WO2011048910A1 - 圧電薄膜共振子 - Google Patents
圧電薄膜共振子 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011048910A1 WO2011048910A1 PCT/JP2010/066642 JP2010066642W WO2011048910A1 WO 2011048910 A1 WO2011048910 A1 WO 2011048910A1 JP 2010066642 W JP2010066642 W JP 2010066642W WO 2011048910 A1 WO2011048910 A1 WO 2011048910A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- lower electrode
- piezoelectric
- film
- piezoelectric thin
- thin film
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 153
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 46
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 2
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/173—Air-gaps
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/70—Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
- H03H9/703—Networks using bulk acoustic wave devices
- H03H9/706—Duplexers
Definitions
- the present disclosure relates to a piezoelectric thin film resonator.
- a filter configured using a piezoelectric thin film resonator which is an element that can be made monolithic and monolithic, is attracting attention.
- an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type resonator As one of such piezoelectric thin film resonators, an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type resonator is known. This has a laminated structure including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode as main components on a substrate, and the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween so that it can freely vibrate. A gap is formed under the lower electrode of the portion.
- Non-Patent Document 1 discloses a via-hole type piezoelectric thin film resonator.
- Patent Document 1 discloses a cavity-type piezoelectric thin film resonator in which a gap is formed between a lower electrode and a substrate.
- Patent Document 2 discloses a cavity-type piezoelectric thin film resonator in which a concave portion is formed on a substrate.
- Patent Documents 3 to 5 disclose a piezoelectric thin film resonator in which at least a part of the outer periphery of the piezoelectric film sandwiched between the upper and lower electrodes is on the inner side of the outer periphery of the region facing the upper and lower electrodes for the purpose of reducing loss. Yes.
- Patent Documents 3 to 5 after the piezoelectric film is etched, the cross-sectional shape of the end face of the piezoelectric film becomes an oblique shape, and the resonance characteristics deteriorate.
- the disclosure of the present application includes a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the substrate and the lower electrode, an upper electrode provided on the piezoelectric film, and the lower electrode and the upper electrode facing each other.
- a piezoelectric thin film resonator having a gap provided between the lower electrode and the substrate and overlapping with a resonance portion which is a region to be operated, the boundary between the resonance portion and the non-resonance portion on the lower electrode
- An additional pattern is provided at a position including the portion.
- An FBAR type resonator is known as one of piezoelectric thin film resonators. This has a laminated structure including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode as main components on a substrate, and the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween so that it can freely vibrate. A gap is formed under the lower electrode of the portion.
- the frequency at which the total film thickness H of the thin film structure portion mainly composed of the upper electrode / piezoelectric film / lower electrode formed on the air gap is an integral multiple (n times) of 1 ⁇ 2 wavelength of the elastic wave. Resonance occurs at.
- a filter having a desired frequency characteristic or a plurality of resonators is connected to produce a filter. This filter is applied to a duplexer and other communication devices.
- the gap can be formed by etching (wet etching or dry etching) from the back surface of the Si substrate itself used as the element substrate, or wet etching of a sacrificial layer provided on the surface of the Si substrate.
- etching wet etching or dry etching
- a sacrificial layer provided on the surface of the Si substrate.
- a hole penetrating from the back surface to the front surface of the substrate is referred to as a “via hole”
- a void existing immediately below the lower electrode in the vicinity of the surface of the substrate is referred to as a “cavity”.
- FBAR type piezoelectric thin film resonators can be classified into via hole type and cavity type.
- Literature “Electron. Lett., 17 (1981), pp. 507 to 509 "discloses a piezoelectric thin film resonator on a (100) Si substrate having a thermal oxide film (SiO 2 ), Au—Cr as a lower electrode, and ZnO as a piezoelectric film.
- a via hole can be formed by performing anisotropic etching using an aqueous KOH solution or an EDP aqueous solution (ethylenediamine + pyrocatechol + water) from the back side of the Si substrate. .
- a cavity type piezoelectric thin film resonator is a type of piezoelectric thin film resonator in which an upper electrode / piezoelectric film / lower electrode is formed as a main component on a sacrificial layer, and finally a cavity is formed by etching away the sacrificial layer. It is a child.
- Japanese Examined Patent Publication No. 6-40611 discloses a piezoelectric thin film resonator in which a gap is formed between a lower electrode and a substrate.
- 6-40611 discloses a piezoelectric thin film resonator in which a sacrificial layer pattern made of island-like ZnO is formed as a sacrificial layer, and a dielectric film / upper electrode / piezoelectric film / lower electrode / dielectric is formed thereon. A body membrane structure is prepared, and the sacrificial layer is removed with an acid to provide a cavity (air bridge structure).
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-64785 discloses a piezoelectric thin film resonator in which a concave portion is provided on a substrate surface below a region where an upper electrode / piezoelectric film / lower electrode / protective layer overlap.
- a sacrificial layer is deposited in a recess formed in advance to planarize the substrate surface, and then an upper electrode / piezoelectric film / lower electrode / protective layer is formed. Finally, the sacrificial layer is etched and removed, whereby a cavity can be formed.
- a piezoelectric thin film resonator has a dielectric on the surface in contact with air below the lower electrode.
- the thickness of all the films constituting the resonance part directly affects the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator.
- many management items are required at the time of film formation.
- JP-A-2006-128993, JP-A-2007-300430, and JP-A-2008-103798 describe the outer periphery of a piezoelectric film sandwiched between upper and lower electrodes in order to enhance the lateral leakage confinement effect of the piezoelectric thin-film resonator.
- the cross-sectional shape of the piezoelectric film is slanted after the etching of the piezoelectric film. There is a problem that it is difficult to form a vertical cross-sectional shape desirable for improving the resonance characteristics.
