JP2001016068A - Piezoelectric resonator - Google Patents

Piezoelectric resonator

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JP2001016068A
JP2001016068A JP11185927A JP18592799A JP2001016068A JP 2001016068 A JP2001016068 A JP 2001016068A JP 11185927 A JP11185927 A JP 11185927A JP 18592799 A JP18592799 A JP 18592799A JP 2001016068 A JP2001016068 A JP 2001016068A
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Japan
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electrode
base
piezoelectric
support wall
piezoelectric body
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JP11185927A
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Inventor
Hiroyuki Nishikawa
洋行 西川
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Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric resonator long in seice life, few in malfunctions due to damage and deformation and capable of being inexpensively and easily manufactured with simple configuration by vibrating a piezoelectric body in the thickness direction of a supporting wall. SOLUTION: A base 11 and a supporting wall 12 protruded from the surface of the base 11 are integrally installed. A first electrode 14, a piezoelectric body 15 formed on the first electrode 14 and a second electrode 16 formed on the piezoelectric body 15 are installed on the side of the supporting wall 12. A vibrator 17 where the first electrode 14 and the second electrode 16 sandwich the piezoelectric body 15 is formed on the side of the supporting wall 12. Here, the supporting wall 12 protruded from the surface is installed on the base 11 and the vibrator 17 is formed on the side of the supporting wall 12. The vibrator 17 vibrates in the thickness direction of the supporting wall 12, and vibration is hardly transmitted to the base 11. Thus, it is not necessary to install a vibration space, and structure without a supporting film can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話、無線LA
N等に用いられる圧電共振子に関し、特に、圧電体の厚
み縦振動の共振を利用した圧電共振子に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a portable telephone and a wireless LA.
The present invention relates to a piezoelectric resonator used for N and the like, and more particularly, to a piezoelectric resonator utilizing resonance of a thickness longitudinal vibration of a piezoelectric body.

【0002】[0002]

【従来技術】無線通信や電気回路に用いられる周波数の
高周波数化に伴い、これらの電気信号に対して用いられ
るフィルターも高周波数に対応したものが開発されてい
る。
2. Description of the Related Art As the frequencies used for wireless communication and electric circuits have become higher, filters used for these electric signals have been developed to correspond to higher frequencies.

【0003】特に、無線通信においては2GHz近傍の
マイクロ波が主流になりつつあり、既に数GHz以上の
規格策定の動きもあることから、その高い周波数に対応
した安価で高性能なフィルターが求められている。
[0003] In particular, in the radio communication, microwaves in the vicinity of 2 GHz are becoming mainstream, and there is already a movement to establish standards of several GHz or more. Therefore, an inexpensive and high-performance filter corresponding to the high frequency is required. ing.

【0004】最近広く用いられているのは、固体の表面
を伝わる音響波である表面弾性波の共振を利用した表面
弾性波共振子(SAWR)を用いたフィルターである。
すなわち、SAWRは、固体表面上に形成した櫛形の電
極間に高周波電界を印加し、表面弾性波との共振を利用
する。このフィルターは、バンドパスフィルターとして
非常に優れた周波数選択特性を有している。
Recently, a filter using a surface acoustic wave resonator (SAWR) utilizing resonance of a surface acoustic wave, which is an acoustic wave transmitted on the surface of a solid, has been widely used.
That is, the SAWR applies a high-frequency electric field between comb-shaped electrodes formed on a solid surface, and utilizes resonance with a surface acoustic wave. This filter has very excellent frequency selection characteristics as a bandpass filter.

【0005】しかしながら、SAWRは、その櫛形電極
間距離と共振周波数とが反比例の関係にあるため、1G
Hzを越える周波数領域では櫛形電極間距離が1μm以
下となり、電極作製が非常に困難であった。
[0005] However, the SAWR has a 1G because the distance between the comb-shaped electrodes and the resonance frequency are in inverse proportion.
In the frequency region exceeding Hz, the distance between the comb-shaped electrodes was 1 μm or less, and it was very difficult to manufacture the electrodes.

【0006】そこで、近年では、圧電性を示す薄膜の厚
み縦振動を利用したバルク弾性波共振子(BAWR)が
提案されている。これは、入力される高周波電気信号に
対して圧電体が振動を起こし、圧電体の厚さ方向に共振
することを用いた共振子である。このBAWRを構成す
る圧電体は、1μm以下の膜厚でも高い精度で制御可能
であるため、SAWRに比べてより高い周波数の共振周
波数を持つレゾネーターの作製が可能となると期待さ
れ、開発が進められてきた。
Accordingly, in recent years, a bulk acoustic wave resonator (BAWR) utilizing thickness longitudinal vibration of a thin film exhibiting piezoelectricity has been proposed. This is a resonator using the fact that the piezoelectric body vibrates in response to an input high-frequency electric signal and resonates in the thickness direction of the piezoelectric body. Since the piezoelectric material constituting the BAWR can be controlled with high accuracy even at a film thickness of 1 μm or less, it is expected that a resonator having a higher resonance frequency than that of the SAWR can be manufactured. Have been.

