JP2008211394A - Resonator - Google Patents

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Inventor
Yoshiki Hayazaki
Chomei Matsushima
Takeo Shirai
Xiong Si-Bei
Norihiro Yamauchi
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
規裕 山内
嘉城 早崎
朝明 松嶋
四輩 熊
健雄 白井
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
松下電工株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonator suppressing the occurrence of the crosstalk between lower electrodes and reducing manufacturing costs. <P>SOLUTION: The resonator has: a base substrate 1; and a plurality of resonators 2 composed of the lower electrode 30 formed at the main surface side of the base substrate 1, a piezoelectric thin film 40 formed at a side opposite to the side of the base substrate 1 in the lower electrode 30, and an upper electrode 50 formed at a side opposite to the side of the lower electrode 30 in the piezoelectric thin film 40. In this case, the upper electrode 50 of two adjacent resonators 2 is connected in common. The base substrate 1 has an acoustic multilayer film 12 formed by alternately laminating low and high acoustic impedance layers 13 and 14 so that the low acoustic impedance layer 13 is formed at the top while the main surface side of a support substrate 11 is covered. In this case, a cavity section 1a passing through the base substrate 1 is formed at a part overlapping with one of the two adjacent resonators 2 in a thickness direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、共振装置、特にBAW(Bulk Acoustic Wave;バルク弾性波)を利用した共振装置に関する。 The present invention, resonance apparatus, particularly BAW; relates resonator utilizing (Bulk Acoustic Wave bulk acoustic wave).

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、PZTや、AlN、ZnOなどの圧電材料により形成した圧電体薄膜を採用した共振装置(BAW共振器)が提案されている。 Conventionally, in the field of mobile communications devices such as cellular phones, as a high frequency filter for use in the above frequency band 3 GHz, PZT and, AlN, resonance device employing a piezoelectric thin film formed by a piezoelectric material such as ZnO (BAW resonator) has been proposed.

例えば、特許文献1には、共振装置として、SMR(Solidly MountedResonator)型のものが記載されている。 For example, Patent Document 1, as a resonator, are described those SMR (Solidly MountedResonator) type.

この種の共振装置は、図5(a)に示すように、ベース基板1と、ベース基板1上に形成された複数の共振子2とを備えている。 This kind of resonance apparatus, as shown in FIG. 5 (a), includes a base substrate 1, a plurality of resonator 2 formed on the base substrate 1.

ベース基板1は、支持基板11と、支持基板11の主表面側(図5(a)における上面側)に形成されバルク弾性波を反射する音響多層膜(音響ミラー)12とで構成されている。 The base substrate 1 includes a support substrate 11, and a acoustic multilayer (acoustic mirror) 12 that reflects the bulk acoustic wave is formed on the (upper side in FIG. 5 (a)) the major surface of the supporting substrate 11 . 音響多層膜12は、支持基板11の前記主表面にSiO からなる低音響インピーダンス層13と、SiO よりも音響インピーダンスが高い材料(例えば、タングステンなど)からなる高音響インピーダンス層14とを、最上層が低音響インピーダンス層13となるように交互に積層することで形成されている。 Acoustic multilayer film 12, a low acoustic impedance layer 13 made of SiO 2 on the main surface of the supporting substrate 11, the acoustic impedance than SiO 2 is high material (e.g., tungsten, etc.) and a high acoustic impedance layer 14 made of, It is formed by alternately stacking as the uppermost layer has a low acoustic impedance layer 13.

共振子2は、音響多層膜12における支持基板11側とは反対側(図5(a)における上面側)に形成された下部電極30と、下部電極30における音響多層膜12側とは反対側に形成された圧電体薄膜40と、圧電体薄膜40における下部電極30側とは反対側に形成された上部電極50とからなる複数の共振子2を備えている。 Resonator 2, opposite to the lower electrode 30 and the supporting substrate 11 side which is formed on the opposite side (upper side in FIG. 5 (a)) in the acoustic multi-layer film 12, an acoustic multi-layer film 12 side of the lower electrode 30 in the piezoelectric thin film 40 formed has a plurality of resonators 2 consisting Metropolitan upper electrode 50 formed on the side opposite to the lower electrode 30 side of the piezoelectric thin film 40.

ところで上記の共振装置では、高音響インピーダンス層14が支持基板11の前記主表面側の全面を覆うように形成されているので、高音響インピーダンス層14の材料としてタングステンなどの導電性材料を用いた場合、下部電極30に最も近い高音響インピーダンス層14と下部電極30との間に寄生容量が生じて、下部電極30の電位が異なる共振子2間で、音響多層膜12を介したクロストークが発生するという問題があった。 Meanwhile in the above resonance apparatus, the high acoustic impedance layer 14 is formed so as to cover the entire surface of the main surface of the supporting substrate 11, using a conductive material such as tungsten as a material of the high acoustic impedance layer 14 If the parasitic capacitance is generated between the high acoustic impedance layer 14 and the lower electrode 30 is closest to the lower electrode 30, between the potential of the lower electrode 30 are different resonator 2, crosstalk via the acoustic multilayer film 12 there is a problem that occurs.

そこで、図5(b)に示すように、音響多層膜12の高音響インピーダンス層14を複数の共振子2それぞれに対応するようにパターニングすることにより、上記クロストークの発生を抑制した共振装置が提案されている。 Therefore, as shown in FIG. 5 (b), by patterning so as to correspond to the high acoustic impedance layer 14 a plurality of resonators 2 each acoustic multilayer 12, the crosstalk resonator which suppresses the occurrence of Proposed.
特開2001−308678号公報 JP 2001-308678 JP

しかしながら、図5(b)に示す共振装置の音響多層膜12では、高音響インピーダンス層14をパターニングしたことによって、音響多層膜12の厚みがばらついて、図6(a)に示すように、音響多層膜12の表面の平坦度が悪化してしまい、その結果、ゾルゲル法を用いて圧電体薄膜40を形成する際に、圧電体薄膜40にクラックなどの不良が生じることとなった。 However, in the acoustic multi-layer film 12 of the resonator shown in FIG. 5 (b), by patterning the high acoustic impedance layer 14, varies the thickness of the acoustic multilayer film 12, as shown in FIG. 6 (a), the acoustic will be the flatness of the surface of the multilayer film 12 is deteriorated, so that when forming the piezoelectric thin film 40 by using a sol-gel method, was decided that defects such as cracks in the piezoelectric thin film 40.

そこで、音響多層膜12の表面の平坦度を改善するために、CMP(化学的機械的研磨、ChemicalMechanical Polishing)により音響多層膜12の表面を平坦化することが提案されている。 Therefore, in order to improve the flatness of the surface of the acoustic multilayer 12, CMP (chemical mechanical polishing, ChemicalMechanical Polishing) has been proposed to flatten the surface of the acoustic multilayer film 12 by.

しかしながら、CMPによる平坦化処理によって図6(b)に示すような平坦度が良好な音響多層膜12を得るためには、音響多層膜12の最上層となる低音響インピーダンス層14を設計上の厚みよりも厚く形成する必要があり、しかも、厚く形成した部分をCMPによって全て除去しなくてはならないために非常に手間がかかるので、製造工程が複雑化して、製造コストが増加してしまうという問題があった。 However, in order to obtain the flatness good acoustic multilayer film 12 as shown in FIG. 6 (b) by flattening treatment by CMP is the design of the low acoustic impedance layer 14, which is the top layer of the acoustic multilayer 12 must be thicker than the thickness, moreover, since the thickly formed portion is very troublesome to have to be completely removed by CMP, complicated manufacturing process, the manufacturing cost increases there was a problem. また、CMPによる平坦化処理は、終点検出が難しく、最上層の低音響インピーダンス層13の膜厚制御性が良くないので、所望の音響反射効率の音響多層膜12が得られないことがあった。 Further, planarization by CMP is difficult to end point detection, since poor thickness controllability of the top layer of the low acoustic impedance layer 13, there is the acoustic multi-layer film 12 of the desired acoustic reflection efficiency can not be obtained .

さらに、図5(b)に示すような共振装置であっても、高音響インピーダンス層14と下部電極30との間、高音響インピーダンス14間、それぞれにおいて寄生容量が生じる場合があり、共振子2間でのクロストークの発生を十分に抑制できていなかった。 Further, even in resonance apparatus as shown in FIG. 5 (b), between the high acoustic impedance layer 14 and the lower electrode 30, between high acoustic impedance 14, may parasitic capacitance is generated in each resonator 2 the occurrence of cross-talk between was not be sufficiently suppressed.

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、共振子間でのクロストークの発生を抑制できる上に、製造コストの低減が図れる共振装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and its object is on that can suppress the occurrence of crosstalk between resonators to provide a resonator device in which the manufacturing cost can be reduced.

上述の課題を解決するために、請求項1の発明では、ベース基板と、ベース基板上に形成された複数の共振子とを備え、共振子は、ベース基板の主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体薄膜と、圧電体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で構成され、隣り合う2つの共振子の上部電極が共通に接続されてなる共振装置であって、ベース基板は、相対的に音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層とを、支持基板の主表面側を覆う形で、最上層が低音響インピーダンス層となるように交互に積層することにより形成された音響多層膜を有し、隣り合う2つの共振 Lower in order to solve the above problem, the invention of claim 1, comprising a base substrate and a plurality of resonators formed on the base substrate, the resonator is formed on the main surface of the base substrate an electrode, a piezoelectric thin film formed on the side opposite to the base substrate side of the lower electrode, the lower electrode side of the piezoelectric thin film is composed of an upper electrode formed on the opposite side, the two resonators adjacent a resonator device in which the upper electrode is connected in common to the base substrate has a low acoustic impedance layer relative acoustic impedance is made of material having low, high acoustic impedance layer relative acoustic impedance is composed of a material having a high preparative, so as to cover the main surface of the supporting substrate and having an acoustic multi-layer film formed by laminating alternately as the uppermost layer has a low acoustic impedance layer, two adjacent resonance の一方と厚み方向で重なる部位に、音響多層膜における前記最上層以外の低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層と支持基板とを少なくとも貫通する空洞部が形成されていることを特徴とする。 A portion that overlaps While the thickness direction, wherein the cavity at least through the said top layer other than the low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer in the acoustic multi-layer film and the supporting substrate is formed.

請求項1の発明によれば、ベース基板は隣り合う2つの共振子の一方に対応する部位に空洞部が形成されているから、一方の共振子と音響多層膜との間の寄生容量を低減できて、隣り合う共振子間でのクロストークの発生を抑制できる。 According to the present invention, since the hollow portion in a portion corresponding to one of the two resonator base substrate adjacent is formed, reducing the parasitic capacitance between one resonator and acoustic multilayer can be, occurrence of crosstalk between resonators adjacent can be suppressed. その上、製造時に、従来のように音響多層膜の高音響インピーダンス層を複数の下部電極それぞれに対応するようにパターニングする工程、およびCMPにより音響多層膜の表面を平坦化する工程が必要なく、ベース基板に空洞部を設けることにより寄生容量を低減できるから、従来に比べて製造工程を容易化できて、製造コストの低減が図れる。 Moreover, during manufacture, the step of patterning so as to correspond to the high acoustic impedance layers each of a plurality of lower electrodes of the conventional acoustic multilayer as, and without a step of flattening the surface of the acoustic multilayer film by CMP, since the parasitic capacitance can be reduced by providing a cavity in the base substrate, and can facilitate the manufacturing process as compared with the conventional, the manufacturing cost can be reduced.

請求項2の発明では、請求項1の発明において、空洞部は、音響多層膜における最上層以外の低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層と支持基板とを厚み方向に貫通するように形成されていることを特徴とする。 In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the cavity is formed so as to penetrate the the supporting substrate uppermost low acoustic impedance layers other than the layers and the high acoustic impedance layers in the acoustic multi-layer film in a thickness direction and said that you are.

請求項2の発明によれば、音響多層膜の最上層の低音響インピーダンスの厚みによって一方の共振子(空洞部側の共振子)の共振周波数の値を変更できる。 According to the invention of claim 2 can change the value of the resonant frequency of one of the resonator (cavity side of the resonator) by the uppermost layer of the thickness of the low acoustic impedance of the acoustic multilayer film. また、音響多層膜の最上層の低音響インピーダンス層を空洞部側の共振子の共振周波数を変更するための層として利用しているから、空洞部側の共振子の共振周波数を変更するための層を別途設けなくて済み、製造工程を容易化できて、製造コストの低減が図れる。 Also, the acoustic multilayer from being used as a layer for changing the resonant frequency of the uppermost low acoustic impedance layers a cavity side of the resonator, cavity side for changing the resonance frequency of the resonator it is not necessary separately provided layer, it can simplify the manufacturing process, the manufacturing cost can be reduced.

本発明は、共振子間でのクロストークの発生を抑制できる上に、製造コストの低減が図れるという効果を奏する。 The present invention is an effect that over which can suppress the occurrence of crosstalk between resonators, the manufacturing cost can be reduced.

(実施形態1) (Embodiment 1)
本実施形態の共振装置は、図1に示すように、ベース基板1と、ベース基板1上に形成された複数の共振子2とを備えている。 Resonance apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 1, includes a base substrate 1, a plurality of resonator 2 formed on the base substrate 1.

ベース基板1は、図1に示すように、例えば、主表面が(100)面の単結晶のシリコン基板や、MgO基板、STO(SrTiO3)基板などの支持基板11と、支持基板11の主表面側(図1における上面側)に形成され共振子2が発生するバルク弾性波を反射する音響多層膜12とを有し、音響多層膜12の表面(図1における上面)が、ベース基板1の主表面となる。 The base substrate 1, as shown in FIG. 1, for example, a main surface (100) plane of the silicon substrate and a single crystal, MgO substrate, a supporting substrate 11, such as STO (SrTiO3) substrate, the major surface of the supporting substrate 11 side and an acoustic multilayer film 12 for reflecting the bulk acoustic wave is formed on the resonator 2 (upper side in FIG. 1) is generated, the surface of the acoustic multilayer film 12 (upper surface in FIG. 1) of the base substrate 1 the main surface.

音響多層膜12は、相対的に音響インピーダンスが低い材料(例えば、SiO )からなる低音響インピーダンス層13と、相対的に音響インピーダンスが高い材料(例えば、タングステン)からなる高音響インピーダンス層14とを備えている。 Acoustic multilayer 12 is relatively acoustic impedance less material (eg, SiO 2) and the low acoustic impedance layer 13 made of relatively high acoustic impedance material (e.g., tungsten) and a high acoustic impedance layer 14 consisting of It is equipped with a. 低音響インピーダンス層13と高音響インピーダンス層14とは、支持基板11の前記主表面側の全面を覆う形で、最上層が低音響インピーダンス層13となるように交互に積層されている。 The low acoustic impedance layer 13 and the high acoustic impedance layer 14, so as to cover the main surface side of the whole surface of the supporting substrate 11 are stacked alternately so as uppermost layer has a low acoustic impedance layer 13. なお、以下の説明では、最上層の低音響インピーダンス層13を必要に応じて符号13aで表す。 In the following explanation, represented by reference numeral 13a as needed low acoustic impedance layer 13 of the top layer.

