JPS60189307A - 圧電薄膜共振器およびその製造方法 - Google Patents
圧電薄膜共振器およびその製造方法Info
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- JPS60189307A JPS60189307A JP59044122A JP4412284A JPS60189307A JP S60189307 A JPS60189307 A JP S60189307A JP 59044122 A JP59044122 A JP 59044122A JP 4412284 A JP4412284 A JP 4412284A JP S60189307 A JPS60189307 A JP S60189307A
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
- H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition
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- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
- H10N30/081—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by coating or depositing using masks, e.g. lift-off
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- H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、圧電薄膜共振器およびその製造方法に関す
る。
る。
となっている。しかしながら共振器やフィルタ等受動部
品についての集積化は遅れており１通信機器、あるいは
ＯＡ機器等の広用分野において、ＹＨＦ’あるいはＵＨ
Ｆ帯域で使用可能な小型の共振器の出現が望まれている
。
品についての集積化は遅れており１通信機器、あるいは
ＯＡ機器等の広用分野において、ＹＨＦ’あるいはＵＨ
Ｆ帯域で使用可能な小型の共振器の出現が望まれている
。
従来、共振器やフィルタとして水晶等の圧電基板の厚み
振動を利用したものが実用化され数多く使用されている
。ところが、この圧電基板の機械的強度および加工上の
制約から基板の厚みをせいぜい数十μｍ程度とするにと
どまり、したがつ１利用可能な共振周波数も数十ＭＨｚ
が殆んど限界となっていた。それ以上の周波数を特徴と
する特許には、高次厚み振動を利用することとなるが、
高これに対し、最近、厚み振動等の基本モードあるいは
比較的低次のオーバートーンで動作する超小型のＶＨＩ
” 、 Ｕ１４Ｆ帯共振器の実現を月相して、いわゆる
圧電薄膜を用いた共振器が研究されている。
振動を利用したものが実用化され数多く使用されている
。ところが、この圧電基板の機械的強度および加工上の
制約から基板の厚みをせいぜい数十μｍ程度とするにと
どまり、したがつ１利用可能な共振周波数も数十ＭＨｚ
が殆んど限界となっていた。それ以上の周波数を特徴と
する特許には、高次厚み振動を利用することとなるが、
高これに対し、最近、厚み振動等の基本モードあるいは
比較的低次のオーバートーンで動作する超小型のＶＨＩ
” 、 Ｕ１４Ｆ帯共振器の実現を月相して、いわゆる
圧電薄膜を用いた共振器が研究されている。
このような圧電薄膜共催器としては例えば、「ＺｎＯ／
Ｓ ｉｏ、−Ｄｉａ ｐｈｒａｇｍ Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｏｎ ａ ｓ…ｃｏｎヲ
Ｊ ｗａｆｅｒＪ Ｅｌｅｃｌｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ Ｈｔｈ Ｉｕｌｙ １９８１Ｖｏｌ １７Ｎｏ 、
１４ Ｐ ５０７〜５０９等において開示されたよう
なものが知られており、これを第１図ないし第２図に示
す。すなわち、第１図は圧電膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ
）な用いた圧電薄膜共催器の斜視図であり、第２図はそ
の構成を示す断面図である。このような共振器は、シリ
コン基板ｌの両面に８４０□膜２．３を形成したのち、
基板裏面のＳｉｎ、膜３な一部分取り除き、Ｓｉｎ、膜
２，３をマスクとしてシリコン基板を異方性エツチング
してＳｉｎ、膜２まで達する凹部４を形成する。そして
５ｉ０２膜２の上６二第１の箪慎５を形成し、この電極
５を含むＳｉｎ、膜２上にＺｎＯ圧電薄膜６を形成し、
さらｆ二ＺｎＯ圧電薄膜６上に第１の電像５と少々くと
も一部対向させて第２の電極７を形成して作製される。
Ｓ ｉｏ、−Ｄｉａ ｐｈｒａｇｍ Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｏｎ ａ ｓ…ｃｏｎヲ
Ｊ ｗａｆｅｒＪ Ｅｌｅｃｌｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ Ｈｔｈ Ｉｕｌｙ １９８１Ｖｏｌ １７Ｎｏ 、
１４ Ｐ ５０７〜５０９等において開示されたよう
なものが知られており、これを第１図ないし第２図に示
す。すなわち、第１図は圧電膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ
）な用いた圧電薄膜共催器の斜視図であり、第２図はそ
の構成を示す断面図である。このような共振器は、シリ
コン基板ｌの両面に８４０□膜２．３を形成したのち、
基板裏面のＳｉｎ、膜３な一部分取り除き、Ｓｉｎ、膜
２，３をマスクとしてシリコン基板を異方性エツチング
してＳｉｎ、膜２まで達する凹部４を形成する。そして
５ｉ０２膜２の上６二第１の箪慎５を形成し、この電極
５を含むＳｉｎ、膜２上にＺｎＯ圧電薄膜６を形成し、
さらｆ二ＺｎＯ圧電薄膜６上に第１の電像５と少々くと
も一部対向させて第２の電極７を形成して作製される。
電極５．７間に電気１５号を印加すると、 ＺｎＯ圧電
薄膜６の圧、電効果により、ＺｎＯ圧電薄膜（５と凹部
４上のＳｔＯ，膜２との複合体＋１Ａが振動し、共振器
として動作する。
薄膜６の圧、電効果により、ＺｎＯ圧電薄膜（５と凹部
４上のＳｔＯ，膜２との複合体＋１Ａが振動し、共振器
として動作する。
このような圧電薄膜共振器は次の上うな特大を持つ又い
る。即ち。
る。即ち。
■ 振動部分な愼めて薄くできるだめ、１００Ｍｌ−１
ｚ〜数ＧＨｚの周波数蛍において基本モードあるいは低
次モードで動作する。
ｚ〜数ＧＨｚの周波数蛍において基本モードあるいは低
次モードで動作する。
■ 電気機械結合係数が大きく広帯域化が計れる。
■ 圧電膜と逆符号の共振周波数温度係数をもツｓｉＯ
，ｉとの組合せＣ二より零温度係数が得られる。
，ｉとの組合せＣ二より零温度係数が得られる。
■ 共振器の超小型化がｕＪ能である。
■ 共振器の製作工程が一般的な集積回路とコンパチブ
ルであるため、集積回路内に組み込むことが可能である
。
ルであるため、集積回路内に組み込むことが可能である
。
等である。
ところが、このようなシリコン基板に四部を形成した圧
電薄膜共振器では次のような重大な欠点がある。すなわ
ち５表面が（１００）面のシリジン基板ヲｐＨ３Ｄｉ（
ヒロカーｒコ−／Ｉ１０．Ｈ，（ＯＨ）、 、 ｘチレ
ンジアミンＮＦ（２ＣＣＨ２）２ Ｎ鴎、水Ｈ１Ｏ）に
よりエツチングすると、この液はエツチング速度の結晶
方位依存性が大きく、 （１１１）方向（二〈らべて（
１００）方向のエツチング速度が大きいという異方性を
示すことから第２図に示すようなピラミッド形の穴４が
形成される。この場合、シリコン基板（１００）方向の
エツチング速度は最大５０μｍ／Ｈｒと小さいため、通
常用いられる３インチ径シリコン基板（厚さ４００μｍ
）の場合には８時間ものエツチング時間を要し、きわめ
て生産性が悪く、量産化が困難であった。また、基板に
四部が形成されていることから１機械的強度が弱く壊れ
やすいので、製作工程上取り扱いが雌しいことや信頼性
に問題があつた。さらＣ二個の集積回路を同一基板上に
組み込む場合に、凹部な形成する工程で、他の集積回路
部Ｃ二損傷を与えることが多く大きな障害となっていた
。
電薄膜共振器では次のような重大な欠点がある。すなわ
ち５表面が（１００）面のシリジン基板ヲｐＨ３Ｄｉ（
ヒロカーｒコ−／Ｉ１０．Ｈ，（ＯＨ）、 、 ｘチレ
ンジアミンＮＦ（２ＣＣＨ２）２ Ｎ鴎、水Ｈ１Ｏ）に
よりエツチングすると、この液はエツチング速度の結晶
方位依存性が大きく、 （１１１）方向（二〈らべて（
１００）方向のエツチング速度が大きいという異方性を
示すことから第２図に示すようなピラミッド形の穴４が
形成される。この場合、シリコン基板（１００）方向の
エツチング速度は最大５０μｍ／Ｈｒと小さいため、通
常用いられる３インチ径シリコン基板（厚さ４００μｍ
）の場合には８時間ものエツチング時間を要し、きわめ
て生産性が悪く、量産化が困難であった。また、基板に
四部が形成されていることから１機械的強度が弱く壊れ
やすいので、製作工程上取り扱いが雌しいことや信頼性
に問題があつた。さらＣ二個の集積回路を同一基板上に
組み込む場合に、凹部な形成する工程で、他の集積回路
部Ｃ二損傷を与えることが多く大きな障害となっていた
。
この発明は上記欠点を解決するだめに成されたもので量
産性が良く、機械的強度が犬きく、他の集積回路が組み
込みやすい圧電薄膜共催器、Ｈよびその製造方法を提供
するものである。。
産性が良く、機械的強度が犬きく、他の集積回路が組み
込みやすい圧電薄膜共催器、Ｈよびその製造方法を提供
するものである。。
を記目的を達成するためＣ二１本発明においては。
基板上Ｉ：薄膜による空隙１１１を形成〔７，これら空
隙層を含む薄膜上に圧電膜と、この圧Ｍｉ膜をはさんで
対向するよう少くとも一対の電極を設けるようにしたこ
とを特徴とするものである。
隙層を含む薄膜上に圧電膜と、この圧Ｍｉ膜をはさんで
対向するよう少くとも一対の電極を設けるようにしたこ
とを特徴とするものである。
以下図面を参照して、この発明の詳細な説明する。第３
図は、この発明に係る圧電薄膜共催器の一実施例を示す
斜視図であり、第４図は、第３図の共振器のＢ −Ｂ／
における断面図である。図に示す如く、基板ｌｌ上にｓ
ｉｏ、膜１２が、基板１１との間に一部空隙層１３が形
成されよう設けられる。このｓｉｏ、膜】２及び基板１
１は圧電薄膜共振器の保持部となるものである。この保
持部上ｆ二第１の電極１４゜ＺｎＯ圧電１１１３１５．
第２の電極１６の順に形成される。
図は、この発明に係る圧電薄膜共催器の一実施例を示す
斜視図であり、第４図は、第３図の共振器のＢ −Ｂ／
における断面図である。図に示す如く、基板ｌｌ上にｓ
ｉｏ、膜１２が、基板１１との間に一部空隙層１３が形
成されよう設けられる。このｓｉｏ、膜】２及び基板１
１は圧電薄膜共振器の保持部となるものである。この保
持部上ｆ二第１の電極１４゜ＺｎＯ圧電１１１３１５．
第２の電極１６の順に形成される。
この場合、 ＺｎＯ圧電膜１５はＳ１０．膜１２の前記
空隙層１３に対応した位置に形成され、第１の電極１４
と第２の電極１６はＺｎＯ圧電膜１５をはさんで少くと
も一部が互いに対向し工装置されている。第１の電極１
４と第２の電極１６との間に電気信号が印加される。こ
のとき空隙層１３上のＳｔＯ，膜１２とＺｎＯ圧電膜１
５との複合体膜が振動することにより共振器とし工動作
する。尚、圧電膜はＺｎＯに限定されるものではな（Ａ
／Ｎ、ＣｄＳ等の圧電薄膜であれば何を用いても良い。
空隙層１３に対応した位置に形成され、第１の電極１４
と第２の電極１６はＺｎＯ圧電膜１５をはさんで少くと
も一部が互いに対向し工装置されている。第１の電極１
４と第２の電極１６との間に電気信号が印加される。こ
のとき空隙層１３上のＳｔＯ，膜１２とＺｎＯ圧電膜１
５との複合体膜が振動することにより共振器とし工動作
する。尚、圧電膜はＺｎＯに限定されるものではな（Ａ
／Ｎ、ＣｄＳ等の圧電薄膜であれば何を用いても良い。
本発明の特徴は基板１１上に空隙層１３を形成すること
Ｃ二あり、以下これらの形成法について説明する。まず
、基板上【ニマスクを介して所望の大きさの空隙層範囲
にＺｎＯ膜をスパッタリング法等ｌ二より形成し、次に
このＺｎＯ膜の一部分含んで基板上にＳ１０．膜をスパ
ッタリング法等署＝形成し、 ＺｎＯ膜がＳｉｎ！ 膜
で被覆された部分と被覆されていない部分とを形成する
。次にこれらを１１亀！溶液につけるとＳｔＯ，膜は全
く溶解しないがＺｎＯ膜は容易Ｃ；溶解するため、Ｓｉ
ｎ、膜で被覆されていないＺｎＯ膜から溶解しはじめ、
ｓｈｏ、 膜の下のＺｎＯ膜も溶解される。このよう
にして空隙層を形成する。
Ｃ二あり、以下これらの形成法について説明する。まず
、基板上【ニマスクを介して所望の大きさの空隙層範囲
にＺｎＯ膜をスパッタリング法等ｌ二より形成し、次に
このＺｎＯ膜の一部分含んで基板上にＳ１０．膜をスパ
ッタリング法等署＝形成し、 ＺｎＯ膜がＳｉｎ！ 膜
で被覆された部分と被覆されていない部分とを形成する
。次にこれらを１１亀！溶液につけるとＳｔＯ，膜は全
く溶解しないがＺｎＯ膜は容易Ｃ；溶解するため、Ｓｉ
ｎ、膜で被覆されていないＺｎＯ膜から溶解しはじめ、
ｓｈｏ、 膜の下のＺｎＯ膜も溶解される。このよう
にして空隙層を形成する。
ＺｎＯ膜は希酸類に簡単に溶解するだめ、 １（ＮＯ，
。
。
Ｈ，ＰＯ，、Ｈ！Ｓｏ４等の溶液を用いても良い。空隙
層の厚さは、共振器の動作周波数の撮動変位幅の数倍以
上であれば充分であるが１作成の容易さから数百λ〜数
μｍ位が望ましい。上記説明では空隙層の形成にＺｎＯ
膜を用いたが、容易に溶解できるものであれば、酸化物
、圧電体、半導体、絶縁体。
層の厚さは、共振器の動作周波数の撮動変位幅の数倍以
上であれば充分であるが１作成の容易さから数百λ〜数
μｍ位が望ましい。上記説明では空隙層の形成にＺｎＯ
膜を用いたが、容易に溶解できるものであれば、酸化物
、圧電体、半導体、絶縁体。
金属等の材料を用いても何んらさしつかえない。
さらｌ二、 ８１０ｔ 膜は１００チ純枠である必要は
なく。
なく。
例えばリンを数チル１０チ程度ドープしたＰＳＧ（Ｐｈ
ｏｓｐｈｏ ＳＩ／１ｃａｔｅ Ｇｚａｓｓ ） や、
ボａｙとリンをドープしたＢ Ｐ Ｓ Ｇ （Ｂｏｒｏ
Ｐｈｏｓｐｈｏ ８ｉ／１ｃａｔｅ Ｇ／ａｓｓ）等
でも良い。また８１０．膜１２のかわりに８１１Ｎ４膜
を用いて空隙層を形成し又も良い。Ｓｉ、Ｎ４ 膜はち
密で化学的にも熱的にも極めて安定なので良好に空隙層
を形成することができる。この場合圧電膜の温度特性補
正のためにＳｉｎ、膜を８ｉ、Ｎ４膜の上に積層するか
、電極を含む圧電膜上に形成する必要がある。後者の場
合には表面の保護膜としても働らくのでいっそう有効で
ある。基板とし王は、他の集積回路を組み、込む場合に
はＳｉやＧａｐｓなどの半導体基板を用いるが、ディス
クリートな部品として使用する場合には、ガラスやセラ
ミック基板を用いれば良いので、コストが安いというメ
リットがある。
ｏｓｐｈｏ ＳＩ／１ｃａｔｅ Ｇｚａｓｓ ） や、
ボａｙとリンをドープしたＢ Ｐ Ｓ Ｇ （Ｂｏｒｏ
Ｐｈｏｓｐｈｏ ８ｉ／１ｃａｔｅ Ｇ／ａｓｓ）等
でも良い。また８１０．膜１２のかわりに８１１Ｎ４膜
を用いて空隙層を形成し又も良い。Ｓｉ、Ｎ４ 膜はち
密で化学的にも熱的にも極めて安定なので良好に空隙層
を形成することができる。この場合圧電膜の温度特性補
正のためにＳｉｎ、膜を８ｉ、Ｎ４膜の上に積層するか
、電極を含む圧電膜上に形成する必要がある。後者の場
合には表面の保護膜としても働らくのでいっそう有効で
ある。基板とし王は、他の集積回路を組み、込む場合に
はＳｉやＧａｐｓなどの半導体基板を用いるが、ディス
クリートな部品として使用する場合には、ガラスやセラ
ミック基板を用いれば良いので、コストが安いというメ
リットがある。
本発明によれば、空隙層上に薄膜振動部分が形成されて
いるためＣ二、従来のようＩ−長時間を要するシリコン
基板のエツチング工程が不要なことから、製造工程の短
縮化が計れ量産が可能となり。
いるためＣ二、従来のようＩ−長時間を要するシリコン
基板のエツチング工程が不要なことから、製造工程の短
縮化が計れ量産が可能となり。
他の集積回路の組み込みも容易となる。さらに。
基板の機械的強度が損われないため取り扱いが容易で歩
留りが向上する。
留りが向上する。
また、従来の構造と比較して振動エネルギーが基板（二
漏れにくいため共振器特性の性能が向上する。更に空隙
部がアーチ状Ｃ二形成出来るため、従来型より撮動衝撃
にも強くなり信頼性が向上する。
漏れにくいため共振器特性の性能が向上する。更に空隙
部がアーチ状Ｃ二形成出来るため、従来型より撮動衝撃
にも強くなり信頼性が向上する。
第１図は従来の圧電薄膜共振器を示す斜視図、第２図は
第１図の共振器のＡ −Ａ／における断面図。 第３図は本発明の一実施例に係る圧電薄膜共振器を示す
斜視図、第４図は第３図の圧電薄膜共振器のＢ −Ｂ／
における断面図である。 １・・・シリコン基板 ２，３．１２・・・ＳｉＯ□薄
膜４・・・エツチングによる凹部 ５．１４・・・第１の電極 ６，１５・・・圧電膜７．
１６・・・第２の電極１１・・・基板１３・・・空隙層 代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名） 第１図 ５ 第２図 第３図 ３ 第４図
第１図の共振器のＡ −Ａ／における断面図。 第３図は本発明の一実施例に係る圧電薄膜共振器を示す
斜視図、第４図は第３図の圧電薄膜共振器のＢ −Ｂ／
における断面図である。 １・・・シリコン基板 ２，３．１２・・・ＳｉＯ□薄
膜４・・・エツチングによる凹部 ５．１４・・・第１の電極 ６，１５・・・圧電膜７．
１６・・・第２の電極１１・・・基板１３・・・空隙層 代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名） 第１図 ５ 第２図 第３図 ３ 第４図
Claims (2)
- （１）基板と、この基板上ｇ二この基板面との間で一部
空隙層が形成されるよう形成された非圧電性薄膜と、こ
の非圧電性薄膜上の前記空隙層に対応する位置に形成さ
れた圧電膜と、この圧電膜をはさんで少くとも一部が互
いに対向するよう形成された少くとも一対の電極とを備
えることを特徴とする圧電薄膜共振器。 - （２） 基板上に所定の範囲で第１の膜を形成する工程
と、この工程（二より形成された第１の膜の一部を含ん
で前記基板上に非圧電性の第２の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を溶解することのできる溶液により前記第
１の膜を溶解して前記基板および第２の膜間ζ二空隙層
を形成する工程と、この工程により形成された空隙層に
対応した前記第２の膜上に圧電膜およびこの圧電膜をは
さんで一対の電極を形成する工程と力）らなることを特
徴とする圧電薄膜共振器の製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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