JP2005244184A - Thin-film piezoelectric element and method of manufacturing the thin-film piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電体を用いた薄膜圧電素子に関し、特に、高周波帯域で用いられる薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film piezoelectric element using a piezoelectric body, and more particularly to a thin film piezoelectric element used in a high frequency band and a method for manufacturing the thin film piezoelectric element.
近年、携帯電話をはじめとする移動体通信機器、コンピュータ間のデータを高速に転送する無線ローカルエーリアネットワーク(LAN)システム等の無線通信システムでは、GHz以上の高周波数帯を利用する。このような無線通信システム等の高周波数帯電子機器に用いられる高周波(RF)素子として、薄膜圧電素子が注目されている。薄膜圧電素子として、例えば、共振器、可変キャパシタ、あるいはマイクロスイッチ等が望まれている。特に、マイクロ電気機械システム(MEMS)技術による薄膜圧電素子は、金属・絶縁膜・半導体(MIS)集積回路(IC)等の半導体装置の製造工程と同様、薄膜微細加工により製造される。したがって、MEMS薄膜圧電素子及び半導体デバイスを同一の半導体基板上に集積化することが可能である。 In recent years, wireless communication systems such as mobile communication devices such as mobile phones and wireless local area network (LAN) systems that transfer data between computers at high speed use a high frequency band of GHz or higher. Thin film piezoelectric elements have attracted attention as high frequency (RF) elements used in high frequency band electronic devices such as such wireless communication systems. As a thin film piezoelectric element, for example, a resonator, a variable capacitor, a microswitch, or the like is desired. In particular, a thin film piezoelectric element by micro electro mechanical system (MEMS) technology is manufactured by thin film microfabrication in the same manner as a manufacturing process of a semiconductor device such as a metal / insulating film / semiconductor (MIS) integrated circuit (IC). Therefore, it is possible to integrate the MEMS thin film piezoelectric element and the semiconductor device on the same semiconductor substrate.
例えば、高周波数帯共振器として、弾性表面波(SAW)素子が一般に用いられている。しかし、SAW素子の共振周波数は、櫛型電極間距離に反比例するという関係にあり、1GHzを超える周波数領域では、櫛型電極間距離が1μm以下となり、近年、求められている利用周波数の高周波数化への対応が難しくなっている。 For example, a surface acoustic wave (SAW) element is generally used as a high frequency band resonator. However, the resonance frequency of the SAW element is inversely proportional to the inter-comb electrode distance, and in a frequency region exceeding 1 GHz, the inter-comb electrode distance is 1 μm or less. It has become difficult to respond to computerization.
SAW素子に代り、近年注目を集めている共振器として、圧電膜の厚み方向の縦振動モードを利用した薄膜圧電共振器(FBAR)がある。圧電膜を用いたFBARは、バルク音響波(BAW)素子等とも称せられている。FBARでは、共振周波数は、圧電体の音速及び膜厚によって定まる。例えば、圧電膜が、通常1〜2μmの膜厚で2GHz帯に、また0.4−0.8μmの膜厚で5GHz帯に対応する。更に、圧電膜を薄膜化することにより、数十GHzまでの高周波数化が可能である。 As a resonator that has recently attracted attention in place of the SAW element, there is a thin film piezoelectric resonator (FBAR) using a longitudinal vibration mode in the thickness direction of the piezoelectric film. An FBAR using a piezoelectric film is also referred to as a bulk acoustic wave (BAW) element or the like. In FBAR, the resonance frequency is determined by the sound speed and film thickness of the piezoelectric body. For example, the piezoelectric film usually corresponds to the 2 GHz band with a film thickness of 1 to 2 μm, and corresponds to the 5 GHz band with a film thickness of 0.4 to 0.8 μm. Furthermore, by reducing the thickness of the piezoelectric film, it is possible to increase the frequency up to several tens of GHz.
FBARを利用した梯子型フィルタが、移動体通信機のRFフィルタとして利用できることが非特許文献1に開示されている。梯子型フィルタでは、複数個のFBARが直列及び並列接続されるように配列されている。また、FBARは、容量可変キャパシタ及び増幅器と組み合わせて移動体通信機の電圧制御発振器(VCO)に利用することができる。
Non-Patent
現行の代表的なFBARの構造においては、窒化アルミニウム(AlN)や酸化亜鉛(ZnO)等の圧電膜が、対向する下部及び上部電極の間に挟まれている。高性能化のため、FBARの共振子は、空洞の上に浮かして配置される。空洞を有するFBARの製造工程が開示されている(例えば、特許文献1参照)。例えば、シリコン(Si)基板上に異方性エッチングにより窪みが形成される。次に、エッチングしやすい犠牲層、例えば、ホウ素及びリンをドープしたシリケートガラス(BPSG)が窪みの中に埋め込まれ平坦化される。平坦化された犠牲層上に下部電極、圧電膜、上部電極が順に堆積される。その後、犠牲層上に形成された上部電極から犠牲層に達するまで穴が穿けられる。選択エッチングにより犠牲層が除去されて空洞が形成される。 In the current typical FBAR structure, a piezoelectric film such as aluminum nitride (AlN) or zinc oxide (ZnO) is sandwiched between opposed lower and upper electrodes. For high performance, the FBAR resonator is placed above the cavity. A manufacturing process of an FBAR having a cavity is disclosed (for example, see Patent Document 1). For example, a depression is formed on a silicon (Si) substrate by anisotropic etching. Next, a sacrificial layer that is easy to etch, such as boron and phosphorus doped silicate glass (BPSG), is embedded in the recess and planarized. A lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially deposited on the planarized sacrificial layer. Thereafter, holes are drilled from the upper electrode formed on the sacrificial layer until the sacrificial layer is reached. The sacrificial layer is removed by selective etching to form a cavity.
FBARに用いる圧電膜の圧電特性は、配向性に依存する。例えば、AlN圧電膜では、AlN結晶のc軸配向半値幅と電気機械結合係数との間に強い相関があることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。良好な圧電特性を得るために、六方晶系のAlN圧電膜のc軸方向が下部及び上部電極の対向する方向に沿って配向するように形成する必要がある。しかし、犠牲層の上に形成されるAlN圧電膜の配向性には限界があり、電気機械結合係数が小さい問題がある。 The piezoelectric characteristics of the piezoelectric film used for FBAR depends on the orientation. For example, in an AlN piezoelectric film, it is known that there is a strong correlation between the c-axis orientation half width of an AlN crystal and the electromechanical coupling coefficient (see, for example, Non-Patent Document 1). In order to obtain good piezoelectric characteristics, it is necessary to form the hexagonal AlN piezoelectric film so that the c-axis direction is oriented along the opposing direction of the lower and upper electrodes. However, the orientation of the AlN piezoelectric film formed on the sacrificial layer is limited, and there is a problem that the electromechanical coupling coefficient is small.
圧電結晶の配向性を上げるために、AlN圧電膜を基板上にエピタキシャル成長させてFBARを製造する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に開示された方法では、(111)配向のSi基板上にAlN圧電膜が(0001)方位、即ちc軸方向にエピタキシャル成長されている。AlN圧電膜上に上部電極が作成される。その後、AlN圧電膜が露出されるまで基板の裏面側からSi基板が異方性エッチングされてビアホールが形成される。AlN圧電膜が露出された後、基板裏面側から下部電極が作成される。このようにして、エピタキシャルAlN圧電膜を使用した共振子が空洞上に形成されている。 In order to improve the orientation of the piezoelectric crystal, a method of manufacturing an FBAR by epitaxially growing an AlN piezoelectric film on a substrate is disclosed (for example, see Patent Document 2). In the method disclosed in Patent Document 2, an AlN piezoelectric film is epitaxially grown in the (0001) direction, that is, the c-axis direction on a (111) -oriented Si substrate. An upper electrode is formed on the AlN piezoelectric film. Thereafter, the Si substrate is anisotropically etched from the back side of the substrate until the AlN piezoelectric film is exposed, and a via hole is formed. After the AlN piezoelectric film is exposed, a lower electrode is formed from the back side of the substrate. In this way, a resonator using the epitaxial AlN piezoelectric film is formed on the cavity.
上記したFBARの製造方法では、AlN圧電膜をc軸配向させるため、(111)方位のSi基板を使う必要がある。一般的な半導体装置の製造で使用される(100)方位のSi基板とは異なっている問題もある。 In the FBAR manufacturing method described above, it is necessary to use a Si substrate with a (111) orientation in order to make the AlN piezoelectric film c-axis oriented. There is also a problem that is different from the (100) -oriented Si substrate used in the manufacture of general semiconductor devices.
また、容量可変キャパシタ、あるいはマイクロスイッチ等の薄膜圧電素子では、基板上の空中で一端が支持されたアクチュエータの梁に設けられた可動電極、及びアクチュエータに対向する基板表面上に設けられた固定電極を備える。アクチュエータは、可動電極と固定電極の間の距離を変化させる。駆動力として、圧電膜の電歪効果あるいは逆圧電効果を用いる圧電アクチュエータが検討されている。 In addition, in a thin film piezoelectric element such as a capacitance variable capacitor or a microswitch, a movable electrode provided on an actuator beam supported at one end in the air on the substrate, and a fixed electrode provided on the substrate surface facing the actuator Is provided. The actuator changes the distance between the movable electrode and the fixed electrode. As a driving force, a piezoelectric actuator using an electrostrictive effect or a reverse piezoelectric effect of a piezoelectric film has been studied.
大きな電歪効果を有する圧電膜として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が知られている。PZTにおいて、良質の膜質を得るには室温で成膜した後600℃程度でアニールする必要がある。アニールにより体積収縮が生じるので、PZT圧電膜の残留歪は必然的に大きくなってしまう。圧電アクチュエータは、空中に支持され、上下電極に挟まれた圧電層を含む、長く薄い梁構造を有する。このため、残留歪によりPZT圧電膜に生じる反りを抑制することが困難となる。 As a piezoelectric film having a large electrostrictive effect, lead zirconate titanate (PZT) is known. In PZT, in order to obtain a good film quality, it is necessary to anneal at about 600 ° C. after film formation at room temperature. Since volume shrinkage occurs by annealing, the residual strain of the PZT piezoelectric film inevitably increases. The piezoelectric actuator has a long and thin beam structure including a piezoelectric layer supported in the air and sandwiched between upper and lower electrodes. For this reason, it becomes difficult to suppress the warpage generated in the PZT piezoelectric film due to the residual strain.
AlNやZnO等の圧電膜は、室温付近で成膜が可能であるので、PZT圧電膜に比べて成膜条件によって残留応力の精密な制御が可能である。しかし、AlNやZnO等は、電歪効果がPZTに比較して小さい。したがって、圧電膜の電気機械結合係数が小さく、圧電アクチュエータの駆動範囲が不十分となる可能性がある。
本発明は、圧電膜の電気機械結合係数の向上が可能な薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法を提供する。 The present invention provides a thin film piezoelectric element capable of improving the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric film and a method for manufacturing the thin film piezoelectric element.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、(イ)基板上の非晶質金属膜と、(ロ)非晶質金属膜の上で、非晶質金属膜表面に垂直な方向に配向した圧電膜とを備える薄膜圧電素子であることを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, the first aspect of the present invention includes (a) an amorphous metal film on a substrate and (b) an amorphous metal film perpendicular to the surface of the amorphous metal film. The gist of the invention is a thin film piezoelectric element including a piezoelectric film oriented in a direction.
本発明の第2の態様は、(イ)基板上に非晶質金属膜を形成し、(ロ)非晶質金属膜の上に、非晶質金属膜表面に垂直な方向に配向する圧電膜を形成し、(ハ)圧電膜の表面に圧電膜を挟んで非晶質金属膜と対向する上部金属膜を形成することを含む薄膜圧電素子の製造方法であることを要旨とする。 The second aspect of the present invention is: (a) an amorphous metal film is formed on a substrate, and (b) a piezoelectric material oriented in a direction perpendicular to the surface of the amorphous metal film on the amorphous metal film. The gist of the present invention is a method of manufacturing a thin film piezoelectric element including forming a film and (c) forming an upper metal film facing the amorphous metal film with the piezoelectric film sandwiched between the surfaces of the piezoelectric film.
本発明によれば、圧電膜の電気機械結合係数の向上が可能な薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the manufacturing method of the thin film piezoelectric element which can improve the electromechanical coupling coefficient of a piezoelectric film, and a thin film piezoelectric element.
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
本発明の第1及び第2の実施例に係る薄膜圧電素子に用いる圧電膜15は、図1に示すように、基板11上に設けられた非晶質金属膜22の下地層の表面に設けられる。圧電膜15には、AlN、ZnO等の圧電体が用いられる。基板11には、Si等の半導体基板が用いられる。非晶質金属膜22には、アルミニウムタンタル(AlxTa1-x)、二ホウ化チタン(TiB2)等の金属が用いられる。なお、AlxTa1-x合金に対して、X線回折(XRD)や反射電子回折(RHEED)等により、例えばスパッタ等により室温近傍で成膜した場合、Al組成xが、約0.1から約0.9の範囲で非晶質化していることが確認されている。
The
圧電膜15の性能は、圧電効果の大きさの指標である電気機械結合係数kt 2、及び共振周波数における機械的な振動の鋭さの指標である品質係数Q等で表すことができる。圧電膜15の電気機械結合係数を上げるには、圧電結晶の分極軸を圧電膜15の厚み方向に揃えることが重要となる。また、高純度の圧電結晶を用いて、圧電膜の結晶方位を分極方向に揃えることで、大きな品質係数Qが得られる。
The performance of the
例えば、薄膜圧電素子を用いたRFフィルタやVCOでは、圧電膜の電気機械結合係数が大きいほど広帯域化ができる。品質係数Qは、RFフィルタの挿入損失及びVCOの発振の純度に関連している。品質係数Qには、弾性波を吸収するような多様な現象が関係する。また、圧電アクチュエータでは、圧電膜の電気機械結合係数が大きいほど駆動範囲が増大するため、アクチュエータの低電圧駆動や広い可変範囲が実現できる。 For example, in an RF filter or VCO using a thin film piezoelectric element, the band can be broadened as the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric film increases. The quality factor Q is related to the insertion loss of the RF filter and the purity of the VCO oscillation. The quality factor Q is related to various phenomena that absorb elastic waves. Also, in the piezoelectric actuator, the driving range increases as the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric film increases, so that low voltage driving and a wide variable range of the actuator can be realized.
圧電膜15として用いるAlN或いはZnO等の圧電結晶は六方晶系に属する。六方晶系の結晶は、本来c軸配向しやすい性質を有している。圧電結晶の分極方向であるc軸、即ち、(0001)方向に圧電膜15を単一配向させることによって分極軸を揃えることができる。その結果、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。
A piezoelectric crystal such as AlN or ZnO used as the
種々の下地層の上にAlN及びZnO圧電膜を成膜して、圧電膜の配向性がX線回折(XRD)等を用いて評価されている。下地層及び圧電膜は、マグネトロンスパッタ等により、室温で堆積されている。圧電膜の膜厚は、約500nmである。図2に示すように、Al0.4Ta0.6非晶質金属膜を下地層とした試料A及びBでは、AlN圧電膜及びZnO圧電膜は、それぞれ配向半値幅が2.3°及び2.6°でc軸方向に高配向している。また、TiB2非晶質金属膜を下地層とした試料C及びDでは、AlN圧電膜及びZnO圧電膜は、それぞれ配向半値幅が1.9°及び1.8°でc軸方向に高配向している。 AlN and ZnO piezoelectric films are formed on various underlayers, and the orientation of the piezoelectric films is evaluated using X-ray diffraction (XRD) or the like. The underlayer and the piezoelectric film are deposited at room temperature by magnetron sputtering or the like. The film thickness of the piezoelectric film is about 500 nm. As shown in FIG. 2, in samples A and B using an Al 0.4 Ta 0.6 amorphous metal film as an underlayer, the AlN piezoelectric film and the ZnO piezoelectric film have an alignment half-value width of 2.3 ° and 2.6 °, respectively. And highly oriented in the c-axis direction. In Samples C and D using a TiB 2 amorphous metal film as an underlayer, the AlN piezoelectric film and the ZnO piezoelectric film are highly oriented in the c-axis direction with half-widths of 1.9 ° and 1.8 °, respectively. doing.
また、酸化シリコン(SiO2)及びアルミナ(Al2O3)等の非晶質絶縁層を下地層に使用した試料E〜試料Hでは、AlN圧電膜及びZnO圧電膜は、c軸配向している。配向半値幅は、4.1°〜5.1°と、試料A〜試料Dに比べて広く配向性が劣っている。更に、Al多結晶金属や多結晶Si半導体(poly−Si)を下地層とした試料I〜試料Lでは、AlN圧電膜及びZnO圧電膜は、単一配向せずに多結晶膜になってしまう。このように、非晶質金属下地層が圧電膜の高配向化に及ぼす効果は非常に大きい。 In Samples E to H using an amorphous insulating layer such as silicon oxide (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as an underlayer, the AlN piezoelectric film and the ZnO piezoelectric film are c-axis oriented. Yes. The alignment half-value width is 4.1 ° to 5.1 °, which is wider than Sample A to Sample D, and the orientation is poor. Furthermore, in Samples I to L using Al polycrystalline metal or polycrystalline Si semiconductor (poly-Si) as an underlayer, the AlN piezoelectric film and the ZnO piezoelectric film become polycrystalline films without being unidirectionally oriented. . As described above, the effect of the amorphous metal underlayer on the high orientation of the piezoelectric film is very large.
多結晶金属の表面は、種々の方位を有する結晶面から構成され、且つ、結晶粒に依存した凹凸などが存在することが多い。これに対し、非晶質金属は、表面が均一な非晶質で形成されている。また、表面粗さ計や原子間力顕微鏡(AFM)等で検出される二乗平均粗さは、多結晶金属表面では、3nm以上であるのに対し、非晶質金属表面では、3nm以下である。このように、非晶質金属では、極めて平坦で一様な表面が得られるため、AlN或いはZnO等の六方晶結晶の有する本来の晶癖面であるc面[0001]に配向して層が成長し易くなる。その結果、非晶質金属膜上に形成されるAlN或いはZnO等の圧電膜の配向性の向上が可能となる。 The surface of a polycrystalline metal is composed of crystal planes having various orientations, and there are many irregularities depending on crystal grains. On the other hand, the amorphous metal is formed with an amorphous surface having a uniform surface. Further, the mean square roughness detected by a surface roughness meter, an atomic force microscope (AFM) or the like is 3 nm or more on a polycrystalline metal surface, but is 3 nm or less on an amorphous metal surface. . As described above, since an extremely flat and uniform surface is obtained with an amorphous metal, the layer is oriented to the c-plane [0001], which is the original crystal habit plane of a hexagonal crystal such as AlN or ZnO. Easy to grow. As a result, the orientation of a piezoelectric film such as AlN or ZnO formed on the amorphous metal film can be improved.
また、基板表面の下地層或いは犠牲層として通常使用されるSiO2等の非晶質絶縁層と比較すると、一般に非晶質金属の表面エネルギーが非晶質絶縁層よりも大きい。非晶質金属膜の上に成長する結晶が層状成長して表面のエネルギーを下げようとする性質がある。そのため、非晶質金属膜上では、更に配向性が向上するものと考えられる。 In addition, the surface energy of the amorphous metal is generally larger than that of the amorphous insulating layer as compared with an amorphous insulating layer such as SiO 2 ordinarily used as an underlayer or sacrificial layer on the substrate surface. The crystal growing on the amorphous metal film grows in layers and has the property of reducing the surface energy. Therefore, it is considered that the orientation is further improved on the amorphous metal film.
