JP4963229B2 - Piezoelectric thin film device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film device in which a plurality of piezoelectric thin film resonators are combined.
図14、図15は、従来の圧電薄膜フィルタの振動積層体98の概略構成を示す模式図であり、図14は、圧電薄膜フィルタ9の斜視図、図15は、図14のXV−XVの切断線における圧電薄膜フィルタ9の断面図となっている。図14には、説明の便宜上、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。 FIGS. 14 and 15 are schematic views showing a schematic configuration of a vibration laminate 98 of a conventional piezoelectric thin film filter, FIG. 14 is a perspective view of the piezoelectric thin film filter 9, and FIG. 15 is an XV-XV of FIG. It is sectional drawing of the piezoelectric thin film filter 9 in a cutting line. For convenience of explanation, FIG. 14 defines an XYZ orthogonal coordinate system in which the left-right direction is the X-axis direction, the front-rear direction is the Y-axis direction, and the up-down direction is the Z-axis direction.
図14、図15に示すように、圧電薄膜フィルタ9は、圧電体薄膜95の下面及び上面にそれぞれ下面電極94及び上面電極96(961,962)を形成した構造を有している。圧電薄膜フィルタ9は、対向領域991において下面電極94と上面電極961とを対向させて圧電薄膜共振子を形成し、対向領域992において下面電極94と上面電極962とを対向させて圧電薄膜共振子を形成することにより、2個の圧電薄膜共振子を組み合わせたラダー型フィルタとして構成されている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the piezoelectric thin film filter 9 has a structure in which a
圧電薄膜フィルタ9では、対向領域991からは下面電極94が−Y方向に引き出される一方で、対向領域992からは下面電極94が+Y方向に引き出されている。また、対向領域992からは上面電極961が+Y方向に引き出される一方で、対向領域992からは上面電極962が−Y方向に引き出されている。すなわち、圧電薄膜フィルタ9では、2個の圧電薄膜共振子で下面電極94及び上面電極96の引き出し方向が反対となっている。
In the piezoelectric thin film filter 9, the
なお、特許文献1は、本発明と関連する先行技術文献であり、2個の圧電薄膜共振子で下面電極及び上面電極の引き出し方向が反対となっている圧電薄膜フィルタを図13及び図14において開示している。
圧電薄膜フィルタにおいて、単結晶薄膜等の面内圧電異方性を有する薄膜を圧電体薄膜に採用したい場合がある。しかし、従来の圧電薄膜フィルタでは、面内圧電異方性を有する薄膜を圧電体薄膜として採用した場合、2個の圧電薄膜共振子で下面電極及び上面電極の引き出し方向が異なっているために、2個の圧電薄膜共振子の共振特性に差異が生じ、2個の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜フィルタにおいて所望の特性を得ることができない場合がある。このことは、3個以上の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜フィルタ、より一般的には、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜デバイス全般に共通の問題である。 In the piezoelectric thin film filter, there is a case where it is desired to employ a thin film having in-plane piezoelectric anisotropy such as a single crystal thin film as the piezoelectric thin film. However, in the conventional piezoelectric thin film filter, when a thin film having in-plane piezoelectric anisotropy is adopted as the piezoelectric thin film, the lead-out directions of the lower surface electrode and the upper surface electrode are different between the two piezoelectric thin film resonators. A difference occurs in the resonance characteristics of the two piezoelectric thin film resonators, and a desired characteristic may not be obtained in the piezoelectric thin film filter in which the two piezoelectric thin film resonators are combined. This is a problem common to piezoelectric thin film filters in which three or more piezoelectric thin film resonators are combined, and more generally in general to piezoelectric thin film devices in which a plurality of piezoelectric thin film resonators are combined.
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、単結晶薄膜等の面内圧電異方性を有する薄膜を圧電体薄膜に採用した場合でも、所望の特性を有する圧電薄膜デバイスを作製することができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and even when a thin film having in-plane piezoelectric anisotropy such as a single crystal thin film is adopted as a piezoelectric thin film, a piezoelectric thin film device having desired characteristics is manufactured. The purpose is to be able to.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜デバイスであって、面内圧電異方性を有する圧電体薄膜と、連続する前記圧電体薄膜の上面及び下面にそれぞれ形成された上面電極及び下面電極とを備え、複数の対向領域において前記上面電極と前記下面電極とを前記圧電体薄膜を挟んで対向させることにより前記圧電薄膜共振子を形成し、前記対向領域の各々からの前記上面電極の引き出し方向を第1方向に揃え、前記対向領域の各々からの前記下面電極の引き出し方向を第2方向に揃えた。また、前記第1方向と前記第2方向とは反対方向である。
In order to solve the above-described problems, the invention of
請求項2の発明は、前記対向領域を同一の形状として平行に配置し、前記対向領域の各々からの前記上面電極の引き出し幅を揃え、前記対向領域の各々からの前記下面電極の引き出し幅を揃えた請求項1に記載の圧電薄膜デバイスである。
According to a second aspect of the present invention, the opposing regions are arranged in parallel with the same shape, the width of the upper surface electrode from each of the opposing regions is aligned, and the width of the lower surface electrode from each of the opposing regions is The piezoelectric thin film device according to
請求項3の発明は、前記圧電体薄膜が単結晶材料で構成される請求項1又は請求項2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
請求項4の発明は、振動モードとして厚みたて振動を用いる請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric thin film device according to any one of the first to third aspects, wherein vibration is used as the vibration mode.
本発明によれば、圧電薄膜共振子の特性を揃えることができるので、所望の特性を有する圧電薄膜デバイスを作製することが容易になる。 According to the present invention, since the characteristics of the piezoelectric thin film resonator can be made uniform, it becomes easy to manufacture a piezoelectric thin film device having desired characteristics.
また、本発明によれば、浮遊容量を減らすことができる。 Moreover, according to the present invention , stray capacitance can be reduced.
請求項2の発明によれば、圧電薄膜共振子の特性をさらに揃えることができる。
According to the invention of
以下では、振動モードとして厚みたて振動を用いる2個の圧電薄膜共振子(FBAR;Film Bulk Acoustic Resonator)を組み合わせた圧電薄膜フィルタを例として、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2個の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜フィルタのみ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、一般的に言えば、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせた圧電薄膜デバイス全般を意味しており、ラダー型フィルタ、ラティス型フィルタ及び多重モード型フィルタ等のフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ並びにトラップ等を包含している。ここで、圧電薄膜共振子とは、支持なくしては自重に耐え得ない薄膜に圧電的に励振されるバルク弾性波による電気的な応答を利用した共振子である。 Hereinafter, a preferred embodiment of the piezoelectric thin film device of the present invention will be described by taking as an example a piezoelectric thin film filter in which two piezoelectric thin film resonators (FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator) that use vibration as a vibration mode are used. . However, the embodiments described below do not mean that the piezoelectric thin film device of the present invention is limited to only a piezoelectric thin film filter in which two piezoelectric thin film resonators are combined. That is, the piezoelectric thin film device in the present invention generally means a general piezoelectric thin film device in which a plurality of piezoelectric thin film resonators are combined, and includes a ladder type filter, a lattice type filter, a multimode type filter, and the like. Includes filters, duplexers, triplexers and traps. Here, the piezoelectric thin film resonator is a resonator using an electrical response by a bulk acoustic wave that is piezoelectrically excited by a thin film that cannot withstand its own weight without support.
図1、図2は、実施形態に係る圧電薄膜フィルタ1の概略構成を示す模式図であり、図1は、圧電薄膜フィルタ1の斜視図、図2は、図1のII−IIの切断線における圧電薄膜フィルタ1の断面図となっている。図1には、説明の便宜上、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。
1 and 2 are schematic views showing a schematic configuration of the piezoelectric
図1、図2に示すように、圧電薄膜フィルタ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(141,142)、圧電体薄膜15及び上面電極16(161,162,163)をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜フィルタ1は、連続する圧電体薄膜15の下面及び上面にそれぞれ下面電極14及び上面電極16を形成して構成したモノリシックなラダー型フィルタとなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric
圧電薄膜フィルタ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、圧電薄膜フィルタ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を支持基板11にあらかじめ接着している。
When the piezoelectric
<1.1 支持基板11>
支持基板11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、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を接着層12を介して支持する役割を有している。加えて、支持基板11は、圧電薄膜フィルタ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。
<1.1
The
支持基板11の材料及び厚さは、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、圧電薄膜フィルタ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、圧電薄膜フィルタ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 and thickness of the
<1.2 接着層12>
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、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、圧電薄膜フィルタ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。
<1.2
The
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
<1.3 キャビティ形成膜13>
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。圧電薄膜フィルタ1では、下面電極14、圧電体薄膜15及び上面電極16を積層した振動積層体18の固定領域193の下面にキャビティ形成膜13が形成され、支持基板11、接着層12及びキャビティ形成膜13を積層した支持体17が細長矩形形状の自由振動領域191,192の外縁において振動積層体18を支持している。このようなスペーサしての役割を有するキャビティ形成膜13により、自由振動領域191,192の下方にキャビティ135,136が形成されて振動積層体18の自由振動領域191,192が支持基板11と干渉しなくなり、自由振動領域191,192における振動の励振が阻害されることがなくなる。
<1.3
The
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。
The insulating material constituting the
<1.4 圧電体薄膜15>
圧電体薄膜15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。
<1.4 Piezoelectric
The piezoelectric
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
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、圧電薄膜フィルタ1を構成する圧電薄膜共振子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
圧電体基板の除去加工は、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、圧電薄膜フィルタ1の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板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、圧電体基板を削る速度が早くなり、圧電薄膜フィルタ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、圧電薄膜フィルタ1の特性を向上することができる。なお、圧電体基板の除去加工のより具体的な方法については、後述する実施例において説明する。
The removal processing of the piezoelectric substrate 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
このような圧電薄膜フィルタ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、圧電薄膜フィルタ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
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、固定領域193において圧電体薄膜15を挟んで対向する下面電極141と上面電極162とを導通させるバイアホール155と、固定領域193において圧電体薄膜15を挟んで対向する下面電極142と上面電極163とを導通させるバイアホール156とが形成されている。
The piezoelectric
<1.5 下面電極14及び上面電極16>
下面電極14及び上面電極16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。
<1.5
The
下面電極14及び上面電極16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)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を形成してもよい。
The conductive material constituting the
図1、図2の他、下面電極14及び上面電極16を上方から見たパターンを示す図3の平面図に示すように、下面電極141と上面電極161とは、自由振動領域191の中の細長矩形形状の対向領域(実線のハッチングで特定される領域)196において、圧電体薄膜15を挟んで対向し、図4の回路図に示す圧電薄膜共振子(直列共振子)1001を形成している。圧電薄膜共振子1001において、下面電極141は、対向領域196から−Y方向へ引き出され、上面電極161は、対向領域196から+Y方向へ引き出された後、延伸方向が+X方向及び−Y方向に順次折り曲げられ、その一部は外部へ接続されるパット1011となっている。
As shown in the plan view of FIG. 3 showing a pattern of the
また、下面電極142と上面電極162とは、自由振動領域192の中の細長矩形形状の対向領域(実線のハッチングで特定される領域)197において、圧電体薄膜15を挟んで対向し、図4の回路図に示す圧電薄膜共振子(並列共振子)1002を形成している。
Further, the
圧電薄膜共振子1002において、下面電極142は、対向領域197から−Y方向へ引き出され、上面電極162は、対向領域197から+Y方向へ引き出された後、延伸方向が+X方向及び−Y方向に順次折り曲げられ、その一部は外部へ接続されるパット1013となっている。
In the piezoelectric
すなわち、圧電薄膜フィルタ1は、圧電薄膜共振子1001,1002で、対向領域196,197からの下面電極141,142の引き出し方向を+Y方向に揃え、対向領域196,197からの上面電極161,162の引き出し方向を−Y方向へ揃えた電極パターンを有している。このような電極パターンを採用すれば、単結晶薄膜等の面内圧電異方性を有する圧電体薄膜15を採用した場合でも、圧電薄膜共振子1001,1002の特性(例えば、共振周波数と反共振周波数との差)を揃えることができるので、所望の特性を有する圧電薄膜フィルタを作製することが容易になる。
That is, the piezoelectric
下面電極141と上面電極162とは、固定領域193の中の対向領域(点線のハッチングで特定される領域)198において、圧電体薄膜15を挟んで対向し、バイアホール155によって短絡されている。また、下面電極142と上面電極163とは、固定領域193の中の対向領域(点線のハッチングで特定される領域)199において、圧電体薄膜15を挟んで対向し、バイアホール156によって短絡されている。上面電極163の一部は、外部へ接続されるパット1012,1014となっている。
The
このような電極パターンにより、圧電薄膜フィルタ1は、パット1011,1012を入力端子対、パット1013,1014を出力端子対とする双方向性のフィルタとして機能し、直列共振子1001及び並列共振子1012の厚み縦振動モードや厚みすべり振動モードの共振特性に応じた濾波特性を発揮する。
With such an electrode pattern, the piezoelectric
なお、圧電薄膜共振子1001,1002の特性を揃えるという観点からは、下面電極141,142のパターンを全く同じにし、上面電極161,162のパターンを全く同じにすることが最も望ましい。ただし、圧電薄膜共振子1001,1002がエネルギー閉じ込め型の共振子となっていれば、対向領域196,197から離れるにつれて電極パターンが圧電薄膜共振子1001,1002の特性に与える影響は小さくなるので、対向領域196,197及びその近傍についてのみ、下面電極141,142のパターンを同じにし、上面電極161,162のパターンを同じにすれば実用上は十分である。そこで、圧電薄膜フィルタ1では、上面電極161,162のパターンは全く同一ではないが、対向領域196,197を同一の細長矩形形状として平行に配置し、対向領域196,197からの下面電極141,142の引き出し幅(引き出し方向と垂直な方向の長さ)を揃え、対向領域196,197からの上面電極161,162の引き出し幅を揃えることにより、圧電薄膜共振子1001,1002に特性の差異が生じることを防止している。
From the viewpoint of making the characteristics of the piezoelectric
また、下面電極141,142の引き出し方向と上面電極161,162の引き出し方向とは、図3に示すように、反対方向とすることが望ましい。反対方向とすれば、浮遊容量を減らすことができるので、圧電薄膜共振子1001,1002の反共振周波数が低下して圧電薄膜フィルタ1の通過帯域幅が狭くなることや、阻止帯域の周波数の信号が浮遊容量を介して伝達され圧電薄膜フィルタ1の帯域外抑圧量が減少することを防止できるからである。ただし、このことは、下面電極141,142の引き出し方向と上面電極161,162の引き出し方向とのなす角を180°以外とすること、例えば、90°とすることを妨げるものではない。
Further, it is desirable that the lead-out direction of the
<1.6 その他>
上述の説明では、L型のラダー型フィルタに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はT型、π型のラダー型フィルタ、ラティス型フィルタ、多重モード型フィルタにも適用することができ、フィルタを構成する共振子の数も特に制限されない。
<1.6 Other>
In the above description, the case where the present invention is applied to an L-type ladder filter has been described. However, the present invention can also be applied to T-type, π-type ladder filters, lattice filters, and multimode filters. The number of resonators constituting the filter is not particularly limited.
以下では、本発明の望ましい実施形態に係る実施例について説明する。 Examples according to preferred embodiments of the present invention will be described below.
本実施例では、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及び上面電極16を構成する導電材料としてタングステンを用いて圧電薄膜フィルタ1を製造した。
In this embodiment, a single crystal of lithium niobate is used as the piezoelectric material constituting the
実施例に係る圧電薄膜フィルタ1は、図5の断面図に示すように、製造原価の低減のために、多数の圧電薄膜フィルタ1を一体化したマザー基板1mを作製した後に、マザー基板1mをダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜フィルタ1へ分離することによって製造されている。なお、図5には、3個の圧電薄膜フィルタ1がマザー基板1mに含まれる例が示されているが、マザー基板1mに含まれる圧電薄膜フィルタ1の数は、4個以上であってもよく、典型的に言えば、マザー基板1mには、数100個〜数1000個の圧電薄膜フィルタ1が含まれる。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the piezoelectric
以下では、便宜上、マザー基板1mに含まれる1個の圧電薄膜フィルタ1に着目して説明を進めるが、マザー基板1mに含まれる他の圧電薄膜フィルタ1も着目した圧電薄膜フィルタ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 focused on one piezoelectric
続いて、図6〜図13の断面図を参照しながら、実施例に係る圧電薄膜フィルタ1の製造方法を説明する。
Then, the manufacturing method of the piezoelectric
圧電薄膜フィルタ1の製造にあたっては、最初に、厚み0.5mm、直径3インチのニオブ酸リチウム単結晶の円形ウエハ(45度カットY板)を支持基板11及び圧電体基板916として準備した。
In manufacturing the piezoelectric
続いて、圧電体基板916の下面に膜厚1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、得られたタングステン膜を一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、図3に示すパターンを有する下面電極14が形成された圧電体基板916を得た(図6)。
Subsequently, a tungsten film having a thickness of 1000 angstroms is formed on the lower surface of the
そして、圧電体基板916の下面に膜厚0.5μmの二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、得られた二酸化ケイ素膜を一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、固定領域193に成膜された二酸化ケイ素膜を残して、自由振動領域191,192に成膜された二酸化ケイ素膜を除去した(図7)。これにより、圧電体基板916にキャビティ形成膜13が形成されたことになる。
Then, a silicon dioxide film having a thickness of 0.5 μm is formed on the lower surface of the
ここで、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(図8)、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916の下面とを張り合わせた。そして、支持基板11及び圧電体基板916に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層12の膜厚を0.5μmとした。しかる後に、張り合わせた支持基板11及び圧電体基板916を200℃の環境下で1時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板11と圧電体基板916とを接着した(図9)。これにより、圧電体基板916の自由振動領域191,192の下方に、深さ0.5μmのキャビティ135,136が形成された。
Here, an epoxy adhesive serving as the
支持基板11と圧電体基板916との接着が完了した後、圧電体基板916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916の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板916の膜厚を50μmまで薄肉化した。さらに、圧電体基板916の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板916の膜厚を2μmまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板916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916の仕上げ研磨を行い、膜厚1μmの圧電体薄膜15を得た(図10)。
After the bonding between the
次に、圧電体薄膜15の上面を有機溶媒で洗浄し、圧電体薄膜15の上面にクロム膜と金膜とをスパッタリングにより順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、バイアホール155,156を形成すべき領域のみを露出させたエッチングマスク918を形成した(図11)。しかる後に、圧電体薄膜15を温度60℃の1:1バッファードフッ酸水溶液でエッチングすることによりバイアホール155,156を形成し、下面電極14を露出させた(図12)。
Next, the upper surface of the piezoelectric
そして、圧電体薄膜15の上面に膜厚1000オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、得られたタングステン膜を一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、図3に示すパターンを有する上面電極16を得た(図13)。このとき、バイアホール155,156の内側面にもタングステン膜が形成されるので、下面電極14と上面電極16との導通が確保される。
Then, a tungsten film having a film thickness of 1000 angstroms is formed on the upper surface of the piezoelectric
1 圧電薄膜フィルタ
14,141,142 下面電極
15 圧電体薄膜
16,161,162,163 上面電極
196,197 対向領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
面内圧電異方性を有する圧電体薄膜と、
連続する前記圧電体薄膜の上面及び下面にそれぞれ形成された上面電極及び下面電極と、
を備え、
複数の対向領域において前記上面電極と前記下面電極とを前記圧電体薄膜を挟んで対向させることにより前記圧電薄膜共振子を形成し、
前記対向領域の各々からの前記上面電極の引き出し方向を第1方向に揃え、前記対向領域の各々からの前記下面電極の引き出し方向を第2方向に揃え、
前記第1方向と前記第2方向とが反対方向である
ことを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A piezoelectric thin film device combining a plurality of piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film having in-plane piezoelectric anisotropy;
An upper surface electrode and a lower surface electrode respectively formed on the upper surface and the lower surface of the continuous piezoelectric thin film;
With
Forming the piezoelectric thin film resonator by causing the upper surface electrode and the lower surface electrode to face each other across the piezoelectric thin film in a plurality of opposing regions;
Aligning the leading direction of the upper surface electrode from each of the opposing regions to the first direction, aligning the leading direction of the lower surface electrode from each of the opposing regions to the second direction ,
The piezoelectric thin film device, wherein the first direction and the second direction are opposite directions .
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