JP2001168675A - 圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法 - Google Patents
圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 弾性波の振動部となる浮き構造部において平
滑な端面を有し、かつ高周波領域においても優れた周波
数特性が得られる圧電共振子を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明における圧電共振子は、貫通孔が
形成されたシリコン基板、ボロンをドープしたシリコン
からなり前記貫通孔を覆うように前記シリコン基板によ
り支持されたボロンドープ層、前記ボロンドープ層上に
配置された絶縁体層、並びに前記絶縁体層上に設けられ
膜状の導電体からなる上部電極および下部電極が表面お
よび裏面に形成された圧電体膜を備えた圧電共振子にお
いて、前記ボロンドープ層が前記絶縁体層よりも薄いこ
とを特徴とするものである。
滑な端面を有し、かつ高周波領域においても優れた周波
数特性が得られる圧電共振子を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明における圧電共振子は、貫通孔が
形成されたシリコン基板、ボロンをドープしたシリコン
からなり前記貫通孔を覆うように前記シリコン基板によ
り支持されたボロンドープ層、前記ボロンドープ層上に
配置された絶縁体層、並びに前記絶縁体層上に設けられ
膜状の導電体からなる上部電極および下部電極が表面お
よび裏面に形成された圧電体膜を備えた圧電共振子にお
いて、前記ボロンドープ層が前記絶縁体層よりも薄いこ
とを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電体を用いた圧電
共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子
の製造方法に関し、特に圧電体の下層に形成される下地
層が弾性波の主要伝搬部となる複合構造の圧電共振子に
関する。
共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子
の製造方法に関し、特に圧電体の下層に形成される下地
層が弾性波の主要伝搬部となる複合構造の圧電共振子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電共振子は圧電体の電気−機械変換機
能を利用したものである。圧電体の両面に電極を形成
し、電極に交流電圧を印加すると圧電体に伸縮が生じ、
体積振動が励振される。この励振された弾性波を効率良
く利用するため、薄膜を用いた圧電共振子では励振領域
は必要最小限の構成材を残し、不要な部分をエッチング
により除去した構造が採用される。この圧電共振子は、
圧電体と電極とこれらを支持する膜により構成され、弾
性波は主に圧電体内を伝搬する構造と、圧電体、電極が
圧電体の数倍の厚さを有する下地層（絶縁膜でも基板で
も良い）により支持され、弾性波の伝搬経路の大部分が
下地層により占められる構造とに大別される。後者は複
合圧電共振構造と呼ばれ、下地層の厚さや材質を変える
ことにより広範な動作周波数を得られることや、圧電体
よりも弾性波の伝搬損失が小さな材質を下地層に用いる
ことにより動作部全体としての損失を小さくすることが
出来るといった利点がある。
能を利用したものである。圧電体の両面に電極を形成
し、電極に交流電圧を印加すると圧電体に伸縮が生じ、
体積振動が励振される。この励振された弾性波を効率良
く利用するため、薄膜を用いた圧電共振子では励振領域
は必要最小限の構成材を残し、不要な部分をエッチング
により除去した構造が採用される。この圧電共振子は、
圧電体と電極とこれらを支持する膜により構成され、弾
性波は主に圧電体内を伝搬する構造と、圧電体、電極が
圧電体の数倍の厚さを有する下地層（絶縁膜でも基板で
も良い）により支持され、弾性波の伝搬経路の大部分が
下地層により占められる構造とに大別される。後者は複
合圧電共振構造と呼ばれ、下地層の厚さや材質を変える
ことにより広範な動作周波数を得られることや、圧電体
よりも弾性波の伝搬損失が小さな材質を下地層に用いる
ことにより動作部全体としての損失を小さくすることが
出来るといった利点がある。
【０００３】図４に複合構造の圧電共振子の一例を示
す。図４に示す圧電共振子において、１はシリコン基板
であり、３に示す下地層は絶縁体層により構成される。
この下地層３の上には、上部電極４ａおよび下部電極４
ｂを備えた圧電体膜５が形成される。４ａ’，４ｂ’は
ボンディング等による配線を行うために設けられた上
部、下部電極パッドであり、それぞれ上部、下部電極４
ａ，４ｂと接続されている。シリコン基板１の裏面を水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いて異
方性エッチングを行い貫通孔を設けることにより、圧電
体膜５および上部、下部電極４ａ，４ｂから生じる弾性
波を下地層に伝搬させ、この伝搬部をシリコン基板１に
より支持する浮き構造が形成される。伝搬部となる下地
層３としては弾性波の損失が小さく絶縁性の高い材料、
例えば酸化シリコン等の酸化物が有効である。しかし、
エッチングがシリコン基板１から下地層２に到達すると
この下地層２もエッチングされ、表面が付近一になる。
複合圧電共振子では、下部電極４ｂの下層に形成される
浮き構造部において弾性波が反射を繰り返し共振を起こ
すので、この浮き構造部の端面が平滑でないと弾性波の
散逸が生じ大きな損失の原因となる。
す。図４に示す圧電共振子において、１はシリコン基板
であり、３に示す下地層は絶縁体層により構成される。
この下地層３の上には、上部電極４ａおよび下部電極４
ｂを備えた圧電体膜５が形成される。４ａ’，４ｂ’は
ボンディング等による配線を行うために設けられた上
部、下部電極パッドであり、それぞれ上部、下部電極４
ａ，４ｂと接続されている。シリコン基板１の裏面を水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いて異
方性エッチングを行い貫通孔を設けることにより、圧電
体膜５および上部、下部電極４ａ，４ｂから生じる弾性
波を下地層に伝搬させ、この伝搬部をシリコン基板１に
より支持する浮き構造が形成される。伝搬部となる下地
層３としては弾性波の損失が小さく絶縁性の高い材料、
例えば酸化シリコン等の酸化物が有効である。しかし、
エッチングがシリコン基板１から下地層２に到達すると
この下地層２もエッチングされ、表面が付近一になる。
複合圧電共振子では、下部電極４ｂの下層に形成される
浮き構造部において弾性波が反射を繰り返し共振を起こ
すので、この浮き構造部の端面が平滑でないと弾性波の
散逸が生じ大きな損失の原因となる。
【０００４】そこで、図５に示すように、シリコン基板
のエッチングに多用されるアルカリ性水溶液に対して優
れた耐エッチング性を有するボロンが高濃度にドープさ
れたボロンドープ層２を下地層に採用し、その上に絶縁
体層３を形成する構造が提案されている。図５に示す圧
電共振子においては、アルカリ性水溶液に対して優れた
耐エッチング性を有するボロンドープ層２を下地層に採
用しているので、浮き構造部において平滑な表面が得や
すく、弾性波の散逸による損失を低減させることができ
る。
のエッチングに多用されるアルカリ性水溶液に対して優
れた耐エッチング性を有するボロンが高濃度にドープさ
れたボロンドープ層２を下地層に採用し、その上に絶縁
体層３を形成する構造が提案されている。図５に示す圧
電共振子においては、アルカリ性水溶液に対して優れた
耐エッチング性を有するボロンドープ層２を下地層に採
用しているので、浮き構造部において平滑な表面が得や
すく、弾性波の散逸による損失を低減させることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来例にお
いては、下地層としてシリコンにボロンをドープしたボ
ロンドープ層２を用いているため、耐エッチング性に優
れ、浮き構造部において平滑な端面を得ることができる
が、ボロンが高濃度ドープされたボロンドープ層２は電
気抵抗が低いため充分な絶縁性を確保しにくい。つま
り、図５に示すように、上部、下部電極４ａ，４ｂに接
続される下部電極パッド４ａ’，４ｂ’が絶縁体層３上
に形成されているため、抵抗率の低いボロンドープ層を
下地層とした場合、圧電体膜５に並列に容量が加わる結
果、素子を発振器やフィルタに用いる際、その動作周波
数範囲を広くとることができないという問題があり、特
に動作範囲が数ＧＨｚに及ぶ高周波フィルタに用いた場
合、性能が著しく劣化する。
いては、下地層としてシリコンにボロンをドープしたボ
ロンドープ層２を用いているため、耐エッチング性に優
れ、浮き構造部において平滑な端面を得ることができる
が、ボロンが高濃度ドープされたボロンドープ層２は電
気抵抗が低いため充分な絶縁性を確保しにくい。つま
り、図５に示すように、上部、下部電極４ａ，４ｂに接
続される下部電極パッド４ａ’，４ｂ’が絶縁体層３上
に形成されているため、抵抗率の低いボロンドープ層を
下地層とした場合、圧電体膜５に並列に容量が加わる結
果、素子を発振器やフィルタに用いる際、その動作周波
数範囲を広くとることができないという問題があり、特
に動作範囲が数ＧＨｚに及ぶ高周波フィルタに用いた場
合、性能が著しく劣化する。
【０００６】本発明はこうした問題に鑑みてなされ、浮
き構造部において平滑な端面を有し、かつ高周波領域に
おいても優れた周波数特性が得られる圧電共振子を提供
することを目的とする。
き構造部において平滑な端面を有し、かつ高周波領域に
おいても優れた周波数特性が得られる圧電共振子を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明における圧電共振
子は、貫通孔が形成されたシリコン基板、ボロンをドー
プしたシリコンからなり前記貫通孔を覆うように前記シ
リコン基板により支持されたボロンドープ層、前記ボロ
ンドープ層上に配置された絶縁体層、並びに前記絶縁体
層上に設けられ膜状の導電体からなる上部電極および下
部電極が表面および裏面に形成された圧電体膜を備えた
圧電共振子において、前記ボロンドープ層が前記絶縁体
層よりも薄いことを特徴とするものである。また、ボロ
ンドープ層のボロン含有率が１０18個／ｃｍ3 以上であ
ることを特徴とするものである。また、ボロンドープ層
の厚さが少なくとも５０ｎｍ以上であることを特徴とす
るものである。上述の圧電共振子において、絶縁体層は
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化
タンタル、酸化マグネシウム、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンドライクカーボンまたは窒化アルミニウムである。ま