- the resonance part is held only by the lower electrode.
- the mechanical strength is insufficient.
- the piezoelectric film is exposed at the tip of the lower electrode, there is a possibility that the piezoelectric film may be eroded by the etching solution when removing the sacrificial layer, and there is a problem in moisture resistance after the device is completed.
- the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment reduces the number of layers that require film thickness control, improves the mechanical strength of the lower electrode and the moisture resistance at the tip of the lower electrode, and controls the etching shape of the piezoelectric film. The resonance characteristic is improved.
- examples of the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment will be described in detail.
- FIG. 1A is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
- the piezoelectric thin film resonator includes a substrate 1, a lower electrode 2, a piezoelectric film 3, an upper electrode 4, and an additional pattern 10.
- the substrate 1 is a silicon (Si) substrate having a flat main surface in the present embodiment.
- the substrate 1 may be a quartz substrate, a glass substrate, a GaAs substrate or the like instead of the Si substrate.
- the substrate 1 may be a substrate that is difficult to form via holes.
- the lower electrode 2 and the upper electrode 4 are made of a ruthenium film (Ru film) (thickness 260 nm).
- the lower electrode 2 and the upper electrode 4 are made of aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium. (Ir), chromium (Cr), titanium (Ti), or the like, or a combination of these materials can be used.
- an aluminum nitride film (AlN film) (thickness: 1200 nm) is used.
- the piezoelectric film 3 can be made of AlN, zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), etc., but practically, the sound speed, temperature characteristics, Q value and AlN is often used from the viewpoint of the ease and proficiency of the film forming technique.
- the formation of a highly crystalline AlN film oriented in the c-axis (perpendicular to the lower electrode surface) is one of the important factors determining the resonance characteristics, and directly affects the coupling coefficient and the Q value. .
- MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
- PECVD Pullasma Enhanced Chemical
- Vapor Deposition requires substrate heating of 400 ° C. or higher in addition to plasma power, and it is known that the substrate temperature rises due to sputtering of the insulating film even when sputtering technology is used. For this reason, in general, the AlN film has a strong film stress.
- a gap having a dome-shaped bulge between the lower side of the lower electrode 2 and the flat main surface of the substrate 1 in a region where the upper electrode 4 and the lower electrode 2 face each other with the piezoelectric film 3 interposed therebetween (resonance part R1). 6 is formed.
- the planar shape of the resonance part R1 is an ellipse.
- the planar shape of the gap 6 is a planar shape that includes the resonance part R1 (elliptical shape) and is larger than the resonance part R1.
- the air gap 6 can be formed by removing a sacrificial layer previously patterned under the lower electrode.
- a part of the lower electrode 2 is provided with an etching solution introducing hole 11 for etching a sacrificial layer used for etching the sacrificial layer to form the gap 6.
- the etching solution introduction hole 11 may be formed immediately before the sacrifice layer etching, or may be formed at the same time when the lower electrode 2 is etched.
- the additional pattern 10 is formed around the lower electrode 2 so as to include at least the resonance part R1. That is, as shown in FIG. 1B, a part of the additional pattern 10 extends beyond the resonance portion R ⁇ b> 1 to the top of the substrate 1 at the distal end portion 2 a of the lower electrode 2.
- the additional pattern 10 extends from above the lower electrode 2 positioned on the gap 6 to the lower electrode 2 fixed to the substrate 1 at a portion other than the tip portion 2 a of the lower electrode 2. That is, the additional pattern 10 is provided so as to straddle the holding portion 2b in the lower electrode 2 (a boundary portion between the portion in contact with the gap 6 and the portion in contact with the substrate 1 in the lower electrode 2).
- the physical film thickness in the holding part 2b of the lower electrode is increased, and the mechanical strength can be improved.
- the holding part 2b of the lower electrode 2 holds the resonance part R1 only by the lower electrode 2. The mechanical strength is insufficient.
- FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the piezoelectric thin film resonator shown in FIGS. 1A and 1B.
- FIG. 3A is a plan view of the sacrificial layer 9.
- 3B and 3C are plan views of the lower electrode 2 and the sacrificial layer 9.
- a sacrificial layer 9 (MgO) is formed on the Si substrate 1 as shown in FIG. 2A.
- the sacrificial layer 9 is patterned into an elliptical shape as shown in FIG. 3A.
- a lower electrode 2 (Ru) is formed on the Si substrate 1 and the sacrificial layer 9 and patterned into a shape shown in FIG. 2B by photolithography and etching.
- the lower electrode 2 has the shape shown in FIG. 3B when formed on the sacrificial layer 9, but can be made into the shape shown in FIG. 3C by patterning. That is, in the state shown in FIGS. 2B and 3C, the shape of the tip 2a of the lower electrode 2 and the shape of the sacrificial layer 9 are substantially the same.
- the additional pattern 10 is formed so as to straddle the tip portion 2a and the holding portion 2b of the lower electrode 2.
- the additional pattern 10 can be formed by forming a film using a film forming technique typified by sputtering or the like and then patterning it into a desired shape by a photolithography technique and an etching process.
- a piezoelectric film 3 (AlN) is formed on the substrate 1, the lower electrode 2, and the additional pattern 10, and an upper electrode 2 (AlN) is formed on the piezoelectric film 3.
- AlN a piezoelectric film 3
- AlN an upper electrode 2
- the sacrificial layer 9 is removed to form the gap 6. Specifically, by introducing an etchant into the etchant introduction hole 11 shown in FIG. 1A, the introduced etchant flows into the sacrificial layer 9, and the sacrificial layer 9 can be etched and removed. When the sacrificial layer 9 is removed, the gap 6 becomes a dome shape by the compressive stress of the laminated film composed of the lower electrode 2, the piezoelectric film 3, and the upper electrode 4.
