JP2016086308A - Piezoelectric resonator, and method of manufacturing piezoelectric resonator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電共振器、及び圧電共振器の製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric resonator using a piezoelectric single crystal thin film and a method for manufacturing the piezoelectric resonator.
近年、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電デバイスが多く開発されている。このような圧電デバイスには、圧電デバイスとして機能する電極が形成された圧電薄膜と、その圧電薄膜を支持する支持体とを有し、電極が形成された領域と、支持体との間に空間を形成するメンブレン構造が用いられているものがある。 In recent years, many piezoelectric devices using a piezoelectric single crystal thin film have been developed. Such a piezoelectric device has a piezoelectric thin film on which an electrode that functions as a piezoelectric device is formed, and a support that supports the piezoelectric thin film, and a space between the region where the electrode is formed and the support. Some membrane structures are used.
特許文献1には、メンブレン構造の圧電デバイスの製造方法が記載されている。特許文献1に記載の製造方法では、圧電基板の一方面に、後に空隙となる犠牲層を形成し、犠牲層が形成された圧電基板の表面に支持体を接合する。その後、圧電基板から圧電薄膜を剥離形成し、圧電薄膜にエッチング窓を形成した上で、そのエッチング窓から犠牲層を除去している。 Patent Document 1 describes a method for manufacturing a piezoelectric device having a membrane structure. In the manufacturing method described in Patent Document 1, a sacrificial layer that later becomes a void is formed on one surface of a piezoelectric substrate, and a support is bonded to the surface of the piezoelectric substrate on which the sacrificial layer is formed. Thereafter, the piezoelectric thin film is peeled off from the piezoelectric substrate, an etching window is formed in the piezoelectric thin film, and the sacrificial layer is removed from the etching window.
この圧電デバイスの特性が最適かどうかを判断するために、圧電基板の薄板化後の圧電薄膜の膜厚を測定する必要がある。しかしながら、特許文献1に記載の圧電デバイスの場合、圧電薄膜の下に空隙又は支持体(材料の異なる複数の膜)が存在するため、圧電薄膜のみの膜厚を正確に測定することは困難であった。 In order to determine whether the characteristics of the piezoelectric device are optimal, it is necessary to measure the film thickness of the piezoelectric thin film after the piezoelectric substrate is thinned. However, in the case of the piezoelectric device described in Patent Document 1, since there are voids or supports (a plurality of films of different materials) under the piezoelectric thin film, it is difficult to accurately measure the film thickness of only the piezoelectric thin film. there were.
そこで、本発明の目的は、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる圧電共振器、及び圧電共振器の製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric resonator capable of measuring the film thickness of a piezoelectric thin film with high accuracy, and a method for manufacturing the piezoelectric resonator.
本発明に係る圧電共振器は、機能用導体が形成された透光性の圧電薄膜と、前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層と、前記固定層側の前記圧電薄膜の主面に形成され、平面視で、前記機能用導体の形成領域の外側に配置された膜厚測定用パターンとを備えたことを特徴とする。 A piezoelectric resonator according to the present invention includes a translucent piezoelectric thin film on which a functional conductor is formed, a support substrate disposed on one main surface side of the piezoelectric thin film, and fixing the piezoelectric thin film to the support substrate. A fixed layer and a film thickness measurement pattern formed on the main surface of the piezoelectric thin film on the fixed layer side and disposed outside the functional conductor forming region in a plan view. .
この構成では、膜厚測定用パターンが固定層側の圧電薄膜の主面に形成されているため、この膜厚測定用パターンへ光を照射し、膜厚測定用パターンで反射した光を受光することで、圧電薄膜の膜厚を測定できる。膜厚測定用パターンは、固定層と圧電薄膜との間で、機能用導体の形成領域の外側に配置される。このため、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。また、膜厚測定用パターンへ光を照射すれば、圧電薄膜の膜厚を測定できるため、測定作業に追加工程を必要としない。 In this configuration, since the film thickness measurement pattern is formed on the main surface of the piezoelectric thin film on the fixed layer side, the film thickness measurement pattern is irradiated with light and the light reflected by the film thickness measurement pattern is received. Thus, the film thickness of the piezoelectric thin film can be measured. The film thickness measurement pattern is disposed outside the functional conductor forming region between the fixed layer and the piezoelectric thin film. Therefore, the film thickness of the piezoelectric thin film can be accurately measured without being affected by the functional conductor and the fixed layer. In addition, if the film thickness measurement pattern is irradiated with light, the film thickness of the piezoelectric thin film can be measured, so that no additional process is required for the measurement work.
前記固定層は、前記形成領域と前記支持基板との間に形成された空隙部を有し、前記膜厚測定用パターンは、平面視で、前記空隙部の外側に配置されていることが好ましい。 It is preferable that the fixed layer has a gap formed between the formation region and the support substrate, and the film thickness measurement pattern is disposed outside the gap in plan view. .
この構成では、メンブレン型の圧電共振器の場合であっても、空隙部を避けて圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。 With this configuration, even in the case of a membrane-type piezoelectric resonator, the thickness of the piezoelectric thin film can be accurately measured while avoiding the gap.
前記固定層は、音響インピーダンスが異なる複数種類の層を積層した音響反射層であることが好ましい。 The fixed layer is preferably an acoustic reflection layer in which a plurality of types of layers having different acoustic impedances are stacked.
この構成では、音響多層膜型の共振子であっても、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。 With this configuration, the thickness of the piezoelectric thin film can be accurately measured even with an acoustic multilayer film type resonator.
本発明は、機能用導体が形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層とを備えた圧電共振器の製造方法において、透光性の圧電基板の一方主面に膜厚測定用パターンを形成する工程と、前記圧電基板の前記一方主面に無機層を形成する無機層形成工程と、前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する工程と、前記膜厚測定用パターンを基準に、前記圧電薄膜の一方主面に機能用導体を形成する工程とを備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a piezoelectric resonator comprising a piezoelectric thin film on which a functional conductor is formed, a support substrate disposed on one main surface side of the piezoelectric thin film, and a fixed layer for fixing the piezoelectric thin film to the support substrate. In the manufacturing method, a step of forming a film thickness measurement pattern on one main surface of a translucent piezoelectric substrate, an inorganic layer forming step of forming an inorganic layer on the one main surface of the piezoelectric substrate, and the inorganic layer A step of attaching a support substrate to a surface opposite to the piezoelectric substrate, a step of peeling and forming the piezoelectric thin film from the piezoelectric substrate, and a first main surface of the piezoelectric thin film based on the film thickness measurement pattern. And a step of forming a functional conductor.
この構成では、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定でき、また、測定作業に追加工程を必要としない圧電共振器を製造できる。 With this configuration, it is possible to accurately measure the thickness of the piezoelectric thin film without being affected by the functional conductor and the fixed layer, and it is possible to manufacture a piezoelectric resonator that does not require an additional process for the measurement work.
本発明によれば、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。 According to the present invention, the film thickness of the piezoelectric thin film can be accurately measured without being affected by the functional conductor and the fixed layer.
(実施形態1)
図1は、本実施形態に係る圧電共振器の平面図である。図2は、図1のII−II線における圧電共振器の側面断面図である。図3は、図1のIII−III線における圧電共振器の側面断面図である。なお、図1及び図2において、一部が透過した状態を示し、その透過部分を破線で示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric resonator according to the present embodiment. 2 is a side sectional view of the piezoelectric resonator taken along line II-II in FIG. 3 is a side sectional view of the piezoelectric resonator taken along line III-III in FIG. In FIGS. 1 and 2, a part of the light is transmitted, and the transmitted part is indicated by a broken line.