【0007】従来のBAWRとしては、図5に示すよう
に、基体1と、該基体1表面上に形成された支持膜2
と、該支持膜2上に形成されたバッファー層3と、該バ
ッファー層3上に形成された第1電極4と、該第1電極
4上に形成された圧電体5と、該圧電体5上に形成され
た2つの第2電極6とからなるものである(USP4,
320,365号公報)。第1電極4と圧電体5と第2
電極とにより振動体が構成され、第1電極4と第2電極
6との間に高周波電界が印加されることにより、振動
体、並びにその下方に形成されたバッファー層3と、支
持膜2が振動し、振動部分となる。支持膜2の振動部分
は振動空間Aに露出している。
As shown in FIG. 5, a conventional BAWR includes a base 1 and a support film 2 formed on the surface of the base 1.
A buffer layer 3 formed on the support film 2; a first electrode 4 formed on the buffer layer 3; a piezoelectric body 5 formed on the first electrode 4; (USP4, USP4)
320, 365). The first electrode 4, the piezoelectric body 5, and the second
A vibrating body is constituted by the electrodes, and a high-frequency electric field is applied between the first electrode 4 and the second electrode 6, whereby the vibrating body, the buffer layer 3 formed below the vibrating body, and the support film 2 are formed. Vibrates and becomes a vibrating part. The vibrating portion of the support film 2 is exposed to the vibration space A.

【0008】また、基体の一部を除去する代りに、支持
膜の一部を基体表面から離す中空構造を形成して、振動
部分と基体との音響的な分離を実現している例も、特開
昭61−127216号公報に開示されている。
[0008] Further, instead of removing a part of the base, a hollow structure in which a part of the support film is separated from the surface of the base is formed to realize acoustic separation between the vibrating part and the base. It is disclosed in JP-A-61-127216.

【0009】この構造は、図6に示すように、基体1
と、該基体1表面上に形成された支持膜2と、該支持膜
2上に形成された第1電極4と、該第1電極4上に形成
された圧電体5と、該圧電体5上に形成された2つの第
2電極6とからなるものである。この例では、基体を除
去するのではなく、支持膜形成後に支持膜2の下に形成
された層を除去し中空構造にすることによって、基体1
と支持膜2との間に振動空間Aが形成されている。
[0009] This structure, as shown in FIG.
A support film 2 formed on the surface of the base 1; a first electrode 4 formed on the support film 2; a piezoelectric body 5 formed on the first electrode 4; And two second electrodes 6 formed thereon. In this example, instead of removing the substrate, the layer formed under the support film 2 after the formation of the support film is removed to form a hollow structure.
A vibration space A is formed between the substrate and the supporting film 2.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
薄膜圧電共振子では、振動体の下方に支持膜を介して振
動空間を形成する必要があり、構造および工程が複雑で
あり、また振動体を支持しうるに十分な強度を有する支
持膜が得られないという問題があった。
However, in the above-described thin film piezoelectric resonator, it is necessary to form a vibration space below the vibrating body via a supporting film, and the structure and process are complicated. There was a problem that a supporting film having sufficient strength to support it could not be obtained.

【0011】即ち、基体と支持膜間には熱膨張差に起因
する残留応力が発生し、また支持膜、第1電極・圧電体
・ 第2電極は、薄膜形成プロセスにより膜自体に内部応
力が発生し、この内部応力は積層することによりさらに
増加する。一方、支持膜は振動空間に露出しているの
で、この支持膜により振動体を支持しており、残留応力
と内部応力とが支持膜強度を実質的に低下させ、製造
中、取扱い時、または作動中に支持膜が割れやすく、製
造歩留まりが低く製品の寿命が短いという問題があっ
た。
That is, a residual stress is generated between the substrate and the support film due to a difference in thermal expansion, and the support film, the first electrode, the piezoelectric body, and the second electrode have internal stress in the film itself by the thin film forming process. Occurs and this internal stress is further increased by stacking. On the other hand, since the supporting film is exposed to the vibration space, the vibrating body is supported by the supporting film, and the residual stress and the internal stress substantially reduce the strength of the supporting film, and during manufacturing, during handling, or There has been a problem that the support film is easily broken during operation, the production yield is low, and the life of the product is short.

【0012】また、上述した残留応力や内部応力を緩和
しようとして、圧電共振子全体の反りや撓みを誘発する
という問題もあった。
Further, there is a problem in that warping or bending of the entire piezoelectric resonator is induced in an attempt to relieve the above-mentioned residual stress and internal stress.

【0013】さらに、図5や図6に示す従来の薄膜共振
子では、支持膜などの薄膜を真空プロセスで作製した後
に、大気中におけるアルカリ処理を伴う化学的なウェッ
トプロセスで振動空間を作製し、次に真空プロセスに戻
して振動体を形成するという非効率な処理が必要であっ
た。これが、プロセスの複雑化とコスト高を招いてい
た。
Further, in the conventional thin-film resonator shown in FIGS. 5 and 6, after forming a thin film such as a support film by a vacuum process, a vibration space is formed by a chemical wet process involving alkali treatment in the atmosphere. Then, an inefficient treatment of returning to a vacuum process to form a vibrator was required. This has resulted in complicated processes and high costs.

【0014】本発明の目的は、破損や変形による誤動作
が少なく、簡単な構造で安価にかつ容易に製造できる長
寿命の圧電共振子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a long-life piezo-resonator which is less likely to malfunction due to breakage or deformation, has a simple structure, and can be easily manufactured at low cost.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電共振子は、
基体と、該基体上にその表面から突出して設けられた支
持壁と、該支持壁の側面に設けられ、かつ1対の電極で
圧電体を挟持してなる振動体とを具備してなるととも
に、前記圧電体が前記支持壁の厚み方向に振動するもの
である。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric resonator comprising:
A base, a support wall protruding from the surface of the base, and a vibrator provided on a side surface of the support wall and having a pair of electrodes sandwiching a piezoelectric body. And the piezoelectric body vibrates in the thickness direction of the support wall.

【0016】また、本発明の圧電共振子は、基体と、該
基体上にその表面から突出して設けられた導電性を有す
る支持壁と、前記支持壁の側面に設けられた圧電体と、
該圧電体上に設けられた電極とを具備してなるととも
に、前記圧電体が前記支持壁の厚み方向に振動するもの
である。
Further, the piezoelectric resonator of the present invention comprises: a base; a conductive support wall protruding from the surface of the base; and a piezoelectric body provided on a side surface of the support wall.
And an electrode provided on the piezoelectric body, and the piezoelectric body vibrates in a thickness direction of the support wall.

【0017】[0017]

【作用】本発明の圧電共振子では、基体には、その表面
から突出した支持壁が設けてあり、この支持壁の側面に
は振動体が設けられているため、圧電体は支持壁の厚み
方向に振動し、基体には振動がほとんど伝達されないの
で、従来のような振動空間を設ける必要がない。したが
って、本発明によれば、支持膜のない構造が可能となる
ため、簡単な構造で製造工程も簡略化でき、さらに支持
膜が原因となる割れの問題発生を回避することができ
る。
In the piezoelectric resonator of the present invention, the base is provided with a support wall protruding from the surface thereof, and a vibrator is provided on the side surface of the support wall. Since the vibration is caused in the direction and the vibration is hardly transmitted to the base, there is no need to provide a vibration space as in the related art. Therefore, according to the present invention, since a structure without a supporting film is possible, the manufacturing process can be simplified with a simple structure, and further, the problem of cracks caused by the supporting film can be avoided.

【0018】また、支持壁に導電性を付与し、この導電
性支持壁の側面に、圧電体と電極とを順次積層したの
で、上記したように、振動体は支持壁の厚み方向に振動
し、基体には振動がほとんど伝達されず、このため、従
来のような振動空間を設ける必要がなく、簡単な構造で
製造工程も簡略化できる。また、支持壁自体が振動体の
電極を兼ねることができ、これにより層数を少なくする
ことによって応力の発生を低下でき、反りを低減できる
とともに、工数低減によりさらなるコスト低下に寄与で
きる。
Further, since the support wall is provided with conductivity and the piezoelectric body and the electrode are sequentially laminated on the side surface of the conductive support wall, the vibrator vibrates in the thickness direction of the support wall as described above. Vibration is hardly transmitted to the base, so that it is not necessary to provide a vibration space as in the prior art, and the manufacturing process can be simplified with a simple structure. In addition, the support wall itself can also serve as the electrode of the vibrating body, thereby reducing the number of layers to reduce the occurrence of stress, reducing warpage, and contributing to further cost reduction by reducing the number of steps.

【0019】なお、本発明では、従来のような振動空間
を設ける必要がないため、大気中での処理を省いて全製
造工程を真空プロセスで対応でき、オートメーションプ
ロセスを構築でき、処理時間を短縮できる。その結果、
さらにコスト低減、生産性向上が可能となる。
In the present invention, since there is no need to provide a vibration space as in the prior art, all the manufacturing processes can be handled by a vacuum process by omitting the treatment in the atmosphere, an automation process can be constructed, and the processing time can be reduced. it can. as a result,
Further, cost reduction and productivity improvement can be achieved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の圧電共振子は、基体の上
に突出して設けられた支持壁と、支持壁の側面に設けら
れ、1対の電極で圧電体を挟持した振動体を具備した薄
膜圧電共振子である。すなわち、本発明の圧電共振子
は、図1に示すように、基体11と、該基体11の表面
から突出して支持壁12が一体に設けられている。該支
持壁12の側面には、第1電極14と、この第1電極1
4上に形成された圧電体15と、この圧電体15上に形
成された第2電極16が設けられている。ここで、支持
壁12側面には、第1電極14と第2電極16により圧
電体15を挟持して構成された振動体17が形成されて
いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A piezoelectric resonator according to the present invention comprises a support wall protruding above a base, and a vibrator provided on a side surface of the support wall and sandwiching a piezoelectric body between a pair of electrodes. This is a thin film piezoelectric resonator. That is, in the piezoelectric resonator of the present invention, as shown in FIG. 1, a base 11 and a support wall 12 protruding from the surface of the base 11 are integrally provided. The first electrode 14 and the first electrode 1
A piezoelectric body 15 formed on the piezoelectric element 4 and a second electrode 16 formed on the piezoelectric body 15 are provided. Here, on the side surface of the support wall 12, a vibrating body 17 formed by sandwiching the piezoelectric body 15 between the first electrode 14 and the second electrode 16 is formed.

