DE102007000117B4

DE102007000117B4 - Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung

Info

Publication number: DE102007000117B4
Application number: DE102007000117.9A
Authority: DE
Inventors: Yukihisa Osugi; Shoichiro Yamaguchi; Tomoyoshi Tai
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: US20070210877A1; JP4963193B2; DE102007000117A1; US7609133B2; JP2007274660A

Abstract

Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung umfasst:
eine piezoelektrische Dünnschicht (14, 24),
eine Auflage (11, 21) zum Tragen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24),
Elektrodenschichten (13, 15, 23, 25), die auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet sind und vorbestimmte Muster aufweisen,
eine erste zusätzliche Schicht (16, 26), die außerhalb eines Anregungsbereichs (141, 241, 243) zur Anregung von Schwingungen auf zumindest einer der Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet ist, und
einer zweiten zusätzlichen Schicht (27), die eine Leitungseigenschaft aufweist und außerhalb eines Bereichs, der die erste zusätzliche Schicht (16, 26) darauf ausgebildet aufweist, auf der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) mit der darauf ausgebildeten ersten zusätzlichen Schicht (16, 26) ausgebildet ist, wobei
die zweite zusätzliche Schicht (27) eine Dicke aufweist, die größer als die der ersten zusätzlichen Schicht (16, 26) ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren (FBAR bzw. film bulk acoustic resonator) umfassen.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein akustischer Schicht-Volumen-Resonator, der eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung bildet, ist bisher erhalten worden, indem Anregungselektroden auf beiden Hauptoberflächen einer piezoelektrischen Dünnschicht entgegengesetzt zueinander mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht in einem Anregungsbereich, bei dem Schwingungen angeregt werden, ausgebildet werden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2003-318695 A ).
Es gibt jedoch eine Schwierigkeit mit der herkömmlichen piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung dahingehend, dass eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft bzw. eine Frequenz-Impedanz-Kennlinie des akustischen Schicht-Volumen-Resonators für Störungen anfällig ist, die durch Schwingungen in einer unerwarteten Mode verursacht werden.
Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift US 6 424 237 B1 aufgefunden werden, welche einen akustischen Volumenwellenresonator mit einem Perimeter-Reflexionssystem offenbart.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren, wobei die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung durch die unabhängigen Patentansprüche definiert ist.
Hiermit wird, da die zusätzliche Schicht eine Streuung einer akustischen Welle verhindert, eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators unempfindlich gegenüber einer Störung.
Vorzugsweise ist die erste zusätzliche Schicht bei einem Außenrandabschnitt entlang einem Außenumfang des Anregungsbereichs ausgebildet.
Hiermit kann eine Eigenschaft oder Kennlinie der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung verbessert werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine zweite zusätzliche Schicht eine Dicke auf, die größer ist als die der ersten Schicht.
Hiermit wird, da ein Energieeinfangen in dem Anregungsbereich verwirklicht werden kann, die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators unempfindlich gegenüber einer Störung.
Vorzugsweise ist ein Material, das die erste zusätzliche Schicht bildet, ein Metall.
Hiermit kann die zusätzliche Schicht mit einer Funktion als Elektrodenschicht versehen werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Masse pro Einheitsfläche der ersten zusätzlichen Schicht, die überlagert auf der Elektrodenschicht ausgebildet wird, nicht kleiner als 0,1% und nicht größer als 20% einer Summe einer Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht und einer Masse pro Einheitsfläche der Elektrodenschicht in dem Anregungsbereich.
Hiermit wird die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators weiter unempfindlich gegenüber einer Störung.
Vorzugsweise ist die Masse pro Einheitsfläche der ersten zusätzlichen Schicht, die überlagert auf der Elektrodenschicht ausgebildet wird, nicht kleiner als 1% und nicht größer als 10% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht und der Masse pro Einheitsfläche der Elektrodenschicht in dem Anregungsbereich.
Hiermit kann ein Einfluss eines Tragens durch das Auflagesubstrat vermieden werden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung bereitzustellen, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer Störung unempfindlich ist.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich.
Figurenliste

1 zeigt eine Schrägansicht, die eine schematische Konfiguration eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2A bis 2D zeigen Darstellungen, die Muster einer oberen Elektrode, einer unteren Elektrode und einer zusätzlichen Schicht, wenn sie von oben betrachtet werden, sowie Querschnitte des akustischen Schicht-Volumen-Resonators entlang Schnittebenenlinien A-A und B-B gemäß 1 zeigen,
3 zeigt eine Darstellung, die Muster der oberen Elektrode und der zusätzlichen Schicht zeigt,
4 zeigt eine Schrägansicht, die eine schematische Konfiguration eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
5A und 5B zeigen Darstellung, die Muster einer oberen Elektrode, einer unteren Elektrode und zusätzlicher Schichten, wenn sie von oben betrachtet werden, zeigen,
6 zeigt eine Schnittdarstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters entlang einer Schnittebenenlinie VI-VI gemäß 4,
7 zeigt eine Schnittdarstellung, die einen Zustand eines Schneidens einer Baugruppe, die eine große Anzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren integriert, in getrennte akustische Schicht-Volumen-Resonatoren zeigt,
8A bis 8C zeigen Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators,
9A bis 9C zeigen Darstellungen zur Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators,
10 zeigt eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators gemäß einem Beispiel 1 zeigt,
11 zeigt eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators gemäß einem Beispiel 2 zeigt,
12 zeigt eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt, und
13 zeigt eine Darstellung, die Muster einer oberen Elektrode und einer zusätzlichen Schicht zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel
In 1 ist eine Schrägansicht gezeigt, die eine schematische Konfiguration eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators (film bulk acoustic resonator bzw. FBAR) 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 ist ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem zum Zwecke einer Beschreibung definiert, wobei die Rechts-Links-Richtung die X-Achsen-Richtung ist, die Vor-Zurück-Richtung die Y-Achsen-Richtung ist und die Auf-Ab-Richtung die Z-Achsen-Richtung ist. Dies trifft ebenso auf jede der nachstehend beschriebenen Figuren zu. Der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 ist ein Resonator, der eine elektrische Antwort mittels Dickeausdehnungsschwingungen, die durch eine piezoelektrische Dünnschicht 14 angeregt werden, verwendet.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 eine Konfiguration auf, bei der eine Haftschicht 12, eine untere Elektrode 13, die piezoelektrische Dünnschicht 14, eine obere Elektrode 15 und eine zusätzliche Schicht 16 in dieser Reihenfolge auf einem Auflagesubstrat 11 geschichtet sind. Bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 weist die piezoelektrische Dünnschicht 14 eine Größe auf, die kleiner ist als die des Auflagesubstrats 11, wobei ein Teil der unteren Elektrode 13 in einem freigelegten Zustand ist.
