JP2021503229A - 圧電共振器および圧電共振器の製造方法 - Google Patents

圧電共振器および圧電共振器の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2021503229A
JP2021503229A JP2020526508A JP2020526508A JP2021503229A JP 2021503229 A JP2021503229 A JP 2021503229A JP 2020526508 A JP2020526508 A JP 2020526508A JP 2020526508 A JP2020526508 A JP 2020526508A JP 2021503229 A JP2021503229 A JP 2021503229A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
substrate
layer
piezoelectric
piezoelectric resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020526508A
Other languages
English (en)
Inventor
成杰 左
成杰 左
▲軍▼ 何
▲軍▼ 何
Original Assignee
安徽▲雲▼塔▲電▼子科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201711121168.8A external-priority patent/CN107733395A/zh
Priority claimed from CN201721512611.XU external-priority patent/CN207339804U/zh
Application filed by 安徽▲雲▼塔▲電▼子科技有限公司 filed Critical 安徽▲雲▼塔▲電▼子科技有限公司
Publication of JP2021503229A publication Critical patent/JP2021503229A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02102Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02228Guided bulk acoustic wave devices or Lamb wave devices having interdigital transducers situated in parallel planes on either side of a piezoelectric layer
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02834Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/132Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173Air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/174Membranes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/021Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the air-gap type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • H03H2003/0407Temperature coefficient

Abstract

圧電共振器および圧電共振器の製造方法。圧電共振器は、上面に凹溝が形成された基板と、前記凹溝との間に空洞が形成されるように、前記基板の上面および前記凹溝の開口を覆う第1圧電層と、前記第1圧電層の前記基板から離れた側に設けられた第1電極および温度補償層とを備え、前記基板に垂直な方向において、前記第1電極の前記基板における投影が前記凹溝の所在エリアに位置する。

Description

本発明の実施例は、弾性波共振器の技術分野に関し、例えば、圧電共振器および圧電共振器の製造方法に関する。
表面弾性波装置(例えば、弾性表面波フィルタ(Surface Acoustic Wave、SAW))は、電気信号を表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、フィルタ、共振器等として広く使用され得る。ここで、品質係数(Q)および周波数温度係数(Temperature Coefficient of Frequency、TCF)により、表面弾性波装置は、圧電共振器等の電子部品の研究および発展において重要な意義を有する。
