JP2009290369A - Baw resonance device - Google Patents

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Takeo Shirai
健雄 白井
Yoshiki Hayazaki
嘉城 早崎
Chomei Matsushima
朝明 松嶋
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
Norihiro Yamauchi
規裕 山内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a BAW resonance device capable of improving crystallinity and piezoelectric characteristics in a piezoelectric layer made of a lead-based piezoelectric material. <P>SOLUTION: The BAW resonance device has: an acoustic mirror layer 2 formed at one surface side of a support substrate 1 made of MgO or SrTiO<SB>3</SB>; and a resonator 3 formed on the acoustic mirror layer 2. The resonator 3 has: a lower electrode 31 formed on the acoustic mirror layer 2 and made of SrRuO<SB>3</SB>; a piezoelectric layer 32 formed on the lower electrode 31 and made of a lead-based piezoelectric material (for example, PMN-PZT); and an upper electrode 33 formed at a side opposite to the side of the lower electrode 31 in the piezoelectric layer 32. In the acoustic mirror layer 2, a high acoustic impedance layer 21 formed from the same material as the lower electrode 31 and a low acoustic impedance layer 22 formed from the same material as the piezoelectric layer 32 are laminated alternately, and an uppermost layer at the side of the lower electrode 31 is composed of the low acoustic impedance layer 22. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたBAW(Bulk Acoustic Wave)共振装置に関するものである。   The present invention relates to a BAW (Bulk Acoustic Wave) resonance device including a resonator using a longitudinal vibration mode in a thickness direction of a piezoelectric layer.

従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、2GHz以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能な共振装置として、図4に示すように、支持基板1’と、支持基板1’の一表面側に形成された音響ミラー層2’と、音響ミラー層2’上に形成された共振子3’とを備えたBAW共振装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここにおいて、音響ミラー層2’は、金属材料(例えば、W、Moなど)からなる高音響インピーダンス層21’と誘電体材料(例えば、SiO、Siなど)からなる低音響インピーダンス層22’とを交互に積層した積層構造を有し、共振子3’は、下部電極31’と圧電層32’と上部電極33’との積層構造を有し、圧電層32’の圧電材料としてAlNなどが用いられている。なお、上記特許文献1に記載されたBAW共振装置は、音響ミラー層2’上に複数個の共振子3’が形成されて適宜接続されており、フィルタを構成している。 Conventionally, as shown in FIG. 4, as a resonance device applicable to a high frequency filter used in a high frequency band of 2 GHz or more in the field of mobile communication devices such as mobile phones, a support substrate 1 ′ and a support substrate 1 ′ are provided. There is proposed a BAW resonator including an acoustic mirror layer 2 ′ formed on one surface side and a resonator 3 ′ formed on the acoustic mirror layer 2 ′ (see, for example, Patent Document 1). Here, the acoustic mirror layer 2 ′ includes a high acoustic impedance layer 21 ′ made of a metal material (eg, W, Mo, etc.) and a low acoustic impedance layer made of a dielectric material (eg, SiO 2 , Si 3 N 4 etc.). The resonator 3 ′ has a stacked structure of a lower electrode 31 ′, a piezoelectric layer 32 ′, and an upper electrode 33 ′, and is used as a piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ′. AlN or the like is used. In the BAW resonator described in Patent Document 1, a plurality of resonators 3 ′ are formed on the acoustic mirror layer 2 ′ and connected appropriately to form a filter.

ところで、上述のBAW共振装置では、圧電層32’の圧電材料としてAlNを採用し、支持基板1’の材料としてSiもしくはGaAsもしくはガラスを採用しているが、UWB(Ultra Wide Band)用フィルタに応用する場合、圧電層32’の圧電材料として、帯域幅が中心周波数に対して4〜5%しか広帯域化できないAlNに比べて中心周波数に対して10%程度の帯域幅を得ることが可能な鉛系圧電材料(例えば、PZT、PMN−PZTなど)を採用し、圧電層32’の結晶性を向上させるために支持基板1’の材料としてMgOもしくはSrTiOを採用することが考えられる。なお、上記特許文献1に記載されたBAW共振装置は、音響ミラー層2’を備えたSMR(Solidly Mounted Resonator)であり、音響ミラー層2’を設けずに支持基板1’に空洞を形成したFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)に比べて堅牢化できるという利点がある。
特開2002−251190号公報
By the way, in the above-mentioned BAW resonance apparatus, AlN is adopted as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ′, and Si, GaAs or glass is adopted as the material of the support substrate 1 ′. However, as a UWB (Ultra Wide Band) filter. When applied, as a piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ', it is possible to obtain a bandwidth of about 10% with respect to the center frequency as compared with AlN whose bandwidth is only 4 to 5% with respect to the center frequency. It is conceivable to employ a lead-based piezoelectric material (for example, PZT, PMN-PZT, etc.) and employ MgO or SrTiO 3 as the material of the support substrate 1 ′ in order to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 32 ′. The BAW resonator described in Patent Document 1 is an SMR (Solidly Mounted Resonator) provided with an acoustic mirror layer 2 ′, and a cavity is formed in the support substrate 1 ′ without providing the acoustic mirror layer 2 ′. Compared with FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator), there is an advantage that it can be made robust.
JP 2002-251190 A