- the “dome shape” means that the height of the lower electrode 2 with respect to the substrate 1 at the center in plan view of the gap 6 is the highest, and the height of the lower electrode 2 with respect to the substrate 1 increases from the center of plan view of the gap 6 to the edge. It is a shape that becomes gradually lower.
- the planar shape of the gap 6 at the distal end portion 2 a of the lower electrode 2 becomes substantially the same as the planar shape of the distal end portion 2 a of the lower electrode 2.
- the gap 6 below the lower electrode 2 is formed larger than the resonance portion R1, and there is a margin for the displacement of the upper electrode 4 with respect to the lower electrode 2.
- the sacrificial layer 9 MgO (about 20 to 100 nm) is formed by sputtering or vacuum evaporation, but besides this, it can be easily dissolved by etching solution such as ZnO, Ge, Ti, SiO 2. If it is material, there will be no restriction
- the lower electrode 2, the piezoelectric film 3, and the upper electrode 4 are each formed using a film forming technique represented by sputtering or the like, and then patterned into a desired shape by performing a photolithography technique and etching.
- a laminated film composed of the lower electrode 2, the piezoelectric film 3, and the upper electrode 4 is generally used by adjusting the sputtering gas pressure, which is a general technique.
- the compression stress is set to ⁇ 300 MPa.
- the additional pattern 10 can be formed by a photolithography technique and etching after a film constituting the additional pattern 10 is formed using a film forming technique typified by sputtering or the like. Further, the additional pattern 10 is formed by a lift-off technique in which a photoresist pattern having an opening is formed at a place to be formed using a photolithography technique, a film constituting the additional pattern is formed, and the photoresist is removed. You can also
- the film constituting the additional pattern 10 may be a dielectric film typified by SiO 2 and Ti, Al, Cu or the like formed on the dielectric film. These materials can be made soluble in an etchant mainly composed of H 2 SO 4 used for etching AlN. Thereby, as shown to FIG. 2E, it can be set as the etching cross-sectional shape of a substantially perpendicular
- the end surface 3a of the piezoelectric film 3 may be displaced relative to the center of the resonance part R1 with respect to the tip part 4a of the upper electrode 4. This is desirable because resonance characteristics can be improved. Since the piezoelectric film 3 and the upper electrode 4 having the shapes shown in FIGS. 1B and 2E are difficult to be formed by dry etching of the piezoelectric film 3, wet etching using an etchant mainly composed of H 2 SO 4 is used. Application of technology is desirable. In general, the piezoelectric film 3 is often formed into the shape shown in FIGS. 1B and 2E by overetching.
- the etching cross-sectional shape of the piezoelectric film 3 formed by the wet etching technique is isotropic from above the piezoelectric film 3 with respect to the photoresist pattern formed so as to cover the upper electrode 4 using the photolithography technique. Due to the progress of the etching mechanism, the etching cross-sectional shape at the end of the etching is substantially inclined.
- isotropic etching proceeds in the initial stage of etching.
- H 2 SO 4 is the main component. Etching proceeds to the outermost surface of the additional pattern 10 that is soluble in the etching solution. Therefore, as a result of promoting the etching from the interface side between the piezoelectric film 3 and the additional pattern 10, the cross-sectional shape of the piezoelectric film 3 having a substantially vertical shape can be formed.
- the etching solution may come into contact with the piezoelectric film 3 during the etching of the sacrificial layer 9, and the etching that is originally undesirable proceeds on the piezoelectric film 3 to deteriorate the quality of the piezoelectric film 3.
- the piezoelectric film 3 is directly exposed to the outside air and external moisture, and the quality of the piezoelectric film 3 may be deteriorated.
- the tip 2a of the lower electrode 2 is protected by a dielectric film (additional pattern 10) typified by SiO 2 , the piezoelectric film 3 both during the device formation process and after the device is completed. Can be prevented and protected from contact with an etching solution, outside air, outside moisture, and the like. Therefore, deterioration of the quality of the piezoelectric film 3 can be prevented.
- the materials of the substrate 1, the electrode film of the lower electrode 2 and the upper electrode 4, the piezoelectric film 3, and the additional pattern 10 are not limited to the above, and other materials may be used.
- the above-described film configuration describes only main components of the piezoelectric thin film resonator.
- the lower electrode 2 and the upper electrode 4 have two or more layers, or a dielectric film on the upper electrode 4. May be provided.
- the dielectric film on the upper electrode 4 plays a role as, for example, a protective film or frequency adjustment.
- the “role for frequency adjustment” is a role of giving mass on the upper electrode in order to increase or decrease the mechanical vibration in the resonance part where the lower electrode and the upper electrode face each other.
- the resonance part R1 where the lower electrode 4 and the upper electrode 2 face each other has an elliptical shape, but other than this, the same applies to a polygon that does not include two parallel sides. An effect is obtained.
- Examples of the “polygon not including two parallel sides” include a pentagon and a heptagon.
- the piezoelectric thin film resonator having the gap 6 on the flat main surface of the substrate 1 is used.
- the same effect can be obtained with a piezoelectric thin film resonator having a gap in the region overlapping the resonance portion R1 in the substrate 1. Is obtained.
- the voids in the substrate 1 can be formed on the substrate 1 after the formation of the upper electrode 4 / piezoelectric film 3 / lower electrode 2 using a dry etching technique.
- Example 2 With respect to the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment, the improvement effect of the resonance characteristics was analyzed.
- FIG. 4A is a partial cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator used for resonance characteristic analysis.
- FIG. 4B shows a resonance characteristic analysis result of the piezoelectric thin film resonator using the finite element method. The relationship between the angle ⁇ of the slope generated by etching the piezoelectric film 3 and the impedance Za at the antiresonance frequency is shown. That is, FIG. 4B shows a calculation result when the angle ⁇ of the end face 3a of the piezoelectric film 3 with respect to the surface of the lower electrode 2 in FIG. 4A and the overetching amount D of the piezoelectric film 3 with respect to the end 4a of the upper electrode 4 are changed. Is shown.
- the overetching amount D of the piezoelectric film 3 is 0 ⁇ m, 0.625 ⁇ m, 1.25 ⁇ m, and the angle ⁇ is 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, 60 degrees, 75 degrees, and 90 degrees.
- the impedance Za was analyzed. As for the impedance Za, the larger the value, the better the anti-resonance Q is. Therefore, a low-loss filter can be realized by applying a piezoelectric thin film resonator having a large impedance Za to the filter.
- the impedance Za when the angle ⁇ is 15 to 90 degrees has been described.
- the angle ⁇ may be an angle larger than 90 degrees (that is, the end surface 3a of the piezoelectric film 3 is reversely tapered). . Even in that case, an impedance Za having a value almost similar to that obtained when the angle ⁇ is 90 degrees can be obtained.
- the upper electrode 4 and the lower electrode 2 are both made of Ru.
- the piezoelectric film 3 is made of AlN. According to the calculation result shown in FIG. 4B, it can be seen that the impedance Za shows a larger value as the angle ⁇ is closer to 90 degrees, and the variation is smaller with respect to the change in the overetching amount D. Further, when the angle ⁇ of the end face 3a of the piezoelectric film 3 is close to 90 degrees, the impedance Za is improved without requiring the overetching of the piezoelectric film 3, and a manufacturing process utilizing overetching with poor reproducibility. The above instability factors will be deleted.
- the end face 3a of the piezoelectric film 3 formed by over-etching the upper surface side of the piezoelectric thin film resonator is protected particularly at the interface between the upper electrode 4 and the piezoelectric film 3 where the upper electrode 4 has a bowl shape. It is assumed that it is difficult to form a dielectric film (not shown) such as SiO 2 serving as a film and frequency adjusting film, and the dielectric film does not function as a substantial protective film. against this problem, by making the end surface 3a of the piezoelectric film 3 substantially perpendicular to the lower electrode 2, it is not necessary to form the upper electrode 4 in a bowl shape, and the interface between the upper electrode 4 and the piezoelectric film 3 is eliminated. In addition, since a significant protective film can be formed, the effect of moisture resistance is improved.
- FIG. 5 shows a first modification of the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- the piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 5 is provided with an additional pattern 12 on the additional pattern 10 on the holding portion 2b side of the lower electrode 2.
- the film thickness in the vicinity of the holding portion 2b in the lower electrode 2 can be further increased, so that the mechanical strength can be improved.
- the additional pattern 10 on the tip 2a side of the lower electrode 2 may be two layers like the additional patterns 10 and 12 on the holding unit 10b side, but at least one layer is sufficient as long as the moisture resistance of the piezoelectric film 3 can be improved. That's fine.
- FIG. 6 shows a second modification of the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- the piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 6 is configured such that the additional pattern 10 in the piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 5 is inserted between the piezoelectric film 3 and the lower electrode 2. With such a configuration, the thickness of the lower electrode 2 in the vicinity of the holding portion 2b can be further increased, so that the mechanical strength can be improved.
- FIG. 7 shows an example of a communication module provided with the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- the duplexer 62 includes a reception filter 62a and a transmission filter 62b.
- the reception filter 62a is connected to reception terminals 63a and 63b corresponding to, for example, balanced output.
- the transmission filter 62b is connected to the transmission terminal 65 via the power amplifier 64.
- both or one of the reception filter 62a and the transmission filter 62b includes the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- the reception filter 62a When performing a reception operation, the reception filter 62a passes only a signal in a predetermined frequency band among reception signals input via the antenna terminal 61, and outputs the signal from the reception terminals 63a and 63b to the outside. Further, when performing a transmission operation, the transmission filter 62b passes only a signal in a predetermined frequency band among transmission signals input from the transmission terminal 65 and amplified by the power amplifier 64, and outputs the signal from the antenna terminal 61 to the outside. To do.
- the communication module with the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment, the mechanical strength of the lower electrode and the moisture resistance at the tip of the lower electrode are improved, and the resonance characteristics by the piezoelectric film etching shape control are improved.
- a communication module can be obtained.
- the configuration of the communication module shown in FIG. 7 is merely an example, and the same effect can be obtained even if the filter according to the present embodiment is mounted on another type of communication module.
- FIG. 8 shows an RF block of a mobile phone terminal as an example of the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment or a communication device including the communication module described above.
- the communication apparatus shown in FIG. 8 shows a configuration of a mobile phone terminal that supports a GSM (Global System for Mobile Communications) communication system and a W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) communication system.
- the GSM communication system in the present embodiment corresponds to the 850 MHz band, 950 MHz band, 1.8 GHz band, and 1.9 GHz band.
- the mobile phone terminal includes a microphone, a speaker, a liquid crystal display, and the like.
- each of the reception filter 73a and the transmission filters 73b and 77 to 80 includes the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment.
- the received signal input through the antenna 71 selects an LSI to be operated by the antenna switch circuit 72 depending on whether the communication method is W-CDMA or GSM.
- the input received signal is compatible with the W-CDMA communication system, switching is performed so that the received signal is output to the duplexer 73.
- the reception signal input to the duplexer 73 is limited to a predetermined frequency band by the reception filter 73 a, and a balanced reception signal is output to the LNA 74.
- the LNA 74 amplifies the input received signal and outputs it to the LSI 76.