共振子2は、ベース基板1の主表面側(図1における上面側)に形成された下部電極30と、下部電極30におけるベース基板1側とは反対側に形成された圧電体薄膜40と、圧電体薄膜40における下部電極30側とは反対側に形成された上部電極50とで構成されている。 Resonator 2 includes a lower electrode 30 formed on the main surface of the base substrate 1 (upper side in FIG. 1), a piezoelectric thin film 40 formed on the side opposite to the base substrate 1 side in the lower electrode 30, and an upper electrode 50 formed on the side opposite to the lower electrode 30 side of the piezoelectric thin film 40. また、本実施形態では、隣り合う2つの共振子2は、上部電極50が接続部51によって共通に(電位が等しくなるように)接続されている。 Further, in the present embodiment, the two resonators 2 adjacent (as potential equal) to the common upper electrode 50 by the connecting portion 51 is connected.

ところで、本実施形態におけるベース基板1には、図1に示すように、空洞部1aが設けられている。 Meanwhile, the base substrate 1 in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the cavity 1a. この空洞部1aは、隣り合う2つの共振子2の一方(図1に示す例では右側の共振子2)と厚み方向(図1における上下方向)で重なるベース基板1の部位に、ベース基板1を厚み方向に貫通する形で形成されている。 The cavity 1a, one of the two resonators 2 adjacent to the site of the base substrate 1 (in the example shown in Figure 1 the right side of the resonator 2) overlap in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1), the base substrate 1 It is formed in a manner penetrating in a thickness direction.

以下に、本実施形態の共振装置の製造方法について図2および図3を参照して説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the resonator of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

まず、支持基板11の前記主表面側に、低音響インピーダンス層13と、高音響インピーダンス層14とを、支持基板11の前記主表面側の全面を覆う形で、最上層が低音響インピーダンス層13となるように交互に積層することにより音響多層膜12を形成し、図2(a)に示す構造のベース基板1を得る。 First, the main surface of the supporting substrate 11, and the low acoustic impedance layer 13, a high acoustic impedance layer 14, so as to cover the main surface side of the whole surface of the supporting substrate 11, the top layer is the low acoustic impedance layer 13 to form an acoustic multi-layer film 12 by laminating alternately so that, to obtain a base substrate 1 of the structure shown in FIG. 2 (a). なお、高音響インピーダンス層14の材料としては、タングステン(W)の他に、Au、Moなどを用いてもよい。 As the material of the high acoustic impedance layer 14, in addition to the tungsten (W), Au, or the like may be used Mo.

次に、スパッタ法などを用いて、音響多層膜12の前記表面側の全面を覆う形で下部電極30の基礎となる第1導電性層3を形成することによって、図2(b)に示す構造を得る。 Next, by using a sputtering method, by forming a first conductive layer 3 underlying the lower electrode 30 so as to cover the entire surface of the surface side of the acoustic multilayer film 12, shown in FIG. 2 (b) obtain a structure. なお、本実施形態では、第1導電性層3をPt層により構成してあるが、第1の導電性層3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。 In the present embodiment, the first conductive layer 3 are constituted by a Pt layer, but the first conductive layer 3 is not limited to a single layer structure, for example, a Ti layer on the acoustic multilayer 12 it may be composed of a Pt layer on the Ti layer.

第1導電性層3を形成した後には、第1導電性層3の表面側の全面に圧電体薄膜40の基礎となる圧電体層4を形成することによって図2(c)に示す構造を得る。 After forming the first conductive layer 3, a structure shown in FIG. 2 (c) by forming a piezoelectric layer 4 underlying the piezoelectric film 40 on the entire surface side of the first conductive layer 3 obtain. 本実施形態では、圧電体層4をPZT薄膜から構成してある。 In this embodiment, it is constituted of the piezoelectric layer 4 of PZT thin film. PZT薄膜を形成(作製)する方法としては、ゾルゲル法、CVD法、スパッタ法などを用いる方法が提案されているが、本実施形態では、CVD法やスパッタ法に比べて、高価な製造装置を必要とせず製造コストの低減が図れる点、膜厚の面内均一性が高いPZT薄膜を形成できて品質の向上が図れる点などの利点があるゾルゲル法を用いている。 As a method of forming a PZT thin film (produced), a sol-gel method, a CVD method, a method using a sputtering method has been proposed, in the present embodiment, as compared with the CVD method or a sputtering method, an expensive manufacturing equipment that the manufacturing cost can be reduced without the need to be formed with high PZT thin film in-plane uniformity of the film thickness is used a sol-gel method has advantages such that it is possible to improve the quality.

