JP2001285020A - Surface acoustic wave device - Google Patents

Surface acoustic wave device

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JP2001285020A
JP2001285020A JP2000097189A JP2000097189A JP2001285020A JP 2001285020 A JP2001285020 A JP 2001285020A JP 2000097189 A JP2000097189 A JP 2000097189A JP 2000097189 A JP2000097189 A JP 2000097189A JP 2001285020 A JP2001285020 A JP 2001285020A
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Japan
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film
pzt
pzt film
acoustic wave
surface acoustic
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JP2000097189A
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Inventor
Shusuke Abe
秀典 阿部
Hisatoshi Saito
久俊 斉藤
Takao Noguchi
隆男 野口
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Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface acoustic wave device which can be made monolithic with another element, using a semiconductor substrate and has superior characteristics. SOLUTION: The surface acoustic wave device has a PZT film, formed of PZT crystal on a semiconductor substrate and a interdigital electrode or it and a reflector on the PZT film or between the PZT film and semiconductor substrate, and the PZT crystal which has an axis (c) aligned almost perpendicular to the film surface is present in the PZT film.

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、移動体通信機、テ
レビ、VCR等における発振素子やフィルタに使用され
る半導体基板を用いる弾性表面波装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device using a semiconductor substrate used for an oscillator or a filter in a mobile communication device, a television, a VCR, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】SAW(以下、SAWと記す)共振子
は、小型であり、無調整で使用でき、また、高Qで、共
振損失が小さいなどの特徴がある。したがって、SAW
共振子を発振器モジュール等のVCO用発振子として使
用すれば、小型化および無調整化が可能であり、また、
位相雑音を低くできる。しかし、SAW共振子を用いた
場合、周波数可変幅が、使用する圧電基板の電気機械結
合係数k2に制約される。その理由を以下に説明する。
SAW共振子は、共振周波数と反共振周波数との間で、
そのインピーダンスが誘導性になる。この誘導領域の周
波数範囲は、周波数可変幅のとりうる最大値であるが、
実際には、印加可能な制御電圧に制限があり、また、S
AW共振子が適切なインピーダンスをもつ必要があるた
め、経験的に誘導領域の0.07倍が周波数可変幅とな
ることが知られている。一方、圧電基板の電気機械結合
係数k2は、規格化した誘導領域の周波数範囲の2倍で
与えられる。したがって、圧電基板に必要とされる電気
機械結合係数k2は、VCO回路で必要とされる規格化
周波数可変幅の約30倍ということになる。
2. Description of the Related Art SAW (hereinafter, referred to as SAW) resonators are small in size, can be used without adjustment, have high Q, and have small resonance loss. Therefore, SAW
If the resonator is used as an oscillator for a VCO such as an oscillator module, miniaturization and non-adjustment are possible.
Phase noise can be reduced. However, when a SAW resonator is used, the frequency variable width is limited by the electromechanical coupling coefficient k 2 of the piezoelectric substrate used. The reason will be described below.
The SAW resonator has a resonance frequency between the resonance frequency and the anti-resonance frequency,
The impedance becomes inductive. The frequency range of this guidance region is the maximum value that the frequency variable width can take,
In practice, the control voltage that can be applied is limited, and S
Since the AW resonator needs to have an appropriate impedance, it is empirically known that the frequency variable width is 0.07 times the induction region. On the other hand, the electromechanical coupling coefficient k 2 of the piezoelectric substrate is given by 2 times the frequency range of the induction area normalized. Accordingly, the electromechanical coupling coefficient k 2 is required to piezoelectric substrate, it comes to about 30 times the normalized frequency variable width required by the VCO circuit.

【0003】また、SAW共振子フィルタの比帯域幅
は、電気機械結合係数k2の約1/2となるので、広帯
域フィルタを得るためにも、大きな電気機械結合係数を
もつ圧電基板が要求される。
Further, since the specific bandwidth of the SAW resonator filter is about 1/2 of the electromechanical coupling coefficient k 2, a piezoelectric substrate having a large electromechanical coupling coefficient is required to obtain a wide band filter. You.

【0004】ところで、最近、GSM等の携帯電話をは
じめとする移動体通信システムが大きな市場を形成して
いる。さらなる利便性を追求して、GSMやIMT20
00システム等の携帯電話機は小型化が進んでおり、将
来的に腕時計型電話なども検討されている。このように
小型化する場合、ICやLSIなどの半導体回路、ある
いは受動部品等をそれぞれ小型化するだけでは限界があ
るため、モノリシック化が以前から研究されている。例
えば、1988年に発行されたProceedings 1987 IEEE
Ultrasonics Symposiumの第641ページには、Si基
板上にc軸配向ZnO薄膜を形成したMonolithic SAW d
ual delay-line oscillatorが記載されている。
[0004] Recently, mobile communication systems such as mobile phones such as GSM have formed a large market. In pursuit of further convenience, GSM and IMT20
The size of mobile phones such as the 00 system has been reduced, and wristwatch-type phones are being studied in the future. In the case of miniaturization in this way, there is a limit only to miniaturizing semiconductor circuits such as ICs and LSIs, or passive components, etc., and monolithicization has been studied for a long time. For example, Proceedings 1987 IEEE published in 1988
On page 641 of Ultrasonics Symposium, Monolithic SAW d with c-axis oriented ZnO thin film formed on Si substrate
ual delay-line oscillator is described.

【0005】しかし、c軸配向のZnOは、電気機械結
合係数k2が1%程度であるため、携帯電話等のように
広帯域が必要とされる用途には使用できない。
However, c-axis oriented ZnO has an electromechanical coupling coefficient k 2 of about 1% and cannot be used for applications requiring a wide band such as mobile phones.

【0006】圧電セラミックスであるPZT(ジルコン
酸チタン酸鉛)は、大きな電気機械結合係数を持つこと
から、幅広く利用されている。例えば、1997年7月
に発行された信学技報(Technical Report of IEICE)
のUS97-31の39ページから44ページには、PZT膜
を有するSAWフィルタが記載されている。このSAW
フィルタは、Si基板上にバッファ層としてチタン酸バ
リウムストロンチウムを形成し、その上に厚さ0.64
μmのPb(Zr0.52Ti0.48)O3膜をゾル−ゲル法に
より形成し、その上に、周期8μmの櫛形電極を形成し
たものである。この文献では、このSAWについて挿入
損失の周波数応答を測定しており、その結果、中心周波
数約400MHz付近に挿入損失約40dBのピークが観測
されている。なお、このSAWフィルタにおけるPZT
膜の規格化厚さ2πh/λは、0.5である。ここで、
hはPZT膜の実際の膜厚であり、λは弾性表面波の波
長である。
[0006] PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric ceramic, has a wide electromechanical coupling coefficient and is therefore widely used. For example, the Technical Report of IEICE published in July 1997
US Pat. No. 97-31, pages 39 to 44, describe a SAW filter having a PZT film. This SAW
In the filter, barium strontium titanate is formed as a buffer layer on a Si substrate, and a thickness of 0.64
A Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 film having a thickness of μm was formed by a sol-gel method, and a comb-shaped electrode having a period of 8 μm was formed thereon. In this document, the frequency response of the insertion loss is measured for this SAW, and as a result, a peak with an insertion loss of about 40 dB is observed around a center frequency of about 400 MHz. Note that PZT in this SAW filter
The normalized thickness 2πh / λ of the film is 0.5. here,
h is the actual thickness of the PZT film, and λ is the wavelength of the surface acoustic wave.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】圧電セラミックスは多
結晶体であるため、結晶粒界の存在によって損失が生
じ、特に、100MHzを超える高い周波数では伝搬損失
が大きくなる。
Since piezoelectric ceramics are polycrystalline, loss occurs due to the presence of crystal grain boundaries. In particular, the propagation loss increases at high frequencies exceeding 100 MHz.