Bei einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 wird die piezoelektrische Dünnschicht 14 erhalten, indem eine Entfernungsverarbeitung bei einem piezoelektrischen Substrat, das unter seinem eigenen Gewicht unabhängig stehen kann, ausgeführt wird, wobei aber die piezoelektrische Dünnschicht 14, die durch die Entfernungsverarbeitung erhalten wird, nicht unter ihrem eigenen Gewicht unabhängig stehen kann. Aus diesem Grund wird vor der Entfernungsverarbeitung bei einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 ein vorbestimmtes Element, das ein piezoelektrisches Substrat umfasst, im Voraus bei dem Auflagesubstrat 11 als eine Halterung angebracht bzw. befestigt.
- Auflagesubstrat
Wenn ein piezoelektrisches Substrat einer Entfernungsverarbeitung während einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators unterzogen wird, dient das Auflagesubstrat 11 als eine Auflage, um das piezoelektrische Substrat mit der auf einer zugehörigen unteren Oberfläche ausgebildeten unteren Elektrode 13 über die Haftschicht 12 zu tragen. Zusätzlich dient das Auflagesubstrat 11 nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 ebenso als eine Auflage, um die piezoelektrische Dünnschicht 14 mit der darauf bei einer zugehörigen unteren Oberfläche ausgebildeten unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 15 auf der zugehörigen oberen Oberfläche über die Haftschicht 12 zu tragen. Folglich muss das Auflagesubstrat 11 in der Lage sein, einer Kraft, die zu der Zeit der Entfernungsverarbeitung auf das piezoelektrische Substrat angelegt wird, zu widerstehen, wobei es ebenso nicht eine zugehörige Stärke nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verringern darf.
Das Material für das Auflagesubstrat 11 sowie dessen Dicke können in geeigneter Weise ausgewählt werden, um die vorstehend genannten Erfordernisse zu erfüllen. Wenn das Material für das Auflagesubstrat 11 jedoch ein Material ist, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der nahe bei dem des piezoelektrischen Materials ist, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, noch besser ein Material, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der gleich zu dem des piezoelektrischen Materials ist, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, beispielsweise das gleiche Material wie das piezoelektrische Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, ist es möglich, ein Verziehen und eine Beschädigung, die durch eine Differenz in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten während einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verursacht wird, zu unterdrücken bzw. zu vermindern. Es ist ferner möglich, Eigenschaftsvariationen und eine Beschädigung, die durch eine Differenz in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators verursacht werden, zu unterdrücken bzw. zu vermindern. Zusätzlich ist es im Falle einer Verwendung eines Materials, das einen anisotropen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wünschenswert, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten in allen verschiedenen Richtungen die gleichen sind. Außerdem kann das gleiche Material wie das piezoelektrische Material in der gleichen Ausrichtung wie das piezoelektrische Material verwendet werden.
Eine zylindrische Vertiefung (ein konkaver Abschnitt oder eine Auskehlung) 111 ist in einem vorbestimmten Bereich des Auflagesubstrats 11 gegenüberliegend zu einem Anregungsbereich 141 der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet (2D). Die Vertiefung 111 bildet einen Hohlraum unter dem Anregungsbereich 141 der piezoelektrischen Dünnschicht 14, um den Anregungsbereich 141 von dem Auflagesubstrat 11 zu trennen, um zu verhindern, dass Schwingungen, die durch den Anregungsbereich 141 angeregt werden, das Auflagesubstrat 11 störend beeinflussen.
- Haftschicht
Die Haftschicht 12 dient zum Anbringen und Befestigen des piezoelektrischen Substrats mit der bei einer zugehörigen Bodenoberfläche ausgebildeten unteren Elektrode 14 bei dem Auflagesubstrat 11, wenn das piezoelektrische Substrat einer Entfernungsverarbeitung während der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 unterzogen wird. Zusätzlich dient die Haftschicht 12 ebenso zum Anbringen und Befestigen der piezoelektrischen Dünnschicht 14 mit der auf einer zugehörigen unteren Oberfläche ausgebildeten unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 15 auf einer zugehörigen oberen Oberfläche bei dem Auflagesubstrat 11 nach einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1. Folglich muss die Haftschicht 12 in der Lage sein, einer Kraft, die zu der Zeit der Entfernungsverarbeitung an das piezoelektrische Substrat angelegt wird, zu widerstehen, wobei sie ebenso nicht eine zugehörige Haftkraft nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verringern darf.
Ein wünschenswertes Beispiel der Haftschicht 12, das derartigen Anforderungen genügt, kann eine Haftschicht 12 sein, die aus einem organischen Haftmittel, wünschenswerterweise einem Epoxyd-Haftmittel (eine Haftschicht, die aus einem Epoxydharz hergestellt ist, das duroplastische Eigenschaften verwendet) oder einem Acryl-Haftmittel (Haftschicht, die aus einem Acrylharz hergestellt ist, das sowohl duroplastische als auch lichthärtende Eigenschaften verwendet), gebildet wird, das einen Fülleffekt aufweist, und eine ausreichende Haftkraft ausübt, auch wenn ein anzubringender Gegenstand nicht vollständig flach ist. Eine Anwendung eines derartigen Harzes ermöglicht eine Verhinderung einer unerwarteten Bildung eines Luftraums zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Auflagesubstrat 11, wodurch ein Auftreten einer Bruchstelle oder dergleichen zu der Zeit der Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat aufgrund des Luftraums verhindert wird. Dies verhindert jedoch nicht, dass die piezoelektrische Dünnschicht 14 und das Auflagesubstrat 11 durch eine Haftschicht 12 aneinander angebracht und miteinander verbunden werden, die zu der vorstehend genannten Haftschicht 12 unterschiedlich ist.
- Piezoelektrische Dünnschicht
Die piezoelektrische Dünnschicht 14 wird erhalten, indem eine Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat ausgeführt wird. Genauer gesagt wird die piezoelektrische Dünnschicht 14 erhalten, indem das piezoelektrische Substrat in der Dicke von einer Dicke (beispielsweise nicht kleiner als 50 µm), mit der das Substrat unter seinem eigenen Gewicht unabhängig stehen kann, zu einer Dicke (beispielsweise nicht größer als 10 µm), mit der das Substrat unter seinem eigenen Gewicht nicht unabhängig stehen kann, verringert wird.
Als ein piezoelektrisches Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, kann ein piezoelektrisches Material mit einer gewünschten piezoelektrischen Eigenschaft ausgewählt werden, wobei es wünschenswert ist, ein Einzelkristallmaterial, das keine Korngrenze umfasst, wie beispielsweise ein Quarzkristall (SiO₂), Lithium-Niobat (LiNbO₃), Lithium-Tantalit (LiTaO₃), Lithium-Tetraborat (Li₂B₄O₇), Zinkoxid (ZnO), Kaliumniobat (KNbO₃) oder Langasit (La₃Ga₃SiO₁₄) auszuwählen. Der Grund hierfür ist, dass die Verwendung des Einzelkristallmaterials als das piezoelektrische Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, zu einer Verbesserung in einem elektromechanischen Kopplungsfaktor sowie einem mechanischen Qualitätsfaktor der piezoelektrischen Dünnschicht 14 führen kann.
