JPS6276913A - 薄膜弾性波装置 - Google Patents
薄膜弾性波装置Info
- Publication number
- JPS6276913A JPS6276913A JP21738785A JP21738785A JPS6276913A JP S6276913 A JPS6276913 A JP S6276913A JP 21738785 A JP21738785 A JP 21738785A JP 21738785 A JP21738785 A JP 21738785A JP S6276913 A JPS6276913 A JP S6276913A
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- JP
- Japan
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- film
- thin film
- substrate
- vibrating
- group resin
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- Pending
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- 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】
〔発明の技術分野〕
この発明は圧′α薄１漠を用いた薄膜弾性波装置に関す
るものである。
るものである。
近年、材料技術や加工技術の進歩に伴ない電子部品の集
積化が進み、その集積度も大規模なものになっている。
積化が進み、その集積度も大規模なものになっている。
しかしながら、共振子やフィルタ等の受動部品は一般的
に半導体素子に比べて集積化の技術が遅れており、通信
機器あるいはＯＡ機器への応用において、ｖＨＦ帯域お
よびＵＨＦ’帯域で使用可能な超小型の共振子の開発が
要望されている。
に半導体素子に比べて集積化の技術が遅れており、通信
機器あるいはＯＡ機器への応用において、ｖＨＦ帯域お
よびＵＨＦ’帯域で使用可能な超小型の共振子の開発が
要望されている。
従来、共振子やフィルタとして水晶等を代表とする圧電
結晶の厚み振動を利用した弾性波装置が実用化され数多
く使用されている。ところが、この圧電基板の厚み振動
を利用した素子は、その共振周波数が基板の厚みに反比
例する特性を有しており、高周波化に伴い基板の厚みを
薄くする必要がある。
結晶の厚み振動を利用した弾性波装置が実用化され数多
く使用されている。ところが、この圧電基板の厚み振動
を利用した素子は、その共振周波数が基板の厚みに反比
例する特性を有しており、高周波化に伴い基板の厚みを
薄くする必要がある。
このような圧電基板は機械的強度および加工上の制約を
受けるため、機械加工技術では基板の厚みを数１０μｍ
程度にしか加工できず、その基板の基本共振周波数は数
１０■ｉ程度が限界となっているＯ これに対して、最近ではスパックリング等の方法を用い
て第３図に示すように圧電薄膜１０１を成長させて形成
し、その両面に励振用下部電極１０２と励振用上部電極
１０３ならびにＳｉｎ、膜１０４．１０５を形成して圧
電薄膜共振子に構成したものが考案されている。この場
合、共振子はぞの振動部分が他に接触しないように支持
体に設ける必要がある。
受けるため、機械加工技術では基板の厚みを数１０μｍ
程度にしか加工できず、その基板の基本共振周波数は数
１０■ｉ程度が限界となっているＯ これに対して、最近ではスパックリング等の方法を用い
て第３図に示すように圧電薄膜１０１を成長させて形成
し、その両面に励振用下部電極１０２と励振用上部電極
１０３ならびにＳｉｎ、膜１０４．１０５を形成して圧
電薄膜共振子に構成したものが考案されている。この場
合、共振子はぞの振動部分が他に接触しないように支持
体に設ける必要がある。
２．このようにスパッタリング等の技術を用いて圧電薄
膜１０１を成長させて厚みを増加させる方法をとること
によシ、圧電薄膜１０１の厚さを薄く形成できるため、
高周波化に最適な構造となる。しかも、シリコンやガリ
ウム砒素の半導体結晶基板に上述の振動膜を半導体デバ
イスと同様にスパッタリング、蒸着等の技術を用いて同
一チップ上に形成することができるため、トランジスタ
等の能動素子との一体化および集積化をはかることがで
きるなどの特長を有する。
膜１０１を成長させて厚みを増加させる方法をとること
によシ、圧電薄膜１０１の厚さを薄く形成できるため、
高周波化に最適な構造となる。しかも、シリコンやガリ
ウム砒素の半導体結晶基板に上述の振動膜を半導体デバ
イスと同様にスパッタリング、蒸着等の技術を用いて同
一チップ上に形成することができるため、トランジスタ
等の能動素子との一体化および集積化をはかることがで
きるなどの特長を有する。
第４図は上述の方法を用いて形成した空隙層の圧電薄膜
共振子である。この共振子は図に示すように、Ｓｉ基板
２０１上に予め化学的に溶解され易い空隙形成用物質膜
２０２を形成した後、その上にＳ ｉ０２膜２０３．下
部電極２０４．ＺｎＯ圧電薄膜２０５．上部電極２０６
、 Ｓｉｎ、膜２０７をスパッタリング法によシ形成
し、最後に空隙形成用物質膜２０２を除去して空隙層２
０２′を形成して完成する。
共振子である。この共振子は図に示すように、Ｓｉ基板
２０１上に予め化学的に溶解され易い空隙形成用物質膜
２０２を形成した後、その上にＳ ｉ０２膜２０３．下
部電極２０４．ＺｎＯ圧電薄膜２０５．上部電極２０６
、 Ｓｉｎ、膜２０７をスパッタリング法によシ形成
し、最後に空隙形成用物質膜２０２を除去して空隙層２
０２′を形成して完成する。
しかしながら、この方法で空隙型の圧電薄膜共振子を農
作すると、最終工程で空隙形成用物質膜２０２をエツチ
ングで除去する際【橋形構造の振動膜部分にクラックが
生じたシ、損Ｓ膜部分が第５図に示すように変形するこ
とがあり、不良品および特性劣化の素子が数多くできて
しまう問題がある０ この第１の原因としては薄膜形成時の内部応力が空隙層
２０２′を形成する際に振動膜部分に圧縮応力として作
用するためである。また第２の原因としてばＳｉ基板２
０１と薄膜の熱膨張係数の相違により、模形成時の昇温
状態から常温知戻すときに生ずる応力によるものである
。いずれの要因も、膜形成条件などにより若干の応力低
下をはかることは可能であるが、大幅に低下させ上記の
問題点を克服することは困難である。
作すると、最終工程で空隙形成用物質膜２０２をエツチ
ングで除去する際【橋形構造の振動膜部分にクラックが
生じたシ、損Ｓ膜部分が第５図に示すように変形するこ
とがあり、不良品および特性劣化の素子が数多くできて
しまう問題がある０ この第１の原因としては薄膜形成時の内部応力が空隙層
２０２′を形成する際に振動膜部分に圧縮応力として作
用するためである。また第２の原因としてばＳｉ基板２
０１と薄膜の熱膨張係数の相違により、模形成時の昇温
状態から常温知戻すときに生ずる応力によるものである
。いずれの要因も、膜形成条件などにより若干の応力低
下をはかることは可能であるが、大幅に低下させ上記の
問題点を克服することは困難である。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、内部応力等による振動膜の破壊、変形を防止するこ
とができる薄膜弾性波装置を提供することを目的とする
。
で、内部応力等による振動膜の破壊、変形を防止するこ
とができる薄膜弾性波装置を提供することを目的とする
。
仁の発明は基板上にポリイミド系樹脂層を介して圧′ｆ
ｌｌ薄膜等よりなる振動膜を形成し、ポリイミド系樹脂
層の柔軟性を利用して振動＠に作用する応力を緩和させ
るものである。
ｌｌ薄膜等よりなる振動膜を形成し、ポリイミド系樹脂
層の柔軟性を利用して振動＠に作用する応力を緩和させ
るものである。
この発明によれば、基板と振動膜との間にポリイミド系
樹脂層を設けることで、振動模形成時に生ずる内部応力
をポリイミド系樹脂層で緩和させることができるため、
振動膜の破壊や変形を防止することができる。しかも、
ポリイミド系樹脂層の吸音効果（すなわち機械振動の吸
収効果）により振動膜部分からの不要振動波を吸収し、
他の弾性波振動膜部間の不要波結合や半導体回路への雑
音等の影響を著しく低下させることができる。
樹脂層を設けることで、振動模形成時に生ずる内部応力
をポリイミド系樹脂層で緩和させることができるため、
振動膜の破壊や変形を防止することができる。しかも、
ポリイミド系樹脂層の吸音効果（すなわち機械振動の吸
収効果）により振動膜部分からの不要振動波を吸収し、
他の弾性波振動膜部間の不要波結合や半導体回路への雑
音等の影響を著しく低下させることができる。
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第１図は本願の出願人が開発し別途出願中の空隙型の圧
電薄膜共振子にこの発明を適用させたものである。図に
おいて１はＳｉ基板で、このＳｉ基基板１青 を形成する。この実施例ではポリイミド系樹脂としてＰ
ＩＱ （登録商標）を使用し、樹脂膜２の形成法として
ＰＩＱのプレポリマ液をスピンナーによシ回転塗付し２
０ト３５ ０℃でベーキングすることでポリイミド系樹
脂膜２を形成した。この樹脂膜２の厚さはプレポリマ液
の濃度とスピンナーの回転数により調整することができ
る。樹脂膜２の膜厚は十分に厚い方が後述する振動膜の
内部応力を緩和する効果が増大するが、生産性を考慮す
ると１〜１０μｍ程度の膜厚にするのが望ましい。なお
不要な部分の樹脂膜は環化ゴム系ネガレジストとヒドラ
ジン系のエッチャントを用いてフォトリソグラフィ法で
除去することができる。
電薄膜共振子にこの発明を適用させたものである。図に
おいて１はＳｉ基板で、このＳｉ基基板１青 を形成する。この実施例ではポリイミド系樹脂としてＰ
ＩＱ （登録商標）を使用し、樹脂膜２の形成法として
ＰＩＱのプレポリマ液をスピンナーによシ回転塗付し２
０ト３５ ０℃でベーキングすることでポリイミド系樹
脂膜２を形成した。この樹脂膜２の厚さはプレポリマ液
の濃度とスピンナーの回転数により調整することができ
る。樹脂膜２の膜厚は十分に厚い方が後述する振動膜の
内部応力を緩和する効果が増大するが、生産性を考慮す
ると１〜１０μｍ程度の膜厚にするのが望ましい。なお
不要な部分の樹脂膜は環化ゴム系ネガレジストとヒドラ
ジン系のエッチャントを用いてフォトリソグラフィ法で
除去することができる。
次に、ポリイミド系樹脂膜２の上に化学的に溶解し易い
ＺｎＯ等の空隙形成用物質膜３を圧電薄膜共振子の振動
部の大きさに対応させてスパッタリング法で１００ＯＡ
程度の厚さに形成する。この空隙形成用物質膜３を含む
ポリイミド系樹脂膜２の上１ｃｓｉｏ，膜４を形成し、
さらにその上に下部↑に極５。
ＺｎＯ等の空隙形成用物質膜３を圧電薄膜共振子の振動
部の大きさに対応させてスパッタリング法で１００ＯＡ
程度の厚さに形成する。この空隙形成用物質膜３を含む
ポリイミド系樹脂膜２の上１ｃｓｉｏ，膜４を形成し、
さらにその上に下部↑に極５。
ＺｎＯ圧電薄膜６．上部１！極７ 、 Ｓｉｎ、［８の
頭にスパッタリング法およびフォトリングラフィ法にて
形成加工して振動＠９を形成する。ここで、Ｓｉｎ。
頭にスパッタリング法およびフォトリングラフィ法にて
形成加工して振動＠９を形成する。ここで、Ｓｉｎ。
羨４，８ならびにＺｎＯ圧電薄膜６をスパッタリング法
で形成加工する時に、Ｓｉ基板１は減圧高温の状態にさ
らされるが、ポリイミド系樹脂膜２は４５０℃まで十分
に耐熱性があるため問題にはならない。
で形成加工する時に、Ｓｉ基板１は減圧高温の状態にさ
らされるが、ポリイミド系樹脂膜２は４５０℃まで十分
に耐熱性があるため問題にはならない。
最後に、振動膜９が形成された後、空隙形成用物質膜３
を例えば塩酸などのエツチング液により除去し空隙層３
を形成する。
を例えば塩酸などのエツチング液により除去し空隙層３
を形成する。
この圧電薄膜共振子は下部電極５と上部電極７間に電気
信号を印加することにより、電極対向部を中心に空隙層
３に対応する領域に形成された振動基底膜となるＳ ｔ
ｏ、膜４ 、８ 、ＺｎＯ圧電薄膜６からなる複合体膜
が振動することにより共振子として動作する。
信号を印加することにより、電極対向部を中心に空隙層
３に対応する領域に形成された振動基底膜となるＳ ｔ
ｏ、膜４ 、８ 、ＺｎＯ圧電薄膜６からなる複合体膜
が振動することにより共振子として動作する。
したがって、このよう々構成によれば振動膜９の形成時
に存在する内部応力はポリイミド系樹脂膜２の弾性によ
って緩和されるため、振動膜９の破壊および変形は従来
のものに比べて大幅に減少し歩留りを向上させることが
できるとともに、素子の信頼性を高めることができる。
に存在する内部応力はポリイミド系樹脂膜２の弾性によ
って緩和されるため、振動膜９の破壊および変形は従来
のものに比べて大幅に減少し歩留りを向上させることが
できるとともに、素子の信頼性を高めることができる。
このことは、従来例のようにＳｉ基板上に２μｍ厚のＳ
ｉＯ！膜を直接形成した場合にはＳｉｎ、嘆あ残留応力
は２渇となシ、その残留応力は膜厚に比例して増大する
ことに対して、ポリイミド系ｔｉｔ ｔｔｈ膜２を介在
させた本実施例の場合にはＳ ｉＯ，膜の残留応力は５
￥１となり、その残留応力は膜厚が８１１ｎまでほぼ一
定となることから容易に推察される。
