JP2008187302A - Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ - Google Patents
Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008187302A JP2008187302A JP2007017183A JP2007017183A JP2008187302A JP 2008187302 A JP2008187302 A JP 2008187302A JP 2007017183 A JP2007017183 A JP 2007017183A JP 2007017183 A JP2007017183 A JP 2007017183A JP 2008187302 A JP2008187302 A JP 2008187302A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- pzt thin
- film
- pzt
- precursor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 52
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 25
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 15
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 14
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 69
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 69
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N decan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCO MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N tetradecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000406668 Loxodonta cyclotis Species 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を容易に製造することが可能なＰＺＴ薄膜の製造方法、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器およびそれを用いたＵＷＢ用フィルタを提供する。
【解決手段】ベース基板１０と第１の導電性層２０ａとからなる成長用基板の一表面側にＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を塗布した後、溶媒を除去することでＰＺＴ薄膜３０ｂの前駆体膜３０ａを形成し、前駆体膜３０ａの厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜３０ａをアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜３０ｂを形成し、ＰＺＴ薄膜３０ｂの一部からなる圧電薄膜３０を形成し、第１の導電性層２０ａの一部からなる下部電極２０を形成し、上部電極４０を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】ベース基板１０と第１の導電性層２０ａとからなる成長用基板の一表面側にＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を塗布した後、溶媒を除去することでＰＺＴ薄膜３０ｂの前駆体膜３０ａを形成し、前駆体膜３０ａの厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜３０ａをアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜３０ｂを形成し、ＰＺＴ薄膜３０ｂの一部からなる圧電薄膜３０を形成し、第１の導電性層２０ａの一部からなる下部電極２０を形成し、上部電極４０を形成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、ＰＺＴ薄膜の製造方法、圧電薄膜の厚み方向の縦振動モードを利用するＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器およびそれを用いたＵＷＢ用フィルタに関するものである。
従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、３ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタとして、圧電薄膜の材料としてＡｌＮを採用したＢＡＷ共振器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、ＢＡＷ共振器としてＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）が記載されているが、ＢＡＷ共振器としては、近年、ＦＢＡＲの他にＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）が注目されている。なお、ＢＡＷ共振器では、共振周波数が圧電薄膜の膜厚に反比例し、圧電薄膜の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。
ところで、本願発明者は、ＢＡＷ共振器を、より広帯域の高周波フィルタ、例えばＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに適用することを考えた。そこで、圧電薄膜の材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて機械的品質係数Ｑｍが低く中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能なＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に着目した。しかしながら、例えば（１１１）配向のＰＺＴをスパッタ法やＣＶＤ法により結晶成長させたＰＺＴ薄膜では、自発分極の方向がＰＺＴ薄膜の厚み方向に沿っている１８０°ドメインと、自発分極の方向がＰＺＴ薄膜の厚み方向に直交する面に沿っている９０°ドメインとが混在しているので、このようなＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器では、９０°ドメインの横振動モードの振動が発生してしまうので、フィルタのカットオフ特性の急峻さ（共振特性の立ち上がりおよび立ち下がりの急峻さ）を示す指標であるＱ値、電気エネルギを機械的エネルギに変換する効率を表す電気機械結合係数が低いという問題があった。
