JP2008301453A - Thin film piezoelectric resonator, and filter circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜圧電共振器及びこれを用いたフィルタ回路に関する。 The present invention relates to a thin film piezoelectric resonator and a filter circuit using the same.
近年の無線中心技術は飛躍的な発展を遂げ、さらに高速伝送を目的とした開発が続けら
れている。情報伝達量の増大とともに周波数はさらに高周波化が進み、高周波通信機器に
対して更なる小型化、軽量化の要求が強い。無線機器は一般的に高周波(RF:Radi
o Frequency)を処理するRF部と、ディジタル信号処理を行うベースバンド
(BB:Base Band)部に大別される。
In recent years, wireless-centric technology has made great strides, and further development aimed at high-speed transmission continues. As the amount of information transmitted increases, the frequency is further increased, and there is a strong demand for further miniaturization and weight reduction of high-frequency communication devices. Wireless devices are generally high frequency (RF: Radi).
o Frequency (RF) processing and a baseband (BB) base for digital signal processing.
このうち、BB部は信号の変・復調をディジタル信号処理で行う部分であり、基本的に
はLSIチップによって構成できるため、容易に小型化が可能である。これに対して、R
F部は高周波の信号をアナログ信号として増幅や周波数交換等を行う部分であり、LSI
チップだけで構成するのは難しく、発振器やフィルタ等の多くの受動部品を含む複雑な構
成となる。
Of these, the BB portion is a portion that performs signal modulation / demodulation by digital signal processing, and can basically be configured by an LSI chip, so that it can be easily downsized. In contrast, R
The F part is a part that amplifies or exchanges frequency using a high frequency signal as an analog signal.
It is difficult to configure only with a chip, and the configuration is complicated including many passive components such as an oscillator and a filter.
従来、移動体通信機器におけるRF及びIF(Intermediate Frequ
ency)フィルタとして、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic
Wave)素子が一般的に使用されている。しかし、SAW素子の共振周波数は、櫛形電
極間の距離に反比例するという関係にあり、1GHzを超える周波数領域では、櫛形電極
間の距離が1μm以下となり、近年求められている利用周波数の高周波数化への対応が難
しくなっている。また、LiTaO3等の特殊な基板を用いるために、基本的に個別部品
であり、小型化にも難点があった。
Conventionally, RF and IF (Intermediate Frequency) in mobile communication devices
As an energy filter, a surface acoustic wave (SAW) is used.
Wave) elements are commonly used. However, the resonance frequency of the SAW element is inversely proportional to the distance between the comb electrodes, and in the frequency region exceeding 1 GHz, the distance between the comb electrodes is 1 μm or less, and the use frequency that has been required in recent years is increased. It is difficult to respond to Further, since a special substrate such as LiTaO3 is used, it is basically an individual component, and there is a difficulty in miniaturization.
SAW素子に代わり近年注目を集めている共振器として、圧電薄膜の厚み方向の縦振動
モードを利用した薄膜圧電共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic
Resonator)がある。この薄膜圧電共振器はバルク超音波(BAW:Bulk
Acoustic Wave)素子等とも称せられている。この薄膜圧電共振器では、共
振周波数は、圧電体の音速及び膜厚によって定まり、通常1〜2μmの膜厚で2GHzに
、また、0.4〜0.8μmの膜厚で5GHzに対応し、数十GHzまでの高周波化が可
能である。また、Si基板上に形成することが比較的容易であり、小型化の要求に対して
もメリットがある。
A thin film piezoelectric resonator (FBAR: Film Bulk Acoustic) using a longitudinal vibration mode in the thickness direction of a piezoelectric thin film as a resonator that has attracted attention in recent years instead of a SAW element.
Resonator). This thin film piezoelectric resonator has a bulk ultrasonic wave (BAW: Bulk).
It is also called an “Acoustic Wave” element. In this thin film piezoelectric resonator, the resonance frequency is determined by the sound speed and film thickness of the piezoelectric body, and usually corresponds to 2 GHz with a film thickness of 1 to 2 μm, and corresponds to 5 GHz with a film thickness of 0.4 to 0.8 μm, High frequency up to several tens of GHz is possible. Further, it is relatively easy to form on a Si substrate, and there is a merit for the demand for downsizing.
この種の薄膜圧電共振器としては、例えば、環内に空洞部を有する基板上に、圧電体が
下部電極及び上部電極で挟まれた圧電体共振部を配置し、圧電体共振部と基板との間にS
iO2などの酸化物材料やSi3N4などの窒化物材料からなる空洞雛型層を設けた構造
のものがある(例えば、特許文献1参照。)。
As this type of thin film piezoelectric resonator, for example, a piezoelectric resonator unit in which a piezoelectric body is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode is arranged on a substrate having a hollow portion in the ring, and the piezoelectric resonator unit, the substrate, S during
There is a structure in which a hollow template layer made of an oxide material such as iO2 or a nitride material such as Si3N4 is provided (for example, see Patent Document 1).
また、エアブリッジ型薄膜圧電共振器と称されるもので、基板上に空洞部を介して圧電
体膜が下部電極及び上部電極で挟まれた圧電体共振部を配置し、圧電体共振部と基板との
間に窒化シリコンなどからなる支持層を設けた構造のものがある(例えば、特許文献2参
照。)。
Also, an air bridge type thin film piezoelectric resonator is provided. A piezoelectric resonator having a piezoelectric film sandwiched between a lower electrode and an upper electrode is disposed on a substrate via a cavity, and the piezoelectric resonator There is a structure in which a support layer made of silicon nitride or the like is provided between a substrate and the like (see, for example, Patent Document 2).
しかし、上記構造の薄膜圧電共振器では、圧電体共振部と基板とを空洞雛型層、支持層
などの支持体により接続しているが、その接続部分から振動エネルギーが基板側に散逸し
てしまい、共振器の品質係数であるQ値を劣化させる。また、このQ値の劣化は、薄膜圧
電共振器によりバンドパスフィルタを形成した際に、帯域幅の減少、及び挿入損失の上昇
等の特性劣化を引き起こす。
本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、その目的とするところは、薄膜圧電共振器
において、圧電体共振部の振動エネルギーが、圧電体共振部と基板とを接続する部分から
基板側に散逸するのを抑制し、これにより薄膜圧電共振器の品質係数であるQ値を向上さ
せることにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide vibration energy of the piezoelectric resonator in the thin film piezoelectric resonator from the portion connecting the piezoelectric resonator to the substrate. Dissipation is suppressed, thereby improving the Q value, which is a quality factor of the thin film piezoelectric resonator.
上記目的を達成するために、本発明の一態様による薄膜圧電共振器は、圧電体膜が下部電
極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、前記基板上に離間して対向配置された
積層体と、環内に空洞部を有する環状構造に形成されて前記基板と前記圧電体共振部との
間に配置され、前記空洞部上に前記圧電体共振部の大部分が配置され、少なくとも前記圧
電体共振部の端部の一部分と前記基板とを接続する部分を有する支持体と、を備え、前記
支持体のうち、前記圧電共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板及び前記
圧電体膜よりも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を少なく
とも含むことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a thin film piezoelectric resonator according to an aspect of the present invention has a piezoelectric resonator having a piezoelectric film sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and is disposed oppositely on the substrate. Formed in an annular structure having a cavity in the ring and disposed between the substrate and the piezoelectric resonator, and most of the piezoelectric resonator is disposed on the cavity. A support member having at least a portion connecting the substrate to the substrate, and a portion of the support that connects the end of the piezoelectric resonator and the substrate. Includes at least a high acoustic impedance layer made of a material having higher acoustic impedance than the substrate and the piezoelectric film.
また、本発明の別の態様による薄膜圧電共振器は、環内に空洞部を有する環状構造の基
板と、圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、且つ前記圧電
体共振部の大部分が前記基板の空洞部上に配置され、前記圧電体共振部の端部の一部分が
、少なくとも前記基板に重畳配置されて前記基板に支持される積層体と、少なくとも前記
重畳部分の間に配置されて前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する支持体と、を
備え、前記支持体のうち、前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記
基板及び前記圧電体膜よりも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
ス層を少なくとも含むことを特徴としている。
A thin film piezoelectric resonator according to another aspect of the present invention includes a substrate having an annular structure having a cavity in a ring, a piezoelectric resonator having a piezoelectric film sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and A large portion of the piezoelectric resonator unit is disposed on the cavity of the substrate, and a part of an end of the piezoelectric resonator unit is at least superimposed on the substrate and supported by the substrate; A support body that is disposed between the overlapping portions and connects the end portion of the piezoelectric resonator unit and the substrate, and includes the end portion of the piezoelectric resonator portion and the substrate of the support member. The connecting portion includes at least a high acoustic impedance layer made of a material having an acoustic impedance higher than that of the substrate and the piezoelectric film.
本発明によれば、基板及び圧電体膜よりも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を少なくとも含んだ支持体で、圧電体共振部と基板とを接続すること
により、この接続部から散逸する振動エネルギーを抑制し、薄膜圧電共振器においてQ値
の向上が可能となる。
According to the present invention, a support including at least a high acoustic impedance layer made of a material having a higher acoustic impedance than the substrate and the piezoelectric film, and dissipating from the connection by connecting the piezoelectric resonator and the substrate. Therefore, the Q value can be improved in the thin film piezoelectric resonator.
一般に、圧電体共振部と基板とを支持体で接続する構造の薄膜圧電共振器においては、
圧電体共振部と支持体との接続部分では、圧電体共振部11の振動エネルギーが支持体を
伝播し、基板に向かって散逸してしまうとともに、圧電体共振部がコンデンサを形成して
いるために、この接続部分は不要な寄生容量となり、これらが共振器としての特性を劣化
させていると考えられる。
In general, in a thin film piezoelectric resonator having a structure in which a piezoelectric resonator and a substrate are connected by a support,
At the connection portion between the piezoelectric resonator and the support, the vibration energy of the piezoelectric resonator 11 propagates through the support and is dissipated toward the substrate, and the piezoelectric resonator forms a capacitor. In addition, it is considered that this connection portion becomes unnecessary parasitic capacitance, which deteriorates the characteristics as a resonator.