【0008】また、Si基板上にPb(Zr0.52Ti
0.48)O3膜を有する前記SAWフィルタは、圧電セラ
ミックスからの類推により、大きな電気機械結合係数を
もつ可能性がある。しかし、このものは挿入損失が40
dBと非常に大きいので、実用的には使用できない。その
原因は、前記文献には膜質の劣化であると記載されてい
る。本発明の発明者らの検討では、ゾル−ゲル法により
形成されているためにPZT膜が多結晶膜となり、その
結果、400MHzという高い周波数では結晶粒界による
伝搬損失が著しく大きくなったためと考えられる。ま
た、実用に供するには、弾性表面波の伝搬方向やPZT
膜の膜厚を最適化する必要があるが、これらについては
前記文献では検討されていない。
Further, Pb (Zr 0.52 Ti
0.48 ) The SAW filter having an O 3 film may have a large electromechanical coupling coefficient by analogy with piezoelectric ceramics. However, this one has an insertion loss of 40
Since it is so large as dB, it cannot be used practically. The cause is described in the literature as deterioration of the film quality. The inventors of the present invention considered that the PZT film was formed by the sol-gel method, so that the PZT film became a polycrystalline film. As a result, at a high frequency of 400 MHz, the propagation loss due to the crystal grain boundaries was significantly increased. Can be For practical use, the propagation direction of surface acoustic waves and PZT
It is necessary to optimize the film thickness, but these have not been studied in the above-mentioned literature.

【0009】本発明の目的は、半導体基板を使用した他
の素子とのモノリシック化が可能であって、かつ、優れ
た特性を有する弾性表面波装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device which can be monolithically integrated with other elements using a semiconductor substrate and has excellent characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題は、下記(1)
〜(5)の本発明により達成される。 (1) 半導体基板上に、PZT結晶からなるPZT膜
を有し、このPZT膜上またはこのPZT膜と前記半導
体基板との間に、櫛形電極またはこれと反射器とを有
し、前記PZT膜において、c軸が膜面に対しほぼ垂直
に配向しているPZT結晶が存在する弾性表面波装置。 (2) 前記PZT膜の櫛形電極が存在しない面に接し
て短絡電極を有する上記(1)の弾性表面波装置。 (3) 前記PZT膜の膜厚をhとし、弾性表面波の波
長をλとしたとき、前記PZT膜の規格化膜厚2πh/
λが 0.6≦2πh/λ≦1.4 である上記(1)または(2)の弾性表面波装置。 (4) 前記PZT膜は、PZT結晶のa軸の向きがほ
ぼ揃っている単結晶膜であるか、または、c軸が膜面に
対しほぼ垂直に配向しているcドメインと、c軸が膜面
とほぼ平行に配向しているaドメインとを有する多重ド
メイン構造膜である上記(1)〜(3)のいずれかの弾
性表面波装置。 (5) 前記半導体基板がSiから構成されている上記
(1)〜(4)のいずれかの弾性表面波装置。
The above object is achieved by the following (1).
This is achieved by the present invention according to (5). (1) A PZT film made of a PZT crystal is formed on a semiconductor substrate, and a comb-shaped electrode or a reflector is provided on the PZT film or between the PZT film and the semiconductor substrate. 3. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a PZT crystal whose c-axis is oriented substantially perpendicular to the film surface is present. (2) The surface acoustic wave device according to the above (1), further comprising a short-circuit electrode in contact with a surface of the PZT film where no comb-shaped electrode is present. (3) When the thickness of the PZT film is h and the wavelength of the surface acoustic wave is λ, the normalized thickness of the PZT film is 2πh /
The surface acoustic wave device according to the above (1) or (2), wherein λ is 0.6 ≦ 2πh / λ ≦ 1.4. (4) The PZT film is a single crystal film in which the directions of the a-axis of the PZT crystal are substantially aligned, or a c-domain in which the c-axis is oriented substantially perpendicular to the film surface, The surface acoustic wave device according to any one of (1) to (3) above, wherein the surface acoustic wave device is a multi-domain structure film having an a domain oriented substantially parallel to the film surface. (5) The surface acoustic wave device according to any one of (1) to (4), wherein the semiconductor substrate is made of Si.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1に、本発明のSAW装置の構
成例を、平面図として示す。また、図2に、図1のII−
II断面図を示す。本明細書では、この構造を第1の構造
と呼ぶ。このSAW装置は、Si単結晶から構成される
Si基板1上に、酸化ジルコニウム膜21、チタン酸ス
トロンチウム膜22、PZT膜4、および、SAWを励
振または受信するための一対の櫛形電極51、52を有
する。PZT膜4上には、櫛形電極51、52を挟んで
吸音材91、92が設けられている。
FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of a SAW device according to the present invention. Also, FIG.
2 shows a sectional view. In this specification, this structure is called a first structure. This SAW device comprises a zirconium oxide film 21, a strontium titanate film 22, a PZT film 4, and a pair of comb-shaped electrodes 51, 52 for exciting or receiving SAW on a Si substrate 1 made of Si single crystal. Having. Sound absorbing materials 91 and 92 are provided on the PZT film 4 with the interdigital electrodes 51 and 52 interposed therebetween.

【0012】図3に、第2の構造のSAW装置の構成例
を示す。このSAW装置は、図2に示す装置のチタン酸
ストロンチウム膜22とPZT膜4との間に、短絡電極
8を設けたものである。
FIG. 3 shows a configuration example of a SAW device having the second structure. This SAW device has a short-circuit electrode 8 provided between the strontium titanate film 22 and the PZT film 4 in the device shown in FIG.

【0013】図4に、第3の構造のSAW装置の構成例
を示す。このSAW装置は、Si基板1上に、酸化ジル
コニウム膜21、チタン酸ストロンチウム膜22、櫛形
電極51、52、および、PZT膜4をこの順で有す
る。PZT膜4上には、櫛形電極51、52を挟む位置
に吸音材91、92が設けられている。
FIG. 4 shows a configuration example of a SAW device having a third structure. This SAW device has a zirconium oxide film 21, a strontium titanate film 22, comb-shaped electrodes 51 and 52, and a PZT film 4 in this order on a Si substrate 1. On the PZT film 4, sound absorbing materials 91 and 92 are provided at positions sandwiching the comb-shaped electrodes 51 and 52.

