JP2008306280A - Piezoelectric thin film device - Google Patents

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Masahiro Sakai
正宏 坂井
Yukihisa Osugi
幸久 大杉
Shoichiro Yamaguchi
省一郎 山口
Kazuyuki Mizuno
和幸 水野
Tomoyoshi Oi
知義 多井
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a piezoelectric thin film resonator from being affected by sub-resonance even if thickness of a piezoelectric thin film varies. <P>SOLUTION: The piezoelectric thin film resonator 1 has such a structure that a lower surface electrode 14 and an upper surface electrode 16 are formed on both principal planes of the piezoelectric thin film 15 supported by a support substrate 11 and are opposed to each other with the piezoelectric thin film 15 interposed therebetween. The upper surface electrode 16 which is made partially thicker by adding a conductor thin film 1602 to a conductor thin film 1601 has a distribution of thickness canceling a distribution of thickness of the piezoelectric thin film 15 in a free vibration region 192. When the upper surface electrode 16 having such a distribution of thickness is employed, the piezoelectric resonator is prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies and then hardly affected by sub-resonance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。   The present invention relates to a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators.

圧電薄膜共振子(FBAR;Film Bulk Acoustic Resonator)は、圧電体薄膜の両主面に電極膜を形成し、圧電体薄膜を挟んで電極膜を対向させた構造を有する。圧電薄膜共振子は、厚み縦振動や厚みすべり振動に由来する電気的な応答を利用した共振子となっている。したがって、圧電薄膜共振子の共振周波数は、圧電体薄膜の膜厚に依存する。   BACKGROUND ART A piezoelectric bulk acoustic resonator (FBAR) has a structure in which electrode films are formed on both main surfaces of a piezoelectric thin film, and the electrode films are opposed to each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween. The piezoelectric thin film resonator is a resonator using an electrical response derived from thickness longitudinal vibration or thickness shear vibration. Therefore, the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator depends on the film thickness of the piezoelectric thin film.

なお、特許文献1は、本願発明と関連する先行技術文献であり、電極膜の膜厚が均一ではない圧電薄膜共振子に言及している。   Patent Document 1 is a prior art document related to the present invention, and refers to a piezoelectric thin film resonator in which the film thickness of the electrode film is not uniform.

特開2007−006501号公報JP 2007-006501 A

しかし、圧電薄膜共振子は、異種の材料を積層した構造を有しているので、材料の熱膨張係数や格子定数の差に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合がある。また、圧電体薄膜に加工を加えた場合、加工により圧電体薄膜に生じた残留応力に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合もある。すなわち、圧電薄膜共振子には、圧電体薄膜を完全に平坦にすることが困難であり、圧電体薄膜の膜厚が変動することがあるという問題がある。そして、このような圧電体薄膜の膜厚の変動は、圧電薄膜共振子が複数の共振周波数で共振するようになる、すなわち、圧電薄膜共振子が希望しない副共振の影響を受けるようになるという問題を引き起こす。   However, since the piezoelectric thin film resonator has a structure in which different kinds of materials are laminated, the piezoelectric thin film may be warped due to the difference in thermal expansion coefficient or lattice constant of the material, or the piezoelectric thin film May be deformed. In addition, when processing is performed on the piezoelectric thin film, the piezoelectric thin film may be warped or the piezoelectric thin film may be deformed due to residual stress generated in the piezoelectric thin film by processing. . That is, the piezoelectric thin film resonator has a problem that it is difficult to completely flatten the piezoelectric thin film, and the film thickness of the piezoelectric thin film may vary. Such a variation in the film thickness of the piezoelectric thin film causes the piezoelectric thin film resonator to resonate at a plurality of resonance frequencies, that is, the piezoelectric thin film resonator is affected by unwanted sub-resonance. Cause problems.

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けないようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve this problem, and it is an object of the present invention to prevent the piezoelectric thin film resonator from being affected by sub-resonance even when the thickness of the piezoelectric thin film varies.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、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膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators, formed on both main surfaces of the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film, And a support substrate that supports a vibrating body in which the piezoelectric thin film and the electrode film are stacked, and the vibrating body is separated from the support substrate by a cavity. In the free vibration region, the electrode film has a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film.

請求項2の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項1に記載の圧電薄膜デバイスである。   The invention according to claim 2 is the electrode film according to claim 1, wherein the electrode film is formed by further processing a conductor thin film on a part of the conductor thin film having a uniform thickness in the free vibration region. A piezoelectric thin film device.

請求項3の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項1に記載の圧電薄膜デバイスである。   The invention according to claim 3 is the piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein the electrode film is formed by removing a part of a conductor thin film having a uniform film thickness in the free vibration region. .

請求項4の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する導電体の電極膜と、前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric thin film device including one or a plurality of piezoelectric thin film resonators, formed on both main surfaces of the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film, and sandwiching the piezoelectric thin film in an opposing region. An electrode film of a conductor facing each other, an additional film of an insulator formed on the electrode film, a support substrate that supports a vibrating body in which the piezoelectric thin film, the electrode film, and the additional film are stacked. And a laminated film of the electrode film and the additional film has a film thickness distribution that offsets the film thickness distribution of the piezoelectric thin film in a free vibration region where the vibrating body is separated from the support substrate by a cavity. is doing.

請求項5の発明は、前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。   A fifth aspect of the present invention is the piezoelectric thin film device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the facing region includes the free vibration region.

請求項6の発明は、前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの2倍以上の細長形状である請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。   The invention according to claim 6 is the piezoelectric according to any one of claims 1 to 4, wherein the planar shape of the facing region is an elongated shape whose length in the longitudinal direction is twice or more the length in the short direction. It is a thin film device.

本発明によれば、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けにくくなる。   According to the present invention, even if the film thickness of the piezoelectric thin film varies, the piezoelectric thin film resonator is not easily affected by sub-resonance.

請求項4又は請求項5の発明によれば、副共振をより強力に抑圧することができる。   According to the invention of claim 4 or claim 5, sub-resonance can be more strongly suppressed.

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。   In the following, a preferred embodiment of the piezoelectric thin film device of the present invention will be described using a single piezoelectric thin film resonator (FBAR) as an example. However, the embodiment described below does not mean that the piezoelectric thin film device of the present invention is limited to a single piezoelectric thin film resonator. That is, the piezoelectric thin film device in the present invention generally means all piezoelectric thin film devices including one or a plurality of piezoelectric thin film resonators, and an oscillator and a trap including a single piezoelectric thin film resonator. And filters including a plurality of piezoelectric thin film resonators, duplexers, triplexers, traps, and the like.

<1 第1実施形態>
<1.1 全体構造>
図1〜図3は、本発明の第1実施形態の圧電薄膜共振子1の模式図である。図1は、圧電薄膜共振子1の斜視図、図2は、圧電薄膜共振子1の平面図、図3は、図2のA-Aで示される切断線における圧電薄膜共振子1の断面図となっている。
<1 First Embodiment>
<1.1 Overall structure>
1 to 3 are schematic views of the piezoelectric thin film resonator 1 according to the first embodiment of the present invention. 1 is a perspective view of the piezoelectric thin film resonator 1, FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric thin film resonator 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 1 along a cutting line indicated by AA in FIG. ing.

図1〜図3に示すように、圧電薄膜共振子1は、支持基板11の上に、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16,17をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子1の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板195(後述)を除去加工することにより圧電体薄膜15を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜15は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子1の製造にあたっては、除去加工に先立って、キャビティ形成膜13及び下面電極14を形成した圧電体基板195を支持体となる支持基板11にあらかじめ接着している。   As shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric thin film resonator 1 includes an adhesive layer 12, a cavity forming film 13, a lower surface electrode 14, a piezoelectric thin film 15, and upper surface electrodes 16 and 17 in this order on a support substrate 11. It has a laminated structure. When the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured, the piezoelectric thin film 15 is obtained by removing a piezoelectric substrate 195 (described later) that can withstand its own weight, but the piezoelectric thin film 15 obtained by the removing process is single. I ca n’t stand my own weight. For this reason, when the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured, the piezoelectric substrate 195 on which the cavity forming film 13 and the lower surface electrode 14 are formed is bonded in advance to the support substrate 11 serving as a support prior to the removal processing.

<1.2 支持基板>
支持基板11は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板195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195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16,17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195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。
<1.2 Support substrate>
When the piezoelectric substrate 195 is removed during the manufacturing process of the piezoelectric thin film resonator 1, the support substrate 11 attaches the piezoelectric substrate 195 having the cavity forming film 13 and the lower surface electrode 14 formed on the lower surface via the adhesive layer 12. It has a role as a support to support. In addition, after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured, the support substrate 11 has the piezoelectric thin film 15 having the cavity forming film 13 and the lower surface electrode 14 formed on the lower surface and the upper surface electrodes 16 and 17 formed on the upper surface. It also has a role as a support body that supports via. Accordingly, the support substrate 11 is required to be able to withstand the force applied when the piezoelectric substrate 195 is removed, and not to decrease in strength even after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured.

支持基板11を構成する材料及び支持基板11の板厚は、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板11の材料を、圧電体薄膜15を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜15を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜15を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子1の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができ、圧電薄膜共振子1の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、支持基板11と圧電体薄膜15とで各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましく、支持基板11と圧電体薄膜15とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板11と圧電体薄膜15とで結晶方位を一致させることが望ましい。   The material constituting the support substrate 11 and the thickness of the support substrate 11 can be appropriately selected so as to satisfy such a requirement. However, the material of the support substrate 11 is a material having a thermal expansion coefficient close to that of the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15, more preferably a material having the same thermal expansion coefficient as the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15, for example, a piezoelectric body If the same material as the piezoelectric material constituting the thin film 15 is used, warping and breakage due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed during the manufacturing of the piezoelectric thin film resonator 1. Thus, characteristic fluctuations and breakage due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed. When a material having an anisotropic thermal expansion coefficient is used, it is desirable to consider that the thermal expansion coefficient in each direction is the same between the support substrate 11 and the piezoelectric thin film 15. When the same piezoelectric material is used for the body thin film 15, it is desirable that the crystal orientations of the support substrate 11 and the piezoelectric thin film 15 are matched.