た、上述の圧電共振子において、圧電体膜はチタン酸
鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウ
ム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
カリウム、ニオブ酸ナトリウムまたはチタン酸ビスマス
を主成分とするものである。また、本発明における圧電
共振フィルタは、これらの圧電共振子を備えたものであ
る。また、本発明における圧電発振器は、これらの圧電
共振子を備えたものである。
子は、貫通孔が形成されたシリコン基板、ボロンをドー
プしたシリコンからなり前記貫通孔を覆うように前記シ
リコン基板により支持されたボロンドープ層、前記ボロ
ンドープ層上に配置された絶縁体層、並びに前記絶縁体
層上に設けられ膜状の導電体からなる上部電極および下
部電極が表面および裏面に形成された圧電体膜を備えた
圧電共振子において、前記ボロンドープ層が前記絶縁体
層よりも薄いことを特徴とするものである。また、ボロ
ンドープ層のボロン含有率が１０18個／ｃｍ3 以上であ
ることを特徴とするものである。また、ボロンドープ層
の厚さが少なくとも５０ｎｍ以上であることを特徴とす
るものである。上述の圧電共振子において、絶縁体層は
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化
タンタル、酸化マグネシウム、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンドライクカーボンまたは窒化アルミニウムである。ま
た、上述の圧電共振子において、圧電体膜はチタン酸
鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウ
ム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
カリウム、ニオブ酸ナトリウムまたはチタン酸ビスマス
を主成分とするものである。また、本発明における圧電
共振フィルタは、これらの圧電共振子を備えたものであ
る。また、本発明における圧電発振器は、これらの圧電
共振子を備えたものである。
【０００８】本発明における圧電共振子の製造方法は、
シリコン基板上にボロンがドープされたシリコンからな
るボロンドープ層を形成する工程、前記ボロンドープ層
上に絶縁体層を形成する工程、前記絶縁体層上に膜状の
導電体からなる下部電極を形成する工程、前記下部電極
上に圧電体膜を形成する工程、前記圧電体膜上に膜状の
導電体からなる上部電極を形成する工程、並びに前記シ
リコン基板の前記下部電極の形成領域に対応する部分を
除去する工程を含むものである。また、上述の製造方法
において、ボロンドープ層が下部電極の形成領域に対応
する部分の一部または全部に形成されることを特徴とす
るものである。
シリコン基板上にボロンがドープされたシリコンからな
るボロンドープ層を形成する工程、前記ボロンドープ層
上に絶縁体層を形成する工程、前記絶縁体層上に膜状の
導電体からなる下部電極を形成する工程、前記下部電極
上に圧電体膜を形成する工程、前記圧電体膜上に膜状の
導電体からなる上部電極を形成する工程、並びに前記シ
リコン基板の前記下部電極の形成領域に対応する部分を
除去する工程を含むものである。また、上述の製造方法
において、ボロンドープ層が下部電極の形成領域に対応
する部分の一部または全部に形成されることを特徴とす
るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１における圧電共振子の構成を示す上面図およ
び断面図である。１はシリコン基板、２はボロンをシリ
コンに高濃度ドープしたボロンドープ層、３は弾性波の
主要な振動体となる絶縁体層である。実施の形態１にお
いては、圧電体膜５よりも弾性波の損失が少ない絶縁体
層３がボロンドープ層２よりも厚い構成とし、ボロンド
ープ層２は耐エッチング性が確保できる厚さにとどめる
ことを特徴とする。
施の形態１における圧電共振子の構成を示す上面図およ
び断面図である。１はシリコン基板、２はボロンをシリ
コンに高濃度ドープしたボロンドープ層、３は弾性波の
主要な振動体となる絶縁体層である。実施の形態１にお
いては、圧電体膜５よりも弾性波の損失が少ない絶縁体
層３がボロンドープ層２よりも厚い構成とし、ボロンド
ープ層２は耐エッチング性が確保できる厚さにとどめる
ことを特徴とする。
【００１０】以下、図１に示す圧電共振子の作成方法の
具体例を述べる。＜１００＞シリコン基板１の 表面に
ボロンを１０18個／ｃｍ3 の濃度でボロンをドープした
層２をエピタキシャル成長により０．５μｍ成長させ、
その上に酸化シリコン膜を絶縁体層３としてシランと酸
素を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜温度３００°Ｃ
にて２μｍ堆積させる。この絶縁体層３上には密着性を
確保するためのチタン層および主導電層としての白金層
からなる下部電極層４を堆積させ、圧電体膜５としてチ
タン酸鉛膜を、アルゴンと酸素９：１の混合ガスをスパ
ッタガスとして圧力１Ｐａ、基板温度６００°Ｃにて高
周波マグネトロンスパッタ法により０．９μｍ堆積させ
る。この圧電体膜５の上に下部電極層４と同様の構成に
より上部電極４ａをリフトオフ法により形成し、不要部