- the LSI 76 performs a demodulation process on the audio signal based on the input received signal, and controls the operation of each unit in the mobile phone terminal.
- the LSI 76 when transmitting a signal, the LSI 76 generates a transmission signal.
- the generated transmission signal is amplified by the power amplifier 75 and input to the transmission filter 73b.
- the transmission filter 73b passes only a signal in a predetermined frequency band among input transmission signals.
- the transmission signal output from the transmission filter 73 b is output from the antenna 71 to the outside via the antenna switch circuit 72.
- the antenna switch circuit 72 selects any one of the reception filters 77 to 80 according to the frequency band and outputs the received signal. To do. A reception signal whose band is limited by any one of the reception filters 77 to 80 is input to the LSI 83.
- the LSI 83 performs a demodulation process on the audio signal based on the input received signal, and controls the operation of each unit in the mobile phone terminal. On the other hand, when transmitting a signal, the LSI 83 generates a transmission signal.
- the generated transmission signal is amplified by the power amplifier 81 or 82 and output from the antenna 71 to the outside via the antenna switch circuit 72.
- the communication device with the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment, the mechanical strength of the lower electrode and the moisture resistance at the tip of the lower electrode are improved, and the resonance characteristics by the piezoelectric film etching shape control are improved.
- a communication device can be obtained.
- the communication device shown in FIG. 8 is an example, and at least the communication device provided with the piezoelectric thin film resonator according to the present embodiment is the same as the present embodiment even if the communication device has other configurations. The effect of can be obtained.
- the mechanical strength of the lower electrode 2 can be improved, and the moisture resistance at the tip 2a of the lower electrode 2 can be improved. it can. That is, since the additional pattern 10 disposed on the holding portion 2b side of the lower electrode 2 can partially increase the film thickness of the lower electrode 2, the mechanical strength of the lower electrode 2 can be improved.
- the additional pattern 10 disposed on the distal end portion 2a side of the lower electrode 2 is arranged so that the piezoelectric film 3 does not contact the sacrificial layer 9, so that the etching liquid is removed when the sacrificial layer 9 is removed with the etching liquid. It is possible to prevent the piezoelectric film 3 from being eroded. Moreover, since it can prevent that external air and external humidity touch the piezoelectric film 3, the deterioration of the quality of the piezoelectric film 3 can be prevented.
- the additional pattern 12 is further provided on the additional pattern 10, the film thickness in the vicinity of the holding portion 2 b of the lower electrode 2 can be further increased, so that the mechanical strength of the lower electrode 2 can be improved. .
- the etching shape of the end face 3a of the piezoelectric film 3 can be controlled so that the piezoelectric film 3 can be etched so that the angle ⁇ between the end face 3a and the substrate 1 is approximately 90 degrees, thereby improving the resonance characteristics. Can do.
- the piezoelectric thin film resonator is formed on the flat main surface where the substrate 1 is not processed. As a result, the cost can be reduced. Moreover, since the board
- the stress of the laminated film including the lower electrode 2, the piezoelectric film 3, and the upper electrode 4 is a compressive stress, the stress between the laminated film formed on the substrate 1 and the surface of the substrate 1 is reduced. Therefore, the gap 6 can be formed with good reproducibility, and the gap 6 can be prevented from being crushed.
- the shape of the resonance part R1 is an ellipse, the elastic wave reflected from the ends of the lower electrode 2 and the upper electrode 4 and the outer periphery of the piezoelectric film 3 is laterally changed in the resonance part R1 (the surface of the substrate 1). It is possible to suppress the presence of standing waves in the plane direction). Thereby, it can suppress that a ripple generate
- the shape of the resonance part R1 is a non-parallel polygon, the elastic waves reflected at the ends of the lower electrode 2 and the upper electrode 4 and the outer periphery of the piezoelectric film 3 are lateral in the resonance part R1.
- Existence as a standing wave can be suppressed. Thereby, it can suppress that a ripple generate
- Appendix 2 The piezoelectric thin film resonator according to appendix 1, wherein the air gap has a dome shape.
- the additional pattern is: Consisting of laminated film, Note that the lowermost layer material in contact with the substrate of the multilayer film is formed of a dielectric material, and the uppermost layer material of the multilayer film is formed of a material that is soluble in the etching solution for removing the piezoelectric film. 6.
- a communication module including a piezoelectric thin film resonator The piezoelectric thin film resonator is A substrate, A lower electrode provided on the substrate; A piezoelectric film provided on the substrate and the lower electrode; An upper electrode provided on the piezoelectric film; A piezoelectric thin-film resonator including a void provided between the lower electrode and the substrate, overlapping a resonance portion that is a region where the lower electrode and the upper electrode face each other, A communication module comprising an additional pattern at a position on the lower electrode including a boundary portion between the resonance part and the non-resonance part.
- a communication device including a piezoelectric thin film resonator,
- the piezoelectric thin film resonator is A substrate, A lower electrode provided on the substrate;
- a piezoelectric film provided on the substrate and the lower electrode;
- An upper electrode provided on the piezoelectric film;
- a piezoelectric thin-film resonator including a void provided between the lower electrode and the substrate, overlapping a resonance portion that is a region where the lower electrode and the upper electrode face each other,
- a communication apparatus comprising an additional pattern at a position on the lower electrode including a boundary portion between the resonance part and the non-resonance part.