<1.3 接着層>
接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板195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195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16,17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195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。
<1.3 Adhesive layer>
When the piezoelectric substrate 195 is removed during the manufacturing process of the piezoelectric thin film resonator 1, the adhesive layer 12 adheres and fixes the piezoelectric substrate 195 having the cavity forming film 13 and the lower surface electrode 14 formed on the lower surface to the support substrate 11. Have a role to play. In addition, the adhesive layer 12 includes the piezoelectric thin film 15 having the cavity forming film 13 and the lower surface electrode 14 formed on the lower surface and the upper surface electrodes 16 and 17 formed on the upper surface after the manufacture of the piezoelectric thin film resonator 1. It also has the role of adhering and fixing to. Therefore, the adhesive layer 12 is required to be able to withstand the force applied when the piezoelectric substrate 195 is removed and that the adhesive force does not decrease even after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured.

このような要請を満足する接着層12の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤(熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤)やアクリル接着剤(光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤)により形成された接着層12を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、支持基板11と圧電体基板195との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板195の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層12によって支持基板11と圧電体薄膜15とが接着固定されることを妨げるものではない。   Desirable examples of the adhesive layer 12 satisfying such requirements include an organic adhesive, preferably an epoxy adhesive having a filling effect and exhibiting sufficient adhesive force even if the object to be bonded is not completely flat ( Examples thereof include an adhesive layer 12 formed of an epoxy resin adhesive using thermosetting) and an acrylic adhesive (an acrylic resin adhesive using both photo-curing property and thermosetting property). By adopting such a resin, it is possible to prevent an unexpected gap from being generated between the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 195, and to prevent a crack or the like from being generated when the piezoelectric substrate 195 is removed by the void. It can be prevented. However, this does not prevent the support substrate 11 and the piezoelectric thin film 15 from being bonded and fixed by the other adhesive layer 12.

<1.4 キャビティ形成膜>
キャビティ形成膜13は、絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜13は、自由振動領域192の外側に形成され、自由振動領域192において下面電極14と圧電体薄膜15と上面電極16とを積層した振動体10を支持基板11から隔てるキャビティ(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、振動体10を支持基板11で支持しつつ、自由振動領域192において振動体10が支持基板11と干渉することを防止することができるようになる。キャビティ形成膜13を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素(SiO2)等の絶縁材料から選択することが望ましい。
<1.4 Cavity forming film>
The cavity forming film 13 is an insulator film obtained by forming an insulating material. The cavity forming film 13 is formed outside the free vibration region 192, and in the free vibration region 192, a cavity (cavity) that separates the vibrating body 10 in which the lower electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper electrode 16 are stacked from the support substrate 11. 135 is formed. The cavity forming film 13 having a role as a spacer can prevent the vibration body 10 from interfering with the support substrate 11 in the free vibration region 192 while supporting the vibration body 10 by the support substrate 11. become. The insulating material constituting the cavity forming film 13 is not particularly limited, but is preferably selected from insulating materials such as silicon dioxide (SiO 2 ).

<1.5 圧電体薄膜>
圧電体薄膜15は、圧電体基板195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195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。
<1.5 Piezoelectric thin film>
The piezoelectric thin film 15 is obtained by removing the piezoelectric substrate 195. More specifically, the piezoelectric thin film 15 removes the piezoelectric substrate 195 having a thickness that can withstand its own weight (for example, 50 μm or more) to a thickness that cannot withstand its own weight (for example, 10 μm or less). It is obtained by thinning by processing.

圧電体薄膜15を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶(SiO2)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、酸化亜鉛(ZnO)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)及びランガサイト(La3Ga3SiO14)等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜15を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜15の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上することができるからである。 As a piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15, a piezoelectric material having desired piezoelectric characteristics can be selected, but quartz (SiO 2 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), Select single crystal materials that do not contain grain boundaries such as lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), zinc oxide (ZnO), potassium niobate (KNbO 3 ) and langasite (La 3 Ga 3 SiO 14 ) It is desirable. This is because by using a single crystal material as the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15, the electromechanical coupling coefficient and the mechanical quality factor of the piezoelectric thin film 15 can be improved.

また、圧電体薄膜15における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜15における結晶方位は、圧電薄膜共振子1の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「0」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。   In addition, as the crystal orientation in the piezoelectric thin film 15, a crystal orientation having desired piezoelectric characteristics can be selected. Here, the crystal orientation in the piezoelectric thin film 15 is preferably a crystal orientation in which the temperature characteristics of the resonance frequency and antiresonance frequency of the piezoelectric thin film resonator 1 are favorable, and the crystal orientation in which the frequency temperature coefficient is “0”. Is more desirable.

圧電体基板195の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜15の品質を向上し、圧電薄膜共振子1の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板195を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板195を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板195に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板195を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子1の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜15の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子1の特性を向上することができる。   The removal processing of the piezoelectric substrate 195 is performed by mechanical processing such as cutting, grinding and polishing, and chemical processing such as etching. Here, if a plurality of removal processing methods are combined and the piezoelectric substrate is removed while switching the removal processing method step by step from the removal processing method with a high processing speed to the removal processing method with a small process alteration occurring on the processing target. The quality of the piezoelectric thin film 15 can be improved and the characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 can be improved while maintaining high productivity. For example, after performing polishing in which the piezoelectric substrate 195 is brought into contact with fixed abrasive grains and polishing in which the piezoelectric substrate 195 is brought into contact with loose abrasive grains are sequentially performed, a work-affected layer generated on the piezoelectric substrate 195 by the polishing. Is removed by finish polishing, the speed of cutting the piezoelectric substrate 195 can be increased, the productivity of the piezoelectric thin film resonator 1 can be improved, and the quality of the piezoelectric thin film 15 can be improved. The characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 can be improved.

このような圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜15をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜15を構成する圧電材料や圧電体薄膜15における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜15を構成する圧電材料や圧電体薄膜15における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子1では、所望の特性を実現することが容易になっている。   In such a piezoelectric thin film resonator 1, unlike the case where the piezoelectric thin film 15 is formed by sputtering or the like, the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15 and the crystal orientation in the piezoelectric thin film 15 are not restricted by the base. The degree of freedom in selecting the crystal orientation of the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 15 and the piezoelectric thin film 15 is high. Therefore, the piezoelectric thin film resonator 1 can easily achieve desired characteristics.

圧電体薄膜15には、圧電体薄膜15の下面と上面との間を貫通し、圧電体薄膜15を挟んで対向する下面電極14と上面電極17とを導通させるバイアホール155が形成されている。バイアホール155は、その内側面に成膜された導電体薄膜により下面電極14と上面電極17とを電気的に接続する。   A via hole 155 is formed in the piezoelectric thin film 15 so as to penetrate between the lower surface and the upper surface of the piezoelectric thin film 15 and connect the lower electrode 14 and the upper electrode 17 facing each other with the piezoelectric thin film 15 interposed therebetween. . The via hole 155 electrically connects the lower electrode 14 and the upper electrode 17 by a conductive thin film formed on the inner surface thereof.

圧電薄膜共振子1では、図3に示すように、圧電体薄膜15の上面はほぼ平坦となっているが、圧電体薄膜15の下面は自由振動領域192において下方に湾曲している。このため、圧電体薄膜15の膜厚は、自由振動領域192の周縁部から中心部へ向かって連続的に厚くなってゆく。このような膜厚の変動が生じるのは、キャビティ形成膜12が成膜されていない自由振動領域192とキャビティ形成膜12が成膜されている固定領域193とでは、圧電薄膜共振子1の製造途上において圧電体薄膜15に加わる応力が異なること等による。   In the piezoelectric thin film resonator 1, as shown in FIG. 3, the upper surface of the piezoelectric thin film 15 is substantially flat, but the lower surface of the piezoelectric thin film 15 is curved downward in the free vibration region 192. For this reason, the film thickness of the piezoelectric thin film 15 increases continuously from the peripheral edge of the free vibration region 192 toward the center. Such a film thickness variation is caused by the production of the piezoelectric thin film resonator 1 between the free vibration region 192 where the cavity forming film 12 is not formed and the fixed region 193 where the cavity forming film 12 is formed. This is because the stress applied to the piezoelectric thin film 15 is different during the process.

<1.6 下面電極及び上面電極>
下面電極14及び上面電極16,17は、それぞれ、圧電体薄膜15の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。
<1.6 Bottom electrode and top electrode>
The lower surface electrode 14 and the upper surface electrodes 16 and 17 are conductor thin films formed by depositing a conductive material on the lower surface and the upper surface of the piezoelectric thin film 15, respectively.

下面電極14及び上面電極16,17を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、金(Au)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)及びタンタル(Ta)等の金属から選択することが望ましい。もちろん、下面電極14及び上面電極16,17を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、下面電極14及び上面電極16,17を形成してもよい。   The conductive material constituting the lower surface electrode 14 and the upper surface electrodes 16 and 17 is not particularly limited, but aluminum (Al), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr) It is desirable to select from metals such as nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), ruthenium (Ru), iridium (Ir) and tantalum (Ta). Of course, an alloy may be used as the conductive material constituting the lower surface electrode 14 and the upper surface electrodes 16 and 17. Further, the lower electrode 14 and the upper electrodes 16 and 17 may be formed by stacking a plurality of kinds of conductive materials.

下面電極14の一部を占める細長矩形の駆動部141と、上面電極16の一部を占める細長矩形の駆動部161とは、対向領域191において、圧電体薄膜15を挟んで対向している。下面電極14の駆動部141を除く残余を占める給電部142は、バイアホール155によって、上面電極17に接続されている。   The elongated rectangular drive unit 141 occupying a part of the lower surface electrode 14 and the elongated rectangular drive unit 161 occupying a part of the upper surface electrode 16 are opposed to each other with the piezoelectric thin film 15 interposed therebetween in the facing region 191. The power feeding portion 142 occupying the remainder of the lower surface electrode 14 excluding the driving portion 141 is connected to the upper surface electrode 17 by a via hole 155.

駆動部141及び駆動部161の平面形状を細長形状にしたのは、副共振をより強力に抑制するためである。ここで、「細長形状」とは、駆動部141及び駆動部161の長手方向の長さ(矩形の長辺や楕円形の長軸等の長さ)が短手方向の長さ(矩形の短辺や楕円形の短軸等の長さ)の2倍以上、望ましくは4倍以上、さらに望ましくは10倍以上である平面形状をいう。ただし、このことは、平面形状が細長形状でない駆動部141及び駆動部161を採用することを妨げない。   The reason why the planar shapes of the drive unit 141 and the drive unit 161 are elongated is to suppress sub-resonance more strongly. Here, the “elongated shape” means that the length in the longitudinal direction of the drive unit 141 and the drive unit 161 (the length of the long side of the rectangle, the major axis of the ellipse, etc.) is the length in the short direction (the rectangular short shape). (A length of a side or an elliptical short axis) is a planar shape that is 2 times or more, preferably 4 times or more, and more preferably 10 times or more. However, this does not prevent the driving unit 141 and the driving unit 161 from having a planar shape that is not an elongated shape.

このような下面電極14及び上面電極16,17により、圧電薄膜共振子1では、外部に露出している、上面電極16の駆動部161を除く残余を占める給電部162と上面電極17とに励振信号が印加されると、下面電極14の駆動部141と上面電極16の駆動部161とに励振信号が印加され、自由振動領域192に振動が励振される。これにより、圧電薄膜共振子1は、厚み縦振動又は厚みすべり振動を利用したエネルギー閉じ込め型の共振子として機能する。   By the lower surface electrode 14 and the upper surface electrodes 16 and 17, the piezoelectric thin film resonator 1 excites the power supply portion 162 and the upper surface electrode 17 that are exposed to the outside and occupy the remainder excluding the driving portion 161 of the upper surface electrode 16. When a signal is applied, an excitation signal is applied to the drive unit 141 of the lower surface electrode 14 and the drive unit 161 of the upper surface electrode 16, and vibration is excited in the free vibration region 192. Thereby, the piezoelectric thin film resonator 1 functions as an energy confinement type resonator using thickness longitudinal vibration or thickness shear vibration.

なお、圧電薄膜共振子1では、対向領域191が自由振動領域192を内包するようにしている。このように、対向領域191の周縁部が接着層12及びキャビティ形成膜13を介して支持基板11に固定されるようにすると、圧電薄膜共振子1の副共振をより強力に抑制することができる。ただし、このことは、自由振動領域192が対向領域191を内包するようにすることを妨げない。   In the piezoelectric thin film resonator 1, the facing region 191 includes the free vibration region 192. As described above, when the peripheral portion of the facing region 191 is fixed to the support substrate 11 via the adhesive layer 12 and the cavity forming film 13, the sub-resonance of the piezoelectric thin film resonator 1 can be more strongly suppressed. . However, this does not prevent the free vibration region 192 from including the opposing region 191.

図3に示すように、上面電極16は、自由振動領域192において、均一な膜厚の導電体薄膜1601の一部にさらに導電体薄膜1602を付加加工することにより形成されている。導電体薄膜1602は、圧電体薄膜15の膜厚が薄くなる自由振動領域192の周縁部に付加されている。導電体薄膜1601を構成する導電材料と導電体薄膜1602を構成する導電材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、ウェットエッチングを利用してフォトリソグラフィプロセスにより上面電極16を形成する場合は、選択的なエッチングを行う必要があるので、導電体薄膜1601と導電体薄膜1602とを異なる導電材料で構成することが望ましい。   As shown in FIG. 3, the upper surface electrode 16 is formed by additionally processing the conductor thin film 1602 on a part of the conductor thin film 1601 having a uniform thickness in the free vibration region 192. The conductor thin film 1602 is added to the periphery of the free vibration region 192 where the film thickness of the piezoelectric thin film 15 is reduced. The conductive material constituting the conductor thin film 1601 and the conductive material constituting the conductor thin film 1602 may be the same or different. However, when the top electrode 16 is formed by photolithography using wet etching, it is necessary to perform selective etching. Therefore, the conductive thin film 1601 and the conductive thin film 1602 are formed of different conductive materials. Is desirable.

このように、導電体薄膜1601に導電体薄膜1602を付加加工して部分的に膜厚を厚くした上面電極16は、自由振動領域192において圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有するようになる。このような膜厚の分布を有する上面電極16を採用すれば、圧電薄膜共振子1が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子1が副共振(スプリアス)の影響を受けにくくなる。   As described above, the upper surface electrode 16 obtained by additionally processing the conductive thin film 1602 on the conductive thin film 1601 and partially thickening the film thickness cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15 in the free vibration region 192. Having a distribution of If the upper surface electrode 16 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 1 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 1 has sub-resonance (spurious). Less affected.

なお、圧電体薄膜15の膜厚が連続的に変化する場合は、上面電極16の膜厚も連続的に変化させること、すなわち、圧電体薄膜15の膜厚が連続的に厚くなるにつれて上面電極16の膜厚が連続的に薄くなるようにすることが最も望ましいが、図3に示すように、上面電極16の膜厚を段階的に変化させるだけでも実用的な副共振の抑制効果を得ることができる。もちろん、膜厚を2段階に変化させることは必須ではなく、3段階以上に変化させてもよい。このように膜厚が段階的に変化する上面電極16は、膜厚が連続的に変化するものよりも容易に形成することができる。   When the film thickness of the piezoelectric thin film 15 changes continuously, the film thickness of the upper surface electrode 16 is also changed continuously, that is, as the film thickness of the piezoelectric thin film 15 increases continuously, the upper surface electrode Although it is most desirable that the film thickness of 16 is continuously reduced, as shown in FIG. 3, a practical effect of suppressing sub-resonance can be obtained only by changing the film thickness of the upper surface electrode 16 stepwise. be able to. Of course, it is not essential to change the film thickness in two steps, and it may be changed in three or more steps. Thus, the upper surface electrode 16 whose film thickness changes stepwise can be formed more easily than that whose film thickness changes continuously.

また、自由振動領域192において圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極15を形成することに代えて、又は、自由振動領域192において圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極15を形成することに加えて、自由振動領域192において圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する下面電極14を形成してもよい。   Further, instead of forming the upper surface electrode 15 having a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15 in the free vibration region 192, or in the free vibration region 192, the film thickness of the piezoelectric thin film 15. In addition to forming the upper surface electrode 15 having a film thickness distribution that cancels the distribution of the piezoelectric material, the lower surface electrode 14 having a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15 in the free vibration region 192 is formed. May be.

<1.7 膜厚の分布に関する基本的な考え方>
厚さ方向に分極された膜状の圧電体15aの下面及び上面にそれぞれ膜状の下面電極14a及び上面電極16aを形成した図4の断面図に示す縦効果振動子1aは、図5の回路図に示す等価回路1bでモデリングすることができ、縦効果振動子1aのインピーダンスは、電気ポート153bのインピーダンスとして表すことができる。このモデリングは、周知のメイソンの手法によるものである。
<1.7 Basic concept on film thickness distribution>
The longitudinal effect vibrator 1a shown in the cross-sectional view of FIG. 4 in which the film-like lower surface electrode 14a and the upper surface electrode 16a are formed on the lower and upper surfaces of the film-like piezoelectric body 15a polarized in the thickness direction, respectively, is the circuit of FIG. The equivalent circuit 1b shown in the figure can be modeled, and the impedance of the longitudinal effect vibrator 1a can be expressed as the impedance of the electrical port 153b. This modeling is based on the well-known Mason technique.

等価回路1bは、膜厚を無視できる電極を両主面に形成した圧電体15aをモデリングした3ポート等価回路15bと、下面電極14aをモデリングした2ポート等価回路14bと、上面電極16aをモデリングした2ポート等価回路16bとの結合とみなすことができる。   The equivalent circuit 1b models a three-port equivalent circuit 15b that models a piezoelectric body 15a in which electrodes with negligible film thickness are formed on both main surfaces, a two-port equivalent circuit 14b that models a lower surface electrode 14a, and an upper surface electrode 16a. It can be regarded as coupling with the 2-port equivalent circuit 16b.

3ポート等価回路15bは2個の機械ポート151b,152bと1個の電気ポート153bとを備え、2ポート等価回路14bは2個の機械ポート141b,142bを備え、2ポート等価回路16bは2個の機械ポート161b,162bを備える。3ポート等価回路15bの機械ポート151bは2ポート等価回路14bの機械ポート142bと接続され、3ポート等価回路15bの機械ポート152bは、2ポート等価回路16bの機械ポート161bと接続されている。また、2ポート等価回路14bの機械ポート141bは、下面電極14aの下方の媒質が音響インピーダンスを実質的に0とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。2ポート等価回路16bの機械ポート162bも、上面電極16aの上方の媒質が音響インピーダンスを実質的に0とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。   The three-port equivalent circuit 15b includes two mechanical ports 151b and 152b and one electric port 153b. The two-port equivalent circuit 14b includes two mechanical ports 141b and 142b, and two two-port equivalent circuits 16b. Machine ports 161b and 162b. The mechanical port 151b of the 3-port equivalent circuit 15b is connected to the mechanical port 142b of the 2-port equivalent circuit 14b, and the mechanical port 152b of the 3-port equivalent circuit 15b is connected to the mechanical port 161b of the 2-port equivalent circuit 16b. Further, the mechanical port 141b of the 2-port equivalent circuit 14b is short-circuited reflecting that the medium below the lower surface electrode 14a is air whose acoustic impedance can be regarded as substantially zero. The mechanical port 162b of the two-port equivalent circuit 16b is also short-circuited reflecting that the medium above the upper surface electrode 16a is air whose acoustic impedance can be regarded as substantially zero.

3ポート等価回路15bは、T型に接続されたリアクタンス素子154b,155b,156bを備える。リアクタンス素子154bの一端とリアクタンス素子155bの一端とリアクタンス素子156bの一端とは接続されている。リアクタンス154bの他端は、理想トランス157bの2次側を介して、機械ポート151bの接地端及び機械ポート152bの接地端に接続されている。リアクタンス素子155bの他端は、機械ポート151bの信号端に接続されている。リアクタンス素子156bの他端は、機械ポート152bの信号端に接続されている。また、3ポート等価回路15bは、逆L型に接続された容量素子158b及び負性容量素子159bを備える。容量素子158bの一端は電気ポート153bの信号端に接続され、容量素子158bの他端は電気ポート153bの接地端及び理想トランス157bの1次側の一端に接続される。負性容量素子159bの一端は電気ポート153bの信号端に接続され、負性容量素子159bの他端は理想トランス157bの他端に接続される。   The 3-port equivalent circuit 15b includes reactance elements 154b, 155b, and 156b connected in a T shape. One end of the reactance element 154b, one end of the reactance element 155b, and one end of the reactance element 156b are connected. The other end of the reactance 154b is connected to the ground end of the machine port 151b and the ground end of the machine port 152b via the secondary side of the ideal transformer 157b. The other end of the reactance element 155b is connected to the signal end of the mechanical port 151b. The other end of the reactance element 156b is connected to the signal end of the mechanical port 152b. The 3-port equivalent circuit 15b includes a capacitive element 158b and a negative capacitive element 159b connected in an inverted L shape. One end of the capacitive element 158b is connected to the signal end of the electrical port 153b, and the other end of the capacitive element 158b is connected to the ground end of the electrical port 153b and one end on the primary side of the ideal transformer 157b. One end of the negative capacitive element 159b is connected to the signal end of the electrical port 153b, and the other end of the negative capacitive element 159b is connected to the other end of the ideal transformer 157b.

リアクタンス素子154bのインピーダンスZa1及びリアクタンス素子155b、156bのインピーダンスZb1は、圧電体15aの面積S1、圧電体15aの膜厚L1、圧電体15aの中における音速ν1、圧電体15aの密度ρ1、角周波数ω(=2πf)を用いて、それぞれ、式1及び式2で表される。 Impedance Z a1 and reactance element 155b of the reactance element 154b, the impedance Z b1 of 156b, the area of the piezoelectric body 15a S 1, the thickness L 1 of the piezoelectric 15a, acoustic velocity [nu 1 in in a piezoelectric body 15a, the piezoelectric 15a Using the density ρ 1 and the angular frequency ω (= 2πf), they are expressed by Expression 1 and Expression 2, respectively.

Figure 2008306280
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Figure 2008306280
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また、2ポート等価回路14bは、T型に接続されたリアクタンス素子144b,145b,146bを備える。リアクタンス素子144bの一端とリアクタンス素子145bの一端とリアクタンス素子146bの一端とは接続されている。リアクタンス素子144bの他端は、機械ポート141bの接地端及び機械ポート142bの接地端に接続されている。リアクタンス素子145bの他端は、機械ポート141bの信号端に接続されている。リアクタンス素子146bの他端は、機械ポート142bの信号端に接続されている。リアクタンス素子144bのインピーダンスZa2及びリアクタンス素子145b,146bのインピーダンスZb2は、下面電極14aの面積S2、下面電極14aの膜厚L2、下面電極14aの中における音速ν2、下面電極14aの密度ρ2、角周波数ωを用いて、それぞれ、式3及び式4で表される。 The 2-port equivalent circuit 14b includes reactance elements 144b, 145b, and 146b connected in a T shape. One end of the reactance element 144b, one end of the reactance element 145b, and one end of the reactance element 146b are connected. The other end of the reactance element 144b is connected to the ground end of the mechanical port 141b and the ground end of the mechanical port 142b. The other end of the reactance element 145b is connected to the signal end of the mechanical port 141b. The other end of the reactance element 146b is connected to the signal end of the mechanical port 142b. The impedance Z a2 of the reactance element 144b and the impedance Z b2 of the reactance elements 145b and 146b are the area S 2 of the lower surface electrode 14a, the film thickness L 2 of the lower surface electrode 14a, the sound velocity ν 2 in the lower surface electrode 14a, and the lower surface electrode 14a. Using the density ρ 2 and the angular frequency ω, they are expressed by Expression 3 and Expression 4, respectively.

Figure 2008306280
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Figure 2008306280
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同様に、2ポート等価回路16bは、T型に接続されたリアクタンス素子164b,165b,166bを備える。リアクタンス素子164bの一端とリアクタンス素子165bの一端とリアクタンス素子166bの一端とは接続されている。リアクタンス164bの他端は、機械ポート161bの接地端及び機械ポート162bの接地端に接続されている。リアクタンス素子165bの他端は、機械ポート161bの信号端に接続されている。リアクタンス素子166bの他端は、機械ポート162bの信号端に接続されている。リアクタンス素子164bのインピーダンスZa3及びリアクタンス素子165b,166bのインピーダンスZb3は、上面電極16aの面積S3、上面電極16aの膜厚L3、上面電極16aの中における音速ν3、上面電極16aの密度ρ3、角周波数ωを用いて、それぞれ、式5及び式6で表される。 Similarly, the 2-port equivalent circuit 16b includes reactance elements 164b, 165b, and 166b connected in a T shape. One end of the reactance element 164b, one end of the reactance element 165b, and one end of the reactance element 166b are connected. The other end of the reactance 164b is connected to the ground end of the machine port 161b and the ground end of the machine port 162b. The other end of the reactance element 165b is connected to the signal end of the mechanical port 161b. The other end of the reactance element 166b is connected to the signal end of the mechanical port 162b. The impedance Z a3 of the reactance element 164b and the impedance Z b3 of the reactance elements 165b and 166b are the area S 3 of the upper surface electrode 16a, the film thickness L 3 of the upper surface electrode 16a, the speed of sound ν 3 in the upper surface electrode 16a, and the upper surface electrode 16a. Using the density ρ 3 and the angular frequency ω, they are expressed by Expression 5 and Expression 6, respectively.

Figure 2008306280
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Figure 2008306280
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したがって、理想トランス157bの変成比をnとすれば、理想トランス157bの1次側からみたアドミタンスは式7で表され、電気ポート153bからみたアドミタンスYは、容量素子158bのキャパシタンスCdを用いて式8で表される。 Therefore, if the transformation ratio of the ideal transformer 157b is n, the admittance viewed from the primary side of the ideal transformer 157b is expressed by Equation 7, and the admittance Y viewed from the electrical port 153b is obtained by using the capacitance C d of the capacitive element 158b. It is represented by Formula 8.

Figure 2008306280
Figure 2008306280

Figure 2008306280
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ここで、電気ポート153bからみたインピーダンスは共振周波数frにおいて「0」となるので、共振周波数frは、式8の分母を0として得られた式を周波数fについて解けば得ることができ、共振周波数frは、膜厚L1,L2,L3の関数として、式9で表される。 Here, the impedance viewed from the electrical port 153b is "0" at the resonant frequency f r, the resonance frequency f r can be obtained by solving the resulting equation the denominator of Equation 8 as 0 for the frequency f, The resonance frequency fr is expressed by Equation 9 as a function of the film thicknesses L 1 , L 2 , and L 3 .

Figure 2008306280
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式9からわかるように、自由振動領域192において下面電極14の膜厚及び上面電極16の膜厚が一定のまま圧電体15の膜厚が増減すれば、自由振動領域192において共振周波数も変動するが、自由振動領域192において圧電体15の膜厚の増減に応じて下面電極14の膜厚や上面電極16の膜厚を減増すれば自由振動領域192における共振周波数の変動を小さくすることができ、副共振を抑制することができる。例えば、自由振動領域192をn個の領域Ri(n=1,2,・・・,n)に分割し、式9により特定される領域Riの共振周波数friの偏差が小さくなるように、領域Riの各々における下面電極14や上面電極16の膜厚を減増すれば、副共振を抑制することができる。 As can be seen from Equation 9, if the film thickness of the piezoelectric body 15 increases or decreases while the film thickness of the lower electrode 14 and the film thickness of the upper electrode 16 are constant in the free vibration region 192, the resonance frequency also varies in the free vibration region 192. However, if the film thickness of the lower electrode 14 and the film thickness of the upper electrode 16 are decreased in accordance with the increase or decrease of the film thickness of the piezoelectric body 15 in the free vibration region 192, the fluctuation of the resonance frequency in the free vibration region 192 can be reduced. And sub-resonance can be suppressed. For example, the free vibration region 192 is divided into n regions R i (n = 1, 2,..., N) so that the deviation of the resonance frequency f ri of the region R i specified by Equation 9 becomes small. to, if an increase of decrease the thickness of the lower electrode 14 and upper electrode 16 in each of the regions R i, a secondary resonance can be suppressed.

