JP2657521B2 - 薄膜共振子の製造方法 - Google Patents
薄膜共振子の製造方法Info
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- JP2657521B2 JP2657521B2 JP63163125A JP16312588A JP2657521B2 JP 2657521 B2 JP2657521 B2 JP 2657521B2 JP 63163125 A JP63163125 A JP 63163125A JP 16312588 A JP16312588 A JP 16312588A JP 2657521 B2 JP2657521 B2 JP 2657521B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は薄膜共振部の内部歪応力を分散する構造を有
する薄膜共振子に関する。
する薄膜共振子に関する。
（従来の技術とその課題） 従来のこの種の素子を図面により説明する。
第３図は従来のこの種の薄膜共振子の断面図である。
11はシリコン基板、12はエピタキシャル層、13はSiO
2層、14は下部電極、15は圧電体材料であるZnO層、16は
上部電極である。この種の素子の動作原理は、下部電極
14及び上部電極16に高周波信号を加えることにより、圧
電体ZnO15は高周波信号の周期で伸縮を繰り返し、薄膜
共振部、即ちエピタキシャル層12、SiO2層13及び圧電体
15の厚さにより共振する。
11はシリコン基板、12はエピタキシャル層、13はSiO
2層、14は下部電極、15は圧電体材料であるZnO層、16は
上部電極である。この種の素子の動作原理は、下部電極
14及び上部電極16に高周波信号を加えることにより、圧
電体ZnO15は高周波信号の周期で伸縮を繰り返し、薄膜
共振部、即ちエピタキシャル層12、SiO2層13及び圧電体
15の厚さにより共振する。
この種の素子の製造方法は、ボロン等を高濃度にドー
プしたエピタキシャル層12を（100）シリコン基板11上
に形成し、このシリコン基板11の裏面を部分的にマスク
した後、異方性エッチング液にてシリコン基板11の裏面
よりエピタキシャル層12部分までエッチングを行う。次
に、SiO2層13をスパッタリング等で形成し、下部電極14
を真空蒸着法及びフォトリソグラフィ技術により形成す
る。さらにその上に圧電体15をスパッタリング等で形成
し、上部電極16を下部電極14と同様に形成することによ
り製造する。
プしたエピタキシャル層12を（100）シリコン基板11上
に形成し、このシリコン基板11の裏面を部分的にマスク
した後、異方性エッチング液にてシリコン基板11の裏面
よりエピタキシャル層12部分までエッチングを行う。次
に、SiO2層13をスパッタリング等で形成し、下部電極14
を真空蒸着法及びフォトリソグラフィ技術により形成す
る。さらにその上に圧電体15をスパッタリング等で形成
し、上部電極16を下部電極14と同様に形成することによ
り製造する。
第４図はこの種の素子の他の例の断面図である。21は
シリコン基板、23は下部SiO2層、24は下部電極、25は圧
電体、26は上部電極、27は上部SiO2層、28は開口部、29
は薄膜共振部保持部である。次にその動作原理は、第１
図同様下部電極24及び上部電極26に加えられた高周波信
号により、圧電体25は伸縮を繰り返し、薄膜共振部、即
ち下部SiO2層23、圧電体25、及び上部SiO2層27の厚さに
より共振する。
シリコン基板、23は下部SiO2層、24は下部電極、25は圧
電体、26は上部電極、27は上部SiO2層、28は開口部、29
は薄膜共振部保持部である。次にその動作原理は、第１
図同様下部電極24及び上部電極26に加えられた高周波信
号により、圧電体25は伸縮を繰り返し、薄膜共振部、即
ち下部SiO2層23、圧電体25、及び上部SiO2層27の厚さに
より共振する。
第４図の構造の製造方法は、開口部28をマスクし、シ
リコン基板21上に下部SiO2層23、下部電極24、圧電体2
5、上部電極26及び上部SiO2層27を第３図同様の方法に
て形成する。次に、マスクされた開口部28より異方性エ
ッチングし素子を製造する。
リコン基板21上に下部SiO2層23、下部電極24、圧電体2
5、上部電極26及び上部SiO2層27を第３図同様の方法に
て形成する。次に、マスクされた開口部28より異方性エ
ッチングし素子を製造する。
ここで、上記製造方法において一般に多層に薄膜を形
成する場合、例えばスパッタリング法にて形成する場合
では基板温度は約600℃になり、これを室温（約25℃）