しかしながら、図4に示した構成のBAW共振装置では、圧電層32’の圧電材料として鉛系圧電材料を採用し、支持基板1’の材料としてMgOもしくはSrTiOを採用したとしても、音響ミラー層2’を構成する高音響インピーダンス層21’がWやMoなどの金属材料により形成され、低音響インピーダンス層22’がSiOやSiなどの誘電体材料により形成されているので、圧電層32’の結晶性を十分に向上させることができず、圧電特性(電気機械結合係数など)の向上が望まれていた。 However, in the BAW resonator having the configuration shown in FIG. 4, even if a lead-based piezoelectric material is used as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 ′ and MgO or SrTiO 3 is used as the material of the support substrate 1 ′, the acoustic mirror layer Since the high acoustic impedance layer 21 ′ constituting 2 ′ is formed of a metal material such as W or Mo, and the low acoustic impedance layer 22 ′ is formed of a dielectric material such as SiO 2 or Si 3 N 4 , piezoelectric The crystallinity of the layer 32 ′ cannot be sufficiently improved, and improvement in piezoelectric characteristics (electromechanical coupling coefficient, etc.) has been desired.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性および圧電特性を向上させることが可能なBAW共振装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a BAW resonance device capable of improving the crystallinity and piezoelectric characteristics of a piezoelectric layer made of a lead-based piezoelectric material.

請求項1の発明は、MgOもしくはSrTiOからなる支持基板の一表面側に形成された音響ミラー層と、音響ミラー層における支持基板側とは反対側に形成された共振子とを備え、共振子は、音響ミラー層における支持基板側とは反対側に形成されたSrRuOからなる下部電極と、下部電極における音響ミラー層側とは反対側に形成された鉛系圧電材料からなる圧電層と、圧電層における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを有し、音響ミラー層は、下部電極と同じ材料により形成された高音響インピーダンス層と圧電層と同じ材料により形成された低音響インピーダンス層とが交互に積層され下部電極側の最上層が低音響インピーダンス層により構成されてなることを特徴とする。 The invention of claim 1 includes an acoustic mirror layer formed on one surface side of a support substrate made of MgO or SrTiO 3, and a resonator formed on the opposite side of the support substrate side in the acoustic mirror layer. The child includes a lower electrode made of SrRuO 3 formed on the opposite side of the acoustic mirror layer to the support substrate side, and a piezoelectric layer made of a lead-based piezoelectric material formed on the opposite side of the lower electrode to the acoustic mirror layer side. The upper electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the lower electrode side, and the acoustic mirror layer is formed of the same material as the piezoelectric layer and the high acoustic impedance layer formed of the same material as the lower electrode The low acoustic impedance layers are alternately laminated, and the uppermost layer on the lower electrode side is constituted by a low acoustic impedance layer.

この発明によれば、圧電層の材料として鉛系圧電材料を採用し、支持基板がMgOもしくはSrTiOにより形成されるとともに、下部電極がSrRuOにより形成され、音響ミラー層は、下部電極と同じ材料により形成された高音響インピーダンス層と圧電層と同じ材料により形成された低音響インピーダンス層とが交互に積層され下部電極側の最上層が低音響インピーダンス層により構成されているので、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性および圧電特性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, a lead-based piezoelectric material is used as the material of the piezoelectric layer, the support substrate is formed of MgO or SrTiO 3 , the lower electrode is formed of SrRuO 3 , and the acoustic mirror layer is the same as the lower electrode Since the high acoustic impedance layer made of material and the low acoustic impedance layer made of the same material as the piezoelectric layer are alternately laminated and the uppermost layer on the lower electrode side is composed of the low acoustic impedance layer, lead-based piezoelectric It becomes possible to improve the crystallinity and piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer made of the material.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、音響ミラー層と下部電極との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層としてPt層が形成されてなることを特徴とする。   The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, a Pt layer is formed between the acoustic mirror layer and the lower electrode as a buffer layer for relaxing the lattice mismatch between the two.

この発明によれば、下部電極の結晶性を向上でき、圧電層の結晶性をより向上させることが可能となる。   According to this invention, the crystallinity of the lower electrode can be improved, and the crystallinity of the piezoelectric layer can be further improved.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、支持基板と音響ミラー層との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層としてPt層が形成されてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a Pt layer is formed between the support substrate and the acoustic mirror layer as a buffer layer that relaxes the lattice mismatch between the two. And

この発明によれば、音響ミラー層の高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層それぞれの結晶性を向上できて、下部電極の結晶性を向上でき、圧電層の結晶性をより向上させることが可能となる。   According to this invention, the crystallinity of each of the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer of the acoustic mirror layer can be improved, the crystallinity of the lower electrode can be improved, and the crystallinity of the piezoelectric layer can be further improved. Become.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、上部電極の材料は、Mo、W、Ir、Cr、Ru、Ptの群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。   The invention of claim 4 is the invention of claims 1 to 3, wherein the material of the upper electrode is at least one selected from the group of Mo, W, Ir, Cr, Ru, and Pt. To do.

この発明によれば、上部電極の材料が代表的な電極材料であるAlやAuの場合に比べて、上部電極の機械的品質係数を高めることができ、共振子全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。   According to the present invention, the mechanical quality factor of the upper electrode can be increased and the mechanical quality factor of the entire resonator can be increased compared to the case where the material of the upper electrode is Al or Au, which are typical electrode materials. It becomes possible.

請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、音響ミラー層上に共振子を複数個形成してUWB用フィルタを構成してなり、音響ミラー層は、隣り合う共振子が高音響インピーダンス層を介して容量結合しないように高音響インピーダンス層がパターニングされてなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, a plurality of resonators are formed on the acoustic mirror layer to form a UWB filter, and the acoustic mirror layer includes adjacent resonators. The high acoustic impedance layer is patterned so as not to be capacitively coupled through the high acoustic impedance layer.

この発明によれば、音響ミラー層の高音響インピーダンス層を介した共振子間の容量結合を防止することができ、フィルタ特性を向上させることができる。   According to the present invention, capacitive coupling between the resonators via the high acoustic impedance layer of the acoustic mirror layer can be prevented, and the filter characteristics can be improved.

請求項1の発明では、鉛系圧電材料からなる圧電層の結晶性および圧電特性を向上させることが可能となるという効果がある。   According to the first aspect of the invention, there is an effect that it is possible to improve crystallinity and piezoelectric characteristics of a piezoelectric layer made of a lead-based piezoelectric material.

(実施形態1)
本実施形態のBAW共振装置は、図1に示すように、支持基板1と、支持基板1の一表面側に形成された音響ミラー層(音響多層膜)2と、音響ミラー層2上に形成された共振子3とを備えたBAW共振装置であり、共振子3が音響ミラー層2上に形成された下部電極31と、下部電極31における支持基板1側とは反対側に形成された圧電層32と、圧電層32における下部電極31側とは反対側に形成された上部電極33との積層構造を有しており、圧電層32が、鉛系圧電材料(例えば、PMN−PZT、PZTなど)により形成されている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the BAW resonator of the present embodiment is formed on a support substrate 1, an acoustic mirror layer (acoustic multilayer film) 2 formed on one surface side of the support substrate 1, and the acoustic mirror layer 2. And a piezoelectric film formed on the opposite side of the lower electrode 31 from the support substrate 1 side. The lower electrode 31 has a resonator 3 formed on the acoustic mirror layer 2. It has a laminated structure of a layer 32 and an upper electrode 33 formed on the opposite side of the piezoelectric layer 32 to the lower electrode 31 side. The piezoelectric layer 32 is made of a lead-based piezoelectric material (for example, PMN-PZT, PZT). Etc.).

また、本実施形態のBAW共振装置は、圧電層32における下部電極31側とは反対側に上部電極33と圧電層32との接触面積を規定する開孔部4aを有する絶縁層4が形成されており、圧電層32のうち下部電極31と上部電極33との両方と接する領域が共振領域を構成している。   Further, in the BAW resonance device of the present embodiment, the insulating layer 4 having the opening 4a that defines the contact area between the upper electrode 33 and the piezoelectric layer 32 is formed on the opposite side of the piezoelectric layer 32 from the lower electrode 31 side. In the piezoelectric layer 32, a region in contact with both the lower electrode 31 and the upper electrode 33 constitutes a resonance region.

