JP2002076824A - 圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器 - Google Patents
圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な共振特性および良好な共振周波数の温
度特性を有し、素子の割れなどによる不良が少ない圧電
薄膜共振子を提供する。 【解決手段】 圧電薄膜共振子１０はＳｉ基板１２を含
む。Ｓｉ基板１２の上には、薄膜としてのＡｌＮを主成
分とするＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、圧電薄
膜としてのＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧電薄膜１８お
よび上層電極１６ｂが、その順番に形成される。Ｓｉ基
板１２には、ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央部に対応する部
分に、空洞２０が形成される。
度特性を有し、素子の割れなどによる不良が少ない圧電
薄膜共振子を提供する。 【解決手段】 圧電薄膜共振子１０はＳｉ基板１２を含
む。Ｓｉ基板１２の上には、薄膜としてのＡｌＮを主成
分とするＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、圧電薄
膜としてのＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧電薄膜１８お
よび上層電極１６ｂが、その順番に形成される。Ｓｉ基
板１２には、ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央部に対応する部
分に、空洞２０が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は圧電薄膜共振子、
フィルタおよび電子機器に関し、特にたとえば携帯電話
や通信機器などの高周波用の電子機器に用いられるフィ
ルタや共振器に用いられるダイヤフラム型の圧電薄膜共
振子などに関する。
フィルタおよび電子機器に関し、特にたとえば携帯電話
や通信機器などの高周波用の電子機器に用いられるフィ
ルタや共振器に用いられるダイヤフラム型の圧電薄膜共
振子などに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電基板の厚み縦振動を利用した圧電共
振子の共振周波数は、圧電基板の厚さに反比例するの
で、超高周波領域では圧電基板をきわめて薄く加工する
必要がある。しかしながら、圧電基板自体の厚さを薄く
するのは、その機械的強度や取扱い上の制限などから、
基本モードでは数１００ＭＨｚが実用上の高周波限界と
されてきた。
振子の共振周波数は、圧電基板の厚さに反比例するの
で、超高周波領域では圧電基板をきわめて薄く加工する
必要がある。しかしながら、圧電基板自体の厚さを薄く
するのは、その機械的強度や取扱い上の制限などから、
基本モードでは数１００ＭＨｚが実用上の高周波限界と
されてきた。
【０００３】このような問題を解決するために、従来、
たとえば特願平１１−３５０５８５号に開示されている
ように、ダイヤフラム型の圧電薄膜共振子が提案されて
おり、フィルタや共振器に用いられている。図３は従来
の圧電薄膜共振子の一例を示す断面図解図である。図３
に示す圧電薄膜共振子１はＳｉ基板２を含む。Ｓｉ基板
２には、微細加工法を用いて裏面から部分的にエッチン
グすることによって、数μｍ以下の厚さの薄膜支持部３
が形成される。薄膜支持部３の上には、両主面に一対の
励振用電極として下層電極４ａおよび上層電極４ｂを有
するＡｌＮ圧電薄膜５が設けられる。図３に示す圧電薄
膜共振子１では、薄膜支持部３は微細加工技術を用いて
薄く形成することができ、ＡｌＮ圧電薄膜５もスパッタ
リングなどによって薄く形成することができるので、数
１００ＭＨｚ〜数１０００ＭＨｚまで高周波特性をのば
すことができる可能性がある。しかしながら、図３に示
す圧電薄膜共振子１では、半導体であるＳｉ基板２が用
いられるために、励振用電極およびＳｉ基板間の浮遊容
量と、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板および励振用電極間の浮遊
容量とを経由して、励振用電極間で高周波信号のもれが
発生し、高い反共振特性が得られないという問題があっ
た。
たとえば特願平１１−３５０５８５号に開示されている
ように、ダイヤフラム型の圧電薄膜共振子が提案されて
おり、フィルタや共振器に用いられている。図３は従来
の圧電薄膜共振子の一例を示す断面図解図である。図３
に示す圧電薄膜共振子１はＳｉ基板２を含む。Ｓｉ基板
２には、微細加工法を用いて裏面から部分的にエッチン
グすることによって、数μｍ以下の厚さの薄膜支持部３
が形成される。薄膜支持部３の上には、両主面に一対の
励振用電極として下層電極４ａおよび上層電極４ｂを有
するＡｌＮ圧電薄膜５が設けられる。図３に示す圧電薄
膜共振子１では、薄膜支持部３は微細加工技術を用いて
薄く形成することができ、ＡｌＮ圧電薄膜５もスパッタ
リングなどによって薄く形成することができるので、数
１００ＭＨｚ〜数１０００ＭＨｚまで高周波特性をのば
すことができる可能性がある。しかしながら、図３に示
す圧電薄膜共振子１では、半導体であるＳｉ基板２が用
いられるために、励振用電極およびＳｉ基板間の浮遊容
量と、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板および励振用電極間の浮遊
容量とを経由して、励振用電極間で高周波信号のもれが
発生し、高い反共振特性が得られないという問題があっ
た。
【０００４】図４は上述の高い反共振特性が得られない
という問題を改善した従来の圧電薄膜共振子の他の例を