これに対し、自発分極の方向がＰＺＴ薄膜の厚み方向に揃った配向性の高いＰＺＴ薄膜の製造方法として、ＰＺＴの成分元素の金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を成長用基板の一表面側に塗布する塗布工程と、塗布工程の後で上記溶媒を除去することによりＰＺＴ薄膜の前駆体膜を形成する仮焼成工程と、前駆体膜をアニールして結晶化することによりＰＺＴ薄膜を形成する結晶化工程とを備え、結晶化工程において、前駆体膜に電界を印加してＰＺＴ薄膜の分極方向を揃えるようにした製造方法が知られている（例えば、特許文献２）。
なお、ゾルゲル法を利用したＰＺＴ薄膜の製造方法では、溶液の濃度、組成比、溶媒材料や、塗布時の回転数、温度などが重要であり、これらのプロセスパラメータを適宜調節することによって所望の組成比、膜厚のＰＺＴ薄膜を得ることが可能となる。
特開２００２−１４００７５号公報
特開２０００−２９４８４４号公報
しかしながら、上記特許文献２に記載されたＰＺＴ薄膜の製造方法では、前駆体膜を結晶化させる結晶化工程が、拡散炉によるアニール（熱処理）なので、結晶化工程において前駆体膜全体が同時にアニールされて膨張し、冷却過程における収縮時にＰＺＴ薄膜に発生する応力に起因して欠陥が生じＰＺＴ薄膜の結晶性が低下してしまう。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を容易に製造することが可能なＰＺＴ薄膜の製造方法、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器およびそれを用いたＵＷＢ用フィルタを提供することにある。
請求項１の発明は、ゾルゲル法を用いたＰＺＴ薄膜の製造方法であって、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を成長用基板の一表面側に塗布する塗布工程と、塗布工程の後で前記溶媒を除去することによりＰＺＴ薄膜の前駆体膜を形成する仮焼成工程と、仮焼成工程の後に前駆体膜をアニールして結晶化することによりＰＺＴ薄膜を形成するアニール工程とを備え、アニール工程では、前駆体膜に対して前駆体膜の厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜をアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜を形成することを特徴とする。
この発明によれば、アニール工程では、前駆体膜に対して前駆体膜の厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜をアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜を形成するので、前駆体膜に対して前駆体膜の厚み方向に電界を印加しながら前駆体膜をアニールして結晶化することにより自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高いＰＺＴ薄膜を製造することが可能となり、しかも、当該アニールをレーザアニール法により行うことにより、前駆体膜を局所的に加熱することができるとともにレーザ光の照射領域をスキャンすることで前駆体膜全体を結晶化させることができ、温度降下時にＰＺＴ薄膜に発生する応力を緩和することができて欠陥の少ない結晶性の良いＰＺＴ薄膜を容易に製造することができるから、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を容易に製造することが可能となる。
請求項２の発明は、ベース基板と、ベース基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極におけるベース基板側とは反対側に形成された圧電薄膜と、圧電薄膜における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えたＢＡＷ共振器であって、圧電薄膜は、請求項１記載のＰＺＴ薄膜の製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜からなることを特徴とする。
この発明によれば、圧電薄膜は、請求項１記載のＰＺＴ薄膜の製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜からなるので、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器の低コスト化を図れる。
請求項３の発明は、請求項２記載のＢＡＷ共振器を用いたことを特徴とする。
この発明によれば、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器を用いたＵＷＢ用フィルタの低コスト化を図れる。
請求項１の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を容易に製造することが可能になるという効果がある。
請求項２の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器の低コスト化を図れるという効果がある。
請求項３の発明では、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜を圧電薄膜として備えたＢＡＷ共振器を用いたＵＷＢ用フィルタの低コスト化を図れるという効果がある。
（実施形態１）
本実施形態のＢＡＷ共振器は、図１（ｆ）に示すように、ベース基板１０と、ベース基板１０の一表面側に形成された下部電極２０と、下部電極２０におけるベース基板１０側とは反対側に形成されたＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜３０と、圧電薄膜３０における下部電極２０側とは反対側に形成された上部電極４０とを備えている。
本実施形態のＢＡＷ共振器は、図１（ｆ）に示すように、ベース基板１０と、ベース基板１０の一表面側に形成された下部電極２０と、下部電極２０におけるベース基板１０側とは反対側に形成されたＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜３０と、圧電薄膜３０における下部電極２０側とは反対側に形成された上部電極４０とを備えている。
