JPS60217711A - 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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- JPS60217711A JPS60217711A JP7418784A JP7418784A JPS60217711A JP S60217711 A JPS60217711 A JP S60217711A JP 7418784 A JP7418784 A JP 7418784A JP 7418784 A JP7418784 A JP 7418784A JP S60217711 A JPS60217711 A JP S60217711A
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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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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】
（産業上の利用分野）
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
る複合構造の撮動部位を有する薄膜圧を振動子に関する
ものである◎ （従来技術とその問題点） 一般に数十ＭＨｚ以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ｆ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５ＱＭＨｚ以上では厚さが
４０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５０ Ｍ
Ｈｚ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。
電振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電薄膜とからな
る複合構造の撮動部位を有する薄膜圧を振動子に関する
ものである◎ （従来技術とその問題点） 一般に数十ＭＨｚ以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ｆ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５ＱＭＨｚ以上では厚さが
４０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５０ Ｍ
Ｈｚ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５０ Ｍ Ｈｚ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。
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。
たとえばに、Ｍ、 Ｌａ、Ｋｉ ｎ 、 Ｊ 、 Ｓ−
Ｗａｎｇ ｉＣヨリＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８１年２月１日号（Ｖｏｌ 、３
８．ぶ３）１２５ページから１２７ページｌこ 「Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ Ｂａ１ｋ Ｗａｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅＲｅｓｏｎａｔｏｒｓ Ｊと題して発表された論文に
おいて第１図、第２図の如き構造が示されている。この
薄膜圧電振動子は基板１１の上に薄膜部材１３を形成シ
た後、エツチングｌこよって基板１１ｆこ空孔１２を形
成し、ざらをこ薄膜部材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４９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部を基板１１
によって支持された構造となっている。
Ｗａｎｇ ｉＣヨリＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８１年２月１日号（Ｖｏｌ 、３
８．ぶ３）１２５ページから１２７ページｌこ 「Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ Ｂａ１ｋ Ｗａｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅＲｅｓｏｎａｔｏｒｓ Ｊと題して発表された論文に
おいて第１図、第２図の如き構造が示されている。この
薄膜圧電振動子は基板１１の上に薄膜部材１３を形成シ
た後、エツチングｌこよって基板１１ｆこ空孔１２を形
成し、ざらをこ薄膜部材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４９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部を基板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Ｎ膜圧電振動子ｌこおいて基板
１１としては一般に表面が（１００）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
。
１１としては一般に表面が（１００）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
。
薄膜部月１３としては上記のＢＤＰ液或いはＫＯＨ水溶
液をこ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刺々の酸化物、
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♂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ＫＯＩ（水溶液をこ対す
るエツチング速度は不純物であるホウ素の濃度ζこ依存
し、７Ｘ１０ｃｍ 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ｌこシリコン基
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。
液をこ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刺々の酸化物、
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♂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ＫＯＩ（水溶液をこ対す
るエツチング速度は不純物であるホウ素の濃度ζこ依存