示す断面図解図である。図４に示す圧電薄膜共振子６で
は、図３に示す圧電薄膜共振子１と比べて、Ｓｉ基板２
の上層部分に絶縁膜であるＳｉＯ2 薄膜７が形成され、
励振用電極およびＳｉ基板間の絶縁性を高めることによ
って、良好な共振特性が得られる。しかしながら、図３
および図４に示す圧電薄膜共振子１および６では、基本
厚み縦振動の振動節点に関して、ＡｌＮ圧電薄膜５が対
称の位置からずれてしまうために、３次、５次といった
奇数次の高調波の他に偶数次の高調波がスプリアスとな
る欠点があった。
という問題を改善した従来の圧電薄膜共振子の他の例を
示す断面図解図である。図４に示す圧電薄膜共振子６で
は、図３に示す圧電薄膜共振子１と比べて、Ｓｉ基板２
の上層部分に絶縁膜であるＳｉＯ2 薄膜７が形成され、
励振用電極およびＳｉ基板間の絶縁性を高めることによ
って、良好な共振特性が得られる。しかしながら、図３
および図４に示す圧電薄膜共振子１および６では、基本
厚み縦振動の振動節点に関して、ＡｌＮ圧電薄膜５が対
称の位置からずれてしまうために、３次、５次といった
奇数次の高調波の他に偶数次の高調波がスプリアスとな
る欠点があった。
【０００５】図５はたとえば特開昭５８−１３７３１７
号に開示され上述の欠点が改善される従来の圧電薄膜共
振子のさらに他の例を示す断面図解図である。図５に示
す圧電薄膜共振子８では、図４に示す圧電薄膜共振子１
と比べて、ＡｌＮ圧電薄膜５に対して上下対称にＳｉＯ
2 薄膜７および９が形成されることによって、振動の節
点がＡｌＮ圧電薄膜５の中央部分に位置するように形成
される。
号に開示され上述の欠点が改善される従来の圧電薄膜共
振子のさらに他の例を示す断面図解図である。図５に示
す圧電薄膜共振子８では、図４に示す圧電薄膜共振子１
と比べて、ＡｌＮ圧電薄膜５に対して上下対称にＳｉＯ
2 薄膜７および９が形成されることによって、振動の節
点がＡｌＮ圧電薄膜５の中央部分に位置するように形成
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図４および
図５に示す圧電薄膜共振子６および８では、ＳｉＯ2 薄
膜中とＡｌＮ圧電薄膜中とでは音速が異なるため、Ｓｉ
Ｏ2 薄膜とＡｌＮ圧電薄膜との境界において振動波の反
射が大きく良好な共振特性が得られなかった。また、ヤ
ング率の温度係数の値はＳｉＯ2 とＡｌＮとでは同符号
でありＳｉＯ 2 の方がＡｌＮより大きいために（”弾性
波素子技術ハンドブック”、日本学術振興会弾性波素子
技術第１５０委員会、オーム社（１９９１））、ＳｉＯ
2 薄膜およびＡｌＮ圧電薄膜などの積層構造の図４およ
び図５に示す圧電薄膜共振子６および８では、共振周波
数の温度特性が悪かった。さらに、図４および図５に示
す圧電薄膜共振子６および８では、ＳｉＯ2 薄膜が強い
圧縮性応力をもつため、素子が破壊されてしまうことが
あった。また、図４および図５に示す圧電薄膜共振子６
および８では、ＳｉＯ2 薄膜がアモルファスであるため
に、ＳｉＯ2 薄膜上の下層電極の配向性が悪く、下層電
極上のＡｌＮ圧電薄膜の配向性も悪く、良好な圧電性を
示さなかった。さらに、図３〜図５に示す圧電薄膜共振
子１、６および８では、励振用電極とＡｌＮ圧電薄膜と
を異なる装置で形成していたので製造コストが高くつい
ていた。また、図３〜図５に示す圧電薄膜共振子１、６
および８では、励振用電極を形成した後や圧電薄膜を形
成した後に、一旦真空装置から大気中に取出して次の成
膜工程を行っていたので、励振用電極および圧電薄膜の
界面に酸化層が形成され、共振特性の悪化を引き起こし
ていた。
図５に示す圧電薄膜共振子６および８では、ＳｉＯ2 薄
膜中とＡｌＮ圧電薄膜中とでは音速が異なるため、Ｓｉ
Ｏ2 薄膜とＡｌＮ圧電薄膜との境界において振動波の反
射が大きく良好な共振特性が得られなかった。また、ヤ
ング率の温度係数の値はＳｉＯ2 とＡｌＮとでは同符号
でありＳｉＯ 2 の方がＡｌＮより大きいために（”弾性
波素子技術ハンドブック”、日本学術振興会弾性波素子
技術第１５０委員会、オーム社（１９９１））、ＳｉＯ
2 薄膜およびＡｌＮ圧電薄膜などの積層構造の図４およ
び図５に示す圧電薄膜共振子６および８では、共振周波
数の温度特性が悪かった。さらに、図４および図５に示
す圧電薄膜共振子６および８では、ＳｉＯ2 薄膜が強い
圧縮性応力をもつため、素子が破壊されてしまうことが
あった。また、図４および図５に示す圧電薄膜共振子６
および８では、ＳｉＯ2 薄膜がアモルファスであるため
に、ＳｉＯ2 薄膜上の下層電極の配向性が悪く、下層電
極上のＡｌＮ圧電薄膜の配向性も悪く、良好な圧電性を
示さなかった。さらに、図３〜図５に示す圧電薄膜共振
子１、６および８では、励振用電極とＡｌＮ圧電薄膜と
を異なる装置で形成していたので製造コストが高くつい
ていた。また、図３〜図５に示す圧電薄膜共振子１、６
および８では、励振用電極を形成した後や圧電薄膜を形
成した後に、一旦真空装置から大気中に取出して次の成
膜工程を行っていたので、励振用電極および圧電薄膜の
界面に酸化層が形成され、共振特性の悪化を引き起こし
ていた。
【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、良
好な共振特性および良好な共振周波数の温度特性を有
し、素子の割れなどによる不良が少ない圧電薄膜共振子
を提供することである。この発明の他の目的は、そのよ
うな圧電薄膜共振子を含むフィルタを提供することであ
る。この発明のさらに他の目的は、そのような圧電薄膜
共振子またはフィルタを含む電子機器を提供することで
ある。
好な共振特性および良好な共振周波数の温度特性を有
し、素子の割れなどによる不良が少ない圧電薄膜共振子
を提供することである。この発明の他の目的は、そのよ
うな圧電薄膜共振子を含むフィルタを提供することであ
る。この発明のさらに他の目的は、そのような圧電薄膜
共振子またはフィルタを含む電子機器を提供することで