Ferner kann die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgewählt werden, um eine Kristallausrichtung zu sein, die eine gewünschte piezoelektrische Eigenschaft aufweist. Hierbei ist die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Dünnschicht 14 wünschenswerterweise eine Kristallausrichtung, die zu günstigen Temperatureigenschaften einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 führt, wobei sie ferner wünschenswerterweise eine Kristallausrichtung ist, bei der ein Resonanzfrequenz-Temperaturkoeffizient „0“ ist.
Eine Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat wird durch eine mechanische Verarbeitung, wie beispielsweise Schneiden, Schleifen oder Polieren, oder durch eine chemische Verarbeitung, wie beispielsweise Ätzen, ausgeführt. Hierbei ist es, wenn das piezoelektrische Substrat einer Entfernungsverarbeitung unterzogen wird, bei der eine Vielzahl von Entfernungsverarbeitungsverfahren kombiniert werden und das Entfernungsverarbeitungsverfahren in Stufen von einer, die mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgeführt wird, zu einer mit einem kleinen Prozessabbau bei einem zu verarbeitenden Objekt geschaltet wird, möglich, die Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 14 zu verbessern, während eine hohe Produktivität aufrechterhalten wird, um die Eigenschaften des akustischen Schicht-Volumen-Resonators zu verbessern. Beispielsweise wird das piezoelektrische Substrat einem Schleifen unterzogen, bei dem das Substrat in Kontakt mit festen Schleifkörnern für ein Schleifen gebracht wird, wobei es dann einem Polieren unterzogen wird, bei dem das Substrat in Kontakt mit freien Schleifkörnern für ein Schleifen gebracht wird. Danach wird eine Verarbeitungsabbauschicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat durch das vorstehend genannte Polieren erzeugt wird, durch ein Fertigpolieren entfernt. Wenn eine derartige Verarbeitung ausgeführt wird, kann das piezoelektrische Substrat mit einer schnellen Geschwindigkeit geschliffen werden, um die Produktivität des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 zu verbessern, wobei ebenso die Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 14 verbessert wird, um die Eigenschaften des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 zu verbessern. Es ist anzumerken, dass spezifischere Verfahren für eine Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat in nachstehend beschriebenen Beispielen beschrieben sind.
Bei dem so beschriebenen akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 ist im Unterschied zu einem Fall, bei dem die piezoelektrische Dünnschicht 14 durch ein Zerstäuben bzw. Sputtern oder dergleichen gebildet wird, da das piezoelektrische Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, und die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Dünnschicht 14 frei von Beschränkungen des Substrats sind, der Flexibilitätsgrad bei einer Auswahl des piezoelektrischen Materials, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, und der Kristallausrichtung der piezoelektrischen Dünnschicht 14 hoch. Dies vereinfacht eine Verwirklichung einer gewünschten Eigenschaft der piezoelektrischen Dünnschicht 14.
- Obere Elektrode und untere Elektrode
Nachfolgend werden die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 unter Bezugnahme auf die 1 sowie 2A bis 2D beschrieben. Hierbei sind in 2A Muster der oberen Elektrode 15 und der zusätzlichen Schicht 16 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet werden. In 2B ist ein Muster der unteren Elektrode 13 gezeigt, wenn es von oben betrachtet wird. In den 2C und 2D sind jeweils Querschnitte des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 entlang von Schnittebenenlinien A-A und B-B in 1 gezeigt.
Die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 sind leitfähige Dünnschichten, die durch eine Bildung von Schichten aus einem leitfähigen Material erhalten werden.
Die Dicken der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 werden unter Berücksichtigung einer Haftfähigkeit der piezoelektrischen Dünnschicht 14, eines elektrischen Widerstands, einer Standfestigkeit und dergleichen bestimmt. Es ist anzumerken, dass zur Verringerung von Variationen in Resonanzfrequenzen und Antiresonanzfrequenzen des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1, die durch Variationen in einer Schallgeschwindigkeit und einer Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht 14 verursacht werden, die Dicken der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 in geeigneter Weise eingestellt werden können.
Obwohl das leitfähige Material, das die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 bildet, nicht spezifisch eingeschränkt ist, wird das Material wünschenswerterweise aus Metallen, wie beispielsweise Aluminium (Al), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Gold (Au), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Tantal (Ta), ausgewählt. Selbstverständlich kann eine Legierung als das leitfähige Material, das die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 bildet, verwendet werden. Ferner kann eine Vielzahl von Arten von leitfähigen Materialien geschichtet werden, um die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 zu bilden.
Wie es in den 1 sowie 2A bis 2D gezeigt ist, sind bei der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 die obere Elektrode 151 und die untere Elektrode 131 Anregungselektroden, an die Anregungssignale angelegt werden, wobei sie entgegengesetzt zueinander mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 14 in einem kreisförmigen Anregungsbereich 141 (typischerweise in der Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 30 bis 300 µm), bei dem Schwingungen angeregt werden, sind. Die obere Elektrode 151, die bei der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet ist, wird aus dem Anregungsbereich 141 in der -X-Richtung herausgezogen, wobei der Oberteil der oberen Elektrode 151 eine Anschlussfläche 151P für eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung ist. Ferner wird die untere Elektrode 131, die auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet ist, aus dem Anregungsbereich 141 in der +X-Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der die obere Elektrode 151 herausgezogen wird, herausgezogen, wobei der Oberteil der unteren Elektrode 131 eine Anschlussfläche 131P für eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung ist. Es ist anzumerken, dass in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1, um die Anschlussfläche 131P mit dem externen Draht verbindbar zu machen, die piezoelektrische Dünnschicht 14 in der Nähe der Anschlussfläche 131P (ein Abschnitt, der durch eine gestrichelte Linie in 1 angezeigt ist) entfernt worden ist, um die Anschlussfläche 131P in einen freigelegten Zustand zu bringen. In dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 wird, wenn die Anregungssignale der oberen Elektrode 151 und der unteren Elektrode 131 über die Anschlussflächen 151P und 131P zugeführt werden, ein elektrisches Feld E innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 14 in dem Anregungsbereich 141, wo sich die obere Elektrode 151 und die untere Elektrode 131 gegenüberliegen, erzeugt, um Schwingungen in dem Anregungsbereich 141 anzuregen.
Zusätzlich ist bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 eine obere Elektrode 152, an die kein Anregungssignal angelegt wird, bei beinahe der gesamten Oberfläche eines Bereichs der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14, wo die obere Elektrode 151 als die Anregungselektrode nicht ausgebildet ist, mit Ausnahme einer Lücke mit der oberen Elektrode 151 und dem Rand der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet. Auf ähnliche Weise ist eine untere Elektrode 132, an die kein Anregungssignal angelegt wird, bei beinahe der gesamten Oberfläche eines Bereichs der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14, wo die untere Elektrode 131 als die Anregungselektrode nicht ausgebildet ist, mit Ausnahme einer Lücke mit der unteren Elektrode 131 und dem Rand der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet. Durch die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 kann in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 das elektrische Feld, das innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 14 erzeugt wird, in dem Nicht-Anregungsbereich 142, der unterschiedlich zu dem Anregungsbereich 141 ist, unterdrückt werden. Mit einer derartigen Konfiguration können Schwingungen einer unerwarteten Mode (hier Schwingungen, die unterschiedlich zu Dickeausdehnungsschwingungen sind) unterdrückt werden, so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer Störung unempfindlich ist.
Hierbei sind die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 in einem Kurzschlussabschnitt 143 bei der Endoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 kurzgeschlossen. Folglich wird in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator in dem Bereich, bei dem sich die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 14 einander gegenüberliegen, eine Potenzialdifferenz zwischen den oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 14 beseitigt, um das elektrische Feld in der Dickerichtung, das innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 14 erzeugt wird, zu unterdrücken. Hierdurch können Schwingungen einer unerwarteten Mode weiter unterdrückt werden, so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft weiter unempfindlich gegenüber einer Störung wird.
Zusätzlich sind, wenn die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 geerdet werden, die Potenziale der oberen und unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 in dem Bereich, bei dem die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 ausgebildet sind, auf Null festgelegt, wodurch der Einfluss von Streukapazitäten in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 verringert wird. Somit ist es wünschenswert, die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 zu erden.
- Zusätzliche Schicht
Wie es in den 1 sowie 2A bis 2D gezeigt ist, ist die zusätzliche Schicht 16 zum Hinzufügen einer Masse bei der Außenseite des Anregungsbereichs 141 überlagert auf der oberen Elektrode 15 bei der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet.
Ein Material zur Bildung der zusätzlichen Schicht 16 ist nicht spezifisch begrenzt. Es kann das Material der gleichen Art wie das Material für die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 sein oder es kann ein isolierendes Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂), sein. Wenn sie jedoch aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet ist, kann die zusätzliche Schicht 16 mit einer Funktion als eine Elektrode versehen werden.
Die zusätzliche Schicht 16 ist bei dem Außenrandabschnitt entlang dem Außenumfang des Anregungsbereichs 141 ausgebildet und weist ein unvollständiges Kreisringmuster auf, bei dem der Kreisring durch einen Lückenabschnitt zwischen der oberen Elektrode 151 und der oberen Elektrode 152 unterbrochen ist. Auch wenn ein Energieeinfangen eines frequenzvermindernden Typs mittels der Masse der Anregungselektroden (der oberen Elektrode 151 und der unteren Elektrode 131) nicht verwirklicht werden kann, macht die Bildung der zusätzlichen Schicht 16 wie hier beschrieben zusätzlich zu der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 mit einer gleichförmigen Dicke die Resonanzfrequenz des Bereichs, bei dem die zusätzliche Schicht 16 gebildet wird, niedriger als die des Anregungsbereichs 141 mittels der Masse der zusätzlichen Schicht 16, um eine Streuung bzw. Ausbreitung von akustischen Wellen zu verhindern, so dass ein Energieeinfangen in dem Anregungsbereich 141 realisiert werden kann. In dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 werden nämlich Schwingungen einer unerwarteten Mode durch die zusätzliche Schicht 16 unterdrückt, so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer Störung unempfindlich ist. Zusätzlich ist es in einem Fall, bei dem die zusätzliche Schicht 16 ein isolierendes Material umfasst, nicht erforderlich, einen Kurzschluss der oberen Elektroden 151 und 152 zu berücksichtigen, wobei hierdurch, wie es in 3 gezeigt ist, die zusätzliche Schicht 16, die ein Kreisringmuster aufweist, auf dem Außenrandabschnitt des Anregungsbereichs 141 ausgebildet werden kann, um den Anregungsbereich 141 vollständig zu umschließen.
Hierbei wird bei der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ein Bereich (nachstehend als „Trennbereich“ bezeichnet) 144, der den Anregungsbereich 141 umschließt, von dem Auflagesubstrat 11 durch eine Vertiefung 111, die ein wenig größer als der Anregungsbereich 141 ist, getrennt. Die zusätzliche Schicht 16 ist jedoch über die Grenze zwischen dem Trennbereich 144 und der zugehörigen Außenseite ausgebildet, das heißt, die Innengrenze des unvollständigen Kreisringmusters der zusätzlichen Schicht 16 ist zwischen dem Außenumfang des Anregungsbereichs 141 und dem Außenumfang des Trennbereichs 144 angeordnet, wobei der Bereich, bei der die zusätzliche Schicht 16 ausgebildet ist, nach Innen in den Trennbereich 144 ausgedehnt ist. Mit einer derartigen Konfiguration wird in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 verhindert, dass ein Einfangen von überschüssiger Energie aufgrund des Auflagesubstrats 11, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 trägt, einen Einfluss auf die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft ausübt. Anders ausgedrückt ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 derart konfiguriert, dass die zusätzliche Schicht 16 über dem Abschnitt zwischen dem Anregungsbereich 141 und dem Trennbereich 144 ausgebildet ist, um zu verhindern, dass der Außenumfang ein festes Ende wird, wodurch verhindert wird, dass eine Störung, die durch eine Reflexion der akustischen Wellen in dem Außenumfang erzeugt wird, einen Einfluss auf die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft ausübt.
Die Dicke der zusätzlichen Schicht 16, wie sie hier beschrieben ist, sollte so bestimmt werden, dass sie eine Ausbreitung bzw. Streuung der akustischen Wellen durch den Masseeffekt verhindert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung isteine Masse (relative Dichte x Dicke) pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht 16 nicht kleiner als 0,1% und nicht größer als 20%, wünschenswerterweise nicht kleiner als 1% und nicht größer als 10% der Summe einer Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und einer Masse pro Einheitsfläche der Anregungselektroden (der oberen Elektrode 151 und der unteren Elektrode 131) sein.
Zweites Ausführungsbeispiel
In 1 ist eine Schrägansicht gezeigt, die eine schematische Konfiguration eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 ist ein Filter des Filterkettentyps, der zwei akustische Schicht-Volumen-Resonatoren in einer Kettenform verbindet.