薄膜圧電共振器の共振特性には、圧電性の強さの指標である電気機械結合係数kt2と
、共振の鋭さを表すQ値(品質係数とも称される)がある。さらにQ値については、薄膜
圧電共振器の電気的インピーダンスが極小となる共振点におけるQ値と、電気的インピー
ダンスが極大となる反共振点におけるQ値がある。
The resonance characteristics of the thin film piezoelectric resonator include an electromechanical coupling coefficient kt 2 that is an index of the strength of piezoelectricity, and a Q value (also referred to as a quality factor) representing the sharpness of resonance. Further, with respect to the Q value, there are a Q value at a resonance point where the electrical impedance of the thin film piezoelectric resonator is minimized, and a Q value at an anti-resonance point where the electrical impedance is maximized.
薄膜圧電共振器を組み合わせてフィルタ回路を構成した場合、フィルタ回路の帯域幅は
電気機械結合係数kt2に比例し、帯域内の挿入損失は電気機械結合係数kt2とQ値の
積で表される性能指数に反比例する。電気機械結合係数kt2は、材料固有の値であり、
結晶の純度を高め分極方向への結晶配向性をよくすること、高音響インピーダンスの電極
材を用いて膜厚を調整して電極による薄膜圧電共振器の共振特性を改善することで、最大
にすることができるが、材料固有の値であるために限界がある。
Case where the filter circuit by combining the FBAR, the bandwidth of the filter circuit is proportional to the electromechanical coupling coefficient kt 2, the insertion loss within a band is expressed by the product of electromechanical coupling factor kt 2 and Q values Inversely proportional to the figure of merit. The electromechanical coupling coefficient kt 2 is a value specific to the material,
Maximize crystal purity by improving crystal orientation in the polarization direction, adjusting the film thickness using electrode material with high acoustic impedance, and improving the resonance characteristics of the thin film piezoelectric resonator using electrodes Although it is possible, it is limited because of the inherent value of the material.
したがって、フィルタ回路の挿入損失をさらに低減するためにはできるだけ薄膜圧電共
振器のQ値を高くする必要がある。ここで、フィルタ回路は、基本的にバンドパスフィル
タ単体、もしくはこれを複数個組み合わせたデュプレクサ等であり、フィルタ回路の帯域
と言えば、基本構成である個々のバンドパスフィルタの帯域をさす。
Therefore, in order to further reduce the insertion loss of the filter circuit, it is necessary to increase the Q value of the thin film piezoelectric resonator as much as possible. Here, the filter circuit is basically a single bandpass filter or a duplexer in which a plurality of these are combined. Speaking of the band of the filter circuit, it refers to the band of each bandpass filter which is a basic configuration.
薄膜圧電共振器の共振点のQ値に影響を及ぼす因子は、圧電体膜の弾性損失と、下部電
極及び上部電極の弾性損失及び直列抵抗であり、一方、反共振点のQ値に影響を及ぼす因
子は、圧電体膜の弾性損失、下部電極及び上部電極の弾性損失、基板のコンダクタンス、
圧電体膜の誘電損失である。
Factors affecting the Q value of the resonance point of the thin film piezoelectric resonator are the elastic loss of the piezoelectric film, the elastic loss of the lower electrode and the upper electrode, and the series resistance, while affecting the Q value of the antiresonance point. The affecting factors are the elastic loss of the piezoelectric film, the elastic loss of the lower electrode and the upper electrode, the conductance of the substrate,
This is the dielectric loss of the piezoelectric film.
本発明者らの実験データの解析によれば、共振点のQ値の起源は、下部電極の直列抵抗
が最も大きな割合を占めており、一方、反共振点のQ値については、圧電体膜の弾性損失
及び基板への振動エネルギー散逸が支配的であることが判明した。さらに、振動エネルギ
ーの散逸は、下部電極、圧電体膜及び上部電極とからなる圧電体共振部と支持体との接続
部と、この接続部と非接続部(空洞部の領域内)の境界から圧電体共振部の非支持部側に
、数μm程度離れた地点までの領域において発生することを見出した。
According to the analysis of the experimental data by the present inventors, the origin of the Q value at the resonance point is the largest proportion of the series resistance of the lower electrode, while the Q value at the anti-resonance point is about the piezoelectric film. It was found that the elastic loss and vibrational energy dissipation to the substrate are dominant. Furthermore, the dissipation of vibration energy is caused by the connection between the piezoelectric resonator unit composed of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode and the support, and the boundary between this connected part and the non-connected part (in the cavity region). It has been found that it occurs in a region up to a point separated by several μm on the non-supporting portion side of the piezoelectric resonance portion.
この知見に基づいて、支持体を圧電体膜、犠牲層及び基板よりも音響インピーダンスが
高い材料(高音響インピーダンス層)で形成することにより、上記の反共振点での振動エ
ネルギーの基板への散逸を以下のように抑制することができることを見出した。
Based on this knowledge, by dissipating the vibration energy at the anti-resonance point to the substrate, the support is made of a piezoelectric film, a sacrificial layer and a material having a higher acoustic impedance than the substrate (high acoustic impedance layer). Has been found to be suppressed as follows.
すなわち、圧電体共振部から支持体へ伝播してきた振動は、圧電体共振部と支持体の界
面で一部が圧電体共振部に向かって反射(第1の反射)され、残りは支持体を基板側に向
かって伝播し、支持体と基板の界面で圧電体共振部に向かって反射(第2の反射)される
。ここで、第1の反射と第2の反射は振動の位相が180°ずれているために、高音響イ
ンピーダンス層からなる支持体の厚さを、反共振周波数の音響波長の4分の1の厚さとす
ることにより、第1の反射と第2の反射が同位相となり圧電体共振部中で強めあい、上記
圧電体共振部からの振動エネルギーの散逸が抑制されると考えられる。
That is, a part of the vibration propagating from the piezoelectric resonator to the support is reflected (first reflection) toward the piezoelectric resonator at the interface between the piezoelectric resonator and the support, and the rest is applied to the support. It propagates toward the substrate and is reflected (second reflection) toward the piezoelectric resonator at the interface between the support and the substrate. Here, since the first reflection and the second reflection are out of phase by 180 °, the thickness of the support made of the high acoustic impedance layer is reduced to a quarter of the acoustic wavelength of the anti-resonance frequency. By setting the thickness, it is considered that the first reflection and the second reflection have the same phase and are strengthened in the piezoelectric resonator, and the dissipation of vibration energy from the piezoelectric resonator is suppressed.
この結果、支持体のうち、圧電体共振部と基板との接続部分に、高音響インピーダンス
層を設けた薄膜圧電共振器では、従来の薄膜圧電共振器と比較して反共振点のQ値が向上
する。また、この薄膜圧電共振器を用いてバンドパスフィルタを構成すれば、従来の薄膜
圧電共振器を用いたバンドパスフィルタよりも挿入損失の低減が実現できる。なお、上記
第1の反射と第2の反射の強さは、それぞれ、圧電体膜と支持体の間及び支持体と基板の
間の音響インピーダンスの差がそれぞれ大きいほど大きくなる。
As a result, in the thin film piezoelectric resonator in which the high acoustic impedance layer is provided at the connecting portion between the piezoelectric resonator and the substrate in the support, the Q value of the antiresonance point is higher than that of the conventional thin film piezoelectric resonator. improves. Further, if a bandpass filter is configured using this thin film piezoelectric resonator, the insertion loss can be reduced as compared with a conventional bandpass filter using a thin film piezoelectric resonator. The intensity of the first reflection and the second reflection increases as the difference in acoustic impedance between the piezoelectric film and the support and between the support and the substrate increases.
以上のように、薄膜圧電共振器において、支持体に高音響インピーダンス層を用いれば
、音響インピーダンス差による反射があるため、従来の薄膜圧電共振器よりもQ値は改善
される。さらに、この高音響インピーダンス層の厚さを、共振器の反共振周波数の音響波
長の4分の1の厚さとし、圧電体膜と高音響インピーダンス層の間及び高音響インピーダ
ンス層と基板の間のそれぞれの音響インピーダンス差を大きくとるようにすれば、圧電体
共振部から支持体へ漏洩する振動エネルギーに対する反射率をさらに高めることができ、
さらにQ値が改善される。
As described above, in the thin film piezoelectric resonator, when a high acoustic impedance layer is used as the support, reflection due to the acoustic impedance difference occurs, so that the Q value is improved as compared with the conventional thin film piezoelectric resonator. Further, the thickness of the high acoustic impedance layer is set to a quarter of the acoustic wavelength of the antiresonance frequency of the resonator, and between the piezoelectric film and the high acoustic impedance layer and between the high acoustic impedance layer and the substrate. If each acoustic impedance difference is made large, the reflectivity for vibration energy leaking from the piezoelectric resonator to the support can be further increased.
Further, the Q value is improved.
なお、圧電体、高音響インピーダンス層、基板のそれぞれの音響インピーダンスの周波
数依存性は、圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の差に対して十分無視できる程度
であるので(各音響インピーダンスはほぼ一定とみなせる)、高音響インピーダンス層の
厚さを設計する際の基準となる周波数(これを設計周波数と定義する)は、上述のように
圧電体共振部の反共振周波数を厳密に指定する必要はない。共振周波数から反共振周波数
の周波数帯域及びその近傍の周波数を用いれば、薄膜圧電共振器の特性に大きな影響はな
い。
The frequency dependence of the acoustic impedance of each of the piezoelectric body, the high acoustic impedance layer, and the substrate is sufficiently negligible with respect to the difference between the resonance frequency and the antiresonance frequency of the piezoelectric body resonance portion (each acoustic impedance is The frequency used as a reference when designing the thickness of the high acoustic impedance layer (which is defined as the design frequency) strictly specifies the anti-resonance frequency of the piezoelectric resonator as described above. There is no need. If the frequency band from the resonance frequency to the anti-resonance frequency and a frequency in the vicinity thereof are used, the characteristics of the thin film piezoelectric resonator are not greatly affected.