図1は、関連技術における圧電共振器の断面構造模式図であり、図1に示すように、圧電共振器(例えば、SAW共振器)は、基板1と、基板1の上面に位置する高音速層2(窒化アルミニウム材料)と、高音速層2の基板1から離れた側の表面に位置する低音速層3(二酸化ケイ素材料)と、低音速層3の高音速層2から離れた側の表面に位置する圧電層4(タンタル酸リチウム材料)と、圧電層4の低音速層3から離れた側の表面に位置する電極5とを備える。低音速層3と高音速層2との間に音声不一致が発生し、低音速層3と高音速層2との境界面において音波が反射されるため、音波エネルギーの漏れを減少することができる。しかし、このような構造により、縦方向音波は、高音速層2から漏れて基板1に入りやすく、基板1における音波エネルギーの損失が増加し、圧電共振器のQ値は低下する。
本発明の実施例に係る圧電共振器および圧電共振器の製造方法は、音波エネルギーの基板への漏れを効果的に回避し、基板における音波エネルギーの損失を低減し、Q値の高い圧電共振器を得ることができ、得られた圧電共振器が低い周波数温度係数を有する。
本発明の実施例は、
上面に凹溝が形成された基板と、
前記凹溝との間に空洞が形成されるように、前記基板の上面および前記凹溝の開口を覆う第1圧電層と、
前記第1圧電層の前記基板から離れた側に設けられた第1電極および温度補償層と、を備え、
前記基板に垂直な方向において、前記第1電極の前記基板における投影が前記凹溝の所在エリアに位置する、圧電共振器を提供する。
本発明の実施例は、
基板の上面に凹溝を形成することと、
前記凹溝に犠牲材料を充填し、前記犠牲材料の上面が前記基板の上面と面一になるようにすることと、
前記基板の上面および前記犠牲材料の上面を第1圧電層で覆うことと、
前記第1圧電層の前記基板から離れた側に第1電極および温度補償層を形成することと、
前記犠牲材料を除去して空洞を形成することとを含み、
前記基板に垂直な方向において、前記第1電極の前記基板における投影が前記凹溝の所在エリアに位置する、圧電共振器の製造方法を更に提供する。
本発明の実施例に係る技術案は、基板の上面に凹溝を形成し、凹溝と第1圧電層の間に空洞を形成することにより、音波が空洞層を介して全反射され、音波エネルギーの基板への漏れを効果的に回避し、基板における音波エネルギーの損失を低減することができ、Q値の高い圧電共振器を得ることができ、且つ、設けられた温度補償層により、圧電共振器は低い周波数温度係数を維持することができ、温度補償効率を効果的に改善することができる。空洞に存在する第2電極は、第1電極との相互作用により、圧電共振器の適用範囲を広げることができるとともに、密封空洞に製造された圧電共振器の体積はより小さくなることができる。
関連技術における圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る別の圧電共振器の断面構造模式図である。 一実施例に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。
以下、図面および実施例を参照しながら、本発明を詳細に説明する。ここで説明する具体的な実施例が、本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではないことは理解できる。なお、説明の便宜上、図面に全ての構造ではなく、本発明に関わる部分のみが示されている。
本発明の実施例は、通信技術分野に適用する圧電共振器を提供する。図2は、本発明の一実施例に係る圧電共振器の断面構造模式図である。図2に示すように、該共振器の構造は、順に設置された基板1と、第1圧電層4と、第1電極5と、温度補償層3とを備え、基板1の上面に凹溝11が形成され、第1圧電層4は、凹溝11と第1圧電層4の間に空洞が形成されるように、基板1の上面および凹溝11の開口を覆い、凹溝11の断面構造は矩形または円弧状であってもよいが、これに限定されず、音波エネルギーの基板への漏れを可能な限り回避できれば良い。第1電極5および温度補償層3は、いずれも第1圧電層4の基板1から離れた側に設けられ、基板1に垂直な方向において、第1電極5の基板1における投影は凹溝11の所在エリアに位置し、第1圧電層4の基板1から離れた側に設けられた第1電極5は、温度補償層3の上面に位置してもよく、または、第1圧電層4の基板1から離れた側に設けられた第1電極5は、温度補償層3と同層に設けられてもよい。
本発明の実施例に係る技術案では、基板の上面に凹溝を形成し、凹溝と第1圧電層の間に空洞を形成することにより、音波エネルギーの基板への漏れを効果的に回避し、基板における音波エネルギーの損失を低減することができ、Q値の高い圧電共振器を得ることができ、且つ、設けられた温度補償層により、圧電共振器は低い周波数温度係数を維持することができ、温度補償効率を効果的に改善することができる。
一実施例において、第1電極は、第1圧電層の基板から離れた側の表面に位置し、温度補償層は第1電極を覆う。
図2に示すように、圧電共振器は、基板1と、第1電極5と、第1圧電層4と、温度補償層3とを備える。ここで、基板1の材料はシリコンであってもよく、高音速支持基板とすることができ、その抵抗率は約1000Ω・cmまたはそれ以上であり、該圧電共振器をフィルタとして使用する場合、フィルタの挿入損失を低減することができる。第1圧電層4は、凹溝11が開設された基板1を覆って空洞構造を得、第1電極5は、第1圧電層4の基板1から離れた側の上面に位置し、温度補償層3は第1電極5を覆う。第1電極5はインターデジタル電極であってもよく、第1圧電層4の上面に均一に分布され、この時、インターデジタル電極のうちの隣接する2つ電極の間に温度補償層3の材料が充填される。ここで、インターデジタル電極は複数種のモードの異なる音波を励起することができる。
