JP6781271B2 - 圧電共振器の製造方法と圧電共振器 - Google Patents

圧電共振器の製造方法と圧電共振器 Download PDF

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Description

本発明は、圧電デバイス分野に関し、例えば、圧電共振器の製造方法と圧電共振器に関する。
薄膜バルク音響共振器(Film Bulk Acoustic Resonator、FBAR)(圧電薄膜バルク音響共振器とも呼ばれる)の原理は、圧電薄膜の逆圧電効果を利用し、入力された高周波電気信号を一定の周波数の声信号に変換し、且つ共振を生じさせることである。そのうち、共振周波数における音波損失が最も小さい。圧電共振技術により、より進化した電子部品を製造でき、且つ通信技術により広い適用範囲を提供する。
通常、圧電共振器は、対向設置された2つの電極及び2つの電極の間に位置された圧電薄膜を含む。関連技術において、常に単結晶窒化アルミニウムAlN圧電材料又は多結晶窒化アルミニウムAlN圧電材料を採用して圧電薄膜を製造する。しかし、単結晶AlN圧電材料は、成長又は蒸着する速度が遅く、その内部応力が制御しにくく、多くのプロセス問題が増加するため、製造コストが高くなり、厚い圧電薄膜を取得しにくく、低周波数帯がより高い性能を有するフィルタを製造しにくい。一方、多結晶AlN圧電材料を成長させて形成された圧電薄膜の厚さは、厚さが厚く、低周波数帯共振器を実現できるが、多結晶AlN結晶の品質が悪く、品質係数Qと圧電結合係数ktが低くなり、製造された共振器の性能を低下させる。
本発明は、厚い圧電薄膜を容易に製造でき、低周波数帯圧電共振器を実現しやすく、且つ製造コスト及びプロセス難易度を低下させただけでなく、圧電共振器の性能を向上でき、且つ結晶化度が多結晶圧電材料より高い圧電共振器の製造方法と圧電共振器を提供する。
第1の様態において、本発明は、
第1の基板に単結晶圧電材料層を形成するステップと、
前記単結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップとを含む圧電共振器の製造方法を提供する。
第2の様態において、本発明は、
単結晶圧電材料層と、
前記単結晶圧電材料層の一側の表面に形成された多結晶圧電材料層と、
前記多結晶圧電材料層の前記単結晶圧電材料層から離れた側の表面に形成された第1の電極と、
前記単結晶圧電材料層の前記多結晶圧電材料層から離れた側の表面に形成された第2の電極とを含む圧電共振器を更に提供する。
本発明に係る圧電共振器の製造方法と圧電共振器は、第1の基板に単結晶圧電材料層を形成し、更に単結晶圧電材料層に多結晶圧電材料層を形成することにより、単結晶圧電材料層と多結晶圧電材料層からなる圧電薄膜を形成する。単結晶圧電材料層と多結晶圧電材料層との厚みの比を調整することにより、圧電共振器の総合的コストパフォーマンスを適正化できる。圧電薄膜の総厚さを調整することにより、低周波数帯圧電共振器を実現できる。低周波数帯圧電共振器を実現した場合に、薄い単結晶圧電材料層と厚い多結晶圧電材料層を更に形成することで、製造コスト及びプロセス難易度を低下させることができる。同時に、単結晶圧電材料の結晶化度が高いため、単結晶圧電材料層に蒸着された多結晶圧電材料の格子起点がより整然として配列されることにより、多結晶圧電材料層における多結晶圧電材料の結晶化度を向上させ、圧電共振器の性能を向上させる。
実施例1に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。 実施例1に係る製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例1に係る製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例2に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。 実施例3に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。 実施例4に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。 実施例5に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。 実施例5に係る電極製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例5に係る電極製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例5に係る電極製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例5に係る電極製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。 実施例6に係る圧電共振器の構造模式図である。
以下、図面と実施例を参考にしながら、本発明を説明する。ここで説明する具体的な実施例は、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。
実施例1
図1は実施例1に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートであり、図2〜図3は実施例1に係る製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。本実施例は、圧電共振器の性能を向上させる場合に適用できる。図1に示すように、本実施例に係る圧電共振器の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ110:第1の基板に単結晶圧電材料層を形成する。
図2のように、第1の基板10に単結晶圧電材料層11を形成する。そのうち、単結晶圧電材料層11の材料は、単結晶AlNであってもよく、エピタキシャル方法により形成されてもよい。例示的なものとして、エピタキシャル方法は、金属有機物化学気相蒸着法(MOCVD)(金属有機化学気相エピタキシャル(MOVPE)とも呼ばれる)を含んでもよい。アルミニウムの有機物(一般的に、トリメチルアルミニウムである)をアルミニウム源とし、アンモニアを反応する窒素源として選択してもよい。キャリアガスである水素の搬送で、有機アルミニウム源と過剰なアンモニアを真空の反応チャンバに搬送してもよい。高温作用で、有機アルミニウム源とアンモニアとが反応し、高品質な単結晶圧電材料層11を生産する。また、オプションとして、単結晶圧電材料は、更に酸化亜鉛(ZnO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、又はニオブ酸リチウム(LiNbO)等であってもよい。上記材料を利用して、第1の基板に単結晶圧電材料層11を形成する。
ステップ120:単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成する。
図3のように、蒸着方法により、単結晶圧電材料層11の第1の基板10から離れた側の表面に多結晶圧電材料層12を形成してもよい。そのうち、多結晶圧電材料層12及び単結晶圧電材料層11の材料は同じであってもよく、異なってもよい。オプションとして、多結晶圧電材料層12の材料は、多結晶AlNであってもよい。蒸着方法は、RFマグネトロンスパッタ蒸着技術であってもよい。高純度アルミニウムAlターゲット(99.99%)を利用し、高純度アルゴンAr、窒素Nをそれぞれスパッタガス、反応ガスとしてもよい。高品質単結晶AlN材料層の製造を基に、実験パラメータ(例えば、作動気圧、基板温度、N流量及びターゲット−基板間距離等)を調整することにより、多結晶AlN薄膜材料を製造する。第1の基板10に単結晶圧電材料層11を形成し、単結晶圧電材料層11の結晶化度が高いため、単結晶圧電材料層11の表面に蒸着された多結晶圧電材料12により整然として配列された格子起点が存在できる。そのため、単結晶圧電材料層11に蒸着された多結晶AlN圧電材料の結晶化度がより高くなり、性能がより良くなる。また、オプションとして、多結晶圧電材料は、更に酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックス(PZT)、タンタル酸リチウム(LiTaO)又はニオブ酸リチウム(LiNbO)等であってもよい。上記材料を使用することで、製造された単結晶圧電材料層11に多結晶圧電材料層12を形成できる。
本実施例に係る圧電共振器の製造方法について、第1の基板に単結晶圧電材料層を形成し、更に単結晶圧電材料層に多結晶圧電材料層を形成することにより、単結晶圧電材料層と多結晶圧電材料層からなる圧電薄膜を形成する。単結晶圧電材料層と多結晶圧電材料層との厚みの比を調整することにより、圧電共振器の総合的コストパフォーマンスを適正化できる。圧電薄膜の総厚さを調整して低周波数帯圧電共振器を実現できる。低周波数帯圧電共振器を実現した場合に、薄い単結晶圧電材料層と厚い多結晶圧電材料層を更に形成して、製造コスト及びプロセス難易度を低下させることができる。同時に、単結晶圧電材料の結晶化度が高いため、単結晶圧電材料層に蒸着された多結晶圧電材料の格子起点がより整然として配列されることにより、多結晶圧電材料層における多結晶圧電材料の結晶化度を向上させ、圧電共振器の性能を向上させる。
上記のとおり、オプションとして、単結晶圧電材料層11と多結晶圧電材料層12との総厚さ(即ち圧電薄膜の厚さ)は1.5μm以上であれば、圧電共振器の共振周波数が100MHz〜3GHz(低周波数帯)である要求を満たすことができる。
実施例2
図4は実施例2に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。本実施例は、実施例1を基に適正化する。そのうち、ステップ110:第1の基板に単結晶圧電材料層を形成するステップは、単結晶基板を提供するステップと、単結晶AlN圧電層を形成するように、当該単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長するステップとを含む。そのうち、単結晶AlN圧電層は、上記単結晶圧電材料層である。
上記実施例を基に、オプションとして、多結晶圧電材料層及び単結晶圧電材料層の材料が同じである。上記実施例を基に、オプションとして、単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップは、多結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶AlNを蒸着するステップを含む。図4に示すように、本実施例の方法は、以下のステップを含む。
ステップ210:単結晶基板を提供する。
そのうち、製造された単結晶圧電材料層11の材料が単結晶AlNであれば、提供された単結晶基板は、炭化珪素SiC、サファイア及び窒化ガリウムGaN等の単結晶基板であってもよい。AlNは、重要な3−5族窒化物であり、安定したウルツ鉱構造を有するため、上記基板に製造されたAlN薄膜格子不整合度と熱的不整合は相対的に小さい。よって、製造された薄膜の欠陥を減少させ、格子不整合の薄膜品質に対する影響を低下させる。
そのうち、AlN材料は高温でも依然として圧電性を保持できるため、AlN圧電薄膜デバイスは高温作動環境に適応できる。良好な化学的安定性は、AlN圧電薄膜を腐食性のある作動環境にも適応させる。AlN材料は、良好な熱伝導特性を更に有しており、AlNから作製された音波デバイスは、作動による熱によってデバイスの使用寿命を低下させることがない。そのため、AlNは、単結晶圧電材料層11の材料とすることができる。
ステップ220:単結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長する。
そのうち、単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長するステップについて、単結晶AlNのエピタキシャル成長方法は、金属有機物化学気相蒸着(MOCVD)、分子線エピタキシャル(MBE)、パルスレーザ蒸着(PLD)又はRFマグネトロンスパッタ方法であってもよい。本実施例において、金属有機物化学気相蒸着(MOCVD)方法によって単結晶AlNを成長できる。そのうち、単結晶AlNの成長中に、アルミニウムの有機物(トリメチルアルミニウムであってもよい)をアルミニウム源とし、アンモニアを窒素源とし、キャリアガスである水素の搬送で、有機アルミニウム源と過剰なアンモニアを真空の反応チャンバに搬送し、高温作用で、有機アルミニウム源とアンモニアとが反応し、単結晶AlN薄膜を生じて基板表面に蒸着する。MOCVD方法を利用することで、単結晶AlN薄膜の組成、成長の厚さ及びその均一性を厳しく制御でき、高品質の単結晶AlN薄膜材料を製造し、単結晶AlN薄膜の量産に適する。
ステップ230:多結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶AlNを蒸着する。
そのうち、多結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板10から離れた側の表面に多結晶AlNを蒸着するステップについて、蒸着の方法は、RFマグネトロンスパッタ蒸着方法であってもよく、高純度Alターゲット(99.99%)を利用し、高純度Ar、Nをそれぞれスパッタガス、反応ガスとし、高品質単結晶AlN材料層の製造を基に、実験パラメータ(例えば、作動気圧、基板温度、N流量及びターゲット−基板間距離等)を調整することにより、多結晶AlN薄膜材料を製造する。第1の基板10に単結晶圧電材料層11を形成し、単結晶圧電材料層11の結晶化度が高いため、その表面に蒸着された多結晶圧電材料により整然として配列された格子起点が存在できる。そのため、単結晶圧電材料層11に蒸着された多結晶AlN圧電材料の結晶化度がより高くなり、性能がより良くなれる。
本実施例において、単結晶AlN圧電層の厚さが0.6μm未満であってもよい。単結晶AlN圧電層は0.6μm以上に成長すると、成長プロセスの時間が長くなり、プロセス問題が多くなる。プロセス及び生産要求の制限により、より厚い単結晶AlN圧電層を成長させると、製造コストが大幅に増加し、生産歩留りを低下させるため、単結晶AlN圧電層だけでは、高性能の低周波数帯(例えば1GHz以下)圧電共振器を製造しにくい。本実施例における単結晶AlN圧電層の厚さは0.6μm未満であり、多結晶AlN圧電層を蒸着することによって圧電薄膜の厚さを増加する。例えば、圧電共振器の共振周波数を2GHzまでにしなければならない時、対応する圧電薄膜の厚さが1.5μmであれば、単結晶AlN圧電層の厚さを0.5μm又は未満にすることができ、多結晶AlN圧電層の厚さを1μmにすることができる。それにより、単結晶AlN圧電層の製造時間を節約し、製造時間全体を短縮し、プロセス問題が減少し、低周波数帯及び高性能の圧電共振器を実現できる。
本実施例に係る圧電共振器の製造方法について、単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長するステップは、AlN格子不整合度と熱的不整合を減少でき、単結晶AlNの結晶に有利であり、格子不整合が圧電薄膜品質に対する影響を低下させる。単結晶AlN圧電層に多結晶AlN圧電層を蒸着するステップは、単純に多結晶AlNで実現した共振器及びフィルタと比べて(本分野において主流で大規模に量産する製品)、損失を低下させ、高Q値と低挿入損失を実現できる。
実施例3
図5は実施例3に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートである。本実施例と上記実施例2との相違点は、多結晶圧電材料層と単結晶圧電材料層とでは材料が異なることである。相応的に、オプションとして、単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップは、蒸着法を採用し、ZnO圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶酸化亜鉛を蒸着するステップを含む。図5に示すように、本実施例の方法は、以下のステップを含む。
ステップ310:単結晶基板を提供する。
ステップ320:単結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長する。
ステップ330:蒸着法を採用して、ZnO圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶酸化亜鉛を蒸着する。
そのうち、ZnO薄膜は、高い圧電性(圧電定数d33≒12pm/V)を有し、その構造もウルツ鉱構造であり、単結晶AlN薄膜を基に、良好な格子整合を形成し、格子不整合の多結晶ZnO薄膜品質に対する影響を低下させることができる。
オプションとして、多結晶ZnO圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板10から離れた側の表面に多結晶酸化亜鉛を蒸着するステップについて、蒸着方法は、RFマグネトロンスパッタ蒸着方法であってもよく、ZnOセラミックスターゲット(99.9%)を利用し、高純度O、Arをそれぞれ反応ガス、保護ガスとし、高品質単結晶AlN材料層の製造を基に、実験パラメータ(例えば、作動気圧、ガス流量、基板温度、蒸着時間及びターゲット−基板間距離等)を調整することにより、多結晶ZnO圧電層を製造する。第1の基板10に単結晶圧電材料層11を形成し、単結晶圧電材料層11の結晶化度が高いため、その表面に蒸着された多結晶圧電材料がより整然として配列された格子起点が存在できる。そのため、単結晶圧電材料層11に蒸着された多結晶ZnO圧電材料の結晶化度がより高くなり、性能がより良くなる。
本実施例に係る圧電共振器の製造方法は、単結晶AlN圧電層に多結晶ZnOを蒸着し、多結晶AlN圧電層に対し、圧電共振器の圧電結合係数ktを向上させ、圧電共振器の性能を向上させることができる。
実施例4
図6は実施例4に係る圧電共振器の製造方法のフロー模式図である。本実施例と上記実施例との相違点は、多結晶圧電材料層と単結晶圧電材料層とでは材料が異なることである。相応的に、単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップは、蒸着法を採用し、PZT圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面にチタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックスを蒸着するステップを含む。図6に示すように、本実施例の方法は、以下のステップを含む。
ステップ410:単結晶基板を提供する。
ステップ420:単結晶AlN圧電層を形成するように、単結晶基板に単結晶AlNをエピタキシャル成長する。
ステップ430:蒸着法を採用して、PZT圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板から離れた側の表面にチタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックスを蒸着する。
そのうち、PZT薄膜は、力電結合性能を備え、その圧電結合係数ktが高く、電広帯域フィルタの作製に優れた材料である。オプションとして、多結晶PZT圧電層を形成するように、単結晶AlN圧電層の第1の基板10から離れた側の表面に多結晶チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックスを蒸着するステップについて、蒸着の方法は、例えばパルスレーザ蒸着方法であってもよく、ジルコニウムチタン比Zr/Ti=52/48のPZT圧電セラミックスをターゲット材とし、単結晶AlNが製造された圧電層に、パルスレーザ蒸着法を使用してPZT薄膜を製造する。そのうち、フッ化セシウムKrFパルスレーザ器を使用し、実験する際にまず真空引きを行った後、一定の圧力まで酸素を導入する。高品質単結晶AlN圧電層が製造された基板を一定の温度に加熱し、KrFパルスレーザを45℃角でPZTターゲット材に入射し、PZTの原子をターゲット材から基板に射出・蒸着する。その後、室温まで徐冷し、それを薄膜晶化し、PZT薄膜を製造する。実験パラメータ(例えば、作動気圧、ベース温度、蒸着時間及びターゲット−基板間距離等)を調整することにより、PZT圧電層を製造する。
本実施例に係る圧電共振器の製造方法は、単結晶AlN圧電層にPZT圧電層を蒸着し、多結晶AlN圧電層に対し、圧電共振器の圧電結合係数ktを向上させ、圧電共振器の性能を向上させることができる。
実施例5
図7は実施例5に係る圧電共振器の製造方法のフローチャートであり、図8〜図11は実施例5に係る電極製造フローにおける各ステップが対応する圧電共振器の断面構造模式図である。上記実施例を基に、本実施例は、単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップの後に、多結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に第1の電極を形成するステップと、第1の電極付き圧電共振器を第1の電極によって第2の基板に圧着し、且つ薄膜転写プロセスを利用して第1の基板を剥離するステップと、単結晶圧電材料層の第2の基板から離れた側の表面に第2の電極を形成するステップとを更に含んでもよい。図7に示すように、本実施例の方法は、以下のステップを含む。
ステップ510:第1の基板に単結晶圧電材料層を形成する。
ステップ520:単結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成する。
ステップ530:多結晶圧電材料層の第1の基板から離れた側の表面に第1の電極を形成する。
図8のように、多結晶圧電材料層12の第1の基板10から離れた側の表面に第1の電極13を形成するステップについて、その形成方法は、マグネトロンスパッタ法であってもよく、多結晶圧電材料層12に一層のタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)、銀(Ag)、チタン(Ti)及びモリブデン(Mo)のうちの一種又は複数種の組合せを蒸着してもよく、そのうち、第1の電極13は基板と類似の形状を有してもよい。
ステップ540:第1の電極付き圧電共振器を第1の電極によって第2の基板に圧着し、且つ薄膜転写プロセスを利用して第1の基板を剥離する。
図9のように、例示的なものとして、まず、第1の基板10、単結晶圧電材料層11、多結晶圧電材料層12及び第1の電極13を反転させ、且つ第1の電極13を第2の基板14に機械的に圧着し、第1の電極13の単結晶圧電材料層11から離れた表面を第2の基板14の表面と結合して強固な構造を形成する。次に、レーザ剥離又はプラズマ剥離技術により、単結晶圧電材料層11を第1の基板10から剥離する。レーザ剥離又はプラズマ剥離技術による剥離率は高く、同時に、剥離中の薄膜及び基板片の破裂を最大限回避できる。
ステップ550:単結晶圧電材料層の第2の基板から離れた側の表面に第2の電極を形成する。
図10のように、上記手段に基つき、単結晶圧電材料層11の第1の電極13から離れた側の表面に、マグネトロンスパッタ技術により、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)及びモリブデン(Mo)等の少なくとも一種の材料からなる一層の電極構造を形成し、当該電極構造が第2の電極15である。オプションとして、第1の電極13及び第2の電極15の材料は、アルミニウム(Al)及び白金(Pt)であってもよい。そのうち、蒸着された第1の電極13及び第2の電極15の厚さは、実際の生産要求に応じて決められる。同時に、電極形状は、基板又は圧電薄膜と類似してもよく、類似しなくてもよく、具体的な構造は、状況に応じて確定すべきである。そのうち、第2の基板14は、シリコンウエハであってもよく、一層の犠牲材料を一時的な支持構造としてもよい。最後に、図11のように、エッチング技術により、第2の基板14における一部の材料を除去し、空洞を形成できる。
多結晶圧電共振器を製造する際に、まず、基板に1つのモリブデン電極を形成し、更に当該モリブデン電極に圧電薄膜を形成する。この際、共振器における内部応力は、相対的に制御しやすく、多結晶AlNに基づく大規模の量産が可能となる。他の金属電極を変更してしまうと、共振器の内部応力を制御しにくくなり、生産歩留まりが低い。
本実施例に係る圧電共振器の製造方法について、形成された電極は、モリブデン電極に限らず、複数種の導電材料を選択してもよく、且つ圧電薄膜を製造した後に第1の電極を形成し、第1の基板を剥離した後に圧電薄膜の他面に第2の電極を形成することにより、第2の電極に直接圧電薄膜を形成することを回避し、最適なコストパフォーマンスを達成するように、圧電材料の両面における電極はプロセスと性能要求に応じて異なる金属材料を選択できる。例えば、アルミニウムは、モリブデンより小さい抵抗率を有するため、共振器の寄生抵抗を低下させ、共振器のQ値を向上できる。
実施例6
図12は実施例6に係る圧電共振器の構造模式図である。当該圧電共振器は、本発明の実施例に係るいずれかの圧電共振器の製造方法を使用して製造できる。図12に示すように、当該圧電共振器は、単結晶圧電材料層11の一側の表面に形成された多結晶圧電材料層12と、多結晶圧電材料層12の単結晶圧電材料層11から離れた側の表面に形成された第1の電極13と、単結晶圧電材料層11の多結晶圧電材料層12から離れた側の表面に形成された第2の電極15とを含む。
そのうち、単結晶圧電材料層11の材料は、単結晶AlNであってもよい。AlNの音波速度が高いため、AlN薄膜材料は高周波共振器(GHz)を作製するために用いることができ、且つAlN材料の損失が低いため、高品質係数(Q)値を実現でき、且つ複雑な作動環境で使用できる。
オプションとして、多結晶圧電材料層12は、単結晶圧電材料層11の材料と同じであってもよく、異なってもよい。例えば、多結晶圧電材料層12の材料は、多結晶AlN、チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックス、多結晶酸化亜鉛、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム等であってもよい。そのうち、LiNbOの圧電結合係数(kt)が高く、圧電結合係数(kt)は、圧電材料の圧電性能の強弱を評価する重要な物理量であり、フィルタが実現可能な帯域を决定するものである。LiNbO及びPZTの圧電結合係数(kt)が高く、実現可能な帯域が大きい。酸化亜鉛(ZnO)のktが7.5%であり、AlNのktが6.5%である。また、品質係数(Q)は、フィルタデバイスを説明する重要な指標であり、圧電共振器のQ値は、圧電薄膜材料の固有損失及びバルク波の基板における損失によるものである。この点から、AlN及びZnOの材料損失はPZT材料より優れる。
オプションとして、前記単結晶圧電材料層の厚さは0.6μm未満である。
オプションとして、単結晶圧電材料層及び多結晶圧電材料層の総厚さは1.5μm以上である。
オプションとして、第1の電極13及び第2の電極15の材料は、Al、Cu、Ag、Pt、W、Ti及びMoのうちの一種又は複数種の組合せであってもよい。AlとPtを選択できる主な原因は、Al材料の抵抗率が小さく、Pt及びW電極のAlN共振器における力学的性質が優れているからである。
本実施例において詳細に説明しない内容については、上記方法の実施例を参考にし、ここでは省略する。
本実施例に係る圧電共振器は、共振周波数が低周波数帯である通信分野に適用でき、関連技術と比べて、本実施例に係る圧電共振器は、前記単結晶圧電材料層の一側の表面に多結晶圧電材料層を形成することにより、圧電材料層を短時間に一定の厚さに達成でき、プロセス時間を短縮し、製造コストを低下させ、低周波数帯の共振周波数を実現すると同時に、高Q値及び高圧電結合係数(kt)の性能を保証でき、且つフィルタ帯域を向上させ、適用範囲を増加させる。
本発明は、圧電共振器の製造方法と圧電共振器を提供し、単結晶圧電材料の結晶化度が高いため、単結晶圧電材料層に蒸着された多結晶圧電材料の格子起点がより整然として配列されることにより、多結晶圧電材料層における多結晶圧電材料の結晶化度を向上させ、圧電共振器の性能を向上させる。

Claims (8)

  1. 第1の基板に単結晶圧電材料層を形成するステップと
    前記単結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップとを含み、
    第1の基板に単結晶圧電材料層を形成するステップは、
    第1の基板として、窒化ガリウム基板である単結晶基板を提供するステップと、
    単結晶AlN圧電層を形成するように、前記単結晶基板に単結晶窒化アルミニウムAlNをエピタキシャル成長するステップとを含み、
    前記単結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップの後に、
    前記多結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に第1の電極を形成するステップと、
    前記第1の電極を第2の基板に圧着し、且つレーザ剥離又はプラズマ剥離技術を利用して前記第1の基板を剥離するステップと、
    前記単結晶圧電材料層の前記第2の基板から離れた側の表面に第2の電極を形成するステップと、
    エッチングにより、前記第2の基板を除去するステップを更に含む、圧電共振器の製造方法。
  2. 前記多結晶圧電材料層及び前記単結晶圧電材料層の材料が同じである、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記単結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップは、
    多結晶AlN圧電層を形成するように、前記単結晶AlN圧電層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶AlNを蒸着するステップを含む、請求項2に記載の製造方法。
  4. 前記多結晶圧電材料層と前記単結晶圧電材料層とは材料が異なる、請求項1に記載の製造方法。
  5. 前記単結晶圧電材料層の前記第1の基板から離れた側の表面に多結晶圧電材料層を形成するステップは、
    蒸着法を採用して、前記単結晶AlN圧電層の前記第1の基板から離れた側の表面に、PZT圧電層、ZnO圧電層、LiTaO圧電層又はLiNbO圧電層を形成するように、チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミックスPZT、多結晶酸化亜鉛ZnO、タンタル酸リチウムLiTaO又はニオブ酸リチウムLiNbOを蒸着するステップを含む、請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記単結晶AlN圧電層の厚さが0.6μm未満である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
  7. 前記単結晶圧電材料層と前記多結晶圧電材料層との総厚さが1.5μm以上である、請求項1に記載の製造方法。
  8. 前記第1の電極及び前記第2の電極の少なくとも一種の電極の材料は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、タングステン(W)、白金(Pt)、チタン(Ti)及びモリブデン(Mo)のうちの一種又は複数種の組合せである、請求項1に記載の製造方法。
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