し、７Ｘ１０ｃｍ 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ｌこシリコン基
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ｌこドーグ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ｌこドーグ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１Ｉこ、薄膜圧電振動子ではワイヤ・ボンディングな
どによる配線を行なうために第１図、第２図に示すごと
く上部電極の引き出し電極１７が必要であるが、ホウ素
を高１１１度にドープしたシリコン薄膜は導電率が非常
に大きく、し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
が見かけ上太きくなってしまい、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昏こ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。
どによる配線を行なうために第１図、第２図に示すごと
く上部電極の引き出し電極１７が必要であるが、ホウ素
を高１１１度にドープしたシリコン薄膜は導電率が非常
に大きく、し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
が見かけ上太きくなってしまい、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昏こ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。
（発明の目的）
本発明の目的は、上記のような従来の欠点を除いた薄膜
圧電振動子の製造方法を提供することであり、本発明に
よれば容゛量比のｆ分生さい振動子が実現でき、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
ことができる。
圧電振動子の製造方法を提供することであり、本発明に
よれば容゛量比のｆ分生さい振動子が実現でき、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
ことができる。
（発明の構成）
本発明によれば、シリコン基板に酸素あるいは窒素のイ
オンをイオン注入する工程と、該シリコン基板上にシリ
コン単結晶ｌＩＩ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シリ
コン単結晶薄膜上Ｇこ下地電極、圧電薄膜、上部電極を
順に形成する工程とを備えたことを＊徽とするＭ展圧電
振動子の製造方法が得られる。
オンをイオン注入する工程と、該シリコン基板上にシリ
コン単結晶ｌＩＩ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シリ
コン単結晶薄膜上Ｇこ下地電極、圧電薄膜、上部電極を
順に形成する工程とを備えたことを＊徽とするＭ展圧電
振動子の製造方法が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明は、上述の構に’ｃとることにより従来技術の問
題点を解決した。
題点を解決した。
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。
まず第３図において、表面が（１００）面であるような
シリコン基板３１に酸素あるいは窒素のイオンをイオン
注入する。この時、イオン注入の条件を適当に選びシリ
コン内部に注入イオンに応じて二酸化シリコンあるいは
窒化シリコンのＭＢ２が形成され、表面には薄いシリコ
ン単結晶の層が残るようにする。次に表面にＯＶＤ法な
どでシリコン単結晶薄膜３３をエピタキシャル成長させ
ることにより、第３図のように二酸化シリコンあるいは
窒化シリコンの層３２が内部に形成された構造を作製す
る。次に第４図のように基板の両面に窒化シリコンなど
の保護膜３４を形成し、ダイアフラムを形成する部分の
保護膜を除去してＥＤＰ液でシリコン基板のエツチング
を行なう。この時、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ンはＥＤＰ液ではきわめてエツチング速度が小さく、し
たがってエツチングはＡ！３２に達した時点で停止する
。
シリコン基板３１に酸素あるいは窒素のイオンをイオン
注入する。この時、イオン注入の条件を適当に選びシリ
コン内部に注入イオンに応じて二酸化シリコンあるいは
窒化シリコンのＭＢ２が形成され、表面には薄いシリコ
ン単結晶の層が残るようにする。次に表面にＯＶＤ法な
どでシリコン単結晶薄膜３３をエピタキシャル成長させ
ることにより、第３図のように二酸化シリコンあるいは
窒化シリコンの層３２が内部に形成された構造を作製す
る。次に第４図のように基板の両面に窒化シリコンなど
の保護膜３４を形成し、ダイアフラムを形成する部分の
保護膜を除去してＥＤＰ液でシリコン基板のエツチング
を行なう。この時、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ンはＥＤＰ液ではきわめてエツチング速度が小さく、し
たがってエツチングはＡ！３２に達した時点で停止する
。
上記工程の後、保誂膜３４およびＮ３２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
部をシリコン基板で支持されたシリコン・ダイアフラム
が得られる。なお、３４および３２は必すしも除去する
必要はすく、必要に応じて除去すればよい。さらに、）
ｌ＠に下地′ａ極３５、圧電薄膜３６、上部電極３７を
形成して第６図１こ示すような薄膜圧を振動子が得られ
る。
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
部をシリコン基板で支持されたシリコン・ダイアフラム
が得られる。なお、３４および３２は必すしも除去する
必要はすく、必要に応じて除去すればよい。さらに、）
ｌ＠に下地′ａ極３５、圧電薄膜３６、上部電極３７を
形成して第６図１こ示すような薄膜圧を振動子が得られ
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、すでに述べた従来技術の欠点を除
くことができる。すなわち、容量比のｆ分生さい振動子
を得ることが可能であり、また同一のシリコン基板上に
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、すでに述べた従来技術の欠点を除
くことができる。すなわち、容量比のｆ分生さい振動子
を得ることが可能であり、また同一のシリコン基板上に
増幅器などの半導体素子を形成することが可能である。
（実施例）
表面が（１００）面であるようなシリコン基板にエネル
ギー７０ＫｅＶ／ａｔｏｍ、ドーズ量１．２ ＸＩＯ”
ａｔｏｍ／１−Ｉｌ！の条件で０２ イオンを注入した
。この基板の表面に厚さ３μｍのシリコン単結晶薄膜を
エピタキシャル仄長させ、基板の両面ｌこ別、Ｎ４膜を
形成し、裏面のＳｉ、Ｎ４ 膜にウィンドウを形成した
後、ＥＤＰ液を用いてシリコンのエラチンクラ行なった
。次にリン酸によって５１ｇＮ４ 膜を、ンッ酸によっ
て８ ｉ ０１膜を除去した後、シリコン単結晶薄膜上
にＡｕ／Ｔ ｉ電極を蒸着法で、厚さ４μｍの酸化亜鉛
（ＺｎＯ）圧電薄膜をスパッタリング法で、ざらｌこＡ
！電極を蒸着法で順に形成して第６図の構造６の薄膜圧
電振動子を作製した。
ギー７０ＫｅＶ／ａｔｏｍ、ドーズ量１．２ ＸＩＯ”
ａｔｏｍ／１−Ｉｌ！の条件で０２ イオンを注入した
。この基板の表面に厚さ３μｍのシリコン単結晶薄膜を
エピタキシャル仄長させ、基板の両面ｌこ別、Ｎ４膜を
形成し、裏面のＳｉ、Ｎ４ 膜にウィンドウを形成した
後、ＥＤＰ液を用いてシリコンのエラチンクラ行なった
。次にリン酸によって５１ｇＮ４ 膜を、ンッ酸によっ
て８ ｉ ０１膜を除去した後、シリコン単結晶薄膜上
にＡｕ／Ｔ ｉ電極を蒸着法で、厚さ４μｍの酸化亜鉛
（ＺｎＯ）圧電薄膜をスパッタリング法で、ざらｌこＡ
！電極を蒸着法で順に形成して第６図の構造６の薄膜圧
電振動子を作製した。
また、偽１イオンのかわりに０ 、Ｎ あるいは十
Ｎ２ イオンをイオン注入し、他の工程は上述と同様に
した薄膜圧電振動子も作製した。
した薄膜圧電振動子も作製した。
従来技術、すなわち高濃度にホウ素をドープしたシリコ
ン薄膜を用いた振動子と上記の実施例の振動子ｌこつい
て特性を比較した結果、従来法による振動子の容量比は
８０、本発明の方法による振動子の容量比は２５であり
、本発明を適用することによって容量比が約％に改善さ
れた。
ン薄膜を用いた振動子と上記の実施例の振動子ｌこつい
て特性を比較した結果、従来法による振動子の容量比は
８０、本発明の方法による振動子の容量比は２５であり
、本発明を適用することによって容量比が約％に改善さ
れた。
（発明の効果）
以上の実施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ｆ分生さい薄
膜圧電振動子を製造することが可能となり、この薄膜圧
電振動子を用いれは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ｆ分生さい薄
膜圧電振動子を製造することが可能となり、この薄膜圧
電振動子を用いれは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、し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、し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一従来方湊の欠点を除
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
、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、１
６は上部を極、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は二酸化シリコ
ンあるいは窒化シリコン、３３はシリコン単結晶薄膜、
３４はエツチング保護膜、３５は下地電極、３６は圧電
薄膜、３７は上部を極である。 ′Ａ−１図 第３ 図
、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、１
６は上部を極、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は二酸化シリコ
ンあるいは窒化シリコン、３３はシリコン単結晶薄膜、
３４はエツチング保護膜、３５は下地電極、３６は圧電
薄膜、３７は上部を極である。 ′Ａ−１図 第３ 図
Claims (1)
- シリコン基板に酸素あるいは窒素のイオンをイオン注入
する工程と、該シリコン基板の上部こシリコン単結晶薄
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工
程とを備えたことを特徴とする薄膜圧電振動子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7418784A JPS60217711A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7418784A JPS60217711A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217711A true JPS60217711A (ja) | 1985-10-31 |
| JPH0544848B2 JPH0544848B2 (ja) | 1993-07-07 |
Family
ID=13539916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7418784A Granted JPS60217711A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217711A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0560925A1 (en) * | 1990-12-04 | 1993-09-22 | Univ Iowa State Res Found Inc | HIGH FREQUENCY OSCILLATOR COMPRISING A THIN FILM RESONATOR AND A CO-INTEGRATED ACTIVE DEVICE. |
| US6448623B2 (en) * | 2000-05-09 | 2002-09-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive film type device |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP7418784A patent/JPS60217711A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0560925A1 (en) * | 1990-12-04 | 1993-09-22 | Univ Iowa State Res Found Inc | HIGH FREQUENCY OSCILLATOR COMPRISING A THIN FILM RESONATOR AND A CO-INTEGRATED ACTIVE DEVICE. |
| US6448623B2 (en) * | 2000-05-09 | 2002-09-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive film type device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0544848B2 (ja) | 1993-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |