JP2008244725A - 圧電薄膜デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電薄膜共振子1では、対向領域191において下面電極14及び上面電極16が形成された圧電体薄膜15を支持基板11から離隔させた自由振動領域192の平面形状は、五角形となっており、五角形の輪郭134を構成する5個135〜139の辺の各々は相互に非平行になっている。これは、圧電体薄膜15の音響インピーダンスが自由振動領域192の内側と外側とで大きく異なり、輪郭134となっている部分が固定端に近い状態となっていることを考慮したものである。すなわち、自由振動領域192に内包される対向領域191から漏洩した弾性波は輪郭134となっている部分で反射するので、反射した弾性波が定在波を引き起こして副共振の原因となることがないようにしたものである。
【選択図】図2
Description
以下では、単独の圧電薄膜共振子(FBAR;Film Bulk Acoustic Resonator)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、以下で説明する実施形態は、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、一般的にいえば、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。
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17を除去加工するときに、キャビティ形成膜13及び下面電極14が下面に形成された圧電体基板17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、キャビティ形成膜13及び下面電極14が下面に形成され、上面電極16が上面に形成された圧電体薄膜15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17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。
接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板17を除去加工するときに、キャビティ形成膜13及び下面電極14が下面に形成された圧電体基板17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、キャビティ形成膜13及び下面電極14が下面に形成され、上面電極16が上面に形成された圧電体薄膜15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17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。
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は、対向領域191の外側に形成され、自由振動領域192において圧電体薄膜15を支持基板11から離隔させるキャビティ(空洞)135を形成している。このような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、自由振動領域192において圧電体薄膜15が支持基板11と干渉しなくなり、対向領域191における励振が阻害されることがなくなる。
圧電体薄膜15は、圧電体基板17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15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17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。
下面電極14及び上面電極16は、それぞれ、圧電体薄膜15の平坦に研磨された下面及び上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。ここで、圧電体薄膜15の下面及び上面が「平坦」であるとは、研磨後に不可避的に残存する表面粗さを超えるような凹凸がない状態をいう。圧電体薄膜15の平坦な下面に下面電極14を形成すること及び圧電体薄膜15の平坦な上面に上面電極16を成膜することには、フォトリソグラフィにより下面電極14及び上面電極16を形成する場合に、上面電極14及び下面電極16の寸法精度を向上することができるという利点がある。このような寸法精度の向上効果は、下面電極14及び上面電極16の輪郭が圧電体薄膜15の下面及び上面の平坦な部分に位置していれば得ることができる。
圧電薄膜共振子1では、図2に示すように、キャビティ133の平面形状、すなわち、下面電極14及び上面電極16が形成された圧電体薄膜15が支持基板11から離隔された自由振動領域192の平面形状は、五角形となっており、五角形の輪郭134を構成する5個135〜139の辺の各々は相互に非平行になっている。
続いて、支持基板11及び圧電体薄膜15を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層12を構成する材料としてエポキシ接着剤、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、下面電極14及び上面電極16を構成する導電材料としてタングステンを用いた場合を例として、圧電薄膜共振子1の製造方法を説明する。ただし、以下で説明する製造方法は例示に過ぎず、所望の特性に応じて材料を変更することを妨げるものではない。また、圧電体薄膜15を圧電体基板17の除去加工により得ることも必須ではなく、従来から行われているように、基板の上に下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16をスパッタリング等の付加加工で順次成膜することにより圧電薄膜共振子1を製造してもよい。
図16及び図17は、それぞれ、自由振動領域192の平面形状を先述の五角形にした場合及び矩形にした場合の圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性及び位相インピーダンス特性を示す図である。また、図18及び図19は、それぞれ、自由振動領域192の平面形状を上述の五角形にした場合及び矩形にした場合の圧電薄膜共振子の電圧反射係数のスミスチャート上での動きを示す図である。
11 支持基板
12 接着層
13 キャビティ形成膜
14 下面電極
15 圧電体薄膜
16 上面電極
133 キャビティ
191 対向領域
192 自由振動領域
Claims (6)
- 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、
前記圧電体薄膜の両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電極と、
前記圧電体薄膜を支持する支持体と、
を備え、
前記圧電体薄膜が前記支持体から離隔された自由振動領域の平面形状が非円形であって、前記自由振動領域の平面形状を規定する輪郭が連続する平行部分を実質的に含まない圧電薄膜デバイス。 - 前記自由振動領域の平面形状を規定する輪郭が、前記対向領域の平面形状を規定する輪郭と平行な連続する平行部分を実質的に含まない請求項1に記載の圧電薄膜デバイス。
- 前記自由振動領域の平面形状を規定する輪郭が、複数の直線区分を含み、前記複数の直線区分の各々が相互に非平行となっている請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイス。
- 前記輪郭が、曲線区分を含む請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイス。
- 前記自由振動領域の平面形状が、回転対称軸Cn(n≧2)を持たない請求項1に記載の圧電薄膜デバイス。
- 前記電極が前記圧電体薄膜の平坦な両主面に形成される請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
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