JP4804168B2 - 圧電薄膜デバイス - Google Patents
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<1.1 圧電薄膜フィルタの構成>
図1〜図4は、本発明の第1実施形態に係る圧電薄膜フィルタ1の構成を示す図である。ここで、図1は、圧電薄膜フィルタ1を上方から見た平面模式図、図2は、図1のII−IIの切断面を前方(−Y方向)から見た断面模式図、図3は、図1のIII−IIIの切断面を右方(+X方向)から見た断面模式図となっている。また、図4は、圧電薄膜フィルタ1に含まれる4個の圧電薄膜共振子R11〜R14の電気的な接続状態を示す回路図となっている。なお、図1〜図3には、便宜上、左右方向を±X軸方向、前後方向を±Y軸方向、上下方向を±Z軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。
フィルタ部11は、圧電体薄膜111と、圧電体薄膜111の上面に形成された上部電極1121〜1124と、圧電体薄膜111の下面に形成された下部電極1131〜1132と、上部電極1121〜1124及び下部電極1131〜1132が圧電体薄膜111を挟んで対向する励振領域E11〜E14の下方にキャビティ(空洞)C11〜C14を形成するキャビティ形成膜114とを備える。
圧電体薄膜111は、圧電体基板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111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。また、励振領域は、円形の場合は直径30から300μmの範囲で、多角形の場合は最長の対角線長が30から300μmの範囲である。
上部電極1121〜1124及び下部電極1131〜1132は、導電材料を成膜することにより得られた導電体薄膜である。
キャビティ形成膜114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114は、圧電体薄膜111の非励振領域E1Xの下面に形成され、圧電体薄膜111の励振領域E11〜E14をベース基板13から離隔させるキャビティC11〜C14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114により、圧電体薄膜111が非励振領域E1Xで支持され、圧電薄膜共振子R11〜R14の振動がベース基板13と干渉しなくなるので、圧電薄膜フィルタ1の特性を向上可能である。
接着層12は、圧電薄膜フィルタ1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下部電極1131〜1132及びキャビティ形成膜114が下面に形成された圧電体基板をベース基板13に接着固定する役割を有している。加えて、接着層12は、圧電薄膜フィルタ1の製造後に、下部電極1131〜1132及びキャビティ形成膜114が下面に形成され、上部電極1121〜1124が上面に形成された圧電体薄膜111をベース基板13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、圧電薄膜フィルタ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。
ベース基板13は、圧電薄膜フィルタ1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下部電極1131〜1132及びキャビティ形成膜114が下面に形成された圧電体基板を接着層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、ベース基板13は、下部電極1131〜1132及びキャビティ形成膜114が下面に形成され、上部電極1121〜1124が上面に形成された圧電体薄膜111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、ベース基板13にも、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜フィルタ1の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
<2.1 圧電薄膜フィルタの構成>
本発明の第2実施形態に係る圧電薄膜フィルタ2は、第1実施形態に係る圧電薄膜フィルタ1と類似の構成を有しているが、キャビティの形成方法が圧電薄膜フィルタ1と相違している。
<3.1 圧電薄膜フィルタの構成>
本発明の第3実施形態に係る圧電薄膜フィルタ3は、第1実施形態に係る圧電薄膜フィルタ1と類似の構成を有しているが、キャビティの形成方法が圧電薄膜フィルタ1と相違している。
本発明の第1実施形態に係る実施例1では、圧電体薄膜111及びベース基板13を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、上部電極1121〜1124及び下部電極1131〜1132を構成する導電材料としてアルミニウム、キャビティ形成膜114を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層12を構成する材料としてエポキシ接着剤を用いて圧電薄膜フィルタ1を作製した。
本発明の第2実施形態に係る実施例2では、SiO2成膜工程及びキャビティ形成工程を実行する代わりに、圧電体薄膜211の励振領域E21に対向するベース基板23の所定の領域に、キャビティC21を形成する陥没S21を接着工程に先立って形成した点が、実施例1と異なっている。
本発明の第3実施形態に係る実施例3では、SiO2成膜工程及びキャビティ形成工程を実行する代わりに、圧電体薄膜311において励振領域E31となる圧電体基板35の所定の領域に、キャビティC31を形成する陥没(凹部)S31を下部電極作成工程に先立って形成した点が、実施例1と異なっている。
比較例1では、図12に示す断面構造を有する圧電薄膜フィルタを作製した。当該圧電薄膜フィルタの作製においては、まず、厚み0.5mmのシリコン(Si)単結晶(111面)の3インチウエハをベース基板91として、ベース基板91の一方の主面の全面に厚み1μmの窒化珪素の膜をスパッタリングにより成膜した。次に、窒化珪素膜上に厚み1000オングストロームのアルミニウムの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、エッチングにより下部電極93のパターニングを行った。
11 フィルタ部
12,22,32 接着層
13,23,33 ベース基板
14 圧電体基板
1121〜1124,2121,3121 上部電極
1131〜1132,2131,2135,3131 下部電極
111,211,311 圧電体薄膜
114 キャビティ形成膜
C11〜C12,C21,C31 キャビティ
E11〜E14,E21,E31 励振領域
R11〜R14,R21,R31 圧電薄膜共振子
S21,S31 陥没
Claims (3)
- 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、
第1の主面及び第2の主面を有する圧電体薄膜と、
前記第1の主面に形成される第1の電極と、
前記第2の主面の一部に形成される第2の電極と、
前記第1の電極及び前記第2の電極が形成された前記圧電体薄膜の前記第2の主面の側に形成され、前記第2の主面の上に直接的に形成される部分と前記第2の電極に重ねて形成される部分とを備え、非励振領域に形成される二酸化ケイ素膜と、
前記第1の電極、前記第2の電極及び前記二酸化ケイ素膜が形成された前記圧電体薄膜を支持する支持基板と、
エポキシ接着剤又はアクリル接着剤からなり、前記第1の電極、前記第2の電極及び前記二酸化ケイ素膜が形成された前記圧電体薄膜を前記支持基板に接着固定する接着層と、
を備え、
前記圧電体薄膜は、前記支持基板の全面に渡って拡がっていることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 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、
第1の主面及び第2の主面を有する圧電体薄膜と、
前記第1の主面に形成される第1の電極と、
前記第2の主面の一部に形成される第2の電極と、
前記第1の電極及び前記第2の電極が形成された前記圧電体薄膜の前記第2の主面の側に形成され、前記第2の主面の上に直接的に形成される部分と前記第2の電極に重ねて形成される部分とを備え、非励振領域に形成される二酸化ケイ素膜と、
前記第1の電極、前記第2の電極及び前記二酸化ケイ素膜が形成された前記圧電体薄膜を支持する支持基板と、
エポキシ接着剤又はアクリル接着剤からなり、前記第1の電極、前記第2の電極及び前記二酸化ケイ素膜が形成された前記圧電体薄膜を前記支持基板に接着固定する接着層と、
を備え、
前記圧電体薄膜の拡がり方向の長さが、厚みの100倍以上であることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜は、圧電体基板を除去加工して得られることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
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