本実施形態のBAW共振装置は、圧電層32の圧電材料として、PMN−PZTを採用しており、圧電層32として(001)配向のPMN−PZT薄膜からなる圧電薄膜が得られるように、支持基板1として、上記一表面である主表面が(001)面の単結晶MgO基板を用いているが、支持基板1としては、上記一表面である主表面が(001)面の単結晶STO(:SrTiO)基板を用いてもよい。また、PMN−PZT薄膜は、単結晶膜もしくは単一配向膜であればよく、配向は(001)配向に限らず、例えば、(111)配向でもよい。また、本実施形態のBAW共振装置では、圧電層32の結晶配向を単一配向に制御するとともに圧電層32の格子歪を抑制するために下部電極31の材料として、導電性酸化物材料の一種であるSRO(:SrRuO)を採用している。 The BAW resonator of the present embodiment employs PMN-PZT as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32, and supports the piezoelectric layer 32 so as to obtain a piezoelectric thin film composed of a (001) -oriented PMN-PZT thin film. As the substrate 1, a single crystal MgO substrate having a (001) plane as its main surface is used as the substrate 1. However, as the support substrate 1, a single crystal STO (with a (001) plane as its main surface is used as the support substrate 1. : SrTiO 3 ) substrate may be used. The PMN-PZT thin film may be a single crystal film or a single orientation film, and the orientation is not limited to (001) orientation, and may be, for example, (111) orientation. In the BAW resonator of this embodiment, a kind of conductive oxide material is used as a material of the lower electrode 31 in order to control the crystal orientation of the piezoelectric layer 32 to a single orientation and to suppress lattice distortion of the piezoelectric layer 32. SRO (: SrRuO 3 ) is employed.

本実施形態では、上部電極33の材料としてAlを採用しているが、上部電極33の材料はAlに限定するものではなく、例えば、Mo、W、Ir、Cr、Ru、Ptの群から選択される少なくとも1種を採用すれば、上部電極33の材料が代表的な電極材料であるAlやAuの場合に比べて、上部電極33の機械的品質係数を高めることができ、共振子3全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。また、絶縁層4の材料としてSiOを採用しているが、SiOに限らず、例えば、Siを採用してもよい。 In this embodiment, Al is adopted as the material of the upper electrode 33, but the material of the upper electrode 33 is not limited to Al, and is selected from, for example, a group of Mo, W, Ir, Cr, Ru, and Pt. If at least one of the above is employed, the mechanical quality factor of the upper electrode 33 can be increased compared to the case where the material of the upper electrode 33 is Al or Au, which is a typical electrode material, and the entire resonator 3 It is possible to increase the mechanical quality factor. Also adopts the SiO 2 as the material of the insulating layer 4 is not limited to SiO 2, for example, may be adopted Si 3 N 4.

また、圧電層32は、(001)配向のPMN−PZT薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここにおいて、PMN−PZTの組成は、x(Pb(Mn1/3Nb2/3)O−(1−x)(PbZrTi1−y)なる化学式で表され、本実施形態では、x=0.10、y=0.52としてあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。なお、本実施形態では、圧電層32の圧電材料として、鉛系圧電材料を採用しているので、圧電材料がAlNやZnOである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。 The piezoelectric layer 32 is formed of a piezoelectric thin film made of a (001) -oriented PMN-PZT thin film. Here, the composition of PMN-PZT is represented by the chemical formula x (Pb (Mn 1/3 Nb 2/3 ) O 3- (1-x) (PbZr y Ti 1-y O 3 ), and this embodiment In this embodiment, x = 0.10 and y = 0.52, but these values are only examples and are not particularly limited, and in this embodiment, the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 is a lead-based piezoelectric material. Since the material is employed, the electromechanical coupling coefficient can be increased as compared with the case where the piezoelectric material is AlN or ZnO.

音響ミラー層2は、相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層21と相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層22とが交互に積層されており、下部電極31側の最上層が低音響インピーダンス層22により構成されている。   The acoustic mirror layer 2 is formed by alternately laminating a high acoustic impedance layer 21 made of a material having a relatively high acoustic impedance and a low acoustic impedance layer 22 made of a material having a relatively low acoustic impedance. Is formed of a low acoustic impedance layer 22.

なお、本実施形態のBAW共振装置では、共振子3の共振周波数を4GHzに設定してあり、下部電極31の厚みを100nm、圧電層32の厚みを300nm、上部電極33の厚みを100nm、高音響インピーダンス層21の厚みを350nm、低音響インピーダンス層22の厚みを400nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を3GHz〜5GHzの範囲で設計する場合には、圧電層32の厚みは200nm〜600nmの範囲で、高音響インピーダンス層21の厚みは200nm〜450nmの範囲で、低音響インピーダンス層22の厚みは250nm〜550nmの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。   In the BAW resonator of this embodiment, the resonance frequency of the resonator 3 is set to 4 GHz, the thickness of the lower electrode 31 is 100 nm, the thickness of the piezoelectric layer 32 is 300 nm, the thickness of the upper electrode 33 is 100 nm, Although the thickness of the acoustic impedance layer 21 is set to 350 nm and the thickness of the low acoustic impedance layer 22 is set to 400 nm, these numerical values are merely examples and are not particularly limited. When the resonance frequency is designed in the range of 3 GHz to 5 GHz, the piezoelectric layer 32 has a thickness of 200 nm to 600 nm, the high acoustic impedance layer 21 has a thickness of 200 nm to 450 nm, and the low acoustic impedance layer 22. The thickness of each may be set appropriately in the range of 250 nm to 550 nm.

