JPS62200813A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は圧電性ＷｓｌＩを振動膜に用いた共振子に係り
、特に振動膜の振動部分に対応した位置に空隙層を有す
る圧電薄膜共振子に関する。

（従来の技術） ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯とし＼つた非常に高い周波数帯で使
用でき、しかも集積化に適した共振子として、圧電ＲＩ
Ｉ共振子が注目されている。これは圧電性ＮＷＡを振動
膜に用いたものである。

特開昭６０−１８９３０７号公報には、このような圧電
薄膜共振子の例として、基板上に該基板との間に一部が
開口した空隙層を有するように形成された誘電体薄膜を
介して、空１層に対応する位置に圧電性Ｉｌｌを形成し
、この圧電性薄膜を挟んで空隙層に対応する位置で互い
に対向する一対の電極を設けた構成の共振器が記載、さ
れている。この場合、−・対の電極間に電気信号を印加
することによって、空隙層に対向した部分の誘電体膜と
圧電性薄膜との複合振動膜が振動し、共振器として動作
する。

この圧電ｉＪＨ共振子は基板と誘電体膜との間に空隙層
を形成するため、基板自体にエツチングにより空隙とし
ての凹部を加工するものに比べて量産性に優れており、
また基板の機械的強度も損われないといった利点を有す
る。

しかしながら、この公知例の圧電１１Ｎ１共撮子におい
ては、圧電性薄膜の支持部である誘電体薄膜が、対向す
る二辺でのみ基板上に支持されている構造のため、振動
膜の機械的強度が十分でない欠点があり、振動膜が破損
したり、撮動膜が撓んで基板面に接触してしまい、基板
中に振動エネルギーが漏れて良好な共振特性が得られな
くなるという問題がある。撮動膜を厚くすればこの難点
は解決されるが、共振周波数を高くできなくなる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の空隙層を有する圧電ｗ１ｍｌ！共振子
は、共振周波数を十分に高くとろうとすると、振動膜が
破損したり変形し易くなり、素子の特性が損なわれ、ま
た信頼性および歩留りが低下するという問題があった。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決すべくなさ
れたもので、誘電体薄膜と圧電性薄膜との複合振動膜の
機械的強度を高くできる、空隙層を有した圧電ＩＩＩ共
撮子を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、空隙層の開口部の面
内方向における幅を、該空隙層の中心部、すなわち誘電
体薄膜と圧電性薄膜との複合振動膜の直下の部分の面内
方向における寸法よりも小さくしたことを特徴とする。

（作用） 本発明に係る圧電薄膜共振子では、例えば空隙層の形状
が方形状の場合を例にとると、誘電体薄膜は空隙層の開
口部のない対向する二辺で基板に接触して支持されるの
みならず、開口部が形成された二辺においても、開口部
を除く部分において基板に接触して支持される。このた
め誘電体薄膜と圧電性薄膜との複合振動膜の機械的強度
が著しく増大して、撮動膜の破損や撓みが防止される。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る圧電１！ｌ共振子の構
成を示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−
Ａ矢視断面図である。

第１図において、基板１は例えば８１基板であり、この
基板１上に例えばＳｉＯ２躾からなる誘電体薄！１１２
が、基板１との間に一部が３ａ、３ｂの如く開口した空
隙層３を有するように形成されている。この誘電体＠Ｗ
Ａ２上に第１の電極４、圧電性簿膜５および第２の電極
６が順次形成されている。圧電性１１１５は例えばＺｎ
０ＩＩであり、誘電体１１！２上の空１１１３に対向し
た位置に形成される。また、第１の電極４と第２の電極
６は、圧電性薄膜５を挟んで空隙層３に対応する位置で
互いに対向している。空隙層３の厚さは、共振子の動作
周波数における振動膜の振動変位の数倍以上あれば十分
であり、作成の容易さから数百人〜数μ乳程度が適当で
ある。

上記構成において、第１の電極４と第２の電極６との間
に電気信号を印加すると、空隙層３上の誘電体薄［１２
と圧電性薄膜５との複合振動膜が振動することにより、
共振子としての動作がなされる。

ここで、本実施例においては空隙１１３は基本的には方
形状であるが、前記した公知例と異なり、対向する二辺
（図でｌ１の二辺）に形成された開口部３ａ、３ｂの面
内方向の幅が、空隙層３の中心部の縦横寸法より小さく
形成されている。従って、誘電体１１！２は空隙層３に
おける開口部３ａ。

３ｂが形成されてない対向する二辺（図で左右の二辺）
基板１に支持されるとともに、開口部３ａ３ｂが形成さ
れた残りの二辺においても開口部３ａ、３ｂの両側の部
分が基板１に接触して支持される。

このような構成とすることにより、撮動膜の機械的強度
が向上するため、撮動膜の破損が防止され、また振動膜
が撓んで基板１の面に接触することがなくなる。従って
、素子の信頼性および歩留りが向上するとともに、撮動
が基板１中に漏れることがなく、良好な共振特性が得ら
れる。

また、振動膜の機械的強度が増すことから、撮動膜をよ
り薄く形成できるため、共振周波数を容易に高めること
が可能である。

次に、本実施例の圧電Ｉｌｌ共擾子における空隙層３の
形成方法の具体的な一例について説明する。

基本的な工程は、特開昭６０−１８９３０７号公報に記
載された方法と同様である。

まず、基板１上全面に空隙層形成用均質膜として例えば
非晶質のＺｎＯ膜をスパッタリング法等により成膜した
債、第１図（ａ）の破線で示す形状にエツチングする。

なお、エツチングの代りに、マスクを用いて選択的にス
パッタリングを行なって、同様な形状の空隙層形成用均
質膜を形成してもよい。次に、誘電体薄膜２としてのＳ
　ｉ　０２　ｍ。

第１の電極４、圧電性薄膜５としての結晶質のＺｎ０Ｉ
ＩＩおよび第２の電極６を順次形成する。

このとき、空隙層形成用均質膜は第１図（ａ）における
上下方向両端部が誘電体膜ｗＡ２より基板１上にｎ出し
ているものとする。この状態で希酸項等の溶液からなる
エッチャントを用いて、空隙層形成用均質膜を第１図に
おける空隙層３の開口部３ａ、３ｂとなるべき位置から
エツチングすることにより、空隙層３が形成される。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第３図に示す実
施例は、第１図の実施例で説明した圧電薄膜共振子の上
に、５ＪＯ２，５ｌｉＮ＋等の化学的に安定な保護用の
誘電体膜１１７を設けたものである。

このように誘電体１１Ｍ１１２上に形成された圧電性薄
膜５および電極４．６からなる振動部を誘電体膜７で被
覆することにより、振動部の電極４，６の酸化および圧
電性簿膜５に対する湿気等の外気の影響を防止し、信頼
性をさらに高めることができ、同時に動作周波数におけ
る振動モードの応力分布の最大点を圧電性薄膜５の中央
部に位置させることができるため、電気機械結合係数を
大きくすることが可能となる。

また、保護用のｌ！！電体薄膜７に圧電性薄膜５と逆符
号の周波数濃度係数を持つ物質を用いることにより、温
度特性に浸れた共振子を実現することができる。さらに
、この誘電体膜Ｉ！ｌ！７を空隙層３の形成時の保護膜
として兼用することにより、ホトレジスト等の保護膜の
除去工程を省略することができ、生産性が向上する。

第３図〜第５図は空隙層３の形状の他の例を示す実施例
であり、第３図では空隙層３を菱形状に形成し、第４図
では空隙層３を円形状に形成し、また第５図では空隙層
３の関口部を３ａのごとく１個所のみに設けている。こ
れらの実施例によっても、先の実施例と同様の効果を得
ることができる。Ｉ！するに、空隙層はその開口部の面
内方向における幅が、中心部（゛振動部）の面内方向に
おける寸法よりも小さい形状であればよく、また空隙層
の開口部の数も任意である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない範囲で次のように種々変形して実
施することができる。

例えば、圧電性薄膜の支持部となる誘電体薄膜２の材質
はＳｉＯ２に限られるものではなく、Ｓｉ３Ｎ４や、Ｓ
ｉＯ２にリンをドープしたＰＳＧ、あるいはＳｉＯ２に
ボロンとリンをドープしたＢＰＳＧ等のガラス類であっ
てもよく、また複数種類の誘電体薄膜を積層した複合膜
であってもよい。いずれの場合も、周波数温度係数が圧
電性薄膜のそれと逆符号のものが望ましい。

また、圧電性薄膜の材質はｚｎＯに限られず、ＡＱＮ、
Ｎｂ２０ｓ　、Ｔａ２０５　、ＰｂＴ　ｉｏ３等を使用
することもできる。

空隙層形成用均質膜についても、ＺｎＯに限られるもの
でなく、空隙形成用エッチャントにより容易に溶解でき
るものであれば、金属、酸化物。

半導体、誘電体、＾分子材料等の物質を使用することが
できる。

一方、基板の材質は圧電薄膜共振子を半導体集積回路内
に組込む場合には、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の半導体を使用し
、また個別部品としてハイブリッド・集積回路等に組込
む場合には、セラミック、ガラス等を使用すればよい。

さらに、本発明においては、共通の下部電極（第１の電
極）に対して複数の上部電極（第２の電極）を直交する
ように対向させ、各電極対向部間を弾性的結合が無視で
きる程度に離すか、または各電極対向部間に溝や吸音材
を設けることによって、独立した複数の共振子を有する
多素子型共振子を構成することも可能である。

また、共通の下部電極に対して複数の下部電極を対向さ
せ、各電極対向部間の弾性的結合を利用した帯域フィル
タを構成することもできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、誘電体薄膜と圧電性８１ｓとの複合振
動膜と基板との間に形成された空隙層を、その開口部の
面内方向の幅が空隙層層の中心部における面内方向の寸
法より小さい形状とすることにより、振動膜の機械的強
度を向上させることができる。その結果、基板への振動
エネルギーの濶れがなく良好な共振特性が得られるとと
もに、信頼性および歩留りが向上し、また共振周波数を
容易に高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例に係る圧電薄膜
共振子の平面図およびＡ−Ａ矢視断面図、第２図は本発
明の他の実施例に係る圧電！ｉ１ｍ！共振子の断面図、
第３図〜第５図は本発明の他の実施例における空隙層の
形状を示す平面図である。 １・・・基板、２・・・誘電体薄膜、３・・・空隙層、
３ａ。 ３ｂ・・・開口部、４・・・第１・の電極、５・・・圧
電性薄膜、６・・・第２の電極、７・・・保護用誘電体
薄膜゜出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第３ 図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板と、この基板上に該基板との間に一部が開口した
   空隙層を有するように形成された誘電体薄膜と、この誘
   電体薄膜上の前記空隙層に対応する位置に形成された圧
   電性薄膜と、この圧電性薄膜を挟んで少なくとも前記空
   隙層に対応する位置で互いに対向するように形成された
   少なくとも一対の電極とを備えた圧電薄膜共振子におい
   て、前記空隙層の開口部の面内方向における幅を、該空
   隙層の中心部の面内方向における寸法よりも小さくした
   ことを特徴とする圧電薄膜共振子。