【0021】支持壁12は、基体を構成するブロック
を、支持壁が形成される部分を除いてエッチングで除去
する等の方法で形成することができる。支持壁の厚みt
は、3〜10μmが望ましい。これは、3μmよりも薄
い場合には強度が低く、また10μmよりも厚い場合に
は共振周波数が低くなるからである。
The support wall 12 can be formed by, for example, removing a block constituting the base body by etching except for a portion where the support wall is formed. Support wall thickness t
Is preferably 3 to 10 μm. This is because when the thickness is smaller than 3 μm, the strength is low, and when the thickness is larger than 10 μm, the resonance frequency is low.

【0022】圧電体15は、ゾル・ゲル法、あるいはス
パッタ法に代表される気相合成法等で形成することがで
きる。圧電体15の厚みは使用する共振子の周波数帯に
もよるが、2μm以下であることが望ましい。これは、
厚み縦振動により1GHz以上の共振周波数を得るため
には、第1電極14と第2電極16との間隔が2μm以
下が必要だからである。
The piezoelectric body 15 can be formed by a sol-gel method, a gas phase synthesis method represented by a sputtering method, or the like. The thickness of the piezoelectric body 15 depends on the frequency band of the resonator to be used, but is preferably 2 μm or less. this is,
This is because the interval between the first electrode 14 and the second electrode 16 needs to be 2 μm or less in order to obtain a resonance frequency of 1 GHz or more by the thickness longitudinal vibration.

【0023】第1電極14および第2電極16は、CV
D法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング
法などの気相合成法により作製して得られる。電極の膜
厚は、0.05〜0.3μmの厚みが望ましく、特に
は、0.1〜0.2μmが好ましい。
The first electrode 14 and the second electrode 16 are CV
It is produced and obtained by a gas phase synthesis method such as a D method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method and the like. The electrode preferably has a thickness of 0.05 to 0.3 μm, and particularly preferably 0.1 to 0.2 μm.

【0024】基体11は、シリコンやアルミナのような
無機物であり、基体表面に突出した支持壁を形成できる
平坦な表面を保有していれば、特に材料を限定するもの
ではない。しかし、矩形状の凸型突出部である支持壁を
形成するためには、単結晶であることが好ましい。すな
わち、支持壁12の強度を高める必要から支持壁12は
基体11と一体に形成することが好ましいからであり、
また基体11の支持壁周囲をエッチングにより除去して
支持壁を形成するためには単結晶が適しているからであ
る。
The substrate 11 is made of an inorganic substance such as silicon or alumina. The material is not particularly limited as long as it has a flat surface capable of forming a protruding support wall on the surface of the substrate. However, in order to form a support wall that is a rectangular convex protrusion, a single crystal is preferable. That is, the support wall 12 is preferably formed integrally with the base 11 because it is necessary to increase the strength of the support wall 12,
Further, a single crystal is suitable for forming the support wall by removing the periphery of the support wall of the base 11 by etching.

【0025】この加工の容易さや基礎的データの蓄積、
特性の均一性などを考慮すると、シリコン基板が望まし
い。一方、共振周波数の高周波化の観点からは、高音速
即ちヤング率の大きな材料、例えばサファイア基板が望
ましい。
The ease of processing and accumulation of basic data,
Considering the uniformity of characteristics, etc., a silicon substrate is desirable. On the other hand, from the viewpoint of increasing the resonance frequency, a material having a high sound velocity, that is, a material having a large Young's modulus, for example, a sapphire substrate is desirable.

【0026】また、圧電体15としてZnOやAlNの
ような強誘電体でない圧電体を用いて共振子を構成する
場合、面積が大きくなり、小型な共振子を実現できない
ため、本発明の圧電体15には、比誘電率の大きい強誘
電体が適している。
When a resonator is formed by using a piezoelectric material such as ZnO or AlN that is not a ferroelectric material as the piezoelectric material 15, the area becomes large and a small resonator cannot be realized. 15 is suitable for a ferroelectric substance having a large relative permittivity.

【0027】特に、Pb(Zr1-X TiX )O3 のよう
なペロブスカイト型構造をもつ強誘電体薄膜は、大きな
自発分極を保有し、大きな圧電性が得られるとともに、
強誘電体でないZnO、AlNなどの圧電体に比べ比誘
電率が約100倍と大きく、インピーダンスを決定する
要因の一つである電極面積を約1/100と小さくでき
るため、共振子のサイズを小さくできる。
In particular, a ferroelectric thin film having a perovskite structure, such as Pb (Zr 1 -x Ti x ) O 3 , has a large spontaneous polarization and a large piezoelectric property.
The relative dielectric constant is about 100 times larger than that of a non-ferroelectric piezoelectric substance such as ZnO or AlN, and the electrode area, which is one of the factors determining impedance, can be reduced to about 1/100. Can be smaller.