ゾルゲル法によりPZT薄膜を形成するにあたっては、第1導電性層3の表面上に鉛化合物およびジルコニウム化合物およびチタン化合物を溶剤に溶解してなるPZT薄膜形成用組成物を塗布し例えば300℃で10分間仮焼成する工程を、所定の膜厚が得られるまで繰り返した後に、例えば600℃で10分間焼成する工程を行えばよい。 In forming a PZT thin film by the sol-gel method, a PZT thin film-forming composition comprising a lead compound in the first conductive layer 3 on the surface and a zirconium compound and a titanium compound is dissolved in a solvent in the coating and for example 300 ° C. 10 min calcining to process, after repeated until a predetermined film thickness is obtained, for example, may be performed a step of firing at 600 ° C. 10 min.

なお、上記のようにPZT薄膜を形成するにあたっては、シード層(図示せず)を用いてもよく、この場合、第1導電性層3の表面上に、鉛化合物およびチタン化合物を溶剤に溶解してなるPbTiO 薄膜形成用組成物を塗布し、150〜400℃で乾燥する工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返した後に、上記の方法にてPZT薄膜を形成すればよい。 Incidentally, in forming the PZT thin film as described above, it may be used a seed layer (not shown), in this case, dissolving on the surface of the first conductive layer 3, a lead compound and a titanium compound in a solvent a PbTiO 3 thin film-forming composition is applied comprising, after repeating until a predetermined thickness a step of drying is obtained at 150 to 400 ° C., it may be formed PZT thin film by the above method.

圧電体層4を形成した後には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して圧電体層4を所望の平面形状にパターニングして複数の圧電体薄膜40を形成し、図2(d)に示す構造を得る。 After forming the piezoelectric layer 4, and patterned piezoelectric layer 4 by using a photolithography technique and an etching technique into a desired planar shape to form a plurality of piezoelectric thin film 40, in FIG. 2 (d) the structure shown. なお、圧電体層4の不要部分をエッチング除去するにあたっては、フッ酸系エッチャントを用いればよい。 Incidentally, an unnecessary portion of the piezoelectric layer 4 when etching away may be used hydrofluoric acid based etchant.

その後には、イオンミリング技術などを利用して第1導電性層3を所望の平面形状にパターニングして複数の下部電極3を形成し、図3(a)に示す構造を得る。 Then, in the first conductive layer 3 by using the ion milling technique is patterned into a desired planar shape to form a plurality of lower electrodes 3, the structure shown in FIG. 3 (a).

続いて、スパッタ法などを用いて音響多層膜12の前記表面側の全面に絶縁性層60を形成し、その後に、絶縁性層60の不要部分を除去して、図3(b)に示す構造を得る。 Subsequently, by using a sputtering method to form an insulating layer 60 on the entire surface of the surface side of the acoustic multilayer film 12, thereafter, removing unnecessary portions of the insulating layer 60, shown in FIG. 3 (b) obtain a structure. ここで、絶縁性層60の不要部分を除去する方法としては、絶縁性層60を形成する前に、予め音響多層膜12の前記表面側において絶縁性層60が不要な部分にレジスト層を形成しておき、このレジスト層の除去とともに絶縁性層60の不要部分を除去する、いわゆるリフトオフ法を利用できる。 Here, as a method of removing an unnecessary portion of the insulating layer 60, before forming the insulating layer 60, the pre-resist layer on unnecessary portions are insulating layer 60 at the surface side of the acoustic multilayer film 12 formed ; then, with the removal of the resist layer to remove the unnecessary part of the insulating layer 60, it can be used a so-called lift-off method. また、絶縁性層60の不要部分を除去する方法としては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してもよい。 Further, as a method of removing an unnecessary portion of the insulating layer 60 may be utilized, such as photolithography and etching.

このような絶縁性層60を形成するにあたっては、絶縁性層60の表面と、圧電体薄膜40の表面とが同一平面上に位置するように絶縁性層60の形成を行う。 To form such an insulating layer 60 is carried out and the surface of the insulating layer 60, the formation of the insulating layer 60 so that the surface of the piezoelectric thin film 40 are positioned on the same plane.

絶縁性層60を形成した後には、電子ビーム蒸着法(EB蒸着法)などを用いて、音響多層膜12の表面側の全面に上部電極50の基礎となる第2導電性層を形成し、その後に、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導電性層をパターニングして(不要部分を除去して)、それぞれ第2導電性層の一部からなる複数の上部電極50および隣り合う共振子2の上部電極50同士を電気的に接続する接続部51を形成し、図3(c)に示す構造を得る。 After forming the insulating layer 60, by using an electron beam evaporation (EB evaporation) to form a second conductive layer underlying the upper electrode 50 on the entire surface side of the acoustic multilayer 12, then, by patterning the second conductive layer using a photolithographic technique and an etching technique (to remove the unnecessary part), a plurality of mutually upper electrode 50 and the next made of a portion of each second conductive layer forming a connecting portion 51 for electrically connecting the upper electrode 50 between the resonator 2, the structure shown in Figure 3 (c).