- This application is useful for piezoelectric thin film resonators, filters, duplexers, communication modules, and communication devices.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】圧電薄膜共振子において、膜厚制御が必要な層数を減じながら、共振特性を改善する。【解決手段】基板1と、下部電極2と、圧電膜3と、上部電極4と、下部電極2と上部電極4とが対向する領域である共振部R1と重なる、下部電極2と基板1との間に備わる空隙6とを備えた圧電薄膜共振子であって、下部電極2の上における、共振部R1と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターン10を備えた。
Description
本願の開示は、圧電薄膜共振子に関する。
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振子およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体フィルタと弾性表面波(SAW)フィルタが使用されてきたが、最近では、特に高周波領域で低損失である他、高耐電力性、高静電耐圧性に優れ、かつ小型化とモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振子を用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
このような圧電薄膜共振子の一つとして、FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)タイプの共振子が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極とを備えた積層構造体を有し、これが自由に振動できるように、圧電薄膜を挟み下部電極と上部電極が対向する部分の下部電極下には空隙が形成されている。
非特許文献1は、バイアホールタイプの圧電薄膜共振子を開示している。特許文献1は、下部電極と基板との間に空隙を形成したキャビティタイプの圧電薄膜共振子を開示している。特許文献2は、基板に凹部を形成したキャビティタイプの圧電薄膜共振子を開示している。特許文献3~5は、低損失化を目的とした、上下電極に挟まれた圧電膜外周の少なくとも一部が、上下電極が対向した領域の外周より内側にある圧電薄膜共振子を開示している。
特許文献1~2、非特許文献1が開示している圧電薄膜共振子は、下部電極の下の空気と接する面に誘電体薄膜が形成されている。圧電薄膜共振子においては、膜厚変動が共振周波数に直接影響を及ぼすことから、膜厚分布を小さくするために、成膜時には多くの管理項目を必要とする。
特許文献3~5は、圧電膜のエッチング加工後、圧電膜の端面の断面形状が斜め形状となり、共振特性が劣化してしまう。
本願の開示は、基板と、前記基板上に備わる下部電極と、前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、前記圧電膜上に備わる上部電極と、前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えたものである。
本願の開示によれば、膜厚制御が必要な層数を減じながら、共振特性を改善できる。
(実施の形態)
〔1.圧電薄膜共振子の構成〕
圧電薄膜共振子の一つとして、FBARタイプの共振子が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極とを備えた積層構造体を有し、これが自由に振動できるように、圧電薄膜を挟み下部電極と上部電極が対向する部分の下部電極下には空隙が形成されている。
〔1.圧電薄膜共振子の構成〕
圧電薄膜共振子の一つとして、FBARタイプの共振子が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極とを備えた積層構造体を有し、これが自由に振動できるように、圧電薄膜を挟み下部電極と上部電極が対向する部分の下部電極下には空隙が形成されている。
上部電極と下部電極の間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極に挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって弾性波が励振される。逆に、圧電効果によって弾性波による歪が電気信号に変換される。この弾性波は上部電極と下部電極がそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向に主変位を持つ厚み縦振動波となる。この構造では空隙上に形成された上部電極/圧電膜/下部電極を主要構成要素とする薄膜構造部分の合計膜厚Hが、弾性波の1/2波長の整数倍(n倍)になる周波数において共振が起こる。材料によって決まる弾性波の伝搬速度をVとすると、共振周波数Fは、
F=nV/2H
となる。この共振現象を利用して膜厚によって共振周波数を制御することにより、所望の周波数特性を有する共振子、あるいは、複数の共振子を接続することによりフィルタが作製される。このフィルタは、デュープレクサやその他の通信機器に適用される。
F=nV/2H
となる。この共振現象を利用して膜厚によって共振周波数を制御することにより、所望の周波数特性を有する共振子、あるいは、複数の共振子を接続することによりフィルタが作製される。このフィルタは、デュープレクサやその他の通信機器に適用される。
空隙は、素子基板として用いられているSi基板自身の裏面からのエッチング(ウェットエッチングやドライエッチィング)、あるいは、Si基板の表面に設けた犠牲層のウェットエッチング等によって形成することができる。これ以降、基板の裏面から表面まで貫通している孔を「バイアホール」、基板の表面近傍で下部電極直下に存在する空隙を「キャビティ」と呼ぶことにする。FBARタイプの圧電薄膜共振子は、バイアホールタイプとキャビティタイプに分類することができる。
文献"Electron. Lett.,
17(1981), pp.507~509"が開示している圧電薄膜共振子は、熱酸化膜(SiO2)を有する(100)Si基板上に、下部電極としてAu-Cr、圧電膜としてZnO、上部電極としてAlを備えている。バイアホールは、Si基板の裏面側からKOH水溶液、あるいは、EDP水溶液(エチレンジアミン+ピロカテコール+水)を用いた異方性エッチングを施して形成することができる。
17(1981), pp.507~509"が開示している圧電薄膜共振子は、熱酸化膜(SiO2)を有する(100)Si基板上に、下部電極としてAu-Cr、圧電膜としてZnO、上部電極としてAlを備えている。バイアホールは、Si基板の裏面側からKOH水溶液、あるいは、EDP水溶液(エチレンジアミン+ピロカテコール+水)を用いた異方性エッチングを施して形成することができる。
キャビティタイプの圧電薄膜共振子は、犠牲層上に主構成要素として上部電極/圧電膜/下部電極を形成し、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティを形成するタイプの圧電薄膜共振子である。特公平6-40611号公報は、下部電極と基板との間に空隙が形成されている圧電薄膜共振子を開示している。特公平6-40611号公報が開示している圧電薄膜共振子は、犠牲層として島状のZnOによる犠牲層パターンを作り、その上に、誘電体膜/上部電極/圧電膜/下部電極/誘電体膜の構造を作製し、犠牲層を酸で除去してキャビティ(エアーブリッジ構造)を備えている。
特開2004-64785号公報は、上部電極/圧電膜/下部電極/保護層が重なりあう領域の下方に、基板表面に凹部が設けられている圧電薄膜共振子を開示している。特開2004-64785号公報が開示している圧電薄膜共振子は、予め形成した凹部に犠牲層を堆積して基板表面を平坦化した後、上部電極/圧電膜/下部電極/保護層を形成して、最後に犠牲層をエッチングして除去することにより、キャビティを形成することができる。
文献"Electron. Lett.,
17(1981), pp.507~509"、特公平6-40611号公報、特開2004-64785号公報が開示している圧電薄膜共振子は、下部電極の下の空気と接する面に誘電体薄膜が形成されている。圧電薄膜共振子においては、共振部を構成する全ての膜の膜厚は圧電薄膜共振子の共振周波数に直接影響を及ぼしている。従って、多数の圧電薄膜共振子を1つの基板に多数形成する製造工程を鑑みると、共振部を構成する全ての膜に対して共振周波数にばらつきを生じさせない膜厚分布制御が必要となる。下部電極の下の誘電体薄膜膜厚も例外ではなく、膜厚分布を小さくするために、成膜時には多くの管理項目を必要とする。
17(1981), pp.507~509"、特公平6-40611号公報、特開2004-64785号公報が開示している圧電薄膜共振子は、下部電極の下の空気と接する面に誘電体薄膜が形成されている。圧電薄膜共振子においては、共振部を構成する全ての膜の膜厚は圧電薄膜共振子の共振周波数に直接影響を及ぼしている。従って、多数の圧電薄膜共振子を1つの基板に多数形成する製造工程を鑑みると、共振部を構成する全ての膜に対して共振周波数にばらつきを生じさせない膜厚分布制御が必要となる。下部電極の下の誘電体薄膜膜厚も例外ではなく、膜厚分布を小さくするために、成膜時には多くの管理項目を必要とする。
一方で、圧電薄膜共振子を用いたフィルタの特性向上のため、さらなる低損失化が求められている。損失増加原因の一つとして、弾性波が上部電極と下部電極が対向した共振領域の外側、つまり電気信号に再変換され得ない領域に弾性波が漏れていく横方向漏れ現象がある。特開2006-128993号公報、特開2007-300430号公報、特開2008-103798号公報は、圧電薄膜共振子の横方向漏れの閉じ込め効果を高めるために、上下電極に挟まれた圧電膜外周の少なくとも一部が、上下電極が対向した領域の外周より内側にある圧電薄膜共振子を開示している。この圧電膜の加工には、オーバーエッチングが用いられることが多い。
また、特開2006-128993号公報、特開2007-300430号公報、特開2008-103798号公報が開示している圧電薄膜共振子では、圧電膜のエッチング加工後、圧電膜の断面形状が斜め形状となり、共振特性改善に望ましい垂直断面形状を形成することが困難という課題があった。
さらに、特開2006-128993号公報、特開2007-300430号公報、特開2008-103798号公報が開示している圧電薄膜共振子では、下部電極だけで共振部を保持する構成であるため、機械的強度が不足する。また、下部電極の先端部において圧電膜が露出しているため、犠牲層除去時のエッチング液により圧電膜が侵食されてしまう可能性があるとともに、デバイス完成後の耐湿性に課題があった。
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子は、膜厚制御が必要な層数を減じながら、下部電極の機械的強度と下部電極先端部での耐湿性の向上、および、圧電膜エッチング形状制御による共振特性が改善するものである。以下、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子の実施例について詳述する。
(実施例1)
図1Aは、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子の平面図である。図1Bは、図1AのA-A部における断面図である。圧電薄膜共振子は、基板1、下部電極2、圧電膜3、上部電極4、付加パターン10を備えている。
図1Aは、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子の平面図である。図1Bは、図1AのA-A部における断面図である。圧電薄膜共振子は、基板1、下部電極2、圧電膜3、上部電極4、付加パターン10を備えている。
基板1は、本実施の形態では平坦主面を持つシリコン(Si)基板とした。なお、基板1は、Si基板に替えて石英基板、ガラス基板、GaAs基板等を用いてもよい。基板1は、バイアホール形成が困難な基板を用いてもよい。
下部電極2及び上部電極4は、ルテニウム膜(Ru膜)(膜厚260nm)を用いている。下部電極2及び上部電極4は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等、あるいはこれらを組み合わせた積層材料を用いることができる。
圧電膜3は、窒化アルミニウム膜(AlN膜)(膜厚1200nm)を用いている。圧電膜3は、AlN、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)等を用いることができるが、実用的には、音速、温度特性、Q値および成膜技術の容易性・習熟度の観点からAlNが用いられていることが多い。特に、c軸(下部電極表面に対して垂直方向)配向した結晶性の高いAlN膜の形成が共振特性を決める重要な要因の一つであり、結合係数やQ値に直接影響を及ぼしている。一方で、c軸配向した結晶性の高いAlN膜の形成には、その成膜時に高いエネルギーを印加する必要があり、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)では1000℃以上、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)でもプラズマの電力に加えて400℃以上の基板加熱を必要とし、スパッタ技術を用いても絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇が知られている。このため、一般的にAlN膜は強い膜応力を有することとなる。