【0028】ペロブスカイト型構造をもつ強誘電体とし
ては、上記Pb(Zr1-X TiX )O3 やPbTi
3 、BaTiO3 などがある。また、ペロブスカイト
型構造以外の強誘電体薄膜、例えばタングステンブロン
ズ構造をもつSr2 KNb5 15なども使用できる。
Examples of the ferroelectric having a perovskite structure include Pb (Zr 1 -x Ti x ) O 3 and PbTi.
O 3 and BaTiO 3 . Further, a ferroelectric thin film other than the perovskite structure, for example, Sr 2 KNb 5 O 15 having a tungsten bronze structure can be used.

【0029】強誘電体の中では、特にPb(Zr1-X
X )O3 を基本組成としたものが好ましい。Pb(Z
1-X TiX )O3 を基本組成としたものは、薄膜にし
ても大きな圧電性と比誘電率を示すからである。
Among ferroelectrics, Pb (Zr 1 -X T
i X ) Those having a basic composition of O 3 are preferred. Pb (Z
This is because those having the basic composition of r 1-x Ti x ) O 3 show a large piezoelectricity and a relative dielectric constant even in a thin film.

【0030】圧電体15を挟持する第1電極14、第2
電極16には、従来より多く用いられているAl、Au
等の金属材料を用いることができる。圧電体15への質
量負荷が小さく圧電振動を抑制し難い事と電気抵抗率が
小さく共振子のQ値の低下が小さい事からAlが望まし
い。
The first electrode 14 sandwiching the piezoelectric body 15 and the second electrode
The electrode 16 is made of Al, Au,
And the like. Al is desirable because the mass load on the piezoelectric body 15 is small and it is difficult to suppress the piezoelectric vibration, and the electrical resistivity is small and the decrease in the Q value of the resonator is small.

【0031】また、第1電極14または第2電極16と
外部電極との電気的接続のために、取り出し電極を形成
して用いることは言うまでもない。
Needless to say, an extraction electrode is formed and used for electrical connection between the first electrode 14 or the second electrode 16 and the external electrode.

【0032】以上のように構成された圧電共振子では、
基体11には、その表面から突出した支持壁12が設け
てあり、この支持壁12の側面には振動体17が形成さ
れているため、振動体17は図1に矢印で示したように
支持壁12の厚み方向に振動し、基体11には振動がほ
とんど伝達しないので、従来のような振動空間を設ける
必要がなく、これにより、支持膜12のない構造が可能
となるため、簡単な構造で製造工程も簡略化でき、さら
に支持膜12の割れ等も考慮する必要がなく、長寿命化
を促進できる。
In the piezoelectric resonator configured as described above,
The base 11 is provided with a support wall 12 projecting from the surface thereof, and a vibrating body 17 is formed on a side surface of the supporting wall 12, so that the vibrating body 17 is supported as indicated by an arrow in FIG. Since it vibrates in the thickness direction of the wall 12 and almost no vibration is transmitted to the base 11, there is no need to provide a vibration space as in the related art, and a structure without the support film 12 is possible. Accordingly, the manufacturing process can be simplified, and it is not necessary to consider the cracking of the support film 12 and the like, and the life can be prolonged.

【0033】また、基体11表面に設けられた支持壁1
2に振動体17を形成しており、3次元的な構造であ
り、圧電体15に強誘電体を用いているので、振動体1
7の設置面積を小さくできるとともに、支持壁12の数
またはその大きさを任意に決定できるために、フィルタ
ーとしても部品の面積を小さくすることができる。
The support wall 1 provided on the surface of the base 11
2 has a three-dimensional structure, and a ferroelectric material is used for the piezoelectric body 15, so that the vibrator 1
Since the installation area of 7 can be reduced and the number or size of the support walls 12 can be arbitrarily determined, the area of components as a filter can be reduced.

【0034】図2は本発明の他の例を示すもので、基体
11の上に突出して設けられた導電性を有する支持壁1
2と、支持壁12の側面に形成された圧電体15、圧電
体15の上に形成された電極26が設けられている。こ
こで、支持壁12は導電性を有しているので、図1にお
ける第1電極として用いることができる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which a conductive support wall 1 is provided protruding from a base 11.
2, a piezoelectric body 15 formed on the side surface of the support wall 12, and an electrode 26 formed on the piezoelectric body 15. Here, since the support wall 12 has conductivity, it can be used as the first electrode in FIG.

【0035】基体11にキャリアーを高濃度にドーピン
グした導電性シリコンなどを用いることによって、図1
における第1電極を省略して基体を電極に兼用した構造
にすることができる。すなわち、基体11を導電性のシ
リコンウエハとし、リソグラフィーやプラズマエッチン
グなどの半導体プロセスを使用して支持壁12を形成す
る。次に、支持壁12の側面に圧電体15と電極26を
順次形成することにより本発明の圧電共振子を得ること
ができる。
By using conductive silicon or the like doped with a high concentration of carriers for the base 11, FIG.
The structure in which the first electrode is omitted and the substrate also serves as the electrode can be obtained. That is, the base 11 is made of a conductive silicon wafer, and the support wall 12 is formed using a semiconductor process such as lithography or plasma etching. Next, by sequentially forming the piezoelectric body 15 and the electrode 26 on the side surface of the support wall 12, the piezoelectric resonator of the present invention can be obtained.

【0036】このような圧電共振子では、上記と同様、
支持膜のない構造が可能となるため、簡単な構造で製造
工程も簡略化でき、さらに支持膜の割れ等も考慮する必
要がなく、長寿命化を促進できるとともに、電極の形成
を省略し、層数を少なくすることによって発生する応力
を低下させ、反りを低減することができる。また、製造
時の工数低減によりさらなるコストの低下が図れる。
In such a piezoelectric resonator, as described above,
Since a structure without a supporting film becomes possible, the manufacturing process can be simplified with a simple structure, furthermore, there is no need to consider cracking of the supporting film, etc., and a longer life can be promoted, and the formation of electrodes is omitted, The stress generated by reducing the number of layers can be reduced, and warpage can be reduced. Further, the cost can be further reduced by reducing the number of man-hours during manufacturing.

【0037】他の例として、図3に示すように、第1電
極14と、圧電体15と、第2電極16とが、支持壁1
2の上面には形成されておらず、対抗する2面に形成す
ることにより、2つの振動を独立に制御することがで
き、共振子としての振動特性を制御しやすくなる。な
お、第1電極14と、圧電体15と、第2電極16と
が、支持壁12の側面の1面にのみ形成されていても何
ら差し支えない。
As another example, as shown in FIG. 3, the first electrode 14, the piezoelectric body 15, and the second electrode 16 are
By not being formed on the upper surface of the two, by forming them on two opposing surfaces, the two vibrations can be controlled independently, and the vibration characteristics as a resonator can be easily controlled. Note that the first electrode 14, the piezoelectric body 15, and the second electrode 16 may be formed on only one of the side surfaces of the support wall 12 without any problem.

【0038】また、図4に示すように、支持壁12の側
面に第1電極14と、圧電体15と、第2電極16とか
らなる振動体17が形成されており、かつ振動体17は
支持壁12側面の中央部に形成され、基体11側と上面
側に未形成部がある。基体11側とその反対の上面側に
振動体17の未形成部があることによって支持壁12へ
の振動閉じ込め効率が高くなり、不要振動を抑制でき
る。
As shown in FIG. 4, a vibrating body 17 composed of a first electrode 14, a piezoelectric body 15, and a second electrode 16 is formed on the side surface of the support wall 12, and the vibrating body 17 is It is formed at the center of the side surface of the support wall 12, and there is an unformed portion on the base 11 side and the upper surface side. Since the vibrating body 17 is not formed on the base 11 side and the upper surface side opposite thereto, the efficiency of confining vibration to the support wall 12 is increased, and unnecessary vibration can be suppressed.

【0039】[0039]

【実施例】実施例1 (100)面のシリコンウエハを用い、フォトレジスト
を用いてパターン形成を行い、選択的なエッチングを行
って、図1に示すような支持膜12が形成された基体1
1を作製した。支持壁12は、シリコンウエハに幅5μ
m、長さ100μmのエッチングマスクを形成した後、
CF4 とO2 との混合ガスを用いてRIEにより、幅5
μm、長さ100μm、高さ100μmの支持壁を形成
した。
EXAMPLE 1 Using a (100) silicon wafer, a pattern was formed using a photoresist, and selective etching was performed to form a substrate 1 on which a support film 12 as shown in FIG. 1 was formed.
1 was produced. The support wall 12 has a width of 5 μm on the silicon wafer.
m, after forming an etching mask of 100 μm length,
RIE using a mixed gas of CF 4 and O 2 , width 5
A support wall having a thickness of 100 μm, a length of 100 μm, and a height of 100 μm was formed.

【0040】次に、第1電極14を作製した。原料ガス
としてAl(C2 5 3 を用いてMOCVD法により
Al電極を形成した。MOCVD法を用いたのは、スパ
ッタ法や蒸着法に比べて、複雑な形状でも比較的良好な
膜厚均一性が得られるからである。第1電極14の膜厚
は約0.3μmであった。また、アルミニウム電極とシ
リコンとの密着性を高めるために、支持壁12と第1電
極14との間にチタニウムを薄く形成しても良い。
Next, the first electrode 14 was manufactured. An Al electrode was formed by MOCVD using Al (C 2 H 5 ) 3 as a source gas. The reason why the MOCVD method is used is that relatively good film thickness uniformity can be obtained even with a complicated shape as compared with the sputtering method or the vapor deposition method. The thickness of the first electrode 14 was about 0.3 μm. Further, in order to increase the adhesion between the aluminum electrode and the silicon, titanium may be thinly formed between the support wall 12 and the first electrode 14.