をエッチング除去することにより圧電体膜５、下部電極
４ｂおよび上部、下部用電極パッド４ａ’，４ｂ’が形
成される。上部電極４ａと上部電極パッド４ａ’間にレ
ジストを形成した後に金メッキを堆積させ、レジストを
除去することにより架橋６が形成される。シリコン基板
１を２００μｍの厚さに研磨し、５％の水酸化カリウム
溶液を用いて基板裏面から異方性エッチングを行うこと
によりピラミッド状の貫通孔が形成される。
具体例を述べる。＜１００＞シリコン基板１の 表面に
ボロンを１０18個／ｃｍ3 の濃度でボロンをドープした
層２をエピタキシャル成長により０．５μｍ成長させ、
その上に酸化シリコン膜を絶縁体層３としてシランと酸
素を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜温度３００°Ｃ
にて２μｍ堆積させる。この絶縁体層３上には密着性を
確保するためのチタン層および主導電層としての白金層
からなる下部電極層４を堆積させ、圧電体膜５としてチ
タン酸鉛膜を、アルゴンと酸素９：１の混合ガスをスパ
ッタガスとして圧力１Ｐａ、基板温度６００°Ｃにて高
周波マグネトロンスパッタ法により０．９μｍ堆積させ
る。この圧電体膜５の上に下部電極層４と同様の構成に
より上部電極４ａをリフトオフ法により形成し、不要部
をエッチング除去することにより圧電体膜５、下部電極
４ｂおよび上部、下部用電極パッド４ａ’，４ｂ’が形
成される。上部電極４ａと上部電極パッド４ａ’間にレ
ジストを形成した後に金メッキを堆積させ、レジストを
除去することにより架橋６が形成される。シリコン基板
１を２００μｍの厚さに研磨し、５％の水酸化カリウム
溶液を用いて基板裏面から異方性エッチングを行うこと
によりピラミッド状の貫通孔が形成される。
【００１１】上述の方法により作成された素子を図１の
ｘ−ｘ’に示す断面で破断し、ボロンドープ層２のエッ
チング面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、エッチ
ングによりボロンドープ層２の表面に生じた侵食は０．
０２μｍ以下であった。また、図１に示す素子を上記の
プロセスにより複数作成し、作成された全素子のうち浮
き構造部に亀裂等の破損が生じたものの割合（以下、浮
き構造破損率と称す）を調べたところ４％以下であっ
た。
ｘ−ｘ’に示す断面で破断し、ボロンドープ層２のエッ
チング面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、エッチ
ングによりボロンドープ層２の表面に生じた侵食は０．
０２μｍ以下であった。また、図１に示す素子を上記の
プロセスにより複数作成し、作成された全素子のうち浮
き構造部に亀裂等の破損が生じたものの割合（以下、浮
き構造破損率と称す）を調べたところ４％以下であっ
た。
【００１２】実施の形態２．実施の形態１においてボロ
ンドープ層２はエピタキシャル成長によって形成した
が、熱拡散によって形成することも可能である。シリコ
ン基板表面に塩化ボロンを供給し、１０００°Ｃ、１５
分の熱拡散処理を行った後、２次イオン質量分光分析法
によりドープ濃度の測定を行なったところ、基板深さ４
００ｎｍまで１０18個／ｃｍ3 のボロンドープが達成さ
れていた。このボロンドープ層が形成されたシリコン基
板を用いて上述と同様の工程で、図１と同様の圧電共振
素子を作成し、エッチング完了後のドープ層の表面を観
察したところドープ層の侵食は層厚さの１０％以下であ
り、浮き構造部の破損率は２％以下であった。
ンドープ層２はエピタキシャル成長によって形成した
が、熱拡散によって形成することも可能である。シリコ
ン基板表面に塩化ボロンを供給し、１０００°Ｃ、１５
分の熱拡散処理を行った後、２次イオン質量分光分析法
によりドープ濃度の測定を行なったところ、基板深さ４
００ｎｍまで１０18個／ｃｍ3 のボロンドープが達成さ
れていた。このボロンドープ層が形成されたシリコン基
板を用いて上述と同様の工程で、図１と同様の圧電共振
素子を作成し、エッチング完了後のドープ層の表面を観
察したところドープ層の侵食は層厚さの１０％以下であ
り、浮き構造部の破損率は２％以下であった。
【００１３】実施の形態３．また、実施の形態１で述べ
た方法により作成された圧電共振子を用い、図２に示す
ようなフィルタ素子を作成した。図２に示す圧電共振子
には、下部電極４ｂを共通端子として２つの上部電極４
ａin，４ａout が形成され、これらを入力端子、出力端
子としている。ここで下部電極４ｂ、圧電体膜５、上部
電極４ａin，４ａout はそれぞれ２５０×１５０μｍ、
２００×１００μｍ、７０×５μｍのサイズにてパター
ニングを行った。作成されたフィルタ素子の周波数特性
を１〜２ＧＨｚにおいて測定したところ主要共振モード
および高次共振モードによる共振がそれぞれ０．８ＧＨ
ｚおよび１．５ＧＨｚ付近に観測され、通過損失は１４
ｄＢであった。また、パッド間のインピーダンスは２０
０Ω以上であった。
た方法により作成された圧電共振子を用い、図２に示す
ようなフィルタ素子を作成した。図２に示す圧電共振子
には、下部電極４ｂを共通端子として２つの上部電極４
ａin，４ａout が形成され、これらを入力端子、出力端
子としている。ここで下部電極４ｂ、圧電体膜５、上部
電極４ａin，４ａout はそれぞれ２５０×１５０μｍ、
２００×１００μｍ、７０×５μｍのサイズにてパター
ニングを行った。作成されたフィルタ素子の周波数特性