第1圧電層4は、窒化アルミニウム(AIN)、酸化亜鉛(ZnO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)またはタンタル酸リチウム(LiTaO)等であってもよく、第1圧電層4は一般的に負温度係数材料であり、すなわち、温度の上昇に伴って音速は小さくなり、これは、材料の原子間力が低減すると、材料の弾性定数は小さくなり、音速を小さくするためである。温度補償層の材料は正温度係数材料であってもよく、例えば、二酸化ケイ素SiOであってもよく、SiOは独特な材料として、そのシリコン−酸素鎖は温度の上昇に伴って伸びるため、その剛性が正温度係数を有し、SiO2内で伝播する音波は、その音速が正温度係数を呈する。従って、SiOは、圧電共振器の温度の変化による周波数オフセットを補償するために使用され、第1圧電層4に対して良好な温度補償を行うことができる。また、SiOは低音速層であってもよく、その厚さがナノスケールであってもよく、共振器を製造するQおよび電気機械結合係数(k )への影響が小さい。
一実施例において、温度補償層は、第1圧電層の基板から離れた側の表面に位置し、第1電極は、温度補償層の基板から離れた側に位置する。一実施例において、第1電極は、温度補償層の基板から離れた側の表面に位置する。一実施例において、圧電共振器は、温度補償層と第1電極との間に位置する第2圧電層を更に備えてもよく、第1電極は、第2圧電層の基板から離れた側の表面に位置する。
図3に示すように、圧電共振器は、基板1と、第1電極5と、第1圧電層4と、温度補償層3とを備え、第1電極5は、温度補償層3の基板1から離れた側に位置し、第1電極5は、温度補償層3の基板1から離れた側の上面に位置する。
第1電極5はインターデジタル電極であってもよく、温度補償層3の上面に均一に分布され、第1電極5と温度補償層3とが中間層を介して設けられる。インターデジタル電極の材料は、アルミニウムAlまたはアルミニウム銅AlCu等の金属合金であってもよく、その作用は、インターデジタルトランスデューサにより電気信号を音声信号に変換することである。また、インターデジタル電極の電極膜の厚さは約50nm〜200nmであり、電極の抵抗率が小さいことを確保できる。インターデジタル電極は、温度補償層3および第1圧電層4に電界を形成することにより、フィルタおよび共振器の特定の振動モードにおける音波を励起または取得する。
或いは、図4に示すように、圧電共振器は、基板1と、第1電極5と、第1圧電層4と、温度補償層3と、温度補償層3と第1電極5との間に位置する第2圧電層7とを備え、第1電極5は、第2圧電層7の基板1から離れた側の表面に位置する。第1圧電層4および第2圧電層7は一般的に負温度係数材料であり、温度補償層3がSiOであってもよいため、力学計算により、特定の振動モードで、温度補償層3が圧電共振器構造の中央位置に位置すると、温度補償効率は高い値に達することができることが発見された。圧電共振器の周波数温度係数(TCF)が各層の構造の厚さおよびそれらの共振器内における相対位置や作用により決定されるため、一般的には、低いTCFを取得するために、圧電共振器の上方または下方に厚いSiOを1層堆積して圧電共振器の共振周波数の温度に伴って変化するドリフト量を補償する必要がある。本実施例の圧電共振器は、薄い温度補償層(SiO)を製造することによって温度補償を行うことができ、温度補償の効率を大幅に向上させる。
一実施例において、圧電共振器は、空洞に位置し、且つ第1圧電層の基板に接近する側の表面に設けられた第2電極を更に備えてもよい。
例示的には、図3を引き続き参照し、圧電共振器は、空洞に位置し、且つ第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられた第2電極6を更に備える。ここで、第1電極5はインターデジタル電極であってもよく、第2電極6は面状電極であってもよい。インターデジタル電極と面状電極との相互作用により、第1圧電層4および温度補償層3において横バルク波を励起し、温度補償層3は、非圧電材料SiOであり、第1電極5と第2電極6との間に位置するため、温度補償層3は一部の第1圧電層4(例えば、AIN)の電圧を消費し、第1圧電層4における電界強度は低下し、更に電気機械結合係数k は低下し、低い実効的な電気機械結合係数は狭帯域フィルタに適用される。
一実施例において、圧電共振器において、第1電極がインターデジタル電極または面状電極であることと、第2電極がインターデジタル電極または面状電極であることとのうちの少なくとも1つを更に含む。第1電極および第2電極のうちの少なくとも1つの電極の形状および設置位置は、様々な変化を有してもよく、上記いくつかの場合に限定されず、第1電極および第2電極のうちの少なくとも1つの電極の形状および位置を設置することにより、異なるモードの波を取得することができ、圧電共振器の適用範囲が広がる。
