JPH10276058A - 集積型圧電薄膜素子 - Google Patents
集積型圧電薄膜素子Info
- Publication number
- 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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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、Ｓi3Ｎ4 以外にもＳｉＯ2等の任意の絶縁体膜も使
用出来る。
は、Ｓi3Ｎ4 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、Ｓi3Ｎ4 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Ｓi3Ｎ4 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、Ｓi3Ｎ4 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。
明する。 ［実施例１］Ｓi半導体基板に、Ｓi3Ｎ4 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Ｓi3Ｎ4 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、Ｓi3Ｎ4 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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8001097A JPH10276058A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 集積型圧電薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8001097A JPH10276058A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 集積型圧電薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10276058A true JPH10276058A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13706365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8001097A Withdrawn JPH10276058A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 集積型圧電薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10276058A (ja) |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP8001097A patent/JPH10276058A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |