JP2008042878A - Piezoelectric thin film device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators.
従来、圧電薄膜共振子(FBAR;Film Bulk Acoustic Resonator)は、下面電極、圧電体薄膜、上面電極を支持基板上に順次成膜し、圧電体薄膜を挟んで上面電極及び下面電極が対向する対向領域の下方にキャビティを形成することにより製造されていた(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a piezoelectric bulk acoustic resonator (FBAR) is formed by sequentially forming a bottom electrode, a piezoelectric thin film, and a top electrode on a support substrate, and the top electrode and the bottom electrode face each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween. It was manufactured by forming a cavity below the region (for example, Patent Document 1).
しかし、従来の圧電薄膜共振子では、対向領域から漏洩した振動エネルギーに起因する副共振の影響を受け、期待しないスプリアスが主共振の共振波形に重畳することがある。 However, in the conventional piezoelectric thin film resonator, an unexpected spurious may be superimposed on the resonance waveform of the main resonance due to the influence of the secondary resonance caused by the vibration energy leaked from the facing region.
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電薄膜共振子の副共振を抑制し、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスの特性を向上することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and it is an object of the present invention to suppress the sub-resonance of a piezoelectric thin film resonator and improve the characteristics of a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators. .
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の外郭のうち、前記第2電極の端面によって構成される第1部分において、前記第2電極の端面から、前記圧電体薄膜の第2主面へ至る連続する範囲を前記支持体に固定する固定手段とを備える。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項2の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の外郭のうち、前記第2電極の端面によって構成される第1部分において、前記第2電極の平坦面の周縁部から、前記第2電極の端面を経て、前記圧電体薄膜の第2主面へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備える。
The invention according to
請求項3の発明は、前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第1部分以外の第2部分において、前記第2電極の平坦面の、前記対向領域の外郭から前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイスである。
According to a third aspect of the present invention, in the second portion other than the first portion of the outline of the counter area, the fixing means is configured so that the flat surface of the second electrode extends from the outline of the counter area to the counter area. The piezoelectric thin film device according to
請求項4の発明は、前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第1部分以外の第2部分において、前記第2電極の平坦面の、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイスである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second portion other than the first portion of the outline of the facing region, the fixing means is configured so that the flat surface of the second electrode is spaced from the peripheral portion of the facing region. 3. The piezoelectric thin film device according to
請求項5の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備え、前記第1電極又は前記第2電極は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きい加重部分を前記対向領域の周縁部に有する。
The invention according to
請求項6の発明は、前記第1電極、前記圧電体薄膜及び前記第2電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記加重部分に沿って前記加重部分より中央部寄りに有する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the laminated body in which the first electrode, the piezoelectric thin film, and the second electrode are laminated, a reduced portion whose mass per unit area is smaller than that of the central portion of the facing region is used as the weighted portion. Along the weight portion and closer to the center portion.
請求項7の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備え、前記第1電極、前記圧電体薄膜及び前記第2電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記対向領域の外郭に沿って有する。
The invention of
請求項1ないし請求項7の発明によれば、圧電薄膜共振子の副共振を抑制することができ、圧電薄膜デバイスの特性を向上することができる。 According to the first to seventh aspects of the invention, the sub-resonance of the piezoelectric thin film resonator can be suppressed, and the characteristics of the piezoelectric thin film device can be improved.
請求項3、請求項4又は請求項6の発明によれば、圧電薄膜共振子の副共振をさらに抑制可能である。
According to the invention of
以下では、単独の圧電薄膜共振子と、2個の圧電薄膜共振子を組み合わせたラダー型のフィルタ(以下、「圧電薄膜フィルタ」)とを例として、本発明の圧電薄膜デバイスの望ましい実施形態について説明する。しかし、以下の実施形態は、本発明の圧電薄膜デバイスが単独の圧電薄膜共振子及び圧電薄膜フィルタのみに限定されることを意味するものではない。すなわち、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的に言えば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を包含している。ここで、圧電薄膜共振子とは、支持体なくしては自重に耐え得ない薄膜に圧電的に励振されるバルク弾性波による電気的な応答を利用した共振子である。 In the following, a preferred embodiment of the piezoelectric thin film device of the present invention will be described by taking, as an example, a single piezoelectric thin film resonator and a ladder-type filter combining two piezoelectric thin film resonators (hereinafter referred to as “piezoelectric thin film filter”). explain. However, the following embodiments do not mean that the piezoelectric thin film device of the present invention is limited to a single piezoelectric thin film resonator and a piezoelectric thin film filter. That is, the piezoelectric thin film device in the present invention generally means all piezoelectric thin film devices including one or a plurality of piezoelectric thin film resonators, and an oscillator and a trap including a single piezoelectric thin film resonator. And filters including a plurality of piezoelectric thin film resonators, duplexers, triplexers, traps, and the like. Here, the piezoelectric thin film resonator is a resonator using an electrical response by a bulk acoustic wave that is piezoelectrically excited by a thin film that cannot withstand its own weight without a support.
<1 第1実施形態>
図1〜図4は、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜共振子1の構成を示す模式図である。図1は、圧電薄膜共振子1を斜方から見た斜視図、図2は、圧電薄膜共振子1を上方から見た平面図、図3は、図1のIII-IIIの切断線における圧電薄膜共振子1の断面を示す断面図、図4は、図1のIV-IVの切断線における圧電薄膜共振子1の断面を示す断面図となっている。図1には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<1 First Embodiment>
1 to 4 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図1〜図4に示すように、圧電薄膜共振子1は、支持基板11の上に、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極15、圧電体薄膜16及び上面電極17をこの順序で積層した構造を有している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the piezoelectric
○圧電体薄膜;
圧電体薄膜16は、圧電体基板を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜16は、単独で自重に耐え得る厚み(例えば、50μm以上)を有する圧電体基板を、単独で自重に耐え得ない膜厚(例えば、10μm以下)まで除去加工で薄肉化することにより得られる。
○ Piezoelectric thin films;
The piezoelectric
圧電体薄膜16を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶(SiO2)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、酸化亜鉛(ZnO)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)及びランガサイト(La3Ga3SiO14)等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜16を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜16の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上することができるからである。
As the piezoelectric material constituting the piezoelectric
また、圧電体薄膜16における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜16における結晶方位は、圧電薄膜共振子1の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「0」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。
In addition, as the crystal orientation in the piezoelectric
圧電体基板の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜16の品質を向上し、圧電薄膜共振子1の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子1の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜16の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子1の特性を向上することができる。なお、圧電体基板の除去加工のより具体的な方法については、後述する実施例において説明する。
The removal processing of the piezoelectric substrate is performed by mechanical processing such as cutting, grinding and polishing, and chemical processing such as etching. Here, if a plurality of removal processing methods are combined and the piezoelectric substrate is removed while switching the removal processing method step by step from the removal processing method with a high processing speed to the removal processing method with a small process alteration occurring on the processing target. The quality of the piezoelectric
このような圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜16をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜16を構成する圧電材料や圧電体薄膜16における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜16を構成する圧電材料や圧電体薄膜16における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子1では、所望の特性を実現することが容易になっている。
In such a piezoelectric
この圧電体薄膜16には、圧電体薄膜16の上面と下面との間を貫通し、対向領域E1以外の領域において圧電体薄膜16を挟んで対向する上面電極172と下面電極15とを導通させるバイアホールVH1が形成されている。バイアホールVH1は、その内側面に成膜された導電体薄膜により上面電極172と下面電極15とを短絡して直流的に導通させている。
The piezoelectric
○上面電極及び下面電極;
上面電極17及び下面電極15は、それぞれ、圧電体薄膜16の上面及び下面に導電材料を成膜することにより形成された導電体薄膜である。上面電極17及び下面電極15の膜厚は、圧電体薄膜16への密着性、電気抵抗及び耐電力等を考慮して決定される。なお、圧電体薄膜16の音速や膜厚のばらつきに起因する圧電薄膜共振子1の共振周波数や反共振周波数のばらつきを抑制するため、上面電極17及び下面電極15の膜厚を適宜調整するようにしてもよい。
○ Top and bottom electrodes;
The
上面電極17及び下面電極15を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、金(Au)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)及びタンタル(Ta)等の金属から選択することが望ましい。もちろん、上面電極17及び下面電極15を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、上面電極17及び下面電極15を形成してもよい。
The conductive material constituting the
上面電極17のうち、上面電極171は、振動部となる対向領域E1において、圧電体薄膜16を挟んで下面電極15と対向している。上面電極171は、対向領域E1から−X方向へ引き出され、引き出された部分は、上面電極171へ励振信号を給電する給電部となっている。
Among the
一方、下面電極15は、対向領域E1から+X方向へ引き出され、引き出された部分は、下面電極15へ励振信号を給電する給電部となっている。
On the other hand, the
また、上面電極17のうち、上面電極172は、対向領域E1以外の領域において、圧電体薄膜16を挟んで下面電極15の給電部と対向している。上面電極172と下面電極15とはバイアホールVH1によって導通されているので、圧電薄膜共振子1では、外部に露出した上面電極172を介して下面電極15への励振信号の給電が行われる。
Further, among the
対向領域E1は、細長の2次元形状(図1〜図4では矩形)を有しており、その長手方向の大きさが短手方向の大きさの2倍以上、より望ましくは4倍以上、さらに望ましくは10倍以上となっている。 The facing region E1 has an elongated two-dimensional shape (rectangular in FIGS. 1 to 4), and the size in the longitudinal direction is more than twice the size in the short direction, more preferably more than four times. More desirably, it is 10 times or more.
ここで、「長手方向の大きさが短手方向の大きさのn(n=2,4,10)倍以上の細長の2次元形状」とは、典型的には、長手方向の大きさである長辺の長さLaが短手方向の大きさである短辺の長さLbより長く、アスペクト比La/Lbがn以上となっている矩形であるが(図5において実線で描かれた図形を参照)、長手方向の大きさである長軸の長さLaが短手方向の大きさである短軸の長さLbより長く、アスペクト比La/Lbがn以上となっている楕円形であってもよい(図6において実線で描かれた図形を参照)。 Here, “the elongated two-dimensional shape in which the size in the longitudinal direction is n (n = 2, 4, 10) or more times the size in the short direction” is typically the size in the longitudinal direction. A rectangle with a long side length La longer than the short side length Lb, which is the size in the short side direction, and an aspect ratio La / Lb of n or more (drawn with a solid line in FIG. 5) An ellipse in which the length La of the long axis, which is the size in the longitudinal direction, is longer than the length Lb of the short axis, which is the size in the short direction, and the aspect ratio La / Lb is n or more (Refer to the figure drawn with a solid line in FIG. 6).
より一般的に言えば、「長手方向の大きさが短手方向の大きさのn倍以上の細長の2次元形状」とは、最も面積が小さい外接矩形(図6〜9において点線で描かれた図形を参照)の長辺の長さLaが短辺の長さLbのn倍以上となる2次元形状であり、当該2次元形状が直交する対称軸Sa及びSbの両方について軸対称となっている場合、一の対称軸Saの方向の大きさが他の対称軸Sbの方向の大きさのn倍以上となっている2次元形状である。 More generally speaking, “a long two-dimensional shape whose length in the longitudinal direction is not less than n times the size in the short direction” is a circumscribed rectangle having the smallest area (indicated by a dotted line in FIGS. 6 to 9). 2) is a two-dimensional shape in which the length La of the long side is not less than n times the length Lb of the short side, and the two-dimensional shape is axially symmetric with respect to both the symmetry axes Sa and Sb perpendicular to each other. In this case, the two-dimensional shape is such that the size in the direction of one symmetry axis Sa is not less than n times the size in the direction of the other symmetry axis Sb.
したがって、対向領域E1は、図7において実線で描かれた長丸形であってもよいし、図8において実線で描かれた頂点を丸めた矩形であってもよいし、図9において実線で描かれた頂点が斜めに落とされた矩形であってもよい。 Therefore, the opposing region E1 may be an oval shape drawn with a solid line in FIG. 7, a rectangle with rounded vertices drawn with a solid line in FIG. 8, or a solid line in FIG. The drawn vertex may be a rectangle dropped diagonally.
○支持基板;
支持基板11は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極15及びキャビティ形成膜13が下面に形成された圧電体基板を接着層12を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板11は、圧電薄膜共振子1の製造後に、下面電極15及びキャビティ形成膜13が下面に形成され、上面電極17が上面に形成された圧電体薄膜16を接着層12を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板11には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子1の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
○ Support substrate;
The
支持基板11の材料及び厚さは、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板11の材料を、圧電体薄膜16を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜16を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜16を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子1の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができ、圧電薄膜共振子1の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、圧電体薄膜16と支持基板11とで各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましく、支持基板11と圧電体薄膜16とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板11と圧電体薄膜16とで結晶方位を一致させることが望ましい。
The material and thickness of the
○接着層;
接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極15及びキャビティ形成膜13が下面に形成された圧電体基板を支持基板11に接着固定する役割を有している。加えて、接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造後に、下面電極15及びキャビティ形成膜13が下面に形成され、上面電極17が上面に形成された圧電体薄膜16を支持基板11に接着固定する役割も有している。したがって、接着層12には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子1の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
○ Adhesive layer;
The
このような要請を満足する接着層12の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤(熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤)やアクリル接着剤(光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤)により形成された接着層12を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、圧電体基板と支持基板11との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層12によって圧電体薄膜16と支持基板11とが接着固定されることを妨げるものではない。
Desirable examples of the
○キャビティ形成膜;
キャビティ形成膜13は、絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜13を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素(SiO2)等の絶縁材料から選択することが望ましい。
○ Cavity forming film;
The
キャビティ形成膜13は、圧電体薄膜16の、対向領域E1以外の領域と対向領域E1の周縁部とにまたがって形成され、圧電体薄膜16の対向領域E1の中心部を支持基板11から離隔させるキャビティ(空洞)C1を形成している。ここで、対向領域E1の周縁部とは、対向領域E1の外郭に接する部分であり、対向領域E1の中央部とは、対向領域E1の外郭から離れ、対向領域E1の周縁部に囲まれた部分である。
The
すなわち、圧電薄膜共振子1では、矩形の対向領域E1の周縁部を、接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11に固定することにより、対向領域E1に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域E1から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。圧電薄膜共振子1では、対向領域E1の周縁部の固定にあたって、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sによって構成されている部分においては、下面電極15の平坦面15pの周縁部から、下面電極15の端面15sを経て、圧電体薄膜16の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜13を成膜し、当該範囲を接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11へ固定している。また、圧電薄膜共振子1では、対向領域E1の周縁部の固定にあたって、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sによって構成されていない部分においては、下面電極15の平坦面15pの、対向領域E1の周縁部から、対向領域E1の外郭を経て、対向領域E1の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜13を成膜し、当該範囲を接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11へ固定している。ここで、対向領域E1の周縁部とは、対向領域E1の外郭の内側に沿う領域であり、対向領域E1の外縁部とは、対向領域E1の外郭の外側に沿う領域である。
That is, in the piezoelectric
ここで、下面電極15の平坦面15pは、圧電体薄膜16の下面と平行となっており、下面電極15の端面15sは、圧電体薄膜16の下面と非平行(必ずしも垂直とは限らない)となっているので、接着層12及びキャビティ形成膜13を介した対向領域E1の周縁部の固定は、法線応力(垂直応力)及び接線応力(せん断応力)の両方で圧電体薄膜16の振動を規制する立体的な固定となっている。このような立体的な固定によれば、励振領域E1の周縁部において圧電体薄膜16の振動を強力に規制することができ、対向領域E1に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域E1から漏洩することを特に有効に防止することができる。
Here, the
このような立体的な固定は、圧電体薄膜16の下面を平坦に研磨して、一定の膜厚を有する下面電極15を当該下面の一部を覆うように部分電極として成膜し、下面電極15の平坦面15pと端面15sとが露出した圧電積層体を得ることにより実現される。このような下面電極15が凸設された圧電積層体は、下面電極、圧電体薄膜及び上面電極をスパッタリング等により成膜する従来の圧電薄膜共振子では得がたいものである。
In such three-dimensional fixing, the lower surface of the piezoelectric
その一方で、圧電薄膜共振子1では、スペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜13により、対向領域E1の大部分を占める中心部を支持基板11から離隔させ、対向領域E1に励振される振動が支持基板11と干渉することを回避している。
On the other hand, in the piezoelectric
なお、図1〜図4では、副共振を効果的に抑制するために、キャビティC1の横幅(±X方向の長さ)Xa及び縦幅(±Y方向の長さ)Yaを、それぞれ、対向領域E1の横幅Xb及び縦幅Ybより狭くし(Xa≦Xb、Ya≦Yb)、上方から見てキャビティC1が対向領域E1に内包されるようにすることにより、対向領域E1の外郭の全体を固定するようにした例を示したが、対向領域E1の外郭の全体を固定することは必須ではなく、その一部のみを固定するようにしてもよい。 1 to 4, in order to effectively suppress the sub-resonance, the lateral width (± X direction length) Xa and the vertical width (± Y direction length) Ya of the cavity C1 are opposed to each other. The width of the region E1 is made narrower than the horizontal width Xb and the vertical width Yb (Xa ≦ Xb, Ya ≦ Yb), and the cavity C1 is included in the facing region E1 when viewed from above, so that the entire outline of the facing region E1 is Although the example of fixing is shown, it is not essential to fix the entire outline of the facing area E1, and only a part of the outline may be fixed.
例えば、図10の平面図に示すように、キャビティC1の横幅Xaを対向領域E1の横幅Xbより狭くする(Xa≦Xb)一方で、キャビティC1の縦幅Yaを対向領域E1の縦幅Ybより広げる(Ya>Yb)ことにより、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sを固定するようにしても、実用上十分な副共振の抑制効果を得ることができる。
For example, as shown in the plan view of FIG. 10, the lateral width Xa of the cavity C1 is made narrower than the lateral width Xb of the facing area E1 (Xa ≦ Xb), while the longitudinal width Ya of the cavity C1 is made larger than the longitudinal width Yb of the facing area E1. By widening (Ya> Yb), even if the
又は、図11の平面図に示すように、キャビティC1の縦幅Yaを対向領域E1の縦幅Ybより狭くする(Ya≦Yb)一方で、キャビティC1の横幅Xaを対向領域E1の横幅Xbより広げる(Xa>Xb)ことにより、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sを固定するようにしても、実用上十分な副共振の抑制効果を得ることができる。
Alternatively, as shown in the plan view of FIG. 11, the vertical width Ya of the cavity C1 is made narrower than the vertical width Yb of the facing region E1 (Ya ≦ Yb), while the lateral width Xa of the cavity C1 is made smaller than the lateral width Xb of the facing region E1. By widening (Xa> Xb), even if the
なお、キャビティC1の横幅Xaを対向領域E1の横幅Xbより狭くする(Xa≦Xb)ことは、図12の断面図に示すように、キャビティC1の横幅Xaと対向領域E1の横幅Xbとを同じにすることも含まれる。この点は、キャビティC1の縦幅Yaと対向領域E1の縦幅Ybとの関係についても同様である。すなわち、圧電薄膜共振子1では、対向領域E1の外郭の固定にあたって、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sによって構成されている部分においては、下面電極15の端面15sから、圧電体薄膜16の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜13を成膜し、当該範囲を接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11へ固定するようにしてもよい。また、圧電薄膜共振子1では、対向領域E1の外郭の固定にあたって、対向領域E1の外郭のうち、下面電極15の端面15sによって構成されていない部分においては、対向領域E1の外郭から、対向領域E1の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜13を成膜し、当該範囲を接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11へ固定するようにしてもよい。
Note that the lateral width Xa of the cavity C1 is made narrower than the lateral width Xb of the opposing region E1 (Xa ≦ Xb), as shown in the sectional view of FIG. 12, the lateral width Xa of the cavity C1 and the lateral width Xb of the opposing region E1 are the same. To include. This also applies to the relationship between the vertical width Ya of the cavity C1 and the vertical width Yb of the facing region E1. That is, in the piezoelectric
ここで、キャビティC1の横幅Xaを対向領域E1の横幅Xbより狭くする場合、横幅Xaを横幅Xbの70%以上100%以下とすることが望ましく、キャビティC1の縦幅Yaを対向領域E1の縦幅Ybより狭くする場合、縦幅Yaを縦幅Ybの70%以上100%以下とすることが望ましい。さらに好ましくは、横幅Xaを横幅Xbの80%以上100%以下とすることが望ましく、キャビティC1の縦幅Yaを対向領域E1の縦幅Ybより狭くする場合、縦幅Yaを縦幅Ybの80%以上100%以下とする方がよい。なぜならば、横幅Xa又は縦幅Yaがこの範囲を下回ると、圧電薄膜共振子1の主共振に影響を与えるからであり、横幅Xa又は縦幅Yaがこの範囲を上回ると、副共振の抑制効果が低下するからである。
Here, when the lateral width Xa of the cavity C1 is made narrower than the lateral width Xb of the opposing region E1, it is desirable that the lateral width Xa is 70% or more and 100% or less of the lateral width Xb, and the longitudinal width Ya of the cavity C1 is the longitudinal width of the opposing region E1. When narrower than the width Yb, it is desirable that the vertical width Ya is 70% to 100% of the vertical width Yb. More preferably, the lateral width Xa is desirably 80% or more and 100% or less of the lateral width Xb. When the longitudinal width Ya of the cavity C1 is made narrower than the longitudinal width Yb of the opposing region E1, the longitudinal width Ya is 80 of the longitudinal width Yb. % To 100% is better. This is because if the horizontal width Xa or the vertical width Ya falls below this range, the main resonance of the piezoelectric
また、本発明は、対向領域E1が矩形である場合以外にも適用可能である。例えば、対向領域E1が円形である場合にも、対向領域E1以外の領域と対向領域E1の周縁部とにまたがってキャビティ形成膜13を成膜することにより、キャビティC1の直径Raを対向領域E1の直径Rbより短くし(Ra≦Rb)、上方から見てキャビティC1が対向領域E1に内包されるようにすれば、効果的に副共振を抑制することができる。 Further, the present invention can be applied to cases other than the case where the facing region E1 is rectangular. For example, even when the facing region E1 is circular, the cavity Ra is formed over the region other than the facing region E1 and the peripheral edge of the facing region E1, thereby setting the diameter Ra of the cavity C1 to the facing region E1. If the diameter is shorter than the diameter Rb (Ra ≦ Rb) and the cavity C1 is included in the facing region E1 when viewed from above, the secondary resonance can be effectively suppressed.
<2 第2実施形態>
図13〜図17は、本発明の第2実施形態に係る圧電薄膜フィルタ2の構成を示す模式図である。図13は、圧電薄膜フィルタ2を斜方から見た斜視図、図14は、圧電薄膜フィルタ2を上方から見た平面図、図15は、図13のXV-XVの切断線における圧電薄膜フィルタ2の断面を示す断面図、図16は、図13のXVI-XVIの切断線における圧電薄膜フィルタ2の断面を示す断面図、図17は、圧電薄膜フィルタ2に含まれる2個の圧電薄膜共振子R21及びR22の電気的な接続を示す回路図となっている。なお、図13には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<2 Second Embodiment>
13 to 17 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図13〜図17に示すように、圧電薄膜フィルタ2は、第1実施形態の圧電薄膜共振子1と同様の手順で製造することができ、支持基板21の上に、接着層22、キャビティ形成膜23、下面電極25、圧電体薄膜26及び上面電極27をこの順序で積層した構造を有している。支持基板21、接着層22、キャビティ形成膜23、下面電極25、圧電体薄膜26及び上面電極27は、それぞれ、第1実施形態の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極15、圧電体薄膜16及び上面電極17と同様の材料で構成することができる。
As shown in FIGS. 13 to 17, the piezoelectric
ここで、第1実施形態の圧電薄膜共振子1とは異なっている上面電極27及び下面電極25のパターンについて説明する。
Here, the pattern of the
上面電極27のうち、上面電極271は、対向領域E21において、圧電体薄膜26を挟んで下面電極25と対向し、圧電薄膜共振子(直列共振子)R22を構成している。上面電極271は、対向領域E21から+Y方向へ引き出された後に延伸方向が+X方向及び−Y方向へ順次折り曲げられ、引き出された部分は、上面電極271へ励振信号を給電する給電部となっている。この給電部の一部は、外部への配線が接続されるパットP23となっている。
Among the
上面電極272は、対向領域E22において、圧電体薄膜26を挟んで下面電極25と対向し、圧電薄膜共振子(並列共振子)R21を構成している。上面電極272は、対向領域E22から−Y方向へ引き出された後に延伸方向が−X方向及び+Y方向へ順次折り曲げられ、引き出された部分は、上面電極272へ励振信号を給電する給電部となっている。この給電部の一部は、外部への配線が接続されるパットP22及びP24となっている。
The
上面電極273は、対向領域E21及びE22以外の領域において、圧電体薄膜26を挟んで下面電極25と対向している。上面電極273と下面電極25とはバイアホールVH2によって導通されているので、圧電薄膜フィルタ2では、外部に露出した上面電極273を介して下面電極25へ励振信号が給電される。上面電極273の一部は、外部への配線が接続されるパットP21となっている。
The
このような上面電極27及び下面電極25により、圧電薄膜フィルタ2は、圧電薄膜共振子R21及びR22をモノリシックに一体化したラダー型のバンドパスフィルタとなっている。
Due to the
キャビティ形成膜23は、第1実施形態のキャビティ形成膜13と同様に、圧電体薄膜26の、対向領域E21及びE22以外の領域と対向領域E21及びE22の周縁部とにまたがって形成され、圧電体薄膜26の対向領域E21及びE22の中心部を支持基板23から離隔させるキャビティC21及びC22を形成している。
Similar to the
すなわち、圧電薄膜フィルタ2でも、矩形の対向領域E21及びE22の周縁部を、接着層22及びキャビティ形成膜23を介して支持基板に固定することにより、対向領域E21及びE22に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域E21及びE22から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制するとともに、圧電薄膜共振子R21及びR22が干渉することを防止している。圧電薄膜フィルタ2では、対向領域E21及びE22の周縁部の固定にあたって、対向領域E21及びE22の外郭のうち、下面電極25の端面25sによって構成されている部分においては、下面電極25の平坦面25pの周縁部から、下面電極25の端面25sを経て、圧電体薄膜26の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜23を成膜し、当該範囲を接着層22及びキャビティ形成膜23を介して支持基板21へ固定している。また、圧電薄膜共振子1では、対向領域E21及びE22の周縁部の固定にあたって、対向領域E21及びE22の外郭のうち、下面電極25の端面25sによって構成されていない部分においては、下面電極25の平坦面25pの、対向領域E21及びE22の周縁部から、対向領域E21及びE22の外郭を経て、対向領域E21及びE22の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜23を成膜し、当該範囲を接着層22及びキャビティ形成膜23を介して支持基板21へ固定している。
That is, in the piezoelectric
その一方で、圧電薄膜フィルタ2では、スペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜23により、対向領域E21及びE22の大部分を占める中心部を支持基板11から離隔させ、対向領域E21及びE22に励振される振動が支持基板11と干渉することを回避している。
On the other hand, in the piezoelectric
なお、圧電薄膜フィルタ2においても、キャビティC21(C22)の横幅と対向領域E21(E22)の横幅との関係や、キャビティC21(C22)の縦幅と対向領域E21(E22)の縦幅との関係は、第1実施形態の圧電薄膜共振子1と同様とすることができ、対向領域E21及び/又はE22を矩形以外とすることもできる。
In the piezoelectric
<3 第3実施形態>
図18〜図21は、本発明の第3実施形態に係る圧電薄膜共振子3の構成を示す模式図である。図18は、圧電薄膜共振子3を斜方から見た斜視図、図19は、圧電薄膜共振子3を上方から見た平面図、図20は、図18のXX-XXの切断線における圧電薄膜共振子3の断面を示す断面図、図21は、図18のXXI-XXIの切断線における圧電薄膜共振子3の断面を示す断面図である。図18には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<3 Third Embodiment>
18 to 21 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図18〜図21に示すように、圧電薄膜共振子3は、第1実施形態の圧電薄膜共振子1と類似の手順で製造することができ、支持基板31の上に、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37をこの順序で積層した構造を有している。支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37(371,372)は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極15、圧電体薄膜16及び上面電極17(171,172)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子3でも、圧電薄膜共振子1と同様に、上面電極372は、上面電極371と下面電極35とが圧電体薄膜36を挟んで対向する対向領域E31の外側の非対向領域E32において圧電体薄膜16を挟んで下面電極35と対向し、バイアホールVH3によって下面電極35と接続されている。
As shown in FIGS. 18 to 21, the piezoelectric
キャビティ形成膜33は、キャビティ形成膜13と同様に、対向領域E31の周縁部の額縁形の領域RG31と非対向領域E32とにまたがって形成され、対向領域E31の中央部において圧電体薄膜36を支持基板31から離隔させるキャビティC3を形成している。圧電薄膜共振子3においても、キャビティC3の横幅と対向領域E31の横幅との関係や、キャビティC3の縦幅と対向領域E31の縦幅との関係は、圧電薄膜共振子1と同様とすることができ、対向領域E31を矩形以外とすることもできる。この点は、以下で説明する圧電薄膜共振子4〜8でも同様である。
Similar to the
すなわち、圧電薄膜共振子3でも、圧電薄膜共振子1と同様に、領域RG31及び非対向領域E32において接着層32及びキャビティ形成膜33を介して圧電体薄膜36を支持基板31に固定し、対向領域E31の周縁部から、対向領域E31の外郭を経て、対向領域E31の外縁部へ至る連続する範囲を支持基板31に固定することにより、対向領域E31に励振された振動の振動エネルギーが対向領域E31から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。
That is, in the piezoelectric
圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子3と違いは、圧電薄膜共振子3では、上面電極372及び下面電極35は、上面電極172及び下面電極15と同様に、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極371は、上面電極171と異なり、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域E31の周縁部の額縁形の領域RG32と対向領域E31に隣接する矩形の領域RG33とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している点にある。図19においてハッチングを付された加重部分371Wは、上面電極371の膜厚を領域RG32及びRG33において不可避的な変動を超えて部分的に厚くすることにより形成されている。
The difference between the piezoelectric
加重部分371Wは、膜厚が略均一となっている対向領域E31の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きくなっており、領域RG32及びRG33において弾性波のカットオフ周波数を低下させる役割を果たしている。圧電薄膜共振子3では、このカットオフ周波数の低下により、対向領域E31に励振された振動の振動エネルギーが対向領域E31から漏洩することを防止し、圧電体薄膜36の輪郭形状に依存する副共振を抑制している。
The
対向領域E31の中央部を縁取る領域RG32の幅w2は、対向領域E31の幅w1の1%以上30%以下とすることが望ましく、5%以上20%以下とすることがさらに望ましい。これは、幅w1がこの範囲を外れると、振動エネルギーの閉じ込め効果が低下するからである。ここで、対向領域E31の幅w1とは、対向領域E31の形状が矩形である場合には、短辺の長さであり、対向領域E31の形状が楕円形である場合には、短軸の長さである。 The width w2 of the region RG32 bordering the central portion of the opposing region E31 is preferably 1% to 30% and more preferably 5% to 20% of the width w1 of the opposing region E31. This is because if the width w1 is out of this range, the effect of confining vibration energy is reduced. Here, the width w1 of the facing region E31 is the length of the short side when the shape of the facing region E31 is a rectangle, and the short axis when the shape of the facing region E31 is an ellipse. Length.
上面電極37及び下面電極35の膜厚は、構成する導電材料に応じて決定すべきであるが、導電材料としてタングステンを選択した場合、700オングストローム以上とすることが望まれる。なぜならば、タングステン膜の膜厚が700オングストロームを下回ると、その電気抵抗が上昇し、圧電薄膜共振子3の共振抵抗が顕著に上昇するからである。また、加重部分371Wと加重部分371W以外との膜厚の差は、典型的には、500オングストローム程度とすれば、圧電薄膜共振子3の副共振を良好に抑制することができる。
The film thicknesses of the
このように、対向領域E31の周縁部を支持基板31に固定するのに加えて、上面電極371の単位面積あたりの質量が対向領域E31の中央部より大きくなる加重部分371Wを周縁部に設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のQ値を大幅に向上することができる。
Thus, in addition to fixing the peripheral portion of the opposing region E31 to the
上面電極371は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分371Wとなるべき部分に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより形成することもできるし、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分371Wとなるべき部分以外を薄肉化することにより形成することもできる。
The
なお、図18〜図21には、上面電極371に加重部分371Wを配置する例を示したが、上面電極371に代えて下面電極35に加重部分を配置してもよいし、上面電極371及び下面電極35の両方に加重部分を配置してもよい。また、上面電極371の膜厚を部分的に厚くすることにより加重部分371Wを形成すれば、加重部分371Wを容易に形成することができるが、このことは、上面電極371の膜厚を部分的に厚くすることに代えて、又は、上面電極371の膜厚を部分的に厚くすることに加えて、上面電極371の比重を部分的に大きくすることにより、加重部分371Wを形成することを妨げるものではない。
18 to 21 show an example in which the
また、領域R32だけでなく給電部となる領域RG33にも加重部分371Wを配置したのは、給電部の電気抵抗を減らすためである。ただし、このことは、領域R32だけに加重部分371Wを配置し、領域RG33には加重部分371Wを配置しないようにすることを妨げるものではない。
The reason why the
さらに、加重部分371Wの別例を説明すると、加重部分371Wが配置される領域RG32の幅が一定であることも必須ではなく、例えば、図22の平面図に示すように、楕円形の開口部を有する額縁形の領域RG32と矩形の領域RG33とにまたがって加重部分371Wを配置してもよい。
Further, another example of the
この他、対向領域E31の中央部から離れるにつれて加重部分371Wの膜厚が厚くなり、加重部分371Wの単位面積あたりの質量が大きくなってゆくようにしても、圧電薄膜共振子3の副共振を良好に抑制することができる。また、このような加重部分371Wには、加重部分371Wの形状が若干変化しても副共振の抑制効果に大きな影響がないという利点もある。
In addition, even if the thickness of the
例えば、図23の断面図には、加重部分371Wが、膜厚が相対的に厚い部分と膜厚が相対的に薄い部分とを有する階段形となっている例が示されている。なお、図23には、加重部分371Wが2段の階段形となっている例が示されているが、加重部分371Wが3段以上の階段形状となっていてもよい。又は、図24の断面図に示すように、膜厚が連続的に厚くなる坂道形の加重部分371Wを上面電極371に配置してもよい。
For example, the cross-sectional view of FIG. 23 shows an example in which the
<4 第4実施形態>
図25〜図28は、本発明の第4実施形態に係る圧電薄膜共振子4の構成を示す模式図である。図25は、圧電薄膜共振子4を斜方から見た斜視図、図26は、圧電薄膜共振子4を上方から見た平面図、図27は、図25のXXVII-XXVIIの切断線における圧電薄膜共振子4の断面を示す断面図、図28は、図25のXXVIII-XXVIIIの切断線における圧電薄膜共振子4の断面を示す断面図である。図25には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<4 Fourth Embodiment>
25 to 28 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図25〜図28に示すように、圧電薄膜共振子4は、第3実施形態の圧電薄膜共振子3と類似の手順で製造することができ、支持基板41の上に、接着層42、キャビティ形成膜43、下面電極45、圧電体薄膜46及び上面電極47をこの順序で積層した構造を有している。支持基板41、接着層42、キャビティ形成膜43、下面電極45、圧電体薄膜46及び上面電極47(471,472)は、それぞれ、第3実施形態の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37(371,372)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子4でも、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極472は、上面電極471と下面電極45とが圧電体薄膜46を挟んで対向する対向領域E41の外側の非対向領域E42において圧電体薄膜46を挟んで下面電極45と対向し、バイアホールVH4によって下面電極45と接続されている。
As shown in FIGS. 25 to 28, the piezoelectric
キャビティ形成膜43は、キャビティ形成膜33と同様に、対向領域E41の周縁部の額縁形の領域RG41と非対向領域E42とにまたがって形成され、対向領域E41の中央部において圧電体薄膜46を支持基板31から離隔させるキャビティC4を形成している。
Similar to the
また、圧電薄膜共振子4では、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極472及び下面電極45は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極471は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域E41の周縁部の額縁形の領域RG42と対向領域E41に隣接する矩形の領域RG43とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
Further, in the piezoelectric
圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子4との違いは、領域RG32よりも領域RG42の方が狭縁となっている点にある。すなわち、圧電薄膜共振子3では、支持基板31に固定された額縁形の領域RG31の幅よりも、加重部分371Wが配置された額縁形の領域RG32の幅の方が広くなっているが、圧電薄膜共振子4では、支持基板41に固定された額縁形の領域RG41の幅よりも、加重部分471Wが配置された額縁形の領域RG42の幅の方が狭くなっている。
The difference between the piezoelectric
このような圧電薄膜共振子4でも、圧電薄膜共振子3と同様に、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のQ値を大幅に向上することができる。
In the piezoelectric
<5 第5実施形態>
図29〜図32は、本発明の第5実施形態に係る圧電薄膜共振子5の構成を示す模式図である。図29は、圧電薄膜共振子5を斜方から見た斜視図、図30は、圧電薄膜共振子5を上方から見た平面図、図31は、図29のXXXI-XXXIの切断線における圧電薄膜共振子5の断面を示す断面図、図32は、図29のXXXII-XXXIIの切断線における圧電薄膜共振子5の断面を示す断面図である。図29には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<5 Fifth Embodiment>
29 to 32 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図29〜図32に示すように、圧電薄膜共振子5は、第3実施形態の圧電薄膜共振子3と類似の手順で製造することができ、支持基板51の上に、接着層52、キャビティ形成膜53、下面電極55、圧電体薄膜56及び上面電極57をこの順序で積層した構造を有している。支持基板51、接着層52、キャビティ形成膜53、下面電極55、圧電体薄膜56及び上面電極57(571,572)は、それぞれ、第3実施形態の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37(371,372)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子5でも、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極572は、上面電極571と下面電極55とが圧電体薄膜56を挟んで対向する対向領域E51の外側の非対向領域E52において圧電体薄膜56を挟んで下面電極55と対向し、バイアホールVH5によって下面電極55と接続されている。
As shown in FIGS. 29 to 32, the piezoelectric
キャビティ形成膜53は、キャビティ形成膜33と同様に、対向領域E51の周縁部の領域RG51と非対向領域E52とにまたがって形成され、対向領域E51の中央部において圧電体薄膜56を支持基板51から離隔させるキャビティC5を形成している。
Similar to the
また、圧電薄膜共振子5では、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極572及び下面電極55は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極571は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域E51の周縁部の領域RG52と対向領域E51に隣接する矩形の領域RG53とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
In the piezoelectric
圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子5との違いは、圧電薄膜共振子3の上面電極371に配置された加重部分371Wは、矩形の対向領域E31の長手方向に伸びる一対の対辺である長辺及び短手方向に伸びる一対の対辺である短辺の両方に沿って配置されているが、圧電薄膜共振子5の上面電極571に配置された加重部分571Wは、矩形の対向領域E51の長辺に沿って配置されており、矩形の対向領域E51の短辺に沿って配置されていない点にある。換言すれば、加重部分371Wは、対向領域E31の中央部を縁取る額縁形になっており、中央部を完全に包囲しているが、加重部分571Wは、対向領域E51の中央部を縁取る額縁形の一部を取り除いた形になっており、中央部を完全に包囲していない。
The difference between the piezoelectric
長辺に沿ってのみ加重部分571Wを設け、短辺に沿って加重部分571Wを設けないのは、加重部分571Wが形成する共振子の共振の影響を回避しつつ、副共振の影響を受けにくくするためである。すなわち、積極的理由としては、中央部より共振周波数が低い共振子を形成する加重部分571Wが占める領域RG52の面積を減らすことができるので、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができるからである。また、消極的理由としては、対向領域E51を細長の2次元形状とした場合、横モードの弾性波が主に長辺を横切る方向に向かって伝播するため、短辺に沿って加重部分571Wを配置しなくても、対向領域E51からの振動エネルギーの漏洩を十分に防止できるからである。
The reason why the
<6 第6実施形態>
図33〜図36は、本発明の第6実施形態に係る圧電薄膜共振子6の構成を示す模式図である。図33は、圧電薄膜共振子6を斜方から見た斜視図、図34は、圧電薄膜共振子6を上方から見た平面図、図35は、図33のXXXV-XXXVの切断線における圧電薄膜共振子6の断面を示す断面図、図36は、図33のXXXVI-XXXVIの切断線における圧電薄膜共振子6の断面を示す断面図である。図33には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<6 Sixth Embodiment>
33 to 36 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図33〜図36に示すように、圧電薄膜共振子6は、第3実施形態の圧電薄膜共振子3と類似の手順で製造することができ、支持基板61の上に、接着層62、キャビティ形成膜63、下面電極65、圧電体薄膜66及び上面電極67をこの順序で積層した構造を有している。支持基板61、接着層62、キャビティ形成膜63、下面電極65、圧電体薄膜66及び上面電極67(671,672)は、それぞれ、第3実施形態の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37(371,372)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子6でも、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極672は、上面電極671と下面電極65とが圧電体薄膜66を挟んで対向する対向領域E61の外側の非対向領域E62において圧電体薄膜66を挟んで下面電極65と対向し、バイアホールVH6によって下面電極65と接続されている。
As shown in FIGS. 33 to 36, the piezoelectric
キャビティ形成膜63は、キャビティ形成膜33と同様に、対向領域E61の周縁部の額縁形の領域RG61と非対向領域E62とにまたがって形成され、対向領域E61の中央部において圧電体薄膜66を支持基板61から離隔させるキャビティC6を形成している。
Similar to the
また、圧電薄膜共振子6では、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極672及び下面電極65は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極671は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域E61の周縁部の額縁形の領域RG62と対向領域E61に隣接する矩形の領域RG63とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
In the piezoelectric
圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子6との第1の違いは、圧電薄膜共振子3では、領域RG32に配置された加重部分371Wで対向領域E31の中央部を包囲したが、圧電薄膜共振子6では、領域RG621に配置された加重部分6711Wに加えてその内側の領域RG622に配置された加重部分6712Wで二重に対向領域E61の中央部を包囲した点にある。
The first difference between the piezoelectric
また、圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子6との第2の違いは、圧電薄膜共振子3では、上面電極371の中央部の膜厚と下面電極35の膜厚とがほぼ同じで、上面電極371の加重部分371Wの膜厚が下面電極35の膜厚より厚くなっているのに対して、圧電薄膜共振子6では、上面電極671の加重部分6711W,6712Wの膜厚と下面電極65の膜厚とがほぼ同じで、上面電極671の中央部の膜厚が下面電極65の膜厚より薄くなっている点にある。
The second difference between the piezoelectric
このような圧電薄膜共振子6でも、圧電薄膜共振子3と同様に、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のQ値を向上することができ、加重部分671Wが形成する共振子の共振の影響を回避し、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
In the piezoelectric
<7 第7実施形態>
図37〜図40は、本発明の第7実施形態に係る圧電薄膜共振子7の構成を示す模式図である。図37は、圧電薄膜共振子7を斜方から見た斜視図、図38は、圧電薄膜共振子7を上方から見た平面図、図39は、図37のXXXIX-XXXIXの切断線における圧電薄膜共振子7の断面を示す断面図、図40は、図37のXXXX-XXXXの切断線における圧電薄膜共振子7の断面を示す断面図である。図37には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<7 Seventh Embodiment>
37 to 40 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図37〜図40に示すように、圧電薄膜共振子7は、第1実施形態の圧電薄膜共振子1と類似の手順で製造することができ、支持基板71の上に、接着層72、キャビティ形成膜73、下面電極75、圧電体薄膜76及び上面電極77をこの順序で積層した構造を有している。支持基板71、接着層72、キャビティ形成膜73、下面電極75、圧電体薄膜76及び上面電極77(771,772)は、それぞれ、第1実施形態の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極15、圧電体薄膜16及び上面電極17(171,172)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子7でも、圧電薄膜共振子1と同様に、上面電極772は、上面電極771と下面電極75とが圧電体薄膜76を挟んで対向する対向領域E71の外側の非対向領域E72において圧電体薄膜76を挟んで下面電極75と対向し、バイアホールVH7によって下面電極75と接続されている。
As shown in FIGS. 37 to 40, the piezoelectric
キャビティ形成膜73は、キャビティ形成膜33と同様に、対向領域E71の周縁部の額縁形の領域RG71と非対向領域E72とにまたがって形成され、対向領域E71の中央部において圧電体薄膜76を支持基板71から離隔させるキャビティC7を形成している。
Similar to the
すなわち、圧電薄膜共振子7でも、圧電薄膜共振子1と同様に、領域RG71及び非対向領域E72において接着層72及びキャビティ形成膜73を介して圧電体薄膜76を支持基板71に固定し、対向領域E71の周縁部から、対向領域E71の外郭を経て、対向領域E71の外縁部へ至る連続する範囲を支持基板71に固定することにより、対向領域E71に励振された振動の振動エネルギーが対向領域E71から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。
That is, in the piezoelectric
圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子7と違いは、圧電薄膜共振子7では、上面電極772及び下面電極75は、上面電極172及び下面電極15と同様に、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極771は、上面電極171と異なり、対向領域E71の周縁部の外郭に沿う軽減部分771Lを形成した構造を有している点にある。図38においてハッチングを付された軽減部分771Lは、上面電極771の膜厚を領域RG75において不可避的な変動を超えて部分的に薄くし、対向領域E71の外郭から一定の距離を置いて溝を形成することにより形成されている。このような溝状の軽減部分771Lの幅は、対向領域E71の幅の1%以上30%以下とすることが望ましく、5%以上15%以下とすることがさらに望ましい。また、軽減部分771Lの位置については、対向領域E71の外郭から軽減部分の外側までの距離が、対向領域E71の幅の5%以上30%以下とすることが望ましく、さらに10%以上20%以下とすることが望ましい。
The difference between the piezoelectric
上面電極77及び下面電極75の膜厚は、構成する導電材料に応じて決定すべきであるが、導電材料としてタングステンを選択した場合、700オングストローム以上とすることが望まれる。なぜならば、タングステン膜の膜厚が700オングストロームを下回ると、その電気抵抗が上昇し、圧電薄膜共振子7の共振抵抗が顕著に上昇するからである。また、軽減部分771Lと軽減部分771L以外との膜厚の差は、タングステン膜で形成する場合、典型的には、150オングストローム程度とすれば、圧電薄膜共振子7の副共振を良好に抑制することができる。
The film thicknesses of the
軽減部分771Lは、膜厚が略均一となっている対向領域E71の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さくなっており、励振領域E71の中央部から外郭へ至る途上で共振周波数をいったん上昇させる役割を果たしている。
The reduced
このように、対向領域E71の周縁部を支持基板71に固定するのに加えて、上面電極771、圧電体薄膜76及び下面電極75を積層した積層体の単位面積あたりの質量が対向領域E71の中央部より小さくなる軽減部分を対向領域E71の外郭に沿って設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のQ値を大幅に向上することができ、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
In this way, in addition to fixing the peripheral portion of the opposing region E71 to the
上面電極771は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分771Lとなるべき部分以外に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより形成することもできるし、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分771Lを薄肉化することにより形成することもできる。
The
また、図5〜図9に示したように対向領域E71が直交する対称軸Sa及びSbについて軸対称となっている場合、軽減部分771Lも対称軸Sa及びSbについて軸対象とすることが望ましい。そうすれば、非対称モードの励振を抑制することができるからである。
In addition, as shown in FIGS. 5 to 9, when the facing region E71 is axisymmetric with respect to the orthogonal symmetry axes Sa and Sb, it is desirable that the
なお、図37〜図40には、上面電極771に軽減部分771Lを配置する例を示したが、図41の断面図に示すように、上面電極771に代えて下面電極75に軽減部分75Lを配置してもよいし、図42の断面図に示すように上面電極771及び下面電極75の両方に軽減部分771L及び75Lを配置してもよい。
37 to 40 show an example in which the reduced
また、上面電極771の膜厚を部分的に薄くすることにより軽減部分771Lを形成すれば、軽減部分771Lを容易に形成することができるが、このことは、上面電極771の膜厚を部分的に薄くすることに代えて、又は、上面電極771の膜厚を部分的に薄くすることに加えて、上面電極771の比重を部分的に小さくすることにより、軽減部分771Lを形成することを妨げるものではない。さらに、上面電極771や下面電極75に軽減部分を配置することにより積層体の単位面積あたりの質量を小さくことも必須ではなく、図43の断面図に示すように、圧電体薄膜76に軽減部分76Lを配置することにより積層体の単位面積あたりの質量を小さくするようにしてもよい。
In addition, if the reduced
加えて、図37〜図40には、領域RG75が領域RG71よりも中央部寄りにあり、領域RG75と領域RG71とが重なり合わない例を示したが、図44の断面図に示すように、領域RG75と領域RG71とが重なり合う場合すなわち軽減部分771Lの下方で圧電体薄膜76が支持基板71に固定されていても同様の効果を得ることができる。
In addition, FIGS. 37 to 40 show an example in which the region RG75 is closer to the center than the region RG71, and the region RG75 and the region RG71 do not overlap, but as shown in the cross-sectional view of FIG. The same effect can be obtained when the region RG75 and the region RG71 overlap, that is, even if the piezoelectric
<8 第8実施形態>
図45〜図48は、本発明の第8実施形態に係る圧電薄膜共振子8の構成を示す模式図である。図45は、圧電薄膜共振子8を斜方から見た斜視図、図46は、圧電薄膜共振子8を上方から見た平面図、図47は、図45のXLVII-XLVIIの切断線における圧電薄膜共振子8の断面を示す断面図、図48は、図45のXLVIII-XLVIIIの切断線における圧電薄膜共振子8の断面を示す断面図である。図45には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
<8 Eighth Embodiment>
45 to 48 are schematic views showing the configuration of the piezoelectric
図45〜図48に示すように、圧電薄膜共振8は、第3実施形態の圧電薄膜共振子3と類似の手順で製造することができ、支持基板81の上に、接着層82、キャビティ形成膜83、下面電極85、圧電体薄膜86及び上面電極87をこの順序で積層した構造を有している。支持基板81、接着層82、キャビティ形成膜83、下面電極85、圧電体薄膜86及び上面電極87(871,872)は、それぞれ、第3実施形態の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極35、圧電体薄膜36及び上面電極37(371,372)に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子8でも、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極872は、上面電極871と下面電極85とが圧電体薄膜86を挟んで対向する対向領域E81の外側の非対向領域E82において圧電体薄膜86を挟んで下面電極85と対向し、バイアホールVH8によって下面電極45と接続されている。
As shown in FIGS. 45 to 48, the piezoelectric
キャビティ形成膜83は、キャビティ形成膜33と同様に、対向領域E81の周縁部の額縁形の領域RG81と非対向領域E82とにまたがって形成され、対向領域E81の中央部において圧電体薄膜86を支持基板81から離隔させるキャビティC8を形成している。
Similar to the
また、圧電薄膜共振子8では、圧電薄膜共振子3と同様に、上面電極872及び下面電極85は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極871は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域E81の周縁部の額縁形の領域RG82と対向領域E81に隣接する矩形の領域RG83とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
Further, in the piezoelectric
圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子8との違いは、圧電薄膜共振子8では、上面電極871は、加重部分871Wに沿う加重部分871Wよりも中央部寄りの領域RG85に溝状の軽減部分871Lを形成した構造を有している点にある。この軽減部分871Lは、圧電薄膜共振子7の上面電極771に配置された軽減部分771Lと同様に形成することができる。
The difference between the piezoelectric
このように、対向領域E81の周縁部を支持基板81に固定するのに加えて、上面電極871の単位面積あたりの質量が対向領域E81の中央部より大きくなる加重部分を周縁部に設け、さらにその内側に、上面電極871、圧電体薄膜86及び下面電極85を積層した積層体の単位面積あたりの質量が対向領域E81の中央部より小さくなる軽減部分871Lを対向領域E71の外郭に沿って設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のQ値を特に大幅に向上することができ、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
As described above, in addition to fixing the peripheral portion of the opposing region E81 to the
<9 その他>
上述の第1実施形態〜第8実施形態で説明した技術手段は、様々に組み合わせて用いることができる。例えば、第4実施形態における加重部分471Wや第6実施形態における加重部分671Wや第8実施形態における加重部分871Wを第5実施形態における加重部分571Wと同様に2辺化することも可能である。また、第7実施形態における軽減部分771Lや第8実施形態における軽減部分871Lを第5実施形態における加重部分571Wと同様に2辺化することも可能である。
<9 Others>
The technical means described in the first to eighth embodiments can be used in various combinations. For example, the
<実施例1>
以下では、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜共振子1に関する実施例1について説明する。実施例1の圧電薄膜共振子1では、Xa=18μm、Xb=20μm、Ya=246μm、Yb=250μmとなっており、キャビティC1の横幅Xa及び縦幅Yaが、それぞれ、対向領域E1の横幅Xb及び縦幅Ybより小さく(Xa<Xb、Ya<Yb)なっている。
<Example 1>
Hereinafter, Example 1 relating to the piezoelectric
実施例1では、圧電体薄膜16及び支持基板11を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、上面電極17及び下面電極15を構成する導電材料としてタングステン、キャビティ形成膜13を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層12を構成する材料としてエポキシ接着剤を用いて圧電薄膜共振子1を作製した。
In the first embodiment, lithium niobate single crystal is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric
実施例1の圧電薄膜共振子1は、製造原価の低減のために、図49に示すように、多数(典型的には、数100個〜数1000個)の圧電薄膜共振子1を一体化した集合体(マザー基板)U1を作製した後に、集合体U1をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子1へ分離することによって得られている。
As shown in FIG. 49, the piezoelectric
以下では、便宜上、集合体U1に含まれる1個の圧電薄膜共振子1に着目して説明を進めるが、集合体U1に含まれる他の圧電薄膜共振子1も着目した圧電薄膜共振子1と同時平行して製造されている。
Hereinafter, for the sake of convenience, the description will be focused on one piezoelectric
続いて、図50〜図51の断面図を参照しながら、実施例1に係る圧電薄膜共振子1の製造方法を説明する。
Subsequently, a method for manufacturing the piezoelectric
圧電薄膜共振子1の製造にあたっては、最初に、厚み0.5mm、直径3インチのニオブ酸リチウム単結晶の円形ウエハ(45度カットY板)を圧電体基板19及び支持基板11として準備した。
In manufacturing the piezoelectric
そして、圧電体基板19の下面の全面に膜厚1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図1及び図2に示すパターンを有する下面電極15を得た(図50(A))。
Then, a tungsten film having a film thickness of 1000 angstroms is formed on the entire lower surface of the
続いて、圧電体基板19の下面の全面に膜厚0.5μmの二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、圧電体基板19を除去加工して得られる圧電体薄膜16において対向領域E1となるべき領域の中心部に成膜された二酸化ケイ素の膜をフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去した。これにより、圧電体薄膜16において対向領域E1となるべき領域の中心部以外の領域にキャビティ形成膜13が形成されたことになる(図50(B))。
Subsequently, a silicon dioxide film having a thickness of 0.5 μm is formed on the entire lower surface of the
さらに続いて、支持基板11の上面に接着層12となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板11の上面と、下面電極15及びキャビティ形成膜13が形成された圧電体基板19の下面とを張り合わせた。そして、支持基板11及び圧電体基板19に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層12の厚みを0.5μmとした。しかる後に、張り合わせた支持基板11及び圧電体基板19とを200℃の環境下で1時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板11と圧電体基板19を接着した。これにより、圧電体基板19の、圧電体薄膜16において対向領域E1となるべき領域の中心部の下方に、深さが約0.5μmのキャビティC1が形成された(図50(C))。
Subsequently, an epoxy adhesive serving as an
支持基板11と圧電体基板19との接着が完了した後、圧電体基板19を支持基板11に接着した状態を維持したまま、支持基板11の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板19の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板19の厚みを50μmまで薄肉化した。さらに、圧電体基板19の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板19の厚みを2μmまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板19に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板19の仕上げ研磨を行い、厚みが1.00μmの圧電体薄膜16を得た(図50(D))。
After the bonding between the
次に、圧電体薄膜16の上面(研磨面)を有機溶剤で洗浄し、膜厚が200オングストロームのクロム膜と膜厚が2000オングストロームの金膜とを圧電体薄膜16の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜16の、バイアホールVH1を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスクM1を得た(図51(E))。
Next, the upper surface (polished surface) of the piezoelectric
エッチングマスクM1の形成後、65℃に加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜16のエッチングを行い、圧電体薄膜16の上面と下面との間を貫通するバイアホールVH1を形成して下面電極15を露出させるとともに、エッチングマスクM1をエッチングにより除去した(図51(F))。
After the formation of the etching mask M1, the piezoelectric
さらに、圧電体薄膜16の上面の全面に厚み1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図1〜図4に示すパターンを有する上面電極17を得た(図51(G))。このとき、バイアホールVH1の内側面にもタングステン膜が形成されるので、上面電極171と下面電極15との導通が確保される。
Further, a tungsten film having a thickness of 1000 angstroms is formed on the entire upper surface of the piezoelectric
このようにして得られた圧電薄膜共振子1の周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図52に示す波形が観察された。
When the frequency-impedance characteristics and frequency-phase characteristics of the piezoelectric
<実施例2>
以下では、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜共振子1に関する実施例2について説明する。実施例2では、Xa=20μm、Xb=20μm、Ya=250μm、Yb=250μmとし、キャビティC1の横幅Xa及び縦幅Yaを、それぞれ、対向領域E1の横幅Xb及び縦幅Ybと同じに(Xa=Xb、Ya=Yb)した点以外は実施例1と同様の手順で圧電薄膜共振子1を製造した。
<Example 2>
Hereinafter, Example 2 relating to the piezoelectric
このようにして製造された圧電薄膜共振子1を実施例1と同様の手順で製造し、周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図53に示す波形が観察された。
The piezoelectric
<比較例1>
以下では、本発明の範囲外の圧電薄膜共振子に関する比較例1について説明する。比較例では、Xa=40μm、Xb=20μm、Ya=290μm、Yb=250μmとし、キャビティC1の横幅Xa及び縦幅Yaを、それぞれ、対向領域E1の横幅Xb及び縦幅Ybより広げた(Xa>Xb、Ya>Yb)点以外は実施例1と同様の手順で圧電薄膜共振子を製造した。
<Comparative Example 1>
Below, the comparative example 1 regarding the piezoelectric thin film resonator outside the range of this invention is demonstrated. In the comparative example, Xa = 40 μm, Xb = 20 μm, Ya = 290 μm, Yb = 250 μm, and the lateral width Xa and the vertical width Ya of the cavity C1 were expanded from the lateral width Xb and the vertical width Yb of the facing region E1, respectively (Xa> A piezoelectric thin film resonator was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the point Xb, Ya> Yb).
このようにして製造された圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図54に示す波形が観察された。 When the frequency-impedance characteristics and frequency-phase characteristics of the piezoelectric thin-film resonator thus manufactured were measured using an impedance analyzer and the resonance characteristics of thickness longitudinal vibration were evaluated, the waveform shown in FIG. 54 was observed. It was.
<実施例1,2及び比較例1の対比>
図52〜図54より明らかなように、キャビティC1の横幅Xa及び縦幅Yaを、それぞれ、対向領域E1の横幅Xb及び縦幅Yb以下とし(Xa≦Xb、Ya≦Yb)、対向領域E1の外郭における立体的な固定を採用すれば、図54において矢印で示したような主共振に重畳するスプリアスを著しく減らすことができる。また、このような圧電薄膜共振子1を単独で又は組み合わせて用いることにより、特性が良好な圧電薄膜デバイス、例えば、リップルが少ない圧電薄膜フィルタを得ることができる。
<Contrast of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1>
As apparent from FIGS. 52 to 54, the horizontal width Xa and the vertical width Ya of the cavity C1 are set to be equal to or less than the horizontal width Xb and the vertical width Yb of the facing region E1 (Xa ≦ Xb, Ya ≦ Yb), respectively. If the three-dimensional fixing in the outer shell is adopted, spurious superimposed on the main resonance as shown by the arrow in FIG. 54 can be significantly reduced. Further, by using such a piezoelectric
<実施例3>
以下では、本発明の第3実施形態に係る圧電薄膜共振子3に関する実施例3について説明する。実施例3では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分371Wとなるべき部分に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより加重部分371Wを形成している。
<Example 3>
Hereinafter, Example 3 relating to the piezoelectric
実施例3では、圧電体薄膜36及び支持基板31を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、上面電極37及び下面電極35を構成する導電材料としてタングステン、キャビティ形成膜33を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層32を構成する材料としてエポキシ接着剤を用いて圧電薄膜共振子3を作製した。
In the third embodiment, lithium niobate single crystal is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric
実施例3の圧電薄膜共振子3は、実施例1の圧電薄膜共振子1と同様に、多数の圧電薄膜共振子3を一体化した集合体を作製した後に、集合体をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子3へ分離することによって得られている。
Similarly to the piezoelectric
以下では、便宜上、集合体に含まれる1個の圧電薄膜共振子3に着目して説明を進めるが、集合体に含まれる他の圧電薄膜共振子3も着目した圧電薄膜共振子3と同時平行して製造されている。
In the following, for the sake of convenience, the description will be focused on one piezoelectric
続いて、図55〜図56の断面図を参照しながら、実施例3に係る圧電薄膜共振子3の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric
圧電薄膜共振子3の製造にあたっては、最初に、厚み0.5mm、直径3インチのニオブ酸リチウム単結晶の円形ウエハ(45度カットY板)を圧電体基板39及び支持基板31として準備した。
In manufacturing the piezoelectric
そして、圧電体基板39の下面の全面に膜厚1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図33及び図34に示すパターンを有する下面電極35を得た(図55(A))。
Then, a tungsten film having a film thickness of 1000 angstroms is formed on the entire lower surface of the
続いて、圧電体基板39の下面の全面に膜厚0.5μmの二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、領域RG31及び非対向領域E32以外に成膜された二酸化ケイ素の膜をフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去した。これにより、領域RG31及び非対向領域E32にキャビティ形成膜33が形成されたことになる(図55(B))。
Subsequently, a silicon dioxide film having a thickness of 0.5 μm is formed on the entire lower surface of the
さらに続いて、支持基板31の上面に接着層32となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板31の上面と、下面電極35及びキャビティ形成膜33が形成された圧電体基板39の下面とを張り合わせた。そして、支持基板31及び圧電体基板39に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層32の厚みを0.5μmとした。しかる後に、張り合わせた支持基板31及び圧電体基板39とを200℃の環境下で1時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板31と圧電体基板39を接着した。これにより、圧電体基板39の、圧電体薄膜36において対向領域E31となるべき領域の下方に、深さが約0.5μmのキャビティC3が形成された(図55(C))。
Subsequently, an epoxy adhesive serving as an
支持基板31と圧電体基板39との接着が完了した後、圧電体基板39を支持基板31に接着した状態を維持したまま、支持基板31の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板39の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板39の厚みを50μmまで薄肉化した。さらに、圧電体基板39の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板39の厚みを2μmまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板39に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板39の仕上げ研磨を行い、厚みが1.00μmの圧電体薄膜36を得た(図55(D))。
After the bonding between the
次に、圧電体薄膜36の上面(研磨面)を有機溶剤で洗浄し、膜厚が200オングストロームのクロム膜と膜厚が2000オングストロームの金膜とを圧電体薄膜36の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜36の、バイアホールVH3を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスクM3を得た(図56(E))。
Next, the upper surface (polished surface) of the piezoelectric
エッチングマスクM3の形成後、65℃に加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜36のエッチングを行い、圧電体薄膜36の上面と下面との間を貫通するバイアホールVH3を形成して下面電極35を露出させるとともに、エッチングマスクM3をエッチングにより除去した(図56(F))。
After the formation of the etching mask M3, the piezoelectric
続く上面電極37の形成工程においては、まず、圧電体薄膜36の上面の全面に膜厚が500オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極37の加重部分371Wとなるべき部分にのみ、タングステン膜371aを残した(図56(G))。
In the subsequent step of forming the
さらに、圧電体薄膜36の上面の全面に膜厚が1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図33及び図34に示すパターンを有するとともに加重部分371Wが設けられた上面電極37を得た(図56(H))。このとき、バイアホールVH3の内側面にもタングステンの膜が形成されるので、上面電極372と下面電極35との導通が確保される。
Further, a tungsten film having a thickness of 1000 angstroms is formed on the entire upper surface of the piezoelectric
このような工程を経て、図33〜図37に示す圧電薄膜共振子3を作製することができる。
Through such steps, the piezoelectric
<実施例4>
以下では、本発明の第7実施形態に係る圧電薄膜共振子7に関する実施例4について説明する。実施例4では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分771Lとなるべき部分を薄肉化することにより軽減部分771Lを形成している。
<Example 4>
Hereinafter, Example 4 relating to the piezoelectric
なお、実施例7では、上面電極77の形成工程以外は実施例3と同様の手順で圧電薄膜フィルタ7を製造しているので、以下では、上面電極77の形成工程についてのみ説明を行う。
In Example 7, since the piezoelectric
図57の断面図を参照しながら、上面電極77の形成工程について説明すると、まず、圧電体薄膜76の上面の全面に膜厚が200オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極77を形成すべき領域のうち軽減部分771Lとなるべき部分以外にタングステン膜77aを形成した(図57(A))。このとき、バイアホールVH7の内側面にもタングステン膜が形成されるので、上面電極772と下面電極75との導通が確保される。
The formation process of the
さらに、タングステン膜77aの上に膜厚1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィプロセスを経て、軽減部分771Lを有する上部電極77を形成した(図57(B))。
Further, a tungsten film having a thickness of 1000 angstroms was formed on the
このような工程を経て、図37〜図40に示す圧電薄膜共振子7を作製することができる。
Through such steps, the piezoelectric
<実施例5>
以下では、本発明の第8実施形態に係る圧電薄膜共振子8に関する実施例5について説明する。実施例5では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分871Lとなるべき部分を薄肉化することにより軽減部分871Lを形成し、加重部分871Wとなるべき部分を厚肉化することにより加重部分871Wを形成している。
<Example 5>
Hereinafter, Example 5 relating to the piezoelectric
なお、実施例8では、上面電極87の形成工程以外は実施例3と同様の手順で圧電薄膜フィルタ8を製造しているので、以下では、上面電極87の形成工程についてのみ説明を行う。
In Example 8, since the piezoelectric
低コストに有利なウェットのフォトリソグラフィプロセスを用いて軽減部分871L及び加重部分871Wの両方を有する上面電極871を形成しようとすると、選択的なエッチングを行う必要があるので、複数の導電材料で上面電極871を構成することが必要になる。例えば、軽減部分871Lとなるべき部分を薄肉化したタンタル膜の上に加重部分871Wとなるべき部分を厚肉化したタングステン膜を重ねることにより上面電極871を構成することができる。
If an attempt is made to form the
この場合、まず、膜厚200オングストロームのタンタル膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極87を形成すべき領域のうち軽減部分871Lとなるべき部分以外にタンタル膜87aを形成する(図58(A))。
In this case, first, a tantalum film having a thickness of 200 angstroms is formed by sputtering and patterned by using a general photolithography process, and a portion other than a portion to be the reduced
さらに、タンタル膜87aの上に膜厚500オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、加重部分871となるべき部分にタングステン膜87bが残るようにパターニングをする(図58(B))。
Further, a tungsten film having a thickness of 500 angstroms is formed on the
そして、タンタル膜87a及びタングステン膜87bの上に膜厚が1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、軽減部分871Lおよび加重部分871Wが設けられた上面電極87を得る(図59)。
Then, a tungsten film having a film thickness of 1000 angstroms is formed on the
このような工程を経て、図45〜図48に示す圧電薄膜共振子8を作製することができる。なお、ドライのフォトリソグラフィプロセスを用いれば、コスト高になるが、ここで説明したような複数の金属を用いずに、同一の導電材料で軽減部分871Lおよび加重部分871Wを構成することが可能である。
Through such steps, the piezoelectric
1,2,3,4,5,6,7,8 圧電薄膜共振子
11,21,31,41,51,61,71,81 支持基板
12,22,32,42,52,62,72,82 接着層
13,23,33,43,53,63,73,83 キャビティ形成膜
15,25,35,45,55,65,75,85 下面電極
16,26,36,46,56,66,76,86 圧電体薄膜
17,27,37,47,57,67,77,87 上面電極
E1,E21,E22,E31,E41,E51,E61,E71,E81 対向領域
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Piezoelectric
Claims (7)
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、
前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の外郭のうち、前記第2電極の端面によって構成される第1部分において、前記第2電極の端面から、前記圧電体薄膜の第2主面へ至る連続する範囲を前記支持体に固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
A first electrode and a second electrode formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film, respectively, facing each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in an opposing region;
A support for supporting the piezoelectric thin film from the second main surface side;
In the first portion constituted by the end face of the second electrode in the outline of the facing region, a continuous range from the end face of the second electrode to the second main surface of the piezoelectric thin film is formed on the support. Fixing means for fixing;
A piezoelectric thin film device comprising:
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、
前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の外郭のうち、前記第2電極の端面によって構成される第1部分において、前記第2電極の平坦面の周縁部から、前記第2電極の端面を経て、前記圧電体薄膜の第2主面へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
A first electrode and a second electrode formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film, respectively, facing each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in an opposing region;
A support for supporting the piezoelectric thin film from the second main surface side;
In the first portion constituted by the end face of the second electrode in the outline of the opposing region, the first portion of the piezoelectric thin film passes through the end face of the second electrode from the peripheral edge of the flat face of the second electrode. Fixing means for fixing a continuous range to the two principal surfaces to the support;
A piezoelectric thin film device comprising:
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、
前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備え、
前記第1電極又は前記第2電極は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きい加重部分を前記対向領域の周縁部に有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
A first electrode and a second electrode formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film, respectively, facing each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in an opposing region;
A support for supporting the piezoelectric thin film from the second main surface side;
A fixing means for fixing a range from the peripheral portion of the facing region to the outer edge portion of the facing region through the outline of the facing region to the support;
With
The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein the first electrode or the second electrode has a weighted portion at a peripheral portion of the counter region, which has a mass per unit area larger than that of a central portion of the counter region.
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第1主面及び第2主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第1電極及び第2電極と、
前記圧電体薄膜を前記第2主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備え、
前記第1電極、前記圧電体薄膜及び前記第2電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記対向領域の外郭に沿って有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
A first electrode and a second electrode formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film, respectively, facing each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in an opposing region;
A support for supporting the piezoelectric thin film from the second main surface side;
A fixing means for fixing a range from the peripheral portion of the facing region to the outer edge portion of the facing region through the outline of the facing region to the support;
With
The laminated body in which the first electrode, the piezoelectric thin film, and the second electrode are laminated has a reduced portion that has a mass per unit area smaller than a central portion of the opposing region along the outline of the opposing region. Characteristic piezoelectric thin film device.
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