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる圧電薄
膜共振子は、空洞を有する基板と、基板上に形成される
薄膜と、薄膜上に形成される下層電極と、下層電極上に
形成される圧電薄膜と、圧電薄膜上に形成される上層電
極とを含む圧電薄膜共振子において、薄膜および圧電薄
膜を同一の材料または同一の主成分を有する材料で形成
したことを特徴とする、圧電薄膜共振子である。この発
明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜および圧電薄膜
は、それぞれ、たとえばＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧
電薄膜である。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子
では、薄膜および圧電薄膜は、それぞれ、たとえば、Ａ
ｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法で形成
され、内部応力が零応力程度とされる。さらに、この発
明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜および圧電薄膜
は、それぞれ、たとえばガス圧が０．５Ｐａ〜１．２Ｐ
ａの範囲のＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリ
ング法で形成される。また、この発明にかかる圧電薄膜
共振子では、薄膜はたとえば基板の厚み方向に配向して
いる。さらに、この発明にかかる圧電薄膜共振子では、
薄膜は、たとえば窒素ガスの流量比が２０％〜３０％の
範囲のＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング
法で形成される。また、この発明にかかる圧電薄膜共振
子では、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極は、
それぞれ、たとえばＡｌを主成分とするターゲットを用
いたスパッタリング法で形成される。この場合、薄膜、
下層電極、圧電薄膜および上層電極は、たとえば真空を
破ることなく形成される。さらに、この発明にかかる圧
電薄膜共振子では、下層電極は、たとえば、（１１１）
優先配向しやすい面心立方構造を有する金属材料で形成
される。また、この発明にかかるフィルタは、この発明
にかかる圧電薄膜共振子を含むフィルタである。さら
に、この発明にかかる電子機器は、この発明にかかる圧
電薄膜共振子またはフィルタを含む電子機器である。
膜共振子は、空洞を有する基板と、基板上に形成される
薄膜と、薄膜上に形成される下層電極と、下層電極上に
形成される圧電薄膜と、圧電薄膜上に形成される上層電
極とを含む圧電薄膜共振子において、薄膜および圧電薄
膜を同一の材料または同一の主成分を有する材料で形成
したことを特徴とする、圧電薄膜共振子である。この発
明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜および圧電薄膜
は、それぞれ、たとえばＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧
電薄膜である。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子
では、薄膜および圧電薄膜は、それぞれ、たとえば、Ａ
ｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法で形成
され、内部応力が零応力程度とされる。さらに、この発
明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜および圧電薄膜
は、それぞれ、たとえばガス圧が０．５Ｐａ〜１．２Ｐ
ａの範囲のＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリ
ング法で形成される。また、この発明にかかる圧電薄膜
共振子では、薄膜はたとえば基板の厚み方向に配向して
いる。さらに、この発明にかかる圧電薄膜共振子では、
薄膜は、たとえば窒素ガスの流量比が２０％〜３０％の
範囲のＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング
法で形成される。また、この発明にかかる圧電薄膜共振
子では、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極は、
それぞれ、たとえばＡｌを主成分とするターゲットを用
いたスパッタリング法で形成される。この場合、薄膜、
下層電極、圧電薄膜および上層電極は、たとえば真空を
破ることなく形成される。さらに、この発明にかかる圧
電薄膜共振子では、下層電極は、たとえば、（１１１）
優先配向しやすい面心立方構造を有する金属材料で形成
される。また、この発明にかかるフィルタは、この発明
にかかる圧電薄膜共振子を含むフィルタである。さら
に、この発明にかかる電子機器は、この発明にかかる圧
電薄膜共振子またはフィルタを含む電子機器である。
【０００９】この発明にかかる圧電薄膜共振子では、薄
膜および圧電薄膜が同一の材料または同一の主成分を有
する材料で形成されるので、音速の異なる材料の境界で
の反射がほとんどなくなり、良好な共振特性が得られ
る。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜
および圧電薄膜が同一の材料または同一の主成分を有す
る材料で形成されるので、薄膜および圧電薄膜のヤング
率の差が小さくなり、良好な共振周波数の温度特性が得
られる。さらに、この発明にかかる圧電薄膜共振子で
は、薄膜がたとえばＡｌＮ圧電薄膜などの圧電薄膜と同
一の材料または同一の主成分を有する材料で形成される