Wie es in 4 gezeigt ist, weist der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 eine Konfiguration auf, bei der eine Haftschicht 22, eine untere Elektrode 23 (231 bis 233, nicht in 4 gezeigt, siehe 5A, 5B und 6), eine piezoelektrische Dünnschicht 24, eine obere Elektrode 25 (251 bis 253) und zusätzliche Schichten 26, 27 in dieser Reihenfolge auf einem Auflagesubstrat 21 geschichtet sind. Der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine geschichtete Struktur ähnlich zu der des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf, wobei das Auflagesubstrat 21, die Haftschicht 22, die untere Elektrode 23, die piezoelektrische Dünnschicht 24, die obere Elektrode 25 und die zusätzliche Schicht 26 des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 jeweils die gleichen sind wie das Auflagesubstrat 11, die Haftschicht 12, die untere Elektrode 13, die piezoelektrische Dünnschicht 14, die obere Elektrode 15 und die zusätzliche Schicht 16 des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 mit Ausnahme der Muster der unteren Elektrode 23, der oberen Elektrode 25 und der zusätzlichen Schicht 26. Durchgangsbohrungen VH21 bis VH23, die durch die oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 24 des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 hindurchgehen, werden jedoch durch ein Ätzen in der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet. Es ist anzumerken, dass nachstehend eine wiederholte Beschreibung der gleichen Punkte wie die des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 weggelassen wird, wobei insbesondere die Muster der unteren Elektrode 23, der oberen Elektrode 25 und der zusätzlichen Schicht 26, die unterschiedlich zu denen in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 sind, beschrieben werden.
- Obere Elektrode und untere Elektrode
In den 5A und 5B sind Darstellungen gezeigt, die Muster der oberen Elektrode 25, der unteren Elektrode 23 und der zusätzlichen Schichten 26, 27 zeigen. In 5A sind Muster der oberen Elektrode 25 und der zusätzlichen Schicht 26, 27 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet werden. In 5B ist ein Muster der unteren Elektrode 23 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet wird. In den 5A und 5B ist ein Bereich, in dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet ist, mit Linien, die mit einem Winkel von 45 Grad nach links unten gehen, schraffiert, und ein Bereich, in dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet ist, ist mit Linien, die mit einem Winkel von 45 Grad nach rechts unten gehen, schraffiert. Ferner ist in 6 ein Querschnitt des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 entlang einer Schnittebenenlinie VI-VI gemäß 4 gezeigt.
Wie es in den 5A, 5B und 6 gezeigt ist, liegt eine obere Elektrode 25 einer unteren Elektrode 232 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in einem verlängerten rechteckigen Anregungsbereich 241 gegenüber, um serielle Resonatoren des Filterkettentyps zu bilden. Nachdem sie aus dem Anregungsbereich 241 in der +Y-Richtung herausgezogen ist, wird die obere Elektrode 251 in die +X-Richtung und die -Y-Richtung aufeinanderfolgend in einer zugehörigen Ausdehnrichtung gebogen. Ein Teil der oberen Elektrode 251 ist eine Kontaktfläche P21 für eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung. Ferner liegt die obere Elektrode 251 der unteren Elektrode 231 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in einem Nicht-Anregungsbereich 242, der unterschiedlich zu den Anregungsbereichen 241 und 243 ist, gegenüber.
Die untere Elektrode 231 liegt einem Zufuhrabschnitt als einem Kanal zum Zuführen des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (Abschnitt, der in dem Anregungsbereich 241 ausgebildet ist) der oberen Elektrode 251 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 gegenüber.
Die obere Elektrode 251 und die untere Elektrode 231 sind über das Durchgangsloch VH 21 kurzgeschlossen.
Die obere Elektrode 253 liegt der unteren Elektrode 232 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem verlängerten rechteckigen Anregungsbereich 243 gegenüber, um parallele Resonatoren des Filterkettentyps zu bilden. Nachdem sie von dem Anregungsbereich 243 in der -Y-Richtung herausgezogen ist, wird die obere Elektrode 253 in der -X-Richtung und der +Y-Richtung aufeinanderfolgend in einer zugehörigen Ausdehnungsrichtung gebogen. Ein Teil der oberen Elektrode 253 bildet Kontaktflächen P22, P24 für eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung. Ferner liegt die obere Elektrode 253 einer unteren Elektrode 233 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber.
Die untere Elektrode 233 liegt einem Zuführabschnitt als ein Kanal zum Zuführen des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (ein Abschnitt, der in dem Anregungsbereich 243 gebildet ist) der oberen Elektrode 251 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 gegenüber.
Die obere Elektrode 253 und die untere Elektrode 233 sind über das Durchgangsloch VH 21 kurzgeschlossen.
Eine obere Elektrode 252 liegt der unteren Elektrode 232 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber. Ein Teil der oberen Elektrode 252 ist eine Kontaktfläche P23 für eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung.
Die untere Elektrode 232 liegt der oberen Elektrode 251 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht in dem Anregungsbereich 241 gegenüber, wobei sie gleichzeitig der oberen Elektrode 253 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Anregungsbereich 243 gegenüberliegt. Ein Zufuhrabschnitt als ein Kanal zum Zuführen des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (ein Abschnitt, der in den Anregungsbereichen 241, 243 gebildet ist) der unteren Elektrode 232 liegt der oberen Elektrode 252 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber.
Die obere Elektrode 252 und die untere Elektrode 232 sind über das Durchgangsloch VH22 kurzgeschlossen. Folglich wird in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die Energie des Anregungssignals der unteren Elektrode 232 über die Kontaktfläche P23 zugeführt.
Mit derartigen Mustern der oberen Elektrode 25 und der unteren Elektrode 23 ist der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 konfiguriert, ein bidirektionaler Filter des Filterkettentyps zu sein, bei dem die Kontaktflächen P21 und P22 ein erstes Eingangs-/Ausgangs-Anschlusspaar und die Kontaktflächen P23 und P24 ein zweites Eingangs-/Ausgangs-Anschlusspaar bilden.
In dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 sind wie bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die obere Elektrode 25 und die untere Elektrode 23 beinahe bei den gesamten oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet, wobei eine Potenzialdifferenz zwischen den oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 beseitigt ist, wobei folglich das elektrische Feld nicht innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 erzeugt wird, wodurch eine Unterresonanz, die eine Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen Resonatoren und die parallelen Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt wird, unterdrückt wird.
- Zusätzliche Schicht
Wie es in den 4 bis 6 gezeigt ist, ist die zusätzliche Schicht 26 zum Hinzufügen einer Masse zu den Außenseiten der Anregungsbereiche 241 und 243 überlagert auf der oberen Elektrode 25 bei der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet. Die zusätzliche Schicht 26 ist bei dem Außenrandabschnitt entlang den Außenumfängen der Anregungsbereiche 241 und 243 ausgebildet und weist ein unvollständiges rechteckiges Ringmuster auf, wobei der Ring durch Lückenabschnitte zwischen den oberen Elektroden 251 bis 253 unterbrochen ist.
Das Material für die zusätzliche Schicht 26 sowie die deren Dicke können auf die gleiche Art und Weise wie in dem Fall der zusätzlichen Schicht 16 des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt werden. Bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 ist es, da ein Energieeinfangen in den Anregungsbereichen 241 und 243 durch die zusätzliche Schicht 26 verwirklicht werden kann, möglich, die Unterresonanz, die die Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen Resonatoren und die zugehörigen parallelen Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt werden, zu unterdrücken, wobei es ebenso möglich ist, eine gegenseitige Störung der seriellen Resonatoren und der parallelen Resonatoren zu verhindern, so dass eine Filtereigenschaft gegenüber einer Welligkeit unempfindlich ist.