圧電共振器10は、圧電薄膜20と、固定層30と、支持基板40とを備えている。圧電薄膜20は、LN(LiNbO3)、LT(LiTaO3)等の透光性の圧電体である。固定層30は、SiO2等の絶縁体である。支持基板40は、Si、サファイヤ、ガラス等の剛性が高い絶縁体である。
The
圧電薄膜20の一方主面(以下、裏面という)には固定層30と支持基板40とが順に接着されている。すなわち、圧電薄膜20は、固定層30により支持基板40に固定されている。圧電薄膜20の他方主面(以下、表面という)には、機能用導体211,212が形成されている。機能用導体211,212は平面視して櫛歯形状である。機能用導体211,212は、所謂IDT(Inter Digital Transducer)を形成するように配置されている。機能用導体211,212は、平面視で後述する空隙300と重なる位置に配置されている。この構成により、圧電共振器10が構成される。
A
圧電薄膜20の表面には、配線導体221,222が形成されている。配線導体221は、機能用導体211に接続されている。配線導体222は、機能用導体212に接続されている。配線導体221,222は、機能用導体211,212を外部回路に接続する導体である。機能用導体211,212、配線導体221,222は、Al等の導電率の高い材料である。以下、機能用導体211,212が形成された領域を、機能部領域と言う。
固定層30は、平面視で機能部領域を囲うように、圧電薄膜20に接着されている。これによって、機能部領域に対向する位置には、圧電薄膜20の裏面と固定層30の内壁面とによって囲まれた空隙300が形成される。圧電薄膜20には貫通孔200が形成されていて、空隙300は、その貫通孔200と連通している。貫通孔200は、後に詳述するが、空隙300を形成する際に利用される。
The
圧電薄膜20と固定層30との間には、膜厚測定用パターン50が形成されている。膜厚測定用パターン50は、Alを含む導体膜であって、平面視で、配線導体221,222、及び空隙300よりも外側で、圧電薄膜20の表面の角部に形成されている。膜厚測定用パターン50は、圧電薄膜20の膜厚測定に利用される。詳しくは、膜厚測定用パターン50は、膜厚測定器(不図示)から圧電薄膜20に照射された測定用の光を反射する。膜厚測定器は反射された光を受光することで、圧電薄膜20の膜厚を算出する。
A film
このような構成からなる圧電共振器10は、以下に示す工程によって形成される。
The
図4及び図5は、本実施形態に係る圧電共振器10の製造方法における各工程での形状を示す側面断面図である。なお、膜厚測定用パターン50及び空隙300等は、同じ断面図には表れない位置関係に配置されているが、説明の便宜上、図4及び図5では、膜厚測定用パターン50及び空隙300等を同じ断面図に示している。
4 and 5 are side cross-sectional views showing shapes at respective steps in the method for manufacturing the
まず、透光性の圧電基板P20の裏面に膜厚測定用パターン50を形成する。膜厚測定用パターン50は、蒸着リフトオフ法によりTi/Al/Tiが形成されて成膜される。次に、圧電基板P20の裏面に犠牲層31を形成する。犠牲層31は、膜厚測定用パターン50の内側に位置するよう形成される。犠牲層31は、例えばZnOである。
First, the film
続いて、圧電基板P20の裏面に、膜厚測定用パターン50及び犠牲層31を覆うように、固定層30を形成する。これにより、膜厚測定用パターン50は、圧電基板P20と固定層30との間に配置されるようになる。固定層30は、犠牲層31等を覆うよう形成するため、圧電基板P20と反対側の面に凹凸が生じるため、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により凹凸のある圧電基板P20の面を平坦化研磨する。
Subsequently, the fixed
次に、図5に示すように、平坦化した固定層30の主面に支持基板40を樹脂接着剤により接着する。そして、圧電基板P20を研磨等によって薄膜化し、圧電薄膜20を形成する。その形成した圧電薄膜20の表面に、機能用導体211,212を形成する。機能用導体211,212は、蒸着リフトオフ法によりAl/Tiが形成されてなる。この際、図示していないが、配線導体221,222も圧電薄膜20の表面に、蒸着リフトオフ法により形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、圧電薄膜20の所定の位置に、ドライエッチングにより貫通孔200を形成する。そして、貫通孔200を介して、犠牲層31を除去する。例えば、犠牲層31をウェットエッチングによって除去する。この処理によって、固定層30には空隙300が形成される。
Next, the through
以上の製造方法を得ることによって、圧電共振器10が形成される。この圧電共振器10は、圧電薄膜20と固定層30との間に膜厚測定用パターン50が配置されている。膜厚測定時に、膜厚測定用パターン50へ測定用光を照射すれば、機能用導体211,212及び固定層30の影響を受けることなく、圧電薄膜20の膜厚を測定できる。また、圧電共振器10の製造時に膜厚測定用パターン50を形成するため、圧電薄膜20の膜厚測定時には膜厚測定用パターン50へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。
The
なお、本実施形態では、圧電共振器10は板波を用いた共振器として説明したが、圧電共振器はBAW共振器又は板波共振器であってもよい。
In the present embodiment, the
図6は、圧電共振器10AがBAW共振器の場合の断面図である。圧電共振器10Aは、圧電共振器10と電極形成が異なっている。詳しくは、圧電薄膜20の表面及び裏面それぞれに機能用導体231,232が形成されている。なお、他の構成は圧電共振器10と同じであるため説明は省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view when the
圧電共振器10AがBAW共振器の場合であっても、膜厚測定用パターン50を形成することで、機能用導体231,232及び固定層30に影響を受けることなく、圧電薄膜20の膜厚を精度よく測定できる。また、圧電共振器10Aの製造時に膜厚測定用パターン50を形成するため、圧電薄膜20の膜厚測定時には膜厚測定用パターン50へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。
Even when the
(実施形態2)
図7は、本実施形態に係る圧電共振器10Bの構成を示す側面断面図である。本実施形態に係る圧電共振器10Bは、圧電共振器10の固定層30が音響反射層60によって形成されている点で異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a side sectional view showing the configuration of the
音響反射層60は、音響インピーダンスが異なる複数の層を積層することによって形成されている。低音響インピーダンス層は、例えばSiO2であり、高音響インピーダンス層は、例えばW等の金属や,AlN,SiN等の誘電体である。音響反射層60は、接着層61によって支持基板40に接着されている。
The
圧電薄膜20と音響反射層60との間には、膜厚測定用パターン50が形成されている。そして、実施形態1と同様に、圧電薄膜20の膜厚測定時において、膜厚測定用パターン50を利用することで、精度よく圧電薄膜20の膜厚を測定できる。
A film
図8は、本実施形態に係る圧電共振器10Bの製造方法における各工程での形状を示す側面断面図である。
FIG. 8 is a side cross-sectional view showing the shape at each step in the method of manufacturing the
まず、透光性の圧電基板P20の裏面に膜厚測定用パターン50を形成する。圧電基板P20にはLiTaO3又はLiNbO3基板を用いている。膜厚測定用パターン50は、蒸着リフトオフ法によりTi/Al/Tiが形成されて成膜される。
First, the film
次に、圧電基板P20の裏面に音響反射層60を形成する。音響反射層60は、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とを積層し、SiO2とAlNとを、例えば100〜300nmずつ積層して形成される。そして、圧電基板P20とは反対側の音響反射層60の面に、接着層61によって支持基板40を接着する。
Next, the
圧電基板P20を研磨等によって薄膜化し、圧電薄膜20を形成する。その形成した圧電薄膜20の表面に、機能用導体211,212を蒸着リフトオフ法により形成する。
The piezoelectric substrate P20 is thinned by polishing or the like to form the piezoelectric
以上の製造方法を得ることによって、圧電共振器10Bが形成される。この圧電共振器10Bの圧電薄膜20の膜厚測定時に、膜厚測定用パターン50へ測定用光を照射すれば、機能用導体211,212及び音響反射層60の影響を受けることなく、圧電薄膜20の膜厚を測定できる。また、圧電共振器10Bの製造時に膜厚測定用パターン50を形成するため、圧電薄膜20の膜厚測定時には膜厚測定用パターン50へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。
By obtaining the above manufacturing method, the
10,10A,10B…圧電共振器
20…圧電薄膜
30…固定層
31…犠牲層
40…支持基板
50…膜厚測定用パターン
60…音響反射層
61…接着層
200…貫通孔
211,212…機能用導体
221,222…配線導体
231,232…機能用導体
300…空隙
P20…圧電基板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、
前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層と、
前記固定層側の前記圧電薄膜の主面に形成され、平面視で、前記機能用導体の形成領域の外側に配置された膜厚測定用パターンと、
を備えた圧電共振器。 A translucent piezoelectric thin film on which a functional conductor is formed;
A support substrate disposed on one main surface side of the piezoelectric thin film;
A fixing layer for fixing the piezoelectric thin film to the support substrate;
A film thickness measurement pattern formed on the principal surface of the piezoelectric thin film on the fixed layer side and disposed outside the functional conductor formation region in plan view;
A piezoelectric resonator comprising:
前記膜厚測定用パターンは、平面視で、前記空隙部の外側に配置されている、
請求項1に記載の圧電共振器。 The fixed layer has a gap formed between the formation region and the support substrate,
The film thickness measurement pattern is disposed outside the gap in plan view.
The piezoelectric resonator according to claim 1.
請求項1に記載の圧電共振器。 The fixed layer is an acoustic reflection layer in which a plurality of types of layers having different acoustic impedances are stacked.
The piezoelectric resonator according to claim 1.
透光性の圧電基板の一方主面に膜厚測定用パターンを形成する工程と、
前記圧電基板の前記一方主面に無機層を形成する無機層形成工程と、
前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する工程と、
前記膜厚測定用パターンを基準に、前記圧電薄膜の一方主面に機能用導体を形成する工程と、
を備えた圧電共振器の製造方法。 In a method for manufacturing a piezoelectric resonator, comprising: a piezoelectric thin film on which a functional conductor is formed; a support substrate disposed on one main surface side of the piezoelectric thin film; and a fixed layer that fixes the piezoelectric thin film to the support substrate. ,
Forming a film thickness measurement pattern on one main surface of the translucent piezoelectric substrate;
An inorganic layer forming step of forming an inorganic layer on the one principal surface of the piezoelectric substrate;
Bonding a support substrate to a surface of the inorganic layer opposite to the piezoelectric substrate;
Peeling the piezoelectric thin film from the piezoelectric substrate;
Forming a functional conductor on one main surface of the piezoelectric thin film with reference to the film thickness measurement pattern;
A method for manufacturing a piezoelectric resonator comprising:
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