ところで、本実施形態では、高音響インピーダンス層21の材料として、下部電極31と同じ材料であるSrRuOを採用し、低音響インピーダンス層22の材料として、圧電層32と同じ材料であるPMN−PZTを採用しているが、低音響インピーダンス層22の材料は、圧電層32と同じ材料であればよく、例えば、圧電層32の材料がPZTの場合には、PZTを採用すればよい。 By the way, in this embodiment, SrRuO 3 which is the same material as the lower electrode 31 is adopted as the material of the high acoustic impedance layer 21, and PMN-PZT which is the same material as the piezoelectric layer 32 as the material of the low acoustic impedance layer 22. However, the material of the low acoustic impedance layer 22 may be the same material as that of the piezoelectric layer 32. For example, when the material of the piezoelectric layer 32 is PZT, PZT may be employed.

以下、本実施形態のBAW共振装置の製造方法について簡単に説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the BAW resonator according to the present embodiment will be briefly described.

まず、上記一表面が(001)面の単結晶MgO基板からなる支持基板1の上記一表面側の全面に(110)配向のSrRuOからなる高音響インピーダンス層21を形成する工程と(001)配向のPMN−PZTからなる低音響インピーダンス層21を形成する工程とを交互に繰り返すことにより音響ミラー層2を形成する音響ミラー層形成工程を行う。ここにおいて、高音響インピーダンス層21は、例えば、スパッタ法やCVD法などにより形成すればよく、低音響インピーダンス層22は、例えば、スパッタ法やCVD法やゾルゲル法などにより形成すればよい。 First, a step of forming a high acoustic impedance layer 21 made of (110) -oriented SrRuO 3 on the entire surface on the one surface side of the support substrate 1 made of a single-crystal MgO substrate having a (001) plane on the one surface (001) The acoustic mirror layer forming step of forming the acoustic mirror layer 2 is performed by alternately repeating the step of forming the low acoustic impedance layer 21 made of oriented PMN-PZT. Here, the high acoustic impedance layer 21 may be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method, and the low acoustic impedance layer 22 may be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method, or a sol-gel method.

上述の音響ミラー層形成工程の後、音響ミラー2の表面側に(110)配向のSrRuOからなる下部電極31をスパッタ法やCVD法などにより形成する下部電極形成工程を行う。 After the acoustic mirror layer forming step described above, a lower electrode forming step is performed in which a lower electrode 31 made of SrRuO 3 with (110) orientation is formed on the surface side of the acoustic mirror 2 by sputtering or CVD.

上述の下部電極形成工程の後、下部電極の表面側の全面に(001)配向のPMN−PZTからなる圧電層32をスパッタ法やCVD法やゾルゲル法などにより形成する圧電層形成工程を行う。   After the lower electrode formation step described above, a piezoelectric layer formation step is performed in which the piezoelectric layer 32 made of PMN-PZT with (001) orientation is formed on the entire surface of the lower electrode by sputtering, CVD, sol-gel method, or the like.

この圧電層形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層32を所望の平面形状にパターニングする圧電層パターニング工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して下部電極31を所望の平面形状にパターニングする下部電極パターニング工程を行う。   After this piezoelectric layer forming step, a piezoelectric layer patterning step for patterning the piezoelectric layer 32 into a desired planar shape is performed using a photolithographic technique and an etching technique, followed by a lower portion using a photolithographic technique and an etching technique. A lower electrode patterning step for patterning the electrode 31 into a desired planar shape is performed.

その後、支持基板1の上記一表面に上述の開孔部4aを有する絶縁層4を形成する絶縁層形成工程を行い、続いて、上部電極33を形成する上部電極形成工程を行うことによって、BAW共振装置を得る。ここにおいて、絶縁層形成工程では、支持基板1の上記一表面側の全面に例えばSiOからなる絶縁層4をスパッタ法やCVD法などにより形成してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して開孔部4aを形成する。また、上部電極形成工程では、支持基板1の上記一表面側の全面に、上部電極33をスパッタ法や蒸着法などによって形成し、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極33を所望の平面形状にパターニングする。 Thereafter, an insulating layer forming step for forming the insulating layer 4 having the above-described aperture 4a on the one surface of the support substrate 1 is performed, and then an upper electrode forming step for forming the upper electrode 33 is performed, thereby performing the BAW. A resonant device is obtained. Here, in the insulating layer forming step, the insulating layer 4 made of, for example, SiO 2 is formed on the entire surface of the support substrate 1 by the sputtering method, the CVD method, or the like, and then the photolithography technique and the etching technique are used. To form the opening 4a. In the upper electrode forming step, the upper electrode 33 is formed on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and then the upper electrode 33 is utilized using a photolithography technique and an etching technique. Is patterned into a desired planar shape.

上述のBAW共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板1としてウェハを用いてウェハレベルで多数のBAW共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のBAW共振装置に分割すればよい。   In manufacturing the BAW resonance device described above, a large number of BAW resonance devices may be formed at the wafer level using a wafer as the support substrate 1 described above, and then divided into individual BAW resonance devices in a dicing process.

以上説明した本実施形態のBAW共振装置は、音響ミラー層2を備えたSMRなので、FBARに比べて堅牢化できるのは勿論、圧電層32の材料として鉛系圧電材料を採用し、支持基板1がMgOもしくはSrTiOにより形成されるとともに、下部電極31がSrRuOにより形成され、音響ミラー層2は、下部電極31と同じ材料により形成された高音響インピーダンス層21と圧電層32と同じ材料により形成された低音響インピーダンス層22とが交互に積層され下部電極31側の最上層が低音響インピーダンス層22により構成されており、支持基板1と音響ミラー層2と下部電極31との全てが圧電層32と格子定数の近い材料で形成されているので、鉛系圧電材料からなる圧電層32の結晶性および圧電特性を向上させることが可能となる。 Since the BAW resonator of the present embodiment described above is an SMR having the acoustic mirror layer 2, it can be made more robust than the FBAR, and of course, a lead-based piezoelectric material is used as the material of the piezoelectric layer 32, and the support substrate 1. Is made of MgO or SrTiO 3 , the lower electrode 31 is made of SrRuO 3 , and the acoustic mirror layer 2 is made of the same material as the high acoustic impedance layer 21 and the piezoelectric layer 32 made of the same material as the lower electrode 31. The formed low acoustic impedance layers 22 are alternately laminated, and the uppermost layer on the lower electrode 31 side is constituted by the low acoustic impedance layer 22, and the support substrate 1, the acoustic mirror layer 2, and the lower electrode 31 are all piezoelectric. Since it is made of a material having a lattice constant close to that of the layer 32, the crystallinity and piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 32 made of a lead-based piezoelectric material are improved. Rukoto is possible.

ところで、上述のBAW共振装置において、音響ミラー層2と下部電極31との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層として(001)配向のPt層(以下、第1のPt層と称する)を形成するようにすれば、下部電極31の結晶性を向上でき、圧電層32の結晶性をより向上させることが可能となり、また、支持基板1と音響ミラー層2との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層として(001)配向のPt層(以下、第2のPt層と称する)を形成するようにすれば、音響ミラー層2の高音響インピーダンス層21および低音響インピーダンス層22それぞれの結晶性を向上できて、下部電極31の結晶性を向上でき、圧電層32の結晶性をより向上させることが可能となる。なお、上述の第1のPt層や第2のPt層は、スパッタ法や蒸着法などにより成膜すればよく、第1のPt層と第2のPt層との両者を設けてもよいし、一方のみを設けてもよい。   By the way, in the above-described BAW resonator, a (001) -oriented Pt layer (hereinafter referred to as a first Pt layer) is used as a buffer layer for relaxing the lattice mismatch between the acoustic mirror layer 2 and the lower electrode 31. ), The crystallinity of the lower electrode 31 can be improved, the crystallinity of the piezoelectric layer 32 can be further improved, and between the support substrate 1 and the acoustic mirror layer 2, If a (001) -oriented Pt layer (hereinafter referred to as a second Pt layer) is formed as a buffer layer that alleviates lattice mismatch, the high acoustic impedance layer 21 and the low acoustic impedance of the acoustic mirror layer 2 are formed. The crystallinity of each layer 22 can be improved, the crystallinity of the lower electrode 31 can be improved, and the crystallinity of the piezoelectric layer 32 can be further improved. Note that the first Pt layer and the second Pt layer described above may be formed by sputtering, vapor deposition, or the like, and both the first Pt layer and the second Pt layer may be provided. Only one of them may be provided.

また、本実施形態のBAW共振装置では、圧電層32の圧電材料がPMN−PZTであり、上部電極33の電極材料として、例えば、Alや他の金属材料を採用してもよいが、例えば、Mo、W、Ir、Cr、Ru、Ptの群から選択される少なくとも1種を採用すれば、代表的な電極材料であるAuの場合に比べて、上部電極33の機械的品質係数を高めることができ、共振子3全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。なお、本実施形態では、圧電層32の圧電材料として、PMN−PZTを採用しているが、圧電材料は、鉛系圧電材料であればよく、例えば、PZTや適宜の不純物を添加したPZTなどのPZT系材料を採用すればよい。   In the BAW resonance device of the present embodiment, the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32 is PMN-PZT, and as the electrode material of the upper electrode 33, for example, Al or another metal material may be adopted. If at least one selected from the group of Mo, W, Ir, Cr, Ru, and Pt is adopted, the mechanical quality factor of the upper electrode 33 can be increased as compared with the case of Au as a typical electrode material. Thus, the mechanical quality factor of the entire resonator 3 can be increased. In this embodiment, PMN-PZT is adopted as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 32. However, the piezoelectric material may be a lead-based piezoelectric material, such as PZT or PZT to which an appropriate impurity is added. The PZT material may be used.

(実施形態2)
本実施形態のBAW共振装置は、実施形態1にて説明した共振子3を図2および図3に示すように支持基板1の上記一表面側の音響ミラー層2上に複数個形成してフィルタ(BAWフィルタ)を構成してある点が相違する。ここにおいて、本実施形態のBAW共振装置は、これら複数個の共振子3がラダー型フィルタを構成するように接続されており、2GHz以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、UWB用フィルタとして用いることができる。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the BAW resonator according to the present embodiment, a plurality of the resonators 3 described in the first embodiment are formed on the acoustic mirror layer 2 on the one surface side of the support substrate 1 as shown in FIGS. (BAW filter) is different. Here, in the BAW resonator of this embodiment, the plurality of resonators 3 are connected so as to form a ladder filter, and have a sharp cutoff characteristic and a wide bandwidth in a high frequency band of 2 GHz or more. It can be used as a filter, for example, a UWB filter. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

ところで、本実施形態のBAW共振装置における音響ミラー層2は、隣り合う共振子3が高音響インピーダンス層21を介して容量結合しないように高音響インピーダンス層21がパターニングされている。ここで、本実施形態のBAW共振装置は、下部電極31同士が電気的に接続された2個1組の共振子3の組を複数組(図示例では、9組)備えており、各組の2個の共振子3では、下部電極31と圧電層32とが連続して形成される一方で上部電極33同士が絶縁分離されるようにパターニングされており、下部電極31同士が電気的に接続され同電位となるので、高音響インピーダンス層21は、各組の2個の共振子3に跨り且つ2個の共振子3の組ごとに独立した島状のパターンとなるようにパターニングしてある。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する2個の共振子3の上部電極33同士が上部電極33と連続して形成された金属配線34を介して電気的に接続されている。また、各組の2個の共振子3に跨って形成された圧電層32のうち下部電極31と上部電極33との両方と接する領域が各共振領域を構成しており、各共振領域は、高音響インピーダンス層21の投影領域内に位置している。   By the way, the acoustic mirror layer 2 in the BAW resonator of this embodiment has the high acoustic impedance layer 21 patterned so that the adjacent resonators 3 are not capacitively coupled via the high acoustic impedance layer 21. Here, the BAW resonance apparatus of the present embodiment includes a plurality of sets (9 sets in the illustrated example) of two resonators 3 in which the lower electrodes 31 are electrically connected to each other. In the two resonators 3, the lower electrode 31 and the piezoelectric layer 32 are continuously formed, and the upper electrodes 33 are patterned so as to be insulated from each other. Since they are connected and have the same potential, the high acoustic impedance layer 21 is patterned so as to be an island-like pattern that straddles the two resonators 3 of each set and is independent for each set of two resonators 3. is there. Here, between adjacent pairs, the upper electrodes 33 of the two adjacent resonators 3 are electrically connected to each other through a metal wiring 34 formed continuously with the upper electrode 33. Moreover, the area | region which contact | connects both the lower electrode 31 and the upper electrode 33 among the piezoelectric layers 32 formed ranging over the two resonators 3 of each group comprises each resonance area | region, It is located in the projection area of the high acoustic impedance layer 21.

なお、本実施形態のBAW共振装置では、支持基板1の厚み方向において重なる高音響インピーダンス層21の平面サイズを支持基板1から離れるにつれて徐々に小さくなるように設定してあるので、音響ミラー層2の最上層の低音響インピーダンス層22の表面の平坦性を向上でき(表面の凹凸の高低差を低減でき)、圧電層32の結晶性を向上させることができる。   In the BAW resonator of the present embodiment, the plane size of the high acoustic impedance layer 21 that overlaps in the thickness direction of the support substrate 1 is set so as to gradually decrease as the distance from the support substrate 1 increases. The flatness of the surface of the uppermost low acoustic impedance layer 22 can be improved (the level difference of the surface irregularities can be reduced), and the crystallinity of the piezoelectric layer 32 can be improved.

以上説明した本実施形態のBAW共振装置では、音響ミラー層2の高音響インピーダンス層21を介した共振子3間の容量結合を防止することができ、フィルタ特性を向上させることができる。   In the BAW resonance device of the present embodiment described above, capacitive coupling between the resonators 3 via the high acoustic impedance layer 21 of the acoustic mirror layer 2 can be prevented, and the filter characteristics can be improved.

実施形態1のBAW共振装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the BAW resonance apparatus of Embodiment 1. 実施形態2のBAW共振装置の概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view of a BAW resonance device according to a second embodiment. 同上のBAW共振装置を示し、(a)は要部概略平面図、(b)は(a)の概略断面図である。The BAW resonance apparatus same as the above is shown, (a) is a schematic plan view of the main part, and (b) is a schematic cross-sectional view of (a). 従来例を示すBAW共振装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the BAW resonance apparatus which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持基板
2 音響ミラー層
3 共振子
4 絶縁層
4a 開孔部
21 高音響インピーダンス層
22 低音響インピーダンス層
31 下部電極
32 圧電層
33 上部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 2 Acoustic mirror layer 3 Resonator 4 Insulating layer 4a Opening part 21 High acoustic impedance layer 22 Low acoustic impedance layer 31 Lower electrode 32 Piezoelectric layer 33 Upper electrode

Claims (5)

MgOもしくはSrTiOからなる支持基板の一表面側に形成された音響ミラー層と、音響ミラー層における支持基板側とは反対側に形成された共振子とを備え、共振子は、音響ミラー層における支持基板側とは反対側に形成されたSrRuOからなる下部電極と、下部電極における音響ミラー層側とは反対側に形成された鉛系圧電材料からなる圧電層と、圧電層における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを有し、音響ミラー層は、下部電極と同じ材料により形成された高音響インピーダンス層と圧電層と同じ材料により形成された低音響インピーダンス層とが交互に積層され下部電極側の最上層が低音響インピーダンス層により構成されてなることを特徴とするBAW共振装置。 An acoustic mirror layer formed on one surface side of a support substrate made of MgO or SrTiO 3 and a resonator formed on the opposite side of the acoustic mirror layer from the support substrate side, the resonator in the acoustic mirror layer A lower electrode made of SrRuO 3 formed on the side opposite to the support substrate side, a piezoelectric layer made of a lead-based piezoelectric material formed on the side opposite to the acoustic mirror layer side in the lower electrode, and a lower electrode side in the piezoelectric layer The acoustic mirror layer is composed of alternating high-impedance impedance layers made of the same material as the lower electrodes and low-acoustic impedance layers made of the same material as the piezoelectric layer. A BAW resonance device characterized in that the uppermost layer on the lower electrode side is formed of a low acoustic impedance layer. 音響ミラー層と下部電極との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層としてPt層が形成されてなることを特徴とする請求項1記載のBAW共振装置。   2. The BAW resonator according to claim 1, wherein a Pt layer is formed between the acoustic mirror layer and the lower electrode as a buffer layer for relaxing the lattice mismatch between the acoustic mirror layer and the lower electrode. 支持基板と音響ミラー層との間に両者の格子不整合性を緩和するバッファ層としてPt層が形成されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載のBAW共振装置。   3. The BAW resonator according to claim 1, wherein a Pt layer is formed between the support substrate and the acoustic mirror layer as a buffer layer that relaxes the lattice mismatch between the support substrate and the acoustic mirror layer. 上部電極の材料は、Mo、W、Ir、Cr、Ru、Ptの群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のBAW共振装置。   4. The BAW resonance according to claim 1, wherein the material of the upper electrode is at least one selected from the group consisting of Mo, W, Ir, Cr, Ru, and Pt. 5. apparatus. 音響ミラー層上に共振子を複数個形成してUWB用フィルタを構成してなり、音響ミラー層は、隣り合う共振子が高音響インピーダンス層を介して容量結合しないように高音響インピーダンス層がパターニングされてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のBAW共振装置。   A plurality of resonators are formed on the acoustic mirror layer to form a UWB filter. The acoustic mirror layer is patterned with a high acoustic impedance layer so that adjacent resonators are not capacitively coupled via the high acoustic impedance layer. The BAW resonance device according to any one of claims 1 to 4, wherein the BAW resonance device is formed.
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