JP2006186831A - Piezoelectric thin film device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、圧電薄膜デバイス及びその製造方法に関するものであり、特に多層の音響反射膜を用いた音響多層膜型の圧電薄膜デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film device and a manufacturing method thereof, and more particularly to an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device using a multilayer acoustic reflection film and a manufacturing method thereof.
コンピュータや通信機器などの電子機器は、電子部品の一つである振動子より得られる規則的な信号(高周波信号)に基づいて様々な処理が行われている。また、これらの電子機器においては、振動子の特定の振動モードを利用した周波数フィルタも用いられている。このように電子機器に利用されている振動子(振動素子として圧電材料を使用している場合は圧電振動子という)には、従来より、水晶などの圧電材料を平板状に加工して得られる圧電素板が用いられており、水晶を圧電材料として用いた水晶振動子では、その基本共振周波数を高くするためには、水晶による圧電素板の厚みを薄くすればよい。例えば、水晶において厚みすべり振動モードを励振するATカット水晶素板の場合では、その素板の厚みを25μm程度とすることで、約67MHzの基本波共振周波数が得られる。 In electronic devices such as computers and communication devices, various processes are performed based on regular signals (high-frequency signals) obtained from vibrators that are one of electronic components. In these electronic devices, a frequency filter using a specific vibration mode of the vibrator is also used. As described above, a vibrator (used as a piezoelectric vibrator when a piezoelectric material is used as a vibration element) is obtained by processing a piezoelectric material such as quartz into a flat plate shape. A piezoelectric element plate is used. In a crystal resonator using crystal as a piezoelectric material, the thickness of the piezoelectric element plate made of crystal can be reduced in order to increase the fundamental resonance frequency. For example, in the case of an AT-cut quartz base plate that excites the thickness-shear vibration mode in quartz, a fundamental resonance frequency of about 67 MHz can be obtained by setting the thickness of the base plate to about 25 μm.
しかしながら、これ以上のより高い基本共振周波数(例えば数百MHz以上)を得るためには、更に圧電素板の板厚をより薄くすることになるが、板厚が薄いほど機械加工が困難となり、また、実用的な機械強度が得られない。このような高周波に対応するデバイスとしては弾性表面波を利用したSAWデバイス(Surface Acoustic Wave Device)が用いられているが、これと比較すると、より高周波化(超高周波化)に対応可能である圧電薄膜デバイスが注目されており、そのうち、基板の上に多層の音響反射層を介して圧電層を設けた、音響多層膜(SMR(Solidly Mounted Resonator))型の圧電薄膜デバイスが開発されている(非特許文献1)。 However, in order to obtain a higher fundamental resonance frequency (for example, several hundred MHz or more), the thickness of the piezoelectric element plate is further reduced. However, the thinner the plate thickness is, the more difficult the machining is. Moreover, practical mechanical strength cannot be obtained. A SAW device (Surface Acoustic Wave Device) that uses surface acoustic waves is used as a device that supports such high frequencies. Compared with this, a piezoelectric that can handle higher frequencies (higher frequency). Thin film devices are attracting attention, and among them, an acoustic multilayer film (SMR (Solidly Mounted Resonator)) type piezoelectric thin film device in which a piezoelectric layer is provided on a substrate via a multilayer acoustic reflection layer has been developed ( Non-patent document 1).
近年、通信システムの超高周波帯への移行が進められているなかで、圧電薄膜デバイスのうち例えば圧電薄膜振動子は、超高周波帯で安定に動作させることが可能な超高周波用弾性波素子として注目されている。SMR型の圧電薄膜振動子は、基板の上に音響インピーダンスの異なる2種類の薄膜層(λ/4)を交互に積層した音響反射層の上に、λ/2の厚さの圧電層を形成したものである。 In recent years, with the shift of communication systems to the ultra-high frequency band, among piezoelectric thin film devices, for example, the piezoelectric thin film vibrator is an ultra-high frequency acoustic wave element that can be stably operated in the ultra-high frequency band. Attention has been paid. The SMR type piezoelectric thin film vibrator forms a piezoelectric layer having a thickness of λ / 2 on an acoustic reflection layer in which two types of thin film layers (λ / 4) having different acoustic impedances are alternately laminated on a substrate. It is what.
この構成によれば、圧電層は、多層の音響反射層により基板から音響的に切り離され、Q値の高い共振を得ることが可能になる。また、圧電層の下面全域が音響反射層により固定されているので、安定した動作が可能となる。また、音響多層膜型の圧電薄膜振動子に、SiO2の薄膜を付加して温度特性を改善する技術が提案されている(非特許文献2)。また、新たな膜を付加することなく、温度特性を改善する技術も提案されている。 According to this configuration, the piezoelectric layer is acoustically separated from the substrate by the multilayer acoustic reflection layer, and resonance with a high Q value can be obtained. In addition, since the entire lower surface of the piezoelectric layer is fixed by the acoustic reflection layer, a stable operation is possible. Further, a technique for improving temperature characteristics by adding a thin film of SiO2 to an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film vibrator has been proposed (Non-Patent Document 2). A technique for improving temperature characteristics without adding a new film has also been proposed.
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
このような音響多層膜型の圧電薄膜デバイスの構造は、従来のダイアフラム型に対して、大気開放のための空隙構造を作成するために立体的な加工が必要ない。また、圧電膜、導電膜といった薄膜を単独で形成する必要が無く、外的ストレス及び膜内部応力といったデバイスを破壊する外力及び内力に対して強靭な構造を持っている。このように音響多層膜型の圧電薄膜デバイスは、無線通信用のデバイスとして優れた特性を有している。 The structure of such an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device does not require three-dimensional processing in order to create a void structure for opening to the atmosphere, compared to the conventional diaphragm type. In addition, it is not necessary to form a thin film such as a piezoelectric film or a conductive film, and it has a strong structure against external and internal forces that destroy the device, such as external stress and internal stress. Thus, the acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device has excellent characteristics as a device for wireless communication.
このように音響多層膜型の圧電薄膜デバイスは非常にすぐれた特性を有しているが、基板への音響波の漏洩を防止するために、基板と振動部(圧電層と導電層)の間に複数層の音響反射層を形成する必要がある。つまり圧電層と導電層以外に複数層の音響反射層が必要となる。 In this way, the acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device has very good characteristics, but in order to prevent acoustic waves from leaking to the substrate, the substrate is in contact with the vibration part (piezoelectric layer and conductive layer). It is necessary to form a plurality of acoustic reflection layers. That is, a plurality of acoustic reflection layers are required in addition to the piezoelectric layer and the conductive layer.
通常の薄膜形成装置を用いて圧電薄膜デバイスを形成する場合、異なる層材料を同一装置で形成することは、薄膜層の安定作成上問題があるため行うことができない。そのため異なる材料の薄膜層を形成することは、異なる層の種類分の必要な設備を増加させる事になる。また、異なる薄膜層の成膜条件を管理するため、必要な管理項目を増大させる事になる。 When a piezoelectric thin film device is formed by using a normal thin film forming apparatus, it is impossible to form different layer materials with the same apparatus because there is a problem in the stable production of a thin film layer. Therefore, forming thin film layers of different materials increases the necessary facilities for the different layer types. Further, since the film forming conditions for different thin film layers are managed, necessary management items are increased.
そこで、発明者は、圧電層と音響反射層を同一の材料で構成する音響多層膜型の圧電薄膜デバイス及びその製造方法の開発を行った。しかし、単に圧電層と音響反射層を同一材料とすることでは種々の問題が生じ、優れた共振特性を得ることが困難であった。例えばZnOなど圧電層と同じ材料を、音響反射層を構成する高音響インピーダンス層に用いた場合、音響振動が加わると高音響インピーダンス層において圧電効果が生じ、そのために電荷を発生してしまい損失となる。 Accordingly, the inventor has developed an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device in which the piezoelectric layer and the acoustic reflection layer are made of the same material, and a manufacturing method thereof. However, simply using the same material for the piezoelectric layer and the acoustic reflection layer causes various problems, making it difficult to obtain excellent resonance characteristics. For example, when the same material as the piezoelectric layer such as ZnO is used for the high acoustic impedance layer constituting the acoustic reflection layer, when acoustic vibration is applied, a piezoelectric effect is generated in the high acoustic impedance layer, thereby generating a charge and loss. Become.