なお、本実施形態では、第2導電性層をAl層により構成してあるが、第2導電性層は、単層構造に限らず、複層構造にしてもよい。 In the present embodiment, the second conductive layer are constituted by the Al layer, but the second conductive layer is not limited to a single layer structure or in the multilayer structure. また、Al層からなる第2導電性層の不要部分をエッチング除去するにあたっては、燐酸系エッチャントを用いればよい。 Moreover, unnecessary portions of the second conductive layer made of Al layer when etching away may be used phosphoric acid etchant.

その後には、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)などを用いて、隣り合う共振子2の一方(図3(c)における右側の共振子2)と厚み方向で重なるベース基板1の部位に、ベース基板1を厚み方向に貫通する形で空洞部1aを形成し、図3(d)に示す構造を得る。 Then, the reactive ion etching; by using a (Reactive Ion Etching RIE), one of the adjacent resonator 2 portions of the base substrate 1 that overlaps with (the right of the resonator 2 in FIG. 3 (c)) and the thickness direction to form a hollow portion 1a in the form penetrating the base substrate 1 in the thickness direction to obtain a structure shown in Figure 3 (d). なお、本実施形態では、上部電極50を形成した後に空洞部1aの形成を行っているが、空洞部1aを形成するタイミングは、第1導電性層3を形成した後であればいつでもよい。 In the present embodiment, is performed to form the cavity 1a after forming the upper electrode 50, the timing for forming the cavity 1a may be anytime after forming a first conductive layer 3.

ところで、共振装置の製造にあたっては、ウェハレベルで多数の共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々の共振装置に分割すればよい。 Meanwhile, In the production of the resonator, after forming a plurality of resonant devices at the wafer level, it may be divided into individual resonator in the dicing step.

以上述べたように本実施形態の共振装置によれば、ベース基板1は、隣り合う2つの共振子2の一方に対応する部位に、厚み方向においてベース基板1を貫通する空洞部1aが形成されているので、一方の共振子2と厚み方向で重なる高音響インピーダンス層14の面積を空洞部1aの開口面積の分だけ小さくできるから、一方の共振子2と音響多層膜12との間の寄生容量を低減できて、隣り合う共振子2間でのクロストークの発生を抑制できる。 According to the resonator of the present embodiment as described above, the base substrate 1, a portion corresponding to one two adjacent resonator 2, cavity 1a penetrating the base substrate 1 in the thickness direction is formed since it is, because the area of ​​the high acoustic impedance layer 14 that overlaps with one of the resonator 2 in the thickness direction can be reduced by the amount of open area of ​​the cavity 1a, parasitic between one of the resonator 2 and the acoustic multilayer 12 and can be reduced capacity, the occurrence of crosstalk between adjacent resonators 2 can be suppressed. その上、製造時に、従来のように音響多層膜12の高音響インピーダンス層14を複数の下部電極30それぞれに対応するようにパターニングする工程、およびCMPにより音響多層膜12の表面を平坦化する工程が必要なく、ベース基板1に空洞部1aを設けることにより寄生容量を低減できるから、従来に比べて製造工程を容易化できて、製造コストの低減が図れる。 Step Moreover, during manufacture, to flatten the surface of the acoustic multilayer film 12 by a conventional patterning to correspond the high acoustic impedance layer 14 of the acoustic multilayer film 12 into a plurality of lower electrodes 30 each as, and CMP no need, since parasitic capacitance can be reduced by providing the hollow portion 1a on the base substrate 1, and can be easily the manufacturing process as compared with the conventional, the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態では、圧電材料のなかでも電気機械結合係数が比較的大きなPZTにより圧電体薄膜40を形成するから、高周波帯域で急峻な立ち上がり、立下り特性を有する共振装置を製造でき、このような共振装置は、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用フィルタなどの広帯域の高周波フィルタに好適に利用することができる。 Further, in the present embodiment, since to form the piezoelectric thin film 40 by an electromechanical coupling factor is relatively large PZT Among piezoelectric materials, can produce a resonator having steep rising in a high frequency band, the fall characteristics, this such resonator is wider filter cutoff characteristics of steep and bandwidth in the above high frequency band 3 GHz, for example, can be suitably used for wide-band high-frequency filter such as UWB filter. なお圧電体薄膜40の材料としてはPZTの他に、例えば、ZnOや、AlNなどの圧電材料を用いてもよい。 Note that other PZT as a material of the piezoelectric thin film 40, for example, ZnO and may be a piezoelectric material such as AlN.