ここにおいて、本実施形態のＢＡＷ共振器は、ベース基板１０を、主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板１１と、シリコン基板１１の主表面上に形成され圧電薄膜３０で発生したバルク弾性波を反射させる音響多層膜１２とで構成してある。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振器は、ベース基板１０の一表面側の音響多層膜１２上に下部電極２０が形成されたＳＭＲを構成している。
音響多層膜１２は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層１２ａと相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層１２ｂとが交互に積層されており、上述の下部電極２０は、最上層の低音響インピーダンス層１２ａ上に形成されている。なお、低音響インピーダンス層１２ａおよび高音響インピーダンス層１２ｂの膜厚は、圧電薄膜３０の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。
本実施形態では、低音響インピーダンス層１２ａの材料としてＳｉＯ２、高音響インピーダンス層１２ｂの材料としてＷ、下部電極２０の材料としてＰｔ、上部電極４０の材料としてＡｌを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、例えば、下部電極２０の材料としては、例えば、Ｉｒを採用してもよく、低音響インピーダンス層１２ａの材料としては、例えば、Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ａｌ，ポリマーなどを採用してもよく、高音響インピーダンス層１２ｂの材料としては、例えば、Ａｕ，Ｍｏ，ＡｌＮ，ＺｎＯなどを採用してもよく、上部電極４０の材料としては、例えば、Ｍｏなどを採用してもよい。また、ベース基板１０におけるシリコン基板１１の代わりに、主表面が（１００）面のＭｇＯ基板や、主表面が（１００）面のＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ３）基板などを用いてもよい。
なお、本実施形態のＢＡＷ共振器では、共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極２０の厚みを１００ｎｍ、圧電薄膜３０の厚みを３００ｎｍ、上部電極４０の厚みを１００ｎｍ、低音響インピーダンス層１２ａの厚みを４００ｎｍ、高音響インピーダンス層１２ｂの厚みを３５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電薄膜３０の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で、低音響インピーダンス層１２ａの厚みは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、高音響インピーダンス層１２ｂの厚みは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。
ところで、本実施形態のＢＡＷ共振器における圧電薄膜３０は、自発分極の方向が厚み方向に揃ったＰＺＴ薄膜により構成されている。
以下、本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法について図１を参照しながら説明する。
まず、ベース基板１０の基礎となる単結晶のシリコン基板１１の主表面側に、ＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層１２ａとＷ膜からなる高音響インピーダンス層１２ｂとを例えばスパッタ法やＣＶＤ法などにより交互に成膜することで音響多層膜（音響ミラー）１２を形成する音響多層膜形成工程を行い、その後、シリコン基板１１と音響多層膜１２とからなるベース基板１０の一表面側（図１（ａ）における上面側）の全面に、第１の導電性材料（例えば、Ｐｔ，Ｉｒなど）からなり下部電極２０の基礎となる第１の導電性層２０ａを例えばスパッタ法や蒸着法などにより形成する第１導電性層形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、第１の導電性層２０ａをＰｔ層により構成してあるが、第１の導電性層２０ａは、単層構造に限らず、例えば、音響多層膜１２上のＴｉ層と、当該Ｔｉ層上のＰｔ層とで構成してもよい。
次に、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒（例えば、メタノール、デカノール、テトラデカンなど）に溶かした溶液をベース基板１０の上記一表面側の全面（ここでは、第１の導電性層２０ａの表面）に例えばスピンコート法により塗布する塗布工程を行い、続いて、例えば窒素雰囲気中で所定の焼成温度（例えば、３００℃〜３５０℃程度）、所定の焼成時間（例えば、３０秒〜１０分程度）において上記溶媒を蒸発させて除去することによりＰＺＴ薄膜３０ｂ（図１（ｃ）参照）の前駆体膜３０ａを形成する仮焼成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、ベース基板１０と、当該ベース基板１０上の第１の導電性層２０ａとで成長用基板を構成している。
上述の仮焼成工程の後、前駆体膜３０ａを酸素雰囲気中でアニールして結晶化する（焼結する）ことによりＰＺＴ薄膜３０ｂを形成するアニール工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、アニール工程では、前駆体膜３０ａに対して前駆体膜３０ａの厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜３０ａを例えば７００℃程度でアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜３０ｂを形成する。ここで、前駆体膜３０ａに電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜３０ａをアニールするにあたっては、例えば、図２に示すように、一表面側に前駆体膜３０ａが形成されたベース基板１０を陰極７１上に載置し、陰極７１に対向配置された陽極７２と陰極７１との間に陽極７２を高電位側として電圧源Ｅから所定の電圧を印加することで前駆体膜３０ａに電界を印加しながら、レーザ光源２からレーザ光３を前駆体膜３０ａに照射し前駆体膜３０ａを局所的に加熱し、レーザ光３の照射領域をスキャン（走査）することで前駆体膜３０ａ全体を結晶化させる。ここにおいて、上述の塗布工程、仮焼成工程、アニール工程を順次行うＰＺＴ薄膜３０ｂの製造方法によれば、アニール工程では、前駆体膜３０ａに対して前駆体膜３０ａの厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜３０ａをアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜３０ｂを形成するので、前駆体膜３０ａに対して前駆体膜３０ａの厚み方向に電界を印加しながら前駆体膜３０ａをアニールして結晶化することにより自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高いＰＺＴ薄膜３０ｂを製造することが可能となり、しかも、当該アニールをレーザアニール法により行うことにより、前駆体膜３０ａを局所的に加熱することができるとともにレーザ光３の照射領域をスキャンすることで前駆体膜３０ａ全体を結晶化させることができ、温度降下時にＰＺＴ薄膜３０ｂに発生する応力（膜中応力）を緩和することができて欠陥の少ない結晶性の良いＰＺＴ薄膜３０ｂを容易に製造することができるから、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜３０ｂを容易に製造することが可能となる。
なお、図２に示した例では、前駆体膜３０ａの表面に対して斜め方向からレーザ光３を照射するようにしているが、陽極７２を透明電極により構成し、図３に示すように、レーザ光３を前駆体膜３０ａの表面に直交する方向から照射してレーザ光３の照射領域をスキャンするようにしてもよい。ここで、図３中の矢印Ａは電界の印加方向を示し、矢印Ｂはレーザ光のスキャン方向を示している。
上述のＰＺＴ薄膜３０ｂを形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＰＺＴ薄膜３０ｂを所望の平面形状にパターニングすることでＰＺＴ薄膜３０ｂの一部からなる圧電薄膜３０を形成する圧電体パターニング工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の導電性層２０ａを所望の平面形状にパターニングすることで第１の導電性層２０ａの一部からなる下部電極２０を形成する下部電極パターニング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。
その後、ベース基板１０の上記一表面側の全面に、第２の導電性材料（例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｐｔなど）からなり上部電極４０の基礎となる第２の導電性層をスパッタ法や蒸着法などによって形成する第２導電性層形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の導電性層を所望の平面形状にパターニングすることで第２の導電性層の一部からなる上部電極４０を形成する上部電極パターニング工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造のＢＡＷ共振器を得る。なお、本実施形態では、第２の導電性層をＡｌ層により構成してあるが、第２の導電性層は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。
上述のＢＡＷ共振器の製造にあたっては、上述のシリコン基板１１としてウェハを用いてウェハレベルで多数のＢＡＷ共振器を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振器に分割すればよい。
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振器では、圧電薄膜３０が、上述の塗布工程、仮焼成工程、アニール工程を順次行うＰＺＴ薄膜３０ｂの製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜３０ｂからなるので、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜３０ｂを圧電薄膜３０として備えており、フィルタ特性の向上を図れる。また、本実施形態のＢＡＷ共振器では、下部電極２０が音響多層膜１２上に形成されているので、圧電薄膜３０側からベース基板１０側へ伝搬しようとする弾性波を音響多層膜１２により圧電薄膜３０側へ反射することができ、弾性波のエネルギ損失（音響エネルギの損失）を低減できるから、音響多層膜１２を備えていない場合に比べてエネルギ変換効率を高めることができる。
ところで、上述のＢＡＷ共振器を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、図４に示すように、下部電極２０と圧電薄膜３０と上部電極４０とで構成される共振子５を同一のベース基板１０に複数個形成するようにし（図４には２個しか記載されていないが、例えば、８個形成するようにし）、これらの共振子５を図５に示すようなラダー型フィルタを構成するように接続すれば、ＵＷＢ用フィルタの低コスト化および小型化を図れる。なお、同一ベース基板１０上に複数個の共振子５を形成する構成において、上述のように音響多層膜１２の低音響インピーダンス層１２ａの材料として絶縁材料であるＳｉＯ２、高音響インピーダンス層１２ｂの材料として金属材料であるＷを採用している場合には、隣り合う共振子５間で高音響インピーダンス層１２ｂを介したクロストークが発生するのを防止するために、例えば、高音響インピーダンス層１２ｂを共振子５ごとに分離したパターンとなるように製造時に適宜パターニングすればよい。
（実施形態２）