ので、薄膜中の音速が大きくなり、従来と同一周波数の
圧電薄膜共振子を作製する場合に、膜厚の厚い薄膜を用
いることができ、機械的強度を増すことができ、素子の
割れなどによる不良を低減することができる。また、こ
の発明にかかる圧電薄膜共振子において、薄膜および圧
電薄膜は、それぞれ、内部応力が零応力程度とされる
と、基板の反りを低減することができ、素子の割れなど
による不良を低減することができる。さらに、この発明
にかかる圧電薄膜共振子において、薄膜が基板の厚み方
向に配向していると、良好な配向性を示す下層電極が得
られ、下層電極上に形成される圧電薄膜の配向性も向上
するため、良好な圧電性が生じ、さらに良好な共振特性
が得られる。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子に
おいて、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極がそ
れぞれＡｌを主成分とするターゲットを用いたスパッタ
リング法で形成されると、スパッタガス種を変えるだけ
で、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極を同一装
置で形成することができるために、製造コストを低減す
ることができ、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電
極に生じる酸化層などの不純物層の生成を防ぐことがで
き、良好な共振特性が得られる。さらに、この発明にか
かる圧電薄膜共振子において、下層電極がたとえば（１
１１）優先配向しやすい面心立方構造を有する金属材料
で形成されると、下層電極が良好な（１１１）配向性を
示し得る。
膜および圧電薄膜が同一の材料または同一の主成分を有
する材料で形成されるので、音速の異なる材料の境界で
の反射がほとんどなくなり、良好な共振特性が得られ
る。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子では、薄膜
および圧電薄膜が同一の材料または同一の主成分を有す
る材料で形成されるので、薄膜および圧電薄膜のヤング
率の差が小さくなり、良好な共振周波数の温度特性が得
られる。さらに、この発明にかかる圧電薄膜共振子で
は、薄膜がたとえばＡｌＮ圧電薄膜などの圧電薄膜と同
一の材料または同一の主成分を有する材料で形成される
ので、薄膜中の音速が大きくなり、従来と同一周波数の
圧電薄膜共振子を作製する場合に、膜厚の厚い薄膜を用
いることができ、機械的強度を増すことができ、素子の
割れなどによる不良を低減することができる。また、こ
の発明にかかる圧電薄膜共振子において、薄膜および圧
電薄膜は、それぞれ、内部応力が零応力程度とされる
と、基板の反りを低減することができ、素子の割れなど
による不良を低減することができる。さらに、この発明
にかかる圧電薄膜共振子において、薄膜が基板の厚み方
向に配向していると、良好な配向性を示す下層電極が得
られ、下層電極上に形成される圧電薄膜の配向性も向上
するため、良好な圧電性が生じ、さらに良好な共振特性
が得られる。また、この発明にかかる圧電薄膜共振子に
おいて、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極がそ
れぞれＡｌを主成分とするターゲットを用いたスパッタ
リング法で形成されると、スパッタガス種を変えるだけ
で、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電極を同一装
置で形成することができるために、製造コストを低減す
ることができ、薄膜、下層電極、圧電薄膜および上層電
極に生じる酸化層などの不純物層の生成を防ぐことがで
き、良好な共振特性が得られる。さらに、この発明にか
かる圧電薄膜共振子において、下層電極がたとえば（１
１１）優先配向しやすい面心立方構造を有する金属材料
で形成されると、下層電極が良好な（１１１）配向性を
示し得る。
【００１０】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【実施例１】図１はこの発明にかかる圧電薄膜共振子の
一例を示す断面図解図である。図１に示す圧電薄膜共振
子１０はＳｉ基板１２を含む。
一例を示す断面図解図である。図１に示す圧電薄膜共振
子１０はＳｉ基板１２を含む。
【００１２】Ｓｉ基板１２の上には、薄膜としてのＡｌ
Ｎを主成分とするＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６
ａ、圧電薄膜としてのＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧電
薄膜１８および上層電極１６ｂが、その順番に形成され
る。この場合、ＡｌＮ圧電薄膜１４は、Ｓｉ基板１２の
上面全面に形成される。下層電極１６ａは、ＡｌＮ圧電
薄膜１４の上面において中央部を含む部分に形成され
る。ＡｌＮ圧電薄膜１８は、ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央
部を含む部分に対応して、ＡｌＮ圧電薄膜１４および下
層電極１６ａの上面に形成される。上層電極１６ｂは、
ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央部を含む部分に対応して、Ａ
ｌＮ圧電薄膜１８の上面に形成される。また、この場
合、ＡｌＮ圧電薄膜１４および１８は、スパッタリング
やＣＶＤなどの成膜法で形成される。下層電極１６ａお
よび上層電極１６ｂは、スパッタリングや蒸着などの成
膜法で形成される。
Ｎを主成分とするＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６
ａ、圧電薄膜としてのＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧電
薄膜１８および上層電極１６ｂが、その順番に形成され
る。この場合、ＡｌＮ圧電薄膜１４は、Ｓｉ基板１２の
上面全面に形成される。下層電極１６ａは、ＡｌＮ圧電
薄膜１４の上面において中央部を含む部分に形成され
る。ＡｌＮ圧電薄膜１８は、ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央
部を含む部分に対応して、ＡｌＮ圧電薄膜１４および下
層電極１６ａの上面に形成される。上層電極１６ｂは、
ＡｌＮ圧電薄膜１４の中央部を含む部分に対応して、Ａ
ｌＮ圧電薄膜１８の上面に形成される。また、この場
合、ＡｌＮ圧電薄膜１４および１８は、スパッタリング
やＣＶＤなどの成膜法で形成される。下層電極１６ａお
よび上層電極１６ｂは、スパッタリングや蒸着などの成
膜法で形成される。
【００１３】Ｓｉ基板１２には、ＡｌＮ圧電薄膜１４の
中央部に対応する部分を裏面から異方性エッチングやＲ
ＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）な
どの手段で除去することによって、空洞２０が形成され
る。
中央部に対応する部分を裏面から異方性エッチングやＲ
ＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）な
どの手段で除去することによって、空洞２０が形成され
る。
【００１４】図１に示す圧電薄膜共振子１０では、図４
に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べて、ＳｉＯ2 薄膜
７がＡｌＮ圧電薄膜１４に置き換えられているので、音
速の異なる材料の境界での反射がほとんどなくなり、良
好な共振特性が得られる。また、図１示す圧電薄膜共振
子１０では、図４に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べ
て、ヤング率の温度係数がＡｌＮと同符号でＡｌＮより
大きい値を持つＳｉＯ2 薄膜７がＡｌＮ圧電薄膜１４に
置き換えられているので、良好な共振周波数の温度特性
が得られる。さらに、図１に示す圧電薄膜共振子１０で
は、図４に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べて、Ｓｉ
Ｏ2 中よりＡｌＮ中のほうが音速が大きいため、同一周
波数を得る場合に、ＳｉＯ2 薄膜７より膜厚の厚いＡｌ
Ｎ圧電薄膜１４を用いることができ、機械的強度を増す
ことができ、素子の割れなどによる不良を低減すること
ができる。
に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べて、ＳｉＯ2 薄膜
７がＡｌＮ圧電薄膜１４に置き換えられているので、音
速の異なる材料の境界での反射がほとんどなくなり、良
好な共振特性が得られる。また、図１示す圧電薄膜共振
子１０では、図４に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べ
て、ヤング率の温度係数がＡｌＮと同符号でＡｌＮより
大きい値を持つＳｉＯ2 薄膜７がＡｌＮ圧電薄膜１４に
置き換えられているので、良好な共振周波数の温度特性
が得られる。さらに、図１に示す圧電薄膜共振子１０で
は、図４に示す従来の圧電薄膜共振子６と比べて、Ｓｉ
Ｏ2 中よりＡｌＮ中のほうが音速が大きいため、同一周
波数を得る場合に、ＳｉＯ2 薄膜７より膜厚の厚いＡｌ
Ｎ圧電薄膜１４を用いることができ、機械的強度を増す
ことができ、素子の割れなどによる不良を低減すること
ができる。
【００１５】
【実施例２】実施例２では、実施例１と比べて、たとえ
ばＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法に
よって、ＡｌＮ圧電薄膜１４および１８が、内部応力が
零応力程度の薄膜に形成される。この場合、たとえば
０．５Ｐａ未満の低ガス圧領域でＡｌＮ圧電薄膜を形成
すると圧縮性の強い応力が発生するが、０．５Ｐａ〜
１．２Ｐａの高ガス圧領域でＡｌＮ圧電薄膜を形成する
と零応力程度の薄膜が得られる。
ばＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法に
よって、ＡｌＮ圧電薄膜１４および１８が、内部応力が
零応力程度の薄膜に形成される。この場合、たとえば
０．５Ｐａ未満の低ガス圧領域でＡｌＮ圧電薄膜を形成
すると圧縮性の強い応力が発生するが、０．５Ｐａ〜
１．２Ｐａの高ガス圧領域でＡｌＮ圧電薄膜を形成する
と零応力程度の薄膜が得られる。
【００１６】実施例２では、実施例１の作用効果を奏す
るとともに、内部応力の強いＳｉＯ 2 薄膜を有すること
で生じていたＳｉ基板の反りから発生する素子の割れな
どによる不良を低減することができる。
るとともに、内部応力の強いＳｉＯ 2 薄膜を有すること
で生じていたＳｉ基板の反りから発生する素子の割れな
どによる不良を低減することができる。
【００１７】
【実施例３】実施例３では、実施例２と比べて、たとえ
ばＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法に
よって、ＡｌＮ圧電薄膜１４が、内部応力が零応力程度
でかつＳｉ基板１２の厚み方向にＣ軸配向した薄膜に形
成される。この場合、たとえば窒素ガスの流量比を２０
％〜３０％程度にすることによって、零応力程度でＣ軸
配向した薄膜を形成することができる。また、下層電極
１６ａは、たとえばＡｕやＡｌなどＳｉ基板１２の厚み
方向に（１１１）優先配向しやすい面心立方構造を有す
る金属材料でたとえば蒸着法などの方法で形成される。
ばＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法に
よって、ＡｌＮ圧電薄膜１４が、内部応力が零応力程度
でかつＳｉ基板１２の厚み方向にＣ軸配向した薄膜に形
成される。この場合、たとえば窒素ガスの流量比を２０
％〜３０％程度にすることによって、零応力程度でＣ軸
配向した薄膜を形成することができる。また、下層電極
１６ａは、たとえばＡｕやＡｌなどＳｉ基板１２の厚み
方向に（１１１）優先配向しやすい面心立方構造を有す
る金属材料でたとえば蒸着法などの方法で形成される。
【００１８】実施例３では、実施例２の作用効果を奏す
るとともに、次の作用効果も奏する。ＡｌＮ圧電薄膜１
８のＣ軸配向性は、下層電極１６ａの配向性に大きく影
響される。実施例３では、ＡｌＮ圧電薄膜１４をＣ軸配
向した薄膜とし、下層電極１６ａに（１１１）優先配向
しやすくＡｌＮのＣ面とマッチングのよい金属材料を用
いることによって、良好な（１１１）配向性を示す下層
電極１６ａが得られ、下層電極１６ａ上に形成されるＡ
ｌＮ圧電薄膜１８のＣ軸配向性も向上するため、良好な
圧電性が生じ、さらに良好な共振特性が得られる。
るとともに、次の作用効果も奏する。ＡｌＮ圧電薄膜１
８のＣ軸配向性は、下層電極１６ａの配向性に大きく影
響される。実施例３では、ＡｌＮ圧電薄膜１４をＣ軸配
向した薄膜とし、下層電極１６ａに（１１１）優先配向
しやすくＡｌＮのＣ面とマッチングのよい金属材料を用
いることによって、良好な（１１１）配向性を示す下層
電極１６ａが得られ、下層電極１６ａ上に形成されるＡ
ｌＮ圧電薄膜１８のＣ軸配向性も向上するため、良好な
圧電性が生じ、さらに良好な共振特性が得られる。
【００１９】
【実施例４】実施例４では、実施例１〜３と比べて、Ａ
ｌを主成分とするターゲットを有するスパッタリング装
置で、ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧
電薄膜１８および上層電極１６ｂが形成される。この場
合、Ａｒと窒素との混合ガスを用いることによって、Ａ
ｌＮ圧電薄膜１４が形成される。ＡｌＮ圧電薄膜１４を
形成した後、続いて真空を破らずに、Ａｒガスを用いる
ことによってＡｌ膜からなる下層電極１６ａが形成され
る。下層電極１６ａを形成した後、続いて真空を破らず
に、Ａｒと窒素との混合ガスを用いることによってＡｌ
Ｎ圧電薄膜１８が形成され、続いて真空を破らずに、Ａ
ｒガスを用いることによってＡｌ膜からなる上層電極１
６ｂが形成される。このように、実施例４では、ＡｌＮ
圧電薄膜１４から上層電極１６ｂまでが真空を破らずに
成膜され、フォトリソグラフィやエッチングなどでパタ
ーニングされる。
ｌを主成分とするターゲットを有するスパッタリング装
置で、ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧
電薄膜１８および上層電極１６ｂが形成される。この場
合、Ａｒと窒素との混合ガスを用いることによって、Ａ
ｌＮ圧電薄膜１４が形成される。ＡｌＮ圧電薄膜１４を
形成した後、続いて真空を破らずに、Ａｒガスを用いる
ことによってＡｌ膜からなる下層電極１６ａが形成され
る。下層電極１６ａを形成した後、続いて真空を破らず
に、Ａｒと窒素との混合ガスを用いることによってＡｌ
Ｎ圧電薄膜１８が形成され、続いて真空を破らずに、Ａ
ｒガスを用いることによってＡｌ膜からなる上層電極１
６ｂが形成される。このように、実施例４では、ＡｌＮ
圧電薄膜１４から上層電極１６ｂまでが真空を破らずに
成膜され、フォトリソグラフィやエッチングなどでパタ
ーニングされる。
【００２０】実施例４では、実施例１〜３の作用効果を
奏するとともに、次の作用効果も奏する。実施例４で
は、ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧電
薄膜１８および上層電極１６ｂを同一装置で形成するこ
とができるために、製造コストを低減することができ、
ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧電薄膜
１８および上層電極１６ｂなどに生じる不純物層の混入
による共振特性の悪化を防ぐことができる。
奏するとともに、次の作用効果も奏する。実施例４で
は、ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧電
薄膜１８および上層電極１６ｂを同一装置で形成するこ
とができるために、製造コストを低減することができ、
ＡｌＮ圧電薄膜１４、下層電極１６ａ、ＡｌＮ圧電薄膜
１８および上層電極１６ｂなどに生じる不純物層の混入
による共振特性の悪化を防ぐことができる。
【００２１】図２はこの発明のかかる圧電薄膜共振子の
他の例を示す断面図解図である。図２に示す圧電薄膜共
振子１１では、図１に示す圧電薄膜共振子１０と比べ
て、ＡｌＮ圧電薄膜１８に対して上下対称にＡｌＮ圧電
薄膜１４および２２が形成されることによって、振動の
節点がＡｌＮ圧電薄膜１８の中央部分に位置するように
形成される。
他の例を示す断面図解図である。図２に示す圧電薄膜共
振子１１では、図１に示す圧電薄膜共振子１０と比べ
て、ＡｌＮ圧電薄膜１８に対して上下対称にＡｌＮ圧電
薄膜１４および２２が形成されることによって、振動の
節点がＡｌＮ圧電薄膜１８の中央部分に位置するように
形成される。
【００２２】なお、上述の各圧電共振子１０および１１
では薄膜および圧電薄膜がそれぞれＡｌＮを主成分とす
るＡｌＮ圧電薄膜１４および１８であるが、この発明で
は薄膜と圧電薄膜とは同一の材料または同一の主成分を
有する材料で形成されてもよい。
では薄膜および圧電薄膜がそれぞれＡｌＮを主成分とす
るＡｌＮ圧電薄膜１４および１８であるが、この発明で
は薄膜と圧電薄膜とは同一の材料または同一の主成分を
有する材料で形成されてもよい。
【００２３】
【発明の効果】この発明によれば、良好な共振特性およ
び良好な共振周波数の温度特性を有し、素子の割れなど
による不良が少ない圧電薄膜共振子が得られる。
び良好な共振周波数の温度特性を有し、素子の割れなど
による不良が少ない圧電薄膜共振子が得られる。
【図１】この発明にかかる圧電薄膜共振子の一例を示す
断面図解図である。
断面図解図である。
【図２】この発明にかかる圧電薄膜共振子の他の例を示
す断面図解図である。
す断面図解図である。
【図３】従来の圧電薄膜共振子の一例を示す断面図解図
である。
である。
【図４】従来の圧電薄膜共振子の他の例を示す断面図解
図である。
図である。
【図５】従来の圧電薄膜共振子のさらに他の例を示す断
面図解図である。
面図解図である。
１０ 圧電薄膜共振子 １２ Ｓｉ基板 １４ ＡｌＮ圧電薄膜 １６ａ 下層電極 １６ｂ 上層電極 １８ ＡｌＮ圧電薄膜 ２０ 空洞 ２２ ＡｌＮ圧電薄膜
Claims (11)
- 【請求項１】 空洞を有する基板、 前記基板上に形成される薄膜、 前記薄膜上に形成される下層電極、 前記下層電極上に形成される圧電薄膜、および前記圧電
薄膜上に形成される上層電極を含む圧電薄膜共振子にお
いて、 前記薄膜および前記圧電薄膜を同一の材料または同一の
主成分を有する材料で形成したことを特徴とする、圧電
薄膜共振子。 - 【請求項２】 前記薄膜および前記圧電薄膜は、それぞ
れ、ＡｌＮを主成分とするＡｌＮ圧電薄膜である、請求
項１に記載の圧電薄膜共振子。 - 【請求項３】 前記薄膜および前記圧電薄膜は、それぞ
れ、Ａｒと窒素との混合ガスを用いるスパッタリング法
で形成され、内部応力が零応力程度とされる、請求項１
または請求項２に記載の圧電薄膜共振子。 - 【請求項４】 前記薄膜および前記圧電薄膜は、それぞ
れ、ガス圧が０．５Ｐａ〜１．２Ｐａの範囲のＡｒと窒
素との混合ガスを用いるスパッタリング法で形成され
る、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載に圧電薄
膜共振子。 - 【請求項５】 前記薄膜は配向している、請求項１ない
し請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。 - 【請求項６】 前記薄膜は、窒素ガスの流量比が２０％
〜３０％の範囲のＡｒと窒素との混合ガスを用いるスパ
ッタリング法で形成される、請求項１ないし請求項５の
いずれかに記載の圧電薄膜共振子。 - 【請求項７】 前記薄膜、前記下層電極、前記圧電薄膜
および前記上層電極は、それぞれ、Ａｌを主成分とする
ターゲットを用いたスパッタリング法で形成される、請
求項１ないし請求項６のいずれかに記載の圧電薄膜共振
子。 - 【請求項８】 前記下層電極は、（１１１）優先配向し
やすい面心立方構造を有する金属材料で形成される、請
求項１ないし請求項７のいずれかに記載の圧電薄膜共振
子。 - 【請求項９】 前記薄膜、前記下層電極、前記圧電薄膜
および前記上層電極は、真空を破ることなく形成され
る、請求項７に記載の圧電薄膜共振子。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の圧電薄膜共振子を含む、フィルタ。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の圧電薄膜共振子または請求項１０に記載のフィル
タを含む、電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262839A JP4016583B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262839A JP4016583B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076824A true JP2002076824A (ja) | 2002-03-15 |
| JP4016583B2 JP4016583B2 (ja) | 2007-12-05 |
Family
ID=18750459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000262839A Expired - Lifetime JP4016583B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4016583B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004095843A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Tdk Corp | 電子デバイス用基板および電子デバイス |
| EP1469599A3 (en) * | 2003-04-18 | 2005-05-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Air gap type FBAR, duplexer using the FBAR, and fabricating methods thereof |
| US6930440B2 (en) | 2002-10-31 | 2005-08-16 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Tuning fork type crystal unit and bar type crystal unit |
| JP2005536098A (ja) * | 2002-08-13 | 2005-11-24 | トリコン テクノロジーズ リミティド | 音響共振器 |
| JP2006246290A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Ube Ind Ltd | 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ |
| JP2007228341A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Ngk Insulators Ltd | 圧電薄膜デバイス |