Ferner ist bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die leitfähige zusätzliche Schicht 27 ferner außerhalb des Bereichs, bei dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet ist, bei der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet. Obwohl das Material für die zusätzliche Schicht 26 nicht spezifisch begrenzt ist, wird das Material wünschenswerterweise aus Metallen, wie beispielsweise Aluminium (Al), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin, (Pt), Gold (Au), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Tantal (Ta), ausgewählt. Selbstverständlich kann eine Legierung als das leitfähige Material, das die zusätzliche Schicht bildet, verwendet werden. Ferner kann eine Vielzahl von Arten von leitfähigen Materialien geschichtet werden, um die zusätzliche Schicht zu bilden.
Die zusätzliche Schicht 27 dient zur Verringerung eines elektrischen Widerstands des Zufuhrabschnitts der oberen Elektrode 25 als ein Kanal zur Zufuhr des Anregungssignals zu dem Ansteuerungsabschnitt der oberen Elektrode 25. Folglich ist es insbesondere wünschenswert, das Material für die zusätzliche Schicht 27 aus Metallen, die einen kleinen spezifischen Widerstand aufweisen, wie beispielsweise Silber, Kupfer und Gold, unter den vorstehend genannten Metallen auszuwählen. Wenn diese zusätzliche Schicht 27 angeordnet ist, ist es möglich, die Eigenschaften des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 zu verbessern, insbesondere die Einfügungsdämpfung bzw. Durchgangsdämpfung zu verringern. Zusätzlich sind in den piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 wie bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die obere Elektrode 25 und die untere Elektrode 23 jeweils beinahe bei den gesamten oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet, wobei eine Potenzialdifferenz zwischen oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 beseitigt ist. Somit wird ebenso in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 das elektrische Feld innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 nicht erzeugt, wodurch die Unterresonanz, die die Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen Resonatoren und die parallelen Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt wird, unterdrückt wird. Außerdem ist bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die zusätzliche Schicht 27 auf der oberen Elektrode 25 überlagert, um den elektrischen Widerstand der oberen Elektrode 25 zu verringern, wobei es hierdurch möglich ist, das elektrische Feld, das innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in dem Nicht-Anregungsbereich 242 erzeugt wird, auf effektive Weise weiter zu unterdrücken. Folglich ist es bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 mit dem Vorhandensein der zusätzlichen Schicht 27 möglich, die Unterresonanz, die die Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen Resonatoren und die parallelen Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt wird, weiter auf effektive Weise zu unterdrücken.
Außerdem ist in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 wie bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Energieeinfangen in den Anregungsbereichen 241 und 243 durch die zusätzliche Schicht 26 verwirklicht worden, wobei hierdurch ein Zustand der zusätzlichen Schicht 27, die außerhalb des Bereichs ausgebildet ist, bei dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet ist, einen geringen Einfluss auf Schwingungen, die durch die Anregungsbereiche 241 und 243 angeregt werden, hat. Folglich kann die Dicke der zusätzlichen Schicht 27 unter ausschließlicher Berücksichtigung von elektrischen Eigenschaften bestimmt werden, wobei in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Dicke der zusätzlichen Schicht 27, um den elektrischen Widerstand des Zufuhrabschnitts in ausreichender Weise zu verringern, größer ist als die der zusätzlichen Schicht 26, beispielsweise nicht kleiner als 3000 Angström und wünschenswerterweise nicht kleiner als 10000 Angström. Aus dem gleichen Grund kann das Material für die zusätzliche Schicht 27 unter ausschließlicher Berücksichtigung der elektrischen Eigenschafen bestimmt werden, wobei, um den elektrischen Widerstand des Zufuhrabschnitts in ausreichender Weise zu verringern, das Material für die zusätzliche Schicht 27 wünschenswerterweise ein leitfähiges Material mit einem niedrigen spezifischen Widerstand ist.
Zusätzlich ist es, wie es in den 4 bis 6 gezeigt, vom Standpunkt einer Verringerung des elektrischen Widerstands des Zufuhrabschnitts höchst wünschenswert, dass die zusätzliche Schicht 27 überlagert auf der gesamten Oberfläche des Zufuhrabschnitts mit Ausnahme des Bereichs, bei dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet ist, ausgebildet wird. Dies verhindert jedoch nicht eine Bildung durch eine Überlagerung der zusätzlichen Schicht 27 auf einem Teil des Zufuhrabschnitts.
Beispiele
Nachstehend sind Beispiele 1 und 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie ein Vergleichsbeispiel außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiel 1
In dem Beispiel 1 ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 unter Verwendung eines Einzelkristalls aus Lithium-Niobat als das piezoelektrische Material, das das Auflagesubstrat 11 und die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet, einem Epoxyd-Haftmittel als ein Material, das die Haftschicht 12 bildet, Molybdän und Tantal als die leitfähigen Materialien, um die untere Elektrode 13 zu bilden, Chrom und Gold als das leitfähige Material, das die obere Elektrode 15 bildet, und Chrom als das leitfähige Material, das die zusätzliche Schicht 16 bildet, hergestellt worden.
Wie es in einer Schnittdarstellung gemäß 7 gezeigt ist, wird, um die Herstellungskosten zu verringern, der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel 1 in der nachstehend beschriebenen Art und Weise erhalten. Nach Herstellung einer Baugruppe U durch ein Integrieren einer großen Anzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren 1 wird die Baugruppe U durch eine Schneidesäge in einzelne akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 geschnitten. Es ist anzumerken, dass, obwohl das Beispiel, das in 7 gezeigt ist, drei akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 in der Baugruppe U umfasst, die Anzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren 1, die in der Baugruppe U umfasst sind, vier oder mehr sein kann, wobei typischerweise mehrere hundert bis mehrere tausend akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 in der Baugruppe U beinhaltet sind.
Obwohl die Beschreibung auf einen akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1, der in der Baugruppe U beinhaltet ist, zur Vereinfachung fokussiert worden ist, werden die anderen akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren 1, die in der Baugruppe beinhaltet sind, gleichzeitig mit dem fokussierten akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 hergestellt.
Nachfolgend ist das Verfahren zum Herstellen des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem Beispiel 1 unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C und 9A bis 9C beschrieben. Es ist anzumerken, dass die 8A bis 8C und die 9A bis 9C Schnittdarstellungen entlang einer Schnittebenenlinie B-B in 1 sind.
Unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C ist zuerst ein kreisförmiger Wafer (36-Grad-Schnitt-Y-Platte) eines Einzelkristalls aus Lithium-Niobat mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 3 Zoll als das Auflagesubstrat 11 und ein piezoelektrisches Substrat 17 vorbereitet worden. Nachfolgend sind eine Molybdän-Schicht mit einer Dicke von 0,057 µm und eine Tantal-Schicht mit einer Dicke von 0,02 µm auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 17 durch Sputtern ausgebildet worden, wobei die untere Elektrode 13 mit dem Muster, das in 2B gezeigt ist, durch Fotolithographie erhalten worden ist (8A).
Nachfolgend ist ein Epoxyd-Haftmittel, um die Haftschicht 12 zu bilden, auf der oberen Oberfläche des Auflagesubstrats 11, wo die Vertiefung 111 durch ein Ätzen ausgebildet worden ist, aufgebracht worden, um die obere Oberfläche des Auflagesubstrats 11 mit der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 17 zu verbinden. Dann ist Druck an das Auflagesubstrat 11 und das piezoelektrische Substrat 17 für ein Pressdruckbonden bzw. Pressdruckverbinden angelegt worden, um die Haftschicht 12 auf eine Dicke von 0,5 mm zu bearbeiten. Danach sind das Auflagesubstrat 11 und das piezoelektrische Substrat 17 in einer 200°C-Umgebung für eine Stunde für ein Aushärten des Epoxyd-Haftmittels gelassen worden, um das Auflagesubstrat 11 mit dem piezoelektrischen Substrat 17 zu verbinden ( 8B) .
Nach Abschluss der Verbindung des Auflagesubstrats 11 mit dem piezoelektrischen Substrat 17 ist, während das piezoelektrische Substrat 17 in einem Zustand gelassen worden ist, bei dem es mit dem Auflagesubstrat 11 verbunden ist, die untere Oberfläche des Auflagesubstrats 11 bei einer Poliereinspannvorrichtung, die aus Siliziumkarbid (SiC) hergestellt wird, befestigt worden, und die obere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 17 ist einer Schleifverarbeitung unter Verwendung einer Schleifmaschine mit festen Schleifkörnern unterzogen worden, um die Dicke des piezoelektrischen Substrats auf 50 µm zu verringern. Ferner ist die obere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 17 einer Polierverarbeitung unter Verwendung von Diamantschleifkörnern unterzogen worden, um die Dicke des piezoelektrischen Substrats 17 auf 2 µm zu verringern. Schließlich sind zur Entfernung einer Prozessabtragschicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat 17 durch die Polierverarbeitung unter Verwendung der Diamantschleifkörner erzeugt wird, freie Schleifkörner und ein Poliervlieskissen verwendet worden, um ein Fertigpolieren bei dem piezoelektrischen Substrat 17 auszuführen, um die piezoelektrische Dünnschicht 14 mit einer Dicke von 1 µm zu erhalten (8C).
Nachfolgend ist die obere Oberfläche (polierte Oberfläche) der piezoelektrischen Dünnschicht 14 unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels abgewaschen worden und eine Chromschicht mit einer Dicke von 0,02 µm sowie eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,0515 µm sind durch Sputtern bzw. Aufsprühen ausgebildet worden, wobei die obere Elektrode 15 mit dem Muster, das in 2A gezeigt ist, durch Fotolithographie erhalten worden ist (9A).
Ferner ist eine Chrom-Schicht mit einer Dicke von 0,097 µm überlagert auf der oberen Elektrode 15 durch Sputtern bzw. Aufsprühen ausgebildet worden, wobei die zusätzliche Schicht 16 mit dem Muster, das in 2A gezeigt ist, durch Fotolithographie erhalten worden ist (9B).
Ferner ist ein Abschnitt der piezoelektrischen Dünnschicht 14, die eine Anschlussfläche 131P einer unteren Elektrode 131 abdeckt, durch Ätzen unter Verwendung von Flusssäure entfernt worden, um den akustischen Schicht-Volumen-Resonator mit der freigelegten Anschlussfläche 131P zu erhalten (9C).
Eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1, der so erhalten wird, ist unter Verwendung einer Netzwerkanalysevorrichtung und einer Prüfvorrichtung geschätzt worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 10 gezeigt ist.
Es ist anzumerken, dass, da jeweilige spezifische Gewichte von Molybdän, Tantal, Lithium-Niobat, Chrom und Gold 10,2, 16,6, 4,64, 7,2 und 19,4 g/cm³ sind, die Masse pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht 16 in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel 1 0, 698 × 10^-12 g/m² (= 0. 097 µm × 7.2 g/cm³) ist, was 10, 4% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und der Masse pro Einheitsfläche der Anregungselektrode in dem Anregungsbereich 141 ist (6,70 x 10^-12 g/m² (= 0,057 µm x 10,2 g/m³ + 0,02 µm x 16,6 g/cm³ + 1 m x 4,64 g/cm³ + 0,02 µm x 7,2 g/cm³ + 0,0515 µm x 19,4 g/cm³)).
Beispiel 2
In dem Vergleichsbeispiel ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 mit der gleichen Prozedur wie in dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Dicke der Chrom-Schicht als die zusätzliche Schicht 16 0,06 µm gewesen ist, hergestellt worden. Eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1, der so erhalten wird, ist unter Verwendung der Netzwerkanalysevorrichtung und der Testvorrichtung geschätzt worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 11 gezeigt ist.
Es ist anzumerken, dass bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel 2 die Masse pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht 16 0,432 × 10^-12 g/m² (= 0.06 µm × 7,2 g/cm³) ist, was 6,5% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und der Masse pro Einheitsfläche der Anregungselektrode in dem Anregungsbereich 141 ist (6, 70 × 10^-12 g/m² (= 0,057 µm × 10,2 g/m³ + 0,02 µm × 16,6 g/cm³ + 1 µm × 4,64 g/cm³ + 0,02 µm × 7,2 g/cm³ + 0,0515 µm × 19,4 g/cm³)).
Vergleichsbeispiel
In einem Vergleichsbeispiel ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 mit der gleichen Prozedur wie in dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Chrom-Schicht als die zusätzliche Schicht 16 nicht ausgebildet worden ist, hergestellt worden. Eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators, der so erhalten wird, ist unter Verwendung der Netzwerkanalysevorrichtung und der Testvorrichtung geschätzt worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 12 gezeigt ist.
Vergleich zwischen Beispielen 1 und 2 sowie dem Vergleichsbeispiel
Wie es aus den Beispielen 1 und 2 sowie dem Vergleichsbeispiel ersichtlich ist, macht bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 die Bildung der zusätzlichen Schicht 16 zum Hinzufügen einer Masse zu der Außenseite des Anregungsbereichs 141 die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft unempfindlich gegenüber einer Störung, so dass eine Vergrößerung des Resonanzwiderstands vermieden werden kann. Der Effekt der zusätzlichen Schicht kann nicht nur in jedem Fall einer Kombination des spezifischen Materials und der spezifischen Schichtdicke, die in den vorstehend beschriebenen Beispielen beschrieben sind, erhalten werden, sondern auch in einem Fall einer anderen Schichtkonfiguration. Ferner ist herausgefunden worden, dass der Grad des Effekts der zusätzlichen Schicht durch ein Verhältnis der Masse pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht zu der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht unabhängig von der Schichtkonfiguration bestimmt wird. Insbesondere ist es, wie es in dem Beispiel 2 gezeigt ist, möglich, Störungen auf effektive Weise zu unterdrücken, insbesondere wenn die Masse pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht 16 auf nicht weniger als 1% und nicht mehr als 10% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und der Masse pro Einheitsfläche der Anregungselektrode (der oberen Elektrode 151 und der unteren Elektrode 131) in dem Anregungsbereich 141 eingestellt wird.