を１〜２ＧＨｚにおいて測定したところ主要共振モード
および高次共振モードによる共振がそれぞれ０．８ＧＨ
ｚおよび１．５ＧＨｚ付近に観測され、通過損失は１４
ｄＢであった。また、パッド間のインピーダンスは２０
０Ω以上であった。
【００１４】実施の形態４．実施の形態４では実施の形
態１で述べた方法により作成される圧電共振子（構成は
図１と同様）を電圧制御発振回路に接続し発振器を作成
する。ここで上部電極４ａのサイズは１００×５０μｍ
である。この共振器の電気的特性を評価したところ、制
御電圧範囲０．５〜２．５Ｖにおいて制御電圧感度３０
ＭＨｚ／Ｖ、Ｃ／Ｎ比１１０ｄＢを得た。この圧電共振
子を用いた場合、共振部の体積はストリップ線路を用い
た場合の共振器と比較して約８０分の１に小型化するこ
とが可能である。
態１で述べた方法により作成される圧電共振子（構成は
図１と同様）を電圧制御発振回路に接続し発振器を作成
する。ここで上部電極４ａのサイズは１００×５０μｍ
である。この共振器の電気的特性を評価したところ、制
御電圧範囲０．５〜２．５Ｖにおいて制御電圧感度３０
ＭＨｚ／Ｖ、Ｃ／Ｎ比１１０ｄＢを得た。この圧電共振
子を用いた場合、共振部の体積はストリップ線路を用い
た場合の共振器と比較して約８０分の１に小型化するこ
とが可能である。
【００１５】実施の形態５．図１，２に示す実施の形態
１〜４による圧電共振子においては上部、下部電極パッ
ド４ａ’，４ｂ’の形成領域に対応する部分にもボロン
ドープ層２が形成されているが、図３（ａ），（ｂ）に
示すように、ボロンドープ層２を下部電極４ｂの形成領
域に対応する部分のみに設けることにより絶縁性をより
大きく確保することが可能である。この場合、図３
（ａ）に示すように、シリコン基板１上にボロンドープ
層２を形成した後、下部電極４ｂの形成領域に対応する
部分以外を除去し絶縁体層３を形成するか、あるいは図
３（ｂ）に示すようにシリコン基板１上の下部電極４ｂ
の形成領域に対応する部分のみにボロンドープ層を設け
絶縁体層３を形成してもよい。
１〜４による圧電共振子においては上部、下部電極パッ
ド４ａ’，４ｂ’の形成領域に対応する部分にもボロン
ドープ層２が形成されているが、図３（ａ），（ｂ）に
示すように、ボロンドープ層２を下部電極４ｂの形成領
域に対応する部分のみに設けることにより絶縁性をより
大きく確保することが可能である。この場合、図３
（ａ）に示すように、シリコン基板１上にボロンドープ
層２を形成した後、下部電極４ｂの形成領域に対応する
部分以外を除去し絶縁体層３を形成するか、あるいは図
３（ｂ）に示すようにシリコン基板１上の下部電極４ｂ
の形成領域に対応する部分のみにボロンドープ層を設け
絶縁体層３を形成してもよい。
【００１６】以下に本発明の実施の形態１〜５と、図４
および５に示す従来例の圧電共振子を比較するための比
較例を示す。 （比較例１）比較例１として図４に示す従来例の圧電共
振子、つまりボロンドープ層２を介さずにシリコン基板
１上に絶縁体層３が形成される素子を作成した。図４に
よって示す比較例１の圧電共振子において、絶縁体層３
は厚さ２μｍの酸化シリコン膜であり他の構成要素の材
料、膜厚およびその作成方法は実施の形態１に述べた方
法と同様のものである。完成した比較例１による圧電共
振子を破断し、酸化シリコン膜３の浮き構造部の表面を
走査型電子顕微鏡で観察したところ、０．５〜０．８μ
ｍの侵食が生じており、浮き構造破損率は３２％であっ
た。また、この素子を用いて図２と同様なフィルタ素子
を作成し、周波数特性を測定したところ、１．５ＧＨｚ
付近で通過が認められ、通過損失は１８ｄＢであった。
および５に示す従来例の圧電共振子を比較するための比
較例を示す。 （比較例１）比較例１として図４に示す従来例の圧電共
振子、つまりボロンドープ層２を介さずにシリコン基板
１上に絶縁体層３が形成される素子を作成した。図４に
よって示す比較例１の圧電共振子において、絶縁体層３
は厚さ２μｍの酸化シリコン膜であり他の構成要素の材
料、膜厚およびその作成方法は実施の形態１に述べた方
法と同様のものである。完成した比較例１による圧電共
振子を破断し、酸化シリコン膜３の浮き構造部の表面を
走査型電子顕微鏡で観察したところ、０．５〜０．８μ
ｍの侵食が生じており、浮き構造破損率は３２％であっ
た。また、この素子を用いて図２と同様なフィルタ素子
を作成し、周波数特性を測定したところ、１．５ＧＨｚ
付近で通過が認められ、通過損失は１８ｄＢであった。
【００１７】（比較例２）比較例２として図５に示す従
来例の圧電共振子、つまり絶縁体層３よりもボロンドー
プ層２が厚く形成される素子を作成した。先に述べたよ
うに、圧電共振子の共振周波数は下地層の厚さと材質に
より制御される。比較例２においては、ボロンドープ層
２を絶縁体層３よりも厚く形成した場合に実施の形態３
と同様に１〜２ＧＨｚの範囲に共振周波数が観測される
ような素子を形成した。ここで、ボロンドープ層２およ
び絶縁体層３の厚さはそれぞれ４．５μｍ，０．２μｍ
であり、絶縁体層３には酸化シリコンを用いた。尚、他
の構成要素の材料、膜厚およびその作成方法は実施の形
態と同様である。完成した比較例２による圧電共振子を
用いて図２と同様の構成を有するフィルタを作成し、１
〜２ＧＨｚの周波数特性を測定したところ、実施の形態
３と比較して明瞭なピークは得られなかった。また、パ
ッド間のインピーダンスは３５〜４７Ωであった。