| JP2008160654A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Ube Ind Ltd | 集積化分波器 |
| CN100461630C (zh) * | 2006-01-19 | 2009-02-11 | 湖北大学 | 具有ain晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法 |
| US7501739B2 (en) | 2004-04-30 | 2009-03-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin film piezoelectric resonator and manufacturing process thereof |
| US7504910B2 (en) | 2004-04-30 | 2009-03-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Thin-film piezoelectric resonator utilizing a second or higher harmonic mode |
| JP4924993B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2012-04-25 | 宇部興産株式会社 | 薄膜圧電共振器とその製造方法 |
| CN112452694A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-03-09 | 长江大学 | 多频压电式微型超声换能器单元、阵列和方法 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000262839A patent/JP4016583B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536098A (ja) * | 2002-08-13 | 2005-11-24 | トリコン テクノロジーズ リミティド | 音響共振器 |
| JP2004095843A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Tdk Corp | 電子デバイス用基板および電子デバイス |
| US6930440B2 (en) | 2002-10-31 | 2005-08-16 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Tuning fork type crystal unit and bar type crystal unit |
| US7233218B2 (en) | 2003-04-18 | 2007-06-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Air-gap type FBAR, and duplexer using the FBAR |
| US7053730B2 (en) | 2003-04-18 | 2006-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fabricating methods for air-gap type FBARs and duplexers including securing a resonating part substrate to a cavity forming substrate |
| EP1469599A3 (en) * | 2003-04-18 | 2005-05-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Air gap type FBAR, duplexer using the FBAR, and fabricating methods thereof |
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| US7504910B2 (en) | 2004-04-30 | 2009-03-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Thin-film piezoelectric resonator utilizing a second or higher harmonic mode |
| JP2006246290A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Ube Ind Ltd | 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ |
| CN100461630C (zh) * | 2006-01-19 | 2009-02-11 | 湖北大学 | 具有ain晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法 |
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| CN112452694A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-03-09 | 长江大学 | 多频压电式微型超声换能器单元、阵列和方法 |
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|---|---|
| JP4016583B2 (ja) | 2007-12-05 |
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