JPS59169215A - 薄膜圧電振動子の製造方法 - Google Patents
薄膜圧電振動子の製造方法Info
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- JPS59169215A JPS59169215A JP4348483A JP4348483A JPS59169215A JP S59169215 A JPS59169215 A JP S59169215A JP 4348483 A JP4348483 A JP 4348483A JP 4348483 A JP4348483 A JP 4348483A JP S59169215 A JPS59169215 A JP S59169215A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧電薄膜を用いたＶＨＦ、ＵＨＦ用高周波圧電
振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電薄膜とからなる
複合構造の振動部位を有する薄膜圧電振動子に関するも
のである。
振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電薄膜とからなる
複合構造の振動部位を有する薄膜圧電振動子に関するも
のである。
一般に数十■与易上の周波数で使用される圧電振動子は
振動モードとして板面が厚さに比べて十分広い圧電性薄
板の厚み振動を使用するが、厚み振動の共振周波数は圧
電性薄板の厚さに反比例し５０ＭＨｚ以上では厚さが４
０ミクロン以下となるため加工が極めて困難となり、バ
ルク圧電結晶或いは圧電セラミックを用いて５ｏＭＨ２
以上の厚み振動圧電振動子を量産することは困難である
。
振動モードとして板面が厚さに比べて十分広い圧電性薄
板の厚み振動を使用するが、厚み振動の共振周波数は圧
電性薄板の厚さに反比例し５０ＭＨｚ以上では厚さが４
０ミクロン以下となるため加工が極めて困難となり、バ
ルク圧電結晶或いは圧電セラミックを用いて５ｏＭＨ２
以上の厚み振動圧電振動子を量産することは困難である
。
振動部分の厚さを薄くして５Ｑ■ム以上の厚み振動圧電
振動子を得る方法としては第１図、第２図の構造の薄膜
圧電振動子が公知である。この薄膜圧電振動子は基板１
１の上に薄膜部材１３を形成した後、エツチングによっ
て基板１１に空孔１２を形成し、さらに薄膜部材１３の
上に順に下地電極１４、圧電薄膜１５、上部電極１６を
形成することによって製造するもので、一般に非圧電性
の薄膜部材１３と圧電薄膜１５とからなる複合ダイアフ
ラムが周縁蔀を基板１１によって支持された構造となっ
ている。
振動子を得る方法としては第１図、第２図の構造の薄膜
圧電振動子が公知である。この薄膜圧電振動子は基板１
１の上に薄膜部材１３を形成した後、エツチングによっ
て基板１１に空孔１２を形成し、さらに薄膜部材１３の
上に順に下地電極１４、圧電薄膜１５、上部電極１６を
形成することによって製造するもので、一般に非圧電性
の薄膜部材１３と圧電薄膜１５とからなる複合ダイアフ
ラムが周縁蔀を基板１１によって支持された構造となっ
ている。
第１図、第２図の構造の薄膜圧電振動子において基板１
１としては一般に表面が（Ｚｏｏ ）面であるようなシ
リコンが用いられ、エチレンジアミン、ピロカテコール
、水からなるエツチング液（以下ＢＤＰ 液という）或
いは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液による異方性エツ
チングを利用して精密に空孔１２を作成することができ
る。
１としては一般に表面が（Ｚｏｏ ）面であるようなシ
リコンが用いられ、エチレンジアミン、ピロカテコール
、水からなるエツチング液（以下ＢＤＰ 液という）或
いは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液による異方性エツ
チングを利用して精密に空孔１２を作成することができ
る。
薄膜部材１３としては上記のＥＤＰ液或いはＫＯＨ水溶
液に対してできるだけエツチング速度の小さい材料が必
要であり、従来このような材料として種々の酸化物、窒
化物なども提案されているが、機械的強度、音響的クォ
リティ・ファクタが大きいことが要求されるところから
シリコン薄膜が最も理想的な材料として使用されてきた
。シリコンのＥＤＰ液或いはＫＯＨ水溶液に対するエツ
チング速度は不純物であるホウ素の濃度に依存し、７
Ｘ １０１９ｃＩｒＬ−３以上の濃度にドープしたシリ
コンのＥＤＰ液或いはＫＯＨ水溶液に対するエツチング
速度は極めて小さいことが知られており、したがって従
来は所望の厚さのダイヤフラムを作成するためにシリコ
ン基板上にエピタキシャル成長、拡散、イオン注入など
によって形成したホウ素を高濃度にドープしたシリコン
薄膜が薄膜部材として使用されてきた。
液に対してできるだけエツチング速度の小さい材料が必
要であり、従来このような材料として種々の酸化物、窒
化物なども提案されているが、機械的強度、音響的クォ
リティ・ファクタが大きいことが要求されるところから
シリコン薄膜が最も理想的な材料として使用されてきた
。シリコンのＥＤＰ液或いはＫＯＨ水溶液に対するエツ
チング速度は不純物であるホウ素の濃度に依存し、７
Ｘ １０１９ｃＩｒＬ−３以上の濃度にドープしたシリ
コンのＥＤＰ液或いはＫＯＨ水溶液に対するエツチング
速度は極めて小さいことが知られており、したがって従
来は所望の厚さのダイヤフラムを作成するためにシリコ
ン基板上にエピタキシャル成長、拡散、イオン注入など
によって形成したホウ素を高濃度にドープしたシリコン
薄膜が薄膜部材として使用されてきた。
しかし、従来の薄膜圧電振動子では上記のようにホウ素
を高濃度にドープしたシリコン薄膜を使用しているため
に以下に述べるような重大な欠点を有していた。
を高濃度にドープしたシリコン薄膜を使用しているため
に以下に述べるような重大な欠点を有していた。
第１に、薄膜圧電振動子ではワイヤ・ホンティングなど
による配線を行なうために第１図、第２図に示すごと（
上部電極の引き出し電極１７が必要であるが、ホウ素を
高濃度にドープしたシリコン薄膜は導電率が非常に大き
く、シたがって引き出し電極とシリコン薄膜との間の容
量が振動子に並列に加わる結果、振動子の容量比が見か
け上大きくなってし才い、このため従来の薄膜圧電振動
子ではこれを用いた発振器の制御範囲或いはフィルタの
比帯域幅を十分に広く取ることが不可能であった０ 第２に、薄膜圧電振動子はシリコン基板上に形成できる
から、同一シリコン基板上に増幅器などの半導体素子を
形成して装置の小形化を図ることが望まれているが、従
来のごとくホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜上
では増幅器などの半導体素子を形成することは困難であ
った。
による配線を行なうために第１図、第２図に示すごと（
上部電極の引き出し電極１７が必要であるが、ホウ素を
高濃度にドープしたシリコン薄膜は導電率が非常に大き
く、シたがって引き出し電極とシリコン薄膜との間の容
量が振動子に並列に加わる結果、振動子の容量比が見か
け上大きくなってし才い、このため従来の薄膜圧電振動
子ではこれを用いた発振器の制御範囲或いはフィルタの
比帯域幅を十分に広く取ることが不可能であった０ 第２に、薄膜圧電振動子はシリコン基板上に形成できる
から、同一シリコン基板上に増幅器などの半導体素子を
形成して装置の小形化を図ることが望まれているが、従
来のごとくホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜上
では増幅器などの半導体素子を形成することは困難であ
った。
本発明の目的は、上記のような欠点を除いた薄膜圧電振
動子の製造方法を提供することであり、本発明はシリコ
ン基板上に酸化物単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ
、さらに該酸化物単結晶薄膜の上にシリコン単結晶薄膜
をエピタキシャル成長させた後、シリコン基板の一部を
エツチングを行って除去し、シリコン単結晶薄膜のダイ
ヤフラムを形成し、このシリコン・ダイヤフラムの上に
下地電極、圧電薄膜、上部電極を順に形成する製造方法
である。
動子の製造方法を提供することであり、本発明はシリコ
ン基板上に酸化物単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ
、さらに該酸化物単結晶薄膜の上にシリコン単結晶薄膜
をエピタキシャル成長させた後、シリコン基板の一部を
エツチングを行って除去し、シリコン単結晶薄膜のダイ
ヤフラムを形成し、このシリコン・ダイヤフラムの上に
下地電極、圧電薄膜、上部電極を順に形成する製造方法
である。
本発明の製造方法によれば酸化物単結晶薄膜の上にエピ
タキシャル成長させるシリコン単結晶薄膜の不純物濃度
は任意に選択することができ、したがって従来の薄膜圧
電振動子の欠点を除いた薄膜圧電振動子を製造すること
ができる。
タキシャル成長させるシリコン単結晶薄膜の不純物濃度
は任意に選択することができ、したがって従来の薄膜圧
電振動子の欠点を除いた薄膜圧電振動子を製造すること
ができる。
次に本発明の詳細な説明する。
第３図〜第６図に本発明による薄膜圧電振動子の製造工
程を示し、本発明の製造方法を説明する。
程を示し、本発明の製造方法を説明する。