【0014】図5に、第4の構造のSAW装置の構成例
を示す。このSAW装置は、図4に示す装置のPZT膜
4上に、短絡電極8を設けたものである。
FIG. 5 shows a configuration example of a SAW device having a fourth structure. This SAW device has a short-circuit electrode 8 provided on the PZT film 4 of the device shown in FIG.

【0015】図6に、第5の構造のSAW装置の構成例
を示す。このSAW装置は、PZT膜4上に櫛形電極5
を1つだけ設け、その両側に一対の反射器71、72を
設けたほかは図2に示すものと同様な構造である。
FIG. 6 shows a configuration example of a SAW device having a fifth structure. This SAW device has a comb-shaped electrode 5 on a PZT film 4.
Is provided, and a pair of reflectors 71 and 72 are provided on both sides thereof.

【0016】上記各装置におけるPZT膜4は、PZT
(ジルコン酸チタン酸鉛)結晶から構成され、酸化ジル
コニウム膜21およびチタン酸ストロンチウム膜22
は、Si基板1上にPZT膜4を成長させる際のバッフ
ァ層として機能する。ただし、バッファ層はこれらに限
られず、PZT膜の結晶配向を所望のものとできるよう
に適宜選択すればよい。また、所望の配向が得られれ
ば、PZT膜を半導体基板上に直接形成してもよい。
The PZT film 4 in each of the above devices is made of PZT
(Lead zirconate titanate) crystal, a zirconium oxide film 21 and a strontium titanate film 22
Functions as a buffer layer when the PZT film 4 is grown on the Si substrate 1. However, the buffer layer is not limited to these, and may be appropriately selected so that the crystal orientation of the PZT film can be made desired. If a desired orientation can be obtained, a PZT film may be formed directly on the semiconductor substrate.

【0017】PZT膜に含まれるPZT結晶は、正方晶
系である。本発明においてPZT膜は、PZT結晶のc
軸が膜面に対しほぼ垂直に配向している膜であればよい
が、さらに、各結晶のa軸の向きがほぼ揃っている単結
晶膜、すなわち(001)配向膜であることが最も好ま
しい。ただし、PZT膜は、c軸が膜面に対しほぼ垂直
に配向しているcドメインと、c軸が膜面とほぼ平行に
配向しているaドメインとを有する多重ドメイン構造
膜、すなわち、(100)配向と(001)配向とが混
在する90°ドメイン構造膜であってもよい。このよう
なドメイン構造膜であっても、cドメインを利用するこ
とにより、十分に良好なインピーダンス特性やフィルタ
特性を得ることが可能である。なお、自発分極はc軸方
向を向いている。
The PZT crystal contained in the PZT film has a tetragonal system. In the present invention, the PZT film is c-crystal of the PZT crystal.
Any film may be used as long as its axis is oriented substantially perpendicular to the film surface. However, it is most preferable that each crystal be a single crystal film in which the a-axis directions are almost aligned, that is, a (001) oriented film. . However, the PZT film is a multi-domain structure film having a c domain whose c axis is oriented substantially perpendicular to the film surface and an a domain whose c axis is oriented substantially parallel to the film surface, that is, ( A 90 ° domain structure film in which (100) orientation and (001) orientation are mixed may be used. Even with such a domain structure film, sufficiently good impedance characteristics and filter characteristics can be obtained by using the c domain. The spontaneous polarization is oriented in the c-axis direction.

【0018】半導体基板上にこのようなPZT膜を形成
することにより、10%以上の電気機械結合係数が得ら
れる。そして、Si基板等の半導体基板を用いることか
ら、同じく半導体基板を用いたICやLSI等の能動デ
バイスとのモノリシック化が可能であり、工業上、極め
て有用である。また、PZT膜が単結晶膜であれば、多
結晶セラミックスからなる基板や、ゾル−ゲル法により
形成されたPZT膜を有する基板と異なり、100MHz
以上の高周波においても伝搬損失を小さく抑えることが
できる。
By forming such a PZT film on a semiconductor substrate, an electromechanical coupling coefficient of 10% or more can be obtained. Since a semiconductor substrate such as a Si substrate is used, the semiconductor device can be monolithically integrated with an active device such as an IC or an LSI using the semiconductor substrate, which is extremely useful in industry. In addition, if the PZT film is a single crystal film, unlike a substrate made of polycrystalline ceramics or a substrate having a PZT film formed by a sol-gel method, 100 MHz
Even at the high frequencies described above, the propagation loss can be kept small.

【0019】なお、本発明においてPZT膜が単結晶膜
である場合、PZT膜の面内に存在するa軸の向きは限
定されない。すなわち、櫛形電極の開口長方向とPZT
膜4のa軸とのなす角度(以下、角度qという)は、特
に限定されない。例えば図12から明らかなように、実
効電気機械結合係数は角度qによらずほぼ一定である。
すなわち、実効電気機械結合係数の伝搬角度依存性はほ
とんど認められない。
In the present invention, when the PZT film is a single crystal film, the direction of the a-axis existing in the plane of the PZT film is not limited. That is, the direction of the opening length of the comb electrode and the PZT
The angle between the film 4 and the a-axis (hereinafter, referred to as angle q) is not particularly limited. For example, as is apparent from FIG. 12, the effective electromechanical coupling coefficient is substantially constant regardless of the angle q.
That is, the propagation angle dependence of the effective electromechanical coupling coefficient is hardly recognized.

【0020】なお、伝搬モードの変位方向は、例えばq
=0°およびq=45°の場合、伝搬方向成分と基板の
厚さ方向成分とからなり、SH(shear horizontal)成
分を含まないという特徴がある。
The displacement direction of the propagation mode is, for example, q
In the case of = 0 ° and q = 45 °, there is a feature that the component is composed of a component in the propagation direction and a component in the thickness direction of the substrate and does not include an SH (shear horizontal) component.

【0021】ここで、伝搬モードの伝搬方向とは、伝搬
モードの等位相面に垂直な方向と定義する。すなわち、
パワーフロー角が零でない場合でも、伝搬方向は伝搬モ
ードの等位相面に垂直な方向である。この場合、開口長
方向と等位相面とは平行である。
Here, the propagation direction of the propagation mode is defined as a direction perpendicular to the equal phase plane of the propagation mode. That is,
Even when the power flow angle is not zero, the propagation direction is a direction perpendicular to the equal phase plane of the propagation mode. In this case, the opening length direction and the equal phase plane are parallel.

【0022】本発明のSAW装置では、PZT膜の実際
の厚さhをSAWの波長λを用いて規格化した規格化膜
厚2πh/λが、電気機械結合係数に大きく影響する。
規格化膜厚2πh/λの好ましい範囲は、使用する半導
体基板によっても異なるが、Si基板またはこれと材料
定数が近い半導体基板を用いたときには、 0.6≦2πh/λ≦1.4 である。規格化膜厚をこの範囲に設定することにより、
電気機械結合の大きいSAW装置が実現する。
In the SAW device of the present invention, a normalized thickness 2πh / λ obtained by standardizing the actual thickness h of the PZT film using the wavelength λ of the SAW greatly affects the electromechanical coupling coefficient.
The preferred range of the normalized film thickness 2πh / λ differs depending on the semiconductor substrate used, but when a Si substrate or a semiconductor substrate having a material constant close to this is used, 0.6 ≦ 2πh / λ ≦ 1.4. . By setting the normalized film thickness in this range,
A SAW device having a large electromechanical coupling is realized.

【0023】PZTは、Pb(Zr,Ti)O3、すな
わちPbZrO3−PbTiO3固溶体を意味する。本発
明においてPZT膜中におけるモル比Ti/(Ti+Z
r)は特に限定されず、所望の配向が得られるように適
宜決定すればよいが、好ましくは0.6〜0.9とす
る。Tiの比率が低すぎると、良好な強誘電特性や共振
特性が得られにくい。一方、Tiの比率が高すぎると、
良好な電気絶縁性が得られにくくなる。
PZT means Pb (Zr, Ti) O 3 , that is, PbZrO 3 -PbTiO 3 solid solution. In the present invention, the molar ratio Ti / (Ti + Z) in the PZT film is used.
r) is not particularly limited and may be appropriately determined so as to obtain a desired orientation, and is preferably set to 0.6 to 0.9. If the ratio of Ti is too low, it is difficult to obtain good ferroelectric characteristics and resonance characteristics. On the other hand, if the ratio of Ti is too high,
It becomes difficult to obtain good electrical insulation.

【0024】PZT膜中におけるモル比Pb/(Ti+
Zr)は1である必要はないが、好ましくは0.8〜
1.3であり、より好ましくは0.9〜1.2である。
Pb/(Ti+Zr)をこのような範囲にすることによ
って、良好な結晶性が得られる。また、Ti+Zrに対
するOの比率は、3に限定されるものではない。酸素欠
陥または酸素過剰で安定したペロブスカイト構造を組む
場合もある。モル比O/(Ti+Zr)は、通常、2.
7〜3.3程度である。なお、PZT膜の組成は、蛍光
X線分析により測定することができる。
The molar ratio Pb / (Ti +) in the PZT film
Zr) need not be 1, but is preferably 0.8 to
1.3, and more preferably 0.9 to 1.2.
By setting Pb / (Ti + Zr) within such a range, good crystallinity can be obtained. The ratio of O to Ti + Zr is not limited to three. In some cases, a stable perovskite structure is formed due to oxygen deficiency or excess oxygen. The molar ratio O / (Ti + Zr) is usually 2.
It is about 7 to 3.3. The composition of the PZT film can be measured by X-ray fluorescence analysis.

【0025】本発明において、PZT膜はPb、Zrお
よびTiから構成されることが好ましいが、これらのほ
かに、添加元素や不純物元素を含有していてもよい。例
えば、現在の高純度化技術ではZrO2とHfO2との分
離は難しいので、PZT膜中には不純物としてHfO2
が混入することがある。ただし、HfO2の混入はPZ
T膜の特性に大きな影響は与えないため、特に問題はな
い。PZT膜に存在する不純物元素や添加元素として
は、例えば希土類元素(ScおよびYを包含する)、B
i、Ba、Sr、Ca、Cd、K、Na、Mg、Nb、
Ta、Hf、Fe、Sn、Al、Mn、Cr、W、Ru
が挙げられる。これら置換元素ないし不純物元素が含有
される場合、希土類元素、Bi、Ba、Sr、Ca、C
d、K、Na、MgはZrを置換するものとし、Nb、
Ta、Hf、Fe、Sn、Al、Mn、Cr、W、Ru
はTiを置換するものとしてTi/(Ti+Zr)を計
算し、その結果が前記範囲内にあることが好ましい。P
b、ZrおよびTiにおける置換元素ないし不純物元素
の置換率は、それぞれ好ましくは10%以下、より好ま
しくは5%以下である。なお、PZT膜中には、このほ
かの元素、例えばAr、N、H、Cl、C、Cu、N
i、Ptなどが微量添加物ないし不可避的不純物として
含まれていてもよい。
In the present invention, the PZT film is preferably made of Pb, Zr and Ti, but may contain an additional element or an impurity element in addition to these. For example, it is difficult to separate ZrO 2 and HfO 2 with the current high-purity technology, so that HfO 2 is contained as an impurity in the PZT film.
May be mixed. However, HfO 2 is mixed in PZ
There is no particular problem since the characteristics of the T film are not significantly affected. Examples of the impurity element and the additional element present in the PZT film include rare earth elements (including Sc and Y), B
i, Ba, Sr, Ca, Cd, K, Na, Mg, Nb,
Ta, Hf, Fe, Sn, Al, Mn, Cr, W, Ru
Is mentioned. When these substitution elements or impurity elements are contained, rare earth elements, Bi, Ba, Sr, Ca, C
d, K, Na, and Mg substitute for Zr, and Nb,
Ta, Hf, Fe, Sn, Al, Mn, Cr, W, Ru
Calculates Ti / (Ti + Zr) as a substitute for Ti, and the result is preferably within the above range. P
The substitution rate of the substitution element or impurity element in b, Zr and Ti is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. The PZT film contains other elements such as Ar, N, H, Cl, C, Cu, and N.
i, Pt, etc. may be contained as a trace additive or an unavoidable impurity.

【0026】PZT膜は、酸素等の酸化性ガスを反応ガ
スとして用いる反応性多元蒸着法により形成することが
好ましいが、このほか、例えばMBE法やRFマグネト
ロンスパッタ法などによって形成することもできる。こ
れらの形成方法、特に多元蒸着法を用いた場合には、P
ZT膜の表面を分子レベルで平滑とできるため、その上
に形成する櫛形電極に断線が生じにくく、また、直線性
が良好な電極指を有する櫛形電極を容易に形成できる。
The PZT film is preferably formed by a reactive multi-source evaporation method using an oxidizing gas such as oxygen as a reaction gas, but may be formed by, for example, an MBE method or an RF magnetron sputtering method. In the case of using these forming methods, in particular, the multi-source evaporation method, P
Since the surface of the ZT film can be made smooth at the molecular level, the comb-shaped electrode formed thereon is less likely to be broken, and a comb-shaped electrode having electrode fingers with good linearity can be easily formed.

【0027】バッファ層は、c軸が膜面と平行となるよ
うにPZT膜が成長するように選択すればよい。バッフ
ァ層の形成には、反応性蒸着法、MBE法、RFマグネ
トロンスパッタ法などを用いることが好ましく、特に、
特開平10−17394号公報に記載された方法を用い
ることが好ましい。
The buffer layer may be selected so that the PZT film grows so that the c-axis is parallel to the film surface. For the formation of the buffer layer, it is preferable to use a reactive evaporation method, an MBE method, an RF magnetron sputtering method, or the like.
It is preferable to use the method described in JP-A-10-17394.