また、図3に示すように、非晶質金属膜22の下地層表面に設けられた配向性金属膜23の表面に圧電膜15が積層されている。配向性金属膜23は、非晶質金属膜22表面上では高配向して成膜される。配向性金属膜23としては、(111)方位の晶癖面に高配向可能なAl、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)、及び白金(Pt)等の面心立方格子(fcc)金属、(110)方位の晶癖面に高配向可能なモリブデン(Mo)及びタングステン(W)等の体心立方格子(bcc)金属等を利用することが可能である。高配向したAl(111)、Cu(111)、Au(111)、Ag(111)、Ir(111)、Ni(111)、Pt(111)、Mo(110)、及びW(110)等の配向性金属膜23の上に、配向性を受け継いでAlN(0001)、或いはZnO(0001)等の高配向圧電膜15を形成することが可能である。
As shown in FIG. 3, the
種々の下地層の上にAl金属膜及びAlN圧電層を成膜して、圧電膜の配向性がXRD等により評価されている。下地層、金属膜及び圧電膜は、全てマグネトロンスパッタにより、室温で堆積されている。圧電膜の膜厚は、約500nmである。図4に示すように、Al0.4Ta0.6非晶質金属膜を下地層とした試料Mでは、Al金属膜及びAlN圧電膜は、それぞれ配向半値幅が1.0°及び1.5°で(111)及びc軸方向に高配向している。また、TiB2非晶質金属膜を下地層とした試料Nでは、Al金属膜及びAlN圧電膜は、それぞれ配向半値幅が1.6°及び1.9°で(111)及びc軸方向に高配向している。 An Al metal film and an AlN piezoelectric layer are formed on various underlayers, and the orientation of the piezoelectric film is evaluated by XRD or the like. The underlayer, the metal film, and the piezoelectric film are all deposited at room temperature by magnetron sputtering. The film thickness of the piezoelectric film is about 500 nm. As shown in FIG. 4, in the sample M using an Al 0.4 Ta 0.6 amorphous metal film as an underlayer, the Al metal film and the AlN piezoelectric film have an alignment half width of 1.0 ° and 1.5 °, respectively ( 111) and highly oriented in the c-axis direction. Further, in the sample N using the TiB 2 amorphous metal film as the underlayer, the Al metal film and the AlN piezoelectric film have an alignment half width of 1.6 ° and 1.9 °, respectively, in the (111) and c-axis directions. Highly oriented.
また、SiO2及びAl2O3等の非晶質絶縁層を下地層に使用した試料O及び試料Pでは、Al金属膜は、配向半値幅が4.2°及び4.0°で(111)配向し、AlN圧電膜は、配向半値幅が4.6°及び4.1°でc軸配向している。試料O及び試料PのAl金属膜及びAlN圧電膜の配向半値幅は、試料M及び試料Nに比べて広く配向性が劣っている。更に、Al多結晶金属やpoly−Siを下地層とした試料Q及び試料Rでは、Al金属膜及びAlN圧電膜は、単一配向せずに無配向もしくは低配向の多結晶膜になってしまう。 In Sample O and Sample P in which an amorphous insulating layer such as SiO 2 and Al 2 O 3 is used as an underlayer, the Al metal film has an alignment half width of 4.2 ° and 4.0 ° (111 And the AlN piezoelectric film is c-axis oriented with orientation half widths of 4.6 ° and 4.1 °. The alignment half-value widths of the Al metal film and the AlN piezoelectric film of the sample O and the sample P are wider than the sample M and the sample N, and the orientation is inferior. Furthermore, in Sample Q and Sample R using Al polycrystalline metal or poly-Si as an underlayer, the Al metal film and the AlN piezoelectric film are not oriented in a single orientation but become a non-oriented or low-oriented polycrystalline film. .
このように、非晶質金属膜22と圧電膜15の間に高配向配向性金属膜23を介在させることにより、圧電膜を更に高配向させることが可能となる。
Thus, by interposing the highly oriented
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子は、図5に示すように、基板11表面に設けられた非晶質金属膜22の下部電極14と、下部電極14の表面に設けられた圧電膜15と、圧電膜15の表面に設けられた上部電極(上部金属膜)16とを備える。下部及び上部電極14、16の対向する領域と、対向する下部及び上部電極14、16で挟まれた圧電膜15とで共振部20が規定される。
(First embodiment)
As shown in FIG. 5, the thin film piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention is provided on the
また、図6に示すように、基板11の上に設けられた空洞17を挟んでバリア層13が設けられている。共振部20は、空洞17上に配置されている。下部電極14は、基板11表面からバリア層13表面上に延在して設けられている。例えば、基板11は、約1000Ω・cm以上の高抵抗のSi半導体基板等である。バリア層13は、SiO2膜等である。下部電極14は、AlTa等の非晶質金属膜である。圧電膜15は、AlN等である。上部電極16は、Al等の金属膜である。
Further, as shown in FIG. 6, a
共振部20の圧電膜15では、下部電極14あるいは上部電極16に印加された高周波信号で励振されたバルク音響波の共振により、高周波信号が伝達される。例えば、下部電極14から印加されたGHz帯域の高周波信号は、共振部20の圧電膜15を介して上部電極16に伝達される。非晶質金属の下部電極14上では、圧電膜15が圧電結晶の分極方向であるc軸に高配向する。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。
In the
第1の実施の形態によれば、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数Qを向上させることが可能となる。その結果、薄膜圧電素子の共振部20の良好な共振特性を実現することが可能となる。
According to the first embodiment, the
次に、第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図7〜図10に示す工程断面図を用いて説明する。ここで、説明に使用する工程断面図には、図5に示したA−A線に相当する断面が示されている。 Next, a method for manufacturing the thin film piezoelectric element according to the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. Here, in the process cross-sectional view used for the description, a cross-section corresponding to the line AA shown in FIG. 5 is shown.
RFマグネトロンスパッタ等により、Si等の基板11の表面に、例えばストロンチウム・ルテニウム酸化物(SrRuO3)層を約1μmの厚さで成膜する。図7に示すように、フォトリソグラフィ及びウェットエッチング等により、SrRuO3層を選択的に除去して犠牲層12を形成する。その後、RFマグネトロンスパッタ等により、犠牲層12が形成された基板11の表面に、例えばSiO2層を約50nmの厚さで成膜する。フォトリソグラフィ及びウェットエッチング等により、SiO2層を選択的に除去してバリア層13を形成する。
For example, a strontium / ruthenium oxide (SrRuO 3 ) layer is formed to a thickness of about 1 μm on the surface of the
RFマグネトロンスパッタ等により、基板11上に、Al0.4Ta0.6等の非晶質金属層を成膜する。図8に示すように、フォトリソグラフィ及びフッ化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング(RIE)等により、非晶質金属層を選択的に除去して下部電極14を形成する。
An amorphous metal layer such as Al 0.4 Ta 0.6 is formed on the
反応性RFマグネトロンスパッタ等により、基板11上に、AlN等の圧電体層を1.4μmの厚さで成膜する。図9に示すように、フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、圧電体層を選択的に除去して、下部電極14の一端を覆うように圧電膜15を形成する。その後、RFマグネトロンスパッタ等により、基板11上に、Al等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びRIE等により、金属層を選択的に除去して、圧電膜15で覆われた下部電極14の一端側に延在するように上部電極16を形成する。
A piezoelectric layer such as AlN is formed to a thickness of 1.4 μm on the
また、図10に示すように、例えば3%の濃度の硝酸セリウムアンモニウム(Ce(NH4(NO3)6)等を用いたエッチングにより、犠牲層12が基板11上で露出されている部分(図示省略)から、犠牲層12を選択的に除去して空洞17を形成する。このようにして、図6に示したように、空洞17上に下部電極14、圧電膜15及び上部電極16を有する共振部20が形成される。
Further, as shown in FIG. 10, the
第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の製造方法では、下部電極14として非晶質金属膜が用いられている。共振部20において、圧電膜15は下部電極14表面に成膜される。その結果、共振部20の圧電膜15は、分極方向であるc軸に高配向する。
In the method of manufacturing the thin film piezoelectric element according to the first embodiment, an amorphous metal film is used as the
製造された薄膜圧電素子の周波数特性が、ネットワークアナライザ等により測定されている。例えば、第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の共振周波数は、約2.1GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は6.4%、品質係数Qは、共振点で700、反共振点で620である。電気機械結合係数及び品質係数Qは、エピタキシャル成長した単結晶圧電膜を用いた薄膜圧電素子に比べ、同程度であることが確認されている。このように、第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the manufactured thin film piezoelectric element are measured by a network analyzer or the like. For example, the resonance frequency of the thin film piezoelectric element according to the first embodiment is about 2.1 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the first embodiment, the
(第1の実施の形態の第1の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る薄膜圧電素子は、図11に示すように、基板11表面の絶縁膜32の上に設けられた下部電極14と、下部電極14の表面に設けられた圧電膜15と、圧電膜15の表面に設けられた上部電極16とを備える。絶縁膜32表面に設けられた非晶質金属膜22及び下部電極14の間の空洞17上に共振部20が配置されている。絶縁膜32は、SiO2膜、窒化シリコン(Si3N4)膜、あるいはSiO2膜及びSi3N4膜の複合膜等である。下部電極14は、Mo等の配向金属膜である。非晶質金属膜22は、AlTa等である。上部電極16は、Mo等の金属膜である。
(First modification of the first embodiment)
As shown in FIG. 11, the thin film piezoelectric element according to the first modification of the first embodiment of the present invention includes a
第1の実施の形態の第1の変形例では、非晶質金属膜22が空洞17を挟んで高配向金属膜の下部電極14と対向する様に設けられている点が、第1の実施の形態とは異なる。他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