に戻すと熱膨張差のため薄膜界面には歪応力が発生す
る。第３図の構造では薄膜共振部は厚み方向に対称であ
り、また第４図の構造では薄膜共振部は厚み方向に対称
であるが、薄膜共振部保持部29では非対称である。この
ように、第３図、第４図のように従来の薄膜共振子では
いずれも厚み方向に非対称な部分がある。厚み方向に非
対称であると、膜界面の歪応力が多層膜全体として打ち
消されず破壊しやすい欠点があった。
成する場合、例えばスパッタリング法にて形成する場合
では基板温度は約600℃になり、これを室温（約25℃）
に戻すと熱膨張差のため薄膜界面には歪応力が発生す
る。第３図の構造では薄膜共振部は厚み方向に対称であ
り、また第４図の構造では薄膜共振部は厚み方向に対称
であるが、薄膜共振部保持部29では非対称である。この
ように、第３図、第４図のように従来の薄膜共振子では
いずれも厚み方向に非対称な部分がある。厚み方向に非
対称であると、膜界面の歪応力が多層膜全体として打ち
消されず破壊しやすい欠点があった。
上記した薄膜共振子では、素子作製時に蓄積する内部
応力により、薄膜共振部にたわみ、クラックの発生を充
分低減させることは難しかった。
応力により、薄膜共振部にたわみ、クラックの発生を充
分低減させることは難しかった。
（課題を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するため、形成する薄膜
共振部の厚みの1/2以上の深さにシリコン基板を異方性
エッチングし、前記薄膜共振部の厚みの約1/2の深さを
残して前記エッチングした部分にエッチング材を埋め、
その上面において圧電体材料を上部電極と下部電極とで
挟み、前記上部電極と下部電極をSiO2層により挟み前記
薄膜共振部を形成し、前記シリコン基板のエッチング部
に埋められたエッチング材をエッチングすることにより
前記薄膜共振部とシリコン基板とを分離して、前記薄膜
共振部の厚み方向の中心面を前記シリコン基板の表面と
ほぼ同一とする。
共振部の厚みの1/2以上の深さにシリコン基板を異方性
エッチングし、前記薄膜共振部の厚みの約1/2の深さを
残して前記エッチングした部分にエッチング材を埋め、
その上面において圧電体材料を上部電極と下部電極とで
挟み、前記上部電極と下部電極をSiO2層により挟み前記
薄膜共振部を形成し、前記シリコン基板のエッチング部
に埋められたエッチング材をエッチングすることにより
前記薄膜共振部とシリコン基板とを分離して、前記薄膜
共振部の厚み方向の中心面を前記シリコン基板の表面と
ほぼ同一とする。
（実施例） 上記問題点を解決するためになされた本発明の薄膜共
振子の実施例を第１図の断面図により詳細に説明する。
31はシリコン基板、33は下部SiO2層、34は下部電極、35
は圧電体、36は上部電極、37は上部SiO2層、39は薄膜共
振部保持部、40は薄膜薄膜共振部とシリコン基板を分離
する空間層である。
振子の実施例を第１図の断面図により詳細に説明する。
31はシリコン基板、33は下部SiO2層、34は下部電極、35
は圧電体、36は上部電極、37は上部SiO2層、39は薄膜共
振部保持部、40は薄膜薄膜共振部とシリコン基板を分離
する空間層である。
本発明の素子を動作させるためには、下部電極34と上
部電極36の間に高周波信号を加えることにより、圧電体
35は高周波信号の周期で伸縮を繰り返し、薄膜共振部、
即ち下部SiO2層33、圧電体35及び上部SiO2層37の厚さに
より共振する。
部電極36の間に高周波信号を加えることにより、圧電体
35は高周波信号の周期で伸縮を繰り返し、薄膜共振部、
即ち下部SiO2層33、圧電体35及び上部SiO2層37の厚さに
より共振する。
本発明の製造方法を第２図にて説明する。（100）シ
リコン基板31表面の一部をマスクした後、異方性エッチ
ングを行う（ａ）。エッチングされる形状は、（100）
シリコン基板31の場合、下方を向いた低角55度の四角錘
台をなす。薄膜共振部を形成するためシリコン基板31の
エッチング部をZnO等後で容易にエッチング出来る材料
（エッチング材）にて埋める（ｂ）。この厚さは、エッ
チング深さから薄膜共振子の厚さの約1/2を引いた厚さ
にする。下部SiO2層33をスパッタリング等にて形成し、
下部電極34を真空蒸着法及びフォトリソグラフィ技術に
て形成する（ｃ）。圧電体35をスパッタリング等で形成
し、エッチング法等でパターンニングする（ｄ）。上部
電極36を下部電極34同様に形成し、上部SiO2層37をスパ
ッタリング等にて形成する（ｅ）。薄膜共振部をマスク
し、下部SiO2層33及び、上部SiO2層37をフッ酸等にてエ
ッチングし、シリコンエッチング部に埋められたZnO等