来例の圧電共振子、つまり絶縁体層３よりもボロンドー
プ層２が厚く形成される素子を作成した。先に述べたよ
うに、圧電共振子の共振周波数は下地層の厚さと材質に
より制御される。比較例２においては、ボロンドープ層
２を絶縁体層３よりも厚く形成した場合に実施の形態３
と同様に１〜２ＧＨｚの範囲に共振周波数が観測される
ような素子を形成した。ここで、ボロンドープ層２およ
び絶縁体層３の厚さはそれぞれ４．５μｍ，０．２μｍ
であり、絶縁体層３には酸化シリコンを用いた。尚、他
の構成要素の材料、膜厚およびその作成方法は実施の形
態と同様である。完成した比較例２による圧電共振子を
用いて図２と同様の構成を有するフィルタを作成し、１
〜２ＧＨｚの周波数特性を測定したところ、実施の形態
３と比較して明瞭なピークは得られなかった。また、パ
ッド間のインピーダンスは３５〜４７Ωであった。
【００１８】以上、実施の形態１，２からも明らかなよ
うに、ボロンドープ層２は、絶縁体層３より薄く堆積さ
れた場合においてもエッチング停止層として十分に機能
する。また、ボロンドープ層２を介して絶縁体層３を形
成することで、浮き構造部の機械的強度を向上させ、素
子完成後に浮き構造部に生じる破損を低減させることが
できる。
うに、ボロンドープ層２は、絶縁体層３より薄く堆積さ
れた場合においてもエッチング停止層として十分に機能
する。また、ボロンドープ層２を介して絶縁体層３を形
成することで、浮き構造部の機械的強度を向上させ、素
子完成後に浮き構造部に生じる破損を低減させることが
できる。
【００１９】実施の形態１〜４では、ボロンドープ層の
厚さが０．４μｍまたは０．５μｍの素子について例示
したが、十分な耐エッチング性が確保できればさらに薄
く構成してもよく、好適には０．１μｍ以上であり、最
低でも０．０５μｍは必要である。またボロンドープ層
２が絶縁体層３より薄く形成された圧電共振子を採用す
ることにより、高周波領域においても充分な絶縁性を確
保し、優れた特性を有するフィルタ素子を提供すること
ができる。
厚さが０．４μｍまたは０．５μｍの素子について例示
したが、十分な耐エッチング性が確保できればさらに薄
く構成してもよく、好適には０．１μｍ以上であり、最
低でも０．０５μｍは必要である。またボロンドープ層
２が絶縁体層３より薄く形成された圧電共振子を採用す
ることにより、高周波領域においても充分な絶縁性を確
保し、優れた特性を有するフィルタ素子を提供すること
ができる。
【００２０】尚、実施の形態１〜５では絶縁体層３とし
て酸化シリコン膜を用いたが、他に窒化シリコン、酸化
タンタル、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化
アルミニウム、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカー
ボンなどの低効率が高く、圧電体膜よりも弾性波の損失
が小さい材料を用いてもよい。これらの材質の膜はＣＶ
Ｄ法を用いて容易に製膜することができる。
て酸化シリコン膜を用いたが、他に窒化シリコン、酸化
タンタル、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化
アルミニウム、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカー
ボンなどの低効率が高く、圧電体膜よりも弾性波の損失
が小さい材料を用いてもよい。これらの材質の膜はＣＶ
Ｄ法を用いて容易に製膜することができる。
【００２１】圧電体膜５の材料としては、チタン酸鉛の
他にチタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウ
ム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸ビスマスによ
って構成してもよい。高周波領域においては、材質中の
音速の速い窒化アルミニウム、作り易さの点では酸化亜
鉛が実用上優れている。
他にチタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウ
ム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸ビスマスによ
って構成してもよい。高周波領域においては、材質中の
音速の速い窒化アルミニウム、作り易さの点では酸化亜
鉛が実用上優れている。
【００２２】また、上部電極４ａ、下部電極層４を形成
する際、絶縁体膜および圧電体膜との密着性を確保する
ためにチタンを介在させて主伝導層を堆積させたが、絶
縁体および圧電体の材質によっては特に設ける必要はな
い。また、主伝導層としては白金の他にイリジニウム、
ルテニウム、あるいは酸化イリジウム、ストロンチウ
ム、ルテニウム酸化物などの導電性酸化膜、またはこれ
らの組み合わせが有効である。
する際、絶縁体膜および圧電体膜との密着性を確保する
ためにチタンを介在させて主伝導層を堆積させたが、絶
縁体および圧電体の材質によっては特に設ける必要はな
い。また、主伝導層としては白金の他にイリジニウム、
ルテニウム、あるいは酸化イリジウム、ストロンチウ
ム、ルテニウム酸化物などの導電性酸化膜、またはこれ
らの組み合わせが有効である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、圧電共振子のエッチン
グ停止層となるボロンドープ層を絶縁体よりも薄く形成