In the first modification of the first embodiment, the
例えば、非晶質金属膜22上に、下部電極14に用いる金属材料に対して選択的にエッチング可能なAl等の金属を設ける。非晶質金属膜22上では、Al金属膜は、非晶質金属膜22の表面に垂直な方向で(111)方位に高配向させることができる。下部電極14に用いるMoは、(111)配向のAl金属膜上で、(110)方位に高配向する。(110)高配向の下部電極14上で、圧電膜15が圧電結晶の分極方向であるc軸に高配向する。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。
For example, a metal such as Al that can be selectively etched with respect to the metal material used for the
次に、第1の実施の形態の第1の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図12〜図16に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a first modification of the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図12に示すように、熱酸化等により、基板11の表面にSiO2等の絶縁膜32を約1μmの厚さで形成する。RFマグネトロンスパッタ等により、絶縁膜32の表面にAl0.4Ta0.6等の非晶質金属膜22を0.2μmの厚さで成膜する。
As shown in FIG. 12, an insulating
RFマグネトロンスパッタ等により、Al等の金属層を約1μmの厚さで成膜する。図13に示すように、フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、Al金属層を選択的に除去して犠牲層12aを形成する。
A metal layer of Al or the like is formed to a thickness of about 1 μm by RF magnetron sputtering or the like. As shown in FIG. 13, the
RFマグネトロンスパッタ等により、Mo等の金属層を成膜する。図14に示すように、フォトリソグラフィ及びフッ化物系ガスを使用したRIE等により、Mo金属層を選択的に除去して下部電極14を形成する。
A metal layer such as Mo is formed by RF magnetron sputtering or the like. As shown in FIG. 14, the Mo metal layer is selectively removed to form the
反応性RFマグネトロンスパッタ等により、AlN等の圧電体層を約1.4μmの厚さで成膜する。図15に示すように、フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、AlN圧電体層を選択的に除去して圧電膜15を形成する。更に、RFマグネトロンスパッタ等により、圧電膜15上にMo等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びRIE等により、Mo金属層を選択的に除去して上部電極16を形成する。
A piezoelectric layer such as AlN is formed to a thickness of about 1.4 μm by reactive RF magnetron sputtering or the like. As shown in FIG. 15, the
図16に示すように、例えば約10%の濃度の塩酸等を用いたウェットエッチングにより、Al犠牲層が基板上に露出している部分(図示省略)から、犠牲層12aを選択的に除去して空洞17を形成する。このようにして、図11に示したように、空洞17上に下部電極14、圧電膜15及び上部電極16を有する共振部20が形成される。
As shown in FIG. 16, the
第1の実施の形態の第1の変形例では、非晶質金属膜22上の犠牲層12aを高配向膜とすることにより、共振部20の周辺部でも高配向化した圧電膜15が形成される。その結果、空洞17上の全域で圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することができ、圧電膜15の機械的強度を向上することが可能となる。
In the first modification of the first embodiment, the
このようにして製造された薄膜圧電素子の周波数特性が測定されている。例えば、共振周波数は2.1GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は6.5%、品質係数Qは共振点で800、反共振点で750と、電気機械結合係数及び品質係数Qが向上している。このように、第1の実施の形態の第1の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、更に良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the resonance frequency is 2.1 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態の第1の変形例によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the first modification of the first embodiment, the
(第1の実施の形態の第2の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る薄膜圧電素子は、図17に示すように、絶縁膜32表面に設けられた非晶質金属膜22と、非晶質金属膜22表面に設けられた配向性金属膜23とを有する下部電極14を備える。また、下部電極14、圧電膜15及び上部電極16は、空洞17aが設けられた基板11及び絶縁膜32により支持されている。共振部20は、空洞17a上に配置された下部電極14、圧電膜15及び上部電極16で規定される。空洞17aは、基板11の裏面から絶縁膜32に向かって開口幅が狭くなるような傾斜側壁を有する。
(Second modification of the first embodiment)
As shown in FIG. 17, the thin film piezoelectric element according to the second modification of the first embodiment of the present invention includes an
下部電極14の非晶質金属膜22は、例えばAlTa等である。配向性金属膜23は、非晶質金属膜22の表面に垂直な方向に(111)配向したAl等の配向金属膜である。
The
第1の実施の形態の第2の変形例では、絶縁膜32表面において、非晶質金属膜22及び配向性金属膜23を有する下部電極14が基板11及び絶縁膜32に設けられた空洞17a上に配置されている点が、第1の実施の形態及び第1の実施の形態の第1の変形例と異なる。他の構成は、第1の実施の形態及び第1の実施の形態の第1の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
In the second modification of the first embodiment, on the surface of the insulating
第1の実施の形態の第2の変形例では、下部電極14の非晶質金属膜22上に、例えば(111)方位に配向したAl等の配向性金属膜23が設けられている。配向した配向性金属膜23上に設けられる圧電膜15をc軸に高配向させることができる。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。また、下部電極14は、空洞17a全面を越えて絶縁膜32上に延在しているため、構造的に圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。また、空洞17aの上方では、圧電膜15に下部電極14の端部による段差が形成されない。したがって、共振部20の近傍で、圧電膜15の配向性の劣化が防止され、薄膜圧電素子の共振特性において、スプリアス振動の発生を抑制することが可能となる。
In the second modification of the first embodiment, an
次に、第1の実施の形態の第2の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図18〜図21に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a second modification of the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図18に示すように、熱酸化等により、基板11の表面にSiO2等の絶縁膜32を1μmの厚さで形成する。RFマグネトロンスパッタ等により、Al0.4Ta0.6等の非晶質金属膜22を約0.2μmの厚さで成膜する。
As shown in FIG. 18, an insulating
図19に示すように、RFマグネトロンスパッタ等により、Al等の配向性金属膜23を成膜する。フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスあるいはフッ化物系ガスを用いたRIE等により、配向性金属膜23及び非晶質金属膜22を選択的に除去して下部電極14を形成する。
As shown in FIG. 19, an
図20に示すように、反応性RFマグネトロンスパッタ等により、AlN等の圧電膜15を1.7μmの厚さで成膜する。フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、圧電膜15を選択的に除去する。更に、RFマグネトロンスパッタ等により、圧電膜15上にAl等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びRIE等により、Al金属層を選択的に除去して上部電極16を形成する。
As shown in FIG. 20, a
フォトリソグラフィ及びエッチング等により、基板11の裏面の絶縁膜32を選択的に除去して、下部電極14の下方に基板11の裏面が露出した開口部を形成する。図21に示すように、異方性エッチング等により、裏面の開口部をマスクとして、露出した基板11を選択的に除去して開口部を形成する。フッ化アンモニウム(NH4F)溶液を用いたウェットエッチング等により、基板11の開口部を介して、下部電極14下の絶縁膜32を選択的に除去して空洞17aを形成する。このようにして、図17に示したように、空洞17a上に下部電極14、圧電膜15及び上部電極16を有する共振部20が形成される。
The insulating
第1の実施の形態の第2の変形例では、絶縁膜32表面に平坦な非晶質金属膜22が成膜される。平坦な非晶質金属膜22表面には、Al等の配向性金属膜23を(111)方位に高配向させて成膜することができる。その結果、圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することが可能となる。また、下部電極14が空洞17aを覆うように形成されているため、圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。また、下部電極14の端部は、空洞17aの上方の領域からはずれている。したがって、空洞17aの上方で圧電膜15を高配向で均一に成膜することが可能となる。
In the second modification of the first embodiment, a flat
このようにして製造された薄膜圧電素子の周波数特性が測定されている。例えば、共振周波数は2.1GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は6.8%、品質係数Qは共振点で950、反共振点で900と、電気機械結合係数及び品質係数Qが向上している。このように、第1の実施例の第3の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the resonance frequency is 2.1 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態の第2の変形例によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the second modification of the first embodiment, the
(第1の実施の形態の第3の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第3の変形例に係る薄膜圧電素子は、図22に示すように、絶縁膜32表面に設けられた非晶質金属膜22と、非晶質金属膜22表面に設けられた配向性金属膜23とを有する下部電極14を備える。また、下部電極14、圧電膜15及び上部電極16は、空洞17bを有する基板11及び絶縁膜32により支持されている。共振部20は、空洞17b上に配置された下部電極14、圧電膜15及び上部電極16で規定される。空洞17bは、基板11の裏面から絶縁膜32に向かって、ほぼ垂直な側壁を有する。
(Third modification of the first embodiment)
As shown in FIG. 22, a thin film piezoelectric element according to a third modification of the first embodiment of the present invention includes an
下部電極14の非晶質金属膜22は、例えばAlTa等である。配向性金属膜23は、非晶質金属膜22の表面に垂直な方向に(111)配向したPt等の配向金属膜である。
The
第1の実施の形態の第3の変形例では、絶縁膜32表面において、非晶質金属膜22及び配向性金属膜23を有する下部電極14が基板11及び絶縁膜32に設けられた空洞17b上に配置されている点が、第1の実施の形態の第2の変形例と異なる。他の構成は、第1の実施の形態の第2の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
In the third modification of the first embodiment, on the surface of the insulating