【0028】櫛形電極は、蒸着法、MBE法、RFマグ
ネトロンスパッタ法などを用いて形成した導電膜を、フ
ォトリソグラフィー技術によりパターニングして形成す
ることが好ましい。櫛形電極の厚さは、通常、50〜5
00nmとすることが好ましい。
The comb-shaped electrode is preferably formed by patterning a conductive film formed by vapor deposition, MBE, RF magnetron sputtering or the like by photolithography. The thickness of the comb electrode is usually 50 to 5
It is preferably set to 00 nm.

【0029】なお、以上では、Si基板を用いる場合に
ついて説明したが、本発明はSi以外の半導体基板、例
えばGaAs、InP、シリコン・ゲルマニウム等を用
いるSAW装置にも適用できる。ただし、十分な機械的
強度を得るためには、Siまたはシリコン・ゲルマニウ
ムからなる基板を用いることが好ましく、コスト低減の
ためにはSi基板を用いることが好ましい。
Although the above description has been given of the case where a Si substrate is used, the present invention is also applicable to a SAW device using a semiconductor substrate other than Si, for example, GaAs, InP, silicon germanium, or the like. However, in order to obtain a sufficient mechanical strength, it is preferable to use a substrate made of Si or silicon / germanium, and it is preferable to use a Si substrate in order to reduce costs.

【0030】次に、本発明における限定事項を裏付ける
実施例について説明する。
Next, examples supporting the limitations in the present invention will be described.

【0031】実施例1(第1の構造) 図2に示す構造を有するSAW装置を以下の手順で作製
した。
Example 1 (First Structure) A SAW device having the structure shown in FIG. 2 was manufactured by the following procedure.

【0032】Si基板1には、厚さ250μmの(10
0)Si基板を用いた。酸化ジルコニウム膜21は厚さ
10nm、チタン酸ストロンチウム膜22は厚さ50nmと
し、いずれも反応性蒸着法によりエピタキシャル成長さ
せた。PZT膜は厚さ0.77μmとし、反応性多元蒸
着法によりエピタキシャル成長させた。PZT膜中にお
けるモル比Ti/(Ti+Zr)は、0.75とした。
X線回折を用いて解析したところ、PZT膜4は正方晶
系であり、そのc軸が膜に対しほぼ垂直であること、ま
た、a軸の向きがほぼ揃っていること、すなわち単結晶
膜であることが確認された。
The Si substrate 1 has a thickness of 250 μm (10
0) A Si substrate was used. The zirconium oxide film 21 has a thickness of 10 nm, and the strontium titanate film 22 has a thickness of 50 nm, all of which are epitaxially grown by a reactive evaporation method. The PZT film was 0.77 μm thick and was epitaxially grown by a reactive multi-source evaporation method. The molar ratio Ti / (Ti + Zr) in the PZT film was set to 0.75.
When analyzed using X-ray diffraction, the PZT film 4 was a tetragonal system, and its c-axis was almost perpendicular to the film, and the direction of the a-axis was almost aligned, ie, a single crystal film. Was confirmed.

【0033】次に、PZT膜上に蒸着法によりAl膜を
形成し、これをフォトリソグラフィー技術によってパタ
ーニングすることにより、一対の櫛形電極51、52を
形成した。櫛形電極51、52は、その開口長方向とP
ZT膜4のa軸とのなす角度qが45°となるように設
けた。櫛形電極は、厚さを200nm、電極指の線幅を1
μm、メタライズレシオを0.5、開口長を100μm、
電極指の対数を7.5とした。また、櫛形電極51、5
2間の距離(互いに最も近い電極指の中央間距離)は5
0μmとした。したがって、基本波の波長λは4μm、P
ZT膜4の規格化膜厚2πh/λは1.2となる。
Next, a pair of comb electrodes 51 and 52 were formed by forming an Al film on the PZT film by an evaporation method and patterning the Al film by a photolithography technique. The comb-shaped electrodes 51 and 52 are formed by
The ZT film 4 was provided such that an angle q between the ZT film 4 and the a-axis was 45 °. The comb electrode has a thickness of 200 nm and a line width of the electrode finger of 1
μm, metallization ratio 0.5, aperture length 100 μm,
The number of electrode fingers was 7.5. In addition, the comb-shaped electrodes 51, 5
The distance between the two (the distance between the centers of the electrode fingers closest to each other) is 5
It was 0 μm. Therefore, the wavelength λ of the fundamental wave is 4 μm, and P
The normalized thickness 2πh / λ of the ZT film 4 is 1.2.

【0034】次いで、Si基板を素子サイズとなるよう
にダイシングし、チップとした。このとき、一対の櫛形
電極の外側に伝搬したSAWが基板端面で反射してフィ
ルタ特性に影響しないように、櫛形電極の外側と基板端
面との間に吸音材91、92を塗布しておき、また基板
端面を荒らしながら斜めに切断した。
Next, the Si substrate was diced to have an element size to obtain a chip. At this time, sound absorbing materials 91 and 92 are applied between the outside of the comb-shaped electrodes and the end face of the substrate so that the SAW propagated outside the pair of comb-shaped electrodes is reflected on the end face of the substrate and does not affect the filter characteristics. The substrate was cut obliquely while roughening the end face of the substrate.

【0035】次いで、ダイボンド剤を用いて上記チップ
をパッケージにマウントし、蓋で封止した。このとき、
パッケージの入出力端子と櫛形電極51、52とをそれ
ぞれAlワイヤで接続した。
Next, the chip was mounted on a package using a die bonding agent and sealed with a lid. At this time,
The input / output terminals of the package and the comb-shaped electrodes 51 and 52 were connected with Al wires, respectively.

【0036】また、PZT膜4の規格化膜厚を0.3〜
5.0(最大膜厚は2μm)とし、また、櫛形電極の線
幅を所定の範囲内(最小線幅は0.5μm)で変更した
ほかは上記と同様にしてSAW装置を作製した。なお、
櫛形電極のメタライズレシオは0.5に固定した。
The normalized thickness of the PZT film 4 is set to 0.3 to
A SAW device was manufactured in the same manner as described above, except that the thickness was set to 5.0 (the maximum film thickness was 2 μm), and the line width of the comb-shaped electrode was changed within a predetermined range (the minimum line width was 0.5 μm). In addition,
The metallization ratio of the comb electrode was fixed at 0.5.

【0037】このようにして作製したSAW装置につい
て、SパラメータS21を50Ω系のネットワークアナ
ライザで測定した。そして、S21から得られた挿入損
失の周波数応答から中心周波数fcを求め、実効的な伝
搬速度Veffを、 Veff=fc・λ により見積もった。
With respect to the SAW device manufactured as described above, the S parameter S21 was measured with a 50Ω network analyzer. Then, the center frequency fc was obtained from the frequency response of the insertion loss obtained from S21, and the effective propagation speed V eff was estimated by V eff = fc · λ.