なお、容量素子158bのキャパシタンスCdは、圧電体15aの誘電率ε33 、圧電体15aの面積S1、圧電体15aの板厚L1を用いて式10で表され、理想トランス157bの変成比nは、圧電体15aの圧電定数e33 、圧電体15aの面積S1、圧電体15aの板厚L1を用いて式11で表される。 The capacitance C d of the capacitive element 158b is expressed by Equation 10 using the dielectric constant ε 33 of the piezoelectric body 15a, the area S 1 of the piezoelectric body 15a, and the plate thickness L 1 of the piezoelectric body 15a, and the transformation of the ideal transformer 157b. The ratio n is expressed by Equation 11 using the piezoelectric constant e 33 of the piezoelectric body 15a, the area S 1 of the piezoelectric body 15a, and the plate thickness L 1 of the piezoelectric body 15a.

Figure 2008306280
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Figure 2008306280
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<1.8 製造方法>
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を構成する導電材料としてモリブデン、上面電極16を構成する導電材料として金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195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、支持基板の上に下面電極、圧電体薄膜及び上面電極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。
<1.8 Manufacturing method>
Subsequently, lithium niobate single crystal as the piezoelectric material constituting the support substrate 11 and the piezoelectric thin film 15, epoxy adhesive as the material constituting the adhesive layer 12, silicon dioxide as the insulating material constituting the cavity forming film 13, lower surface A method for manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1 will be described by taking as an example the case where molybdenum is used as the conductive material constituting the electrode 14 and gold is used as the conductive material constituting the upper surface electrode 16. However, the manufacturing method described below is merely an example, and does not prevent the material from being changed according to desired characteristics. Further, it is not essential to obtain the piezoelectric thin film 15 by removing the piezoelectric substrate 195. As is conventionally done, the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode are added on the support substrate by sputtering or the like. The piezoelectric thin film resonator 1 may be manufactured by sequentially forming films by processing.

なお、以下で説明する製造方法においては、圧電薄膜共振子1は、製造原価の低減のために、多数(典型的には、数100個〜数1000個)の圧電薄膜共振子1を一体化したマザー基板を作製した後に、当該マザー基板をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子1へ分離することによって得られている。   In the manufacturing method described below, the piezoelectric thin film resonator 1 is formed by integrating a large number (typically several hundred to several thousand) of piezoelectric thin film resonators 1 in order to reduce the manufacturing cost. After the mother substrate is manufactured, the mother substrate is cut with a dicing saw and separated into individual piezoelectric thin film resonators 1.

以下では、便宜上、当該マザー基板に含まれる1個の圧電薄膜共振子1に着目して説明を進めるが、マザー基板に含まれる他の圧電薄膜共振子1も着目した圧電薄膜共振子1と同時平行して製造されている。   In the following, for the sake of convenience, the description will be given focusing on one piezoelectric thin film resonator 1 included in the mother substrate, but other piezoelectric thin film resonators 1 included in the mother substrate are also simultaneously focused on the piezoelectric thin film resonator 1 focused on. Manufactured in parallel.

圧電薄膜共振子1の製造にあたっては、最初に、圧電体基板195の下面の全面にモリブデン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、下面電極14を得る(図6)。   In manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1, first, a molybdenum film is formed on the entire lower surface of the piezoelectric substrate 195 by sputtering, and patterning is performed using a general photolithography process to obtain the lower electrode 14 ( FIG. 6).

続いて、圧電体基板195の下面の全面に二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、キャビティ形成膜13を形成する(図7)。   Subsequently, a silicon dioxide film is formed on the entire lower surface of the piezoelectric substrate 195 by sputtering, and patterning is performed using a general photolithography process to form the cavity forming film 13 (FIG. 7).

さらに続いて、支持基板11の上面に接着層12となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板11の上面と、下面電極14及びキャビティ形成膜13が形成された圧電体基板195の下面とを張り合わせる。そして、支持基板11及び圧電体基板195に圧力を印加してプレス圧着を行う。しかる後に、エポキシ接着剤を硬化させ、支持基板11と圧電体基板195を接着する(図8)。   Subsequently, an epoxy adhesive serving as the adhesive layer 12 is applied to the upper surface of the support substrate 11, and the upper surface of the support substrate 11 is bonded to the lower surface of the piezoelectric substrate 195 on which the lower electrode 14 and the cavity forming film 13 are formed. The Then, pressure is applied to the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 195 to perform press-bonding. Thereafter, the epoxy adhesive is cured to bond the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 195 (FIG. 8).

支持基板11と圧電体基板195との接着が完了した後、圧電体基板195を支持基板11に接着した状態を維持したまま、支持基板11の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板195の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板195を薄肉化する。さらに、圧電体基板195の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板195をさらに薄肉化する。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板195に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板195の仕上げ研磨を行い、所望の膜厚の圧電体薄膜15を得る(図9)。なお、図9には、圧電体基板195を除去加工して圧電体薄膜15を得た際に圧電体薄膜15の膜厚の変動が生じた状態が示されている。ただし、他の工程において圧電体薄膜15の膜厚の変動が生じることもありうる。   After the bonding between the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 195 is completed, the lower surface of the support substrate 11 is bonded and fixed to the polishing jig while maintaining the state where the piezoelectric substrate 195 is bonded to the support substrate 11. The upper surface of 195 is ground with a fixed abrasive grinder to thin the piezoelectric substrate 195. Further, the upper surface of the piezoelectric substrate 195 is polished with diamond abrasive grains, so that the piezoelectric substrate 195 is further thinned. Finally, in order to remove the work-affected layer generated on the piezoelectric substrate 195 by polishing with diamond abrasive grains, the piezoelectric substrate 195 is subjected to final polishing using loose abrasive grains and a non-woven cloth polishing pad. A piezoelectric thin film 15 having a thickness of 5 is obtained (FIG. 9). FIG. 9 shows a state in which the thickness of the piezoelectric thin film 15 varies when the piezoelectric thin film 15 is obtained by removing the piezoelectric substrate 195. However, the film thickness of the piezoelectric thin film 15 may vary in other processes.

次に、圧電体薄膜15の上面(研磨面)を有機溶剤で洗浄し、クロム膜と金膜とを圧電体薄膜15の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜15の、バイアホール155を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスク196を得る(図10)。   Next, the upper surface (polished surface) of the piezoelectric thin film 15 is washed with an organic solvent, and a chromium film and a gold film are sequentially formed on the upper surface of the piezoelectric thin film 15, and the obtained laminated film is formed by general photolithography. By patterning using a process, an etching mask 196 is obtained in which only the portion of the piezoelectric thin film 15 where the via hole 155 is to be formed is exposed (FIG. 10).

エッチングマスク196の形成後、加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜15のエッチングを行い、圧電体薄膜15の上面と下面との間を貫通するバイアホール155を形成して下面電極14を露出させるとともに、エッチングマスク196をエッチングにより除去する(図11)。   After the etching mask 196 is formed, the piezoelectric thin film 15 is etched with heated buffered hydrofluoric acid to form a via hole 155 that penetrates between the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film 15 to expose the lower electrode 14. At the same time, the etching mask 196 is removed by etching (FIG. 11).

そして、圧電体薄膜15の上面の全面に金膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極16の下層の導電体薄膜1601及び上面電極17を得る(図12)。このとき、バイアホール155の内側面にも導電体薄膜が形成されるので、下面電極14と上面電極17との導通が確保される。   Then, a gold film is formed on the entire upper surface of the piezoelectric thin film 15 by sputtering, and patterning is performed using a general photolithography process to obtain the conductive thin film 1601 and the upper electrode 17 below the upper electrode 16 ( FIG. 12). At this time, since the conductive thin film is also formed on the inner side surface of the via hole 155, conduction between the lower surface electrode 14 and the upper surface electrode 17 is ensured.

さらに、導電体薄膜1601が形成された圧電体薄膜15の上面に金膜をスパッタリングにより成膜し、上面電極16の上層の導電体薄膜1602を得る。これにより、圧電薄膜共振子1が製造されたことになる(図3)。   Further, a gold film is formed by sputtering on the upper surface of the piezoelectric thin film 15 on which the conductive thin film 1601 is formed, and an upper conductive thin film 1602 on the upper surface electrode 16 is obtained. Thus, the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured (FIG. 3).

<1.9 副共振の抑制効果>
図13は、駆動部141,161の平面形状を縦200μm×横25μmの矩形、導電体薄膜1602の幅を3μm、導電体薄膜1602の膜厚を0.087μmとした圧電薄膜共振子1の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図14は、導電体薄膜1602が付加されていない点以外は当該圧電薄膜共振1と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図13及び図14からは、導電体薄膜1602を付加し、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極16に与えることにより、共振周波数より周波数が高い副共振を抑制できることがわかる。
<1.9 Sub-resonance suppression effect>
FIG. 13 shows the frequency of the piezoelectric thin film resonator 1 in which the driving units 141 and 161 have a planar shape of 200 μm long × 25 μm wide, the conductive thin film 1602 has a width of 3 μm, and the conductive thin film 1602 has a thickness of 0.087 μm. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the impedance-characteristic, and FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the frequency-impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator equivalent to the piezoelectric thin film resonance 1 except that the conductive thin film 1602 is not added. is there. From FIG. 13 and FIG. 14, by adding a conductive thin film 1602 and giving the upper surface electrode 16 a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15, a sub-resonance having a frequency higher than the resonance frequency is obtained. It turns out that it can suppress.

<2 第2実施形態>
図15は、本発明の第2実施形態の圧電薄膜共振子2の模式図である。図15は、圧電薄膜共振子2の断面図となっている。
<2 Second Embodiment>
FIG. 15 is a schematic diagram of the piezoelectric thin film resonator 2 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 15 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 2.

図15に示すように、圧電薄膜共振子2は、支持基板21の上に、接着層22、キャビティ形成膜23、下面電極24、圧電体薄膜25及び上面電極26をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子2は、上面電極26を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板21、接着層22、キャビティ形成膜23、下面電極24、圧電体薄膜25及び上面電極26は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 15, the piezoelectric thin film resonator 2 has a structure in which an adhesive layer 22, a cavity forming film 23, a lower surface electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and an upper surface electrode 26 are laminated in this order on a support substrate 21. Have. The piezoelectric thin film resonator 2 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the upper surface electrode 26, and includes a support substrate 21, an adhesive layer 22, a cavity forming film 23, a lower surface electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and The upper surface electrode 26 corresponds to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively.

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子2との相違は、圧電薄膜共振子1では、均一な膜厚の導電体薄膜1601の一部にさらに導電体薄膜1602を付加加工することにより、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子2では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して溝265を形成することにより、自由振動領域292において圧電体薄膜25の膜厚の分布を相殺する上面電極26の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子2では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜25の膜厚が厚くなる自由振動領域292の中心部をレーザ加工やイオンビーム(IB)加工等で除去加工することにより、上面電極26を形成している。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 2 is that the piezoelectric thin film resonator 1 is obtained by further processing the conductive thin film 1602 on a part of the conductive thin film 1601 having a uniform film thickness, thereby forming a piezoelectric body. In contrast to the film thickness distribution of the upper surface electrode 16 that cancels out the film thickness distribution of the thin film 15, the piezoelectric thin film resonator 2 removes a part of the conductor thin film having a uniform film thickness. By forming the groove 265, the film thickness distribution of the upper surface electrode 26 that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 25 in the free vibration region 292 is obtained. Specifically, in the piezoelectric thin film resonator 2, a conductive thin film having a uniform thickness is formed, and the central portion of the free vibration region 292 where the thickness of the piezoelectric thin film 25 is increased is processed by laser processing or ion beam (IB). ) The upper surface electrode 26 is formed by removal processing or the like.

このような膜厚の分布を有する上面電極26を採用しても、圧電薄膜共振子2が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子2が副共振の影響を受けにくくなる。   Even when the upper surface electrode 26 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 2 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies. It becomes difficult to receive.

<3 第3実施形態>
図16は、本発明の第3実施形態の圧電薄膜共振子3の模式図である。図16は、圧電薄膜共振子3の断面図となっている。
<3 Third Embodiment>
FIG. 16 is a schematic diagram of the piezoelectric thin film resonator 3 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 3.

図16に示すように、圧電薄膜共振子3は、支持基板31の上に、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極34、圧電体薄膜35及び上面電極36をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子3は、圧電体薄膜35、上面電極36を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極34、圧電体薄膜35及び上面電極36は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 16, the piezoelectric thin film resonator 3 has a structure in which an adhesive layer 32, a cavity forming film 33, a lower surface electrode 34, a piezoelectric thin film 35, and an upper surface electrode 36 are laminated in this order on a support substrate 31. Have. The piezoelectric thin film resonator 3 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the piezoelectric thin film 35 and the upper surface electrode 36, and includes a support substrate 31, an adhesive layer 32, a cavity forming film 33, a lower surface electrode 34, The piezoelectric thin film 35 and the upper surface electrode 36 correspond to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively. Yes.

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子3との相違は、圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜15の下面が自由振動領域192において下方に湾曲しており、圧電体薄膜15の膜厚が薄くなる自由振動領域192の周縁部に導電体薄膜1602を付加し、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子3では、圧電体薄膜35の下面が自由振動領域392において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜3601の上に重ねて、圧電体薄膜35の膜厚が薄くなる自由振動領域392の中心部に導電体薄膜3602を付加し、自由振動領域392において圧電体薄膜35の膜厚の分布を相殺する上面電極36の膜厚の分布を得ている点にある。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 3 is that in the piezoelectric thin film resonator 1, the lower surface of the piezoelectric thin film 15 is curved downward in the free vibration region 192, and the thickness of the piezoelectric thin film 15 is The conductor thin film 1602 is added to the periphery of the thinned free vibration region 192 to obtain the film thickness distribution of the top electrode 16 that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15, whereas the piezoelectric thin film resonance In the child 3, the lower surface of the piezoelectric thin film 35 is curved upward in the free vibration region 392, and is superposed on the conductive thin film 3601 having a uniform film thickness, so that the piezoelectric thin film 35 becomes thin. A conductor thin film 3602 is added to the center of the region 392, and the film thickness distribution of the upper surface electrode 36 that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 35 in the free vibration region 392 is obtained.

このような膜厚の分布を有する上面電極36を採用しても、圧電薄膜共振子3が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子3が副共振の影響を受けにくくなる。   Even if the upper surface electrode 36 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 3 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 3 can be influenced by sub-resonance. It becomes difficult to receive.

<4 第4実施形態>
図17は、本発明の第4実施形態の圧電薄膜共振子4の模式図である。図17は、圧電薄膜共振子4の断面図となっている。
<4 Fourth Embodiment>
FIG. 17 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 4 according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 4.

図17に示すように、圧電薄膜共振子4は、支持基板41の上に、接着層42、キャビティ形成膜43、下面電極44、圧電体薄膜45及び上面電極46をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子4は、上面電極46を除いては、圧電薄膜共振子3と同様の構造を有し、支持基板41、接着層42、キャビティ形成膜43、下面電極44、圧電体薄膜45及び上面電極46は、それぞれ、圧電薄膜共振子3の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極34、圧電体薄膜35及び上面電極36に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 17, the piezoelectric thin film resonator 4 has a structure in which an adhesive layer 42, a cavity forming film 43, a lower surface electrode 44, a piezoelectric thin film 45, and an upper surface electrode 46 are laminated in this order on a support substrate 41. Have. The piezoelectric thin film resonator 4 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 3 except for the upper surface electrode 46, and includes a support substrate 41, an adhesive layer 42, a cavity forming film 43, a lower surface electrode 44, a piezoelectric thin film 45, and The upper surface electrode 46 corresponds to the support substrate 31, the adhesive layer 32, the cavity forming film 33, the lower surface electrode 34, the piezoelectric thin film 35, and the upper surface electrode 36 of the piezoelectric thin film resonator 3, respectively.

圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子4との相違は、圧電薄膜共振子3では、均一な膜厚の導電体薄膜3601の一部にさらに導電体薄膜3602を付加加工することにより、圧電体薄膜35の膜厚の分布を相殺する上面電極36の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子4では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより、自由振動領域492において圧電体薄膜45の膜厚の分布を相殺する上面電極46の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子4では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜45の膜厚が厚くなる自由振動領域492の周縁部を除去加工することにより、上面電極46を形成している。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 3 and the piezoelectric thin film resonator 4 is that the piezoelectric thin film resonator 3 is obtained by additionally processing the conductive thin film 3602 on a part of the conductive thin film 3601 having a uniform thickness. While the film thickness distribution of the upper surface electrode 36 that cancels the film thickness distribution of the thin film 35 is obtained, the piezoelectric thin film resonator 4 removes a part of the conductor thin film having a uniform film thickness. Thus, in the free vibration region 492, the film thickness distribution of the upper surface electrode 46 that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 45 is obtained. Specifically, in the piezoelectric thin film resonator 4, a conductive thin film having a uniform thickness is formed, and the peripheral portion of the free vibration region 492 in which the thickness of the piezoelectric thin film 45 is increased is removed to process the upper surface. An electrode 46 is formed.

このような膜厚の分布を有する上面電極46を採用しても、圧電薄膜共振子4が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子4が副共振の影響を受けにくくなる。   Even if the upper surface electrode 46 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 4 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 4 can be influenced by sub-resonance. It becomes difficult to receive.

例えば、図18は、駆動部441,461の平面形状を縦200μm×横25μmの矩形、除去加工することにより得られた溝465の幅を4.5μm、イオンビーム(IB)を用いた除去加工により形成した溝の幅を4.5μmの深さを0.15μmとした圧電薄膜共振子4の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図19は、溝465が形成されていない点以外は圧電薄膜共振1と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図18及び図19からは、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して、圧電体薄膜45の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極46に与えることにより、共振周波数より周波数が低い副共振を抑制できることがわかる。   For example, in FIG. 18, the planar shape of the drive units 441 and 461 is a rectangle of 200 μm length × 25 μm width, the width of the groove 465 obtained by the removal process is 4.5 μm, and the removal process using the ion beam (IB). FIG. 19 is a diagram showing an example of frequency-impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 4 in which the width of the groove formed by the step is 4.5 μm and the depth is 0.15 μm. FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of frequency-impedance characteristics of a piezoelectric thin film resonator equivalent to the piezoelectric thin film resonance 1. From FIG. 18 and FIG. 19, by removing a part of the conductor thin film having a uniform film thickness and providing the upper surface electrode 46 with a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 45, It can be seen that a sub-resonance having a frequency lower than the resonance frequency can be suppressed.

<5 第5実施形態>
図20は、本発明の第5実施形態の圧電薄膜共振子5の模式図である。図20は、圧電薄膜共振子5の断面図となっている。
<5 Fifth Embodiment>
FIG. 20 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 5 according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 5.