【0041】次に、圧電体15を第1電極上に形成し
た。圧電体材料としてPb(Zr0.47Ti0.53)O3
用いている。成膜法はMOCVD法で、TiO(DP
M)2 、Zr(DPM)4 、Pb(DPM)2 を用い
て、膜厚約0.4μmの薄膜を形成した。DPMはジピ
バロイルメタナトである。
Next, the piezoelectric body 15 was formed on the first electrode. Pb (Zr 0.47 Ti 0.53 ) O 3 is used as a piezoelectric material. The film formation method is MOCVD, and TiO (DP
A thin film having a thickness of about 0.4 μm was formed using M) 2 , Zr (DPM) 4 , and Pb (DPM) 2 . DPM is dipivaloyl methanate.

【0042】そして、この圧電体15上に第2電極16
としてAl薄膜を、第1電極14と同じ方法で作製し
た。膜厚は約0.3μmである。
The second electrode 16 is placed on the piezoelectric body 15.
An Al thin film was formed in the same manner as the first electrode 14. The thickness is about 0.3 μm.

【0043】このようにして作製した共振子構造の高周
波特性を測定した結果、圧電体の膜厚が約0.4μmの
試料で、基本共振周波数480MHzという結果を得
た。この結果から、シリコン基板の音速を考慮して考え
ると、両側の第2電極端で反射した振動波が共鳴してい
ると考えられる。
As a result of measuring the high-frequency characteristics of the resonator structure manufactured as described above, a result having a fundamental resonance frequency of 480 MHz was obtained for a sample having a piezoelectric film thickness of about 0.4 μm. From this result, considering the sound speed of the silicon substrate, it is considered that the vibration waves reflected at the second electrode ends on both sides resonate.

【0044】作製した個々の素子を一枚のウエハから切
り出すダイシングを行い、破損状況を観察した。3mm
x3mmのサイズで100個切出したところ、11個に
破損が見られた。
Each of the manufactured devices was cut out from one wafer by dicing, and the state of damage was observed. 3mm
When 100 pieces were cut out at a size of 3 mm, breakage was observed in 11 pieces.

【0045】また、薄膜プロセスで形成した電極や圧電
体は、その膜に内部応力が発生するが、試作した100
個のうちで、基体と支持膜の界面での剥離や圧電共振子
の反りは100個中0個であった。
In the electrodes and piezoelectric bodies formed by the thin film process, internal stress is generated in the films.
Of the pieces, the peeling at the interface between the base and the support film and the warpage of the piezoelectric resonator were 0 out of 100 pieces.

【0046】比較例 まず、Siウエハーを基体とし、RCA法により洗浄し
た後、支持膜となる薄膜を形成した。すなわち、スパッ
タ法によりSiO2 膜をSi基体上に形成した。次に、
Si基体裏面にフォトレジスト法を用いてパターン形成
を行い、KOH溶液を用いて選択的にエッチングを行っ
て図5の振動空間Aを作製した。この溶液処理は高濃度
のアルカリ溶液中に24時間試料を浸し、純水による洗
浄を行った。エッチングの保護膜には窒化珪素膜を用い
ている。KOHの異方性エッチングにより振動空間の形
状は台形状の凹部となる。
COMPARATIVE EXAMPLE First, a Si wafer was used as a substrate, and after cleaning by an RCA method, a thin film serving as a support film was formed. That is, a SiO 2 film was formed on a Si substrate by a sputtering method. next,
A pattern was formed on the back surface of the Si substrate by using a photoresist method, and etching was selectively performed using a KOH solution to produce a vibration space A in FIG. In this solution treatment, the sample was immersed in a high-concentration alkaline solution for 24 hours and washed with pure water. A silicon nitride film is used as a protective film for etching. The shape of the vibration space becomes a trapezoidal concave portion due to the anisotropic etching of KOH.

【0047】次に、支持膜上に第1電極、圧電体、第2
電極の各層をスパッタ法を用いて形成した。電極材料に
はPtを、圧電体材料にはPZTを用いた。パターン形
成には全てメタルマスクを用いた。
Next, the first electrode, the piezoelectric material, the second
Each layer of the electrode was formed using a sputtering method. Pt was used for the electrode material and PZT was used for the piezoelectric material. A metal mask was used for pattern formation.

【0048】作製した個々の素子を一枚のウエハから切
出すダイシングを行ったところ、3mmx3mmのサイ
ズで、100個切り出したところ、94個に素子の破損
が発生していた。また、支持膜は薄膜プロセスで形成し
たために膜に内部応力が発生し、基体と支持膜の界面で
剥離が発生していた。試作した100個のうちで、58
個に剥離が見られた。
When dicing was performed to cut out each manufactured device from one wafer, 100 devices of 3 mm × 3 mm size were cut out, and 94 devices were damaged. Further, since the support film was formed by a thin film process, internal stress was generated in the film, and peeling occurred at the interface between the substrate and the support film. Out of 100 prototypes, 58
Peeling was observed in the individual.