【0038】また、櫛形電極51だけがチップ上にある
ように基板を切断したほかは上記と同様にしてパッケー
ジにマウントし、封止した。そして、櫛形電極51の電
気端子対をネットワークアナライザの入力端子に接続し
てSパラメータS11を測定し、アドミッタンスに変換
した。そして、得られたアドミッタンスの周波数応答
を、改良型スミスの等価回路モデルを用いて計算した値
と比較し、電気機械結合係数k2を見積もった。
The package was mounted and sealed in the same manner as described above, except that the substrate was cut so that only the comb electrodes 51 were on the chip. Then, the electrical terminal pair of the comb-shaped electrode 51 was connected to the input terminal of the network analyzer, and the S parameter S11 was measured and converted to admittance. Then, the obtained admittance frequency response was compared with a value calculated using the equivalent circuit model of the improved Smith, and the electromechanical coupling coefficient k 2 was estimated.

【0039】その結果、1次モードの最大周波数は12
00MHzであり、そのときの挿入損失は20dBであっ
た。この結果から、1200MHzもの高周波においても
挿入損失が大きく劣化することはなく、伝搬損失が小さ
いことがわかる。図7に、実効伝搬速度の規格化膜厚依
存性を示す。また、図8に、電気機械結合係数k2の規
格化膜厚依存性を示す。
As a result, the maximum frequency of the first mode is 12
00 MHz, and the insertion loss at that time was 20 dB. From this result, it can be seen that the insertion loss does not greatly deteriorate even at a high frequency of 1200 MHz and the propagation loss is small. FIG. 7 shows the normalized film thickness dependence of the effective propagation speed. Further, in FIG. 8 shows the normalized film thickness dependence of the electromechanical coefficient k 2.

【0040】図8から、規格化膜厚2πh/λを 0.6≦2πh/λ≦1.4 の範囲にすれば、10%以上の電気機械結合係数が得ら
れることがわかる。例えば、これらの図では、規格化膜
厚0.8のとき、実効電気機械結合係数k2および実効
伝搬速度は、それぞれ13.5%および4235m/sと
なっている。したがって、実効電気機械結合係数k2
13%程度であるものの、大きな実効伝搬速度が得られ
る。
FIG. 8 shows that if the normalized film thickness 2πh / λ is in the range of 0.6 ≦ 2πh / λ ≦ 1.4, an electromechanical coupling coefficient of 10% or more can be obtained. For example, in these figures, when the normalized film thickness is 0.8, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 and the effective propagation velocity are 13.5% and 4235 m / s, respectively. Therefore, although the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is about 13%, a large effective propagation speed can be obtained.

【0041】実施例2(第2の構造) Si基板1とPZT膜4との間に短絡電極8を設けたほ
かは実施例1と同様にして、図3に示す構造を有するS
AW装置を作製した。すなわち、PZT膜4の厚さを変
更し、メタライズレシオを0.5に固定した状態で櫛形
電極の線幅を変えることにより、実効電気機械結合係数
2および実効伝搬速度について、規格化膜厚依存性を
調べた。なお、短絡電極8には、蒸着法により形成した
厚さ100nmのPt膜を利用した。
Example 2 (Second Structure) An S-type semiconductor device having the structure shown in FIG. 3 was formed in the same manner as in Example 1 except that a short-circuit electrode 8 was provided between the Si substrate 1 and the PZT film 4.
An AW device was manufactured. That is, by changing the thickness of the PZT film 4 and changing the line width of the comb-shaped electrode with the metallization ratio fixed at 0.5, the normalized electromechanical coupling coefficient k 2 and the effective propagation speed are normalized. Dependencies were investigated. As the short-circuit electrode 8, a 100 nm thick Pt film formed by a vapor deposition method was used.

【0042】これらの装置について、実施例1と同様に
して実効電気機械結合係数k2と実効伝搬速度とを見積
もった。図9に、PZT膜の規格化膜厚と実効電気機械
結合係数k2との関係を示す。なお、実効伝搬速度は、
第1の構造の場合と同程度であり、電気機械結合係数が
大きな規格化膜厚範囲では1次モードで4000〜50
00m/s程度であった。図9から、例えば規格化膜厚
0.8のとき、実効電気機械結合係数k2は14.3%
であることがわかる。なお、このときの実効伝搬速度は
4204m/sであった。電気機械結合係数のピーク値の
70%を与える規格化膜厚範囲は、第1の構造の場合と
同様である。この構造とした場合、実効電気機械結合係
数k2は14%程度であるものの、実効伝搬速度が比較
的大きい。
For these devices, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 and the effective propagation speed were estimated in the same manner as in Example 1. Figure 9 shows the relationship between the normalized thickness and the effective electromechanical coupling coefficient k 2 of the PZT film. The effective propagation speed is
In the case of the standardized film thickness range in which the electromechanical coupling coefficient is large, it is about 4000 to 50 in the first mode.
It was about 00 m / s. From FIG. 9, for example, when the normalized film thickness is 0.8, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is 14.3%.
It can be seen that it is. The effective propagation speed at this time was 4204 m / s. The normalized film thickness range giving 70% of the peak value of the electromechanical coupling coefficient is the same as in the case of the first structure. If it this structure, although the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is about 14%, is relatively high effective propagation velocity.

【0043】実施例3(第3の構造) 図4に示すように、櫛形電極51、52をSi基板1と
PZT膜4との間に配置した構造のSAW装置を、以下
の手順で作製した。
Example 3 (Third Structure) As shown in FIG. 4, a SAW device having a structure in which comb electrodes 51 and 52 are arranged between a Si substrate 1 and a PZT film 4 was manufactured by the following procedure. .

【0044】まず、実施例1と同様にして、Si基板1
上に、酸化ジルコニウム膜21とチタン酸ストロンチウ
ム膜22とをエピタキシャル成長させた。次いで、その
上に、厚さ100nmのPt膜を蒸着法によりエピタキシ
ャル成長させ、フォトリソグラフィー技術によりパター
ニングして、櫛形電極51、52を形成した。次いで、
PZT膜4を実施例1と同様にして形成し、これ以降の
工程は実施例1と同様にしてSAW装置を得た。
First, as in the first embodiment, the Si substrate 1
A zirconium oxide film 21 and a strontium titanate film 22 were epitaxially grown thereon. Next, a Pt film having a thickness of 100 nm was epitaxially grown thereon by vapor deposition and patterned by photolithography to form comb-shaped electrodes 51 and 52. Then
A PZT film 4 was formed in the same manner as in Example 1, and the subsequent steps were the same as in Example 1 to obtain a SAW device.

【0045】これらの装置について、実施例1と同様な
測定を行った。図10に、PZT膜の規格化膜厚と実効
電気機械結合係数k2との関係を示す。なお、実効伝搬
速度は、第1の構造の場合と同程度であり、電気機械結
合係数が大きな規格化膜厚範囲では4000〜5500
m/s程度であった。図10から、例えば規格化膜厚1.
6のとき、実効電気機械結合係数k2は11%であるこ
とがわかる。なお、このときの実効伝搬速度は5154
m/sであった。この構造とした場合、実効電気機械結合
係数k2は10%程度であるものの、実効伝搬速度が比
較的大きい。
For these devices, the same measurements as in Example 1 were performed. Figure 10 shows the relationship between the normalized thickness and the effective electromechanical coupling coefficient k 2 of the PZT film. Note that the effective propagation speed is about the same as that of the first structure, and is in the range of 4000 to 5500 in the normalized film thickness range where the electromechanical coupling coefficient is large.
m / s. From FIG. 10, for example, the normalized film thickness 1.
When 6, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is found to be 11%. The effective propagation speed at this time is 5154
m / s. If it this structure, although the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is about 10%, is relatively large effective propagation velocity.

