JP2003289235A - 薄膜圧電共振子 - Google Patents
薄膜圧電共振子Info
- Publication number
- JP2003289235A JP2003289235A JP2002091593A JP2002091593A JP2003289235A JP 2003289235 A JP2003289235 A JP 2003289235A JP 2002091593 A JP2002091593 A JP 2002091593A JP 2002091593 A JP2002091593 A JP 2002091593A JP 2003289235 A JP2003289235 A JP 2003289235A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- thin film
- substrate
- piezoelectric
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 69
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 5
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 102100027782 ATP synthase-coupling factor 6, mitochondrial Human genes 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010043287 F(6) ATPase Proteins 0.000 description 1
- 244000228957 Ferula foetida Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/173—Air-gaps
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02149—Means for compensation or elimination of undesirable effects of ageing changes of characteristics, e.g. electro-acousto-migration
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
- H03H2003/0414—Resonance frequency
- H03H2003/0421—Modification of the thickness of an element
- H03H2003/0442—Modification of the thickness of an element of a non-piezoelectric layer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 エッチングによる共振励振部のダメージをな
くし、電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値が極め
て高い薄膜圧電共振子、リソグラフィ工程数を増加する
ことなく複数の異なる共振周波数を有する薄膜圧電共振
子を同一基板上に作成することができる薄膜圧電共振子
を提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板２１内に空洞２２を
具備している。内部空洞２２上の単結晶シリコン層２３
上に第１電極２４、圧電体膜２５、第２電極２６からな
る圧電励振部２７を有する薄膜圧電共振子。
くし、電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値が極め
て高い薄膜圧電共振子、リソグラフィ工程数を増加する
ことなく複数の異なる共振周波数を有する薄膜圧電共振
子を同一基板上に作成することができる薄膜圧電共振子
を提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板２１内に空洞２２を
具備している。内部空洞２２上の単結晶シリコン層２３
上に第１電極２４、圧電体膜２５、第２電極２６からな
る圧電励振部２７を有する薄膜圧電共振子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜圧電共振子に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体膜の厚み縦共振を使用した薄膜圧
電共振子は、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）或いはＢＡＷ（Ｂｕｌ
ｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子と呼ばれてお
り、非常に小さなデバイス寸法でＧＨｚ帯以上の領域で
高い励振効率と鋭い共振特性が得られることから、移動
体無線などのＲＦフィルタや電圧制御発振器への応用に
有望視されている。
電共振子は、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）或いはＢＡＷ（Ｂｕｌ
ｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子と呼ばれてお
り、非常に小さなデバイス寸法でＧＨｚ帯以上の領域で
高い励振効率と鋭い共振特性が得られることから、移動
体無線などのＲＦフィルタや電圧制御発振器への応用に
有望視されている。
【０００３】薄膜圧電共振子は、共振周波数が圧電体膜
の音速と膜厚によって決まり、通常圧電体膜の厚さが１
μｍから２μｍで２ＧＨｚに、厚さが０．４μｍから
０．８μｍで５ＧＨｚに対応し、数十ＧＨｚまでの高周
波数化が可能である。
の音速と膜厚によって決まり、通常圧電体膜の厚さが１
μｍから２μｍで２ＧＨｚに、厚さが０．４μｍから
０．８μｍで５ＧＨｚに対応し、数十ＧＨｚまでの高周
波数化が可能である。
【０００４】図６に、この薄膜圧電共振子を用いた梯子
型フィルタの回路図を示す。
型フィルタの回路図を示す。
【０００５】図６に示すように、薄膜圧電共振子を直列
及び並列に複数個接続して梯子型フィルタを形成するこ
とにより、移動体通信機のＲＦフィルタとして利用する
ことができる。
及び並列に複数個接続して梯子型フィルタを形成するこ
とにより、移動体通信機のＲＦフィルタとして利用する
ことができる。
【０００６】図７に、薄膜圧電共振子を用いた電圧制御
共振器の回路図を示す。
共振器の回路図を示す。
【０００７】図７に示すように、薄膜圧電共振子、帰還
抵抗、ダンピング抵抗、負荷容量及びＣＭＯＳインバー
タ増幅器を接続することで、移動体通信機の電圧制御発
振器として利用することができる。
抵抗、ダンピング抵抗、負荷容量及びＣＭＯＳインバー
タ増幅器を接続することで、移動体通信機の電圧制御発
振器として利用することができる。
【０００８】薄膜圧電共振子の性能は、電気機械結合係
数ｋｔ ２と、品質係数Ｑ値で表すことができる。
数ｋｔ ２と、品質係数Ｑ値で表すことができる。
【０００９】電気機械結合係数ｋｔ ２が大きいほど広帯
域のＲＦフィルタや、広帯域の電圧制御共振器を作成す
ることができる。電気機械結合係数ｋｔ ２を上げるため
には、圧電体膜結晶固有の電気機械結合係数ｋｔ ２の大
きいものを使用し、かつ圧電体膜結晶の分極軸を膜の厚
み方向に揃えて共振子とすることが重要である。
域のＲＦフィルタや、広帯域の電圧制御共振器を作成す
ることができる。電気機械結合係数ｋｔ ２を上げるため
には、圧電体膜結晶固有の電気機械結合係数ｋｔ ２の大
きいものを使用し、かつ圧電体膜結晶の分極軸を膜の厚
み方向に揃えて共振子とすることが重要である。
【００１０】また、品質係数Ｑ値は、ＲＦフィルタを形
成したときの挿入損失や、電圧制御共振器の発振の純度
に関連する。発振は、弾性波を吸収するような多様な現
象が関係しており、圧電体膜結晶の純度を高め、結晶方
位をそろえ、また分極方向の揃った圧電体膜を使用する
ことで、大きな品質係数Ｑ値を得ることができる。
成したときの挿入損失や、電圧制御共振器の発振の純度
に関連する。発振は、弾性波を吸収するような多様な現
象が関係しており、圧電体膜結晶の純度を高め、結晶方
位をそろえ、また分極方向の揃った圧電体膜を使用する
ことで、大きな品質係数Ｑ値を得ることができる。
【００１１】図８を用いて、従来の代表的な薄膜圧電共
振子の構造及び製造方法について、説明する。
振子の構造及び製造方法について、説明する。
【００１２】図８（ａ）に示すように、シリコン基板１
０１上に異方性エッチングにより窪み１０２を形成す
る。このときシリコン基板１０１上には、自然酸化膜１
０３が形成されている。
０１上に異方性エッチングにより窪み１０２を形成す
る。このときシリコン基板１０１上には、自然酸化膜１
０３が形成されている。