なお、本実施形態における共振装置では、共振周波数を4GHzに設定してあり、下部電極30の厚みを100nm、圧電体薄膜40の厚みを300nm、上部電極50の厚みを100nm、SiO により形成した低音響インピーダンス層13の厚みを373nm、タングステンにより形成した高音響インピーダンス層14の厚みを327nm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。 In resonance apparatus of this embodiment and have set the resonance frequency 4 GHz, to form 100nm thickness of the lower electrode 30, 300 nm the thickness of the piezoelectric thin film 40, 100nm and thickness of the upper electrode 50, the SiO 2 373nm thickness of the low acoustic impedance layer 13, is set to 327nm thickness of the high acoustic impedance layer 14 formed by tungsten, but these numbers are not particularly limited merely an example. また、共振周波数を3GHz〜5GHzの範囲で設定する場合には、圧電体薄膜40の厚みは200nm〜600nmの範囲で、低音響インピーダンス層13の厚みは250nm〜550nmの範囲で、高音響インピーダンス層14の厚みは200nm〜450nmの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。 In the case of setting the resonance frequency in the range of 3GHz~5GHz is the range of the thickness of the piezoelectric thin film 40 is 200 nm to 600 nm, the thickness of the low acoustic impedance layer 13 in the range of from 250 nm to 550 nm, the high acoustic impedance layer 14 thickness in the range of 200 nm to 450 nm, may be appropriately set, respectively.

(実施形態2) (Embodiment 2)
本実施形態の共振装置は、ベース基板1の構成が実施形態1と異なっており、その他の構成は実施形態1と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 Resonator of the present embodiment has a configuration of the base substrate 1 is different from the embodiment 1, since the other configurations are the same as in Embodiment 1, not explained are denoted by the same reference numerals are given to the same configuration to.

本実施形態におけるベース基板1は、図4に示すように、隣り合う共振子2の一方と厚み方向で重なる部位に、支持基板11と、音響多層膜12における最上層以外の低音響インピーダンス層13および高音響インピーダンス層14とを貫通する空洞部1aが形成されている。 The base substrate 1 in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the site that overlaps While the thickness direction of adjacent resonator 2, the supporting substrate 11 and, the top layer other than the low acoustic impedance layers in the acoustic multi-layer film 12 13 and a cavity portion 1a through the high acoustic impedance layer 14 is formed. すなわち、本実施形態における空洞部1aは、ベース基板1を厚み方向に貫通するのではなく、低音響インピーダンス層13aを除くベース基板1の部位である、支持基板11と、音響多層膜12における最上層以外の低音響インピーダンス層13および高音響インピーダンス層14とを貫通するように形成されている。 That is, the hollow portion 1a in this embodiment, rather than through the base substrate 1 in the thickness direction, which is the site of the base substrate 1, except for the low acoustic impedance layer 13a, and the supporting substrate 11, most of the acoustic multilayer film 12 other than the upper layer is formed so as to penetrate the low acoustic impedance layer 13 and the high acoustic impedance layer 14.

したがって、一方の共振子2(図4における右側の共振子2)と空洞部1aとの間には、音響多層膜12の最上層となる低音響インピーダンス層13aが介在され、この低音響インピーダンス層13aが、一方の共振子2(すなわち空洞部1a側の共振子2)の共振周波数を変更する層として作用することになる。 Thus, between one of the resonator 2 (right side of the resonator 2 in FIG. 4) and the hollow portion 1a, the low acoustic impedance layers 13a serving as the uppermost layer is interposed in the acoustic multilayer 12, the low acoustic impedance layer 13a is, it will act as a layer for changing the resonant frequency of the (resonator second or cavity 1a side) one of the resonator 2.

つまり、本実施形態の共振装置によれば、音響多層膜12の最上層の低音響インピーダンス13aの厚みによって一方の共振子2の共振周波数の値を変更できる。 That is, according to the resonator of the present embodiment can change the value of the resonant frequency of one of the resonator 2 by the uppermost layer of the thickness of the low acoustic impedance 13a of the acoustic multi-layer film 12. また、音響多層膜12の最上層の低音響インピーダンス層13aを一方の共振子2の共振周波数を変更するための層として利用しているから、一方の共振子2の共振周波数を変更するための層を別途設けなくて済み、製造工程を容易化できて、製造コストの低減が図れる。 Moreover, since it utilized as a layer for changing the one of the resonance frequency of the resonator 2 to the uppermost layer of low acoustic impedance layers 13a of the acoustic multi-layer film 12, to change one of the resonant frequency of the resonator 2 it is not necessary separately provided layer, it can simplify the manufacturing process, the manufacturing cost can be reduced.

ところで、圧電体薄膜40の材料となるPZTなどの圧電材料は、温度によって共振周波数が変化するが、本実施形態の共振装置では実施形態1とは異なり空洞部1a側の共振子2と空洞部1aとの間に低音響インピーダンス層13aを残しているから、低音響インピーダンス層13aの材料としてSiO を用いれば、一方の共振子2の共振周波数が温度によって変化することを抑制できる。 Meanwhile, a piezoelectric material such as PZT as a material of the piezoelectric thin film 40 will vary the resonance frequency with temperature, the resonator 2 and the cavity differs from the first embodiment in the resonator cavity 1a of the present embodiment since leaving the low acoustic impedance layers 13a between the 1a, by using the SiO 2 as a material of the low acoustic impedance layers 13a, it can be suppressed resonance frequency of one resonator 2 is changed by temperature. つまり、PZTなどの圧電材料は、一般に、共振周波数の温度係数(temperature coefficient of resonance frequency)が負であるから、低音響インピーダンス層13aの材料として共振周波数の温度係数が正であるSiO を用いることにより、一方の共振子2および低音響インピーダンス層13a全体としては共振周波数の温度係数を0に近付けることができ、その結果、共振周波数の温度による変動を抑制できるのである。 That is, a piezoelectric material such as PZT is typically because the temperature coefficient of resonant frequency (temperature coefficient of resonance frequency) is negative, using SiO 2 temperature coefficient of resonant frequency is positive as the material of low acoustic impedance layers 13a it allows as a whole one of the resonator 2 and the low acoustic impedance layer 13a can be made close to the temperature coefficient of the resonant frequency to zero, with the result that can suppress the variation due to temperature of the resonance frequency.