【0046】実施例4(第4の構造) 短絡電極8をPZT膜4上に形成したほかは実施例3と
同様にして、図5に示す構造のSAW装置を作製した。
短絡電極8は、実施例3と同様にして形成した。
Example 4 (Fourth Structure) A SAW device having the structure shown in FIG. 5 was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the short-circuit electrode 8 was formed on the PZT film 4.
The short-circuit electrode 8 was formed in the same manner as in Example 3.

【0047】これらの装置について、実施例1と同様に
して挿入損失とアドミッタンスの周波数応答とを測定
し、その結果から、実効電気機械結合係数k2と実効伝
搬速度とを見積もった。図11に、PZT膜の規格化膜
厚と実効電気機械結合係数k2との関係を示す。なお、
実効伝搬速度は、第3の構造の場合と同程度であり、電
気機械結合係数が大きな規格化膜厚範囲では4000〜
5500m/s程度であった。図11から、例えば規格化
膜厚1.4のとき、実効電気機械結合係数k2は7.1
%であることがわかる。なお、このときの実効伝搬速度
は5269m/sであった。この構造とした場合、実効電
気機械結合係数k2は7%程度であるものの、実効伝搬
速度が比較的大きい。
For these devices, the insertion loss and the frequency response of the admittance were measured in the same manner as in Example 1, and from the results, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 and the effective propagation speed were estimated. Figure 11 shows the relationship between the normalized thickness and the effective electromechanical coupling coefficient k 2 of the PZT film. In addition,
The effective propagation speed is about the same as that of the third structure, and is 4,000 to 4,000 in the normalized film thickness range where the electromechanical coupling coefficient is large.
It was about 5500 m / s. From FIG. 11, for example, when the normalized film thickness is 1.4, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is 7.1.
%It can be seen that it is. The effective propagation speed at this time was 5269 m / s. If it this structure, although the effective electromechanical coupling coefficient k 2 is about 7%, is relatively large effective propagation velocity.

【0048】実施例5(第1〜第4の構造) 開口長方向とPZT膜のa軸とのなす角度qが0°、1
5°、30°または45°となるように櫛形電極51、
52を形成したほかは上記実施例1、2、3、4とそれ
ぞれ同様にして、SAW装置を作製した。
Fifth Embodiment (First to Fourth Structures) The angle q between the opening length direction and the a-axis of the PZT film is 0 °, 1 °.
5 °, 30 ° or 45 ° so that the comb-shaped electrode 51
SAW devices were fabricated in the same manner as in Examples 1, 2, 3, and 4 except that 52 was formed.

【0049】これらの装置に対し実施例1と同様な測定
を行い、伝搬速度および電気機械結合係数のそれぞれに
ついて規格化膜厚依存性を求めた。第1、第2、第3、
第4のそれぞれの構造について、角度qとその角度での
電気機械結合係数の最大値との関係を、図12に示す。
なお、図中において、第1、第2、第3および第4の構
造に相当する曲線は、それぞれA1、A2、A3および
A4として示してある。この図から、第1、第2および
第3の構造では、角度qによらず10%以上の電気機械
結合係数が得られることがわかる。また、第4の構造で
は、7%以上の電気機械結合係数が得られることがわか
る。
The same measurement as in Example 1 was performed for these devices, and the normalized film thickness dependence was determined for each of the propagation speed and the electromechanical coupling coefficient. First, second, third,
FIG. 12 shows the relationship between the angle q and the maximum value of the electromechanical coupling coefficient at that angle for each of the fourth structures.
In the figure, curves corresponding to the first, second, third and fourth structures are shown as A1, A2, A3 and A4, respectively. From this figure, it can be seen that in the first, second and third structures, an electromechanical coupling coefficient of 10% or more can be obtained regardless of the angle q. Further, it can be seen that the fourth structure can provide an electromechanical coupling coefficient of 7% or more.

【0050】実施例6(第5の構造) 図6に示す構造のSAW装置を、以下の手順で作製し
た。
Example 6 (Fifth Structure) A SAW device having the structure shown in FIG. 6 was manufactured by the following procedure.

【0051】まず、実施例1と同様にして、Si基板1
上に酸化ジルコニウム膜21、チタン酸ストロンチウム
膜22およびPZT膜4をエピタキシャル成長させた。
ただし、PZT膜4の厚さは0.6μmとした。
First, as in the first embodiment, the Si substrate 1
A zirconium oxide film 21, a strontium titanate film 22, and a PZT film 4 were epitaxially grown thereon.
However, the thickness of the PZT film 4 was 0.6 μm.

【0052】次に、PZT膜上に蒸着法により厚さ20
0nmのAl膜を形成し、これをフォトリソグラフィー技
術によってパターニングすることにより、櫛形電極5
と、その両側の反射器71、72とを形成した。櫛形電
極5は、その開口長方向とPZT膜4のa軸とのなす角
度qが45°となるように設けた。櫛形電極は、電極指
の線幅を1.2μm、メタライズレシオを0.5、開口
長を80μm、電極指の対数を30.5とした。反射器
71、72は、櫛形電極5よりも線幅をわずかに太くし
た。各反射器の電極指本数は300とした。櫛形電極5
と反射器との間の距離(互いに最も近い電極指の中央間
距離)は2.4μmとした。基本波の波長λは4.8μ
m、PZT膜4の規格化膜厚2πh/λは0.8とな
る。
Next, the PZT film having a thickness of 20
By forming an Al film of 0 nm and patterning it by photolithography, the comb-shaped electrode 5 is formed.
And reflectors 71 and 72 on both sides thereof. The comb-shaped electrode 5 was provided such that the angle q between the opening length direction and the a-axis of the PZT film 4 was 45 °. For the comb-shaped electrode, the line width of the electrode finger was 1.2 μm, the metallization ratio was 0.5, the opening length was 80 μm, and the logarithm of the electrode finger was 30.5. The line width of the reflectors 71 and 72 was slightly larger than that of the comb-shaped electrode 5. The number of electrode fingers of each reflector was 300. Comb electrode 5
The distance between the reflector and the reflector (the distance between the centers of the electrode fingers closest to each other) was 2.4 μm. The wavelength λ of the fundamental wave is 4.8μ
m, the normalized thickness 2πh / λ of the PZT film 4 is 0.8.

【0053】次いで、Si基板を素子サイズとなるよう
にダイシングしてチップとし、ダイボンド剤を用いて上
記チップをパッケージにマウントした後、蓋で封止し
た。このとき、パッケージの電気端子と櫛形電極5とを
Alワイヤで接続した。
Next, the Si substrate was diced to have a device size to obtain a chip. The chip was mounted on a package using a die bonding agent, and then sealed with a lid. At this time, the electric terminals of the package and the comb-shaped electrode 5 were connected with an Al wire.

【0054】このようにして作製した装置について、ネ
ットワークアナライザを用いてSパラメータS11を測
定し、インピーダンスに変換した。図13に、インピー
ダンスの振幅の周波数応答を示す。この図から共振周波
数は882.3MHzであることがわかる。実効電気機械
結合係数k2および実効伝搬速度を見積もると、それぞ
れ13.5%および4235m/sであった。
The S-parameter S11 of the device manufactured as described above was measured using a network analyzer and converted to impedance. FIG. 13 shows the frequency response of the amplitude of the impedance. From this figure, it can be seen that the resonance frequency is 882.3 MHz. When the effective electromechanical coupling coefficient k 2 and the effective propagation velocity were estimated, they were 13.5% and 4235 m / s, respectively.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明のSAW装置は、半導体基板上
に、少なくともPZT膜と櫛形電極とを形成したもので
ある。本発明では半導体基板を用いるため、同じく半導
体基板を用いる他の素子とモノリシック化することが容
易である。
According to the SAW device of the present invention, at least a PZT film and a comb electrode are formed on a semiconductor substrate. In the present invention, since a semiconductor substrate is used, it is easy to make it monolithic with another element that also uses a semiconductor substrate.

【0056】本発明におけるPZT膜では、PZT結晶
のc軸が膜面に対し垂直に配向している。そのため、電
気機械結合係数を大きくすることが可能である。したが
って、広い帯域幅をもつフィルタや、周波数可変幅の広
いVCO用発振子が実現でき、また、比較的高い動作周
波数において使用可能である。
In the PZT film of the present invention, the c-axis of the PZT crystal is oriented perpendicular to the film surface. Therefore, it is possible to increase the electromechanical coupling coefficient. Therefore, a filter having a wide bandwidth and a VCO oscillator having a wide frequency variable width can be realized and can be used at a relatively high operating frequency.

【0057】また、本発明においてPZT膜を、単結晶
膜、多重ドメイン構造膜または結晶配向性の良好な膜と
して形成すれば、高周波、例えば100MHz以上の周波
数においても損失を少なくすることができる。
In the present invention, if the PZT film is formed as a single crystal film, a multi-domain structure film or a film having good crystal orientation, the loss can be reduced even at a high frequency, for example, a frequency of 100 MHz or more.

【0058】[0058]

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

【図1】本発明のSAW装置の構成例を示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a SAW device of the present invention.

【図2】本発明のSAW装置の構成例を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a SAW device according to the present invention.

【図3】本発明のSAW装置の構成例を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a SAW device according to the present invention.

【図4】本発明のSAW装置の構成例を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a SAW device according to the present invention.

【図5】本発明のSAW装置の構成例を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a SAW device according to the present invention.

【図6】本発明のSAW装置の構成例を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a SAW device according to the present invention.

【図7】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing the normalized film thickness dependence of the effective propagation speed.

【図8】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を示
すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the effective electromechanical coupling coefficient on the normalized film thickness.

【図9】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を示
すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the dependence of the effective electromechanical coupling coefficient on the normalized film thickness.

【図10】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing normalized film thickness dependence of an effective electromechanical coupling coefficient.

【図11】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the dependence of the effective electromechanical coupling coefficient on the normalized film thickness.

【図12】PZT膜のa軸の向きと櫛形電極の開口長方
向とがなす角度qと、実効電気機械結合係数との関係を
示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between an angle q formed by a direction of an a-axis of a PZT film and a direction of an opening length of a comb-shaped electrode, and an effective electromechanical coupling coefficient.

【図13】インピーダンスの周波数応答を示すグラフで
ある。
FIG. 13 is a graph showing the frequency response of impedance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 21 酸化ジルコニウム膜 22 チタン酸ストロンチウム膜 4 PZT膜 5、51、52 櫛形電極 71、72 反射器 8 短絡電極 91、92 吸音材 Reference Signs List 1 Si substrate 21 zirconium oxide film 22 strontium titanate film 4 PZT film 5, 51, 52 comb-shaped electrode 71, 72 reflector 8 short-circuit electrode 91, 92 sound absorbing material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 隆男 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 5J097 AA06 AA19 BB01 BB11 DD28 EE07 EE08 EE10 FF02 FF04 HA02 HA03 HA08 HA09 HB08 JJ01 KK05 KK09  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takao Noguchi 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Corporation F-term (reference) 5J097 AA06 AA19 BB01 BB11 DD28 EE07 EE08 EE10 FF02 FF04 HA02 HA03 HA08 HA09 HB08 JJ01 KK05 KK09

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、PZT結晶からなるP
ZT膜を有し、このPZT膜上またはこのPZT膜と前
記半導体基板との間に、櫛形電極またはこれと反射器と
を有し、 前記PZT膜において、c軸が膜面に対しほぼ垂直に配
向しているPZT結晶が存在する弾性表面波装置。
1. A PZT crystal comprising a PZT crystal on a semiconductor substrate.
A ZT film, and a comb-shaped electrode or a reflector on the PZT film or between the PZT film and the semiconductor substrate; and in the PZT film, the c-axis is substantially perpendicular to the film surface. A surface acoustic wave device in which oriented PZT crystals exist.
【請求項2】 前記PZT膜の櫛形電極が存在しない面
に接して短絡電極を有する請求項1の弾性表面波装置。
2. The surface acoustic wave device according to claim 1, further comprising a short-circuit electrode in contact with a surface of the PZT film where no comb-shaped electrode is present.
【請求項3】 前記PZT膜の膜厚をhとし、弾性表面
波の波長をλとしたとき、前記PZT膜の規格化膜厚2
πh/λが 0.6≦2πh/λ≦1.4 である請求項1または2の弾性表面波装置。
3. When the thickness of the PZT film is h and the wavelength of the surface acoustic wave is λ, the normalized thickness of the PZT film is 2.
3. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein πh / λ is 0.6 ≦ 2πh / λ ≦ 1.4.
【請求項4】 前記PZT膜は、PZT結晶のa軸の向
きがほぼ揃っている単結晶膜であるか、または、c軸が
膜面に対しほぼ垂直に配向しているcドメインと、c軸
が膜面とほぼ平行に配向しているaドメインとを有する
多重ドメイン構造膜である請求項1〜3のいずれかの弾
性表面波装置。
4. The PZT film is a single crystal film in which the directions of the a-axis of the PZT crystal are substantially aligned, or a c-domain in which the c-axis is substantially perpendicular to the film surface; 4. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the surface acoustic wave device is a multi-domain structure film having an a domain whose axis is oriented substantially parallel to the film surface.
【請求項5】 前記半導体基板がSiから構成されてい
る請求項1〜4のいずれかの弾性表面波装置。
5. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of Si.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010019865A (en) * 2009-10-29 2010-01-28 Mitsubishi Electric Corp Frequency characteristic evaluating device, tdr waveform measuring instrument, and program for frequency characteristic evaluating device

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