【００１３】次に、図８（ｂ）に示すように、シリコン
基板１０１上にエッチングしやすい犠牲層１０５（例え
ばホウ素やリンをドープしたシリケートガラス、ＢＰＳ
Ｇ（BoroPhosphoSilicate Glass）を用いることができ
る）を形成する。
基板１０１上にエッチングしやすい犠牲層１０５（例え
ばホウ素やリンをドープしたシリケートガラス、ＢＰＳ
Ｇ（BoroPhosphoSilicate Glass）を用いることができ
る）を形成する。
【００１４】次に、図８（ｃ）に示すように、犠牲層１
０５の表面を、シリコンの窪み１０２以外の部分でシリ
コン基板１０１面が現れるまで研磨する。
０５の表面を、シリコンの窪み１０２以外の部分でシリ
コン基板１０１面が現れるまで研磨する。
【００１５】次に、図８（ｄ）に示すように、犠牲層１
０５上に、下部電極１１１、圧電体膜１１２及び上部電
極１１３を順に堆積する。下部電極１１１、圧電体膜１
１２及び上部電極１１３の積層構造１１０が圧電励振部
となる。
０５上に、下部電極１１１、圧電体膜１１２及び上部電
極１１３を順に堆積する。下部電極１１１、圧電体膜１
１２及び上部電極１１３の積層構造１１０が圧電励振部
となる。
【００１６】次に、図８（ｅ）に示すように、犠牲層１
０５に達するまで前記下部電極１１１、圧電体膜１１２
及び上部電極１１３に穴をあけて（図示せず）、選択エ
ッチングにより犠牲層１０５を除去して、窪み１０２を
露出させる。
０５に達するまで前記下部電極１１１、圧電体膜１１２
及び上部電極１１３に穴をあけて（図示せず）、選択エ
ッチングにより犠牲層１０５を除去して、窪み１０２を
露出させる。
【００１７】このようなプロセスにより圧電共振子は完
成する。しかしながらこの方法では、圧電励振部１１０
である下部電極１１１、圧電体膜１１２及び上部電極１
１３の積層構造を形成した後に、犠牲層１０５をエッチ
ング除去しなくてはない。
成する。しかしながらこの方法では、圧電励振部１１０
である下部電極１１１、圧電体膜１１２及び上部電極１
１３の積層構造を形成した後に、犠牲層１０５をエッチ
ング除去しなくてはない。
【００１８】このエッチングには、通常強酸や強アルカ
リなどを用いた長時間の処理が必要であり、圧電励振部
１１０がダメージを受けてしまうという問題がある。こ
のダメージによって、特に圧電体膜１１２の結晶性を損
ない、電気機械結合係数ｋｔ ２が小さくなってしまい、
また、品質係数Ｑ値が著しく低下してしまうという問題
が生じる。
リなどを用いた長時間の処理が必要であり、圧電励振部
１１０がダメージを受けてしまうという問題がある。こ
のダメージによって、特に圧電体膜１１２の結晶性を損
ない、電気機械結合係数ｋｔ ２が小さくなってしまい、
また、品質係数Ｑ値が著しく低下してしまうという問題
が生じる。
【００１９】また、予めシリコン基板１０１上にトラン
ジスタなどを作りこんだＩＣに、薄膜圧電共振子を作成
する場合、トランジスタなどにダメージを与える恐れが
ある。
ジスタなどを作りこんだＩＣに、薄膜圧電共振子を作成
する場合、トランジスタなどにダメージを与える恐れが
ある。
【００２０】また、今後の移動無線端末には、複数の異
なる共振周波数を有する薄膜圧電共振子を同一基板上に
形成したマルチバンド対応の薄膜圧電共振子が望まれて
いる。
なる共振周波数を有する薄膜圧電共振子を同一基板上に
形成したマルチバンド対応の薄膜圧電共振子が望まれて
いる。
【００２１】例えば、マルチバンド対応の携帯電話で
は、各バンドの周波数に対応するＲＦフィルタや電圧制
御発振器が必要である。
は、各バンドの周波数に対応するＲＦフィルタや電圧制
御発振器が必要である。
【００２２】また、単一バンドの携帯電話においても、
チャネルフィルタを使用したＲＦ回路を採用する場合に
は、チャネルの数に応じた周波数の異なるＲＦフィルタ
が必要である。
チャネルフィルタを使用したＲＦ回路を採用する場合に
は、チャネルの数に応じた周波数の異なるＲＦフィルタ
が必要である。
【００２３】例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ方式においては、６
０ＭＨｚのバンド幅が１２個の５ＭＨｚのチャネルに分
割されているので、５ＭＨｚづつ周波数の異なる最低１
２種類の狭帯域薄膜圧電共振子が必要になる。
０ＭＨｚのバンド幅が１２個の５ＭＨｚのチャネルに分
割されているので、５ＭＨｚづつ周波数の異なる最低１
２種類の狭帯域薄膜圧電共振子が必要になる。
【００２４】図８で説明したような従来の薄膜圧電共振
子の構造では、各周波数に対応するように圧電体膜の厚
さ或いは電極の厚さを調整して、異なる厚さの薄膜圧電
共振子を同一基板上に作成する必要がある。これは圧電
体膜の厚さ或いは電極の厚さによって、周波数帯を異な
らせることが可能であるためである。
子の構造では、各周波数に対応するように圧電体膜の厚
さ或いは電極の厚さを調整して、異なる厚さの薄膜圧電
共振子を同一基板上に作成する必要がある。これは圧電
体膜の厚さ或いは電極の厚さによって、周波数帯を異な
らせることが可能であるためである。
【００２５】しかしながら同一基板上に、異なる厚さの
圧電体膜等を作成するためには、それぞれの膜厚に形成
するためのリソグラフィ工程が増大し、非常に大きな問
題になる。
圧電体膜等を作成するためには、それぞれの膜厚に形成
するためのリソグラフィ工程が増大し、非常に大きな問
題になる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の薄膜圧電共振子は、空洞部を作成するためのエッチン
グ工程によって、圧電体膜にダメージを与えるために、
電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値を著しく低下
してしまうという問題があった。
の薄膜圧電共振子は、空洞部を作成するためのエッチン
グ工程によって、圧電体膜にダメージを与えるために、
電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値を著しく低下
してしまうという問題があった。
【００２７】また、従来の薄膜圧電共振器は、マルチバ
ンド対応にするためには、異なる厚さの圧電体膜を形成
するためのリソグラフィ工程数が増加するという問題が
あった。
ンド対応にするためには、異なる厚さの圧電体膜を形成
するためのリソグラフィ工程数が増加するという問題が
あった。
【００２８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、エッチングによる共振励振部のダメージをな
くし、電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値が極め
て高い薄膜圧電共振子を提供することを目的とする。
のであり、エッチングによる共振励振部のダメージをな
くし、電気機械結合係数ｋｔ ２及び品質係数Ｑ値が極め
て高い薄膜圧電共振子を提供することを目的とする。
【００２９】また、本発明は、リソグラフィ工程数を増
加することなく複数の異なる共振周波数を有する薄膜圧
電共振子を同一基板上に作成することができる薄膜圧電
共振子を提供することを目的とする。
加することなく複数の異なる共振周波数を有する薄膜圧
電共振子を同一基板上に作成することができる薄膜圧電
共振子を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内部空洞を有する半導体或いは絶縁体基
板と、前記内部空洞上の前記基板表面上に形成された第
１電極と、前記第１電極上に形成された圧電体膜と、前
記圧電体膜上に形成された第２電極とを具備することを
特徴とする薄膜圧電共振子を提供する。
に、本発明は、内部空洞を有する半導体或いは絶縁体基
板と、前記内部空洞上の前記基板表面上に形成された第
１電極と、前記第１電極上に形成された圧電体膜と、前
記圧電体膜上に形成された第２電極とを具備することを
特徴とする薄膜圧電共振子を提供する。
【００３１】また、本発明は、複数の内部空洞を有する
半導体或いは絶縁体基板と、前記複数の内部空洞上の前
記基板表面上にそれぞれ形成された複数の第１電極と、
前記第１電極上にそれぞれ形成された圧電体膜と、前記
圧電体膜上にそれぞれ形成された第２電極とを具備し、
前記複数の第１電極下に位置する前記基板表面から前記
内部空洞に至る部分の厚さが、それぞれ異なることを特
徴とする薄膜圧電共振子を提供する。
半導体或いは絶縁体基板と、前記複数の内部空洞上の前
記基板表面上にそれぞれ形成された複数の第１電極と、
前記第１電極上にそれぞれ形成された圧電体膜と、前記
圧電体膜上にそれぞれ形成された第２電極とを具備し、
前記複数の第１電極下に位置する前記基板表面から前記
内部空洞に至る部分の厚さが、それぞれ異なることを特
徴とする薄膜圧電共振子を提供する。
【００３２】このとき、前記基板表面から前記内部空洞
に至る部分の厚さが、それぞれ異なることによって、そ
れぞれ異なる共振周波数を持つ。
に至る部分の厚さが、それぞれ異なることによって、そ
れぞれ異なる共振周波数を持つ。
【００３３】また、前記基板がシリコン基板であり、前
記第１電極、前記圧電体膜及び前記第２電極が、前記シ
リコン基板表面上に、エピタキシャル成長していること
が好ましい。
記第１電極、前記圧電体膜及び前記第２電極が、前記シ
リコン基板表面上に、エピタキシャル成長していること
が好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以
下の実施形態に限定するものではなく、種々工夫して用
いることができる。
て、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以
下の実施形態に限定するものではなく、種々工夫して用
いることができる。
【００３５】（実施形態１）図１に、本発明の実施携帯
に関わる薄膜圧電共振子の各主要工程における断面図を
示す。
に関わる薄膜圧電共振子の各主要工程における断面図を
示す。
【００３６】先ず、図１（ａ）に示すように、内部に層
状の空洞２２を有する単結晶シリコン基板２１を準備す
る。このとき内部空洞２２上に位置するシリコン基板２
１の表面部分の厚さｄは、０．８μｍとする。また、単
結晶シリコン基板２１は、絶縁性を示している。また、
単結晶シリコン基板２１の表面は、（１１１）面を示
す。このような空洞２２を有する単結晶シリコン基板２
１の作成方法は、後述する。
状の空洞２２を有する単結晶シリコン基板２１を準備す
る。このとき内部空洞２２上に位置するシリコン基板２
１の表面部分の厚さｄは、０．８μｍとする。また、単
結晶シリコン基板２１は、絶縁性を示している。また、
単結晶シリコン基板２１の表面は、（１１１）面を示
す。このような空洞２２を有する単結晶シリコン基板２
１の作成方法は、後述する。
【００３７】次に、図１（ｂ）に示すように、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
シリコン基板２１の表面にＴｉＮバリア層（図示せず）
を形成し、この上に膜厚方向に（１１１）方位に配向し
たイリジウム（Ｉｒ）膜をエピタキシャル成長させる。
イリジウム膜の膜厚は、１００ｎｍである。次に、イリ
ジウム膜をリソグラフィ及び反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりパターニングして、第１電極２４を形
成する。
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
シリコン基板２１の表面にＴｉＮバリア層（図示せず）
を形成し、この上に膜厚方向に（１１１）方位に配向し
たイリジウム（Ｉｒ）膜をエピタキシャル成長させる。
イリジウム膜の膜厚は、１００ｎｍである。次に、イリ
ジウム膜をリソグラフィ及び反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりパターニングして、第１電極２４を形
成する。
【００３８】次に、図１（ｃ）に示すように、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
膜厚方向に（０００１）方位に配向したアルミナイトラ
イド（ＡｌＮ）からなる圧電体膜２５をエピタキシャル
成長させる。圧電体膜２５の膜厚は０．６μｍである。
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
膜厚方向に（０００１）方位に配向したアルミナイトラ
イド（ＡｌＮ）からなる圧電体膜２５をエピタキシャル
成長させる。圧電体膜２５の膜厚は０．６μｍである。
【００３９】次に、図１（ｄ）に示すように、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法により、白金（Ｐｔ）膜をエピタキ
シャル成長させる。白金膜の膜厚は１００ｎｍである。
次に、白金膜をリソグラフィ及びＲＩＥによりパターニ
ングして、第２電極２６を形成する。このようにして、
シリコン基板２１の空洞２２上に、共振部２７を持つ薄
膜圧電共振子を完成させた。
ネトロンスパッタ法により、白金（Ｐｔ）膜をエピタキ
シャル成長させる。白金膜の膜厚は１００ｎｍである。
次に、白金膜をリソグラフィ及びＲＩＥによりパターニ
ングして、第２電極２６を形成する。このようにして、
シリコン基板２１の空洞２２上に、共振部２７を持つ薄
膜圧電共振子を完成させた。
【００４０】このようにして作成した薄膜圧電共振子の
周波数特性を測定したところ、共振周波数は２．１ＧＨ
ｚであり、電気機械結合係数は５．５％、品質係数Ｑは
１７００と大変特性に優れた特性を示すことが確認され
た。
周波数特性を測定したところ、共振周波数は２．１ＧＨ
ｚであり、電気機械結合係数は５．５％、品質係数Ｑは
１７００と大変特性に優れた特性を示すことが確認され
た。
【００４１】この基板表面部の厚さｄを含めて共振部と
なるので、この部分の厚さを調整することで周波数帯を
調整することができる。そこで所望のＧＨｚ帯を実現さ
せるためには、空洞２２上の基板表面部の厚さｄが１０
μｍ以下とすることが好ましい。
なるので、この部分の厚さを調整することで周波数帯を
調整することができる。そこで所望のＧＨｚ帯を実現さ
せるためには、空洞２２上の基板表面部の厚さｄが１０
μｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】また、基板として、単結晶半導体を用いる
ことで、電極及び圧電体膜をエピタキシャル成長させる
ことが可能となる。
ことで、電極及び圧電体膜をエピタキシャル成長させる
ことが可能となる。
【００４３】本実施形態では、従来から用いられている
ような犠牲層の選択エッチングを用いることなく、基板
中に形成された板状の空洞２２の上部に存在する表面部
の単結晶半導体層を下地として、この上に第１電極２
４、圧電体膜２５及び第２電極２６の積層構造を作成し
ている。したがって選択エッチングによる励振部のダメ
ージを生じることなく、高い電気機械結合係数及び品質
係数を実現できる。
ような犠牲層の選択エッチングを用いることなく、基板
中に形成された板状の空洞２２の上部に存在する表面部
の単結晶半導体層を下地として、この上に第１電極２
４、圧電体膜２５及び第２電極２６の積層構造を作成し
ている。したがって選択エッチングによる励振部のダメ
ージを生じることなく、高い電気機械結合係数及び品質
係数を実現できる。
【００４４】また、本実施形態の共振子では、単結晶表
面部の厚さｄと第１電極２４、圧電体膜２５及び第２電
極２６のトータルの厚みが発振半波長のｎ倍（ｎは次
数）になる条件である。一般に共振の次数が高くなる
と、電気機械結合係数が低下するので、少なくても３次
の共振以下、可能であれば基本（１次）共振で使用する
のが望ましい。
面部の厚さｄと第１電極２４、圧電体膜２５及び第２電
極２６のトータルの厚みが発振半波長のｎ倍（ｎは次
数）になる条件である。一般に共振の次数が高くなる
と、電気機械結合係数が低下するので、少なくても３次
の共振以下、可能であれば基本（１次）共振で使用する
のが望ましい。
【００４５】また電気機械結合係数は、圧電体膜２５の
膜厚の全厚に対する割合が低下するに従い緩やかに低下
する。したがって、広帯域のフィルタや発振器に使用す
る場合は膜厚割合が０．５程度以上で使用することが望
ましい。また、狭帯域のフィルタや発振器に使用する場
合は、０．０５程度以上で使用することが望ましい。
膜厚の全厚に対する割合が低下するに従い緩やかに低下
する。したがって、広帯域のフィルタや発振器に使用す
る場合は膜厚割合が０．５程度以上で使用することが望
ましい。また、狭帯域のフィルタや発振器に使用する場
合は、０．０５程度以上で使用することが望ましい。
【００４６】また共振器の品質係数Ｑについては、単結
晶シリコンの品質係数が５０００程度と大きいため、内
部空洞２２上の基板表面部に存在するシリコン層の膜厚
の割合が増えるほど品質係数Ｑ値は向上するため問題は
生じない。
晶シリコンの品質係数が５０００程度と大きいため、内
部空洞２２上の基板表面部に存在するシリコン層の膜厚
の割合が増えるほど品質係数Ｑ値は向上するため問題は
生じない。
【００４７】次に、図２を用いて、層状の空洞を内部に
有する単結晶シリコン基板の作成方法について説明す
る。ここでは、ＳＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｎｏｔ
ｈｉｎｇ）技術を使用する。
有する単結晶シリコン基板の作成方法について説明す
る。ここでは、ＳＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｎｏｔ
ｈｉｎｇ）技術を使用する。
【００４８】先ず、図２（ａ）に示すように、リソグラ
フィ及び反応性イオンエッチングによりシリコン基板２
１上に、密にトレンチ９０を形成する。
フィ及び反応性イオンエッチングによりシリコン基板２
１上に、密にトレンチ９０を形成する。
【００４９】次に、図２（ｂ）に示すように、高温の水
素雰囲気中でリフローを行うと、シリコン基板２１内部
ので、トレンチ９０が球状に丸まろうとする。
素雰囲気中でリフローを行うと、シリコン基板２１内部
ので、トレンチ９０が球状に丸まろうとする。
【００５０】最後に、図２（ｃ）に示すように、トレン
チが横方向につながって、空洞２２が形成される。この
方法を用いて図１の空洞２２を有する単結晶シリコン基
板２１を作成した。
チが横方向につながって、空洞２２が形成される。この
方法を用いて図１の空洞２２を有する単結晶シリコン基
板２１を作成した。
【００５１】また、内部空洞２２や内部空洞２２上の単
結晶シリコン層の厚さは、トレンチの径、深さ、隣接距
離により制御することが可能である。また複数の空洞を
形成することができる。
結晶シリコン層の厚さは、トレンチの径、深さ、隣接距
離により制御することが可能である。また複数の空洞を
形成することができる。
【００５２】複数の空洞間（図２に示すような表面の半
空洞とその下部の空洞間を含む）に形成されるシリコン
層の厚さｔは、トレンチの半径をｒ、間隔をｄとする
と、 ｔ＝２７．９ｒ３／ｄ２・・・（１）式 であらわされるので、トレンチの半径と間隔のみで決ま
り、トレンチの深さに因らない。したがってリソグラフ
ィ条件のみでシリコン層の膜厚が決定されるので、エッ
チングレート等のプロセス条件に因らずに一定の厚さの
シリコン層が形成できる。
空洞とその下部の空洞間を含む）に形成されるシリコン
層の厚さｔは、トレンチの半径をｒ、間隔をｄとする
と、 ｔ＝２７．９ｒ３／ｄ２・・・（１）式 であらわされるので、トレンチの半径と間隔のみで決ま
り、トレンチの深さに因らない。したがってリソグラフ
ィ条件のみでシリコン層の膜厚が決定されるので、エッ
チングレート等のプロセス条件に因らずに一定の厚さの
シリコン層が形成できる。
【００５３】また、（１）式により広い範囲の膜厚のシ
リコン層が１回の工程で作製できるという非常に大きな
利点を有している。
リコン層が１回の工程で作製できるという非常に大きな
利点を有している。
【００５４】また、圧電体膜として、ＡｌＮやＺｎＯな
どの六方晶系の圧電膜を使用する場合には、（１１１）
面を有する単結晶シリコン層を下地として使用できる。
どの六方晶系の圧電膜を使用する場合には、（１１１）
面を有する単結晶シリコン層を下地として使用できる。
【００５５】また、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）
やＢａＴｉＯ３といったペロブスカイト結晶系の強誘電
体を圧電膜として使用することができる。この場合に
は、（１００）面を有する単結晶シリコン層を使用する
ことができる。
やＢａＴｉＯ３といったペロブスカイト結晶系の強誘電
体を圧電膜として使用することができる。この場合に
は、（１００）面を有する単結晶シリコン層を使用する
ことができる。
【００５６】（実施形態２）次に、本発明の実施形態２
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
【００５７】本実施形態では、内部空洞２２を有する基
板２１として、（１００）面を有する単結晶シリコン基
板を使用し、第１電極２４として膜厚方向に（１００）
方位に配向したＰｔエピタキシャル膜、圧電膜２５とし
て膜厚方向に（００１）方位に配向したＢａＴｉＯ３エ
ピタキシャル膜を使用した。その他の構造及びプロセス
は、実施形態１と同様である。
板２１として、（１００）面を有する単結晶シリコン基
板を使用し、第１電極２４として膜厚方向に（１００）
方位に配向したＰｔエピタキシャル膜、圧電膜２５とし
て膜厚方向に（００１）方位に配向したＢａＴｉＯ３エ
ピタキシャル膜を使用した。その他の構造及びプロセス
は、実施形態１と同様である。
【００５８】このようにして作成された薄膜圧電共振子
の周波数特性を測定したところ、共振周波数は２．２Ｇ
Ｈｚであり、電気機械結合係数は１３％、品質係数Ｑは
１２００と大変特性に優れたものであった。
の周波数特性を測定したところ、共振周波数は２．２Ｇ
Ｈｚであり、電気機械結合係数は１３％、品質係数Ｑは
１２００と大変特性に優れたものであった。
【００５９】（実施形態３）次に、本発明の実施形態３
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
【００６０】本実施形態では、内部空洞２２を有する基
板２１として、無アルカリガラス基板を使用し、第１電
極２４として膜厚方向に（１１１）方位に配向したＡｌ
配向膜、圧電体膜として膜厚方向に（０００１）方位に
配向したＡｌＮ配向膜を使用した。その他の構造及びプ
ロセスは、実施形態１と同様である。
板２１として、無アルカリガラス基板を使用し、第１電
極２４として膜厚方向に（１１１）方位に配向したＡｌ
配向膜、圧電体膜として膜厚方向に（０００１）方位に
配向したＡｌＮ配向膜を使用した。その他の構造及びプ
ロセスは、実施形態１と同様である。
【００６１】ガラス基板の場合は、ガラス転移点以上の
温度にて、酸素雰囲気中でリフローを行うことにより、
内部に空洞やガラス層を形成することができる。本実施
形態では、無アルカリガラスとしてコーニング１７３７
を使用し、酸素雰囲気中で９２０℃１０分間のリフロー
処理を行うことによって、内部空洞２２を有する基板２
１を作成した。
温度にて、酸素雰囲気中でリフローを行うことにより、
内部に空洞やガラス層を形成することができる。本実施
形態では、無アルカリガラスとしてコーニング１７３７
を使用し、酸素雰囲気中で９２０℃１０分間のリフロー
処理を行うことによって、内部空洞２２を有する基板２
１を作成した。
【００６２】また、ガラス基板の上には、室温ないし３
００℃程度の基板温度のスパッタ成膜法により、薄膜圧
電共振子に適した膜厚方向に（１１１）方位に配向した
Ａｌ電極や、膜厚方向に（０００１）方位に配向したＡ
ｌＮ圧電膜を作成することが可能である。
００℃程度の基板温度のスパッタ成膜法により、薄膜圧
電共振子に適した膜厚方向に（１１１）方位に配向した
Ａｌ電極や、膜厚方向に（０００１）方位に配向したＡ
ｌＮ圧電膜を作成することが可能である。
【００６３】このようにして作成された薄膜圧電共振子
の周波数特性を測定したところ、共振周波数は２.８Ｇ
Ｈｚであり、電気機械結合係数は６％、品質係数Ｑは１
７００と大変特性に優れたものであった。
の周波数特性を測定したところ、共振周波数は２.８Ｇ
Ｈｚであり、電気機械結合係数は６％、品質係数Ｑは１
７００と大変特性に優れたものであった。
【００６４】（実施形態４）次に、本発明の実施形態４
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
に関わる薄膜圧電共振子について説明する。
【００６５】本実施形態では、内部空洞上の基板表面部
の単結晶シリコン層を、３種類の異なる厚さにて形成
し、３種類の共振周波数を持つ薄膜圧電共振子を単一の
工程で作成した。
の単結晶シリコン層を、３種類の異なる厚さにて形成
し、３種類の共振周波数を持つ薄膜圧電共振子を単一の
工程で作成した。
【００６６】先ず、図３（ａ）に示すように、絶縁性単
結晶シリコン基板２１上に、直径０．３μｍの円柱状の
トレンチを、間隔ｄ１＝１．００μｍ、ｄ２＝１．０５
μｍ、ｄ３＝１．１０μｍの３種類の間隔でパターニン
グする。
結晶シリコン基板２１上に、直径０．３μｍの円柱状の
トレンチを、間隔ｄ１＝１．００μｍ、ｄ２＝１．０５
μｍ、ｄ３＝１．１０μｍの３種類の間隔でパターニン
グする。
【００６７】次に、図３（ｂ）に示すように、水素中で
１１００℃５分間のアニールを行った所、間隔ｄ１、ｄ
２、ｄ３のトレンチ間隔に対応して、それぞれ厚さｔ１
＝０．６０μｍ、ｔ２＝０．５５、ｔ３＝０．５０の３
種類の厚さの異なる単結晶シリコン層をそれぞれの空洞
２２上に作成することがきる。
１１００℃５分間のアニールを行った所、間隔ｄ１、ｄ
２、ｄ３のトレンチ間隔に対応して、それぞれ厚さｔ１
＝０．６０μｍ、ｔ２＝０．５５、ｔ３＝０．５０の３
種類の厚さの異なる単結晶シリコン層をそれぞれの空洞
２２上に作成することがきる。
【００６８】次に、図３（ｃ）に示すように、実施形態
１と同様に厚さ方向に（１１１）方位が配向したイリジ
ウム膜からなる第１電極２４、厚さ方向に（０００１）
方位に配向したＡｌＮ膜からなる圧電体膜２５及びＰｔ
膜からなる第２電極２６を作成する。
１と同様に厚さ方向に（１１１）方位が配向したイリジ
ウム膜からなる第１電極２４、厚さ方向に（０００１）
方位に配向したＡｌＮ膜からなる圧電体膜２５及びＰｔ
膜からなる第２電極２６を作成する。
【００６９】このようにして作成した薄膜圧電共振子の
周波数特性を測定したところ、共振周波数は順に図３
（ｃ）左から順に２．５１ＧＨｚ、２．４１ＧＨｚ、
２．３１ＧＨｚと異なるものが得られ、電気機械結合係
数や品質係数Ｑはどの共振子についてもそれぞれ５．３
％と１４００と大変特性に優れたものであった。
周波数特性を測定したところ、共振周波数は順に図３
（ｃ）左から順に２．５１ＧＨｚ、２．４１ＧＨｚ、
２．３１ＧＨｚと異なるものが得られ、電気機械結合係
数や品質係数Ｑはどの共振子についてもそれぞれ５．３
％と１４００と大変特性に優れたものであった。
【００７０】（実施形態５）次に、本発明の実施形態５
に関わる共振周波数の異なる複数の薄膜圧電共振子を使
用して、異なる発振周波数を持つ電圧制御発振器につい
て説明する。
に関わる共振周波数の異なる複数の薄膜圧電共振子を使
用して、異なる発振周波数を持つ電圧制御発振器につい
て説明する。
【００７１】図４は、本実施形態における電圧制御発振
器のブロック回路図である。
器のブロック回路図である。
【００７２】図４に示すように、この電圧制御発振器５
０は、電源電圧Ｖｃｃ、制御電圧Ｖｃが供給され、周波
数切り替え制御用の端子Ｃｏｎｔ、アースＧＮＤ及び出
力Ｏｕｔの端子を持つ。
０は、電源電圧Ｖｃｃ、制御電圧Ｖｃが供給され、周波
数切り替え制御用の端子Ｃｏｎｔ、アースＧＮＤ及び出
力Ｏｕｔの端子を持つ。
【００７３】また、電圧制御発振器５０にはコルピッツ
発振回路に代表される発振回路５１、これに接続された
可変容量キャパシタ５３、発振回路５１に接続された出
力バッファ５４が内蔵されている。また、共振周波数の
異なる複数の薄膜圧電共振子Ｆ１〜Ｆｎ、これに接続さ
れた切り替え用のスイッチＳ１〜Ｓｎを含む薄膜圧電共
振子選択回路５２を持つ。
発振回路に代表される発振回路５１、これに接続された
可変容量キャパシタ５３、発振回路５１に接続された出
力バッファ５４が内蔵されている。また、共振周波数の
異なる複数の薄膜圧電共振子Ｆ１〜Ｆｎ、これに接続さ
れた切り替え用のスイッチＳ１〜Ｓｎを含む薄膜圧電共
振子選択回路５２を持つ。
【００７４】異なる共振周波数を有する複数の薄膜圧電
共振子Ｆ１〜Ｆｎは、実施形態３で説明したように同一
基板上に作成した。
共振子Ｆ１〜Ｆｎは、実施形態３で説明したように同一
基板上に作成した。
【００７５】このような電圧制御発振器５０を使用する
ことで、制御端子Ｃｏｎｔに入力される選択デジタル信
号及び制御電圧Ｖｃに応じて、各薄膜圧電共振子Ｆ１〜
Ｆｎの共振周波数に相当する、異なる発振周波数を実現
することができた。
ことで、制御端子Ｃｏｎｔに入力される選択デジタル信
号及び制御電圧Ｖｃに応じて、各薄膜圧電共振子Ｆ１〜
Ｆｎの共振周波数に相当する、異なる発振周波数を実現
することができた。
【００７６】（実施形態６）次に、本発明の実施形態６
に関わる薄膜圧電共振子を配線基板上にパッケージした
ものについて説明する。
に関わる薄膜圧電共振子を配線基板上にパッケージした
ものについて説明する。
【００７７】図５は、このパッケージされた薄膜圧電共
振子の各主要工程における断面図である。
振子の各主要工程における断面図である。
【００７８】先ず、図５（ａ）に示すように、既に述べ
たＳＯＮ法により作成した内部に２枚の板状の空洞３
２、これら内部空洞３２に挟まれた厚さ０．８μｍの内
部の単結晶シリコン層３３及び表面部の厚さ０．８μｍ
の単結晶シリコン層３４を有する絶縁性の単結晶シリコ
ン基板３１を用意する。単結晶シリコン基板３１の表面
は、（１１１）面を有する。
たＳＯＮ法により作成した内部に２枚の板状の空洞３
２、これら内部空洞３２に挟まれた厚さ０．８μｍの内
部の単結晶シリコン層３３及び表面部の厚さ０．８μｍ
の単結晶シリコン層３４を有する絶縁性の単結晶シリコ
ン基板３１を用意する。単結晶シリコン基板３１の表面
は、（１１１）面を有する。
【００７９】次に、図５（ｂ）に示すように、表面部の
単結晶シリコン層３４をパターニングにより除去し、内
部の単結晶シリコン層３４を露出させる。
単結晶シリコン層３４をパターニングにより除去し、内
部の単結晶シリコン層３４を露出させる。
【００８０】次に、図５（ｃ）に示すように、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
ＴｉＮバリア層（図示せず）を形成する。次に、膜厚方
向に（１１１）方位に配向したイリジウム膜をエピタキ
シャル成長させた後、リソグラフィ及び反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）によりパターニングして、第１電極
３６を形成する。
ネトロンスパッタ法により基板温度６００℃において、
ＴｉＮバリア層（図示せず）を形成する。次に、膜厚方
向に（１１１）方位に配向したイリジウム膜をエピタキ
シャル成長させた後、リソグラフィ及び反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）によりパターニングして、第１電極
３６を形成する。
【００８１】さらにＲＦマグネトロンスパッタ法により
基板温度６００℃において、膜厚０．６μｍの膜厚方向
に（０００１）方位に配向したＡｌＮ膜からなる圧電体
膜２５をエピタキシャル成長させる。次に、膜厚１００
ｎｍのＰｔ第２電極３６を成長させる。
基板温度６００℃において、膜厚０．６μｍの膜厚方向
に（０００１）方位に配向したＡｌＮ膜からなる圧電体
膜２５をエピタキシャル成長させる。次に、膜厚１００
ｎｍのＰｔ第２電極３６を成長させる。
【００８２】次に、図５（ｄ）に示すように、リソグラ
フィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第
２電極３８及び圧電体膜３７をパターニングする。
フィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第
２電極３８及び圧電体膜３７をパターニングする。
【００８３】次に、図５（ｅ）に示すように、第２電極
３８から内部配線３９により外側へ配線を引き出す。次
に、第１電極及び内部配線３９上にハンダバンプ４０を
形成する。
３８から内部配線３９により外側へ配線を引き出す。次
に、第１電極及び内部配線３９上にハンダバンプ４０を
形成する。
【００８４】次に、図５（ｆ）に示すように、シリコン
基板３１の裏面を研磨して薄層化した後、ダイシングに
より分離して薄膜圧電共振子４１を作成した。最後に、
配線基板４２の上に薄膜圧電共振子４１をリフローによ
り実装する。
基板３１の裏面を研磨して薄層化した後、ダイシングに
より分離して薄膜圧電共振子４１を作成した。最後に、
配線基板４２の上に薄膜圧電共振子４１をリフローによ
り実装する。
【００８５】このようにして薄膜圧電共振子の共振部の
上下に内部空洞を形成して実装したデバイスを簡略なプ
ロセスで実現することが可能になった。
上下に内部空洞を形成して実装したデバイスを簡略なプ
ロセスで実現することが可能になった。
【００８６】
【発明の効果】選択エッチングプロセスなどを使用せず
に薄膜圧電共振子を作成でき、特に同一のプロセスで１
個の基板上に異なる共振周波数を持つ多数の薄膜圧電共
振子を作成することが可能になる。
に薄膜圧電共振子を作成でき、特に同一のプロセスで１
個の基板上に異なる共振周波数を持つ多数の薄膜圧電共
振子を作成することが可能になる。
【図１】 本発明の実施形態１に関わる薄膜圧電共振子
の各主要工程における断面図。
の各主要工程における断面図。
【図２】 内部に空洞を有するシリコン基板の形成の各
主要工程における概略図。
主要工程における概略図。
【図３】 本発明の実施形態４に関わる薄膜圧電共振子
の各主要工程における断面図。
の各主要工程における断面図。
【図４】 本発明の実施形態５に関わる周波数の異なる
薄膜圧電共振子を用いた電圧制御発振器の回路概念図。
薄膜圧電共振子を用いた電圧制御発振器の回路概念図。
【図５】 本発明の実施形態６に関わる薄膜圧電共振器
をパッケージする各主要工程における断面図。
をパッケージする各主要工程における断面図。
【図６】 薄膜圧電共振子を用いた梯子型フィルタの回
路図。
路図。
【図７】 薄膜圧電共振子を用いた電圧制御共振器の回
路図。
路図。
【図８】 従来の薄膜圧電共振子の各主要工程における
断面図。
断面図。
２１・・・単結晶シリコン基板
２２・・・内部空洞
２３・・・単結晶シリコン表面部
２４・・・第１電極
２５・・・圧電体膜
２６・・・第２電極
２７・・・共振部
フロントページの続き
(72)発明者 佐野 賢也
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
Ｆターム(参考） 5J108 BB08 CC11 EE03 EE04 EE13
KK01 KK02 KK07 MM08 MM11
MM14
Claims (4)
- 【請求項１】内部空洞を有する半導体或いは絶縁体基板
と、 前記内部空洞上の前記基板表面上に形成された第１電極
と、 前記第１電極上に形成された圧電体膜と、 前記圧電体膜上に形成された第２電極とを具備すること
を特徴とする薄膜圧電共振子。 - 【請求項２】複数の内部空洞を有する半導体或いは絶縁
体基板と、 前記複数の内部空洞上の前記基板表面上にそれぞれ形成
された複数の第１電極と、 前記第１電極上にそれぞれ形成された圧電体膜と、 前記圧電体膜上にそれぞれ形成された第２電極とを具備
し、 前記複数の第１電極下に位置する前記基板表面から前記
内部空洞に至る部分の厚さが、それぞれ異なることを特
徴とする薄膜圧電共振子。 - 【請求項３】前記基板表面から前記内部空洞に至る部分
の厚さが、それぞれ異なることによって、それぞれ異な
る共振周波数を持つことを特徴とする請求項２記載の薄
膜圧電共振子。 - 【請求項４】前記基板がシリコン基板であり、前記第１
電極、前記圧電体膜及び前記第２電極が、前記シリコン
基板表面上に、エピタキシャル成長していることを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜圧
電共振子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091593A JP3830843B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 薄膜圧電共振子 |
| US10/397,176 US6870445B2 (en) | 2002-03-28 | 2003-03-27 | Thin film bulk acoustic wave resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091593A JP3830843B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 薄膜圧電共振子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289235A true JP2003289235A (ja) | 2003-10-10 |
| JP3830843B2 JP3830843B2 (ja) | 2006-10-11 |
Family
ID=29236642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002091593A Expired - Fee Related JP3830843B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 薄膜圧電共振子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6870445B2 (ja) |
| JP (1) | JP3830843B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006339691A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 圧電薄膜弾性波素子及びこれを用いた情報処理装置 |
| USRE41813E1 (en) | 2003-10-20 | 2010-10-12 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Piezoelectric thin-film resonator and filter using the same |
| JP2015228638A (ja) * | 2013-12-28 | 2015-12-17 | 株式会社弾性波デバイスラボ | 可変周波数弾性波変換器とこれを用いた電子装置 |
| JP2017098781A (ja) * | 2015-11-25 | 2017-06-01 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、超音波プローブ、超音波測定装置及び圧電素子の製造方法 |
| JP2018199291A (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 |
| CN111081562A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-28 | 中芯集成电路（宁波）有限公司 | 芯片的封装方法及芯片封装结构 |
| JP2021064734A (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | Tdk株式会社 | 電子デバイス用素子 |
| CN114301412A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-08 | 苏州达波新材科技有限公司 | 具有改良衬底结构的兰姆波声波器件及其制作方法 |
| WO2022203590A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | Agency For Science, Technology And Research | Resonator and method of forming the same |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005167433A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-06-23 | Tdk Corp | 電気フィルタおよびそれを用いたデュプレクサ |
| US7323805B2 (en) * | 2004-01-28 | 2008-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
| JP4053504B2 (ja) * | 2004-01-30 | 2008-02-27 | 株式会社東芝 | チューナブルフィルタ |
| JP4625260B2 (ja) * | 2004-02-04 | 2011-02-02 | 株式会社日立メディアエレクトロニクス | 薄膜バルク共振子の製造方法 |
| US7227433B2 (en) * | 2004-03-31 | 2007-06-05 | Intel Corporation | Electro mechanical device having a sealed cavity |
| US7514759B1 (en) * | 2004-04-19 | 2009-04-07 | Hrl Laboratories, Llc | Piezoelectric MEMS integration with GaN technology |
| JP2006005485A (ja) * | 2004-06-15 | 2006-01-05 | Toshiba Corp | フィルタ制御装置とフィルタシステム |
| US7276892B2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-10-02 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Resonator based spectrum analyzer and method |
| JP2006345170A (ja) | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器 |
| US8094704B2 (en) * | 2005-09-15 | 2012-01-10 | Avago Technologies Wiresless IP (Singapore) Pte. Ltd. | Detecting wireless channel status from acoustic discrimination of spectral content |
| US7486003B1 (en) * | 2005-09-22 | 2009-02-03 | Sei-Joo Jang | Polymer bulk acoustic resonator |
| EP1770055B1 (en) * | 2005-09-28 | 2008-05-28 | STMicroelectronics S.r.l. | Process for manufacturing thick suspended structures of semiconductor material |
| US20070089513A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-26 | Rosenau Steven A | Resonator based transmitters for capacitive sensors |
| US7429904B2 (en) * | 2005-10-28 | 2008-09-30 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte Ltd | Spread-spectrum radio utilizing MEMS components |
| JP2007174438A (ja) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Toshiba Corp | フィルタ回路及びフィルタを備えた無線通信システム |
| US7608983B2 (en) * | 2006-07-18 | 2009-10-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus, and liquid-droplet jetting apparatus |
| JP2008109402A (ja) * | 2006-10-25 | 2008-05-08 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器およびその製造方法 |
| US7851333B2 (en) * | 2007-03-15 | 2010-12-14 | Infineon Technologies Ag | Apparatus comprising a device and method for producing it |
| FR2927742A1 (fr) * | 2008-02-15 | 2009-08-21 | St Microelectronics Sa | Filtre a resonateur acoustiques de type baw reconfigurable par voie numerique et procede |
| US8448494B2 (en) * | 2008-12-30 | 2013-05-28 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated electronic microbalance plus chemical sensor |
| ATE527754T1 (de) * | 2009-05-20 | 2011-10-15 | St Microelectronics Sa | Akustischer volumenwellenresonator und herstellungsverfahren dafür |
| US9300038B2 (en) | 2010-12-10 | 2016-03-29 | Peregrine Semiconductor Corporation | Method, system, and apparatus for resonator circuits and modulating resonators |
| EP3944497A3 (en) * | 2010-12-10 | 2022-03-30 | pSemi Corporation | A tunable acoustic wave resonator module and method of tuning an acoustic wave filter |
| US9862592B2 (en) * | 2015-03-13 | 2018-01-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | MEMS transducer and method for manufacturing the same |
| IT201600131844A1 (it) * | 2016-12-28 | 2018-06-28 | St Microelectronics Srl | Trasduttore ultrasonico piezoelettrico microlavorato (pmut) e metodo di fabbricazione del pmut |
| US11865581B2 (en) | 2018-11-21 | 2024-01-09 | Stmicroelectronics S.R.L. | Ultrasonic MEMS acoustic transducer with reduced stress sensitivity and manufacturing process thereof |
| KR102272592B1 (ko) * | 2019-01-31 | 2021-07-05 | 삼성전기주식회사 | 체적 음향 공진기 |
| CN110198158A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-09-03 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 体声波谐振器及其制造方法 |
| US20200350889A1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Texas Instruments Incorporated | Method and structure to reduce impact of external stress and aging of a baw resonator |
| US11356082B2 (en) | 2019-12-12 | 2022-06-07 | Texas Instruments Incorporated | Folded ramp generator |
| US12054385B2 (en) | 2021-01-29 | 2024-08-06 | Texas Instruments Incorporated | Stress isolation using three-dimensional trenches |
| CN114006593B (zh) * | 2021-11-02 | 2024-09-13 | 清华大学 | 一种体声波谐振器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07142954A (ja) * | 1993-11-15 | 1995-06-02 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電薄膜複合共振子およびその製造方法 |
| JP2000332569A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Tdk Corp | 薄膜圧電素子 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0618314B2 (ja) * | 1987-10-09 | 1994-03-09 | 株式会社村田製作所 | 集積型共振子の製造方法 |
| US5233259A (en) * | 1991-02-19 | 1993-08-03 | Westinghouse Electric Corp. | Lateral field FBAR |
| JP3343030B2 (ja) * | 1996-05-22 | 2002-11-11 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
| US5872493A (en) * | 1997-03-13 | 1999-02-16 | Nokia Mobile Phones, Ltd. | Bulk acoustic wave (BAW) filter having a top portion that includes a protective acoustic mirror |
| JP3762136B2 (ja) | 1998-04-24 | 2006-04-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| JP2001168674A (ja) * | 1999-12-09 | 2001-06-22 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及び電子機器 |
| JP3465675B2 (ja) * | 2000-09-11 | 2003-11-10 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子 |
| US6741147B2 (en) * | 2002-09-30 | 2004-05-25 | Agere Systems Inc. | Method and apparatus for adjusting the resonant frequency of a thin film resonator |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091593A patent/JP3830843B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-03-27 US US10/397,176 patent/US6870445B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07142954A (ja) * | 1993-11-15 | 1995-06-02 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電薄膜複合共振子およびその製造方法 |
