JPS6294008A - 圧電薄膜共振子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＶ　ＨＦやＵＨＦの周波数帯で使用可能な圧電
薄膜共振子に関する。

（従来技術） 一般に、セラミックや水晶等の圧電支持基板の基本厚み
振動を利用した、いわゆるバルク波共振子は、圧電支持
基板の加工技術上の制約や機械的強度上の制約から、圧
電支持基板の犀みは敢１０μｍが限度であり、このため
、利用可能な共振周波数も数１０ＭＨｚが限界となって
いる。

そこで、近年、半導体製造技術がそのまま利用でき、し
かも、Ｖ　Ｉ−Ｉ　ＰやＵ　ＨＦの超高周波帯において
動作する、第７図および第８図に示すような構成を有す
る、いわゆるダイヤフラム形と称される圧電薄膜共振子
が研究されている（たとえば、特開昭６０−６８７０６
号公報、特開昭６０−６８７１０号公報および特開昭６
０−６８７１１号公報参照）。

上記圧電薄膜共振子は、シリコン単結晶支持基板１の一
方の主表面に酸化シリコン薄膜２を形成し、この酸化シ
リコン薄膜２の上に第１の電極３、酸化亜鉛の圧電薄膜
４および第２の電極５を順次形成する一方、上記シリコ
ン単結晶支持基板ｌの他方の主表面から圧電薄膜４に向
かって上記シリコン単結晶支持基板１をダイヤフラム状
に異方性エツチングし、上記圧電薄膜４の厚み振動を可
能とするための凹部６を形成したものである。

ところで、上記のような構成を有する圧電薄膜共振子で
は、シリコン単結晶支持基板ｌを使用しているのでコス
トが高くなるという問題を有していた。また、シリコン
単結晶支持基板１の上記異方性エツチングによる凹部６
の形成は、シリコン単結晶支持基板ｌの（１００）面と
（１１１）面のエツチング速度の差を利用するものであ
り、エツチングがシリコン単結晶支持基板ｌから酸化シ
リコン薄膜２に到達すると、この酸化シリコン薄膜２も
エツチングされる。このため、シリコン単結晶支持基板
Ｉの四部６内の酸化シリコン薄膜２の厚みが不均一・に
なり、圧電薄膜共振子の共振時の尖鋭度Ｑが低下すると
いう問題もあった。

（発明の目的） 本発明は、安価で高い尖鋭度を白゛する圧電薄膜共振子
を提供することを目的としている。

（発明の構成） このため、本発明は、圧電薄膜の厚み振動を利用する圧
電薄膜共振子において、圧電薄膜を支持する支持基板が
酸化亜鉛を含む焼結体であり、圧電薄膜と支持基板との
間にはこの支持基板にエツチングにより形成される凹部
のエツチング停止層が形成されていることを特徴として
いる。すなわち、本発明は、圧電薄膜の支持基板として
酸化亜鉛を含む焼結体を使用し、圧電薄膜の厚み振動を
可能とするために支持基板に形成される四部のエツチン
グが圧電薄膜の下部に形成されたエツチング停止層にて
停止されるようにしたちのである。

（発明の効果） 本発明によれば、圧電薄膜共振子の支持基板として酸化
亜鉛を含む焼結体を使用するので、ンリコンの単結晶基
板を使用するものよりも安価な圧電薄膜共振子を得ろこ
とができ、しかも、圧電薄膜と支持基板とが同一の材料
により形成されるので、両者の熱膨張係数が等しく、温
度特性の安定した圧電薄膜共振子を得ることができる。

また、本発明によれば、圧電薄膜の下部に形成されたエ
ツチング停止層により支持基板の凹部のエツチングが停
止されるので、圧電薄膜の下部の厚みが均一になり、高
い尖鋭度を有する圧電薄膜共振子を得ることができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図に夫々本発明に係る圧電薄膜共振子
の縦断面図および平面図を示す。

上記圧電薄膜共振子は、酸化亜鉛を含む焼結体よりなる
一枚の支持基板１１の一つの主表面上に圧電薄膜１４が
支持され、上記支持基板１１にはそのいま−っの主表面
１１ｂから、上記圧電薄膜１４の下面および上面に夫々
形成された下部電極１２および」二部電極１５の間に位
置する振動領域２１に向かう凹部１８が形成されたもの
で、−上記圧電薄膜１４は、その」−記振動領域２１か
支持基板１１の凹部１８上で厚み振動可能に支持される
。

上記支持基板１１の一方の主表面１１ａには、エツチン
グにより形成される凹部１８のエツチング停止層ＩＯが
形成されている。このエツチング停止層ｌＯは、上記凹
部１８がたとえば塩酸等の酸によるエツチングによって
形成される場合は、シリコン酸化膜であることが好まし
い。

」二足エツチング停止層【０の上には下部電極１２が形
成されるとともに、この下部電極１２を覆って、圧電薄
膜１４が形成されている。この圧電薄膜１４は、後述す
るように、Ｃ軸配向性酸化亜鉛結晶からなるものである
。圧電薄膜１４のダみｔは、目的とする共振周波数をｆ
（Ｈ２）とし、複合振動膜固有の周波数定数をＮ（Ｈｚ
、ｍｍ）とすれば、ｔ＝Ｎ／ｆにより決定される。

」二足圧電薄膜１４の上には下部電極Ｉ２に対向して上
部電極１５が形成されるとともに、酸化亜鉛からなる圧
電薄膜１゜１の吸湿を防止するため、保護膜１６が形成
されでいる。−１−配下部電極１２およびＬ部電極１５
は夫々、引出１７電極！２ａおよび１５ａにより支持基
板１１の周縁部に引き出されている。

一方、支持基板１１の他方の主表面１１ｂおよび支持基
板１１の凹部１８の内壁面にも、酸化亜鉛の焼結体から
なる支持基板１１の吸湿を防止するために、保護膜２０
が形成されている。

このような構成であれば、支持基板１１の材料として、
ノリコンの単結晶よりも安価な酸化亜鉛の焼結体を使用
することができるので、圧電薄膜共振子の価格を引き下
げることができる。また、圧電薄膜１４の下部には、エ
ツチング停止層１０が形成されているので、支持基板１
１の凹部１８をエツチングにより形成するとき、エツチ
ングが厚みの均一なエツチング停止層ＩＯにて停止する
。

これにより、圧電薄膜Ｉ４にて発生した厚み振動の反射
特性が均一化され、圧電薄膜共振子の尖鋭度Ｑが高くな
る。

次に、以上に説明（刀こ圧１且薄膜ｊ（振子の製造方法
を説明する。

先４ｔ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に〜１ｎＣＯａとＶ、Ｏ，
、を添加し、マンガン（Ｍｎ）およびバナジウム（Ｖ）
が夫々５原子％および０．１原子％含有されるように調
合して、湿式混合ケる。これを湿式ミルで粉砕後、平板
状に加圧成形（７て約１２００℃で２時間焼結する。こ
れにより得られた原さ１０ｍｍ、５Ｑｘ５０ｍｍの焼結
体（図示せず。）を０　、５　ｍｍの摩さにスライスカ
ッットし、４８０００番のＳｉＣで鏡面研磨し、第３図
（ａ）に示すような平板状の支持基板１１を作成する。

上記のように、酸化亜鉛にマンガンを添加するのは、支
持基板＋１の絶縁抵抗を高めるためで、支持基板１１ｉ
、１ｌｏ１°オ一４以上の絶縁抵抗を有する。また、酸
化亜鉛にバナジウムを添加するのは、酸化亜鉛の焼結性
を高め、密度の高い焼結体を得るためである。

上記のようにして作成された支持基板１．１の一方の主
表面１１ａには、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、
第３図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１０を約６
０００オングストロームの厚さに形成する。

次に、このノリコン酸化膜１０上に、第３図（Ｃ）に示
すように、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム
（Ｃｒ）からなる恒弾性鋼組成の下部電極１２を蒸着法
もしくはスパッタリング法により形成する。このスパッ
タリング法により下部電極１２を形成する場合、ノリコ
ン酸化膜ｌＯが酸化物であり、形成される下部電極１２
が酸化されやすいので、Ａｒ：Ｈ，＝　８０　：２０の
混合ガス中で行なうことが好ましい。

次いで、第３図（ｄ）に示すように、上記下部型＋１１
２を覆ってシリコン酸化膜ＩＯ上に、Ｃ軸配向性酸化亜
鉛結晶からなる圧電薄膜１４をＲＦマグネトロンスパッ
タ法により形成する。

上記圧電薄膜１　＝１の上には、第３図（ｅ）に示すよ
うに、下部電極１２と同じ恒弾性鋼組成を有する一ヒ部
電極１５をスパッタリング法により形成する。

その後、酸化亜鉛からなる圧電薄膜１４が吸湿して特性
が劣化するのを防止するため、第３図（ｆ）に示すよう
に、−上記圧電薄膜［４および上部電極１５の上から感
光性ポリイミドを回転塗布し、紫外線露光により保護膜
【６を形成する。この保護膜１６は、圧電薄膜１４の厚
み振動が阻害さイ１ないようにするため、質量が小さく
、かつ、１７みが薄いことが好ましい。

一方、支持基板１１の他方の主表面１１ｂには、第３図
（ｇ）に示すように、感光性ポリイミドを回転塗布し、
紫外線露光によりマスク１７を形成する。

その後、支持基板ＩＩを塩酸（ＨｃＣ）５０％の水溶液
（５０℃）中に３０分浸漬し、第３図（ｈ）に示すよう
に、支持基板１１をエツチングする。このエツチングは
支持基板１１の一方の主面１１ａに形成された耐酸性の
シリコン酸化膜１０に達すると停止する。これにより、
支持基板１１には、下部電極１２と上部電極１５との間
に挾まれた圧電薄膜１　＝１の振動領域２１の厚み振動
を許容する凹部１８が形成さ１１る。

上記のように、エツチングにより、支持基板１１に四部
１８を形成した後、上記四部１８の内壁面に、保護膜２
０を形成すれば、第１図および第２図において説明した
圧電薄膜共振子を得ることかできる。なお、保護膜２０
は保護膜１６と同様の感光性ポリイミドを使用すること
ができる。

次に、本発明に係る圧電薄膜共振子のいま一つの実施例
を第４図に示す。

第・１図に示す圧電薄膜共振子は、第１図および第２図
の圧電薄膜共振子において、下部電極１２を耐アルカリ
性を有する金属により形成し、この下部電極Ｉ２をエツ
チング停止層とするようにしたしのである。第４図にお
いて、第１図に対応する部分には対応する符号を付して
示し、重複した説明は省略する。

上記圧電薄膜共振子の支持基板１１の四部１８は、たと
えば苛性ソーダ（アルカリ）をエツチング液とするエツ
チングにより形成され、このエツチングは、耐アルカリ
性を有する上記下部電極１２にて停止する。すなわち、
上記下部電極１２ａは支持基板１１のエツチング停止層
と１−で機能４−る。

これにより、第４図の圧電薄膜共振子ら第１図および第
２図の圧電薄膜共振子と同様の効果を奏することかでき
る。

なお、第４図の圧電薄膜共振子では、支持基板１１の他
方の主表面１１ｂには金属層１３が形成されているが、
この金属層１３は必須のものではなく、支持基板１１の
上記他方の主表面１１ｂに直接、マスク１７を形成して
支持基板１１をエツチングすることもできる。しか（２
、このようにすると、第５図に示ずように、支持基板２
とマスク１７との境界に沿って支持基板１１がエツチン
グされる度合が大きくなり、支持基板１１に形成される
凹部Ｘ８の側壁がシャープに形成されない。

これに対し、支持基板１１の他方の主表面１１ｂに金属
層１３を形成しておけば、第６図に示すように、上記凹
部１８の側壁がシャープに形成される。第５図および第
６図の丸印は、エツチングにより発生する気泡を示す。

第４図の圧電薄膜共振子ら、四部１８のエツチングに使
用するエツチング液等を除き、第１図および第２図の圧
電薄膜共振子とほぼ同様の工程により製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る圧電薄膜共振子の一
実施例の縦断面図および平面図第３図（ａ）、第３図（
ｂ）、第３図（Ｃ）、第３図（ｄ）、第３図（ｅ）、第
３図（ｒ）、第３図（ｇ）および第３図（ｈ）は夫々本
発明に係る圧電薄膜共振子の製造工程の説明図、 第４図は本発明に係る圧電薄膜共振子のいま一つの実施
例の縦断面図、 第５図および第６図は支持基板の他方の主表面に金属層
が形成されていない場合と金属層が形成されている場合
の支持基板のエツチング状態の説明図、 第７図は従来方法により製造された圧電薄膜共振子の斜
視図、 第８図は第７図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 １０・・エツチング停止層、　　＋１・・・支持基板、
１１ａ、１１ｂ・・・主表面、　　　１２・・ド部電極
、１３・・・金属層、　　１４　・圧電薄膜、１５・・
・上ＫＳ電極、１６・・保護膜１．１７・・マスク、　
　１訃・凹部、 ２０・・保護膜。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代　理　人　弁理士　青　山　　葆　ほか２名第１図 １ｂ １ｂ 第４図 第７図 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一枚の支持基板の一つの主表面上に圧電薄膜が支
   持され、この支持基板にはそのいま一つの主表面から上
   記圧電薄膜の上面および下面に夫々形成された電極の間
   に位置する領域に向かう凹部が形成され、圧電薄膜の上
   記領域が支持基板の上記凹部上で厚み振動可能に支持さ
   れてなる圧電薄膜共振子において、上記支持基板は酸化
   亜鉛を含む焼結体であり、上記圧電薄膜と支持基板との
   間にはエッチングにより形成される上記凹部のエッチン
   グ停止層が形成されていることを特徴とする圧電薄膜共
   振子。
2. （２）上記エッチング停止層はシリコン酸化膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電薄膜共
   振子。
3. （３）上記エッチング停止層は耐アルカリ性の金属より
   なる上記電極であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の圧電薄膜共振子。