図６（ｆ）に示す本実施形態のＢＡＷ共振器の基本構成は実施形態１と略同じであり、ベース基板１０として、一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用しており、ベース基板１０に、下部電極２０における圧電薄膜３０側とは反対側の表面を露出させる開孔部１３が形成されている点が実施形態１とは相違する。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振器は、下部電極２０と下部電極２０直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることによりベース基板１０側への弾性波エネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図６（ｆ）に示す本実施形態のＢＡＷ共振器の基本構成は実施形態１と略同じであり、ベース基板１０として、一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用しており、ベース基板１０に、下部電極２０における圧電薄膜３０側とは反対側の表面を露出させる開孔部１３が形成されている点が実施形態１とは相違する。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振器は、下部電極２０と下部電極２０直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることによりベース基板１０側への弾性波エネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以下、本実施形態のＢＡＷ共振器の製造方法について図６を参照しながら説明するが、実施形態１にて説明したＢＡＷ共振器の製造方法と同様の工程については簡単に説明する。
まず、上述の単結晶のシリコン基板からなるベース基板１０の一表面側（図６（ａ）における上面側）の全面に、下部電極２０の基礎となる第１の導電性層２０ａを例えばスパッタ法や蒸着法などにより形成する第１導電性層形成工程を行い、その後、実施形態１と同様に、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液をベース基板１０の上記一表面側の全面に例えばスピンコート法により塗布する塗布工程を行い、続いて、例えば窒素雰囲気中で所定の焼成温度（例えば、３００℃〜３５０℃程度）、所定の焼成時間（例えば、３０秒〜１０分程度）において上記溶媒を蒸発させて除去することによりＰＺＴ薄膜３０ｂ（図６（ｂ）参照）の前駆体膜３０ａを形成する仮焼成工程を行うことによって、図６（ａ）に示す構造を得る。
次に、前駆体膜３０ａを酸素雰囲気中でアニールして結晶化する（焼結する）ことによりＰＺＴ薄膜３０ｂを形成するアニール工程を行うことによって、図６（ｂ）に示す構造を得る。なお、アニール工程は、実施形態１と同じである。
上述のＰＺＴ薄膜３０ｂを形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＰＺＴ薄膜３０ｂを所望の平面形状にパターニングすることでＰＺＴ薄膜３０ｂの一部からなる圧電薄膜３０を形成する圧電体パターニング工程を行うことによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の導電性層２０ａを所望の平面形状にパターニングすることで第１の導電性層２０ａの一部からなる下部電極２０を形成する下部電極パターニング工程を行うことによって、図６（ｄ）に示す構造を得る。
その後、ベース基板１０の上記一表面側の全面に、上部電極４０の基礎となる第２の導電性層をスパッタ法や蒸着法などによって形成する第２導電性層形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の導電性層を所望の平面形状にパターニングすることで第２の導電性層の一部からなる上部電極４０を形成する上部電極パターニング工程を行うことによって、図６（ｅ）に示す構造を得る。
次に、ベース基板１０の他表面側に上述の開孔部１３形成用にパターニングされたマスク層（例えば、レジスト層、ＳｉＯ２膜）を形成するマスク層形成工程を行ってから、当該マスク層をマスクとしてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨなどの水溶液）を用いた異方性エッチングや、誘導結合プラズマ型のエッチング装置を用いたドライエッチングを行うことにより開孔部１３を形成する開孔部形成工程を行い、続いて、上記マスク層を除去するマスク層除去工程を行うことによって、図６（ｆ）に示す構造のＢＡＷ共振器を得る。なお、開孔部１３をアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成する場合、上部電極４０の材料がＰｔであればベース基板１０の上記一表面側にマスクを設ける必要はないが、上部電極２０の材料がＡｌの場合にはベース基板１０の上記一表面側に上部電極２０を保護するマスクを設ける必要がある。
以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振器においても、実施形態１と同様に、圧電薄膜３０が、上述のＰＺＴ薄膜３０ｂの製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜３０ｂからなるので、自発分極の方向が厚み方向に揃って配向性が高く且つ結晶性の良いＰＺＴ薄膜３０ｂを圧電薄膜３０として備えているので、フィルタ特性の向上を図れる。また、本実施形態のＢＡＷ共振器では、下部電極２０における圧電薄膜３０側とは反対側に開孔部１３が形成されているので、下部電極２０および上部電極４０それぞれにおいて圧電薄膜３０に重なる各部分それぞれが空気と接することとなり、エネルギ変換効率を高めることができる。また、本実施形態のＢＡＷ共振器も実施形態１と同様にＵＷＢ用フィルタに応用できる。
１０ ベース基板
２０ 下部電極
２０ａ 第１の導電性層
３０ａ 前駆体膜
３０ｂ ＰＺＴ薄膜
３０ 圧電薄膜
４０ 上部電極
２０ 下部電極
２０ａ 第１の導電性層
３０ａ 前駆体膜
３０ｂ ＰＺＴ薄膜
３０ 圧電薄膜
４０ 上部電極
Claims (3)
- ゾルゲル法を用いたＰＺＴ薄膜の製造方法であって、ＰＺＴの成分元素を含む金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を成長用基板の一表面側に塗布する塗布工程と、塗布工程の後で前記溶媒を除去することによりＰＺＴ薄膜の前駆体膜を形成する仮焼成工程と、仮焼成工程の後に前駆体膜をアニールして結晶化することによりＰＺＴ薄膜を形成するアニール工程とを備え、アニール工程では、前駆体膜に対して前駆体膜の厚み方向に電界を印加しながらレーザアニール法により前駆体膜をアニールして結晶化することでＰＺＴ薄膜を形成することを特徴とするＰＺＴ薄膜の製造方法。
- ベース基板と、ベース基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極におけるベース基板側とは反対側に形成された圧電薄膜と、圧電薄膜における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えたＢＡＷ共振器であって、圧電薄膜は、請求項１記載のＰＺＴ薄膜の製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜からなることを特徴とするＢＡＷ共振器。
- 請求項２記載のＢＡＷ共振器を用いたことを特徴とするＵＷＢ用フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007017183A JP2008187302A (ja) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007017183A JP2008187302A (ja) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008187302A true JP2008187302A (ja) | 2008-08-14 |
Family
ID=39730069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007017183A Withdrawn JP2008187302A (ja) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008187302A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251287A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Japan Steel Works Ltd:The | 薄膜の結晶化方法および結晶化装置 |
| JP2012186278A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Ricoh Co Ltd | 電気機械変換膜の製造方法及び電気機械変換膜 |
| CN112670212A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 武汉理工大学 | 一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法 |
-
2007
- 2007-01-26 JP JP2007017183A patent/JP2008187302A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251287A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Japan Steel Works Ltd:The | 薄膜の結晶化方法および結晶化装置 |
| JP4656441B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2011-03-23 | 株式会社日本製鋼所 | 薄膜の結晶化方法および結晶化装置 |
| JP2012186278A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Ricoh Co Ltd | 電気機械変換膜の製造方法及び電気機械変換膜 |
| CN112670212A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 武汉理工大学 | 一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法 |
| CN112670212B (zh) * | 2020-12-24 | 2024-05-07 | 武汉理工大学 | 一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2008211394A (ja) | 共振装置 | |
| US20230208383A1 (en) | Thin film bulk acoustic resonator and manufacturing process therefor | |
| JP4373936B2 (ja) | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 | |
| JP2009290371A (ja) | Ｂａｗ共振装置 | |
| JP2010147875A (ja) | Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 | |
| JP5060356B2 (ja) | Ｂａｗ共振装置の製造方法 | |
| JP2009290369A (ja) | Ｂａｗ共振装置 | |
| JP2008211392A (ja) | 共振器及びその製造方法 | |
| JP2009290374A (ja) | Ｂａｗ共振器の製造方法 | |
| JP2008187302A (ja) | Ｐｚｔ薄膜の製造方法、ｂａｗ共振器およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ | |
| JP4797772B2 (ja) | Ｂａｗ共振器 | |
| JP2008210895A (ja) | 圧電体薄膜の製造方法、共振装置およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ | |
| JP2010050736A (ja) | 共振装置およびその製造方法 | |
| JP2009100464A (ja) | 共振装置およびその製造方法 | |
| JP2008135886A (ja) | Ｂａｗ共振器の製造方法 | |
| JP2008211385A (ja) | 圧電体薄膜の製造方法、共振装置およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ | |
| JP2008211396A (ja) | 圧電性薄膜の製造方法、共振装置およびそれを用いたｕｗｂ用フィルタ | |
| JP2010147871A (ja) | Ｂａｗ共振装置の製造方法 | |
| JP2008187303A (ja) | 共振装置の製造方法 | |
| JP4846477B2 (ja) | 薄膜音響共振器の製造方法 | |
| KR20170096717A (ko) | 음향 공진기 | |
| JP2009290367A (ja) | Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 | |
| JP2009290366A (ja) | Ｂａｗフィルタおよびその製造方法 | |
| JP2009290364A (ja) | Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 | |
| JP2010028772A (ja) | Ｂａｗ共振器およびｕｗｂ用フィルタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100406 |