図5に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられたインターデジタル電極である。該形態において、第1電極5は、温度補償層3の基板1から離れた側の上面に位置するインターデジタル電極であってもよい。
一実施例において、図6に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられたインターデジタル電極である。該形態において、第1電極5は、第1圧電層4の基板1から離れた側の表面に位置するインターデジタル電極であってもよく、温度補償層3は第1電極5を覆う。
インターデジタル電極は、電気信号を音声信号に変換することができ、第1電極5および第2電極6はいずれもインターデジタル電極であり、第1電極5と第2電極6とは互いに協働し、異なる回路接続方式に基づき、圧電共振器を励起して横バルク波、縦方向バルク波または他の形式の音波を発生させることができ、横バルク波は一般的に狭帯域フィルタに適用される。
一実施例において、図7に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられた面状電極である。該形態において、第1電極5は、第1圧電層4の基板1から離れた側の表面に位置するインターデジタル電極であってもよく、温度補償層3は第1電極5を覆う。インターデジタル電極は、電気信号を音声信号に変換することができ、面状電極と協働することにより、横バルク波を励起することができる。一実施例において、図4に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられた面状電極である。第1電極5は、第2圧電層7の基板1から離れた上面に設けられた面状電極であり、第1圧電層4と第2圧電層7との間に温度補償層3が設けられる。
一実施例において、図8に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられた面状電極である。該形態において、第1電極5は、第1圧電層4の基板1から離れた側の表面に位置する面状電極であってもよく、温度補償層3は第1電極5を覆う。2つの面状電極は縦方向バルク波を励起することができ、移動通信システムに適用できる。
一実施例において、図9に示すように、第2電極6は、第1圧電層4の基板1に接近する側の表面に設けられた面状電極である。該形態において、第1電極5は、温度補償層3の基板1から離れた側の上面に位置する面状電極であってもよい。
図4、図8または図9に示すように、第1電極5は面状電極であり、第2電極6は空洞内に位置し、ここで、第2電極6は面状電極であってもよい。第1電極5、第2電極6はいずれも面状電極であり、第1圧電層4とからなる構造は、薄膜バルク音声共振器(film bulk acoustic resonator、FBAR)構造に類似し、寄生振動モード(spurious mode)の発生を比較的容易に制御し、圧電共振器のQおよびk への影響を低減する。一対の面状電極を設けることにより、圧電材料において縦方向バルク波を励起することができ、広帯域フィルタに適用できる。
上記圧電共振器構造において、温度補償層(SiO)は、一般的に圧電共振器の最上方に堆積され、以下の2つの役割を有する。その1、温度補償の作用を奏することができ、その2、該層のSiOは保護層として、圧電共振器が外部の水蒸気、粒子等の物質によって汚染されることを防止できる。良好なフィルタ特性(帯域幅)を有するために、SiO層の標準厚さは第1圧電層の厚さの半分以下であるべきである。良好な高調波特性および良好な温度補償特性を得たい場合には、SiO層の厚さを第1圧電層の厚さの1.5倍に増加してもよい。
本発明の実施例に係る圧電共振器の構造は、温度補償層(SiO)を第1圧電層の上方に配置することにより、音波エネルギーは主に第1圧電層に集中し、第1圧電層と空洞との境界面で全反射を形成し、エネルギーの基板への漏れを回避する。特に、フィルタが非常に急峻であるロールオフエリアにおいて、温度の変化による微細な周波数ドリフトは、いずれもフィルタがロールオフエリアで技術的指標を満たさないことを引き起こす恐れがある場合に適用されると、このような構造により、圧電共振器が高いQ値および低い周波数温度係数(TCF)を有することは維持できる。また、異なる通信規格の相互干渉を解決するシステム、例えば、衛星ラジオまたはGPSナビゲーションを統合した携帯電話システムにも適用できる。
また、本発明の実施例は、圧電共振器の製造方法を更に提供し、図10は、本発明の実施例に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。
ステップ110において、基板の上面に凹溝を形成する。
基板は支持層として機能し、支持層がシリコン基板であってもよく、シリコン基板において、ディープ反応性イオンエッチング(DRIE)により、該支持層からマスクまたはフォトリソグラフィで一部のシリコン材料を除去することができ、凹溝の断面構造は矩形または円弧状であってもよく、その凹溝の断面構造の深さはナノスケールまたはマイクロスケールであってもよく、凹溝の寸法は、実際の必要に応じて対応して選択することができる。ここで、シリコン基板は高音速材料層であってもよく、その抵抗率は1000Ω・cmまたはそれ以上であってもよく、このように、フィルタの挿入損失を低減することができる。
ステップ120、凹溝に犠牲材料を充填し、犠牲材料の上面が基板の上面と面一になるようにする。
得られた凹溝構造に犠牲材料を充填し、犠牲材料は金属アルミニウム、金属マグネシウム、二酸化ケイ素またはゲルマニウム材料等であってもよい。ケミカルメカニカルポリッシングプロセス(CMP)により、平坦化処理を行い、犠牲材料の上面を基板の上面と面一にさせ、後続の圧電層の製造を容易にする。
ステップ130において、基板の上面および犠牲材料の上面を第1圧電層で覆う。
基板の上面および犠牲材料の上面を第1圧電層で覆うことは、エピタキシャル成長プロセス、薄膜転写プロセスまたはウエハ薄化プロセスにより、第1圧電層を形成することを含む。例えば、平坦化処理された基板の表面で、有機金属化合物化学気相成長(MOCVD)方法によってエピタキシャル成長させ、単結晶窒化アルミニウムの第1圧電層を取得してもよく、または他の基板に調製された単結晶窒化アルミニウムを分離し、調製された単結晶窒化アルミニウムの第1圧電層を薄膜転写のプロセス技術によって支持層に転写して圧着してもよく、または液晶ポリマー(LCP)接着剤を用いてウエハ(例えば、窒化アルミニウム)を支持層の表面と接着することにより、支持基板にフリップチップ接続し、ウエハを研磨、薄化およびポリッシング処理することにより、平坦度を確保し、実際の需要に応じた薄膜の厚さを得る。
ステップ140において、第1圧電層の基板から離れた側に第1電極および温度補償層を形成する。基板に垂直な方向において、第1電極の基板における投影が凹溝の所在エリアに位置する。
図7〜図8を引き続き参照し、露出した第1圧電層4の基板1から離れた側に1層の第1電極5をスパッタ堆積し、第1電極5はインターデジタル電極または面状電極であってもよく、温度補償層3で第1電極5を覆い、温度補償層3はSiO材料であってもよく、インターデジタル電極と温度補償層3とを同層に分布させる。温度補償層3は低音速層とすることができ、音波エネルギーが主に圧電材料層に集中し、このように、音波エネルギーを第1圧電層4とインターデジタル電極との間に制限することができ、損失を減少して圧電共振器のQ値を向上させることができる。
また、基板1に垂直な方向において、第1電極5の基板1における投影は凹溝の所在エリアに位置する。従って、基板1の上方における第1電極5の位置分布には様々な場合があり、上記圧電共振器の実施例を参照することができ、ここでは説明を省略する。
ステップ150、犠牲材料を除去して空洞を形成する。
図2〜図9を引き続き参照し、第1圧電層4の上方に第1電極5および温度補償層3を製造した後、基板1に垂直な方向において、凹溝の所在エリアにおいて孔を開け、開けられた孔によって犠牲材料をエッチングする。例示的には、基板1の側の表面において孔を開け(例えば、提供された基板1の下面において孔を開ける)、犠牲材料をエッチングすることにより、第1圧電層4と支持基板との間の空洞を露出してもよい。ここで、空洞内は空気、窒素ガス等を含んでもよく、または空洞は真空状態を維持してもよい。空洞内に第2電極6が設けられてもよく、ここで、第2電極6はインターデジタル電極または面状電極であってもよい。薄膜転写またはウエハを支持基板に圧着する前に、第2電極6を第1圧電層4の側の表面に堆積して空洞内に存在できるようにする。あるいは、犠牲材料の上面に第2電極6を堆積してから、第2電極6の犠牲材料から離れた側に第1圧電層4を堆積する。ここで、第2電極6がインターデジタル電極である場合、圧電層において横バルク波を励起して狭帯域フィルタに適用でき、第2電極6が面状電極である場合、縦方向バルク波を励起して帯域幅が比較的広いフィルタに適用できる。
本発明の実施例に係る技術案では、基板の上面に凹溝を形成し、凹溝と第1圧電層の間に空洞を形成することにより、音波エネルギーの基板への漏れを効果的に回避し、基板における音波エネルギーの損失を低減することができ、Q値の高い圧電共振器を得ることができ、且つ、温度補償層を設けることにより、圧電共振器が低い周波数温度係数を維持し、温度補償効率を効果的に改善することができる。空洞内に第2電極が存在する場合、第2電極と第1電極との相互作用により、圧電共振器の適用範囲を広げることができ、帯域幅が比較的狭いおよび帯域幅が比較的広いフィルタに適用でき、本実施例の圧電共振器の体積は小さい。
本発明の実施例に係る圧電共振器および圧電共振器製造方法は、音波エネルギーの基板への漏れを効果的に回避し、基板における音波エネルギーの損失を低減し、Q値の高い圧電共振器を得ることができ、且つ、温度補償効率を効果的に改善することができる。

Claims (13)

  1. 上面に凹溝が形成された基板と、
    前記凹溝との間に空洞が形成されるように、前記基板の上面および前記凹溝の開口を覆う第1圧電層と、
    前記第1圧電層の前記基板から離れた側に設けられた第1電極および温度補償層と、を備え、
    前記基板に垂直な方向において、前記第1電極の前記基板における投影が前記凹溝の所在エリアに位置する、圧電共振器。
  2. 前記第1電極は前記第1圧電層の前記基板から離れた側の表面に位置し、前記温度補償層は前記第1電極を覆う、請求項1に記載の圧電共振器。
  3. 前記温度補償層は前記第1圧電層の前記基板から離れた側の表面に位置し、前記第1電極は前記温度補償層の前記基板から離れた側に位置する、請求項1に記載の圧電共振器。
  4. 前記第1電極は前記温度補償層の前記基板から離れた側の表面に位置する、請求項3に記載の圧電共振器。
  5. 前記温度補償層と前記第1電極との間に位置する第2圧電層を更に備え、前記第1電極は、前記第2圧電層の前記基板から離れた側の表面に位置する、請求項3に記載の圧電共振器。
  6. 前記空洞に位置し、且つ、前記第1圧電層の前記基板に接近する側の表面に設けられた第2電極を更に備える、請求項1から5のいずれか1項に記載の圧電共振器。
  7. 前記第1電極がインターデジタル電極または面状電極であることと、前記第2電極がインターデジタル電極または面状電極であることとのうちの少なくとも1つを含む、請求項6に記載の圧電共振器。
  8. 前記基板の材料はシリコンである、請求項1に記載の圧電共振器。
  9. 前記温度補償層の材料は正温度係数材料である、請求項1に記載の圧電共振器。
  10. 前記温度補償層の材料は二酸化ケイ素である、請求項9に記載の圧電共振器。
  11. 前記第1電極の厚さは100nm〜200nmである、請求項1に記載の圧電共振器。
  12. 基板の上面に凹溝を形成することと、
    前記凹溝に犠牲材料を充填し、前記犠牲材料の上面が前記基板の上面と面一になるようにすることと、
    前記基板の上面および前記犠牲材料の上面を第1圧電層で覆うことと、
    前記第1圧電層の前記基板から離れた側に第1電極および温度補償層を形成することと、
    前記犠牲材料を除去して空洞を形成することと、を含み、
    前記基板に垂直な方向において、前記第1電極の前記基板における投影が前記凹溝の所在エリアに位置する、圧電共振器の製造方法。
  13. 前記犠牲材料を除去して空洞を形成することとは、
    前記基板に垂直な方向において、前記凹溝の所在エリアにおいて孔を開け、開けられた孔によって前記犠牲材料をエッチングすることを含む、請求項12に記載の圧電共振器の製造方法。
JP2020526508A 2017-11-14 2018-05-02 圧電共振器および圧電共振器の製造方法 Pending JP2021503229A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711121168.8A CN107733395A (zh) 2017-11-14 2017-11-14 一种压电谐振器和压电谐振器的制备方法
CN201721512611.X 2017-11-14
CN201711121168.8 2017-11-14
CN201721512611.XU CN207339804U (zh) 2017-11-14 2017-11-14 一种压电谐振器
PCT/CN2018/085289 WO2019095640A1 (zh) 2017-11-14 2018-05-02 压电谐振器和压电谐振器的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021503229A true JP2021503229A (ja) 2021-02-04

Family

ID=66539318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020526508A Pending JP2021503229A (ja) 2017-11-14 2018-05-02 圧電共振器および圧電共振器の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210211115A1 (ja)
JP (1) JP2021503229A (ja)
KR (1) KR20200052928A (ja)
WO (1) WO2019095640A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201802659D0 (en) * 2018-02-19 2018-04-04 Cambridge Entpr Ltd Resonator and method for operation of resonator
WO2020158673A1 (ja) * 2019-01-31 2020-08-06 株式会社村田製作所 弾性波デバイスおよびマルチプレクサ
CN114128139A (zh) * 2019-09-05 2022-03-01 常州承芯半导体有限公司 一种体声波谐振装置及一种体声波滤波器
CN112653417A (zh) * 2020-12-18 2021-04-13 广东广纳芯科技有限公司 声表面波谐振器及该声表面波谐振器的制造方法
CN113437947B (zh) * 2021-07-06 2023-03-28 电子科技大学 一种基于声子晶体抑制侧边能量辐射的薄膜体声波谐振器
CN114978089B (zh) * 2022-05-20 2023-11-21 武汉敏声新技术有限公司 一种谐振器及其制备方法、滤波器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147246A (ja) * 2002-10-28 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電振動子、それを用いたフィルタ及び圧電振動子の調整方法
JP2010109949A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Murata Mfg Co Ltd 電子デバイスの製造方法および圧電デバイスの製造方法
JP2010154505A (ja) * 2008-11-19 2010-07-08 Ngk Insulators Ltd ラム波装置
JP2011166259A (ja) * 2010-02-05 2011-08-25 Murata Mfg Co Ltd 弾性表面波装置
US20110227671A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Hao Zhang Temperature compensated thin film acoustic wave resonator
JP2013214954A (ja) * 2012-03-07 2013-10-17 Taiyo Yuden Co Ltd 共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法
JP2013219743A (ja) * 2012-03-15 2013-10-24 Taiyo Yuden Co Ltd 弾性波デバイス
US20150318837A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator device with air-ring and temperature compensating layer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6906451B2 (en) * 2002-01-08 2005-06-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, duplexer, communication apparatus, and method for manufacturing piezoelectric resonator
JP3889351B2 (ja) * 2002-12-11 2007-03-07 Tdk株式会社 デュプレクサ
JP2005311849A (ja) * 2004-04-23 2005-11-04 Seiko Epson Corp 圧電薄膜共振子、フィルタ及び圧電薄膜共振子の製造方法
CN103873010B (zh) * 2014-03-17 2017-03-22 电子科技大学 一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN106209002B (zh) * 2016-06-29 2019-03-05 电子科技大学 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN107733395A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 安徽云塔电子科技有限公司 一种压电谐振器和压电谐振器的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147246A (ja) * 2002-10-28 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電振動子、それを用いたフィルタ及び圧電振動子の調整方法
JP2010109949A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Murata Mfg Co Ltd 電子デバイスの製造方法および圧電デバイスの製造方法
JP2010154505A (ja) * 2008-11-19 2010-07-08 Ngk Insulators Ltd ラム波装置
JP2011166259A (ja) * 2010-02-05 2011-08-25 Murata Mfg Co Ltd 弾性表面波装置
US20110227671A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Hao Zhang Temperature compensated thin film acoustic wave resonator
JP2013214954A (ja) * 2012-03-07 2013-10-17 Taiyo Yuden Co Ltd 共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法
JP2013219743A (ja) * 2012-03-15 2013-10-24 Taiyo Yuden Co Ltd 弾性波デバイス
US20150318837A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator device with air-ring and temperature compensating layer

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200052928A (ko) 2020-05-15
US20210211115A1 (en) 2021-07-08
WO2019095640A1 (zh) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107733395A (zh) 一种压电谐振器和压电谐振器的制备方法
JP2021503229A (ja) 圧電共振器および圧電共振器の製造方法
EP4089918A1 (en) Bulk acoustic wave resonator and manufacturing method, bulk acoustic wave resonator unit, filter and electronic device
CN207339804U (zh) 一种压电谐振器
CN210431367U (zh) 一种频率可调的横向场激励薄膜体声波谐振器
US7586239B1 (en) MEMS vibrating structure using a single-crystal piezoelectric thin film layer
US9197185B2 (en) Resonator device including electrodes with buried temperature compensating layers
US8436516B2 (en) Resonator device including electrode with buried temperature compensating layer
US9876158B2 (en) Component comprising stacked functional structures and method for producing same
WO2021109444A1 (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
US20210313946A1 (en) Bulk Acoustic Wave Resonator and Fabrication Method for the Bulk Acoustic Wave Resonator
CN110401428A (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
WO2021120499A1 (zh) 电极具有空隙层与温补层的体声波谐振器、滤波器及电子设备
WO2004013893A2 (en) Piezo electric on seminconductor on- insulator resonator
JPWO2007088696A1 (ja) 圧電振動装置
CN107525610B (zh) 基于厚度方向激励剪切波模式的fbar微压力传感器
US20150303895A1 (en) Transducer with bulk waves surface-guided by synchronous excitation structures
CN110798167A (zh) 声波器件及其制作方法
US20240088869A1 (en) Frequency-tunable film bulk acoustic resonator and preparation method therefor
Yandrapalli et al. Fabrication and Analysis of Thin Film Lithum Niobate Resonators for 5GHz Frequency and Large K t 2 Applications
WO2022000809A1 (zh) 谐振器及其制备方法
CN109995342A (zh) 空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法
Matsumoto et al. High frequency solidly mounted resonator using LN single crystal thin plate
WO2021042345A1 (zh) 一种体声波谐振装置的形成方法
JP4730383B2 (ja) 薄膜音響共振器及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200514

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210405

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210518

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210817

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210914