図20に示すように、圧電薄膜共振子5は、支持基板51の上に、接着層52、キャビティ形成膜53、下面電極54、圧電体薄膜55及び上面電極56をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子5は、圧電体薄膜55、上面電極56を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板51、接着層52、キャビティ形成膜53、下面電極54、圧電体薄膜55及び上面電極56は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 20, the piezoelectric thin film resonator 5 has a structure in which an adhesive layer 52, a cavity forming film 53, a lower surface electrode 54, a piezoelectric thin film 55, and an upper surface electrode 56 are laminated in this order on a support substrate 51. Have. The piezoelectric thin film resonator 5 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the piezoelectric thin film 55 and the upper surface electrode 56, and includes a support substrate 51, an adhesive layer 52, a cavity forming film 53, a lower surface electrode 54, The piezoelectric thin film 55 and the upper surface electrode 56 correspond to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively. Yes.

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子5との相違は、圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜15の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜15の下面が自由振動領域192において下方に湾曲しており、圧電体薄膜15の膜厚が薄くなる自由振動領域192の周縁部に導電体薄膜1602を付加し、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子5では、圧電体薄膜55の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜55の上面が下方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜5601の上に重ねて、圧電体薄膜55の膜厚が薄くなる自由振動領域592の中心部に導電体薄膜5602を付加し、自由振動領域592において圧電体薄膜55の膜厚の分布を相殺する上面電極56の膜厚の分布を得ている点にある。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 5 is that in the piezoelectric thin film resonator 1, the upper surface of the piezoelectric thin film 15 is substantially flat and the lower surface of the piezoelectric thin film 15 is curved downward in the free vibration region 192. In addition, the conductive thin film 1602 is added to the peripheral portion of the free vibration region 192 where the thickness of the piezoelectric thin film 15 is reduced, and the distribution of the thickness of the upper surface electrode 16 that cancels the distribution of the thickness of the piezoelectric thin film 15 is obtained. On the other hand, in the piezoelectric thin film resonator 5, the lower surface of the piezoelectric thin film 55 is substantially flat and the upper surface of the piezoelectric thin film 55 is curved downward, and the conductive thin film 5601 has a uniform film thickness. The conductor thin film 5602 is added to the center of the free vibration region 592 where the film thickness of the piezoelectric thin film 55 becomes thin, and the upper surface electrode 56 cancels out the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 55 in the free vibration region 592. The film thickness distribution is obtained

このような膜厚の分布を有する上面電極56を採用しても、圧電薄膜共振子5が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子5が副共振の影響を受けにくくなる。   Even when the upper surface electrode 56 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 5 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies. It becomes difficult to receive.

<6 第6実施形態>
図21は、本発明の第6実施形態の圧電薄膜共振子6の模式図である。図21は、圧電薄膜共振子6の断面図となっている。
<6 Sixth Embodiment>
FIG. 21 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 6 according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 21 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 6.

図21に示すように、圧電薄膜共振子6は、支持基板61の上に、接着層62、キャビティ形成膜63、下面電極64、圧電体薄膜65及び上面電極66をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子6は、圧電体薄膜65、上面電極66を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板61、接着層62、キャビティ形成膜63、下面電極64、圧電体薄膜65及び上面電極66は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 21, the piezoelectric thin film resonator 6 has a structure in which an adhesive layer 62, a cavity forming film 63, a lower surface electrode 64, a piezoelectric thin film 65, and an upper surface electrode 66 are laminated in this order on a support substrate 61. Have. The piezoelectric thin film resonator 6 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the piezoelectric thin film 65 and the upper surface electrode 66, and includes a support substrate 61, an adhesive layer 62, a cavity forming film 63, a lower surface electrode 64, The piezoelectric thin film 65 and the upper surface electrode 66 correspond to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively. Yes.

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子6との相違は、圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜15の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜15の下面が自由振動領域192において下方に湾曲しており、圧電体薄膜15の膜厚が薄くなる対向領域191の周縁部に導電体薄膜1602を付加し、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子6では、圧電体薄膜65の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜65の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜6601の上に重ねて、圧電体薄膜65の膜厚が薄くなる伏部に導電体薄膜6602を付加し、自由振動領域692において圧電体薄膜65の膜厚の分布を相殺する上面電極66の膜厚の分布を得ている点にある。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 6 is that in the piezoelectric thin film resonator 1, the upper surface of the piezoelectric thin film 15 is substantially flat and the lower surface of the piezoelectric thin film 15 is curved downward in the free vibration region 192. In addition, a conductor thin film 1602 is added to the peripheral portion of the opposing region 191 where the film thickness of the piezoelectric thin film 15 is reduced, and a film thickness distribution of the upper surface electrode 16 is obtained to cancel the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15. On the other hand, in the piezoelectric thin film resonator 6, the lower surface of the piezoelectric thin film 65 is substantially flat and the upper surface of the piezoelectric thin film 65 is repeatedly undulated, and is superimposed on the conductor thin film 6601 having a uniform film thickness. Then, the conductive thin film 6602 is added to the concave portion where the thickness of the piezoelectric thin film 65 becomes thin, and the distribution of the thickness of the upper surface electrode 66 that cancels the distribution of the thickness of the piezoelectric thin film 65 in the free vibration region 692 is obtained. There is in point.

このような膜厚の分布を有する上面電極66を採用しても、圧電薄膜共振子6が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子6が副共振の影響を受けにくくなる。   Even if the upper surface electrode 66 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 6 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 6 can be influenced by sub-resonance. It becomes difficult to receive.

<7 第7実施形態>
図22は、本発明の第7実施形態の圧電薄膜共振子7の模式図である。図22は、圧電薄膜共振子7の断面図となっている。
<7 Seventh Embodiment>
FIG. 22 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 7 according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 22 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 7.

図22に示すように、圧電薄膜共振子7は、支持基板71の上に、接着層72、キャビティ形成膜73、下面電極74、圧電体薄膜75及び上面電極76をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子7は、圧電体薄膜75、上面電極76を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板71、接着層72、キャビティ形成膜73、下面電極74、圧電体薄膜75及び上面電極76は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 22, the piezoelectric thin film resonator 7 has a structure in which an adhesive layer 72, a cavity forming film 73, a lower surface electrode 74, a piezoelectric thin film 75, and an upper surface electrode 76 are laminated in this order on a support substrate 71. Have. The piezoelectric thin film resonator 7 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the piezoelectric thin film 75 and the upper surface electrode 76, and includes a support substrate 71, an adhesive layer 72, a cavity forming film 73, a lower surface electrode 74, The piezoelectric thin film 75 and the upper surface electrode 76 correspond to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively. Yes.

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子7との相違は、圧電薄膜共振子1では、圧電体薄膜15の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜15の下面が自由振動領域192において下方に湾曲しており、圧電体薄膜15の膜厚が薄くなる対向領域191の周縁部に導電体薄膜1602を付加し、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子7では、圧電体薄膜65の下面及び上面がほぼ平坦で下面と上面とが非平行になっており、膜厚が均一な導電体薄膜7601の上に重ねて、圧電体薄膜75の膜厚が薄くなる自由振動領域792の一端から圧電体薄膜75の膜厚が厚くなる自由振動領域792の他端へ向かって膜厚が段階的に薄くなる導電体薄膜7602を付加し、自由振動領域792において圧電体薄膜75の膜厚の分布を相殺する上面電極76の膜厚の分布を得ている点にある。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 7 is that in the piezoelectric thin film resonator 1, the upper surface of the piezoelectric thin film 15 is substantially flat and the lower surface of the piezoelectric thin film 15 is curved downward in the free vibration region 192. In addition, a conductor thin film 1602 is added to the peripheral portion of the opposing region 191 where the film thickness of the piezoelectric thin film 15 is reduced, and a film thickness distribution of the upper surface electrode 16 is obtained to cancel the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 15. On the other hand, in the piezoelectric thin film resonator 7, the lower surface and the upper surface of the piezoelectric thin film 65 are substantially flat and the lower surface and the upper surface are non-parallel, and are stacked on the conductive thin film 7601 having a uniform film thickness. Thus, the conductive thin film gradually decreases in thickness from one end of the free vibration region 792 where the film thickness of the piezoelectric thin film 75 decreases toward the other end of the free vibration region 792 where the film thickness of the piezoelectric thin film 75 increases. 7602 is added to the free vibration region 792. It lies in that obtaining a film thickness distribution of the upper electrode 76 to offset the distribution of film thickness of the piezoelectric thin film 75 Te.

このような膜厚の分布を有する上面電極76を採用しても、圧電薄膜共振子7が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子7が副共振の影響を受けにくくなる。   Even when the upper surface electrode 76 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 7 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 7 can be influenced by sub-resonance. It becomes difficult to receive.

<8 第8実施形態>
図23は、本発明の第8実施形態の圧電薄膜共振子8の模式図である。図23は、圧電薄膜共振子8の断面図となっている。
<8 Eighth Embodiment>
FIG. 23 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 8 according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 23 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 8.

図23に示すように、圧電薄膜共振子8は、支持基板81の上に、接着層82、キャビティ形成膜83、下面電極84、圧電体薄膜85、上面電極86及び付加膜87をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子8は、上面電極86及び付加膜87を除いては、圧電薄膜共振子1と同様の構造を有し、支持基板81、接着層82、キャビティ形成膜83、下面電極84、圧電体薄膜85及び上面電極86は、それぞれ、圧電薄膜共振子1の支持基板11、接着層12、キャビティ形成膜13、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 23, the piezoelectric thin film resonator 8 includes an adhesive layer 82, a cavity forming film 83, a lower surface electrode 84, a piezoelectric thin film 85, an upper surface electrode 86, and an additional film 87 in this order on a support substrate 81. It has a laminated structure. The piezoelectric thin film resonator 8 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except for the upper surface electrode 86 and the additional film 87, and includes a support substrate 81, an adhesive layer 82, a cavity forming film 83, a lower surface electrode 84, a piezoelectric film. The body thin film 85 and the upper surface electrode 86 correspond to the support substrate 11, the adhesive layer 12, the cavity forming film 13, the lower surface electrode 14, the piezoelectric thin film 15 and the upper surface electrode 16 of the piezoelectric thin film resonator 1, respectively. .

圧電薄膜共振子1と圧電薄膜共振子8との相違は、圧電薄膜共振子1では、均一な膜厚の導電体薄膜1601の一部にさらに導電体薄膜1602を付加加工することにより、圧電体薄膜15の膜厚の分布を相殺する上面電極16の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子8では、均一な膜厚の導電体薄膜からなる上面電極86の一部にさらに絶縁体薄膜からなる付加膜87を付加加工することにより、自由振動領域892において圧電体薄膜85の膜厚の分布を相殺する上面電極86と付加膜87との積層膜88の膜厚の分布を得ている点にある。付加膜87を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素(SiO2)等の絶縁材料から選択することが望ましい。 The difference between the piezoelectric thin film resonator 1 and the piezoelectric thin film resonator 8 is that the piezoelectric thin film resonator 1 is obtained by further processing the conductive thin film 1602 on a part of the conductive thin film 1601 having a uniform film thickness, thereby forming a piezoelectric body. While the film thickness distribution of the upper surface electrode 16 canceling out the film thickness distribution of the thin film 15 is obtained, in the piezoelectric thin film resonator 8, a part of the upper surface electrode 86 made of a conductor thin film having a uniform film thickness is obtained. Further, the additional film 87 made of an insulator thin film is additionally processed, so that the film thickness of the laminated film 88 of the upper surface electrode 86 and the additional film 87 that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film 85 in the free vibration region 892 is reduced. The point is that the distribution is obtained. The insulating material constituting the additional film 87 is not particularly limited, but is preferably selected from insulating materials such as silicon dioxide (SiO 2 ).

このような膜厚の分布を有する積層膜88を採用しても、圧電薄膜共振子8が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子8が副共振の影響を受けにくくなる。   Even if the laminated film 88 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 8 can be prevented from resonating at a plurality of resonance frequencies, and the piezoelectric thin film resonator 8 can be influenced by sub-resonance. It becomes difficult to receive.

<9 第9実施形態>
図24は、本発明の第9実施形態の圧電薄膜共振子9の模式図である。図24は、圧電薄膜共振子9の断面図となっている。
<9 Ninth Embodiment>
FIG. 24 is a schematic diagram of a piezoelectric thin film resonator 9 according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 24 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator 9.

図24に示すように、圧電薄膜共振子9は、支持基板91の上に、接着層92、キャビティ形成膜93、下面電極94、圧電体薄膜95及び上面電極96をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子9は、圧電体薄膜95、上面電極96を除いては、圧電薄膜共振子3と同様の構造を有し、支持基板91、接着層92、キャビティ形成膜93、下面電極94、圧電体薄膜95及び上面電極96は、それぞれ、圧電薄膜共振子3の支持基板31、接着層32、キャビティ形成膜33、下面電極34、圧電体薄膜35及び上面電極36に相当するものとなっている。   As shown in FIG. 24, the piezoelectric thin film resonator 9 has a structure in which an adhesive layer 92, a cavity forming film 93, a lower surface electrode 94, a piezoelectric thin film 95, and an upper surface electrode 96 are laminated on a support substrate 91 in this order. Have. The piezoelectric thin film resonator 9 has the same structure as the piezoelectric thin film resonator 3 except for the piezoelectric thin film 95 and the upper surface electrode 96, and includes a support substrate 91, an adhesive layer 92, a cavity forming film 93, a lower surface electrode 94, The piezoelectric thin film 95 and the upper surface electrode 96 correspond to the support substrate 31, the adhesive layer 32, the cavity forming film 33, the lower surface electrode 34, the piezoelectric thin film 35, and the upper surface electrode 36 of the piezoelectric thin film resonator 3, respectively. Yes.

圧電薄膜共振子3と圧電薄膜共振子9との相違は、圧電薄膜共振子3では、圧電体薄膜35の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜35の下面が自由振動領域392において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜3601の上に重ねて、圧電体薄膜35の膜厚が薄くなる自由振動領域392の中心部に導電体薄膜3602を付加し、自由振動領域392において圧電体薄膜35の膜厚の分布を相殺する上面電極36の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子9では、圧電体薄膜95の下面が自由振動領域962において上方に湾曲しているとともに圧電体薄膜95の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜9601の上に重ねて、圧電体薄膜95の膜厚が薄くなる自由振動領域962の中心部の伏部に導電体薄膜9602を付加し、自由振動領域962において圧電体薄膜95の膜厚の分布を相殺する上面電極96の膜厚の分布を得ている点にある。   The difference between the piezoelectric thin film resonator 3 and the piezoelectric thin film resonator 9 is that in the piezoelectric thin film resonator 3, the upper surface of the piezoelectric thin film 35 is substantially flat and the lower surface of the piezoelectric thin film 35 is curved upward in the free vibration region 392. In addition, a conductor thin film 3602 is added to the central portion of the free vibration region 392 where the film thickness of the piezoelectric thin film 35 is reduced, and is superimposed on the conductor thin film 3601 having a uniform film thickness. In contrast to the film thickness distribution of the upper surface electrode 36 that cancels the film thickness distribution of the thin film 35, in the piezoelectric thin film resonator 9, the lower surface of the piezoelectric thin film 95 is curved upward in the free vibration region 962. In addition, the upper surface of the piezoelectric thin film 95 is repeatedly undulated, and is overlaid on the conductive thin film 9601 having a uniform film thickness, and the central portion of the free vibration region 962 in which the film thickness of the piezoelectric thin film 95 becomes thin is reduced. Conductor thin film 9 02 adds lies in that obtaining a film thickness distribution of the upper electrode 96 to offset the distribution of film thickness of the piezoelectric thin film 95 in the free vibration region 962.

圧電体薄膜95の上面及び下面の両方が非平坦である圧電薄膜共振子9において、このような膜厚の分布を有する上面電極96を採用しても、圧電薄膜共振子9が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子9が副共振の影響を受けにくくなる。   In the piezoelectric thin film resonator 9 in which both the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film 95 are non-flat, even if the upper surface electrode 96 having such a film thickness distribution is employed, the piezoelectric thin film resonator 9 has a plurality of resonance frequencies. This makes it possible to prevent the piezoelectric thin film resonator 9 from being affected by sub-resonance.

本発明の第1実施形態の圧電薄膜共振子の斜視図である。1 is a perspective view of a piezoelectric thin film resonator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態の圧電薄膜共振子の平面図である。1 is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a first embodiment of the present invention. 図2のA-Aの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator taken along the line AA in FIG. 2. 縦効果振動子の断面図である。It is sectional drawing of a longitudinal effect vibrator. 縦効果振動子の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of a longitudinal effect vibrator. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator in the middle of manufacture. 圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency-impedance characteristic of a piezoelectric thin film resonator. 圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency-impedance characteristic of a piezoelectric thin film resonator. 本発明の第2実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 4th Embodiment of this invention. 圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency-impedance characteristic of a piezoelectric thin film resonator. 圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency-impedance characteristic of a piezoelectric thin film resonator. 本発明の第5実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric thin film resonator of 9th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4,5,6,7,8,9 圧電薄膜共振子
11,21,31,41,51,61,71,81,91 支持基板
12,22,32,42,52,62,72,82,92 接着層
13,23,33,43,53,63,73,83,93 キャビティ形成膜
14,24,34,44,54,64,74,84,94 下面電極
15,25,35,45,55,65,75,85,95 圧電体薄膜
16,26,36,46,56,66,76,86,96 上面電極
87 付加膜
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Piezoelectric thin film resonators 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91 Support substrate 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92 Adhesive layer 13, 23, 33, 43, 53, 63, 73, 83, 93 Cavity forming film 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84, 94 Bottom electrode 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95 Piezoelectric thin film 16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96 Upper surface electrode 87 Additional film

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膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
An electrode film formed on both main surfaces of the piezoelectric thin film and facing the piezoelectric thin film in an opposing region;
A support substrate that supports a vibrating body in which the piezoelectric thin film and the electrode film are stacked;
With
A piezoelectric thin film device in which the electrode film has a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film in a free vibration region in which the vibrating body is separated from the support substrate by a cavity.
前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項1に記載の圧電薄膜デバイス。   2. The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein the electrode film is formed by additionally processing a conductive thin film on a part of a conductive thin film having a uniform thickness in the free vibration region. 前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項1に記載の圧電薄膜デバイス。   2. The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein the electrode film is formed by removing a part of a conductor thin film having a uniform thickness in the free vibration region. 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導電体の電極膜と、
前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film;
An electrode film of a conductor formed on both main surfaces of the piezoelectric thin film and facing the piezoelectric thin film in an opposing region; and
An additional film of an insulator formed on the electrode film;
A support substrate for supporting a vibrating body in which the piezoelectric thin film, the electrode film, and the additional film are stacked;
With
In a free vibration region where the vibrating body is separated from the support substrate by a cavity, the laminated film of the electrode film and the additional film has a film thickness distribution that cancels the film thickness distribution of the piezoelectric thin film. Piezoelectric thin film device.
前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。   The piezoelectric thin film device according to any one of claims 1 to 4, wherein the facing region includes the free vibration region. 前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの2倍以上の細長形状である請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。   5. The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein a planar shape of the facing region is an elongated shape whose length in the longitudinal direction is twice or more the length in the lateral direction.
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