JP2006197413A - Thin film piezoelectric element, thin film piezoelectric resonator and manufacturing method thereof - Google Patents

Thin film piezoelectric element, thin film piezoelectric resonator and manufacturing method thereof Download PDF

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Kazuhiko Itaya
和彦 板谷
Ryoichi Ohara
亮一 尾原
Kenya Sano
賢也 佐野
Yasuaki Yasumoto
恭章 安本
Naoko Yanase
直子 梁瀬
Takashi Kawakubo
隆 川久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric resonant element and a thin film piezoelectric resonator which are provided with a new electrode connection structure and are excellent in characteristics and whose miniaturization and light weightness can be realized, and a manufacturing method for them. <P>SOLUTION: The thin film piezoelectric resonant element 1 and the thin film piezoelectric resonator are provided with a board 2, a first electrode 31 disposed in a first area A on the front face of the board 2, an extraction electrode 32 disposed in a second area B different from the first area A on the front face of the board 2, one end of which is electrically connected to the first electrode 31 and the other end of which is formed so as to be extracted from the rear face of the board 2, a piezoelectric material thin film 4 disposed on the first electrode 31, a second electrode 5 on the piezoelectric material thin film 4, and a cavity 21 for resonance disposed in the board 2 at the part where the first electrode 31 is disposed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、薄膜圧電共振素子、薄膜圧電共振器及びそれらの製造方法に関し、特に基板上に圧電体薄膜を備えた薄膜圧電共振素子、この薄膜圧電共振素子を実装した薄膜圧電共振器及びそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film piezoelectric resonator, a thin film piezoelectric resonator, and a method of manufacturing the same, and more particularly, a thin film piezoelectric resonator having a piezoelectric thin film on a substrate, a thin film piezoelectric resonator having the thin film piezoelectric resonator mounted thereon, and their It relates to a manufacturing method.

近年のワイヤレス無線技術はめざましい発展を遂げ、更に情報の高速伝送を目的とした開発が続けられている。これら無線通信技術において、PHSシステム、第3世代携帯通信、無線LAN等の導入により、2GHz前後の周波数帯域が市場にて広く使用される傾向にあり、加入者数、端末数等は飛躍的な増大傾向にある。情報伝送量の高速化を目的に搬送波の周波数そのものはさらに高周波化の傾向にあり、無線LANシステムにおいては5GHzの周波数帯域まで商用化が開始されている。   In recent years, wireless radio technology has made remarkable progress, and further development aimed at high-speed transmission of information has been continued. In these wireless communication technologies, with the introduction of PHS systems, third generation mobile communication, wireless LAN, etc., the frequency band around 2 GHz tends to be widely used in the market, and the number of subscribers, the number of terminals, etc. are dramatic. It is increasing. For the purpose of speeding up the amount of information transmission, the frequency of the carrier wave itself tends to be higher, and in the wireless LAN system, commercialization has been started up to a frequency band of 5 GHz.

これら高周波帯域を使用する通信機器に関しては、小型化、軽量化の要求が強い。特に、パーソナルコンピュータ(PC)の用途においては、通信機器をPCカードとして使用する需要が多く、PCカードは数mm程度に薄く製作する必要がある。   There is a strong demand for miniaturization and weight reduction for communication devices using these high frequency bands. In particular, in personal computer (PC) applications, there is a great demand for using communication devices as PC cards, and PC cards need to be manufactured as thin as several millimeters.

PCカードとして使用される無線機器は、一般的に、高周波(RF)を処理するRFフロントエンド部と、ディジタル信号処理を行うベースバンド(BB)部とを備えている。ベースバンド部は信号の変調や復調をディジタル信号処理において行う部分である。このベースバンド部は、基本的にはシリコン(Si)基板をベースとしたLSIチップによって構成することができるので、容易に1mm以下に薄型にすることができる。   A wireless device used as a PC card generally includes an RF front end unit that processes high frequency (RF) and a baseband (BB) unit that performs digital signal processing. The baseband portion is a portion that performs signal modulation and demodulation in digital signal processing. Since this baseband portion can be basically constituted by an LSI chip based on a silicon (Si) substrate, it can be easily made thin to 1 mm or less.

一方、RFフロントエンド部は、高周波信号をアナログ信号として増幅や周波数変換等を行う部分である。従って、RFフロントエンド部は、LSIチップだけで構成することが技術的に難しく、発振器、フィルタ等の多くの受動部品を含む複雑な構成になる。受動部品のうち、フィルタには誘電体フィルタやLCフィルタが使用されている。これらのフィルタにおいては、空洞共振器やLC回路の通過帯域特性を利用することによって高周波信号がフィルタリングされているので、本質的に小型化が難しく、数mm以下に薄型化することが極めて難しい。すなわち、高周波帯域を使用する通信機器の小型化、薄型化には限界があった。   On the other hand, the RF front end unit is a part that performs amplification, frequency conversion, and the like using a high frequency signal as an analog signal. Therefore, it is technically difficult to configure the RF front end unit only with an LSI chip, and the RF front end unit has a complicated configuration including many passive components such as an oscillator and a filter. Of the passive components, a dielectric filter or an LC filter is used as the filter. In these filters, since the high-frequency signal is filtered by using the passband characteristics of the cavity resonator and the LC circuit, it is essentially difficult to reduce the size, and it is extremely difficult to reduce the thickness to several millimeters or less. In other words, there has been a limit to reducing the size and thickness of communication devices that use a high frequency band.

この種の課題を解決する技術として、例えば下記特許文献1に開示されている薄膜圧電共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic Wave Resonator)が注目されている。図13に示すように、薄膜圧電共振器100は、窒化アルミニウム(AlN)や酸化亜鉛(ZnO)からなる圧電体薄膜103を2枚の下部電極102と上部電極104との間に挟み込み、この圧電体薄膜103を基板101上においてこの基板101に形成された空洞101H上に備えている。この薄膜圧電共振子100は空気層に接した下部電極102及び上部電極104と圧電体薄膜103とを合わせた厚み方向に周波数の共振を得るものである。成膜技術において容易に製造可能な範囲の0.5μm〜数μmの厚さが数GHzの周波数に相当しており、GHz帯域の高周波の共振器を簡易に製作することができる。   As a technique for solving this type of problem, for example, a thin film piezoelectric resonator (FBAR: film bulk acoustic wave resonator) disclosed in Patent Document 1 below has been attracting attention. As shown in FIG. 13, a thin film piezoelectric resonator 100 includes a piezoelectric thin film 103 made of aluminum nitride (AlN) or zinc oxide (ZnO) sandwiched between two lower electrodes 102 and an upper electrode 104. A body thin film 103 is provided on a cavity 101H formed on the substrate 101 on the substrate 101. This thin film piezoelectric resonator 100 obtains frequency resonance in the thickness direction in which the lower electrode 102 and the upper electrode 104 in contact with the air layer and the piezoelectric thin film 103 are combined. A thickness of 0.5 μm to several μm, which can be easily manufactured in the film formation technique, corresponds to a frequency of several GHz, and a high-frequency resonator in the GHz band can be easily manufactured.