また、一例として梯子型フィルタ回路用に薄膜圧電共振器を作成する場合は、作成する
フィルタ回路の通過帯域における中心周波数を設計周波数として、高音響インピーダンス
層3の厚さを設定すればよい。この場合、直並列の各薄膜圧電共振器における共振周波数
から反共振周波数までの周波数帯域から少々外れるが、上記のように各音響インピーダン
スの差は一定とみなせる。
For example, when a thin film piezoelectric resonator is created for a ladder filter circuit, the thickness of the high
高音響インピーダンス層の設計周波数を振ってQ値を算出したシミュレーション解析上
では、反共振周波数を中心に圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の4倍
程度の帯域に対しては、十分なQ値の改善があることを確認した。従って、共振器単体と
して設計する場合およびフィルタを形成する場合の何れにおいても、圧電体共振部の反共
振周波数を中心に、圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の4倍程度の帯
域内で、高音響インピーダンス層の設計周波数を設定すれば良い。
In the simulation analysis in which the Q value is calculated by changing the design frequency of the high acoustic impedance layer, the band around 4 times the frequency difference between the resonance frequency of the piezoelectric body resonance part and the anti-resonance frequency is centered on the anti-resonance frequency. It was confirmed that there was a sufficient improvement in Q value. Therefore, in both the case of designing as a single resonator and the case of forming a filter, the frequency difference between the resonance frequency of the piezoelectric resonator and the antiresonance frequency is about four times, centering on the antiresonance frequency of the piezoelectric resonator. In this band, the design frequency of the high acoustic impedance layer may be set.
本薄膜圧電共振器を用いて梯子型のフィルタ回路を設計する際には、フィルタ回路の直
列共振器と並列共振器にそれぞれ共振周波数をずらした薄膜圧電共振器を用いる。両薄膜
圧電共振器の共振周波数はそれぞれ、フィルタ回路の帯域の中心周波数を中心にして、圧
電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の4倍程度の帯域内で設計される。こ
のため、両薄膜圧電共振器の高音響インピーダンス層の厚さを、フィルタ回路の中心周波
数の音響波長の4分の1となるように設計すれば、従来の薄膜圧電共振器を用いた梯子型
フィルタよりも、両薄膜圧電共振器の反共振点でのQ値の向上により挿入損失の少ないバ
ンドパスフィルタが得られる。
When designing a ladder type filter circuit using this thin film piezoelectric resonator, thin film piezoelectric resonators having different resonance frequencies are used for the series resonator and the parallel resonator of the filter circuit, respectively. The resonance frequencies of both thin film piezoelectric resonators are designed within a band that is about four times the frequency difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the piezoelectric body resonance part, centering on the center frequency of the band of the filter circuit. Therefore, if the thickness of the high acoustic impedance layer of both thin film piezoelectric resonators is designed to be a quarter of the acoustic wavelength of the center frequency of the filter circuit, a ladder type using a conventional thin film piezoelectric resonator is used. A band-pass filter with less insertion loss can be obtained by improving the Q value at the antiresonance point of both thin film piezoelectric resonators than the filter.
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
本発明に係る第1の実施例の薄膜圧電共振器の平面図を図1に、同図のA−A線の断面
を矢印方向に眺めた断面図を図2に示す。なお、説明の便宜上、図1では、図2の上部電
極保護膜8を省略して示してある。
Example 1
FIG. 1 is a plan view of the thin film piezoelectric resonator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the cross section taken along the line AA in FIG. For convenience of explanation, in FIG. 1, the upper electrode
図1及び図2に示すように、本発明に係る第1の実施例の薄膜圧電共振器は、基板1上
に支持体3が設けられている。この支持体3は環状構造に形成され、その下部が基板1に
一部埋め込まれている。なお、本実施例では支持体3は、後述の空洞部10をエッチング
形成するためのエッチングビア9を形成するために、四隅が外側に突出した略四角形の環
状構造となっている。この支持体3の形状は、四角形に限るものではない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the thin film piezoelectric resonator according to the first embodiment of the present invention is provided with a
この支持体3の外側の基板1上には犠牲層2が形成され、この犠牲層3の上面が支持体
3の上面と略同一平面をなすように形成されている。
A
支持体3の環状構造内側の基板1上には、支持体3で囲まれた空洞部10が形成され、
支持体3上を含めた犠牲層2上の全面には空洞部10を覆うように保護層4が形成されて
いる。この保護層4上には、下部電極5がエッチングビア9の周辺領域を除く空洞部10
の上方に、支持体3の平面構造を包含するように形成されている、この下部電極5は矩形
状にパターニングされ、その下部電極5の端部がエッチングビア9の周辺を除いて、空洞
部上方に配置されないように形成されている。これは、下部電極5の端部の下方に空洞部
10が存在すると、下部電極5の端部上に形成された圧電体膜6に亀裂が発生する虞が大
きいためである。また、下部電極5の一部は下部電極を引き出すために基板1の周辺、こ
こでは図1の左側まで延伸している。
A
A
The
この下部電極5上を含めて保護層4上の全面には、圧電体膜6が形成され、この圧電体
膜6上には、矩形状にパターニングされた上部電極7が空洞部10の領域内に収まるよう
に形成され、その上部電極7の一部は上部電極を引き出すために空洞部10の領域外、こ
こでは図1の右側まで延伸している。
A
この上部電極7上を含めた圧電体膜6上の全面には、保護層8が形成されている。また
、エッチングビア9が、下部電極5及び上部電極7が形成されていない支持体3の環状構
造内の四隅に形成されている。このエッチングビア9は、保護層8及び圧電体膜6を貫通
して空洞部10に通じている。
A
上記薄膜圧電共振器では、下部電極5、圧電体膜6及び上部電極7からなる積層体12
が形成されており、この積層体12が保護層4を介して支持体3と犠牲層2により空洞部
10上に支持されることにより、下部電極5と上部電極7で圧電体膜6を挟んだ圧電体共
振部11が空洞部10の上方に中空に支持されている。ここで、圧電体共振部11とは、
下部電極5、圧電体膜6及び上部電極7が完全に重なり合ってコンデンサを形成している
部分をさす。
In the thin film piezoelectric resonator, the
The
A portion where the
圧電体共振部11は、その大部分が空洞部10の上方にあり、且つ中空に支持された構
造となっているが、下部電極5の形成及び上部電極引き出しの都合上、圧電体共振部11
の少なくとも一部は空洞部10の端部において、保護膜4を介して環状構造の支持体3の
一部により支持され、基板1と接続される。この圧電体共振部11の端部と支持体3との
接続部分を、以下、単に接続部分と言う。
The piezoelectric resonator unit 11 has a structure in which most of the piezoelectric resonator unit 11 is above the
Is supported by a part of the
本実施例では、上記構造の薄膜圧電共振器において、環状構造の支持体3の全体を、圧
電体膜6、犠牲層2及び基板1よりも音響インピーダンスが高い材料のタングステン(W
)からなる高音響インピーダンス層で形成し、さらに高音響インピーダンス層からなる支
持体3の厚さを、反共振周波数の音響波長の4分の1の厚さにしていることを特徴として
いる。
In this example, in the thin film piezoelectric resonator having the above structure, the
), And the thickness of the
なお、W以外の高音響インピーダンス材料としては、Mo、Ta、Ru、Rh、Pd、
Ir、及びPt等が使用可能である。これらの材料は圧電体膜6や基板1に対してかなり
高い音響インピーダンスを有するので最適である。これらの材料よりも音響インピーダン
スが低い材料であるCo、Au、ダイアモンド、Cr、Ni、Cu、LiTaO3、Sr
TiO3、NbN、VN、及びTiNに関しても、圧電体膜6や基板1よりも音響インピ
ーダンスが高いので、使用可能である。
In addition, as high acoustic impedance materials other than W, Mo, Ta, Ru, Rh, Pd,
Ir, Pt, etc. can be used. These materials are optimal because they have a considerably high acoustic impedance with respect to the
TiO3, NbN, VN, and TiN can also be used because their acoustic impedance is higher than that of the
本実施例の薄膜圧電共振器の製造工程の一例を図3を用いて説明する。なお、同図は図
1のA−A断面を矢印方向に眺めた断面図である。
An example of the manufacturing process of the thin film piezoelectric resonator of this embodiment will be described with reference to FIG. 1 is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 1 as viewed in the direction of the arrow.