そこで、製造条件、製造手段又は薄膜物性等によって、圧電層と音響反射層を同一材料で作製でき、且つ高性能な共振特性を有する音響多層膜型の圧電薄膜デバイスを作製することが本発明の目的である。 Therefore, it is possible to produce an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device in which the piezoelectric layer and the acoustic reflection layer can be made of the same material and have high-performance resonance characteristics depending on production conditions, production means, or thin film physical properties. Is the purpose.
本発明に係る圧電薄膜デバイスは、基板と、この基板上に形成された少なくとも一層以上の圧電層と、この圧電層には複数の導電層を有し、基板と圧電層との間に複数の音響反射層を積層してなる音響反射層群を有する圧電薄膜デバイスにおいて、
上記圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、上記音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層とが同一の材料で形成され、且つ該圧電層と同一の材料で形成する該音響反射膜が、該圧電層形成時の温度より高い温度で形成されていることを特徴とする圧電薄膜デバイスである。
The piezoelectric thin film device according to the present invention includes a substrate, at least one or more piezoelectric layers formed on the substrate, and a plurality of conductive layers in the piezoelectric layer, and a plurality of conductive layers between the substrate and the piezoelectric layer. In a piezoelectric thin film device having an acoustic reflection layer group formed by laminating acoustic reflection layers,
At least one piezoelectric layer of the piezoelectric layers and at least one acoustic reflection layer of the acoustic reflection layers are formed of the same material, and the acoustic reflection film is formed of the same material as the piezoelectric layer, The piezoelectric thin film device is characterized by being formed at a temperature higher than the temperature at which the piezoelectric layer is formed.
又、上記記載の圧電薄膜デバイスにおいて、圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層を形成する同一の材料が、酸化亜鉛又は酸化亜鉛を主成分とする材料であることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 In the piezoelectric thin film device described above, the same material forming at least one piezoelectric layer of the piezoelectric layers and at least one acoustic reflection layer of the acoustic reflection layers is mainly composed of zinc oxide or zinc oxide. It is also a piezoelectric thin film device characterized by being a material.
更に、上記二段落に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、同一の材料で形成する際の圧電層形成時の温度が200℃を越えない温度であることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 Furthermore, in the piezoelectric thin film device described in the above two paragraphs, the piezoelectric thin film device is characterized in that the temperature at the time of forming the piezoelectric layer when forming with the same material is a temperature not exceeding 200 ° C.
更にまた、上記三段落に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、複数の該導電層のうち少なくとも一層がAu層とTi層の積層構造であることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 Furthermore, in the piezoelectric thin film device described in the above three paragraphs, at least one of the plurality of conductive layers has a laminated structure of an Au layer and a Ti layer.
又、上記段落に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、Au層とTi層の積層構造の導電層がAu(111)面に優先配向していることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 The piezoelectric thin film device described in the above paragraph is also a piezoelectric thin film device characterized in that a conductive layer having a laminated structure of an Au layer and a Ti layer is preferentially oriented on the Au (111) plane.
更に、段落(0012)に記載の圧電薄膜素子において、Au層とTi層の積層構造の該導電層がAu(111)面に優先配向し、且つAu(111)面を中心に、そのロッキングカーブの半値幅が3°以下であることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 Furthermore, in the piezoelectric thin film element according to paragraph (0012), the conductive layer of the laminated structure of the Au layer and the Ti layer is preferentially oriented on the Au (111) surface, and the rocking curve is centered on the Au (111) surface. This is also a piezoelectric thin film device characterized by having a half-value width of 3 ° or less.
更にまた、上記三段落に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、Au層とTi層の積層構造の該導電層が50℃を越えない温度で形成されていることを特徴とする圧電薄膜デバイスでもある。 Furthermore, in the piezoelectric thin film device described in the above three paragraphs, the piezoelectric thin film device is characterized in that the conductive layer having a laminated structure of an Au layer and a Ti layer is formed at a temperature not exceeding 50 ° C.
本発明に係る圧電薄膜デバイスの製造方法は、基板と、この基板上に形成された少なくとも一層以上の圧電層と、この圧電層には複数の導電層を形成し、基板と圧電層との間に複数の音響反射層を積層してなる音響反射層群を形成する圧電薄膜デバイスの製造方法において、
前記圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、上記音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層とが同一の材料で形成され、且つ同一の材料で各々の層を形成する際の温度が、圧電層形成時の温度より音響反射層形成時の温度を高くすることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法である。
A method of manufacturing a piezoelectric thin film device according to the present invention includes a substrate, at least one or more piezoelectric layers formed on the substrate, and a plurality of conductive layers formed on the piezoelectric layer. In the method of manufacturing a piezoelectric thin film device for forming an acoustic reflection layer group formed by laminating a plurality of acoustic reflection layers on
At least one of the piezoelectric layers and at least one of the acoustic reflection layers are formed of the same material, and the temperature at which each layer is formed of the same material is piezoelectric. A method of manufacturing a piezoelectric thin film device, characterized in that a temperature at the time of forming an acoustic reflection layer is made higher than a temperature at the time of forming a layer.
又、前記記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層を形成する同一の材料が、酸化亜鉛又は酸化亜鉛を主成分とする材料で形成すること特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 In the method for manufacturing a piezoelectric thin film device described above, the same material forming at least one piezoelectric layer of the piezoelectric layers and at least one acoustic reflection layer of the acoustic reflection layers is mainly zinc oxide or zinc oxide. It is also a method for manufacturing a piezoelectric thin film device, characterized in that it is formed of a material as a component.
更に、前記二段落に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、同一の材料で形成する際の圧電層形成時の温度を、200℃を越えない温度とすることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 Furthermore, in the method for manufacturing a piezoelectric thin film device described in the above two paragraphs, the temperature at the time of forming the piezoelectric layer when forming with the same material is set to a temperature not exceeding 200 ° C. It is also a method.
更にまた、前記三段落に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、複数の該導電層のうち少なくとも一層をAu層とTi層の積層構造で形成したことを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 Furthermore, in the method for manufacturing a piezoelectric thin film device according to the three paragraphs, at least one of the plurality of conductive layers is formed by a laminated structure of an Au layer and a Ti layer. is there.
又、前記段落に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、Au層とTi層の積層構造の導電層をAu(111)面に優先配向して形成することを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 The method for manufacturing a piezoelectric thin film device according to the paragraph, wherein a conductive layer having a laminated structure of an Au layer and a Ti layer is formed with a preferential orientation on the Au (111) surface. But there is.
更に、段落(0012)に記載の圧電薄膜素子の製造方法において、Au層とTi層の積層構造の該導電層をAu(111)面に優先配向して形成し、且つAu(111)面を中心に、そのロッキングカーブの半値幅が3°以下となるように形成することを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 Furthermore, in the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to paragraph (0012), the conductive layer having a laminated structure of an Au layer and a Ti layer is formed with a preferential orientation on the Au (111) surface, and the Au (111) surface is formed. It is also a method for manufacturing a piezoelectric thin film device, characterized in that the rocking curve has a half-value width of 3 ° or less at the center.
更にまた、前記三段落に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、Au層とTi層の積層構造の該導電層を、50℃を越えない温度で形成することを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法でもある。 Furthermore, in the method for manufacturing a piezoelectric thin film device described in the above three paragraphs, the conductive layer having a laminated structure of an Au layer and a Ti layer is formed at a temperature not exceeding 50 ° C. It is also a method.
以上、本発明に係る圧電薄膜デバイス及びその製造方法によれば、同一の材料で作成された少なくとも一つの圧電層と少なくとも一つの音響反射層において、圧電層に用いる層の形成温度を、反射層に用いる層の形成温度より低温で形成することにより、高性能な共振特性を有する音響多層膜型の圧電薄膜デバイスを作製することが可能となる。更に、導電層にAu/Ti層を用いることで、更に高性能な圧電薄膜デバイスを提供することが可能となる効果を奏する。 As described above, according to the piezoelectric thin film device and the method for manufacturing the same according to the present invention, in at least one piezoelectric layer and at least one acoustic reflection layer made of the same material, the formation temperature of the layer used for the piezoelectric layer is set to By forming it at a temperature lower than the formation temperature of the layer used for the above, it becomes possible to manufacture an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film device having high-performance resonance characteristics. Further, by using the Au / Ti layer as the conductive layer, there is an effect that it becomes possible to provide a piezoelectric thin film device with higher performance.
以下、添付した各図面に従って本発明の実施形態を説明する。なお、各図において説明を明りょうにするため図面の一部を図示していない。又、図面内の各寸法も一部誇張して図示しており、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in order to clarify the description in each drawing, a part of the drawing is not shown. In addition, each dimension in the drawings is partially exaggerated, and the same reference numerals denote the same objects in each figure.
図1に本発明の圧電薄膜デバイスの一つである圧電薄膜振動子1の模式図を示す。この図1を使用して順を追って本発明の実施の形態を、実施例を元に説明する。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a piezoelectric
最初に圧電薄膜振動子1を形成するための基板2を準備する。本実施例においては、Si(111)基板を使用する。また、このSiの基板2は高抵抗基板を用い、その比抵抗は1000Ω/cm以上の抵抗値を持つ基板であり、その表面にはSi熱酸化膜が目標とする共振周波数に応じた厚さで形成されている。尚、その他の基板の条件は、通常の半導体用Si基板と同一とする。しかし、基板2の材料としてはSiに限定されるものでは無く、他に水晶基板、ガラス基板等の材料を用いることができる。好ましくは、絶縁材料が望まれるが、適切な絶縁処理を施すことにより、低抵抗Si等の導電性のある基板も使用可能である。
First, a
この基板2を通常の半導体プロセスで用いるような洗浄工程を施す。その後、音響反射層群3を構成する各音響反射層3a及び3bを形成する。この音響反射層3a又は3bは、材料の密度と硬さにより決定される音響インピーダンスの異なる材料で構成されている。図2に音響反射層3a及び3bの模式図を示す。図2のように、音響インピーダンスが異なる膜層3a及び3bを交互に規則正しく形成することで、音響波の反射と透過の条件を満たすことにより、後述する圧電層で発生した音響エネルギーが、基板へ漏洩することなく、音響反射層と圧電層最上面の間に、エネルギーが閉じ込められ、高性能な圧電薄膜デバイスを作製することができる。
The
本発明においては、音響反射層の構造を図2の通り、高音響インピーダンス層3bと低音響インピーダンス層3aの2層を用いた。構成は、基板側から低音響インピーダンス層3aを形成し、その上に高音響インピーダンス層3bを形成する。この組み合わせを3〜4セット形成し、最後に低音響インピーダンス層3aを形成し、音響反射層群3を完成させた。
In the present invention, the structure of the acoustic reflection layer is as shown in FIG. 2, and two layers of a high
本実施例においては、高音響インピーダンス層3bとして酸化亜鉛を使用し、低音響インピーダンス層3aとして二酸化珪素を使用する。酸化亜鉛は、二酸化珪素の約2.5倍の音響インピーダンスを持っているため、この2種類の材料は、音響反射層群3を構成する層材料として使用可能である。また、酸化亜鉛は、水晶等の圧電材料と比較すると大きな電気機械結合係数を持つ優れた圧電材料である。この酸化亜鉛を圧電層4と音響反射層の一つの高音響インピーダンス層3bに使用できれば、製造設備の削減及び管理コストの低減が可能となる。
In this embodiment, zinc oxide is used as the high
この音響反射層群3の上に、圧電層4に電圧を印加するための下部導電層5を形成する。本発明においては、Au層5bとTi層5aを積層して形成した導電層を用いた。Ti層は二酸化珪素とAuの接着力を向上させるために用いた。尚、下部導電層5の形成方法はリフトオフ方式を用い、導電層金属の成膜方法はエレクトロンビームを用いた蒸着法を用いた。本実施例では、以上の方法で下部導電層を作成したが、エッチング法及びスパッタを始めとする既知の方法を使用しても構わない。
A lower
この下部導電層5を覆うように圧電層4を形成する。本実施例では、音響反射層群3を構成する高音響インピーダンス層3bと同一の材料である酸化亜鉛を圧電層4として使用した。作成方法は、音響反射層3a及び3bを作成する方法と同様とした。
The
この圧電層4の上に、先に作成した下部導電層5と対になる上部導電層6を作成する。本実施例では、下部導電層と同様の方法で作成した。また上部導電層6の作成方法も、下部導電層5と同様に、既知の作成方法の使用を制限するものでは無い。また必要に応じて、下部導電層5をデバイス外部の端子に接続する必要がある場合や、下部導電層5と上部導電層6を電気的に接続する必要がある場合には、上部導電層6を形成する前に、圧電層4の一部を取り除くことがある。
On the
また、酸化亜鉛は、負の周波数温度係数を持っているため周波数の温度特性が0ではない。それに対して二酸化珪素は酸化亜鉛とは逆に正の周波数温度係数を有している。そのため、酸化亜鉛と二酸化珪素を組み合わせることで、所望の周波数温度係数を持つ圧電薄膜デバイスを作成することが可能である。本実施例では、上部導電層6の上側、もしくは上部導電層6と圧電層4の間等に二酸化珪素の層を追加して形成する事により、周波数温度係数を調整した。
In addition, since zinc oxide has a negative frequency temperature coefficient, the temperature characteristic of the frequency is not zero. On the other hand, silicon dioxide has a positive frequency temperature coefficient contrary to zinc oxide. Therefore, it is possible to create a piezoelectric thin film device having a desired frequency temperature coefficient by combining zinc oxide and silicon dioxide. In this example, the frequency temperature coefficient was adjusted by forming an additional silicon dioxide layer above the upper
図3に、従来の方法で作成した音響多層膜型の圧電薄膜振動子の電気特性を示す。図3に示すとおり、所望の周波数に共振特性を僅かながら得ているものの、その性能は十分ではなく、振動子としての実用に耐え得るものではない。 FIG. 3 shows the electrical characteristics of an acoustic multilayer film type piezoelectric thin film vibrator produced by a conventional method. As shown in FIG. 3, although a slight resonance characteristic is obtained at a desired frequency, the performance is not sufficient and cannot be practically used as a vibrator.
図4に同一条件で作製したAu/Ti層による下部導電層5上に、形成温度を変えて作製した酸化亜鉛の(0002)面ピークのロッキングカーブの測定結果を示す。図4(a)は基板2の温度を200℃とした状態で形成し、図4(b)には基板2の温度を400℃とした状態で形成した。この結果が示すとおり結晶性から判断すると図4(b)の酸化亜鉛のほうが良好な薄膜である。次にこの薄膜を使用して作製した圧電薄膜振動子1の電気特性を図5(a)及び図5(b)に示す。図4と同じく図5(a)は基板2の温度を200℃で、図5(b)は基板2の温度を400℃で形成した酸化亜鉛を用いている。明らかに、低い温度(200℃)で形成した酸化亜鉛を用いた圧電薄膜振動子1の電気特性のほうが良好であることを示している。
FIG. 4 shows the measurement result of the rocking curve of the (0002) plane peak of zinc oxide produced at different formation temperatures on the lower
従来、圧電層4用の酸化亜鉛についての報告は数多くあり、成膜条件によりその結晶性や圧電性の変化についての報告も数多く存在している。その中では、酸化亜鉛は形成温度を上げるとその結晶性が向上するといわれている。
Conventionally, there are many reports on zinc oxide for the
しかし、図4及び図5の結果から、少なくとも酸化亜鉛を圧電層に使用した音響多層膜型の圧電薄膜振動子1においては、圧電層4の形成温度を上げれば、酸化亜鉛の結晶性が向上し、それに伴い圧電薄膜振動子1の電気特性が向上するとは単純には言えないことが判明した。
However, from the results of FIGS. 4 and 5, in the acoustic multilayer film type piezoelectric
さらに詳細な検討によると、圧電薄膜振動子1の電気特性と酸化亜鉛形成温度の相関関係は、酸化亜鉛の下地となるAu/Ti下部導電層5の状態に大きく影響されることが判明した。即ち、先に示した低温で形成した酸化亜鉛が良好な共振特性を示す事例は、酸化亜鉛の下地であるAu/Ti下部導電層5においてAu(111)面の配向の状態に強く影響されている。このAu(111)面の配向が強いと、低温で形成した酸化亜鉛がより良好な共振特性を示す。特にAu(111)面を中心としたロッキングカーブの半値幅が3°を下回る場合、特に良好な共振特性を有することが明らかになった。
According to further detailed examination, it has been found that the correlation between the electrical characteristics of the piezoelectric
さらに詳細な検討によると、圧電薄膜振動子1の電気特性と酸化亜鉛形成温度の相関関係は、酸化亜鉛の下地となるAu/Ti下部導電層5の形成温度にも強い影響を受け、Au/Ti下部導電層5の形成時温度が低いと、低温で形成した圧電層4の酸化亜鉛がより良好な共振特性を示す。
According to further detailed examination, the correlation between the electrical characteristics of the piezoelectric
尚、本実施例においては、音響反射層群3を構成する高音響インピーダンス層3bと圧電層4とに共通に使用する同一材料として、酸化亜鉛を使用したが、この材料を使用した第一の理由は、低音響インピーダンス層3aとして、二酸化珪素を選定することにより、音響反射層群3及び圧電層4全て酸化物系の材料で統一できる点にある。つまり、共通材料として、酸化亜鉛が限定されることは無く、例えば、窒化アルミニウム等でも同等の効果が得られる。また、圧電層4に酸化亜鉛を使用する場合でも、低音響インピーダンス層3aとして、酸化アルミニウム等の材料を選択するなど、本発明開示の作用効果を奏するのであればその組み合わせに制限は無い。また、上部及び下部導電層を構成する金属についても本実施例では少なくとも下部導電層5がAu及びTiで形成された導電層を用いたが、他の導電層にはAl,Mo,W又はPt等の使用が可能であり材料を限定するものではない。また同様に本実施例では、酸化亜鉛、二酸化珪素は、いずれもRFマグネトロンスパッタ装置を使用し、一般に知られている成膜条件を用いて作製した。このRFマグネトロンスパッタ方式以外に、ECRスパッタ方式、CVD方式等の使用が可能であり、作製方式、成膜条件等を制限するものでは無い。
In the present embodiment, zinc oxide is used as the same material commonly used for the high
1・・・圧電薄膜デバイス(圧電薄膜振動子)
2・・・基板
3・・・音響反射膜群
3a・・・音響反射層(低音響インピーダンス層)
3b・・・音響反射層(高音響インピーダンス層)
4・・・圧電層
5・・・下部導電層
5a・・・Ti層
5b・・・Au層
1. Piezoelectric thin film device (piezoelectric thin film vibrator)
2 ...
3b ... Acoustic reflection layer (high acoustic impedance layer)
4 ...
Claims (14)
該圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、該音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層とが同一の材料で形成され、且つ該圧電層と同一の材料で形成した該音響反射層が、圧電層形成の温度より高い温度で形成した音響反射層であること特徴とする圧電薄膜デバイス。 A substrate, at least one piezoelectric layer formed on the substrate, a plurality of conductive layers in the piezoelectric layer, and a plurality of acoustic reflection layers stacked between the substrate and the piezoelectric layer In a piezoelectric thin film device having a reflective layer group,
At least one piezoelectric layer of the piezoelectric layers and at least one acoustic reflection layer of the acoustic reflection layers are formed of the same material, and the acoustic reflection layer is formed of the same material as the piezoelectric layer, A piezoelectric thin film device, which is an acoustic reflection layer formed at a temperature higher than the temperature at which the piezoelectric layer is formed.
該圧電層のうち少なくとも一つの圧電層と、該音響反射層のうち少なくとも一つの音響反射層とが同一の材料で形成し、且つ同一の材料で形成する際の温度が、圧電層形成時の温度より音響反射層形成時の温度を高くすることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法。 A substrate, at least one piezoelectric layer formed on the substrate, a plurality of conductive layers formed on the piezoelectric layer, and a plurality of acoustic reflection layers stacked between the substrate and the piezoelectric layer In the manufacturing method of the piezoelectric thin film device for forming the reflective layer group,
At least one of the piezoelectric layers and at least one of the acoustic reflection layers are formed of the same material, and the temperature at which the piezoelectric layer is formed of the same material is the same as that at the time of forming the piezoelectric layer. A method for manufacturing a piezoelectric thin film device, characterized in that a temperature at the time of forming an acoustic reflection layer is made higher than a temperature.
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