ｉＯ！膜を直接形成した場合にはＳｉｎ、嘆あ残留応力
は２渇となシ、その残留応力は膜厚に比例して増大する
ことに対して、ポリイミド系ｔｉｔ ｔｔｈ膜２を介在
させた本実施例の場合にはＳ ｉＯ，膜の残留応力は５
￥１となり、その残留応力は膜厚が８１１ｎまでほぼ一
定となることから容易に推察される。
また、第１図に示す弾性波振動子は基本的には上下電極
５，７が存在する領域のみにエネルギーが集中するエネ
ルギーとじ込め条件で使用するが、不要液として機械的
振動エネルギーがわずかに漏洩する。このような機械的
振動エネルギーは同一基板上に他の弾性波振動子が存在
する場合には悪影響を及ぼすことになり、また同一基板
上に半導体集積回路が構成されている場合にはシリコン
やガリウム砒素結晶の歪−抵抗効果により半導体回路の
電気的雑音源となって悪影響を及ぼすことになる。これ
に対して、本願実施例の場合にはポリイミド樹脂膜２の
粘弾性効果にょシ機械的振動と良好に吸収することがで
きるため、不要撮動波による弾性波振動子部間の不要結
合や、半導体回路への電気的雑音による悪影響を著しく
低下させることができる。
５，７が存在する領域のみにエネルギーが集中するエネ
ルギーとじ込め条件で使用するが、不要液として機械的
振動エネルギーがわずかに漏洩する。このような機械的
振動エネルギーは同一基板上に他の弾性波振動子が存在
する場合には悪影響を及ぼすことになり、また同一基板
上に半導体集積回路が構成されている場合にはシリコン
やガリウム砒素結晶の歪−抵抗効果により半導体回路の
電気的雑音源となって悪影響を及ぼすことになる。これ
に対して、本願実施例の場合にはポリイミド樹脂膜２の
粘弾性効果にょシ機械的振動と良好に吸収することがで
きるため、不要撮動波による弾性波振動子部間の不要結
合や、半導体回路への電気的雑音による悪影響を著しく
低下させることができる。
次に、この発明の他の実施例を第２図に従い説明する。
第２図はダイヤスラム型複合共振子にこの発明を適用さ
せたものである。図において１１下部電極１４．圧電薄
嘆１５．上部電極１６゜８ｉ０２膜１７の順にスパッタ
リング法およびフォトリングラフィ法にて形成加工して
振動膜１８を形成する。そして最終工程としてシリコン
基板１１の裏面からヒドラジン等の異方性エツチング液
を用いてＳｉ基板１１の異方性エツチングおよびポリイ
ミド系樹脂膜１２のエツチングを行ない共振子の振動部
に対応する位置に凹部１９を形成する。
せたものである。図において１１下部電極１４．圧電薄
嘆１５．上部電極１６゜８ｉ０２膜１７の順にスパッタ
リング法およびフォトリングラフィ法にて形成加工して
振動膜１８を形成する。そして最終工程としてシリコン
基板１１の裏面からヒドラジン等の異方性エツチング液
を用いてＳｉ基板１１の異方性エツチングおよびポリイ
ミド系樹脂膜１２のエツチングを行ない共振子の振動部
に対応する位置に凹部１９を形成する。
このダイヤフラム型複合共振子の場合も上記第１実施例
と同様に下部ｉｔ極１４と上部電極１６間に電気信号を
印加することＫより、８１０２ｇ１１３，１７゜ＺｎＯ
圧電薄膜１５からなる複合体膜が撮動することにより共
振子として動作する。
と同様に下部ｉｔ極１４と上部電極１６間に電気信号を
印加することＫより、８１０２ｇ１１３，１７゜ＺｎＯ
圧電薄膜１５からなる複合体膜が撮動することにより共
振子として動作する。
したがって、このような構成によれば、上記第１実施例
と同様の効果を挙げることができるとともに、振動基底
膜となるＳｉＯ□膜１３全１３に形成できるため、種型
構造のものに比べて構造的強度が増し振動膜１８の破損
やたわみなどによる損傷を防止することができる。また
異方性エツチング液にヒドラジンを用いることにより、
Ｓｉ基板１１とポリイミド系樹脂膜１２の両方をエツチ
ングすることができるため、−回のエツチングで振動部
の下方に良好な凹部を形成することができる。
と同様の効果を挙げることができるとともに、振動基底
膜となるＳｉＯ□膜１３全１３に形成できるため、種型
構造のものに比べて構造的強度が増し振動膜１８の破損
やたわみなどによる損傷を防止することができる。また
異方性エツチング液にヒドラジンを用いることにより、
Ｓｉ基板１１とポリイミド系樹脂膜１２の両方をエツチ
ングすることができるため、−回のエツチングで振動部
の下方に良好な凹部を形成することができる。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、要旨を変更しない範囲において種々変形して実施する
ことができる。
、要旨を変更しない範囲において種々変形して実施する
ことができる。
この発明によれば圧電薄膜の物、質はＺｎＯに限られる
ものではなく、ＡＪ！Ｎ 、 Ｎｂ、０５． ＰｂＴｉ
０． 、 Ｔａ２０５等の物質を圧電薄膜として使用す
ることができる。
ものではなく、ＡＪ！Ｎ 、 Ｎｂ、０５． ＰｂＴｉ
０． 、 Ｔａ２０５等の物質を圧電薄膜として使用す
ることができる。
４、図の簡単な説明
第１図はこの発明の一実施例の概略的な構成を示す断面
図、第２図はこの発明の他の実施例の概略的な構成を示
す断面図、第３図は従来ならびに本発明の？ｐｔ膜弾性
波装置〃の基本構造を示す断面図、第４図は従来の空隙
型圧電薄型膜共振子の概略的な構成を示す断面図、第５
図は第４図の共撮子の内部応力による変形を説明するた
めの断面図である。
図、第２図はこの発明の他の実施例の概略的な構成を示
す断面図、第３図は従来ならびに本発明の？ｐｔ膜弾性
波装置〃の基本構造を示す断面図、第４図は従来の空隙
型圧電薄型膜共振子の概略的な構成を示す断面図、第５
図は第４図の共撮子の内部応力による変形を説明するた
めの断面図である。
１．１１・・・Ｓｉ基板 ２，１２・・・ポリイミド
系樹脂膜３・・・空隙形成用物質膜 ３′・・・空隙
層４．８，１３．１７・・・ＳｉＯ２［５，１４・・・
下部電極６．１５・・・圧電薄膜 ７，１６・・・上
部電極９．１８・・・振動膜 １９・・・凹部第１
図 第２図
系樹脂膜３・・・空隙形成用物質膜 ３′・・・空隙
層４．８，１３．１７・・・ＳｉＯ２［５，１４・・・
下部電極６．１５・・・圧電薄膜 ７，１６・・・上
部電極９．１８・・・振動膜 １９・・・凹部第１
図 第２図
Claims (1)
- 基板上に圧電薄膜等よりなる振動膜を形成しこの振動膜
の機械的振動を利用した薄膜弾性波装置において、前記
基板と前記振動膜との間に少なくとも一部にポリイミド
系樹脂層を設けたことを特徴とする薄膜弾性波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21738785A JPS6276913A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 薄膜弾性波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21738785A JPS6276913A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 薄膜弾性波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276913A true JPS6276913A (ja) | 1987-04-09 |
Family
ID=16703378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21738785A Pending JPS6276913A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 薄膜弾性波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6276913A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5910756A (en) * | 1997-05-21 | 1999-06-08 | Nokia Mobile Phones Limited | Filters and duplexers utilizing thin film stacked crystal filter structures and thin film bulk acoustic wave resonators |
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| JPWO2015190429A1 (ja) * | 2014-06-13 | 2017-04-20 | 株式会社村田製作所 | 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21738785A patent/JPS6276913A/ja active Pending
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