同図(a)に示したように、高抵抗のSi(100)基板1上の全面に、SOG(Sp
in On Glass)法により塗布されるガラス、またはCVD(Chemical
Vapor Deposition)法により形成されるTEOS(Tetraeth
oxysilane)膜(SiO2)を犠牲層2(以後の説明ではTEOS膜として扱う
)として厚さ0.5μmとなるように形成し、フォトリソグラフィによるパターニング及
び反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)によ
り、底部にSi基板1が露出するまでエッチングし、図1に示した四隅で突出した略四角
形の環状構造のトレンチ31を形成する。この四隅の突出部は、後にエッチングビア9を
形成するために設けられる。トレンチ31の底部の形状は、図中では平坦で示してあるが
、平坦形状のみならず曲面形状であってもよい。
As shown in FIG. 2A, the SOG (Sp) is formed on the entire surface of the high resistance Si (100)
glass applied by in On Glass method, or CVD (Chemical)
TEOS (Tetraeth) formed by the Vapor Deposition method
An oxysilane) film (SiO 2) is formed as a sacrificial layer 2 (which will be treated as a TEOS film in the following description) to a thickness of 0.5 μm, and is patterned by photolithography and reactive ion etching (RIE). Etching is performed until the
なお、犠牲層2の厚さ及びトレンチ31の深さは、後にトレンチ31に支持体3として
埋め込まれる高音響インピーダンス層の音速と薄膜圧電共振器の反共振周波数により、高
音響インピーダンス層の厚さが最適の厚さとなるように設定する。高音響インピーダンス
層の最適な厚さは、薄膜圧電共振器の反共振周波数の音響波長の4分の1の厚さとするこ
とで、最も振動エネルギーの反射特性が向上し、圧電体共振部11を支持する支持体3の
支持部で振動エネルギーの散逸を抑制できる。
The thickness of the
本実施例では、後述のように高音響インピーダンス層3としてタングステン(W)を用
い、2.0GHzの薄膜圧電共振器を作成するためには、高音響インピーダンス層の最適
厚さが0.65μmとなるので、トレンチ31の深さを0.65μmとした。また、犠牲
層2の厚さは0.5μmとしたが、トレンチ31の底部にSi基板1が露出するように形
成するので、犠牲層2の膜厚はトレンチ31の深さよりも薄ければよい。ただし、後に形
成される空洞部10の高さは犠牲層2の厚さと同じになるので、犠牲層2が薄すぎると空
洞部10の高さが低くなりすぎて、圧電体共振部11がたわみにより基板1に一部接する
不具合が生ずる。圧電体膜6に用いる材料や薄膜圧電共振器の設計により、空洞部10の
最低必要な高さが決まるので、犠牲層2の厚さはこれ以上に設定すればよい。
In this embodiment, as described later, tungsten (W) is used as the high
この後、コールドウオールのLPCVD装置により、六弗化タングステン(WF6)及
びシラン(SiH4)を用いて、Wの選択成長を行う。この際、基板1表面の犠牲層2の
TEOS膜上には成長しないで、トレンチ31底部の基板1のSi上にだけ成長が選択的
に行われ、トレンチ31内にのみに選択的にWからなる高音響インピーダンス層が埋め込
み形成され、トレンチ31の環状構造を反映した略四角形の環状構造の支持体3が形成さ
れる。これにより、トレンチ31の深さが高音響インピーダンス層の厚さとなる。高音響
インピーダンス層として、W以外の材料を用いる場合は、その材料の音速に応じてトレン
チ31の深さを適宜変更すればよい。
Thereafter, selective growth of W is performed using tungsten hexafluoride (WF6) and silane (SiH4) by a cold wall LPCVD apparatus. At this time, growth does not occur on the TEOS film of the
ここでは、Wを選択成長したが、通常のCVD法もしくはスパッタ法により、トレンチ
31内にWの埋め込み成長を行った後に、トレンチ31以外の不要のW部分をCMP(C
hemical Mechanical Polishing)法により研磨して平坦化
する方法も可能である。無論、上記選択成長の場合でも、トレンチ31上部にWの埋め込
み層が突出した場合には、CMP法による平坦化処理を行なう。また、選択成長が難しい
W以外の高音響インピーダンス材料を用いる場合には、この方法により形成可能である。
Here, W was selectively grown. However, after W is buried and grown in the trench 31 by a normal CVD method or sputtering method, an unnecessary W portion other than the trench 31 is subjected to CMP (C
A method of polishing and planarizing by a mechanical mechanical polishing method is also possible. Of course, even in the case of the selective growth described above, when a W buried layer protrudes above the trench 31, planarization processing by CMP is performed. In addition, when a high acoustic impedance material other than W, which is difficult to be selectively grown, can be formed by this method.
なお、ここでは、トレンチ31内に直接Wを埋め込んでいるが、図4に示すように、予
めトレンチ31内壁にTiもしくはTi/TiNの積層体を密着層51として形成した後
に、Wを埋め込んで支持体3を形成してもよい。これにより、基板2とWの支持体3との
密着性を増強することができる。
Here, W is buried directly in the trench 31, but as shown in FIG. 4, after a Ti or Ti / TiN laminated body is previously formed on the inner wall of the trench 31 as the adhesion layer 51, W is buried. The
上記Wの埋め込み後、図3(b)に示すように環状構造の支持体3上を含む犠牲層2上
の全面に、多結晶シリコンからなる保護層4をCVD法により形成する。ここでは、保護
層4として多結晶シリコンを用いているが、アモルファスシリコン等も用いることができ
る。また、保護層4として犠牲層2とエッチングの選択比がとれる絶縁体材料、例えば、
SiCNやAl2O3等を用いてもよい。なお、基板1、犠牲層2、支持体3、保護層4
に用いる材料は、犠牲層2だけが選択的にエッチングされるように、適宜変更して用いれ
ばよい。
After the W is buried, as shown in FIG. 3B, a
SiCN, Al2O3, or the like may be used. The
The material used for may be appropriately changed so that only the
次に、保護層4の全面上にRFスパッタリング法により、厚さ200nmのAl膜を成
膜する。その後、このAl膜をリソグラフィ及び反応性イオンエッチング(RIE)によ
りパターニングし、下部電極5を形成する。この下部電極5は、図1及び図3(c)に示
したように、エッチングビア9の周辺領域を除いて、環状構造の支持体3の上方を包含す
るような矩形形状に形成され、その一部は下部電極を引き出すために基板1の周辺まで延
伸している。
Next, an Al film having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface of the
この下部電極5上を含めた保護層4上の全面には、Ar及びN2ガスを用いた反応性ス
パッタリング法により厚さ1.7μmのAlN膜を圧電体膜6として成膜する。その後、
スパッタリング法などにより、厚さ250nmのMo膜を、圧電体膜6上の全面に成膜し
、このMo膜をフォトリソグラフィ及びフッ素系ガスを用いたRIEによりパターニング
し、上部電極7を形成する。この上部電極7は、環状構造の支持体3で囲まれた犠牲層2
の上方の圧電体膜6の領域上に納まるような矩形状に形成される。また、上部電極7の一
部は、配線引き出しのために支持体3の環状構造で囲まれた内部から支持体3を横断して
外部に達するように形成される。
On the entire surface of the
A Mo film having a thickness of 250 nm is formed on the entire surface of the
It is formed in a rectangular shape so as to fit on the region of the
この上部電極7上と圧電体膜6上を覆うように、プラズマCVD法により厚さ50nm
のSiN膜を上部電極保護層8として全面に形成する。
A thickness of 50 nm is formed by plasma CVD so as to cover the
The SiN film is formed as the upper electrode
この後、フォトリソグラフィ及びRIEを用いて、上部電極保護層8、圧電体膜6を開
口して、図示していないが、下部電極5と上部電極7の取り出し部を形成する。
Thereafter, by using photolithography and RIE, the upper electrode
図1に示したように、支持体3で囲まれた犠牲層2の四隅の突出部上方に、上部電極保
護層8、圧電体膜6及び保護層4を貫通して犠牲層2に達する犠牲層除去用のエッチング
ビア9を形成する。本実施例の場合は、エッチングビア9は4箇所に形成したが、支持体
3の環状構造の形状に応じて適宜、1箇所または複数箇所に形成してもよく、あるいは、
スリット状のエッチングビアとしてもよい。
As shown in FIG. 1, the sacrifice that reaches the
A slit-like etching via may be used.
次に、エッチングビア9を介して、バッファード弗酸(HF+NH4F)を用いたウエ
ットエッチングにより、支持体3で囲まれた領域の犠牲層2を選択的に除去する。このウ
エットエッチングの際、基板1及び保護層4のSi及び支持体3のWはほとんどエッチン
グされない。これにより、図2に示したように支持体3で囲まれた領域に空洞部10が形
成され、薄膜圧電共振器が完成する。
Next, the
上記した実施例の薄膜圧電共振器では、以下のような効果が得られた。すなわち、比較
例として、支持体3を高音響インピーダンス層とせずに、多結晶シリコンで埋め込んだ上
記実施例と同じ構造の薄膜圧電共振器を製作し、共振特性をベクトルネットワークアナラ
イザを用いて評価した結果、この比較例においては、共振周波数は2.0GHz、共振点
における品質係数Qは950、電気機械結合係数kt2は6.7%、反共振点での品質係
数Qは400であった。
In the thin film piezoelectric resonator of the above-described embodiment, the following effects were obtained. That is, as a comparative example, a thin film piezoelectric resonator having the same structure as that of the above-described embodiment in which the
これに対して本実施例の薄膜圧電共振器では、共振周波数が約2.0GHz、電気機械
結合係数kt2は6.7%、共振点の品質係数Qは950で、比較例と同じ値であるが、
反共振点の品質係数は800と比較例の2倍で、共振特性が改善された。
On the other hand, in the thin film piezoelectric resonator of this example, the resonance frequency is about 2.0 GHz, the electromechanical coupling coefficient kt 2 is 6.7%, and the quality factor Q of the resonance point is 950, which is the same value as the comparative example. There are
The quality factor at the anti-resonance point was 800, twice that of the comparative example, and the resonance characteristics were improved.
なお、本実施例において、トレンチ31はその側壁が図面上は基板1に対して垂直に形
成されているが、多少の傾きあるいは曲面を有していてもよく、また、上方に向かって開
口幅が広がるようなテーパー形状を有していても、上記本実施例と同様の効果が得られる
。
In this embodiment, the side wall of the trench 31 is formed perpendicular to the
また、本実施例では、保護層4により、空洞部10をエッチング形成する際に、下部電
極5及び圧電体膜6がエッチングされないように保護している。しかし、下部電極5及び
圧電体膜6がエッチングによりダメージを受けない材料からなるか、あるいはこれらがエ
ッチングされないようなエッチング液を用いる場合には、この保護層4は必ずしも必要な
い。なお、保護層4が薄く形成されていれば、保護層4の有無は薄膜圧電共振器の共振特
性に大きな影響を与えない。
In this embodiment, the
本実施例では、一例として、図2の断面図に示すように、高音響インピーダンス層から
なる支持体3は、圧電体共振部11の下部電極5の端部(図2中右側の端部)より空洞部
10側に配置されているが、下部電極5の端部から基板1に下ろした垂線の位置まで支持
体3で覆われていることが好ましい。下部電極5の端部から支持体3までの平面内の距離
が増すほど、圧電体共振部11が支持体3で支持されていない面積が増え、圧電体共振部
11から基板1への振動エネルギーの漏洩が増すためである。
In the present embodiment, as an example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the
本実施例では、圧電体膜としてAlNを用いているが、これに代えてZnOやその他の
圧電性を有する圧電体膜であれば、本実施例と同様に効果が得られる。
In this embodiment, AlN is used as the piezoelectric film, but if it is replaced with ZnO or another piezoelectric film having piezoelectricity, the same effects as in this embodiment can be obtained.
(実施例1の変形例)
第1の実施例の変形例に係る薄膜圧電共振器の平面図を図5に示す。なお、図5は図1
同様に上部電極保護層8を省略してある。また、図中A−A線で矢印方向に眺めた断面は
、図2に示す上記第1の実施例の断面と同じである。この変形例が上記第1の実施例と異
なる点は、上記第1の実施例のエッチングビア9に代えて、図5に示すようなスリット状
のエッチングビア62にしたことにある。また、これに応じて、空洞部10と支持体3の
平面形状を四角形にしたことにある。
(Modification of Example 1)
A plan view of a thin film piezoelectric resonator according to a modification of the first embodiment is shown in FIG. 5 is the same as FIG.
Similarly, the upper electrode
本変形例の構造とすることにより、エッチングビア62を介して犠牲層2をエッチング
して空洞部10を形成する際に、上記実施例1に比べてエッチング時間が短縮され、エッ
チング工程が容易となる。また、本変形例の薄膜圧電共振器においても、上記実施例と同
様の効果が得られる。
By adopting the structure of this modification example, when the
(実施例1の別の変形例)
第1の実施例の別の変形例の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図を図6に示す。図
6は、図1のA−A線での断面を矢印方向に眺めた断面図に相当する。本変形例が上記第
1の実施例と異なる点は、基板1に環状構造の支持体3を埋め込み形成し、支持体3で囲
まれた内部に窪み40を形成して、その窪み内に犠牲層41を埋め込んで薄膜圧電共振器
を作成することにある。また、本変形例により得られる薄膜圧電共振器の平面図は、図1
の第1の実施例と同様であり、環状構造の支持体3の外側における基板1上の犠牲層2が
基板1に置き換わった点で異なる。
(Another Modification of Example 1)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a thin film piezoelectric resonator of another modification of the first embodiment. FIG. 6 corresponds to a cross-sectional view of the cross section taken along the line AA in FIG. This modification differs from the first embodiment in that a
This embodiment is the same as the first embodiment except that the
図6(a)に示したように、リソグラフィ及びRIEにより、Si基板1上に第1の実
施例と同様の形状の環状構造のトレンチ31を形成し、CVDによりWからなる高音響イ
ンピーダンス層を環状構造のトレンチ31内に埋め込んだ後、CMP法によりWを削り基
板1のSiが露出するまで平坦化する。これによりWからなる環状構造の支持体3が基板
1中に形成される。
As shown in FIG. 6A, an annular trench 31 having the same shape as that of the first embodiment is formed on the
次に、同図(b)に示したように、フォトリソグラフィ及びRIEにより環状構造の支
持体3に沿って支持体3の内側に窪み40を形成する。この窪み40が最終的に空洞部1
0となる。同図では、この窪み40は、支持体3の底部に達しない深さとなっているが、
設計に応じて空洞部10に必要な高さとなるように深さを調節する。また、この窪み40
の深さは支持体3の底部より深くなっても、この後この窪み40に埋め込む犠牲層の選択
エッチングに不具合を生じることはない。
Next, as shown in FIG. 2B, a
0. In this figure, the
Depending on the design, the depth is adjusted so that the required height of the
Even if the depth becomes deeper than the bottom of the
この窪み40内を埋め込むように、PSG(Phospho−Silicate−Gl
ass)等を犠牲層41として形成し、CMP法により基板1が露出するまで余分なPS
Gを削り平坦化し、PSGからなる犠牲層41及び支持体3上を含む基板1の上面上の全
面に、CVDにより厚さが50nmの多結晶シリコンからなる保護層4を成膜する。
PSG (Phospho-Silicate-Gl) is embedded so as to embed the
ass) as a sacrificial layer 41, and an extra PS until the
The
この後は、同図(c)に示すように、第1の実施例と同様に下部電極5、圧電体膜6、
上部電極7、上部電極保護層8及びエッチングビア9を形成した後に、エッチングビア9
を通じてPSGからなる犠牲層41をエッチングして空洞部10を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6C, the
After forming the
Then, the sacrificial layer 41 made of PSG is etched to form the
本変形例による薄膜圧電共振器においても、第1の実施例と同様の共振特性が得られる
。
In the thin film piezoelectric resonator according to this modification, the same resonance characteristics as in the first embodiment can be obtained.
(実施例2)
本発明に係る第2の実施例の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図を図7に示す。本
実施例が上記実施例1と異なる点は、図7(c)に示したように、犠牲層2が厚い点、ト
レンチ31が深い点、支持体3が高音響インピーダンス層3bと低音響インピーダンス層
3aからなる二段構造になっている点、及び空洞部10の高さが高い点である。なお、実
施例1と同一箇所は同一符号で示す。また、本実施例の薄膜圧電共振器の平面図は図1と
同じである。
(Example 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film piezoelectric resonator according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7C, the present embodiment differs from the first embodiment in that the
図7(a)に示したように、上記実施例1と同様にして犠牲層2中に環状構造のトレン
チ31を形成し、このトレンチ31内に低音響インピーダンス層3aとして多結晶シリコ
ンをCVDにより埋め込んだ後、多結晶シリコンの不要の部分をCMP法により研磨し、
基板1の表面を平坦化する。ここでは、上記実施例1に比べて、犠牲層2の厚さは2μm
と厚く、トレンチ31の深さは2.5μmと深く形成した。
As shown in FIG. 7A, an annular structure trench 31 is formed in the
The surface of the
The trench 31 was formed as deep as 2.5 μm.
この後、CDE(Chemical Dry Etching)法により、犠牲層2の
SiO2をエッチングすることなく、トレンチ31内の低音響インピーダンス層3aの上
端部だけを選択的にエッチングして、トレンチ31の底部に環状構造の低音響インピーダ
ンス層3aを残す。、この選択的エッチングは、犠牲層2の表面からの低音響インピーダ
ンス層3aの上面までの深さが、上記実施例1と同様の0.65μmとなるように行う。
実施例1同様にこの深さが、後に埋め込む高音響インピーダンス層の厚さとなる。
Thereafter, only the upper end portion of the low
Similar to the first embodiment, this depth is the thickness of the high acoustic impedance layer to be embedded later.
このようなSiO2をエッチングせずにSiだけを選択的にエッチングする方法は、C
DE法以外にも、KOH溶液やTMAH(Tetra Methyl Ammonium
Hydroxide)溶液をエッチャントとしたウエットエッチングでも可能である。
A method of selectively etching only Si without etching
Besides the DE method, KOH solution and TMAH (Tetra Methyl Ammonium
Hydroxyide) can also be performed by wet etching using an etchant.
なお、上記エッチングの代わりに、低音響インピーダンス層3aとしての多結晶シリコ
ンをCVDにてトレンチ31内に埋め込む際に、犠牲層2表面からの深さが上記0.65
μmとなるようにトレンチ31底部に多結晶シリコンが堆積した時点で成膜を停止する。
犠牲層2上に堆積した不要な多結晶シリコンは、予めCMP法により除去しておいてもよ
く、続けて高音響インピーダンス層3bの多結晶シリコンをトレンチ31内の低音響イン
ピーダンス層3a上に埋め込んだ後、犠牲層2上に堆積した不要な高音響インピーダンス
層3bの多結晶シリコンをCMPにより除去する際、一緒に除去するようにしてもよい。
これにより、トレンチ31の底部に多結晶シリコンによる環状構造の低音響インピーダン
ス層3aを形成することでも可能である。
Instead of the etching, when the polycrystalline silicon as the low
The film formation is stopped when polycrystalline silicon is deposited on the bottom of the trench 31 so as to be μm.
Unnecessary polycrystalline silicon deposited on the
Thereby, it is also possible to form the low
この後、上記実施例1と同様にWを高音響インピーダンス層3bとしてトレンチ31内
の低音響インピーダンス層3aの上に埋め込んで、犠牲層2上に堆積した不要なWはCM
P法による平坦化により除去することで、トレンチ31内に埋め込まれた環状構造の高音
響インピーダンス層3bが形成される。
Thereafter, as in the first embodiment, W is embedded as a high acoustic impedance layer 3b on the low
By removing by planarization by the P method, the high acoustic impedance layer 3b having an annular structure embedded in the trench 31 is formed.
上記したように、犠牲層2上に堆積した不要な低音響インピーダンス層3a
の多結晶シリコンを除去せずに、高音響インピーダンス層3bの多結晶シリコンをトレン
チ31内に埋め込み形成した場合には、犠牲層2上の不要な高音響インピーダンス層3b
の多結晶シリコンをCMPにより除去する際に、一緒に犠牲層2上の不要な低音響インピ
ーダンス層3aの多結晶シリコンは除去される。
As described above, the unnecessary low
When the polycrystalline silicon of the high acoustic impedance layer 3b is buried in the trench 31 without removing the polycrystalline silicon, an unnecessary high acoustic impedance layer 3b on the
When the polycrystalline silicon is removed by CMP, unnecessary polycrystalline silicon of the low
この環状構造の低音響インピーダンス層3aと、その上に形成された環状構造の高音響
インピーダンス層3bにより、環状構造の支持体3が形成される。その後、図7(b)に
示すように、保護層4を環状構造の高音響インピーダンス層3b上を含む犠牲層2上の全
面に形成する。
The
後は、上記実施例1と同様にして下部電極5、圧電体膜6、上部電極7、上部電極保護
層8、エッチングビア9及び空洞部10を形成し、図7(c)に示した薄膜圧電共振器が
得られる。ここで、犠牲層2をエッチングして空洞部10を形成する際に、環状構造の支
持体3のうち環状構造の低音響インピーダンス層3aがエッチング液に晒されるが、低音
響インピーダンス層3aは多結晶シリコンで、犠牲層2とのエッチング選択比が高く、エ
ッチングされることはない。
Thereafter, the
本実施例では、上記実施例1に対して空洞部10の高さが高く、犠牲層2が厚く形成さ
れているが、高音響インピーダンス層3bの厚さは上記実施例1と同じであり、高音響イ
ンピーダンス層3bの上部及び下部を占める材料も上記実施例1と同じであるので、上記
実施例1と同様の効果が得られる。
In this example, the height of the
なお、本実施例は、空洞部の高さを高くした薄膜圧電共振器を作成する際に、特に有用
である。
This example is particularly useful when a thin film piezoelectric resonator having a high cavity portion is formed.
また、本実施例では、低音響インピーダンス層3aとして多結晶シリコンを用いている
が、上記実施例1の保護層4と同様に、アモルファスシリコンを用いることも可能である
。また、これらの材料に限らず、犠牲層2とエッチング選択比が高く、高音響インピーダ
ンス層3bよりも音響インピーダンスが低い材料であれば、他の材料でも可能である。
In the present embodiment, polycrystalline silicon is used as the low
(実施例3)
本発明に係る第3の実施例の薄膜圧電共振器の製造工程を図8及び図9を用いて説明す
る。図8は図9のA−A断面を矢印方向に眺めた断面図であり、図9は最表面の上部電極
保護層8を省略してある。
(Example 3)
A manufacturing process of the thin film piezoelectric resonator according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 9 as viewed in the direction of the arrow, and FIG. 9 omits the uppermost upper electrode
本実施例は、上記実施例1のように、エッチングビア9を形成して犠牲層2をエッチン
グし、空洞部10を形成するのではなく、基板1の下部から保護層4に達するまでエッチ
ングを行い、基板1を貫通する開口部72と、これに連続し支持体3で囲まれた空洞部1
0を形成している点で上記実施例1とは異なる。なお、上記実施例1と同一箇所は同一符
号を付して本実施例の特徴部分のみ説明する。
In this embodiment, the etching via 9 is formed and the
It differs from the said Example 1 by the point which forms 0. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only the characteristic portions of the present embodiment will be described.
まず、図8(a)に示すように、高抵抗のSi(100)基板1に熱酸化膜(SiO2
)71を0.5μm形成する。この後、上記実施例1と全く同様にして、0.65μmの
厚さのWからなる環状構造の高音響インピーダンス層を支持体3として埋め込み、保護層
4を支持体3の上面を含む熱酸化膜71上の全面に形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a thermal oxide film (SiO 2) is formed on a high resistance Si (100)
) 71 is formed to a thickness of 0.5 μm. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a high acoustic impedance layer having a ring structure made of W having a thickness of 0.65 μm is embedded as the
さらに、同図(b)に示したように、下部電極5、圧電体膜6、上部電極7及び上部電
極保護層8も上記実施例1と全く同様にして形成し、その後、Si基板1の下部をバック
グラインド及びドライポリッシュによりSi基板1の厚さが0.2μmとなるように研磨
する。
Further, as shown in FIG. 5B, the
同図(c)に示すように、この研磨面にフォトリソグラフィにより、支持体3の環状構
造に沿った開口部を有するマスクパターンを形成し、この開口部から弗化物系のガスを用
いたRIEにより圧電体膜6に向かってSi基板1をエッチングし、熱酸化膜71でエッ
チングを停止させることにより、Si基板1にSi基板1を貫通する開口部72を形成す
る。その後、Si基板1の開口部72に露出した熱酸化膜71をウエットエッチング及び
弗化物系のガスを用いたRIEを併用して、支持体3の内表面に沿ってエッチング除去し
て多結晶シリコンからなる保護層4でエッチングを停止させ、Si基板1の開口部72と
連続し、支持体3で囲まれた空洞部10が形成される。この後、Si基板1の下部のマス
クを除去する。
As shown in FIG. 4C, a mask pattern having an opening along the annular structure of the
本実施例で、支持体3の高音響インピーダンス層にW、Ta、及びMo等を用いること
は可能であるが、より好ましくは弗化物系のドライエッチングに耐えうる材料、例えば、
Ru、Rh、Pd、Ir、及びPt等を用いて形成することが望ましい。これにより、高
音響インピーダンス層からなる支持体3が、基板1の下部からエッチングして開口部72
を形成した後、空洞部10を形成する際のガイドとして作用し、基板1下部の表面パター
ンからの位置ずれを抑制することが可能となる。
In this embodiment, it is possible to use W, Ta, Mo, or the like for the high acoustic impedance layer of the
It is desirable to use Ru, Rh, Pd, Ir, Pt or the like. As a result, the
After forming the film, it acts as a guide when forming the
このようにして得られた薄膜圧電共振器について共振特性をベクトルネットワークアナ
ライザを用いて評価した結果、共振周波数が約2.0GHzであり、電気機械結合係数は
6.7%、品質係数Qは共振点で940、反共振点で820であり、実施例1とほぼ同様
の特性が得られた。
As a result of evaluating the resonance characteristics of the thin film piezoelectric resonator thus obtained using a vector network analyzer, the resonance frequency is about 2.0 GHz, the electromechanical coupling coefficient is 6.7%, and the quality factor Q is resonance. The point was 940, and the antiresonance point was 820, and almost the same characteristics as in Example 1 were obtained.
本実施例では、基板の下部から空洞部を形成するために、図9の平面図に示したとおり
、エッチングビアは必要なく簡潔な平面構造となる。
In the present embodiment, in order to form the cavity from the lower part of the substrate, as shown in the plan view of FIG.
(実施例3の変形例)
次に、上記実施例3の変形例を図10に示す。上記実施例3の図8(a)に示した工程
で、基板1上に形成した熱酸化膜71の厚さを50nm程度に薄くし、上部の保護層4を
設けずに、その後、上記実施例3と同様の工程を経ることにより、図10に示した薄膜圧
電共振器が得られる。ここで、空洞部10を形成する際は、基板1の下部から基板1をド
ライエッチングまたはウエットエッチングすることにより、支持体3の底部に達し支持体
3の環状構造に沿った形状の開口部72を形成する。そのままエッチングを継続して、支
持体3内表面に沿って基板1をさらにエッチングして熱酸化膜71でエッチングを停止す
る。その後、バッファード弗酸等により熱酸化膜71をエッチングして下部電極5に達し
た時点でエッチングを停止させることにより、支持体3の環状構造内に開口部72と連続
した空洞部10を形成する。
(Modification of Example 3)
Next, a modification of the third embodiment is shown in FIG. In the step shown in FIG. 8A of the third embodiment, the thickness of the
上記のような変形例においても、上記実施例3と同様の効果が得られる。なお、上記変
形例において、下部電極5及び圧電体膜6が熱酸化膜71をエッチングする際にエッチン
グの虞がある材料の場合は、このまま熱酸化膜71を残した構造としてもよい。熱酸化膜
71は、厚さを50nm程度に薄くしているので、この場合でも薄膜圧電共振器の特性は
変わらない。
In the modified example as described above, the same effect as in the third embodiment can be obtained. In the above-described modification, when the
(実施例4)
本発明に係る第4の実施例の薄膜圧電共振器を図11に示す。同図(a)はその平面図
であり、同図(b)は同図(a)中のA−A断面を矢印方向に眺めた断面図である。
Example 4
A thin film piezoelectric resonator according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the A-A cross section in FIG.
本実施例4と上記実施例1が異なる点は、上記実施例1では、空洞部10の側壁を形成
している支持体3は全て高音響インピーダンス層で形成されていたが、本実施例では図1
1に示したように、環状構造の支持体3のうち、圧電体共振部11とSi基板1を接続す
る部分が高音響インピーダンス層3bで形成され、それ以外の部分は高音響インピーダン
ス層3bより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3cから形
成されている点である。この低音響インピーダンス層3cは、上記実施例2の低音響イン
ピーダンス層と同じ材料である多結晶シリコンやアモルファスシリコンで形成してもよい
し、違う材料で形成してもよい。また、本実施例における低音響インピーダンス層3cは
、単に支持体3を高音響インピーダンス層と違う材料で埋め込むためのものであり、空洞
部10をエッチングにより作成する際に、エッチングストップ層の機能を果たせば足りう
る。
The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the
As shown in FIG. 1, in the
上記実施例1との製造工程での違いは、以下の点である。上記実施例1と同様に、図3
(a)に示したように犠牲層2にSi基板1に達して、深さが0.65μmの環状構造の
トレンチ31を形成した後に、上記実施例1とは違い、CVD等により環状構造のトレン
チ31の内部全域を埋め込むように犠牲層2上に多結晶シリコン膜を成膜する。その後、
犠牲層2が露出するまでCMPにより余分な多結晶シリコンを研磨し犠牲層2の表面を平
坦化することにより、多結晶シリコンからなる環状構造の低音響インピーダンス層3cが
トレンチ31内に埋め込み形成される。
The difference in the manufacturing process from Example 1 is as follows. Similar to Example 1 above, FIG.
As shown in (a), after reaching the
By polishing the excess polycrystalline silicon by CMP until the
その後、図11(a)の平面図に示す、高音響インピーダンス層3bを形成する領域が
開口部となるように、マスクパターンを形成する。CDE、あるいはKOH溶液もしくは
TMAH溶液を用いたウエットエッチングなどにより、開口部に露出した上記低音響イン
ピーダンス層3cだけを選択的にエッチングしトレンチ31の内表面を一部露出させた後
に、このトレンチ31内表面の露出部を埋め込むようにWからなる高音響インピーダンス
層をCVD等により犠牲層2上の全面に成膜し、CMP法により余分なWを研磨し犠牲層
2表面を平坦化させる。
Thereafter, a mask pattern is formed so that the region where the high acoustic impedance layer 3b is to be formed is an opening shown in the plan view of FIG. Only the low acoustic impedance layer 3c exposed at the opening is selectively etched by wet etching using CDE, KOH solution, or TMAH solution to partially expose the inner surface of the trench 31, and then the trench 31 is exposed. A high acoustic impedance layer made of W is formed on the entire surface of the
なお、上記実施例2のようにトレンチ31の深さが0.65μmより深く形成する必要
がある場合は、このトレンチ31内に埋め込まれた低音響インピーダンス層3cの上記選
択エッチングは、エッチングされた低音響インピーダンス層3cの上面が犠牲層2の表面
から0.65μmの深さとなった時点でエッチングを停止すればよい。
When the depth of the trench 31 needs to be deeper than 0.65 μm as in the second embodiment, the selective etching of the low acoustic impedance layer 3c embedded in the trench 31 is etched. Etching may be stopped when the upper surface of the low acoustic impedance layer 3c reaches a depth of 0.65 μm from the surface of the
これ以後は、上記実施例1と同様の工程を経ることにより図11に示すような、圧電体
共振部11の端部とSi基板1を接続する部分が高音響インピーダンス層3bで、その他
の部分が低音響インピーダンス層3cからなる、環状構造の支持体3を有する薄膜圧電共
振器が得られる。ここで、埋め込まれたWからなる高音響インピーダンス層3bの厚さは
トレンチ31の深さで決まり、実施例1同様に0.65μmとなる。
Thereafter, through the same process as in the first embodiment, the portion connecting the end of the piezoelectric resonator 11 and the
上記の薄膜圧電共振器においては、支持体3のうち圧電体共振部11と基板1を接続し
ていない部分には、もともと圧電体11から基板への振動エネルギーの漏洩はほとんど発
生しないので、高音響インピーダンス層3bを配置せず、支持体3のうち振動エネルギー
が漏洩する圧電体共振部11と基板1を接続する部分を高音響インピーダンス層で構成し
ているので、圧電体共振部11から支持体3を介して基板1に漏洩する振動エネルギーを
抑えることができる。したがって、本実施例においても、上記実施例1と同様の効果を得
ることができる。
In the thin-film piezoelectric resonator described above, since leakage of vibration energy from the piezoelectric body 11 to the substrate originally does not occur in the portion of the
(実施例5)
本発明に係る第5の実施例の薄膜圧電共振器を図12に示す。同図(b)が平面図で、
そのA−A断面を矢印方向に眺めた断面図が同図(a)である。本実施例は、図8(c)
に示す上記実施例3の薄膜圧電共振器において、支持体3のうちの圧電体11から基板へ
の振動エネルギーの漏洩がほとんど発生しない、圧電体共振部11と基板1を接続してい
ない部分の支持体3を削除するとともに、振動エネルギーが漏洩する圧電体共振部11と
基板1を接続する部分に低音響インピーダンス層81aと高音響インピーダンス層81b
との積層構造の支持体81を設けたものである。以下、上記実施例3と同一箇所には同一
符号を付して本実施例の特徴部分のみを説明する。
(Example 5)
FIG. 12 shows a thin film piezoelectric resonator according to a fifth embodiment of the present invention. The figure (b) is a plan view.
A cross-sectional view of the A-A cross section viewed in the direction of the arrow is FIG. In this embodiment, FIG.
In the thin-film piezoelectric resonator of the third embodiment shown in FIG. 3, the portion of the
And a support body 81 having a laminated structure. Hereinafter, the same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and only the characteristic portions of the present embodiment will be described.
すなわち、図12に示したように、四角形状の開口部72がSi基板1の下部に形成さ
れ、Si基板1中に埋め込まれ、且つこの開口部72の一辺に沿って基板1上方に向かっ
て延びる支持体81が形成されており、この支持体81に沿って開口部72からSi基板
1内の上方に向かって空洞部10が形成されている。支持体81を除いてSi基板1上面
には熱酸化膜71(SiO2)が支持体81上面と略同一面をなすように形成されている
。上記空洞部10、支持体81上面及び熱酸化膜71の上面を覆うように、保護膜4、下
部電極5、圧電体膜6、上部電極7及び保護膜8が順次形成され、下部電極5、圧電体膜
6及び上部電極7からなる圧電体共振部11は、その端部の一部(下部電極5の端部)が
下方で支持体81で支持されていることを除いて、空洞部10の平面領域内に全て包含さ
れるように形成されている。
That is, as shown in FIG. 12, a
支持体81は厚さ0.73μmのSiO2からなる低音響インピーダンス層81aと厚
さ0.65μmのWからなる高音響インピーダンス層81bをそれぞれ上層及び下層とし
て交互に二周期積層した音響ミラー層からなる。両層の厚さは、薄膜圧電共振器の反共振
周波数の音響波長の1/4となる厚さに設定されており、圧電体共振部11から伝播して
きた振動をブラッグ反射層の原理で効率よく圧電体共振部11に向かって反射させる。本
実施例によっても、本発明の効果により、共振特性の良好な薄膜圧電共振器が得られる。
The support 81 is composed of an acoustic mirror layer in which a low acoustic impedance layer 81a made of
また、本実施例では支持体81は、低音響インピーダンス層81aと高音響インピーダ
ンス層81bの二周期構造の音響ミラー層としたが、一周期でも上記ブラッグ反射層とし
ての効力があるので、一周期構造の音響ミラー層とすることも可能である。あるいは、二
周期以上の音響ミラー層とすることも可能である。ただし、周期を増やしても音響ミラー
層としての反射能力は飽和するので、薄膜圧電共振器の構造とプロセス上の都合で、上記
音響ミラー層の周期数を適当に選択すればよい。
Further, in this embodiment, the support body 81 is an acoustic mirror layer having a two-period structure of a low acoustic impedance layer 81a and a high acoustic impedance layer 81b. An acoustic mirror layer having a structure may be used. Alternatively, an acoustic mirror layer having two or more cycles can be used. However, since the reflection capability as the acoustic mirror layer is saturated even if the period is increased, the number of periods of the acoustic mirror layer may be appropriately selected depending on the structure of the thin film piezoelectric resonator and the process.
なお、製造工程は一例として実施例3にしたがって作成すればよく、実施例3では熱酸
化膜(SiO2)71を貫通して基板1に達するトレンチの深さは、Wからなる高音響イ
ンピーダンス層の厚さと同じであったが、本実施例の場合は、図12(a)に示したよう
に前述の音響ミラー層の各層の厚さの総和となる。
The manufacturing process may be created according to Example 3 as an example. In Example 3, the depth of the trench that penetrates the thermal oxide film (SiO 2) 71 and reaches the
また、トレンチ内部に低音響インピーダンス層81aと高音響インピーダンス層81b
を交互に埋め込むには、それぞれCVDやスパッタ法などの成膜技術を用い、設計厚さに
達した時点で各層の成膜を停止して、それぞれ交互に積層する。トレンチ周辺に堆積した
余分な層は、各層の堆積後逐次もしくはすべての層の堆積後にCMP法により研磨し平坦
化すればよい。この場合、図12中には示していないが、高音響インピーダンス層の積層
構造はトレンチ内表面(支持体81の側面)にも形成されるが、支持体81の面内方向の
幅に対して無視できる程度であり、薄膜圧電共振器への影響はほぼ無視できる。
In addition, the low acoustic impedance layer 81a and the high acoustic impedance layer 81b are provided inside the trench.
In order to embed the layers alternately, film formation techniques such as CVD and sputtering are used, and when the design thickness is reached, the film formation of each layer is stopped and the layers are alternately stacked. An extra layer deposited around the trench may be polished and planarized by CMP after each layer is deposited or after all layers are deposited. In this case, although not shown in FIG. 12, the laminated structure of the high acoustic impedance layer is also formed on the inner surface of the trench (side surface of the support 81), but with respect to the width in the in-plane direction of the support 81. It is negligible, and the influence on the thin film piezoelectric resonator is almost negligible.
また、上記以外にも、Si基板1上に先に音響ミラー層を形成後、支持体81に相当す
る部分を除いてこの音響ミラー層を除去した後に、Si基板1上の全面にSiO2等を堆
積して、最後にCMP法により音響ミラー層の上面が露出するまでSiO2を研磨して平
坦化するなどの方法によっても上記構造を実現することができる。
In addition to the above, after the acoustic mirror layer is first formed on the
(実施例6)
本発明に係る第6の実施形態の薄膜圧電共振器の断面図を図13に示す。本実施例は、
図8(c)に示した上記実施例3と同じ薄膜圧電共振器の構造において、トレンチに高音
響インピーダンス層を埋め込むようにして支持体3が形成されていることに代えて、図1
3に示したように、圧電体共振部11の下部電極5の端部において、圧電体共振部11と
Si基板1との間に支持体82を配置させたことを特徴とする。支持体82は実施例3と
同様に厚さ0.65μmのWからなる高音響インピーダンス層である。
(Example 6)
A cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator according to a sixth embodiment of the present invention is shown in FIG. This example
In the structure of the same thin film piezoelectric resonator as that of the third embodiment shown in FIG. 8C, the
As shown in FIG. 3, a support 82 is disposed between the piezoelectric resonator 11 and the
本実施例では、実施例3で示した、基板1上の熱酸化膜71にトレンチを形成してその
中にWからなる高音響インピーダンス層を埋め込み成長し、その後熱酸化膜71が露出す
るまでCMP法による余分なWを除去して表面を平坦化し保護層4を形成する工程に代え
て、基板1上の熱酸化膜71の上に保護層4を形成後に、図13に示したようにWからな
る高音響インピーダンス層を所望の形状にパターニングして形成して支持体82を形成す
る工程としている。これ以後の工程は実施例3と全く同じである。
In the present embodiment, a trench is formed in the
本実施例においても、高音響インピーダンス層で形成される支持体82による振動エネ
ルギーの反射により、圧電体共振部11から基板1に向かっての振動エネルギーの漏洩を
抑制することができ、良好な共振特性をもつ薄膜圧電共振器を作成できる。
Also in the present embodiment, the leakage of vibration energy from the piezoelectric body resonance portion 11 toward the
(実施例7)
本発明の実施例1による薄膜圧電共振器を用いて梯子形バンドパスフィルタを形成した
一形態を図14に示す。
(Example 7)
FIG. 14 shows an embodiment in which a ladder-type bandpass filter is formed using the thin film piezoelectric resonator according to the first embodiment of the present invention.
図14(a)は薄膜圧電共振器F1乃至F7で形成した梯子型フィルタ回路101のチ
ップの平面図である。平面状のパターンは略式化して示しており、簡略化のため、回路の
説明上必要な、基板1、下部電極5、圧電体膜6、及び上部電極7のみを示した。また、
簡単のため、各電極は圧電体膜6の外側に引き出して基板1上に露出して示した。各薄膜
圧電共振器は図中の圧電体膜6が下部電極5と上部電極6で挟まれた領域を指し、それぞ
れF1乃至F7とする。
FIG. 14A is a plan view of a chip of the ladder
For simplicity, each electrode is drawn out of the
個々の薄膜圧電共振器は実施例1に示したとおりであり、フィルタ回路の設計に応じて
、各薄膜圧電共振器の各層の厚さおよびパターン形状等は微調節されている。同図(b)
は同図(a)の梯子型フィルタ回路の回路図を示す。
The individual thin film piezoelectric resonators are as shown in the first embodiment, and the thickness and pattern shape of each layer of each thin film piezoelectric resonator are finely adjusted according to the design of the filter circuit. Figure (b)
Shows a circuit diagram of the ladder type filter circuit of FIG.
同図(a)に示した梯子型フィルタ回路と同図(b)の回路図との各電極の対応関係を
示す。入力端子102及び103にそれぞれ薄膜圧電共振器F2の上部電極7と下部電極
5が接続され、薄膜圧電共振器F2の上部電極7と薄膜圧電共振器F1の上部電極7が接
続される。薄膜圧電共振器F1の下部電極5は薄膜圧電共振器F3及びF4のそれぞれの
下部電極5と接続され、薄膜圧電共振器F3の上部電極7は薄膜圧電共振器F5及びF6
のそれぞれの上部電極7と接続され、薄膜圧電共振器F5の下部電極5は薄膜圧電共振器
F7の下部電極5と接続されるように、同一基板1上にモノリシックに構成されている。
The correspondence relationship of each electrode between the ladder type filter circuit shown in FIG. 6A and the circuit diagram of FIG. The
The
そして、薄膜圧電共振器F5の下部電極5に出力端子104が接続され、薄膜圧電共振
器F7の上部電極7に出力端子105が接続される。F2の下部電極5、F4の上部電極
7、F6の下部電極5及びF7の上部電極7はともに接続される。
The
本発明の一形態である実施例1の薄膜圧電共振器を用いて前述のような3.5段構成の
梯子型フィルタを構成し、ベクトルネットワークアナライザにてフィルタ特性を計測した
ところ、中心周波数2.0GHzで、80MHzの帯域幅にわたり挿入損失が−1.0d
Bである良好なフィルタ特性が得られることがわかった。
Using the thin film piezoelectric resonator according to the first embodiment which is an aspect of the present invention, the above-described 3.5-stage ladder filter is configured, and the filter characteristics are measured by a vector network analyzer. 0.0GHz, insertion loss is -1.0d over 80MHz bandwidth
It turned out that the favorable filter characteristic which is B is acquired.
本実施例によるフィルタ回路の構成はあくまでも一例であり、上述の各実施例及び変形
例の薄膜圧電共振器を用い、また、本実施例に示した梯子型フィルタ回路に限られること
無く、他の構成の梯子型フィルタ回路、ラティス型フィルタ回路、及びこれらを用いたデ
ュプレクサ、RFフィルタ回路、及びIFフィルタ回路にも応用可能である。また、その
他の応用としては、基準振動子や電圧制御発振器(VCO)等にも応用可能である。
The configuration of the filter circuit according to the present embodiment is merely an example, the thin film piezoelectric resonators of the above-described embodiments and modifications are used, and the present invention is not limited to the ladder filter circuit illustrated in the present embodiment. The present invention can also be applied to ladder filter circuits, lattice filter circuits, duplexers using these, RF filter circuits, and IF filter circuits. As other applications, the present invention can also be applied to a reference vibrator, a voltage controlled oscillator (VCO), and the like.
以上、本発明に係る発明の形態を上記各実施例及びその変形例を用いて説明したが、こ
れらの実施例と変形例をそれぞれ組み合わせること、また、各実施例及び変形例に示した
構成に限られること無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各構成材料、各層の厚さ
及びパターン形状等を変更してもよいことは勿論である。
As mentioned above, although the form of the invention which concerns on this invention was demonstrated using the said each Example and its modification, it combines with each of these Examples and the modification, and it is the structure shown in each Example and the modification. Of course, each constituent material, the thickness of each layer, the pattern shape, and the like may be changed without departing from the scope of the present invention.
なお、実施例7の音響ミラー層を他の実施例及びその変形例の支持体全体に、あるいは
、支持体のうち圧電体共振部と基板とを接続する部分に用いることは勿論可能であり、そ
の際に音響ミラー層の周期数を適宜設計に応じて設定すればよい。
Of course, it is possible to use the acoustic mirror layer of Example 7 for the entire support of the other examples and its modifications, or for the part of the support that connects the piezoelectric resonator and the substrate. At that time, the number of periods of the acoustic mirror layer may be appropriately set according to the design.
1 基板、
2、41 犠牲層
3、81、82 支持体
3a、3c、81a 低音響インピーダンス層
3b、81b 高音響インピーダンス層
4 保護層
5 下部電極
6 圧電体膜
7 上部電極
8 上部電極保護層
9、62 エッチングビア
10 空洞部
11 圧電体共振部
12 積層体
31 トレンチ
40 窪み
51 密着層
71 熱酸化膜
72 開口部
101 梯子型フィルタ回路
102、103 入力端子
104、105 出力端子
1 substrate,
2, 41
Claims (9)
圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、前記基板上に離間し
て対向配置された積層体と、
環内に空洞部を有する環状構造に形成されて前記基板と前記圧電体共振部との間に配置さ
れ、前記空洞部上に前記圧電体共振部の大部分が配置され、少なくとも前記圧電体共振部
の端部の一部分と前記基板とを接続する部分を有する支持体と、を備え、
前記支持体のうち、前記圧電共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板及び
前記圧電体膜よりも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を少
なくとも含むことを特徴とする薄膜圧電共振器。 A substrate,
A piezoelectric body having a piezoelectric resonance part sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and a laminated body disposed oppositely on the substrate;
Formed in an annular structure having a cavity in the ring and disposed between the substrate and the piezoelectric resonator, and most of the piezoelectric resonator is disposed on the cavity, and at least the piezoelectric resonance A support having a part connecting a part of the end of the part and the substrate,
The portion of the support that connects the end of the piezoelectric resonator and the substrate includes at least a high acoustic impedance layer made of a material having an acoustic impedance higher than that of the substrate and the piezoelectric film. Thin film piezoelectric resonator.
圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、且つ前記圧電体共振
部の大部分が前記基板の空洞部上に配置され、前記圧電体共振部の端部の一部分が、少な
くとも前記基板に重畳配置されて前記基板に支持される積層体と、
少なくとも前記重畳部分の間に配置されて前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続す
る支持体と、を備え、
前記支持体のうち、前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板
及び前記圧電体膜よりも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
を少なくとも含むことを特徴とする薄膜圧電共振器。 An annular substrate having a cavity in the ring;
The piezoelectric film has a piezoelectric resonance part sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and most of the piezoelectric resonance part is disposed on the cavity of the substrate, and the end of the piezoelectric resonance part is A part of which is stacked on at least the substrate and supported by the substrate;
A support body that is disposed at least between the overlapping portions and connects an end of the piezoelectric resonator unit and the substrate;
Of the support, the portion connecting the end of the piezoelectric resonator and the substrate includes at least a high acoustic impedance layer made of a material having higher acoustic impedance than the substrate and the piezoelectric film. A thin film piezoelectric resonator.
請求項2に記載の薄膜圧電共振器。 The thin film piezoelectric resonator according to claim 2, wherein the support has an annular structure formed along an inner surface of the substrate.
ンス層よりも音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピ
ーダンス層を有し、前記圧電体共振部から前記基板に向かって、前記高音響インピーダン
ス層と、前記低音響インピーダンス層の二段構造に形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の薄膜圧電共振器。 The portion of the support that connects the piezoelectric resonator and the substrate has a low acoustic impedance layer made of a material having an acoustic impedance lower than that of the high acoustic impedance layer, and the piezoelectric resonator resonates from the substrate to the substrate. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the thin acoustic wave resonator is formed in a two-stage structure of the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer.
ることを特徴とする請求項4に記載の薄膜圧電共振器 5. The thin film piezoelectric resonator according to claim 4, wherein the low acoustic impedance layer is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon.
波数以下である設計周波数の音響波長の4分の1の厚さを有することを特徴とする請求項
1乃至5のいずれか1項に記載の薄膜圧電共振器。 The thickness of the high acoustic impedance layer has a thickness of a quarter of an acoustic wavelength of a design frequency that is greater than or equal to a resonance frequency of the piezoelectric resonator and less than or equal to an antiresonance frequency. 6. The thin film piezoelectric resonator according to any one of 5 above.
ンス層よりも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をさらに有
し、前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層を交互に重ねた音響ミラ
ー層からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の薄膜圧電共振器。 The portion of the support that connects the piezoelectric resonator and the substrate further includes a low acoustic impedance layer made of a material having an acoustic impedance lower than that of the high acoustic impedance layer, and the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer 4. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, comprising an acoustic mirror layer in which acoustic impedance layers are alternately stacked.
部の共振周波数以上で反共振周波数以下である設計周波数の音響波長の4分の1の厚さを
有することを特徴とする請求項7に記載の薄膜圧電共振器。 Each of the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer has a thickness of a quarter of an acoustic wavelength of a design frequency that is greater than or equal to a resonance frequency of the piezoelectric resonator and less than or equal to an antiresonance frequency. The thin film piezoelectric resonator according to claim 7.
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