なお、本実施形態では、空洞部1aと一方の共振子2との間に低音響インピーダンス層13aが介在されているので、空洞部1aを形成した後でも共振子2の作成が行えるから、空洞部1aを形成するタイミングは、ベース基板1を形成した後であればいつでもよい。 In the present embodiment, since the low acoustic impedance layer 13a is interposed between the cavity 1a and one of the resonator 2, because allows the creation of resonator 2, even after the formation of the cavity 1a, the cavity the timing of forming the part 1a may be anytime after the formation of the base substrate 1.

また、本実施形態では、空洞部1a側の共振子2は低音響インピーダンス層13a上に形成されているから、空洞部1aの開口サイズを、空洞部1a側の共振子2の下部電極30のサイズよりも大きくしてもよく、このようにすれば、下部電極30と高音響インピーダンス層14とが厚み方向で重ならなくなるから、さらなる寄生容量の低減が図れる。 Further, in the present embodiment, the resonator 2 of the cavity 1a side from being formed on the low acoustic impedance layers 13a, the opening size of the cavity 1a, the cavity 1a of the resonator 2 of the lower electrode 30 may be larger than the size, in this manner, since the lower electrode 30 and the high acoustic impedance layer 14 do not overlap in the thickness direction, it can be reduced further parasitic capacitance.

実施形態1の共振装置の概略断面図である。 It is a schematic cross-sectional view of the resonator of the first embodiment. 実施形態1の共振装置の製造方法の説明図である。 It is an explanatory view of a manufacturing method of the resonator of the first embodiment. 実施形態1の共振装置の製造方法の説明図である。 It is an explanatory view of a manufacturing method of the resonator of the first embodiment. 実施形態2の共振装置の概略断面図である。 It is a schematic cross-sectional view of the resonator of the second embodiment. 従来の共振装置の概略説明図である。 It is a schematic explanatory view of a conventional resonator. 従来の共振装置の音響多層膜の概略説明図である。 It is a schematic illustration of acoustic multilayer conventional resonator.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ベース基板 1a 空洞部 2 共振子 11 支持基板 12 音響多層膜 13,13a 低音響インピーダンス層 14 高音響インピーダンス層 30 下部電極 40 圧電体薄膜 50 上部電極 1 base substrate 1a cavity 2 resonator 11 supporting substrate 12 acoustic multilayer 13,13a low acoustic impedance layer 14 high acoustic impedance layer 30 lower electrode 40 piezoelectric thin film 50 upper electrode

Claims (2)

  1. ベース基板と、ベース基板上に形成された複数の共振子とを備え、共振子は、ベース基板の主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体薄膜と、圧電体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で構成され、隣り合う2つの共振子の上部電極が共通に接続されてなる共振装置であって、 Includes a base substrate, a plurality of resonators formed on the base substrate, the resonator includes a lower electrode formed on the main surface of the base substrate, the base substrate side of the lower electrode is formed on the opposite side a piezoelectric thin film, an opposite side is composed of a formed upper electrode, the resonant upper electrode of the two resonators adjacent, which are commonly connected device to the lower electrode side of the piezoelectric thin film,
    ベース基板は、相対的に音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層とを、支持基板の主表面側を覆う形で、最上層が低音響インピーダンス層となるように交互に積層することにより形成された音響多層膜を有し、 Base substrate has a low acoustic impedance layer relative acoustic impedance is made of material having low, a high acoustic impedance layer relative acoustic impedance is composed of a material having a high, so as to cover the main surface of the supporting substrate, the top layer There have acoustic multi-layer film formed by laminating alternately so that the low acoustic impedance layer,
    隣り合う2つの共振子の一方と厚み方向で重なる部位に、音響多層膜における前記最上層以外の低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層と支持基板とを少なくとも貫通する空洞部が形成されていることを特徴とする共振装置。 A portion that overlaps While the thickness direction of the two resonators adjacent the cavity at least through the said top layer other than the low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer in the acoustic multi-layer film and the supporting substrate are formed resonance apparatus according to claim.
  2. 空洞部は、音響多層膜における最上層以外の低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層と支持基板とを貫通するように形成されていることを特徴とする請求項1記載の共振装置。 Cavity resonance apparatus according to claim 1, characterized in that it is formed so as to penetrate the the supporting substrate low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer other than the uppermost layer in the acoustic multi-layer film.
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