【0049】実施例2 図2に示された構造の圧電共振子を作製した。基体11
としてn型の低電気抵抗シリコン基板を用いた。支持壁
12と、圧電体15と、電極の製造方法は実施例1と同
じであるが、導電性支持壁12を実施例1における第1
電極として用いるため、この第1電極の形成を省略して
いる。圧電体15の膜厚は約0.4μm、電極16の膜
厚は約0.3μmであった。
Example 2 A piezoelectric resonator having the structure shown in FIG. 2 was manufactured. Base 11
An n-type low electric resistance silicon substrate was used. The method of manufacturing the support wall 12, the piezoelectric body 15, and the electrodes is the same as that of the first embodiment, but the conductive support wall 12 is the first method of the first embodiment.
The formation of the first electrode is omitted because it is used as an electrode. The thickness of the piezoelectric body 15 was about 0.4 μm, and the thickness of the electrode 16 was about 0.3 μm.

【0050】このようにして作製した共振子構造の高周
波特性を測定した結果、圧電体の膜厚が約0.4μmの
試料で、基本共振周波数480MHzという結果を得
た。
As a result of measuring the high-frequency characteristics of the resonator structure manufactured as described above, a result having a fundamental resonance frequency of 480 MHz was obtained for a sample having a piezoelectric film thickness of about 0.4 μm.

【0051】作製した個々の素子を一枚のウエハから切
り出すダイシングを行ったところ、3mmx3mmのサ
イズで、100個切り出したところ、9個に素子の破損
が発生していた。また、基体と支持膜の界面で剥離や反
りは100個中0個であった。
When dicing was performed to cut out each manufactured device from one wafer, 100 devices were cut out in a size of 3 mm × 3 mm, and nine devices were damaged. Further, at the interface between the substrate and the support film, peeling or warping was 0 out of 100 pieces.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明の圧電共振子では、基体上に、そ
の表面から突出して形成された支持壁を設け、その側面
に振動体を形成することにより、従来の圧電共振子にお
いて用いられていた支持膜を必要としないため、簡単な
構造で、製造中における破損を防止できるとともに、反
りを抑制でき、作製プロセスも簡略化できるため、コス
トを大きく下げることができる。
The piezoelectric resonator of the present invention is used in a conventional piezoelectric resonator by providing a support wall protruding from the surface on a base and forming a vibrator on the side surface. Since no support film is required, it is possible to prevent breakage during manufacturing with a simple structure, to suppress warpage, and to simplify the manufacturing process, thereby greatly reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の圧電共振子を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric resonator of the present invention.

【図2】本発明の他の圧電共振子を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing another piezoelectric resonator of the present invention.

【図3】本発明のさらに他の圧電共振子を示す斜視図で
ある。
FIG. 3 is a perspective view showing still another piezoelectric resonator of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の圧電共振子を示す斜視図で
ある。
FIG. 4 is a perspective view showing still another piezoelectric resonator of the present invention.

【図5】従来の圧電共振子を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a conventional piezoelectric resonator.

【図6】従来の他の圧電共振子を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another conventional piezoelectric resonator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・基体 12・・・支持壁 14・・・第1電極 15・・・圧電体 16・・・第2電極 17・・・振動体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Base 12 ... Support wall 14 ... 1st electrode 15 ... Piezoelectric body 16 ... 2nd electrode 17 ... Vibration body

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体と、該基体上にその表面から突出して
設けられた支持壁と、該支持壁の側面に設けられ、かつ
1対の電極で圧電体を挟持してなる振動体とを具備して
なるとともに、前記圧電体が前記支持壁の厚み方向に振
動することを特徴とする圧電共振子。
1. A base, a support wall provided on the base so as to protrude from a surface thereof, and a vibrator provided on a side surface of the support wall and sandwiching a piezoelectric body between a pair of electrodes. A piezoelectric resonator, comprising: the piezoelectric body vibrates in a thickness direction of the support wall.
【請求項2】基体と、該基体上にその表面から突出して
設けられた導電性を有する支持壁と、前記支持壁の側面
に設けられた圧電体と、該圧電体上に設けられた電極と
を具備してなるとともに、前記圧電体が前記支持壁の厚
み方向に振動することを特徴とする圧電共振子。
2. A base, a conductive support wall protruding from the surface of the base, a piezoelectric body provided on a side surface of the support wall, and an electrode provided on the piezoelectric body. Wherein the piezoelectric body vibrates in the thickness direction of the support wall.
JP11185927A 1999-06-30 1999-06-30 Piezoelectric resonator Pending JP2001016068A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004502374A (en) * 2000-06-30 2004-01-22 セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク Nano-sized electromechanical filters
JP2020022209A (en) * 2015-05-27 2020-02-06 株式会社村田製作所 Mems resonator with high quality factor

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JP2004502374A (en) * 2000-06-30 2004-01-22 セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク Nano-sized electromechanical filters
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