| JP2000332569A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Tdk Corp | 薄膜圧電素子 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE41813E1 (en) | 2003-10-20 | 2010-10-12 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Piezoelectric thin-film resonator and filter using the same |
| JP2006339691A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 圧電薄膜弾性波素子及びこれを用いた情報処理装置 |
| JP2015228638A (ja) * | 2013-12-28 | 2015-12-17 | 株式会社弾性波デバイスラボ | 可変周波数弾性波変換器とこれを用いた電子装置 |
| JP2017098781A (ja) * | 2015-11-25 | 2017-06-01 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、超音波プローブ、超音波測定装置及び圧電素子の製造方法 |
| CN106817105A (zh) * | 2015-11-25 | 2017-06-09 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件及其制造方法、超声波探头、超声波测量装置 |
| JP2018199291A (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 |
| JP2021064734A (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | Tdk株式会社 | 電子デバイス用素子 |
| JP7428961B2 (ja) | 2019-10-16 | 2024-02-07 | Tdk株式会社 | 電子デバイス用素子 |
| CN111081562A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-28 | 中芯集成电路（宁波）有限公司 | 芯片的封装方法及芯片封装结构 |
| WO2022203590A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | Agency For Science, Technology And Research | Resonator and method of forming the same |
| CN114301412A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-08 | 苏州达波新材科技有限公司 | 具有改良衬底结构的兰姆波声波器件及其制作方法 |
| CN114301412B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-04-30 | 苏州达波新材科技有限公司 | 具有改良衬底结构的兰姆波声波器件及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3830843B2 (ja) | 2006-10-11 |
| US20040012463A1 (en) | 2004-01-22 |
| US6870445B2 (en) | 2005-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3830843B2 (ja) | 薄膜圧電共振子 | |
| KR102176280B1 (ko) | 음향 공진기 및 그 제조 방법 | |
| US7140084B2 (en) | Method of producing thin film bulk acoustic resonator | |
| JP3940932B2 (ja) | 薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよびその製造方法 | |
| JP3903842B2 (ja) | 圧電共振子、フィルタおよび電子通信機器 | |
| JP3944372B2 (ja) | 圧電薄膜振動子及びこれを用いた周波数可変共振器 | |
| KR100506729B1 (ko) | 박막 벌크 어코스틱 공진기（ＦＢＡＲｓ）소자 및 그제조방법 | |
| US8704616B2 (en) | Contour-mode piezoelectric micromechanical resonators | |
| JP3867231B2 (ja) | 薄膜共振器及びその製造方法 | |
| KR101945723B1 (ko) | 박막 벌크 음향 공진기 및 박막 벌크 음향 공진기의 제조방법 | |
| US20080169885A1 (en) | Piezoelectric thin-film resonator, acoustic wave device and method for fabricating the acoustic wave device | |
| JP2007335977A (ja) | 電子素子 | |
| JP2003163566A (ja) | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 | |
| JP2007129776A (ja) | 薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよびその製造方法 | |
| JP2005244184A (ja) | 薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法 | |
| CN113452340B (zh) | 一种体声波谐振器及改进其聚能结构的方法 | |
| JP2009290369A (ja) | Ｂａｗ共振装置 | |
| JP4730383B2 (ja) | 薄膜音響共振器及びその製造方法 | |
| JP2005303573A (ja) | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 | |
| KR20180102971A (ko) | 박막 벌크 음향 공진기 및 그의 제조 방법 | |
| JP2010050736A (ja) | 共振装置およびその製造方法 | |
| JP2005236338A (ja) | 圧電薄膜共振子 | |
| JP2009124696A (ja) | 共振装置 | |
| CN119171869A (zh) | 一种温补型体声波谐振器及其制造方法 | |
| JP2008211393A (ja) | 共振装置およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050502 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050510 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050705 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050713 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060411 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060606 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060704 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060712 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090721 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100721 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110721 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120721 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130721 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |