JPH10276058A - 集積型圧電薄膜素子 - Google Patents

集積型圧電薄膜素子

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JPH10276058A
JPH10276058A JP8001097A JP8001097A JPH10276058A JP H10276058 A JPH10276058 A JP H10276058A JP 8001097 A JP8001097 A JP 8001097A JP 8001097 A JP8001097 A JP 8001097A JP H10276058 A JPH10276058 A JP H10276058A
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JP
Japan
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thin film
piezoelectric thin
pzt
film
electrodes
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Withdrawn
Application number
JP8001097A
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English (en)
Inventor
Masa Yonezawa
政 米澤
Naoyuki Hanashima
直之 花嶋
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】同一の半導体基板上に、集積回路と圧電薄膜共
振子とが形成された集積型圧電薄膜素子を提供する。 【解決手段】半導体基板上に、半導体集積回路と圧電薄
膜共振子とが、一体的に形成された集積型圧電薄膜素子
において、該電薄膜素子が、ゾルゲル法により形成され
たPZTまたはPTの強誘電体薄膜と、該強誘電体薄膜
上に2つ以上の電極を備え、該電極間で分極処理されて
いる集積型圧電薄膜素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電薄膜 を用い
た共振子と半導体集積回路とを同一基板上に、一体化し
た集積型圧電薄膜素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年のめざましい技術の進展により、半
導体素子の高密度集積化が進められており、同一の半導
体基板上に半導体集積回路および圧電薄膜共振子とを一
体的に形成した集積型圧電薄膜素子も開発されている。
上記集積型圧電薄膜素子において、特開昭63−187
713号公報に見られる様に、半導体集積回路に一体化
して形成される圧電薄膜共振子用の圧電材料として、ス
パッタリング法によりZnO膜(他に、AlN、Nb
2O5、Ta2O5、PbTiO3膜)が利用されていることが知
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし一方、通信機器
等の応用分野においては、500MHz以上の高周波帯
域において利用される素子の小型化、広帯域化、集積化
が強く要望されて来ているが、上記スパッタリング法に
よるZnO等の薄膜では、この要望に十分に答えること
が出来ない。そこで近時、圧電素子用の高周波用圧電材
料として、電気機械結合係数の大きいチタン酸ジルコン
酸鉛PZT(以下、単にPZTと言う)またはチタン酸
鉛PT(以下、単にPTと言う)の強誘電体薄膜の利用
が知られて来ている。しかし、該PZTまたはPT膜を
形成する成膜プロセスには問題があり、これら材料を用
いて良好な膜質の圧電体薄膜を得ることは困難である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上記問題点を解決すべく、鋭意研究開発に努力した結
果、 上記PZTまたはPTの強誘電体薄膜をゾルゲル
法により形成すると高い共振性を示し、圧電体薄膜とし
て有効に機能する良好な膜質のものが得られるとの知見
を得たのである。
【0005】本発明は、上述の知見に基づいて得られた
ものであって、半導体基板上に、半導体集積回路と圧電
薄膜共振子とが、一体的に形成された集積型圧電薄膜素
子において、該電薄膜素子が、ゾルゲル法により形成さ
れたPZTまたはPTの強誘電体薄膜と、該強誘電体薄
膜上に2つ以上の電極を備え、該電極間で分極処理され
ている集積型圧電薄膜素子、に特徴を有するものであ
る。
【0006】本発明の圧電薄膜共振子は、圧電膜が電気
機械結合係数の大きい圧電材料であるPZTあるいはP
Tで形成されているため、広帯域なフィルタや発振周波
数範囲の広い共振器を実現できる。
【0007】しかも、上部電極が間隔をあけて2個形成
されているため、この上部電極間に電界を印加すること
により、圧電体膜を厚み方向に分極処理することが出来
る。従って、下部電極を加工する必要がなく、このため
下部電極をパタ−ニングする等の煩雑な工程が不要とな
る。
【0008】ところで、PZTは、良質な膜質の圧電体
薄膜を得ることが困難である。例えば、スパッタ法で
は、厚み振動の共振を十分確認できるほど良好なPZT
薄膜を形成できない。
【0009】これに対して、ゾルゲル法によるPZT薄
膜の成膜であれば、厚み振動に対して高い共振を示し、
圧電体薄膜として有効に機能する良好な膜質のPZT薄
膜を形成することが出来る。
【0010】
【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて説明する。第1図(a)に示す様に、半導体基板1
に集積発振回路2を形成し、この半導体基板1上に圧電
薄膜共振子4を形成し上記集積発振回路2の接続用電極
部分7と圧電薄膜共振子4とは配線層による配線5,6
により第1図(b)に示す様に電気的に接続する。すな
わち第1図(b)において8は絶縁性保護膜であり、配
線5,6 はこの保護膜8に設けられた孔を介して集積
発振回路2の接続用電極部分7に接続される。圧電薄膜
共振子4は、半導体基板1上に、PZTまたはPT薄膜
をゾルゲル法により成膜し、次いで2つ以上の電極を有
する導電性金属層からなる上部電極層をスパッタ法等で
形成し、この電極間に電界をかけて分極処理することに
より圧電性を付与して作製する。
【0011】圧電体薄膜としてのPZTまたはPT薄膜
は、高周波対応とするために膜厚は、好ましくは0.1
〜10μm、より好ましくは0.2〜3μmの範囲で使
用目的に応じて適宜決定される。
【0012】PZTまたはPT薄膜上の上部電極として
は、上述の導電性金属層をスパッタ法等によりパタ−ニ
ング形成することが出来る。その厚さは、通常の場合1
000〜 2000オングストローム(以下Aという)
程度であることが望ましい。PZTまたはPT薄膜の膜
厚が薄過ぎると圧電効果が十分得られず、逆に、厚過ぎ
ると良好な膜質が得られない。
【0013】また、分極処理効果の面から、上部電極同
士の間の間隔は、0.1〜10μmであることが好まし
く、更に好ましくは0.5〜5μmである。
【0014】本発明では、半導体基板としては、Si以
外にもGaAs等の任意の半導体が使用出来る。
【0015】また、本発明では、絶縁性保護膜として
は、Si34 以外にもSiO2等の任意の絶縁体膜も使
用出来る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について、具体的に説
明する。 [実施例1]Si半導体基板に、Si34 絶縁性保護膜
を介して、集積発振回路を形成し、このSi半導体基板
上に、同じくSi34 絶縁性保護膜を介して、圧電薄膜
共振子を形成し、上記集積発振回路の接続用電極部分と
圧電薄膜共振子とは配線層による配線により電気的に接
続する。上記配線は、上記絶縁性保護膜に設けられた孔
を介して集積発振回路の接続用電極部分に接続される。
圧電薄膜共振子としては、上述せる如くSi半導体基板
上に、Si34 絶縁性保護膜を介して、下部電極Pt
(2000A)/Ti(500A)を形成し、その上
に、ゾルゲル法で0.8μmのPZT薄膜を形成し、ゾ
ルゲル法に用いるPZTは18%濃度溶液を用いる。4
00℃の熱処理で塗布を繰り返し所望の膜厚を得、最後
に650℃の温度で焼成する。更に、PZT薄膜の上に
Al:1500でスパッタ法により形成し、Alを70
×70μm角のパタ−ンで3μm間隔で2つパタ−ニン
グし上部電極を形成した。分極処理は、上部電極間に1
50℃で、300kV/cmの直流電界を10分間印可
した。こうすることで、分極し圧電性を付与し作製し
た。
【0017】PZT薄膜の形成には、下記組成のPZT
薄膜形成用組成物を用い、これをスピンコータにより塗
布した。PZT薄膜形成用組成物 (金属酸化物換算の合計濃度:
18重量%) 酢酸鉛:23.985重量% テトラブトキシジルコニウム:11.455重量% テトライソプロポキシチタン:7.842重量% 2−メトキシエタノール:残部
【0018】上述の様に、得られた本発明の圧電薄膜共
振子について、圧電薄膜共振子の厚み振動の基本共振周
波数を測定したところ、1.95GHzの共振周波数を
得た。
【0019】[実施例2]Si半導体基板に、SiO2
絶縁性保護膜を介して、集積発振回路を形成し、このS
i半導体基板上に、同じくSiO2 絶縁性保護膜を介し
て、圧電薄膜共振子を形成し、上記集積発振回路の接続
用電極部分と圧電薄膜共振子とは配線層による配線によ
り電気的に接続する。上記配線は、上記絶縁性保護膜に
設けられた孔を介して集積発振回路の接続用電極部分に
接続される。圧電薄膜共振子としては、上述せる如くS
i半導体基板上に、SiO2絶縁性保護膜を介して、下部
電極Pt(2000A)/Ti(500A)を形成し、
その上に、ゾルゲル法で0.8μmのPT薄膜を形成
し、ゾルゲル法に用いるPTは18%濃度溶液を用い
る。400℃の熱処理で塗布を繰り返し所望の膜厚を
得、最後に650℃の温度で焼成する。更に、PT薄膜
の上にAl:1500でスパッタ法により形成し、Al
を70×70μm角のパタ−ンで3μm間隔で2つパタ
−ニングし上部電極を形成した。分極処理は、上部電極
間に150℃で、300kV/cmの直流電界を10分
間印可した。こうすることで、分極し圧電性を付与し作
製した。
【0020】PT薄膜の形成には、下記組成のPT薄膜
形成用組成物を用い、これをスピンコータにより塗布し
た。PT薄膜形成用組成物 (金属酸化物換算の合計濃度:1
8重量%) 酢酸鉛:23.985重量% イソプロポキシチタニウム:7.842重量% 2−メトキシエタノール:残部
【0021】上述の様に、得られた本発明の圧電薄膜共
振子について、圧電薄膜共振子の厚み振動の基本共振周
波数を測定したところ、1.72GHzの共振周波数を
得た。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ゾルゲル法により形成
されたPZTまたはPtの強誘電体薄膜からなる圧電薄
膜共振子が高周波帯域で確実に動作し、発振回路を安定
確実に発振させることが出来る。発振回路が形成された
半導体集積回路基板上に圧電薄膜共振子を形成し、発振
回路と圧電薄膜共振子とを配線層による配線で電気的に
接続した、簡易な構成の高周波帯域で作動する超小形集
積化発振器を実現することが可能となった。なお、配線
層を形成する工程は、圧電薄膜共振子を形成する工程内
に設ければ良く、極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施例に係わる集積化発振器
の概略構成図。 (b)上記集積型圧電薄膜素子の配線部分の垂直断面
図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 集積発振回路 3 圧電薄膜共振子 4 配線 5 配線 6 接地用電極部分 7 保護膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、半導体集積回路と圧電
    薄膜共振子とが、一体的に形成された集積型圧電薄膜素
    子において、該電薄膜素子が、ゾルゲル法により形成さ
    れたPZTまたはPTの強誘電体薄膜と、該強誘電体薄
    膜上に2つ以上の電極を備え、該電極間で分極処理され
    ていることを特徴とする集積型圧電薄膜素子。
JP8001097A 1997-03-31 1997-03-31 集積型圧電薄膜素子 Withdrawn JPH10276058A (ja)

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JP8001097A JPH10276058A (ja) 1997-03-31 1997-03-31 集積型圧電薄膜素子

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Effective date: 20040601