JPS6367910A - 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】 〔概要〕 半導体基板の表面に形成した表面側絶縁層を挾んで、そ
れぞれの分極方向が１８０度異なる方向を指向した表面
側圧電薄膜と裏面側圧電薄膜を設けることにより、偶数
次モードの縦効果の厚み縦振動を利用し、スプリアス特
性に優れたＶＨＦ帯乃至Ｕ　ＨＦ帯に適用される圧電薄
膜共振子を提供する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、縦効果の厚み縦振動を利用した圧電薄膜共振
子に関する。

複合薄膜を用い、圧電効果を利用した共振子は、製造時
にエツチング、膜形成等のＩＣ製造技術が利用でき、且
つ無数の固有振動を有しているため、適用できる周波数
域が１０Ｍｌ１ｚ〜数Ｇ　Ｉｆｚと広範囲であるので、
高周波帯のフィルタ、発振器等に広く利用されている。

〔従来の技術〕

第５図は従来例の図で（ａｌは断面図、（ｂｌは斜視図
、第５図において、例えばシリコン等よりなる半導体基
板１の表面には、例えばＳｉＯ□膜よりなる表面側絶縁
層２が、半導体ウェハーを直接酸化するか、或いは気相
反応法等の手段により形成されている。

また半導体基板１の裏面には、中央部に設けるエツチン
グ四部４を除いた全面に、裏面側絶縁層（例えば５ｉ０
２膜の層）３が形成されている。そして、半導体基板ｌ
を異方性エツチングして、半導体基板１の裏面側に、底
面に表面側絶縁Ｎ２の裏面が裸出したエツチング凹部４
を設けである。

エツチング凹部４に対応する表面側絶縁層２の表面部分
には、圧電薄膜（例えばＺｎＯ膜）が分極方向８を垂直
に上向きにして、例えばスパッタリング手段等により形
成されている。

そし７て、圧電薄膜７の上面には表面側電極５が形成さ
れ、エツチング四部４の底面部分の表面側絶縁層２の裏
面には裏面側電極６が形成されている。これらの電極は
、金、アルミニウム等を蒸着して形成したものである。

上述のような圧電薄膜共振子は、表面側電極５゜裏面側
電極６に高周波電圧を印加すると、表面側絶縁層２と圧
電薄膜７との複合膜部分に、縦効果の厚、７＋縦振動波
が励起され、共振するので、ＶＨＦ帯に適用して効果が
ある。

この共振周波数は、表面側絶縁層２及び圧電薄膜７が極
端に薄くすると、第６図ｆａｌのように、−次モードの
振動数で共振する。また表面側絶縁層２を少し厚くする
と、第６図ｆｂｌのように、第６図（８１と同一周波数
を、二次モードの振動数の共振で実現することができる
。

そして、この表面側絶縁層２の厚さに伴い、さらに高次
のモードの振動数の共振で実現することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら」二記従来例の圧電薄膜共振子は、ＵＨＦ
帯に適用し、その−次モードを利用するには、表面側絶
縁層２及び圧電薄膜７を極端に薄くしなければならない
。したがって、圧電薄膜７を支持する表面側絶縁層２の
機械的強度が弱くなり、−次モードの利用が困難である
という問題点がある。

上記問題点を除去するために、表面側絶縁層２及び圧電
薄膜７の厚さを厚くして、高次モードを利用しようとす
ると、その場合のスプリアス特性は第７図に示すように
、使用しようとする周波数以外に、−次子−１ζ、二次
モード、さらに高次のモードの周波数が存在する。

したがって、いま例えば二次モートの共振周波数を利用
しようとすると、−次モード、三次モード等がスプリア
スになるという問題点がある〔問題点を解決するための
手段〕 上記従来の問題点を解決するため本発明は、第１図のよ
うに、半導体基板１の一方の表面に形成した表面側絶縁
層２と、半導体基板１の裏面側に、底面に表面側絶縁層
２の裏面が裸出するように形成したエツチング四部４と
を備えた半導体基板１の構成とする。

そして、エツチング凹部４に対応する表面側絶縁層２の
表面側に、分極方向１１が上向きの表面側圧 Ａ電薄膜１０が形成され、表面側圧電薄膜１０の上面に
表面側電極５が形成され、さらに、エツチング四部４内
の表面側絶縁層２の裏面に、分極方向１３が下向きの裏
面側圧電薄膜１２が形成され、裏面側圧電薄膜１２の下
面に、裏面側電極６が形成された構造である。

〔作用〕

上述のように、表面側絶縁層２を挾んで、表面側圧電薄
膜１０と裏面側圧電薄膜■２とが形成された複合薄膜よ
りなる圧電薄膜共振子の、縦効果の厚め縦振動の、−次
モーＩ″、三次モードを第３図のｆａｌ、　ｆｃｌに示
す。

第３図の（ａＬ　（Ｃ）に示すように、奇数次モードが
励起された場合には、表面側圧電薄膜１０と裏面側圧電
薄膜１２との電荷が正・負と相異なる。

しかしながら、表面側圧電薄膜１０の分極方向１１と、
裏面側圧電薄膜１２の分極方向１３とは、１８０度異ｌ
４方向を指向して形成されているので、奇数モードは減
衰する。

これに対して、第３図（ｂ）のように二次モーＩＳは、
表面側圧電薄膜１０の分極方向１１と、裏面側圧電薄膜
１２の分極方向１３とが１８０度異ｌ４方向を指向して
いるので利得する。よって二次モード及び偶数モードは
共振するので、利用することができる。

二次モードを利用する場合は、−次モード利用の場合よ
りも、表面側絶縁層２の厚さを厚くすることができ、強
度が強くなる。

したがって、Ｖ　Ｉ−Ｉ　Ｆ帯のみならず、より周波数
の高いＵ　ＨＦ帯に適用できる。

また、本発明の圧電薄膜共振子をフィルタに適用した場
合、そのスプリアス特性図を第４図に示す。

第４図において、例えば二次モード等の偶数次モードを
利用しても、−次モード、三次モード等の奇数次モード
の周波数が抑圧されているので、スプリアスとならない
。

〔実施例〕

以下図を参照しながら、本発明を具体的に説明する。な
お、企図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図は本発明の−・実施例の断面図、第２図の（ａｌ
、　ｆｂｌ、　（ｃＬ　（ｄｌは本発明の実施例の製造
過程を示す図である。

第１図において、例えばシリコン等よりなる半導体基板
１の表面には表面側絶縁層（例えばＳｉＯ□膜の層）２
が、また、半導体基板１の裏面には、中央部に設けるエ
ツチング凹部４を除いた全面に裏面側絶縁層（例えばＳ
ｉＯ□膜の層）３が形成されている。そして、半導体基
板ｌを異方性エツチングして、半導体基板１の裏面側に
、底面に表面側絶縁層２の裏面が裸出したエツチング凹
部４を設けである。

表面側絶縁層２の表面には、分極方向１１が上向きの表
面側圧電薄膜（例えばＺｎＯ膜、△ｆｆＮ膜等の結晶膜
）１０が形成されている。

そして、表面側圧電薄膜１０の上面には、金、アルミニ
ュウム等を蒸着してなる表面側電極５が形成されている
。

またエツチング凹部４内の表面側絶縁層２の裏面には、
分極方向１３が下向きに、表面側圧電薄膜１０と膜厚が
等しい裏面側圧電薄膜（例えばＺｎＯ膜。

膜等の結晶膜）１２が形成され、裏面側圧電薄膜１２の
下面には、表面側電極５と対称に、裏面側電極６が形成
されている。

上述のように構成された圧電薄膜共振子は、作用の項で
詳述したように、奇数次モードが抑圧さフ０ れ、スｌリアスとならないので、偶数次モードを利用す
ることができ、機械的強度が強く、且つ■ＨＦ帯は勿論
のこと、ＶＨＦ帯よりもより高周波帯であるＵＨＦ帯に
適用できるものである。

第１図のような圧電薄膜共振子の製造手段について、第
２図を参照しながら説明する。

例えばシリコンよりなる半導体基板１に、第２図（ａｌ
のように、表面に例えばＳｉＯ□膜よりなる表面側絶縁
層２を、半導体ウェハーを直接酸化するか、或いは気相
反応法等の手段により形成する。

そして、半導体基板ｌの裏面には、中央部に設けるエツ
チング四部４に対応する部分を除いた全面に、裏面側絶
縁層３を、表面側絶縁層２と同様な手段で形成する。

次に第２図（ｂｌのように、半導体基板１を異方性エツ
チングすると、半導体基板１の表裏の両面の内、表面側
絶縁層２．及び裏面側絶縁層３のない部分が、エツチン
グされる。即ち、裏面側絶縁層３を形成してない、半導
体基板１の裏面のほぼ中央部のみがエツチングされ、断
面台形のエツチング凹部４が形成される。そして、エツ
チング凹部４の底面には、表面側絶縁層２の裏面が裸出
している。

次に第２図（ｃｌのように、エツチング凹部４を上方に
して、半導体基板１をスパッタリング装置に載置して、
エツチング凹部４の底面に裸出した表面側絶縁層２の裏
面に、例えばＺｎＯの結晶層よりなる裏面側圧電薄膜１
２をスパッタリングし形成する。このことにより分極方
向１３は、裏面側圧電薄膜１２の結晶の成長する方向、
即ち第２図ｔｅｌでは上向きとなる。

その後、第２図ｆｄｌのように、表面側絶縁層２を上に
して、半導体基板１をスパッタリング装置に載置して、
裏面側圧電薄膜１２に対応した表面側絶縁層２の表面に
、例えばＺｎＯの結晶層よりなる表面側圧電画ｌｌ！Ｊ
１０をスパッタリングし形成する。

このことにより、分極方向１１は表面側圧電薄膜１０の
結晶の成長する方向、即ち第２図ｆｄｌでは上向きとな
る。

上述のようにしであるので、表面側圧電薄膜１０の分極
方向１１と、裏面側圧電薄膜１２の分極方向１３とは、
１８０度異なる方向を指向している。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、偶数次モードの縦効果の
厚み縦振動を利用したもので、スプリアス特性に優れ、
且つ、Ｖ　ＨＦ帯乃至ＵＨＦ帯に適用できるという実用
上で優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、 第２図の（ａｔ、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄｉは本発
明の実施例の製造過程を示す図、 第３図は本発明の詳細な説明する図、 第４図は本発明のスプリアス特性図、 第５図は従来例の図で（ａｌは断面図、（ｂｌは斜視図
、第６図は従来の作用を説明する図、 第７図は従来例のスプリアス特性図である。 図において、 １は半導体基板、　　　２は表面側絶縁層、３は裏面側
絶縁層、　　４はエツチング凹部、５は表面側電極、　
　　６は裏面側電極、８、ＩＬ　１３は分極方向、１０
は表面側圧電薄膜、イソｍクリやう〒く１ｔ「モ４″ 羊５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一方の表面に形成された表面側絶縁層（２）の裏面
   側に、エッチング凹部（４）を有する半導体基板（１）
   と、 それぞれの分極方向（１１、１３）が１８０度異なる方
   向を指向し、該表面側絶縁層（２）の表裏両面の、該エ
   ッチング凹部（４）に対応する部分に形成された、表面
   側圧電薄膜（１０）、及び裏面側圧電薄膜（１２）と、 該表面側圧電薄膜（１０）の表面に形成された表面側電
   極（５）、及び該裏面側圧電薄膜（１２）の表面に形成
   された裏面側電極（６）とを備えたことを特徴とする圧
   電薄膜共振子。 ２　前記表面側圧電薄膜（１０）と前記裏面側圧電薄膜
   （１２）との膜厚が等しいことを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の圧電薄膜共振子。