エッチング材の端面に露出させる（ｆ）。シリコンエッ
チング部に埋められたエッチング材のZnO層を希釈した
塩酸等にてエッチングし薄膜共振部とシリコン基板を分
離する空間層40を形成する（ｇ）。この時、電極材料に
より挟まれたZnO等圧電材料及びさらにその上下面をSiO
2により挟んだ薄膜共振部は空間層40によりシリコン基
板31と分離され構成される。また、シリコン基板エッチ
ング部に埋められるエッチング材の厚さをエッチング深
さから薄膜共振部の厚さの約1/2を引いた厚さにするこ
とにより、薄膜共振部の中心面をシリコン基板31の表面
及びその延長線とほぼ同一にすることができる。
リコン基板31表面の一部をマスクした後、異方性エッチ
ングを行う（ａ）。エッチングされる形状は、（100）
シリコン基板31の場合、下方を向いた低角55度の四角錘
台をなす。薄膜共振部を形成するためシリコン基板31の
エッチング部をZnO等後で容易にエッチング出来る材料
（エッチング材）にて埋める（ｂ）。この厚さは、エッ
チング深さから薄膜共振子の厚さの約1/2を引いた厚さ
にする。下部SiO2層33をスパッタリング等にて形成し、
下部電極34を真空蒸着法及びフォトリソグラフィ技術に
て形成する（ｃ）。圧電体35をスパッタリング等で形成
し、エッチング法等でパターンニングする（ｄ）。上部
電極36を下部電極34同様に形成し、上部SiO2層37をスパ
ッタリング等にて形成する（ｅ）。薄膜共振部をマスク
し、下部SiO2層33及び、上部SiO2層37をフッ酸等にてエ
ッチングし、シリコンエッチング部に埋められたZnO等
エッチング材の端面に露出させる（ｆ）。シリコンエッ
チング部に埋められたエッチング材のZnO層を希釈した
塩酸等にてエッチングし薄膜共振部とシリコン基板を分
離する空間層40を形成する（ｇ）。この時、電極材料に
より挟まれたZnO等圧電材料及びさらにその上下面をSiO
2により挟んだ薄膜共振部は空間層40によりシリコン基
板31と分離され構成される。また、シリコン基板エッチ
ング部に埋められるエッチング材の厚さをエッチング深
さから薄膜共振部の厚さの約1/2を引いた厚さにするこ
とにより、薄膜共振部の中心面をシリコン基板31の表面
及びその延長線とほぼ同一にすることができる。
この様に製造すると、通常電極薄膜の厚さは他の薄膜
と比較し充分薄いので、薄膜共振部の全体は厚み方向に
ほぼ対称となり膜界面の歪応力が多層膜全体では打ち消
し、たわみ、クラックの発生を著しく低減できる。
と比較し充分薄いので、薄膜共振部の全体は厚み方向に
ほぼ対称となり膜界面の歪応力が多層膜全体では打ち消
し、たわみ、クラックの発生を著しく低減できる。
またここではZnO等圧電体の上下面をSiO2層にて挟ん
だ構造のものを示したが、特に上下のSiO2層の無い薄膜
共振部を持つ薄膜共振子にても同様にたわみ、クラック
の発生を著しく低減できるのは明かである。
だ構造のものを示したが、特に上下のSiO2層の無い薄膜
共振部を持つ薄膜共振子にても同様にたわみ、クラック
の発生を著しく低減できるのは明かである。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明による薄膜共振子は薄膜
共振部の歪応力を分散させる構造及び製造法なので、従
来問題となっていた、たわみ、クラック等の発生を著し
く低減させる効果があり、機械的強度の高い、共振時の
特性劣化の少ない薄膜共振子を提供できる。
共振部の歪応力を分散させる構造及び製造法なので、従
来問題となっていた、たわみ、クラック等の発生を著し
く低減させる効果があり、機械的強度の高い、共振時の
特性劣化の少ない薄膜共振子を提供できる。
第１図は本発明の薄膜共振子の断面図、第２図は本発明
の薄膜共振子の製造法の説明図、第３図及び第４図は従
来の薄膜共振子の断面図である。 11,21,31……Si基板、12……エピタキシャル層、13……
SiO2層、14,24,34……下部電極、15,25,35……圧電体、
16,26,36……上部電極、23,33……下部SiO2層、27,37…
…上部SiO2層、28……開口部、29,39……薄膜共振部保
持部、40……空間。
の薄膜共振子の製造法の説明図、第３図及び第４図は従
来の薄膜共振子の断面図である。 11,21,31……Si基板、12……エピタキシャル層、13……
SiO2層、14,24,34……下部電極、15,25,35……圧電体、
16,26,36……上部電極、23,33……下部SiO2層、27,37…
…上部SiO2層、28……開口部、29,39……薄膜共振部保
持部、40……空間。
Claims (1)
- 【請求項１】形成する薄膜共振部の厚みの1/2以上の深
さにシリコン基板を異方性エッチングし、前記薄膜共振
部の厚みの約1/2の深さを残して前記エッチングした部
分にエッチング材を埋め、その上面において圧電体材料
を上部電極と下部電極とで挟み、前記上部電極と下部電
極をSiO2層により挟み前記薄膜共振部を形成し、前記シ
リコン基板のエッチング部に埋められたエッチング材を
エッチングすることにより前記薄膜共振部とシリコン基
板とを分離して、前記薄膜共振部の厚み方向の中心面を
前記シリコン基板の表面とほぼ同一とすることを特徴と
する薄膜共振子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163125A JP2657521B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 薄膜共振子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163125A JP2657521B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 薄膜共振子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0213109A JPH0213109A (ja) | 1990-01-17 |
| JP2657521B2 true JP2657521B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=15767663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63163125A Expired - Fee Related JP2657521B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 薄膜共振子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657521B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5260596A (en) * | 1991-04-08 | 1993-11-09 | Motorola, Inc. | Monolithic circuit with integrated bulk structure resonator |
| DE59207751D1 (de) * | 1991-04-30 | 1997-02-06 | Metaverpa Nv | Verfahren und Vorrichtung zur Bandförderung |
| JP2005236337A (ja) | 2001-05-11 | 2005-09-02 | Ube Ind Ltd | 薄膜音響共振器及びその製造方法 |
| JP2004158970A (ja) | 2002-11-05 | 2004-06-03 | Ube Ind Ltd | 薄膜圧電共振器を用いた帯域フィルタ |
| CN103745913B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-07-06 | 上海新傲科技股份有限公司 | 应变层的生长方法以及带有应变层的衬底 |
| CN103745915B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-06-29 | 上海新傲科技股份有限公司 | 应变层的生长方法以及带有应变层的衬底 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6281807A (ja) * | 1985-10-05 | 1987-04-15 | Toshiba Corp | 圧電薄膜共振子 |
| JPS6382116A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電薄膜共振子およびその製造方法 |
| JPH01157108A (ja) * | 1987-12-14 | 1989-06-20 | Victor Co Of Japan Ltd | 圧電薄膜共振子 |
-
1988
- 1988-06-30 JP JP63163125A patent/JP2657521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0213109A (ja) | 1990-01-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |