 80°C mittels eines Frequenztemperaturkoeffizienten bewertet wurde, lag zudem der bestimmte Wert bei 70 ppm/°C.
Beispiel 3
Beispiel 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dahingehend, dass anstelle der Durchführung des Ausbildungsvorgangs für die SiO₂-Schicht und des Resonatorausbildungsvorgangs die den Resonator C31 ausbildende Vertiefung (der konkave Abschnitt) S31 in einem vorgeschriebenen Bereich des piezoelektrischen Substrates 35 als der Anregungsbereich E31 in der piezoelektrischen Dünnschicht 311 ausgebildet ist.
Ein Vertiefungsausbildungsvorgang zur Ausbildung der Vertiefung S31 ist unter Bezugnahme auf die Schnittansicht nach 11 beschrieben. Zunächst wurde eine Goldschicht mit einer Dicke von 1 µm über eine gesamte Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrates 35 durch einen Zerstäubungsvorgang ausgebildet, und ein lediglich einen Abschnitt des piezoelektrischen Substrates 35, wo die Vertiefung S31 auszubilden war, freilegendes und den Restabschnitt bedeckendes Maskenmusters M31 wurde durch Fotolithografie und Nassätzen ausgebildet [Ausbildungsvorgang für das Maskenmuster].
Danach wurde das piezoelektrische Substrat 35 unter Verwendung von auf 60°C erhitzter Flusssäure geätzt, und die Vertiefung S31 mit einer rechteckigen Form von 50 µm Breite und 100 µm Länge sowie einer Tiefe von etwa 1 µm wurde auf dem piezoelektrischen Substrat 35 ausgebildet [Ätzvorgang] .
Bei dem somit erhaltenen piezoelektrischen Dünnschichtfilter 3 wurde die Frequenzimpedanzcharakteristik des auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonators R31 gemessen, und eine Vibrationsantwort einer Dickenausdehnungsvibration wurde bestimmt, wobei eine Resonanzfrequenz von 1,95 GHz, eine Antiresonanzfrequenz von 2,15 GHz und ein mechanischer Qualitätskoeffizient von 980 erhalten wurde. Ferner wurde im Bereich von 1,95 bis 2,20 GHz keine durch Subresonanz verursachte Unechtheit beobachtet.
Vergleichsbeispiel 1
Bei Vergleichsbeispiel 1 wurde ein piezoelektrisches Dünnschichtfilter mit der in 12 gezeigten Querschnittskonfiguration hergestellt. Bei der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters wurde zunächst ein 3 Zoll Wafer aus einem Siliziumeinkristall (111-Fläche) mit einer Dicke von 0,5 mm als Basissubstrat 91 verwendet, und eine Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von 1 µm wurde durch einen Zerstäubungsvorgang über die gesamte Hauptoberfläche des Basissubstrates 91 ausgebildet. Danach wurde eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1000 Å durch einen Zerstäubungsvorgang auf der Siliziumnitridschicht ausgebildet, und eine untere Elektrode 93 wurde durch einen Ätzvorgang unter Verwendung eines typischen Fotolithografievorgangs strukturiert.
Danach wurde eine Lithiumniobatschicht mit einer Dicke von 1 µm durch einen Zerstäubungsvorgang auf der unteren Elektrode 93 für den Erhalt einer c-Achsen-orientierten polykristallinen piezoelektrischen Dünnschicht 94 ausgebildet.
Nachfolgend wurde eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1000 Ä durch einen Zerstäubungsvorgang auf der piezoelektrischen Dünnschicht 94 ausgebildet, und eine untere Elektrode 95 wurde durch einen Ätzvorgang unter Verwendung eines typischen Fotolithografievorgangs strukturiert.
Andererseits wurde eine Chromschicht durch einen Zerstäubungsvorgang auf der anderen Hauptoberfläche des Basissubstrates 91 ausgebildet, und eine lediglich einen Abschnitt des Basissubstrates 91, wo ein Resonator C91 auszubilden war, freilegendes und den Restabschnitt bedeckendes Maskenmuster wurde durch Fotolithografie und Nassätzen ausgebildet.
Danach wurde das Basissubstrat 91 unter Verwendung von auf 60°C erhitzter Flusssäure geätzt, und der Resonator C91 mit einer rechteckigen Form von 50 µm Breite und 100 µm Länge wurde auf dem Basissubstrat 91 ausgebildet.
Bei dem somit erhaltenen piezoelektrischen Dünnschichtfilter wurde die Frequenzimpedanzcharakteristik des auf einer akustischen Volumenwelle basierenden Schichtresonators gemessen, und eine Vibrationsantwort einer Dickenausdehnungsvibration wurde bestimmt, wobei eine Resonanzfrequenz von 1,95 GHz, eine Antiresonanzfrequenz von 2,00 GHz und ein mechanischer Qualitätskoeffizient von 240 erhalten wurde.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, steigt die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz bei den Beispielen 1 bis 3 deutlich gegenüber der Differenz von 50 MHz bei Vergleichsbeispiel 1 auf 150 bis 200 MHz an, und ein deutlicher Anstieg beim elektromechanischen Kopplungskoeffizienten wurde somit verwirklicht. Ferner steigt bei den Beispielen 1 bis 3 der mechanische Qualitätskoeffizient deutlich von dem Koeffizienten von 240 bei Vergleichsbeispiel 1 auf 980 an. Besonders bei Beispiel 3 war die Unterdrückung der durch Subresonanz verursachten Unechtheit durch Energiebindung erfolgreich.
Die Erfindung richtet sich auf die Vermeidung von Charakteristikvariationen und einer durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachten Beschädigung.
Ein piezoelektrisches Dünnschichtfilter mit vier auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren umfasst eine Konfiguration, bei der ein Filterabschnitt zur Bereitstellung einer Filterfunktion des piezoelektrischen Dünnschichtfilters mit einem den Filterabschnitt über eine Haftschicht mechanisch stützenden flachen Basissubstrat verbunden ist. Bei der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters wird eine piezoelektrische Dünnschicht durch die Durchführung einer Entfernungsverarbeitung auf einem piezoelektrischen Substrat erhalten, die individuell nicht ihrem eigenen Gewicht standhalten kann, aber es werden Substrate aus einer Art von einkristallinem Material als das Basissubstrat verwendet, damit die jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht und das Basissubstrates miteinander übereinstimmen.

Claims

Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen oder einer Vielzahl von auf akustischen Volumenwellen basierenden Schichtresonatoren, mit: einer piezoelektrischen Dünnschicht (111) mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, und die eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist; einer ersten Elektrode (1121-1124), die auf der ersten Hauptoberfläche gebildet ist; einer zweiten Elektrode (1131, 1132), die auf der zweiten Hauptoberfläche gebildet ist; einer Siliziumdioxidschicht (114), die auf der zweiten Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (111) in einem Nichtanregungsbereich der piezoelektrischen Dünnschicht (111) gebildet ist; einem Basissubstrat (13) zum Stützen einer die piezoelektrische Dünnschicht (111), die erste Elektrode (1121-1124), die zweite Elektrode (1131, 1132) und die Siliziumdioxidschicht (114) beinhaltenden Struktur (11); und eine Haftschicht (12), um die Struktur mit dem Basissubstrat (13) zu verbinden und zu fixieren, wobei die Haftschicht (12) aus einem Epoxidhaftmittel oder einem Acrylhaftmittel gebildet ist und auf einer ganzen Oberfläche einer Hauptoberfläche des Basissubstrats (13) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht (111) und des Basissubstrats (13) zumindest in einer Richtung parallel zu der piezoelektrischen Dünnschicht (111) miteinander übereinstimmen.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Art von Material für die piezoelektrische Dünnschicht (111) und das Basissubstrat (13) verwendet wird.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallachsen der piezoelektrischen Dünnschicht (111) und des Basissubstrats (13) einheitlich orientiert sind.