第1の実施の形態の第3の変形例では、下部電極14の非晶質金属膜22上に、例えば(111)方位に配向したPt等の配向性金属膜23が設けられている。配向した配向性金属膜23上に設けられる圧電膜15をc軸に高配向させることができる。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。また、下部電極14は、空洞17b全面を越えて絶縁膜32上に延在しているため、構造的に圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。また、空洞17bの上方では、圧電膜15に下部電極14の端部による段差が形成されない。したがって、共振部20の近傍で、圧電膜15の配向性の劣化が防止され、薄膜圧電素子の共振特性において、スプリアス振動の発生を抑制することが可能となる。
In the third modification of the first embodiment, an
次に、第1の実施の形態の第3の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図23〜図26に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a third modification of the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図23に示すように、熱酸化等により、基板11の表面にSiO2等の絶縁膜32を1μmの厚さで形成する。RFマグネトロンスパッタ等により、Al0.4Ta0.6等の非晶質金属膜22を約0.2μmの厚さで成膜する。
As shown in FIG. 23, an insulating
RFマグネトロンスパッタ等によりPt等の金属層を成膜する。図24に示すように、フォトリソグラフィ及び塩素物系ガスあるいはフッ化物系ガスを使用したRIE等により、金属層及び非晶質金属膜22を選択的に除去して下部電極14を形成する。
A metal layer such as Pt is formed by RF magnetron sputtering or the like. As shown in FIG. 24, the
反応性RFマグネトロンスパッタ等により、AlN等の圧電体層を1.7μmの厚さで成膜する。図25に示すように、フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、AlN圧電体層を選択的に除去して圧電膜15を形成する。更に、RFマグネトロンスパッタ等により、圧電膜15上にPt等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びRIE等により、Pt金属層を選択的に除去して上部電極16を形成する。
A piezoelectric layer such as AlN is formed to a thickness of 1.7 μm by reactive RF magnetron sputtering or the like. As shown in FIG. 25, the
基板11の裏面の絶縁膜32から基板11の厚さが約200μmとなるまで研磨する。図26に示すように、フォトリソグラフィ及びフッ化物系ガスを用いたRIE等により、基板11を選択的に且つ垂直に除去して開口部を形成する。NH4F溶液を用いたウェットエッチング等により、基板11の開口部を介して、下部電極14下の絶縁膜32を選択的に除去して空洞17bを形成する。このようにして、図22に示したように、空洞17b上に下部電極14、圧電膜15及び上部電極16を有する共振部20が形成される。
Polishing is performed from the insulating
第1の実施の形態の第3の変形例では、絶縁膜32表面に平坦な非晶質金属膜22が成膜される。平坦な非晶質金属膜22表面には、Pt等の配向性金属膜23を(111)方位に高配向させて成膜することができる。その結果、圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することが可能となる。また、下部電極14が空洞17bを覆うように形成されているため、圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。また、下部電極14の端部は、空洞17bの上方の領域からはずれている。したがって、空洞17bの上方で圧電膜15を高配向で均一に成膜することが可能となる。
In the third modification of the first embodiment, a flat
このようにして製造された薄膜圧電素子の周波数特性が測定されている。例えば、共振周波数は2.1GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は6.7%、品質係数Qは共振点で900、反共振点で950と、電気機械結合係数及び品質係数Qが向上している。このように、第1の実施の形態の第3の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the resonance frequency is 2.1 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態の第3の変形例によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the third modification of the first embodiment, the
(第1の実施の形態の第4の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第4の変形例に係る薄膜圧電素子は、図27に示すように、基板11に設けられた空洞17上に延在する非晶質金属膜22と、非晶質金属膜22表面に設けられた配向性金属膜23とを有する下部電極14を備える。共振部20は、空洞17上に配置され、対向する下部及び上部電極14、16と、下部及び上部電極14、16の間の圧電膜15で規定される。
(Fourth modification of the first embodiment)
As shown in FIG. 27, a thin film piezoelectric element according to a fourth modification of the first embodiment of the present invention includes an
下部電極14の非晶質金属膜22は、例えばAlTa等である。配向性金属膜23は、非晶質金属膜22の表面に垂直な方向に(111)配向したPt等の配向金属膜である。
The
第1の実施の形態の第4の変形例では、下部電極14の一端が、基板11に設けられた空洞17上に配置されている点が、第1の実施の形態の第2及び第3の変形例と異なる。他の構成は、第1の実施の形態の第2及び第3の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
In the fourth modification of the first embodiment, one end of the
第1の実施の形態の第4の変形例では、下部電極14の非晶質金属膜22上に、例えば(111)方位に配向したPt等の配向性金属膜23が設けられている。配向した配向性金属膜23上に設けられる圧電膜15をc軸に高配向させることができる。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。また、下部電極14の一端が、空洞17上に配置されているため、共振部20以外の領域で、圧電膜15が下部及び上部電極14、16で挟まれたキャパシタ構造の形成が抑制される。したがって、薄膜圧電素子の高周波数帯域での共振特性の劣化を抑制することが可能となる。
In the fourth modification of the first embodiment, an
次に、第1の実施の形態の第4の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図28〜図33に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a fourth modification of the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図28に示すように、フォトリソグラフィ及びフッ化物系ガスを用いたRIE等により、基板11を選択的に除去して深さが約1μmの開口部27を形成する。
As shown in FIG. 28, the
図29に示すように、プラズマ化学気相成長法(CVD)等により、開口部27を有する基板11の表面にSiO2等の犠牲層12を約1.2μmの厚さで成膜する。図30に示すように、化学機械研磨(CMP)等により、基板11の表面が露出するように犠牲層12を平坦化研磨する。なお、犠牲層12として、ゲルマニウム(Ge)及びpoly−Si等の半導体、Mo、Al及びW等の金属、あるいはBPSG及びSi3N4等の絶縁体等が使用可能である。
As shown in FIG. 29, a
図31に示すように、RFマグネトロンスパッタ等により、犠牲層12が埋め込まれた基板11の表面にAl0.4Ta0.6等の非晶質金属膜22を0.2μmの厚さで成膜する。RFマグネトロンスパッタ等により、Pt等の配向性金属膜23を成膜する。フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスあるいは塩化物系ガスを用いたRIE等により、配向性金属膜23及び非晶質金属膜22を選択的に除去して下部電極14を形成する。
As shown in FIG. 31, an
図32に示すように、反応性RFマグネトロンスパッタ等により、AlN等の圧電膜15を1.7μmの厚さで成膜する。フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、圧電膜15を選択的に除去する。更に、RFマグネトロンスパッタ等により、圧電膜15上にIr等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びフッ化物系ガスを用いたRIE等により、Ir金属層を選択的に除去して上部電極16を形成する。
As shown in FIG. 32, a
フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、犠牲層12の一部が露出するようにビアホール(図示省略)を形成する。図33に示すように、NH4F溶液を用いたウェットエッチング等により、ビアホールから選択的に犠牲層12を溶解して空洞17を形成する。
Via holes (not shown) are formed by photolithography and RIE using a chloride gas so that a part of the
第1の実施の形態の第4の変形例では、犠牲層12が埋め込まれて平坦化された基板11表面に平坦な非晶質金属膜22が成膜される。平坦な非晶質金属膜22表面には、Pt等の配向性金属膜23を(111)方位に高配向させて成膜することができる。その結果、圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することが可能となる。また、下部電極14の端部は、空洞17の上方の領域からはずれている。したがって、空洞17の上方で圧電膜15を高配向で均一に成膜することが可能となる。
In the fourth modification of the first embodiment, a flat
このようにして製造された薄膜圧電素子の周波数特性が測定されている。例えば、共振周波数は2.1GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は6.9%、品質係数Qは共振点で1100、反共振点で1150と、電気機械結合係数及び品質係数Qが向上している。このように、第1の実施の形態の第4の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the resonance frequency is 2.1 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態の第4の変形例によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the fourth modification of the first embodiment, the
(第1の実施の形態の第5の変形例)
本発明の第1の実施の形態の第5の変形例に係る薄膜圧電素子では、図34に示すように、基板11上に設けられた音響反射層38上に下部電極14、圧電膜15及び上部電極16が配置される。共振部20は、音響反射層38上で、対向する下部及び上部電極14、16と、下部及び上部電極14、16の間の圧電膜15で規定される。
(Fifth modification of the first embodiment)
In the thin film piezoelectric element according to the fifth modification of the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 34, the
音響反射層38において、高音響インピーダンスを有する第1の音響インピーダンス層36a、36b、及び低音響インピーダンスを有する第2の音響インピーダンス層37a、37bが交互に積層されている。第1及び第2の音響インピーダンス層36a、37a、36b、37bそれぞれの膜厚は、共振部20で励振されたバルク音響波の波長の約1/4の厚さである。音響波の波長の約1/4の厚さで周期的に配置された第1及び第2の音響インピーダンス層36a、37a、36b、37bにより、バルク音響波が反射される。音響インピーダンスは、材料の密度及び弾性定数で決定される。例えば、高音響インピーダンスを有する材料として、AlN、酸化タンタル(Ta2O5)、Al2O3等の絶縁体、及びW、Mo、Pt、Ir、Ru、ロジウム(Rh)、Ta等の金属が好適である。低音響インピーダンスを有する材料として、SiO2、Si3N4等の絶縁体、Si等の半導体、及びAl、チタン(Ti)等の金属が好適である。
In the
なお、音響反射層38には、第1及び第2の音響インピーダンス層36a、36b、37a、37bが積層されている。しかし、音響反射層38の積層数は、限定されない。使用する材料により、最も品質係数Qを向上させるように、積層数を定めればよい。
The
第1の実施の形態の第5の変形例では、共振部20が、基板11上の音響反射層38上に配置されている点が、第1の実施の形態の第4の変形例と異なる。他の構成は、第1の実施の形態の第4の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
The fifth modification example of the first embodiment differs from the fourth modification example of the first embodiment in that the
第1の実施の形態の第5の変形例では、共振部20下に設けられた音響反射層38により、圧電膜15で励振された圧電振動が反射されて共振部20内に効率よく閉じ込められる。したがって、共振部20の共振特性の劣化を抑制することができる。また、下部電極14の非晶質金属膜22上に、配向した配向性金属膜23が設けられている。配向した配向性金属膜23上に設けられる圧電膜15をc軸に高配向させることができる。したがって、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qを確保することができる。下部電極14は、平坦な音響反射層38上に配置されているため、構造的に圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。
In the fifth modification of the first embodiment, the piezoelectric vibration excited by the
次に、第1の実施の形態の第5の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図35〜図38に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a fifth modification of the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図35に示すように、スパッタあるいはCVD等により、基板11の表面に順次、第1の音響インピーダンス層36a、第2の音響インピーダンス層37a、第1の音響インピーダンス層36b、及び第2の音響インピーダンス層37bを成膜して、音響反射層38を形成する。音響反射層38の表面の平坦性を確保するために、CMP等により、音響反射層38の表面を平坦化してもよい。なお、少なくとも最上層の第2の音響インピーダンス層37bには、絶縁体を用いることが望ましい。
As shown in FIG. 35, the first
図36に示すように、DCマグネトロンスパッタ等により、音響反射層38の表面にAl0.5Ta0.5等の非晶質金属膜22を約20nmの厚さで成膜する。引き続き、DCマグネトロンスパッタ等により、Ni等の配向性金属膜23を約250nmの厚さで成膜する。フォトリソグラフィ及びエッチング等により、配向性金属膜23及び非晶質金属膜22を選択的に除去して下部電極14を形成する。
As shown in FIG. 36, an
図37に示すように、反応性RFマグネトロンスパッタ等により、AlN等の圧電体層を約2μmの厚さで成膜する。フォトリソグラフィ及び塩化物系ガスを使用したRIE等により、圧電体層を選択的に除去して圧電膜15を形成する。
As shown in FIG. 37, a piezoelectric layer such as AlN is formed to a thickness of about 2 μm by reactive RF magnetron sputtering or the like. The
図38に示すように、DCマグネトロンスパッタ等により、圧電膜15上にMo等の金属層を成膜する。フォトリソグラフィ及びウェットエッチング等により、Mo金属層を選択的に除去して上部電極16を形成する。
As shown in FIG. 38, a metal layer such as Mo is formed on the
なお、非晶質金属膜22表面に成膜されたNi配向性金属膜23の配向性が、XRDにより測定されている。測定結果、Ni配向性金属膜23は、(111)方位に配向半値幅が約0.7°で高配向していることが確認されている。
Note that the orientation of the Ni-oriented
第1の実施の形態の第5の変形例では、平坦な音響反射層38表面に平坦な非晶質金属膜22が成膜される。平坦な非晶質金属膜22表面には、Ni等の配向性金属膜23を(111)方位に高配向させて成膜することができる。その結果、圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することが可能となる。また、下部電極14は、平坦な音響反射層38上に形成されているため、構造的に圧電膜15の機械的強度を向上させることができる。
In the fifth modification of the first embodiment, a flat
このようにして製造された薄膜圧電素子の周波数特性が測定されている。例えば、共振周波数は約2GHzである。また、薄膜圧電素子の共振特性より、圧電膜15の電気機械結合係数及び品質係数Qが評価されている。例えば、電気機械結合係数は約6.5%〜約6.7%、品質係数Qは共振点で約900〜約1000、反共振点で約800〜約900と、電気機械結合係数及び品質係数Qが向上している。このように、第1の実施の形態の第5の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電膜15では、良好な圧電特性が実現されている。
The frequency characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the resonance frequency is about 2 GHz. Further, the electromechanical coupling coefficient and the quality factor Q of the
第1の実施の形態の第5の変形例によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、電気機械結合係数及び品質係数を向上させた薄膜圧電素子を実現できる。
According to the fifth modification of the first embodiment, the
(第1の実施の形態の応用例)
本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の応用例として、携帯電話システム等で用いられる周波数シンセサイザの基準周波数を発生する位相ロックドループ(PLL)回路について説明する。
(Application example of the first embodiment)
As an application example of the thin film piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention, a phase locked loop (PLL) circuit that generates a reference frequency of a frequency synthesizer used in a mobile phone system or the like will be described.
図39に示すように、PLL回路は、周波数可変フィルタ130、増幅器131およびバッファ増幅器132からなるVCO141と、分周器142と、位相比較器143と、チャージポンプ144と、ループフィルタ145と、低雑音アンプ(LNA)146と、周波数可変フィルタ130aと、ミキサ147とを備えている。
As shown in FIG. 39, the PLL circuit includes a
VCO141は、図40に示すように、周波数可変フィルタ130を通過した周波数成分のみを増幅器131の入力にフィードバックする。VCO141には、複数の薄膜圧電素子120a、120b、120c、及び120d、容量可変キャパシタC1、C2が用いられている。薄膜圧電素子120a〜120dには、第1の実施の形態、及び第1の実施の形態の第1〜第7の変形例に係る薄膜圧電素子が用いられる。
As shown in FIG. 40, the
例えば、図41に示すように、周波数可変フィルタ130において、薄膜圧電素子120a、120bは、入力側から出力側に直列に接続される。薄膜圧電素子120c、120dは、直列接続された薄膜圧電素子120a、120bのそれぞれの出力側から共通線に、並列に接続される。
For example, as shown in FIG. 41, in the frequency
例えば、図42に示すように、入力配線122に接続された薄膜圧電素子120aが、接続線126を介して、出力配線124に接続された薄膜圧電素子120bに直列に接続される。接続配線126に接続された薄膜圧電素子120cが、共通配線128に接続される。出力配線124に接続された薄膜圧電素子120dが、共通配線128に接続される。
For example, as shown in FIG. 42, the thin film
図39に示したPLL回路は、VCO141の発振周波数が所望の周波数よりも大きい場合、あるいは小さい場合には、発振周波数と所望の周波数との周波数差を検出し、直流制御電圧Vctrlとして、VCO141の周波数可変フィルタ130内の可変容量素子C1にフィードバックする。したがって、フィードバックループが正常に作動して安定状態に達し、位相がロックした場合、VCO141の発振周波数を所望の周波数に一致させることができる。
The PLL circuit shown in FIG. 39 detects the frequency difference between the oscillation frequency and the desired frequency when the oscillation frequency of the
PLL回路は、VCO141の周波数可変フィルタ130と同一の周波数可変フィルタ130aを通信信号濾波用の通過帯域フィルタとして利用する。例えば、入力された高周波信号が、LNA146に伝達される。LNA146で増幅された出力信号が、周波数可変フィルタ130aに入力される。周波数可変フィルタ130aで濾波された出力信号は、ダウンコンバージョン用のミキサ147の入力端子の一つに入力される。
The PLL circuit uses the same frequency
一方、VCO141で発生された基準信号は、局部発振信号(LO)として、ミキサ147の他方の入力端子に入力される。このようにして、高周波信号が、ベースバンド信号に周波数変換される。
On the other hand, the reference signal generated by the
第1の実施の形態の応用例では、周波数可変フィルタ130a、及びVCO141内の周波数可変フィルタ130に対し、ともにループフィルタ145により発生した同一の直流制御電圧Vctrlが加えられる。その結果、VCO141の発振周波数を周波数可変フィルタ130aの通過帯域の中心周波数と一致させることができる。
In the application example of the first embodiment, the same DC control voltage Vctrl generated by the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る薄膜圧電素子としての容量可変キャパシタは、図43に示すように、圧電アクチュエータ40と、固定電極46とを備える。図44に示すように、圧電アクチュエータ40の固定端部48が、基板11上の絶縁膜32表面に設けられたアンカー42に固定されている。圧電アクチュエータ40の作用端部49が、絶縁膜32表面に設けられた固定電極46と対向するように設けられている。圧電アクチュエータ40は、アンカー42表面から固定電極46の上方に延在して設けられた下部電極14、下部電極14の表面に設けられた圧電膜15、圧電膜15を挟んで下部電極14に対向する上部電極16、及び上部電極16上に設けられた支持膜19を有する。固定電極46は、誘電膜45と、誘電膜45で覆われた導体膜44とを有する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 43, the variable capacitance capacitor as the thin film piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention includes a
アンカー42、支持膜19、及び誘電膜45には、Si3N4やSiO2等の絶縁体が用いられる。下部電極14には、AlTa等の非晶質金属が用いられる。圧電膜15には、AlNやZnO等の圧電体が用いられる。また、上部電極16、導体膜44の材料として、Al、Au、Pt、Cu、Ir、W、Mo等の低抵抗で加工が容易な金属であることが望ましい。
For the
第2の実施の形態に係る薄膜圧電素子の圧電アクチュエータ40は、上部電極16上に支持膜19を有している点が、第1の実施の形態に係る薄膜圧電素子の構造と異なる。下部電極14、圧電膜15、及び上部電極16の構造は、第1の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
The
第2の実施の形態に係る薄膜圧電素子は、導体膜44と下部電極14の作用端部49との間の容量Cvarを用いる。容量Cvarは、固定電極46と可動電極である下部電極14との間の距離の変化に対応して変化する。
The thin film piezoelectric element according to the second embodiment uses a capacitance Cvar between the
圧電アクチュエータ40の下部電極14及び上部電極16間に電圧が印加されると、圧電効果により圧電膜15が歪んで伸縮する。上部電極16上に設けられた支持膜19は圧電効果を示さないため、圧電膜15の伸縮により、圧電アクチュエータ40が基板11表面に垂直な方向に変位する。例えば、印加電圧で引張応力が発生して圧電膜15が伸びると、圧電アクチュエータ40は基板11表面から離れる方向に屈曲する。一方、圧縮応力により圧電膜15が縮むと、圧電アクチュエータ40は基板11表面に向かって屈曲する。
When a voltage is applied between the
圧電アクチュエータ40の駆動範囲は、圧電膜15の電気機械結合係数に依存する。電気機械結合係数が大きいと、圧電アクチュエータ40では、作用端部49が低駆動電圧で大きく変位することができる。
The driving range of the
第2の実施の形態に係る圧電アクチュエータ40では、圧電膜15が、非晶質金属膜の下部電極14表面に設けられるため、分極方向であるc軸に高配向する。その結果、電気機械結合係数が増大して圧電アクチュエータ40の駆動範囲が増加する。したがって、圧電アクチュエータ40を用いる容量可変キャパシタの可変幅を向上することが可能となる。
In the
次に、第2の実施の形態に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図45〜図48に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to the second embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図45に示すように、熱酸化等により、基板11の表面にSiO2等の絶縁膜32を形成する。CVD等により絶縁膜32表面に成膜したSi3N4等の絶縁体層を、フォトリソグラフィ及びNH4F溶液を用いたエッチング等により、選択的に除去してアンカー42を形成する。
As shown in FIG. 45, an insulating
また、スパッタ等により絶縁膜32表面に成膜したAl等の金属層を、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、選択的に除去して導体膜44を形成する。絶縁膜32上に成膜したSi3N4等の誘電体層を、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、選択的に除去して導体膜44を覆うように誘電膜45を形成する。このようにして、固定電極46が形成される。
Further, the
図46に示すように、CVD等により、アンカー42及び固定電極46を有する絶縁膜32の表面にpoly−Si等の犠牲層12bをコンフォーマルに成膜する。CMP等により、アンカー42の表面が露出するように犠牲層12bを平坦化研磨する。
As shown in FIG. 46, a
マグネトロンスパッタ等により、犠牲層12bの表面にAl0.4Ta0.6等の非晶質金属層、AlN等の圧電体層、Al等の金属層、及びSiO2等の絶縁体層を成膜する。図47に示すように、フォトリソグラフィ及びRIE等により、絶縁体層、金属層、圧電体層、及び非晶質金属層を選択的に除去して、下部電極14、圧電膜15、上部電極16、及び支持膜19を有する圧電アクチュエータ40を形成する。
An amorphous metal layer such as Al 0.4 Ta 0.6 , a piezoelectric layer such as AlN, a metal layer such as Al, and an insulator layer such as SiO 2 are formed on the surface of the
図48に示すように、フッ化キセノン(XeF2)を用いたドライエッチング等により、選択的にpoly−Siを除去する。このようにして、アンカー42に固定され、固定電極46の上方まで延在した圧電アクチュエータ40を有する薄膜圧電素子が製造される。
As shown in FIG. 48, poly-Si is selectively removed by dry etching using xenon fluoride (XeF2) or the like. In this manner, a thin film piezoelectric element having the
第2の実施の形態では、アンカー42の表面のレベルで平坦化された犠牲層12b表面に平坦な非晶質金属膜の下部電極14が設けられる。平坦な非晶質金属膜の下部電極14表面には、圧電膜15をc軸に高配向させることができる。成膜された圧電膜15について、XRDにより配向半値幅を測定が行われている。測定結果、配向半値幅は約2.1°であり、c軸に高配向した圧電膜15が形成されていることがわかる。
In the second embodiment, a flat amorphous metal film
このようにして製造された薄膜圧電素子の容量可変特性が測定されている。例えば、下部及び上部電極14、16間に圧電アクチュエータ40の制御電圧が、0V〜3Vの範囲で印加される。固定電極46及び下部電極14間の容量は、最小0.34pFから最大51pFの範囲で変化する。最大容量と最小容量との比は、約150と大きな可変容量幅が得られている。
The capacity variable characteristics of the thin film piezoelectric element manufactured in this way are measured. For example, the control voltage of the
第2の実施の形態によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、低制御電圧駆動で可変容量幅を向上させた薄膜圧電素子を実現することが可能となる。
According to the second embodiment, the
なお、第2の実施の形態では、薄膜圧電素子の固定電極46として、誘電膜45で覆われた導体膜44を用いて容量可変キャパシタとしている。例えば、固定電極として導体膜だけを用いれば、マイクロスイッチとして機能させることが可能である。
In the second embodiment, a variable capacitance capacitor is formed by using a
(第2の実施の形態の変形例)
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電素子としてのマイクロスイッチは、図49に示すように、圧電アクチュエータ40aと、固定電極46aとを備える。図50に示すように、圧電アクチュエータ40aの固定端部48が、基板11上の絶縁膜32表面に設けられたアンカー42に固定されている。圧電アクチュエータ40aの作用端部49が、絶縁膜32表面に設けられた固定電極46aと対向するように設けられている。圧電アクチュエータ40aは、アンカー42表面から固定電極46aの上方に延在して設けられた下部電極14、下部電極14の表面に設けられた圧電膜15、圧電膜15を挟んで下部電極14に対向する上部電極16、及び上部電極16上に設けられた支持膜19を有する。下部電極14は、非晶質金属膜22及び配向性金属膜23を有する。
(Modification of the second embodiment)
As shown in FIG. 49, a microswitch as a thin film piezoelectric element according to a modification of the second embodiment of the present invention includes a
下部電極14の非晶質金属膜22には、AlTa等の非晶質金属が用いられる。配向性金属膜23には、fcc金属あるいはbcc金属等の(111)方位あるいは(110)方位に配向しやすい金属が用いられる。固定電極46aは、Al、Au、Pt、Cu、Ir、W、Mo等の低抵抗で加工が容易な金属である。
An amorphous metal such as AlTa is used for the
第2の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電素子の圧電アクチュエータ40aは、下部電極14が非晶質金属膜22及び配向性金属膜23を有している点が、第2の実施の形態と異なる。他の構造は、第2の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
A
圧電アクチュエータ40aの下部電極14及び上部電極16間に電圧が印加されると、圧電効果により圧電膜15が歪んで伸縮する。例えば、印加電圧で圧縮応力が発生して圧電膜15が縮むと、圧電アクチュエータ40aは基板11表面に向かって屈曲する。圧電アクチュエータ40aの下部電極14が、固定電極46aと接触して薄膜圧電素子が導通状態になる。
When a voltage is applied between the
圧電アクチュエータ40aの駆動範囲は、圧電膜15の電気機械結合係数に依存する。電気機械結合係数が大きいと、圧電アクチュエータ40aでは、作用端部49が低駆動電圧で大きく変位することができる。
The driving range of the
第2の実施の形態の変形例に係る圧電アクチュエータ40aでは、圧電膜15が、非晶質金属膜22上で(111)方位あるいは(110)方位に高配向した配向性金属膜23表面に設けられるため、分極方向であるc軸に高配向する。その結果、電気機械結合係数が増大して圧電アクチュエータ40aの可動範囲が増加する。したがって、圧電アクチュエータ40aを用いるマイクロスイッチを低制御電圧で駆動することが可能となる。
In the
次に、第2の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電素子の製造方法を、図64〜図67に示す工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to a modification of the second embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
図51に示すように、熱酸化等により、基板11の表面にSiO2等の絶縁膜32を形成する。CVD等により絶縁膜32表面に成膜したSi3N4等の絶縁体層を、フォトリソグラフィ及びNH4F溶液を用いたエッチング等により、選択的に除去してアンカー42を形成する。また、スパッタ及びリフトオフ工程等により、絶縁膜32表面に成膜したAu等の金属膜を選択的に成膜して固定電極46aを形成する。
As shown in FIG. 51, an insulating
図52に示すように、CVD等により、アンカー42及び固定電極46aを有する絶縁膜32の表面にpoly−Si等の犠牲層12bをコンフォーマルに成膜する。CMP等により、アンカー42の表面が露出するように犠牲層12bを平坦化研磨する。
As shown in FIG. 52, a
マグネトロンスパッタ等により、犠牲層12bの表面にAl0.4Ta0.6等の非晶質金属層、Al等の下部金属層、AlN等の圧電体層、Al等の上部金属層、及びSiO2等の絶縁体層を成膜する。図53に示すように、フォトリソグラフィ及びRIE等により、絶縁体層、上部金属層、圧電体層、下部金属層、及び非晶質金属層を選択的に除去して、非晶質金属膜22と配向性金属膜23を有する下部電極14、圧電膜15、上部電極16、及び支持膜19を有する圧電アクチュエータ40aを形成する。
By magnetron sputtering or the like, the surface of the
図54に示すように、フッ化キセノン(XeF2)を用いたドライエッチング等により、選択的にpoly−Siを除去する。このようにして、アンカー42に固定され、固定電極46aの上方まで延在した圧電アクチュエータ40aを有する薄膜圧電素子が製造される。
As shown in FIG. 54, poly-Si is selectively removed by dry etching or the like using xenon fluoride (XeF2). In this manner, a thin film piezoelectric element having the
第2の実施の形態の変形例では、アンカー42の表面のレベルで平坦化された犠牲層12b表面に平坦な非晶質金属膜22が設けられる。平坦な非晶質金属膜22表面には、Al等の配向性金属膜23を(111)方位に高配向させて成膜することができる。その結果、圧電膜15をc軸に高配向させて成膜することが可能となる。成膜された圧電膜15について、XRDにより配向半値幅を測定が行われている。測定結果、配向半値幅は約2.4°であり、c軸に高配向した圧電膜15が形成されていることがわかる。
In the modification of the second embodiment, a flat
このようにして製造された薄膜圧電素子の電気特性が測定されている。例えば、圧電アクチュエータ40aの下部及び上部電極14、16間に制御電圧を印加して、2GHzの周波数において絶縁抵抗及びオン抵抗が評価される。制御電圧が0Vで、固定電極46a及び下部電極14間の絶縁抵抗は、約28dBである。制御電圧が3Vで、固定電極46a及び下部電極14間のオン抵抗は、約0.3dBである。このように、第2の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電素子では、低制御電圧駆動ができ、高周波帯域において小さなオン抵抗及び良好な絶縁抵抗を実現することが可能となる。
The electrical characteristics of the thin film piezoelectric element thus manufactured are measured. For example, the control voltage is applied between the lower and
第2の実施の形態によれば、エピタキシャル成長法等の高価で複雑な成長技術を用いることなく、圧電膜15をc軸に高配向させることができ、低制御電圧駆動で高周波特性を向上させた薄膜圧電素子を実現することが可能となる。
According to the second embodiment, the
なお、第2の実施の形態の変形例では、固定電極46aとして、金属膜を用いている。例えば、固定電極46aに変えて、図57に示した誘電膜45で覆われた導体膜44を有する固定電極46を用いれば、薄膜圧電素子を容量可変キャパシタとして機能させることが可能である。
In the modification of the second embodiment, a metal film is used as the fixed
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の第1及び第2の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the first and second embodiments of the present invention have been described. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, embodiments and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
11 基板
12、12a、12b 犠牲層
13 バリア層
14 下部電極
15 圧電膜
16 上部電極
17、17a、17b 空洞
19 支持膜
20 共振部
22 非晶質金属膜
23 配向性金属膜
24 下部電極
27 開口部
32 絶縁膜
36a、36b 第1の音響インピーダンス層
37a、37b 第2の音響インピーダンス層
38 音響反射層
40、40a 圧電アクチュエータ
42 アンカー
44 導体膜
45 誘電膜
46、46a 固定電極
48 固定端部
49 作用端部
120a〜120d 薄膜圧電素子
122 入力配線
124 出力配線
126 接続配線
128 共通配線
130、130a 周波数可変フィルタ
130a 周波数可変フィルタ
131 増幅器
132 バッファ増幅器
141 VCO
142 分周器
143 位相比較器
144 チャージポンプ
145 ループフィルタ
146 LNA
147 ミキサ
DESCRIPTION OF
142
147 mixer
Claims (16)
前記非晶質金属膜の上で、前記非晶質金属膜表面に垂直な方向に配向した圧電膜
とを備えることを特徴とする薄膜圧電素子。 An amorphous metal film on the substrate;
And a piezoelectric film oriented in a direction perpendicular to the surface of the amorphous metal film on the amorphous metal film.
前記非晶質金属膜の上に、前記非晶質金属膜表面に垂直な方向に配向する圧電膜を形成し、
前記圧電膜の表面に前記圧電膜を挟んで前記非晶質金属膜と対向する上部金属膜を形成する
ことを含むことを特徴とする薄膜圧電素子の製造方法。 Forming an amorphous metal film on the substrate;
Forming a piezoelectric film oriented in a direction perpendicular to the surface of the amorphous metal film on the amorphous metal film;
An upper metal film facing the amorphous metal film is formed on the surface of the piezoelectric film with the piezoelectric film interposed therebetween. A method of manufacturing a thin film piezoelectric element, comprising:
前記上部金属層を形成後に、前記犠牲層を選択的に除去する
ことを、更に含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の薄膜圧電素子の製造方法。
Before forming the amorphous metal film, a sacrificial layer is formed on the substrate,
The method of manufacturing a thin film piezoelectric element according to claim 11, further comprising selectively removing the sacrificial layer after forming the upper metal layer.
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US11/043,257 US7323805B2 (en) | 2004-01-28 | 2005-01-27 | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
CNB2005100068518A CN100490318C (en) | 2004-01-28 | 2005-01-28 | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
US11/946,913 US7420320B2 (en) | 2004-01-28 | 2007-11-29 | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
US11/946,910 US7770274B2 (en) | 2004-01-28 | 2007-11-29 | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
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---|---|
JP (1) | JP2005244184A (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007129391A (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Acoustic resonator and filter |
WO2007091433A1 (en) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator |
WO2007091376A1 (en) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric oscillator |
JP2007259669A (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Toshiba Corp | Piezoelectric actuator, micromechanical device using same, variable-capacitance capacitor, and switch |
JP2007324689A (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film acoustic resonator |
JP2008020429A (en) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Pohang Eng College | Multiresonance ultrasonic transducer based on mems for super directivity ultrasonic distance measurement using parameteric transmitting array in air and its manufacturing method |
JP2008034925A (en) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Film bulk acoustic resonator, filter, and fabrication method thereof |
WO2008099702A1 (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Sony Corporation | Electrowetting device and method for manufacturing the same |
WO2009025118A1 (en) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator and method for fabricating the same |
JP2015523705A (en) * | 2012-06-04 | 2015-08-13 | Tdk株式会社 | Dielectric device |
JP2020096040A (en) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Piezoelectric body and MEMS device using the same |
CN112141998A (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Micro-electro-mechanical system device and method of manufacturing the same |
CN114826196A (en) * | 2022-05-05 | 2022-07-29 | 武汉敏声新技术有限公司 | Tunable film bulk acoustic resonator and preparation method thereof |
CN114884484A (en) * | 2022-07-12 | 2022-08-09 | 深圳新声半导体有限公司 | Film acoustic wave filter based on composite concentration |
CN118019434A (en) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 济南大学 | Method for reducing breakage rate of piezoelectric film of silicon substrate |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60147180A (en) * | 1984-01-11 | 1985-08-03 | Hitachi Ltd | Piezoelectric element |
JPS62156265A (en) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | Formation of crystalline thin film |
JPH06295181A (en) * | 1993-02-01 | 1994-10-21 | Motorola Inc | Frequency selection constituent element |
JPH0945973A (en) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Sony Corp | Piezoelectric actuator and production thereof |
WO1999045598A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-10 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric device, ink-jet recording head, method fo manufacture, and printer |
JP2000156624A (en) * | 1998-09-04 | 2000-06-06 | Japan Steel Works Ltd:The | Surface acoustic wave device and its production |
JP2000334956A (en) * | 1999-05-31 | 2000-12-05 | Casio Comput Co Ltd | Ink jet printer head and its manufacture |
JP2002140075A (en) * | 2000-05-08 | 2002-05-17 | Agilent Technol Inc | Cavity spanning bottom electrode of substrate-mounted bulk wave acoustic resonator |
JP2002372974A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Ube Electronics Ltd | Thin-film acoustic resonator and method of manufacturing the same |
JP2003198319A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Ube Electronics Ltd | Aluminum nitride thin film-metallic electrode stack, and thin film piezoelectric resonator using it |
JP2004208221A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Toshiba Corp | High frequency band filtering apparatus and portable information terminal |
JP2005109702A (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | Thin film piezo-electric resonator |
-
2005
- 2005-01-14 JP JP2005007850A patent/JP2005244184A/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60147180A (en) * | 1984-01-11 | 1985-08-03 | Hitachi Ltd | Piezoelectric element |
JPS62156265A (en) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | Formation of crystalline thin film |
JPH06295181A (en) * | 1993-02-01 | 1994-10-21 | Motorola Inc | Frequency selection constituent element |
JPH0945973A (en) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Sony Corp | Piezoelectric actuator and production thereof |
WO1999045598A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-10 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric device, ink-jet recording head, method fo manufacture, and printer |
JP2000156624A (en) * | 1998-09-04 | 2000-06-06 | Japan Steel Works Ltd:The | Surface acoustic wave device and its production |
JP2000334956A (en) * | 1999-05-31 | 2000-12-05 | Casio Comput Co Ltd | Ink jet printer head and its manufacture |
JP2002140075A (en) * | 2000-05-08 | 2002-05-17 | Agilent Technol Inc | Cavity spanning bottom electrode of substrate-mounted bulk wave acoustic resonator |
JP2002372974A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Ube Electronics Ltd | Thin-film acoustic resonator and method of manufacturing the same |
JP2003198319A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Ube Electronics Ltd | Aluminum nitride thin film-metallic electrode stack, and thin film piezoelectric resonator using it |
JP2004208221A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Toshiba Corp | High frequency band filtering apparatus and portable information terminal |
JP2005109702A (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | Thin film piezo-electric resonator |
Cited By (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007129391A (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Acoustic resonator and filter |
JP4811411B2 (en) * | 2006-02-08 | 2011-11-09 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric vibrator |
WO2007091433A1 (en) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator |
WO2007091376A1 (en) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric oscillator |
US7583007B2 (en) | 2006-02-08 | 2009-09-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator |
JPWO2007091433A1 (en) * | 2006-02-08 | 2009-07-02 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric vibrator |
GB2447192B (en) * | 2006-02-08 | 2011-02-02 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric vibrator |
GB2447192A (en) * | 2006-02-08 | 2008-09-03 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric vibrator |
JP2007259669A (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Toshiba Corp | Piezoelectric actuator, micromechanical device using same, variable-capacitance capacitor, and switch |
JP2007324689A (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film acoustic resonator |
JP2008020429A (en) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Pohang Eng College | Multiresonance ultrasonic transducer based on mems for super directivity ultrasonic distance measurement using parameteric transmitting array in air and its manufacturing method |
JP4594286B2 (en) * | 2006-07-13 | 2010-12-08 | 學校法人浦項工科大學校 | MEMS-based multi-resonant ultrasonic transducer and method of fabrication for super-directional ultrasonic distance measurement using parametric transmitting array in air |
JP2008034925A (en) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Film bulk acoustic resonator, filter, and fabrication method thereof |
WO2008099702A1 (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Sony Corporation | Electrowetting device and method for manufacturing the same |
JP2008197296A (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Sony Corp | Electrowetting device and its manufacturing method |
US8081389B2 (en) | 2007-02-13 | 2011-12-20 | Sony Corporation | Electro-wetting device and a method of manufacturing the same |
WO2009025118A1 (en) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator and method for fabricating the same |
US10964879B2 (en) | 2012-06-04 | 2021-03-30 | Tdk Corporation | Method of manufacturing a dielectric device |
JP2015523705A (en) * | 2012-06-04 | 2015-08-13 | Tdk株式会社 | Dielectric device |
KR20210048513A (en) * | 2018-12-11 | 2021-05-03 | 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼 | Piezoelectric and MEMS devices using the same |
WO2020121796A1 (en) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Piezoelectric body and mems device using same |
JP2020096040A (en) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Piezoelectric body and MEMS device using the same |
JP7085208B2 (en) | 2018-12-11 | 2022-06-16 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Piezoelectric material and MEMS device using it |
KR102604213B1 (en) | 2018-12-11 | 2023-11-20 | 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼 | Piezoelectric material and MEMS devices using it |
US11968902B2 (en) | 2018-12-11 | 2024-04-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Piezoelectric body and MEMS device using same |
CN112141998A (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Micro-electro-mechanical system device and method of manufacturing the same |
CN114826196A (en) * | 2022-05-05 | 2022-07-29 | 武汉敏声新技术有限公司 | Tunable film bulk acoustic resonator and preparation method thereof |
CN114826196B (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-03 | 武汉敏声新技术有限公司 | Tunable film bulk acoustic resonator and preparation method thereof |
CN114884484A (en) * | 2022-07-12 | 2022-08-09 | 深圳新声半导体有限公司 | Film acoustic wave filter based on composite concentration |
CN118019434A (en) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 济南大学 | Method for reducing breakage rate of piezoelectric film of silicon substrate |
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