才ず第３図のように表面が（１００）面であるようなシ
リコン基板３１の上に酸化物単結晶薄膜３２及びシリコ
ン単結晶薄膜３３を順にエピタキシャル成長させる。次
に第４図のように基板の両面に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ
４）などのエツチング保護膜３４を形成し、ダイヤフラ
ムを形成する部分のエツチング保護膜を除去してＥＤＰ
液或いはＫＯＨ水溶液 、中でシリコン基板
のエツチングを行なう。この時酸化物単結晶薄膜３２と
してＥＤＰ液或いはＫＯ）（水溶液にエツチングされな
い材料を用いることによりエツチングは薄膜３２まで到
達した時点で停止する。薄膜３２ｉ；ｉＥＤ：ｐ液酸い
はＫＯＨ水溶液にエツチングされず、シリコン上にエピ
タキシャル成長が可能な種々の酸化物材料を用いること
が可能である。代表的な材料はスピネル或いはサファイ
ヤである。ここでスピネルはＭｇ０−ＡＩ、Ｏ，、Ｍｇ
Ｏ＠龜、０３゜ＭｇＯ＊ （ＡＩ 、Ｇａ）、０８．
ＺｎＯ薄膜上、０．などがある。
リコン基板３１の上に酸化物単結晶薄膜３２及びシリコ
ン単結晶薄膜３３を順にエピタキシャル成長させる。次
に第４図のように基板の両面に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ
４）などのエツチング保護膜３４を形成し、ダイヤフラ
ムを形成する部分のエツチング保護膜を除去してＥＤＰ
液或いはＫＯＨ水溶液 、中でシリコン基板
のエツチングを行なう。この時酸化物単結晶薄膜３２と
してＥＤＰ液或いはＫＯ）（水溶液にエツチングされな
い材料を用いることによりエツチングは薄膜３２まで到
達した時点で停止する。薄膜３２ｉ；ｉＥＤ：ｐ液酸い
はＫＯＨ水溶液にエツチングされず、シリコン上にエピ
タキシャル成長が可能な種々の酸化物材料を用いること
が可能である。代表的な材料はスピネル或いはサファイ
ヤである。ここでスピネルはＭｇ０−ＡＩ、Ｏ，、Ｍｇ
Ｏ＠龜、０３゜ＭｇＯ＊ （ＡＩ 、Ｇａ）、０８．
ＺｎＯ薄膜上、０．などがある。
上記の工程の後、保護膜３４及び酸化物単結晶薄膜３２
を適当なエツチング液で除去することによって第５図に
示すような周縁部をシリコン基板に支持されたシリコン
・ダイヤフラムが得られる。なお、これらの膜３４及び
３２は必ずしも除去する必要はな（、必要に応じて除去
すればよい。さらに、順に下地電極３５、圧電薄膜３６
、上部電極３７を形成して第６図に示すような薄膜圧電
振動子が得られる。
を適当なエツチング液で除去することによって第５図に
示すような周縁部をシリコン基板に支持されたシリコン
・ダイヤフラムが得られる。なお、これらの膜３４及び
３２は必ずしも除去する必要はな（、必要に応じて除去
すればよい。さらに、順に下地電極３５、圧電薄膜３６
、上部電極３７を形成して第６図に示すような薄膜圧電
振動子が得られる。
上述のような本発明の製造方法で製造する薄膜圧電振動
子は第６図の３３に示すシリコン薄膜の不純物濃度が任
意に選択できるから、従来の薄膜圧電振動子の欠点を除
（ことができる。すなわち、容量比の十分小さい振動子
を得ることが可能であり、また同一シリコン基板上に増
幅器などの半導体素子を形成することが可能である。
子は第６図の３３に示すシリコン薄膜の不純物濃度が任
意に選択できるから、従来の薄膜圧電振動子の欠点を除
（ことができる。すなわち、容量比の十分小さい振動子
を得ることが可能であり、また同一シリコン基板上に増
幅器などの半導体素子を形成することが可能である。
以下に本発明の実施例について具体的に説明する。
（実施例１）
表面が（１００）面であるようなシリコン基板の表面に
厚さ０２μｍのマグネシア・スピネル（ＭｇＡ４０４
）を気相成長法でエピタキシャル成長させ、さらにその
上に厚さ３μｍのシリコン単結晶薄膜をエピタキシャル
成長させた。次に基板の両面に８ｉ、Ｎ４膜を形成し、
裏面のＳｉ３Ｎ、膜にウィンドウを形成した後、ＫＯＨ
水溶液を用いてシリコン基板の裏面からエツチングを行
なった。次にリン酸によってＳｉ、Ｎ、膜及びマグネシ
ア・スピネル薄膜を除去した。得られたシリコン・ダイ
ヤフラムの厚さを測定したところ３μｍであり、エピタ
キシャル成長させたシリコン単結晶薄膜からなるダイヤ
フラムが形成されていることが確認された。次にシリコ
ン単結晶薄膜上に蒸着法でＡｕ／Ｔｉ電極を形成し、続
いてスパッタリング法で厚さ４μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ
）圧電薄膜を形成した。最後に蒸着法でＺｎＯ薄膜上に
Ａｌ電極を形成して第６図の構造の薄膜圧電振動子を製
造した。
厚さ０２μｍのマグネシア・スピネル（ＭｇＡ４０４
）を気相成長法でエピタキシャル成長させ、さらにその
上に厚さ３μｍのシリコン単結晶薄膜をエピタキシャル
成長させた。次に基板の両面に８ｉ、Ｎ４膜を形成し、
裏面のＳｉ３Ｎ、膜にウィンドウを形成した後、ＫＯＨ
水溶液を用いてシリコン基板の裏面からエツチングを行
なった。次にリン酸によってＳｉ、Ｎ、膜及びマグネシ
ア・スピネル薄膜を除去した。得られたシリコン・ダイ
ヤフラムの厚さを測定したところ３μｍであり、エピタ
キシャル成長させたシリコン単結晶薄膜からなるダイヤ
フラムが形成されていることが確認された。次にシリコ
ン単結晶薄膜上に蒸着法でＡｕ／Ｔｉ電極を形成し、続
いてスパッタリング法で厚さ４μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ
）圧電薄膜を形成した。最後に蒸着法でＺｎＯ薄膜上に
Ａｌ電極を形成して第６図の構造の薄膜圧電振動子を製
造した。
同時に従来の方法を用いて、ダイヤフラムを形成するシ
リコン薄膜がホウ素を１０”／ｃｍ’ の濃度にドープ
したシリコン薄膜であるような薄膜圧電振動子を製造し
た。
リコン薄膜がホウ素を１０”／ｃｍ’ の濃度にドープ
したシリコン薄膜であるような薄膜圧電振動子を製造し
た。
２種類の振動子の特性を測定した結果、従来法による振
動子の容量比は８０、本発明の方法によって製造した振
動子の容量比は２５であり、本発明を適用することによ
って容量比が従来方法に比べて約％に改善できることが
実証された。
動子の容量比は８０、本発明の方法によって製造した振
動子の容量比は２５であり、本発明を適用することによ
って容量比が従来方法に比べて約％に改善できることが
実証された。
（実施例２）
酸化物薄膜とじてサファイヤ（Ａ４０ｇ ）単結晶薄膜
をシリコン基板上にエピタキシャル成長させ、実施例１
とまったく同様に薄膜圧電振動子を製造した。この振動
子についても容量比は２５であった。
をシリコン基板上にエピタキシャル成長させ、実施例１
とまったく同様に薄膜圧電振動子を製造した。この振動
子についても容量比は２５であった。
以上の嚢胞例から明らかなように、本発明を適用するこ
とによって従来法の欠点を除いて容量比の十分小さい薄
膜圧電振動子を製造することが可能となり、この薄膜圧
電振動子を用いれば制御範囲の広い発振器及び比帯域の
広いフィルタが実現できる。
とによって従来法の欠点を除いて容量比の十分小さい薄
膜圧電振動子を製造することが可能となり、この薄膜圧
電振動子を用いれば制御範囲の広い発振器及び比帯域の
広いフィルタが実現できる。
さらに本発明の製造方法においてはダイヤフラムを構成
するシリコン単結晶薄膜の不純物濃度について何らの制
約もなく、シたがって薄膜圧電振動子を形成すると同一
のシリコン基板上に増幅器などの半導体素子を容易に形
成できることが明らかである。
するシリコン単結晶薄膜の不純物濃度について何らの制
約もなく、シたがって薄膜圧電振動子を形成すると同一
のシリコン基板上に増幅器などの半導体素子を容易に形
成できることが明らかである。
以上のように本発明の製造方法は、従来方法の欠点を除
いて特性の良好な薄膜圧電振動子の製造を可能にし、ま
た発振器などの装置の小形化を可能にするものである。
いて特性の良好な薄膜圧電振動子の製造を可能にし、ま
た発振器などの装置の小形化を可能にするものである。
第１図、第２図は薄膜圧電振動子の構造を示す図であり
、第１図は平面図、第２図は断面図である。図において
、１１はシリコン基板、１２は空孔、１３はシリコン薄
膜、１４は下地電極、１５は圧電薄膜、１６は上部電極
、１７は引き出し電極である。 第３図〜第゛６図は本発明による薄膜圧電振動子の製造
工程を示す図。３１はシリコン基板、３２は酸化物単結
晶薄膜、３３はシリコン単結晶薄膜、３４はエツチング
保膿膜、３５は下地電極、３６は圧電薄膜、３７は上部
電極である。 第１図 ！５ 第２図 ６
、第１図は平面図、第２図は断面図である。図において
、１１はシリコン基板、１２は空孔、１３はシリコン薄
膜、１４は下地電極、１５は圧電薄膜、１６は上部電極
、１７は引き出し電極である。 第３図〜第゛６図は本発明による薄膜圧電振動子の製造
工程を示す図。３１はシリコン基板、３２は酸化物単結
晶薄膜、３３はシリコン単結晶薄膜、３４はエツチング
保膿膜、３５は下地電極、３６は圧電薄膜、３７は上部
電極である。 第１図 ！５ 第２図 ６
Claims (2)
- （１）シリコン基板の上に酸化物単結晶薄膜をエピタキ
シャル成長させる工程と、該酸化物単結晶薄膜の上にシ
リコン単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる工程と、
シリコン基板の一部をエツチングによって除去する工程
と、該シリコン基板が除去された部分に対応する前記シ
リコン単結晶薄膜上に下地電極、圧電薄膜、上部電極を
順に形成することを特徴とする薄膜圧電振動子の製造方
法。 - （２）シリコン基板の上にエピタキシャル成長させる酸
化物単結晶薄膜は、スピネル或いはサファイヤのいずれ
か或いは両者からなる単結晶薄膜である特許請求の範囲
第１項記載の薄膜圧電振動子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4348483A JPS59169215A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4348483A JPS59169215A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59169215A true JPS59169215A (ja) | 1984-09-25 |
Family
ID=12664992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4348483A Pending JPS59169215A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59169215A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090193635A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing liquid transport apparatus |
| US7827659B2 (en) * | 1996-01-26 | 2010-11-09 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an ink jet recording head having piezoelectric element |
| JP2014159167A (ja) * | 2014-04-09 | 2014-09-04 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータの製造方法及び液体移送装置の製造方法 |
-
1983
- 1983-03-16 JP JP4348483A patent/JPS59169215A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7827659B2 (en) * | 1996-01-26 | 2010-11-09 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an ink jet recording head having piezoelectric element |
| USRE45057E1 (en) | 1996-01-26 | 2014-08-05 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an ink jet recording head having piezoelectric element |
| US20090193635A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing liquid transport apparatus |
| US8973228B2 (en) * | 2008-01-31 | 2015-03-10 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing liquid transport apparatus |
| US9623656B2 (en) | 2008-01-31 | 2017-04-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing liquid transport apparatus |
| US11571897B2 (en) | 2008-01-31 | 2023-02-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing liquid transport apparatus |
| JP2014159167A (ja) * | 2014-04-09 | 2014-09-04 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータの製造方法及び液体移送装置の製造方法 |
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