することにより、高周波領域においても充分な絶縁性を
保持し、かつ機械的強度に優れた圧電共振子を得ること
ができる。
グ停止層となるボロンドープ層を絶縁体よりも薄く形成
することにより、高周波領域においても充分な絶縁性を
保持し、かつ機械的強度に優れた圧電共振子を得ること
ができる。
【図１】 実施の形態１の圧電共振子の構成を示す上面
図および断面図である。
図および断面図である。
【図２】 実施の形態３のフィルタ素子の構成を示す上
面図および断面図である。
面図および断面図である。
【図３】 実施の形態５の圧電共振子の構成を示す図で
ある。
ある。
【図４】 従来の圧電共振子の構成を示す図である。
【図５】 従来の圧電共振子の構成を示す図である。
１ シリコン基板，２ ボロンドープ層，３ 絶縁体
層，４ａ，４ａin，４ａout 上部電極，４ａ’上部電
極用パッド，４ｂ 下部電極，４ｂ’下部電極用パッ
ド，５ 圧電体膜，６ 架橋。
層，４ａ，４ａin，４ａout 上部電極，４ａ’上部電
極用パッド，４ｂ 下部電極，４ｂ’下部電極用パッ
ド，５ 圧電体膜，６ 架橋。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内川 英興 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J108 BB01 BB04 BB07 EE03 EE13
Claims (9)
- 【請求項１】 貫通孔が形成されたシリコン基板、ボロ
ンをドープしたシリコンからなり前記貫通孔を覆うよう
に前記シリコン基板により支持されたボロンドープ層、
前記ボロンドープ層上に配置された絶縁体層、並びに前
記絶縁体層上に設けられ膜状の導電体からなる上部電極
および下部電極が表面および裏面に形成された圧電体膜
を備えた圧電共振子において、前記ボロンドープ層が前
記絶縁体層よりも薄いことを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項２】 請求項１において、ボロンドープ層のボ
ロン含有率が１０18個／ｃｍ3 以上であることを特徴と
する圧電共振子。 - 【請求項３】 請求項１ないしは２に記載の圧電共振子
において、ボロンドープ層の厚さが少なくとも５０ｎｍ
以上であることを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の圧電共
振子において、絶縁体層は酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化マグネシウ
ム、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンまたは
窒化アルミニウムであることを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の圧電共
振子において、圧電体膜はチタン酸鉛、チタン酸ジルコ
ン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸
ナトリウムまたはチタン酸ビスマスを主成分とすること
を特徴とする圧電共振子。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の圧電共
振子を備えたことを特徴とする圧電共振フィルタ。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の圧電共
振子を備えたことを特徴とする圧電発振器。 - 【請求項８】 シリコン基板上にボロンがドープされた
シリコンからなるボロンドープ層を形成する工程、前記
ボロンドープ層上に絶縁体層を形成する工程、前記絶縁
体層上に膜状の導電体からなる下部電極を形成する工
程、前記下部電極上に圧電体膜を形成する工程、前記圧
電体膜上に膜状の導電体からなる上部電極を形成する工
程、並びに前記シリコン基板の少なくとも前記上部電極
の形成領域に対応する部分を除去する工程を含むことを
特徴とする圧電共振子の製造方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の圧電共振子の製造方法
において、ボロンドープ層が下部電極の形成領域に対応
する部分の一部または全部に形成されることを特徴とす
る圧電共振子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34839099A JP2001168675A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34839099A JP2001168675A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168675A true JP2001168675A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18396711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34839099A Pending JP2001168675A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001168675A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004048639A (ja) * | 2002-05-17 | 2004-02-12 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及びその製造方法等 |
| JP2004221622A (ja) * | 2002-01-08 | 2004-08-05 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、圧電フィルタ、デュプレクサ、通信装置および圧電共振子の製造方法 |
| JP2008507869A (ja) * | 2004-07-23 | 2008-03-13 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 体積音波によって作動する共振器 |
| JP2008079328A (ja) * | 2007-10-12 | 2008-04-03 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振子及びその製造方法 |
| JP2011135618A (ja) * | 2011-03-24 | 2011-07-07 | Taiyo Yuden Co Ltd | 圧電薄膜共振子及びその製造方法 |
| JP2011259426A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Swatch Group Research & Development Ltd | １次係数および２次係数の温度補償型共振子 |
| WO2014185280A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| WO2015002261A1 (ja) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| WO2016006433A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| WO2016104004A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 株式会社村田製作所 | 共振子の製造方法 |
-
1999
- 1999-12-08 JP JP34839099A patent/JP2001168675A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004221622A (ja) * | 2002-01-08 | 2004-08-05 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、圧電フィルタ、デュプレクサ、通信装置および圧電共振子の製造方法 |
| JP2004048639A (ja) * | 2002-05-17 | 2004-02-12 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及びその製造方法等 |
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| JP2011259426A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Swatch Group Research & Development Ltd | １次係数および２次係数の温度補償型共振子 |
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| WO2015002261A1 (ja) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| CN105340177A (zh) * | 2013-07-04 | 2016-02-17 | 株式会社村田制作所 | 振动装置 |
| JPWO2015002261A1 (ja) * | 2013-07-04 | 2017-02-23 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| WO2016006433A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| US10333052B2 (en) | 2014-07-10 | 2019-06-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibrating device |
| WO2016104004A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 株式会社村田製作所 | 共振子の製造方法 |
| JPWO2016104004A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2017-08-31 | 株式会社村田製作所 | 共振子の製造方法 |
| US10727807B2 (en) | 2014-12-26 | 2020-07-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Resonator manufacturing method |
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