薄膜圧電共振器100においては、2個を直列に接続し、1個を並列に接続することにより、ラダー型の帯域通過フィルタとして構築することができる。帯域通過フィルタにおいては、直列接続と並列接続との双方の薄膜圧電共振器100の中心周波数を僅かに変える、例えば前者の共振周波数に対して後者の反共振周波数が一致するように調整されている。   The thin film piezoelectric resonator 100 can be constructed as a ladder-type bandpass filter by connecting two in series and connecting one in parallel. In the band pass filter, the center frequency of both the series connection and the parallel connection of the thin film piezoelectric resonator 100 is slightly changed. For example, the latter anti-resonance frequency is adjusted to coincide with the former resonance frequency. .

このような薄膜圧電共振器100においては、基板101上に薄膜を成膜する成膜技術によって製作することができるので、小型化を容易に実現することができ、特に一般的なフィルタにおいては実現することが難しい1mm以下の厚さを容易に実現することができる。また、薄膜圧電共振器100は、基板101にSi基板を使用することができ、半導体製造技術を利用して製作することができるので、トランジスタ、IC、LSI等との整合性も高く、これらとの実装も容易に行える。
特開2000−69594号公報
Since such a thin film piezoelectric resonator 100 can be manufactured by a film forming technique for forming a thin film on the substrate 101, it can be easily reduced in size, particularly in a general filter. It is possible to easily realize a thickness of 1 mm or less, which is difficult to do. In addition, since the thin film piezoelectric resonator 100 can use a Si substrate as the substrate 101 and can be manufactured by using a semiconductor manufacturing technique, it is highly compatible with transistors, ICs, LSIs, etc. Can be easily implemented.
JP 2000-69594 A

しかしながら、前述の薄膜圧電共振器100においては、以下の点について配慮がなされていなかった。トランジスタ、IC、LSI等の増幅素子、又はコンデンサ、抵抗器、インダクタ等と一緒に実装して高周波モジュールを構築する場合、これら他の素子との電気的な接続を行うために、前述の図13に示す薄膜圧電共振器100の下部電極102には電極パッド105が、上部電極104には電極パッド106が必要である。上部電極104は表面に露出した構造であるので、電極パッド106と上部電極104との間の接続は容易である。ところが、下部電極102は基板101と圧電体薄膜103との間に挟み込まれた構造であるので、下部電極102と電極パッド105との間の接続には、下部電極102の一部上の圧電体薄膜103を除去し、下部電極102の一部を露出する必要がある。この圧電体薄膜103の除去には気相エッチング(RIE)法を使用することができる。   However, in the above-described thin film piezoelectric resonator 100, the following points have not been considered. When a high-frequency module is constructed by mounting together with amplifying elements such as transistors, ICs, LSIs, or capacitors, resistors, inductors, etc., in order to make electrical connection with these other elements, the aforementioned FIG. The electrode pad 105 is required for the lower electrode 102 and the electrode pad 106 is required for the upper electrode 104 of the thin film piezoelectric resonator 100 shown in FIG. Since the upper electrode 104 has a structure exposed on the surface, the connection between the electrode pad 106 and the upper electrode 104 is easy. However, since the lower electrode 102 has a structure sandwiched between the substrate 101 and the piezoelectric thin film 103, a piezoelectric body on a part of the lower electrode 102 is used for connection between the lower electrode 102 and the electrode pad 105. It is necessary to remove the thin film 103 and expose a part of the lower electrode 102. A vapor phase etching (RIE) method can be used to remove the piezoelectric thin film 103.

ところが、圧電体薄膜103として使用されているAlNはエッチングが困難な材料であるために、気相エッチング速度を速くすることができない。すなわち、気相エッチング時において、パターンニング用レジストマスクの後退速度が速く、数μm程度の厚い圧電体薄膜103の気相エッチング中にレジストマスクがなくなり、圧電体薄膜103の表面が露出してしまう。更に、気相エッチングにおいて、圧電体薄膜103と下部電極102との間のエッチング速度選択比を大きくするこができないので、圧電体薄膜103のオーバエッチングによって下部電極102に突き抜けが発生してしまう。更に、薄膜圧電共振器100においては、エッチング面に酸素や水分が吸着することによる特性の劣化が発生し、叉表面構造の平坦性が失われ、実装時に特性のばらつきが発生する。   However, since AlN used as the piezoelectric thin film 103 is a material that is difficult to etch, the vapor-phase etching rate cannot be increased. That is, at the time of vapor phase etching, the patterning resist mask is retracted at a high speed, the resist mask disappears during vapor phase etching of the thick piezoelectric thin film 103 of about several μm, and the surface of the piezoelectric thin film 103 is exposed. . Furthermore, since the etching rate selection ratio between the piezoelectric thin film 103 and the lower electrode 102 cannot be increased in the vapor phase etching, the lower electrode 102 is pierced by overetching of the piezoelectric thin film 103. Further, in the thin film piezoelectric resonator 100, deterioration of characteristics due to adsorption of oxygen and moisture to the etched surface occurs, flatness of the fork surface structure is lost, and variations in characteristics occur during mounting.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、新たな電極接続構造を備え、特性に優れた、小型化かつ軽量化を実現することができる薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器を提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin-film piezoelectric resonator element having a new electrode connection structure, excellent characteristics, and capable of realizing a reduction in size and weight. And a thin film piezoelectric resonator.

本発明の目的は、圧電体薄膜のエッチングに起因する不具合を無くすことができる薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器の製造方法を提供することである。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator element and thin film piezoelectric resonator which can eliminate the malfunction resulting from the etching of a piezoelectric thin film.

本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、薄膜圧電共振素子において、基板と、基板表面上の第1の領域に配設された第1の電極と、基板表面上の第1の領域とは異なる第2の領域に配設され、一端が第1の電極に電気的に接続されるとともに、他端が基板裏面から引き出されるように形成された引出電極と、第1の電極上に配設された圧電体薄膜と、圧電体薄膜上の第2の電極と、第1の電極が配設された部分において、基板に配設された共振用空洞とを備える。   A first feature according to an embodiment of the present invention is that in a thin film piezoelectric resonant element, a substrate, a first electrode disposed in a first region on the substrate surface, and a first region on the substrate surface A lead electrode disposed in a second region different from the first electrode, wherein one end is electrically connected to the first electrode and the other end is drawn from the back surface of the substrate; and on the first electrode A piezoelectric thin film disposed, a second electrode on the piezoelectric thin film, and a resonance cavity disposed in the substrate at a portion where the first electrode is disposed.

本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、薄膜圧電共振器において、実装用基板と、実装用基板上の半田電極と、を更に備え、実装用基板表面と薄膜圧電共振素子の基板裏面とを向かい合わせて実装用基板上に薄膜圧電共振素子を実装し、かつ半田電極と薄膜圧電共振素子の引出電極裏面との間を電気的に接続する。   A second feature according to the embodiment of the present invention is that the thin film piezoelectric resonator further includes a mounting substrate and a solder electrode on the mounting substrate, the mounting substrate surface and the back surface of the thin film piezoelectric resonator element. Are mounted on the mounting substrate, and the solder electrode and the back surface of the extraction electrode of the thin film piezoelectric resonator are electrically connected.

本発明の実施の形態に係る第3の特徴は、薄膜圧電共振器において、実装用基板を更に備え、実装用基板表面と薄膜圧電共振素子の基板表面とを向かい合わせて実装用基板上に薄膜圧電共振素子を実装し、かつ薄膜圧電共振素子の引出電極裏面にワイヤを電気的に接続する。   A third feature according to the embodiment of the present invention is that the thin film piezoelectric resonator further includes a mounting substrate, and the surface of the mounting substrate and the surface of the thin film piezoelectric resonator element face each other on the mounting substrate. A piezoelectric resonant element is mounted, and a wire is electrically connected to the back surface of the extraction electrode of the thin film piezoelectric resonant element.

本発明の実施の形態に係る第4の特徴は、薄膜圧電共振素子の製造方法において、基板表面上の第1の領域に第1の電極を形成するとともに、基板表面上の第1の領域とは異なる第2の領域に第1の電極に接続された引出電極を形成する工程と、第1の電極上に圧電体薄膜を形成する工程と、圧電体薄膜上に第2の電極を形成する工程と、引出電極が形成された部分において、基板に接続用空洞を形成する工程と、第1の電極が形成された部分において、基板に共振用空洞を形成する工程とを備える。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thin film piezoelectric resonator, the first electrode is formed in the first region on the substrate surface, and the first region on the substrate surface is Forming a lead electrode connected to the first electrode in different second regions, forming a piezoelectric thin film on the first electrode, and forming a second electrode on the piezoelectric thin film And a step of forming a connection cavity in the substrate at the portion where the extraction electrode is formed, and a step of forming a resonance cavity in the substrate at the portion where the first electrode is formed.

本発明の実施の形態に係る第5の特徴は、薄膜圧電共振器の製造方法において、実装用基板上に半田電極を形成する工程と、実装用基板表面と薄膜圧電共振素子の基板裏面とを向かい合わせ、半田電極を毛細浸透により接続用空洞内に充填して半田電極と薄膜圧電共振素子の引出電極裏面との間を電気的に接続し、実装用基板上に薄膜圧電共振素子を実装する工程とを備える。   According to a fifth feature of the present invention, in the method of manufacturing a thin film piezoelectric resonator, a step of forming a solder electrode on the mounting substrate, a mounting substrate surface, and a substrate back surface of the thin film piezoelectric resonator element are provided. Face each other, fill the solder cavity with capillary penetration into the connection cavity, electrically connect the solder electrode and the back surface of the extraction electrode of the thin film piezoelectric resonator, and mount the thin film piezoelectric resonator on the mounting substrate A process.

本発明によれば、新たな電極接続構造を備え、特性に優れた、小型化かつ軽量化を実現することができる薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film piezoelectric resonator element and a thin film piezoelectric resonator that have a new electrode connection structure, have excellent characteristics, and can be reduced in size and weight.

更に、本発明によれば、圧電体薄膜のエッチングに起因する不具合を無くすことができる薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器の製造方法を提供することができる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a thin film piezoelectric resonator element and a method of manufacturing the thin film piezoelectric resonator that can eliminate the problems caused by the etching of the piezoelectric thin film.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
[薄膜圧電共振素子の構造]
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1は、基板2と、基板2表面(図1中、上側表面)上の第1の領域Aに配設された第1の電極31と、基板2表面上の第1の領域Aとは異なる第2の領域Bに配設され、一端が第1の電極31に電気的に接続されるとともに、他端が基板2裏面(図1中、下側表面)から電気的に接続される引出電極32と、第1の電極31上及び引出電極32上の少なくともすべてに配設された圧電体薄膜4と、圧電体薄膜4上の第2の電極5と、第1の電極31が配設された部分において、基板2に配設された共振用空洞21とを備えている。つまり、薄膜圧電共振素子1は、2枚の第1の電極31と第2の電極5との間に圧電体薄膜4を挟み込んだ橋梁を振動させる構造である。
(First embodiment)
[Structure of thin-film piezoelectric resonator]
As shown in FIGS. 1 and 2, the thin film piezoelectric resonator element 1 according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 2 and a first region A on the surface of the substrate 2 (the upper surface in FIG. 1). The first electrode 31 disposed on the substrate 2 and the second region B different from the first region A on the surface of the substrate 2 are electrically connected to the first electrode 31 at one end. The lead electrode 32 whose other end is electrically connected from the back surface of the substrate 2 (the lower surface in FIG. 1), and the piezoelectric thin film disposed on at least all of the first electrode 31 and the lead electrode 32 4, a second electrode 5 on the piezoelectric thin film 4, and a resonance cavity 21 disposed in the substrate 2 in a portion where the first electrode 31 is disposed. That is, the thin film piezoelectric resonance element 1 has a structure that vibrates a bridge in which the piezoelectric thin film 4 is sandwiched between the two first electrodes 31 and the second electrode 5.

基板2にはSi基板を実用的に使用することができる。共振用空洞21は、第1の領域Aにおいて基板2に配設されており、基板2表面から裏面に貫通する平面方形状の開口である。ここで、「第1の領域A」とは、実質的に共振作用が発生する領域という意味において使用されている。   As the substrate 2, a Si substrate can be used practically. The resonance cavity 21 is disposed in the substrate 2 in the first region A, and is a planar rectangular opening penetrating from the surface of the substrate 2 to the back surface. Here, the “first region A” is used in the sense of a region in which a resonance action substantially occurs.

第1の電極31には第1の実施の形態においてAl又はAl合金を実用的に使用することができる。引出電極32は、第1の電極31と同一導電性材料により一体に構成されている。図1及び図2に示すように、引出電極32は、基板2中央部分の第1の領域Aに配設された第1の電極31から右側の第2の領域Bまで引き出されている。ここで、「第2の領域B」とは、第1の領域Bに隣接した領域であって、第1の電極31に接続する領域を含む、引出電極32の配設に必要な領域という意味において使用されている。   In the first embodiment, Al or an Al alloy can be practically used for the first electrode 31. The extraction electrode 32 is integrally formed of the same conductive material as that of the first electrode 31. As shown in FIGS. 1 and 2, the extraction electrode 32 is extracted from the first electrode 31 disposed in the first region A in the central portion of the substrate 2 to the second region B on the right side. Here, the “second region B” means a region that is adjacent to the first region B and that includes a region that is connected to the first electrode 31 and is necessary for the arrangement of the extraction electrode 32. Used in

また、図2に示すように、基板2上において、第1の電極31を中心とした両側には、インピーダンス整合のためのストリップライン33及び34が配設されている。このストリップライン33及び34は第1の電極31と同一導電性材料により同一層に構成されている。   As shown in FIG. 2, strip lines 33 and 34 for impedance matching are disposed on both sides of the substrate 2 with the first electrode 31 as the center. The strip lines 33 and 34 are formed of the same conductive material as that of the first electrode 31 in the same layer.

引出電極32が配設された部分において、基板2には引出電極32裏面を露出する接続用空洞22が配設されている。この接続用空洞22は、引出電極32裏面と薄膜圧電共振素子1を実装する実装用基板(図10に示す半田電極)との間を電気的に接続するビアホールとして機能する。接続用空洞22内に露出する引出電極32裏面上及び接続用空洞22内壁上にはメタライズ層6が配設されている。メタライズ層6は半田電極の接続用空洞22への毛細浸透(引き込み)を促進する機能を有する。このメタライズ層6には、Ni薄膜の表面上にAu薄膜を備えた積層膜を実用的に使用することができる。   In the portion where the extraction electrode 32 is provided, the substrate 2 is provided with a connection cavity 22 that exposes the back surface of the extraction electrode 32. The connection cavity 22 functions as a via hole for electrically connecting the back surface of the extraction electrode 32 and the mounting substrate (solder electrode shown in FIG. 10) on which the thin film piezoelectric resonator element 1 is mounted. The metallized layer 6 is disposed on the back surface of the extraction electrode 32 exposed in the connection cavity 22 and on the inner wall of the connection cavity 22. The metallized layer 6 has a function of promoting capillary penetration (pulling) into the connection cavity 22 of the solder electrode. For the metallized layer 6, a laminated film having an Au thin film on the surface of the Ni thin film can be used practically.

圧電体薄膜4には第1の実施の形態においてAlNを実用的に使用することができる。下側をアモルファス結晶構造とする2層構造の第1の電極31を使用することにより、AlNの配向性を向上することができる。AlNの結晶配向性を制御することによって、薄膜圧電共振素子1の共振器としての特性を向上することができる。圧電体薄膜4は、少なくとも第1の電極31及び引出電極32のすべてを覆って配設されており、少なくとも第1の電極31上及び引出電極32上においてパターンニングされていない。第1の実施の形態においては、基板2表面上の全面に圧電体薄膜4が配設されている。すなわち、薄膜圧電共振素子1は、基板2表面において圧電体薄膜4にパターンニングを行わず、基板2表面と圧電体薄膜4との間に挟まれる第1の電極31には引出電極32を通してこの引出電極32裏面において電気的に接続する構造を採用している。結果として、圧電体薄膜4表面の平坦性を高め、圧電体薄膜4表面はほぼ平坦になる。   In the first embodiment, AlN can be practically used for the piezoelectric thin film 4. By using the first electrode 31 having a two-layer structure having an amorphous crystal structure on the lower side, the orientation of AlN can be improved. By controlling the crystal orientation of AlN, the characteristics of the thin film piezoelectric resonator element 1 as a resonator can be improved. The piezoelectric thin film 4 is disposed so as to cover at least the first electrode 31 and the extraction electrode 32, and is not patterned on at least the first electrode 31 and the extraction electrode 32. In the first embodiment, the piezoelectric thin film 4 is disposed on the entire surface of the substrate 2. That is, the thin film piezoelectric resonance element 1 does not pattern the piezoelectric thin film 4 on the surface of the substrate 2, and the first electrode 31 sandwiched between the surface of the substrate 2 and the piezoelectric thin film 4 passes through the extraction electrode 32. A structure in which electrical connection is made on the back surface of the extraction electrode 32 is adopted. As a result, the flatness of the surface of the piezoelectric thin film 4 is improved, and the surface of the piezoelectric thin film 4 becomes substantially flat.

更に、第1の実施の形態においては、AlNはスパッタリングにより成膜され、AlNの結晶配向性はX線のロッキングカーブにおいて1.5°以下に制御されている。また、AlNは応力制御も行われており、橋梁部分においてAlNの機械的応力を安定させることができる。   Furthermore, in the first embodiment, AlN is formed by sputtering, and the crystal orientation of AlN is controlled to 1.5 ° or less in the X-ray rocking curve. Moreover, stress control is also performed for AlN, and the mechanical stress of AlN can be stabilized at the bridge portion.

第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1は例えば2GHzの周波数帯域において動作するように構成されており、電気機械結合定数は6.7%、共振のQ値は800を得ることができた。圧電体薄膜4表面の平坦性が優れていることから、薄膜圧電共振素子1の製造プロセスにおいて、ウエーハの面内分布も優れており、例えば6インチウエーハ全面に製作された複数の薄膜圧電共振素子1において、電気機械結合定数及び共振のQ値に関する特性は再現良く得ることができた。更に、薄膜圧電共振素子1の製造プロセスにおいて、圧電体薄膜4にエッチングが行われないことから、エッチング面が大気に暴露されることもなくなる。前述の図13に示す薄膜圧電共振器100においては、圧電体薄膜103にエッチング面を有すること、このエッチングにより圧電体薄膜103の段差が発生すること等の特異性が起因し、特性が安定せず、共振のQ値は600ほどのものが得られたが、共振のQ値のばらつきが大きかった。   The thin film piezoelectric resonator element 1 according to the first embodiment is configured to operate in a frequency band of 2 GHz, for example, and an electromechanical coupling constant is 6.7% and a resonance Q value is 800. It was. Since the flatness of the surface of the piezoelectric thin film 4 is excellent, in the manufacturing process of the thin film piezoelectric resonator element 1, the in-plane distribution of the wafer is also excellent. For example, a plurality of thin film piezoelectric resonator elements manufactured on the entire surface of a 6-inch wafer. In Fig. 1, the characteristics relating to the electromechanical coupling constant and the resonance Q value could be obtained with good reproducibility. Further, since the piezoelectric thin film 4 is not etched in the manufacturing process of the thin film piezoelectric resonator element 1, the etched surface is not exposed to the atmosphere. In the thin film piezoelectric resonator 100 shown in FIG. 13 described above, the characteristics are stabilized due to the peculiarities such as the fact that the piezoelectric thin film 103 has an etching surface and the etching generates a step in the piezoelectric thin film 103. However, although a resonance Q value of about 600 was obtained, variation in the resonance Q value was large.

第2の電極5には、例えばMoを実用的に使用することができる。   For example, Mo can be practically used for the second electrode 5.

このように構成される薄膜圧電共振素子1においては、第1の電極31が引出電極32を通してこの引出電極32裏面から電気的に接続される新たな電極接続構造を備え、圧電体薄膜4をパターンニングせずにその表面を平坦化することに起因して特性に優れた、小型化かつ軽量化を実現することができる。   The thin film piezoelectric resonance element 1 configured as described above has a new electrode connection structure in which the first electrode 31 is electrically connected from the back surface of the extraction electrode 32 through the extraction electrode 32, and the piezoelectric thin film 4 is patterned. It is possible to realize a reduction in size and weight that is excellent in characteristics due to the flattening of the surface without performing the annealing.

[薄膜圧電共振素子の製造方法]
次に、薄膜圧電共振素子1の製造方法を説明する。まず最初に例えば200μmの厚さを有する基板(例えはSiウエーハ)2を準備する。引き続き、図示しないが、基板2表面上にシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜は、例えば熱酸化法により形成し、1μm程度の膜厚において成膜する。
[Method for Manufacturing Thin Film Piezoelectric Resonator]
Next, a method for manufacturing the thin film piezoelectric resonance element 1 will be described. First, a substrate (for example, Si wafer) 2 having a thickness of, for example, 200 μm is prepared. Subsequently, although not shown, a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate 2. The silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method, for example, and is formed with a film thickness of about 1 μm.

図3に示すように、基板2表面上の全面にシリコン酸化膜を介在して電極層3を形成する。電極層3は、例えば20nmの膜厚のTaAl薄膜と、このTaAl薄膜上に積層された例えば200nmの膜厚のAl薄膜との積層膜により形成する。   As shown in FIG. 3, an electrode layer 3 is formed on the entire surface of the substrate 2 with a silicon oxide film interposed. The electrode layer 3 is formed of a laminated film of, for example, a 20 nm thick TaAl thin film and a 200 nm thick Al thin film laminated on the TaAl thin film.

図4に示すように、フォトリソグラフィ技術を使用して電極層3をパターンニングし、電極層3から第1の電極31及び引出電極32(及び図示しないストリップライン33、34)を形成する。第1の実施の形態において、第1の電極31と引出電極32とは同一工程において形成されている。   As shown in FIG. 4, the electrode layer 3 is patterned using a photolithography technique, and the first electrode 31 and the extraction electrode 32 (and strip lines 33 and 34 not shown) are formed from the electrode layer 3. In the first embodiment, the first electrode 31 and the extraction electrode 32 are formed in the same process.

基板2を図示しない高真空スパッタリング装置の真空チャンバ内にロードする。引き続き、図5に示すように、基板2表面上の全面、すなわち第1の電極31及び引出電極32を少なくともすべて覆う圧電体薄膜4を形成する。圧電体薄膜4には前述通り例えはAlNを使用しているので、AlNがスパッタリングにより成膜される。圧電体薄膜4は、例えばW−CDMAシステム仕様の周波数帯域に適合するように、1700nmの膜厚において成膜する。周波数帯域は、基本的には、第1の電極31及び第2の電極5の種類並びに膜厚と、圧電体薄膜4の膜厚とによって決定することができる。各々の膜厚の変動は周波数の変動に敏感に影響を与えるので、各々の膜厚は高い精度において制御する必要がある。   The substrate 2 is loaded into a vacuum chamber of a high vacuum sputtering apparatus (not shown). Subsequently, as shown in FIG. 5, the piezoelectric thin film 4 covering at least the entire surface on the surface of the substrate 2, that is, the first electrode 31 and the extraction electrode 32 is formed. For example, AlN is used for the piezoelectric thin film 4 as described above, so that AlN is formed by sputtering. The piezoelectric thin film 4 is formed with a thickness of 1700 nm so as to conform to the frequency band of the W-CDMA system specification, for example. The frequency band can basically be determined by the types and film thicknesses of the first electrode 31 and the second electrode 5 and the film thickness of the piezoelectric thin film 4. Since each film thickness variation sensitively affects the frequency variation, each film thickness must be controlled with high accuracy.

圧電体薄膜4上に電極層を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用してこの電極層をパターンニングすることにより、図6に示すように、電極層から第2の電極5を形成する。第2の電極5は例えば200nmの膜厚のMoにより形成され、このMoはスパッタリングにより成膜することができる。   By forming an electrode layer on the piezoelectric thin film 4 and patterning the electrode layer using a photolithographic technique, the second electrode 5 is formed from the electrode layer as shown in FIG. The second electrode 5 is formed of Mo having a thickness of 200 nm, for example, and this Mo can be formed by sputtering.

次に、基板2の裏面加工を行う。フォトリソグラフィ技術を使用し、基板2裏面上に、引出電極32裏面部分が開口されたフォトレジストマスク(図示しない)を形成する。このフォトレジストマスクを使用し、基板2裏面を表面に向かって取り除き、図7に示すように、引出電極31裏面を露出する接続用空洞22を形成する。接続用空洞22の形成には高速RIEを実用的に使用することができる。接続用空洞22の形成後、フォトレジストマスクは除去される。   Next, the back surface processing of the substrate 2 is performed. Using a photolithography technique, a photoresist mask (not shown) having an opening on the back surface of the extraction electrode 32 is formed on the back surface of the substrate 2. Using this photoresist mask, the back surface of the substrate 2 is removed toward the front surface to form a connection cavity 22 that exposes the back surface of the extraction electrode 31 as shown in FIG. High speed RIE can be used practically for forming the connection cavity 22. After the connection cavity 22 is formed, the photoresist mask is removed.

図8に示すように、接続用空洞22内から露出する引出電極22裏面上、接続用空洞22内壁上及び基板2裏面の一部にメタライズ層を形成する。   As shown in FIG. 8, a metallized layer is formed on the back surface of the extraction electrode 22 exposed from the connection cavity 22, on the inner wall of the connection cavity 22, and on a part of the back surface of the substrate 2.

再度、フォトリソグラフィ技術を使用し、基板2裏面上に、第1の電極31部分が開口されたフォトレジストマスク(図示しない)を形成する。このフォトレジストマスクを使用し、基板2裏面を表面に向かって取り除き、図9に示すように、共振用空洞21を形成する。共振用空洞21の形成にはボッシュ方式のエッチングシステムを実用的に使用することができる。第1の電極31と共振用空洞21との間の重なり具合は振動特性に敏感に影響を与えるので、パターン変換差が最小となるように、ボッシュ方式のエッチングシステムが採用されている。   Again, using a photolithography technique, a photoresist mask (not shown) in which the first electrode 31 is opened is formed on the back surface of the substrate 2. Using this photoresist mask, the back surface of the substrate 2 is removed toward the front surface to form a resonance cavity 21 as shown in FIG. A Bosch etching system can be practically used for forming the resonance cavity 21. Since the degree of overlap between the first electrode 31 and the resonance cavity 21 sensitively affects the vibration characteristics, a Bosch etching system is employed so that the pattern conversion difference is minimized.

このような薄膜圧電共振素子1の製造方法においては、膜厚が厚い圧電体薄膜4をエッチングによりパターンニングする工程がなくなり、簡素化されるので、製造上の歩留まりを向上することができる。また、圧電体薄膜4のエッチング工程において発生する残渣物がなくなるので、エッチング装置のメンテナンス工程を減少することができ、更にエッチング装置の寿命を伸ばすことができる。   In such a manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator element 1, the process of patterning the thick piezoelectric thin film 4 by etching is eliminated and simplified, so that the manufacturing yield can be improved. In addition, since the residue generated in the etching process of the piezoelectric thin film 4 is eliminated, the maintenance process of the etching apparatus can be reduced, and the life of the etching apparatus can be further extended.

[薄膜圧電共振器の構成]
図10に示すように、第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振器10は、実装用基板11と、実装用基板11上の半田電極12と、を更に備え、実装用基板11表面と薄膜圧電共振素子1の基板2裏面とを向かい合わせて実装用基板11上に薄膜圧電共振素子1を実装し、かつ半田電極12と薄膜圧電共振素子1の引出電極32裏面との間を電気的に接続している。更に、薄膜圧電共振器10においては、実装用基板11に実装用メタライズ部13が配設されており、この実装用メタライズ部13と薄膜圧電共振素子1の第2の電極5との間がボンディングワイヤ14を通して電気的に接続されている。すなわち、薄膜圧電共振器10は薄膜圧電共振素子1の実装構造体である。
[Configuration of thin film piezoelectric resonator]
As shown in FIG. 10, the thin film piezoelectric resonator 10 according to the first embodiment further includes a mounting substrate 11 and a solder electrode 12 on the mounting substrate 11, and the surface of the mounting substrate 11 and the thin film The thin film piezoelectric resonator element 1 is mounted on the mounting substrate 11 with the back surface of the substrate 2 of the piezoelectric resonator element 1 facing each other, and electrically between the solder electrode 12 and the back surface of the extraction electrode 32 of the thin film piezoelectric resonator element 1. Connected. Further, in the thin film piezoelectric resonator 10, a mounting metallized portion 13 is disposed on the mounting substrate 11, and the bonding between the mounting metallized portion 13 and the second electrode 5 of the thin film piezoelectric resonator element 1 is performed. It is electrically connected through the wire 14. That is, the thin film piezoelectric resonator 10 is a mounting structure of the thin film piezoelectric resonator element 1.

実装用基板11には例えば樹脂基板を実用的に使用することができる。第1の実施の形態において、薄膜圧電共振素子1の接続用空洞22の平面サイズは共振用空洞21の平面サイズに比べて小さく構成されており、例えば接続用空洞22の平面方形の一辺は50μmの寸法に設定されている。接続用空洞22内部には半田電極12が充填され、半田電極12と薄膜圧電共振素子1の引出電極32との間はメタライズ層6を通して電気的にかつ確実に接続されている。半田電極12には例えばPbフリー半田を実用的に使用することができる。ボンディングワイヤ14は、例えばボールボンディング法により、実装用メタライズ部13と薄膜圧電共振素子1の第2の電極5との間を電気的に接続している。ボンディングワイヤ14には、例えばAuワイヤ、Alワイヤ等を実用的に使用することができる。   For example, a resin substrate can be used practically for the mounting substrate 11. In the first embodiment, the plane size of the connection cavity 22 of the thin film piezoelectric resonator element 1 is smaller than the plane size of the resonance cavity 21. For example, one side of the plane square of the connection cavity 22 is 50 μm. The dimensions are set. The connection cavity 22 is filled with a solder electrode 12, and the solder electrode 12 and the extraction electrode 32 of the thin film piezoelectric resonator element 1 are electrically and reliably connected through the metallized layer 6. For the solder electrode 12, for example, Pb-free solder can be used practically. The bonding wire 14 electrically connects the mounting metallized portion 13 and the second electrode 5 of the thin film piezoelectric resonator element 1 by, for example, a ball bonding method. For the bonding wire 14, for example, an Au wire, an Al wire, or the like can be used practically.

[薄膜圧電共振器の製造方法]
図10に示す薄膜圧電共振器10の製造方法は、まず最初に、実装用基板11上に実装用メタライズ部13、半田電極12のそれぞれを形成する。
[Method for Manufacturing Thin Film Piezoelectric Resonator]
In the method of manufacturing the thin film piezoelectric resonator 10 shown in FIG. 10, first, each of the mounting metallized portion 13 and the solder electrode 12 is formed on the mounting substrate 11.

次に、実装用基板11表面と薄膜圧電共振素子1の基板2裏面とを向かい合わせ、半田電極12を毛細浸透により接続用空洞22内に充填して半田電極12と薄膜圧電共振素子1の引出電極32裏面との間を電気的に接続し、実装用基板11上に薄膜圧電共振素子1を実装する。毛細浸透とは、リフロー工程において、溶融した半田が接続用空洞22内部に引き込まれる(這い上がる)現象である。メタライズ層6は、半田電極12との間の濡れ性が良好であり、半田電極12の毛細浸透を促進することができる。   Next, the surface of the mounting substrate 11 and the back surface of the substrate 2 of the thin film piezoelectric resonator element 1 face each other, the solder electrode 12 is filled into the connection cavity 22 by capillary penetration, and the solder electrode 12 and the thin film piezoelectric resonator element 1 are drawn out. The thin film piezoelectric resonance element 1 is mounted on the mounting substrate 11 while being electrically connected to the back surface of the electrode 32. Capillary penetration is a phenomenon in which molten solder is drawn into (crawled up) into the connection cavity 22 in the reflow process. The metallized layer 6 has good wettability with the solder electrode 12 and can promote the capillary penetration of the solder electrode 12.

第1の実施の形態において、薄膜圧電共振素子1の共振用空洞21の平面方形の一辺は150μmの寸法に設定されているので、若干半田電極12は盛り上がるものの、第1の電極31裏面には達しない。半田電極12は薄膜圧電共振素子1の実装部分の全域に配設されており、薄膜圧電共振素子1はハーメチック封止に近い封止構造において実装用基板11に実装することができる。   In the first embodiment, since one side of the plane square of the resonance cavity 21 of the thin film piezoelectric resonator element 1 is set to a size of 150 μm, the solder electrode 12 is slightly raised, but the back surface of the first electrode 31 Not reach. The solder electrode 12 is disposed over the entire mounting portion of the thin film piezoelectric resonator element 1, and the thin film piezoelectric resonator element 1 can be mounted on the mounting substrate 11 in a sealing structure close to hermetic sealing.

このように構成される薄膜圧電共振器10においては、薄膜圧電共振素子1の小型化かつ軽量化を実現することができるので、小型化かつ軽量化を実現することができる。更に、薄膜圧電共振器10の製造方法においては、製造上の歩留まりを向上することができる。   In the thin film piezoelectric resonator 10 configured as described above, the thin film piezoelectric resonator element 1 can be reduced in size and weight, so that it can be reduced in size and weight. Furthermore, in the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator 10, the manufacturing yield can be improved.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、薄膜圧電共振器において、フリップチップ実装構造を適用した例を説明するものである。なお、第2の実施の形態並びに後述する第3の実施の形態において、前述の第1の実施の形態において説明した構成要素と同一構成要素には同一符号を付し、同一構成要素の説明は重複するので省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention describes an example in which a flip chip mounting structure is applied to a thin film piezoelectric resonator. In the second embodiment and the third embodiment to be described later, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the same components is not repeated. Since it overlaps, it abbreviate | omits.

図11に示すように、第2の実施の形態に係る薄膜圧電共振器10は、実装用基板11表面と薄膜圧電共振素子1の基板2表面とを向かい合わせて実装用基板11上に薄膜圧電共振素子1を実装し、かつ薄膜圧電共振素子1の引出電極32裏面にボンディングワイヤ14を電気的に接続している。ボンディングワイヤ14は、薄膜圧電共振素子1の接続用空洞22を通して引出電極32裏面に直接一端を電気的に接続し、他端を実装用メタライズ部13に電気的に接続している。   As shown in FIG. 11, the thin film piezoelectric resonator 10 according to the second embodiment includes a thin film piezoelectric element on the mounting substrate 11 such that the surface of the mounting substrate 11 faces the surface of the substrate 2 of the thin film piezoelectric resonator element 1. The resonant element 1 is mounted, and the bonding wire 14 is electrically connected to the back surface of the extraction electrode 32 of the thin film piezoelectric resonant element 1. One end of the bonding wire 14 is electrically connected directly to the back surface of the extraction electrode 32 through the connection cavity 22 of the thin film piezoelectric resonator element 1, and the other end is electrically connected to the mounting metallized portion 13.

薄膜圧電共振素子1において、基板2に配設される共振用空洞21の断面形状は急峻な形状(基板2表面に対して垂直に内壁が形成された形状)である方が共振器としての特性は良好である。これに対して、接続用空洞22の内壁はテーパ形状に形成した方がボンディングワイヤ14との間の干渉の防止、ボンディング容易性の向上等の点において好ましい。   In the thin film piezoelectric resonator 1, the resonance cavity 21 disposed on the substrate 2 has a sharper cross-sectional shape (a shape in which an inner wall is formed perpendicular to the surface of the substrate 2) as a resonator characteristic. Is good. On the other hand, it is preferable to form the inner wall of the connecting cavity 22 in a tapered shape in terms of preventing interference with the bonding wire 14 and improving the ease of bonding.

一方、第2の電極5に対応する実装用基板11の表面には実装用メタライズ部15が配設され、この実装用メタライズ部15と第2の電極5との間はスタッドバンプ電極17を通して電気的にかつ機械的に接続されている。スタッドバンプ電極17には例えばAuスタッドバンプ電極を実用的に使用することができる。   On the other hand, a mounting metallized portion 15 is disposed on the surface of the mounting substrate 11 corresponding to the second electrode 5, and the mounting metallized portion 15 and the second electrode 5 are electrically connected through a stud bump electrode 17. Connected mechanically and mechanically. For example, an Au stud bump electrode can be practically used for the stud bump electrode 17.

ここで、引出電極32又は接続用空洞22に対応する薄膜圧電共振素子1の圧電体薄膜4表面にはダミー電極5Dが配設されており、このダミー電極5Dに対応する実装用基板11の表面にはダミーメタライズ部15Dが配設され、更にダミーメタライズ部15Dとダミー電極5Dとの間はダミースタッドバンプ電極17Dが配設されている。ダミー電極5Dは第2の電極5と同一製造工程により形成され、ダミーメタライズ部15Dは実装用メタライズ部15(又は13)と同一製造工程により形成され、ダミースタッドバンプ電極17Dはスタッドバンプ電極17Dと同一製造工程により形成されている。これらのダミー電極5D、ダミーメタライズ部15D及びダミースタッドバンプ電極17Dは、薄膜圧電共振素子1の高さ調整を行うとともに、引出電極32とボンディングワイヤ14との間のボンディング領域直下の機械的強度を向上することができる。   Here, a dummy electrode 5D is disposed on the surface of the piezoelectric thin film 4 of the thin film piezoelectric resonator element 1 corresponding to the extraction electrode 32 or the connection cavity 22, and the surface of the mounting substrate 11 corresponding to the dummy electrode 5D. Is provided with a dummy metallized portion 15D, and a dummy stud bump electrode 17D is disposed between the dummy metallized portion 15D and the dummy electrode 5D. The dummy electrode 5D is formed by the same manufacturing process as the second electrode 5, the dummy metallized portion 15D is formed by the same manufacturing process as the mounting metallized portion 15 (or 13), and the dummy stud bump electrode 17D is the same as the stud bump electrode 17D. It is formed by the same manufacturing process. The dummy electrode 5D, the dummy metallized portion 15D, and the dummy stud bump electrode 17D adjust the height of the thin-film piezoelectric resonator element 1 and increase the mechanical strength just below the bonding region between the extraction electrode 32 and the bonding wire 14. Can be improved.

このように構成される薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10においては、前述の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10により得られる効果に加えて、薄膜圧電共振素子1の基板2にメタライズ層6を形成する工程をなくすことができるので、製造工程数を減少することができる。   In the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 configured as described above, in addition to the effects obtained by the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 according to the first embodiment described above, a thin film Since the step of forming the metallized layer 6 on the substrate 2 of the piezoelectric resonant element 1 can be eliminated, the number of manufacturing steps can be reduced.

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態は、薄膜圧電共振素子1の製造方法の変形例を説明するものである。前述の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1の製造方法は、図12に示すように、基板2に共振用空洞21を形成する工程と接続用空洞22を形成する工程とを同一製造工程により行う。この製造方法は、メタライズ層6を形成する工程を必要としない、前述の第2の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10の製造方法に適している。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention describes a modification of the method for manufacturing the thin film piezoelectric resonator element 1. In the method of manufacturing the thin film piezoelectric resonator element 1 according to the first embodiment described above, the step of forming the resonance cavity 21 and the step of forming the connection cavity 22 in the substrate 2 are the same as shown in FIG. This is done according to the manufacturing process. This manufacturing method is suitable for the method of manufacturing the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 according to the second embodiment described above, which does not require the step of forming the metallized layer 6.

このような薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10の製造方法においては、前述の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10の製造方法により得られる効果に加えて、共振用空洞21を形成する工程と接続用空洞22を形成する工程とを同一製造工程により行うことができるので、製造工程数を減少することができ、製造上の歩留まりを向上することができる。   In the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 as described above, in addition to the effects obtained by the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 according to the first embodiment described above. Thus, the process of forming the resonance cavity 21 and the process of forming the connection cavity 22 can be performed by the same manufacturing process, so that the number of manufacturing processes can be reduced and the manufacturing yield can be improved. it can.

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、2GHzの周波数帯域に使用される薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10以外に、800MHz〜5GHzの周波数帯域の範囲に使用される薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器に適用することができる。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the present invention relates to a thin film piezoelectric resonator element and a thin film piezoelectric resonator used in a frequency band of 800 MHz to 5 GHz in addition to the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 used in a frequency band of 2 GHz. Can be applied.

更に、本発明は、フィルタを構築する薄膜圧電共振素子1及び薄膜圧電共振器10に限らず、MEMSスイッチ、電圧制御発信器等を構築する薄膜圧電共振素子及び薄膜圧電共振器に適用することができる。   Furthermore, the present invention is not limited to the thin film piezoelectric resonator element 1 and the thin film piezoelectric resonator 10 that construct a filter, but can be applied to a thin film piezoelectric resonator element and a thin film piezoelectric resonator that construct a MEMS switch, a voltage control oscillator, and the like. it can.

本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子の構成図である。1 is a configuration diagram of a thin film piezoelectric resonance element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図1に示す薄膜圧電共振素子の平面図である。It is a top view of the thin film piezoelectric resonance element shown in FIG. 本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子において製造方法を説明する第1の工程断面図である。It is a 1st process sectional view explaining a manufacturing method in a thin film piezoelectric resonance element concerning a 1st embodiment of the present invention. 第2の工程断面図である。It is 2nd process sectional drawing. 第3の工程断面図である。It is 3rd process sectional drawing. 第4の工程断面図である。It is a 4th process sectional view. 第5の工程断面図である。FIG. 10 is a fifth process cross-sectional view. 第6の工程断面図である。It is 6th process sectional drawing. 第7の工程断面図である。It is 7th process sectional drawing. 図1及び図2に示す薄膜圧電共振素子を実装した薄膜圧電共振器の構成図である。It is a block diagram of the thin film piezoelectric resonator which mounted the thin film piezoelectric resonance element shown in FIG.1 and FIG.2. 本発明の第2の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の構成図である。It is a block diagram of the thin film piezoelectric resonator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る薄膜圧電共振素子の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonance element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の先行技術に係る薄膜圧電共振器の断面図である。It is sectional drawing of the thin film piezoelectric resonator which concerns on the prior art of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 薄膜圧電共振素子
2 基板
21 共振用空洞
22 接続用空洞
31 第1の電極
32 引出電極
4 圧電体薄膜
5 第2の電極
5D ダミー電極
6 メタライズ層
10 薄膜圧電共振器
11 実装用基板
12 半田電極
13、15 実装用メタライズ部
15D ダミーメタライズ部
14 ボンディングワイヤ
17 スタッドバンプ電極
17D ダミースタッドバンプ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film piezoelectric resonance element 2 Board | substrate 21 Resonance cavity 22 Connection cavity 31 1st electrode 32 Lead electrode 4 Piezoelectric thin film 5 2nd electrode 5D Dummy electrode 6 Metallization layer 10 Thin film piezoelectric resonator 11 Mounting board 12 Solder electrode 13, 15 Mounting metallization part 15D Dummy metallization part 14 Bonding wire 17 Stud bump electrode 17D Dummy stud bump electrode

Claims (13)

基板と、
前記基板表面上の第1の領域に配設された第1の電極と、
前記基板表面上の第1の領域とは異なる第2の領域に配設され、一端が前記第1の電極に電気的に接続されるとともに、他端が前記基板裏面から引き出されるように形成された引出電極と、
前記第1の電極上に配設された圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上の第2の電極と、
前記第1の電極が配設された部分において、前記基板に配設された共振用空洞と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振素子。
A substrate,
A first electrode disposed in a first region on the substrate surface;
It is disposed in a second region different from the first region on the front surface of the substrate, and is formed so that one end is electrically connected to the first electrode and the other end is drawn from the back surface of the substrate. An extraction electrode;
A piezoelectric thin film disposed on the first electrode;
A second electrode on the piezoelectric thin film;
In a portion where the first electrode is disposed, a resonance cavity disposed in the substrate;
A thin film piezoelectric resonance element comprising:
前記引出電極は、前記第1の電極と同一導電性材料により一体に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜圧電共振素子。   2. The thin film piezoelectric resonance element according to claim 1, wherein the extraction electrode is integrally formed of the same conductive material as that of the first electrode. 前記圧電体薄膜は、前記基板表面上の全面に配設されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の薄膜圧電共振素子。   The thin film piezoelectric resonator element according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film is disposed on the entire surface of the substrate surface. 前記引出電極が配設された部分において、前記基板に前記引出電極裏面を露出する接続用空洞が配設され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素子。   The thin film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein a connection cavity exposing the back surface of the extraction electrode is disposed on the substrate in a portion where the extraction electrode is disposed. Resonant element. 前記接続用空洞の内壁及び前記接続用空洞内から露出する前記引出電極裏面には、更にメタライズ層が配設されていることを特徴とする請求項4に記載の薄膜圧電共振素子。   5. The thin film piezoelectric resonator according to claim 4, further comprising a metallization layer disposed on an inner wall of the connection cavity and a back surface of the lead electrode exposed from the connection cavity. 前記メタライズ層は、前記共振用空洞内底面上及び側面上に沿って配設されたことを特徴とする請求項5に記載の薄膜圧電共振素子。   6. The thin film piezoelectric resonance element according to claim 5, wherein the metallized layer is disposed along an inner bottom surface and a side surface of the resonance cavity. 前記請求項4乃至請求項5のいずれかに記載の薄膜圧電共振素子に、
実装用基板と、
前記実装用基板上の半田電極と、を更に備え、
前記実装用基板表面と前記薄膜圧電共振素子の前記基板裏面とを向かい合わせて前記実装用基板上に前記薄膜圧電共振素子を実装し、かつ前記半田電極と前記薄膜圧電共振素子の前記引出電極裏面との間を電気的に接続したことを特徴とする薄膜圧電共振器。
In the thin film piezoelectric resonator element according to any one of claims 4 to 5,
A mounting board;
A solder electrode on the mounting substrate; and
The thin film piezoelectric resonator element is mounted on the mounting substrate so that the mounting substrate surface and the back surface of the thin film piezoelectric resonator element face each other, and the solder electrode and the lead electrode back surface of the thin film piezoelectric resonator element A thin film piezoelectric resonator characterized by electrically connecting the two.
請求項4に記載の薄膜圧電共振素子に、
実装用基板を更に備え、
前記実装用基板表面と前記薄膜圧電共振素子の前記基板表面とを向かい合わせて前記実装用基板上に前記薄膜圧電共振素子を実装し、かつ前記薄膜圧電共振素子の前記引出電極裏面にワイヤを電気的に接続したことを特徴とする薄膜圧電共振器。
The thin film piezoelectric resonator element according to claim 4,
It further includes a mounting board,
The thin film piezoelectric resonator element is mounted on the mounting substrate with the mounting substrate surface facing the substrate surface of the thin film piezoelectric resonator element, and a wire is electrically connected to the back surface of the extraction electrode of the thin film piezoelectric resonator element. Thin film piezoelectric resonator, characterized in that it is connected electrically.
基板表面上の第1の領域に第1の電極を形成するとともに、前記基板表面上の前記第1の領域とは異なる第2の領域に前記第1の電極に接続された引出電極を形成する工程と、
前記第1の電極上に圧電体薄膜を形成する工程と、
前記圧電体薄膜上に第2の電極を形成する工程と、
前記引出電極が形成された部分において、前記基板に接続用空洞を形成する工程と、
前記第1の電極が形成された部分において、前記基板に共振用空洞を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振素子の製造方法。
A first electrode is formed in a first region on the substrate surface, and an extraction electrode connected to the first electrode is formed in a second region different from the first region on the substrate surface Process,
Forming a piezoelectric thin film on the first electrode;
Forming a second electrode on the piezoelectric thin film;
Forming a connection cavity in the substrate in the portion where the extraction electrode is formed;
Forming a resonance cavity in the substrate in the portion where the first electrode is formed;
A method of manufacturing a thin film piezoelectric resonance element comprising:
前記圧電体薄膜を形成する工程は、前記基板上の全面に前記圧電体薄膜を形成する工程であり、この圧電体薄膜はパターンニングされないことを特徴とする請求項9に記載の薄膜圧電共振素子の製造方法。   10. The thin film piezoelectric resonator according to claim 9, wherein the step of forming the piezoelectric thin film is a step of forming the piezoelectric thin film on the entire surface of the substrate, and the piezoelectric thin film is not patterned. Manufacturing method. 前記共振用空洞を形成する工程は、前記基板の引出電極が形成された部分に、前記引出電極裏面が露出する接続用空洞を形成する工程と同一工程であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の薄膜圧電共振素子の製造方法。   The step of forming the resonance cavity is the same as the step of forming a connection cavity in which the back surface of the extraction electrode is exposed at a portion of the substrate where the extraction electrode is formed. The manufacturing method of the thin film piezoelectric resonance element according to claim 10. 前記共振用空洞を形成する工程は、前記基板の引出電極が形成された部分に、前記引出電極裏面が露出する接続用空洞を形成する工程とは別工程であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の薄膜圧電共振素子の製造方法。   10. The step of forming the resonance cavity is a step different from the step of forming a connection cavity where the back surface of the extraction electrode is exposed at a portion of the substrate where the extraction electrode is formed. Or the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonance element of Claim 10. 前記請求項11又は請求項12に記載の薄膜圧電共振素子の製造方法において、
実装用基板上に半田電極を形成する工程と、
前記実装用基板表面と前記薄膜圧電共振素子の前記基板裏面とを向かい合わせ、前記半田電極を毛細浸透により前記接続用空洞内に充填して前記半田電極と前記薄膜圧電共振素子の前記引出電極裏面との間を電気的に接続し、前記実装用基板上に前記薄膜圧電共振素子を実装する工程と、
を更に備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
In the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonance element according to claim 11 or 12,
Forming a solder electrode on the mounting substrate;
The mounting substrate surface and the substrate back surface of the thin film piezoelectric resonator element face each other, the solder electrode is filled into the connection cavity by capillary penetration, and the solder electrode and the lead electrode back surface of the thin film piezoelectric resonator element are filled. And electrically mounting the thin film piezoelectric resonant element on the mounting substrate; and
A method of manufacturing a thin film piezoelectric resonator, further comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013207483A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Daishinku Corp Piezoelectric vibration piece and piezoelectric vibration device using the same
WO2020137265A1 (en) * 2018-12-25 2020-07-02 株式会社村田製作所 Vibrating structure

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