Es ist anzumerken, dass der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenso auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 und 2 hergestellt werden kann. In diesem Fall wird, wenn die Durchgangsbohrungen VH21 bis VH23 durch Ätzen oder dergleichen vor einer Bildung der oberen Elektrode 25 ausgebildet werden, eine Metallschicht bei der Innenoberfläche jeder der Durchgangsbohrungen VH21 bis VH23 gebildet, so dass die Durchgangsbohrungen als Durchgangslöcher für ein Kurzschließen der oberen Elektrode 25 und der unteren Elektrode 23 dienen können.
Modifiziertes Beispiel
Obwohl die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit einem einzelnen akustischen Schicht-Volumen-Resonator und die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung mit zwei akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren vorstehend beschrieben worden sind, meint die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung typischerweise piezoelektrische Dünnschichtvorrichtungen im Allgemeinen, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfassen. Derartige piezoelektrische Dünnschichtvorrichtungen umfassen einen Oszillator, eine Fangstelle und dergleichen, die jeweils einen einzelnen akustischen Schicht-Volumen-Resonator umfassen, sowie einen Filter, eine Duplex-Vorrichtung, eine Triplex-Vorrichtung, eine Fangstelle und dergleichen, die jeweils eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfassen.
Ferner kann, obwohl ein akustischer Schicht-Volumen-Resonator vorstehend beschrieben worden ist, der eine elektrische Antwort aufgrund von Dickeausdehnungsschwingungen, die durch die piezoelektrische Dünnschicht angeregt werden, verwendet, ebenso eine Mode, die unterschiedlich zu den Dickeausdehnungsschwingungen ist, wie beispielsweise Dickescherungsschwingungen, verwendet werden.
Außerdem ist, obwohl die Beschreibung vorstehend unter der Annahme gemacht worden ist, dass der Anregungsbereich eine kreisförmige oder rechteckige Form aufweist, die Form des Anregungsbereichs nicht auf die kreisförmige oder rechteckige Form begrenzt, sondern kann eine andere Form aufweisen (beispielsweise mehreckig). Wenn der Anregungsbereich eine mehreckige Form aufweist, weist die längste diagonale Linie typischerweise eine Länge von 30 bis 300 µm auf.
Es ist anzumerken, dass, obwohl ein Beispiel, bei dem die zusätzliche Schicht 16 überlagert auf der oberen Elektrode 14 ausgebildet ist, vorstehend gezeigt worden ist, an Stelle einer Ausbildung der Elektrode (oberen Elektrode 152), die unterschiedlich zu der oberen Elektrode 151 als die Anregungselektrode ist, die zusätzliche Schicht 16 direkt auf der piezoelektrischen Dünnschicht 14 gebildet werden kann, wie es in 13 gezeigt ist.
Obwohl die Erfindung ausführlich gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorangegangene Beschreibung in jeder Hinsicht eine Veranschaulichung und nicht begrenzend. Es ist folglich ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen erdacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung, der durch die Patentansprüche definiert wird, zu verlassen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung bereitzustellen, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer Störung unempfindlich ist.

Claims

Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung umfasst: eine piezoelektrische Dünnschicht (14, 24), eine Auflage (11, 21) zum Tragen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24), Elektrodenschichten (13, 15, 23, 25), die auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet sind und vorbestimmte Muster aufweisen, eine erste zusätzliche Schicht (16, 26), die außerhalb eines Anregungsbereichs (141, 241, 243) zur Anregung von Schwingungen auf zumindest einer der Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet ist, und einer zweiten zusätzlichen Schicht (27), die eine Leitungseigenschaft aufweist und außerhalb eines Bereichs, der die erste zusätzliche Schicht (16, 26) darauf ausgebildet aufweist, auf der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) mit der darauf ausgebildeten ersten zusätzlichen Schicht (16, 26) ausgebildet ist, wobei die zweite zusätzliche Schicht (27) eine Dicke aufweist, die größer als die der ersten zusätzlichen Schicht (16, 26) ist.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung umfasst: eine piezoelektrische Dünnschicht (14, 24), eine Auflage (11, 21) zum Tragen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24), Elektrodenschichten (13, 15, 23, 25), die auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet sind und vorbestimmte Muster aufweisen, und eine erste zusätzliche Schicht (16, 26), die außerhalb eines Anregungsbereichs (141, 241, 243) zur Anregung von Schwingungen auf zumindest einer der Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet ist, ein piezoelektrisches Material, das die piezoelektrische Dünnschicht (14, 24) bildet, Lithium-Niobat ist und die piezoelektrische Dünnschicht (14, 24) und die Auflage (11, 21) miteinander über eine Haftschicht (12, 22) verbunden sind.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung umfasst: eine piezoelektrische Dünnschicht (14, 24), eine Auflage (11, 21) zum Tragen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24), Elektrodenschichten (13, 15, 23, 25), die auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet sind und vorbestimmte Muster aufweisen, und eine erste zusätzliche Schicht (16, 26), die außerhalb eines Anregungsbereichs (141, 241, 243) zur Anregung von Schwingungen auf zumindest einer der Hauptoberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) ausgebildet ist, wobei eine Masse pro Einheitsfläche der ersten zusätzlichen Schicht (16, 26), die überlagert auf der Elektrodenschicht (13, 15, 23, 25) ausgebildet ist, nicht kleiner als 0,1% und nicht größer als 20% einer Summe einer Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) und einer Masse pro Einheitsfläche der Elektrodenschicht (13, 15, 23, 25) in dem Anregungsbereich (141, 241, 243) ist.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Masse pro Einheitsfläche der ersten zusätzlichen Schicht (16, 26), die überlagert auf der Elektrodenschicht (13, 15, 23, 25) ausgebildet ist, nicht kleiner als 1% und nicht größer als 10% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (14, 24) und der Masse pro Einheitsfläche der Elektrodenschicht (13, 15, 23, 25) in dem Anregungsbereich (141, 241, 243) ist.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste zusätzliche Schicht (16, 26) bei einem Außenrandabschnitt entlang einem Außenumfang des Anregungsbereichs (141, 241, 243) ausgebildet ist.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, Dickeschwingungen in dem Anregungsbereich (141, 241, 243) angeregt werden.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Material, das die erste zusätzliche Schicht (16, 26) bildet, ein Metall ist.
Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Bereich, der die erste zusätzliche Schicht (16, 26) darauf ausgebildet aufweist, sich in einem Bereich (144), der von der Auflage (11, 21) getrennt ist und den Anregungsbereich (141, 241, 243) umschließt, erstreckt.