圧電膜3を挟み上部電極4と下部電極2とが対向する領域(共振部R1)における、下部電極2の下側と基板1の平坦主面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙6が形成されている。本実施の形態では、図1Aに示すように共振部R1の平面形状を楕円としている。また、空隙6の平面形状は、共振部R1(楕円形状)を含みかつ共振部R1より大きい平面形状としている。空隙6は、下部電極下に予めパターンニングされた犠牲層を除去することにより形成することができる。これのため、下部電極2の一部には、犠牲層をエッチングして空隙6を形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔11が設けられている。エッチング液導入孔11は、犠牲層エッチングの直前に形成してもよいし、下部電極2をエッチングする際に同時に形成しておいてもよい。
付加パターン10は、下部電極2の周辺において、共振部R1を少なくとも含むように形成されている。即ち、図1Bに示すように、付加パターン10は、下部電極2の先端部2aにおいてその一部が共振部R1を超え、基板1上まで延設されている。付加パターン10は、下部電極2の先端部2a以外の部分では、空隙6上に位置する下部電極2の上から、基板1に固定された下部電極2に至るまで延設されている。すなわち、付加パターン10は、下部電極2における保持部2b(下部電極2において、空隙6に接している部分と基板1に接している部分との境界部)を跨ぐように設けられている。
これにより、下部電極の保持部2bにおける物理的な膜厚が増加することとなり、機械的強度を向上することができる。一方、付加パターン10を備えず、下部電極2のみで共振部R1を保持する圧電薄膜共振子では、下部電極2の保持部2bにおいて下部電極2のみで共振部R1を保持することとなるため、機械的強度が不足する。
図2A~図2Eは、図1A及び図1Bに示す圧電薄膜共振子の製造工程を示す断面図である。図3Aは、犠牲層9の平面図である。図3B及び図3Cは、下部電極2及び犠牲層9の平面図である。
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を製造する場合は、まず、図2Aに示すように、Si基板1上に犠牲層9(MgO)を形成する。犠牲層9は、図3Aに示すように楕円形状にパターニングする。
次に、Si基板1及び犠牲層9の上に下部電極2(Ru)を成膜して、フォトリソグラフィー技術とエッチング処理により図2Bに示す形状にパターニングする。下部電極2は、犠牲層9上に成膜したときは図3Bに示す形状であるが、パターニングを行うことにより図3Cに示す形状にすることができる。すなわち、図2B及び図3Cに示す状態では、下部電極2の先端部2aの形状と犠牲層9の形状とがほぼ一致している。
次に、図2Cに示すように、下部電極2の先端部2a及び保持部2bを跨ぐように付加パターン10を形成する。付加パターン10は、スパッタリング等で代表される成膜技術を用いて成膜した後、フォトリソグラフィー技術とエッチング処理により所望の形状にパターニングすることで形成することができる。
次に、図2Dに示すように、基板1、下部電極2、付加パターン10の上に、圧電膜3(AlN)を成膜し、圧電膜3の上に上部電極2(AlN)を成膜する。圧電膜3及び上部電極4は、フォトリソグラフィー技術とエッチング処理とにより所望の形状にパターニングする。
次に、図2Eに示すように、犠牲層9を除去して、空隙6を形成する。具体的には、図1Aに示すエッチング液導入孔11にエッチング液を導入することで、導入されたエッチング液が犠牲層9まで流れ込み、犠牲層9をエッチングして除去することができる。犠牲層9を除去すると、下部電極2、圧電膜3、上部電極4からなる積層膜の圧縮応力によって、空隙6はドーム状となる。なお、「ドーム状」とは、空隙6の平面視中央における基板1に対する下部電極2の高さが最も高く、空隙6の平面視中央から縁部にいくにしたがって基板1に対する下部電極2の高さが徐々に低くなっている形状のことである。
なお、犠牲層9が除去された後は、下部電極2の先端部2aにおける空隙6の平面形状が下部電極2の先端部2aの平面形状とほぼ同一形状となる。一方、下部電極2の先端部2a以外では、下部電極2の下の空隙6が共振部R1よりも大きく形成された状態となっており、下部電極2に対する上部電極4の位置ずれに対する余裕度が広がり、製造性が向上する。
なお、犠牲層9となるMgO(20~100nm程度)は、スパッタリング法や真空蒸着法により成膜するが、この他にも、ZnO、Ge、Ti、SiO2など、エッチング液により容易に溶解できる材料であれば特に制限はない。
また、下部電極2、圧電膜3、上部電極4は、スパッタリング等で代表される成膜技術を用いて各々成膜後、フォトリソグラフィー技術とエッチングを施して所望の形状にパターニングする。下部電極2、圧電膜3、上部電極4の成膜時において、一般的な手法であるスパッタガス圧力の調整を利用して、下部電極2、圧電膜3、上部電極4からなる積層膜が概ね-300MPaの圧縮応力となるようにする。これにより、犠牲層9のエッチングが終了した時点で、積層膜が膨れ上がり、下部電極2と基板1の平坦主面上との間にドーム状の膨らみを有する空隙6が形成されることになる。
また、付加パターン10は、付加パターン10を構成する膜を、スパッタリング等で代表される成膜技術を用いて形成した後で、フォトリソグラフィー技術とエッチングにより形成することができる。また、付加パターン10は、フォトリソグラフィー技術を用いて、形成したい場所に開口部を持つフォトレジストパターンを形成し、付加パターンを構成する膜を成膜し、フォトレジストを除去するリフトオフ技術により形成することもできる。
付加パターン10を構成する膜は、SiO2に代表される誘電体膜と、その誘電体膜の上に成膜されるTi、Al、Cu等とすることができる。これらの材料はAlNをエッチングする際に使用するH2SO4を主成分とするエッチング液に対して可溶な材料とすることができる。これにより、図2Eに示すように概ね垂直形状のエッチング断面形状とすることができる。
圧電膜3のエッチングにおいては、図1B及び図2Eに示すように、圧電膜3の端面3aが、上部電極4の先端部4aよりも共振部R1の中心側へ変位した位置関係を成すことが、共振特性を改善できることから望ましい。図1B及び図2Eに示す形状の圧電膜3及び上部電極4は、圧電膜3のドライエッチングにより成形するのは困難であるため、H2SO4を主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチング技術の適用が望ましい。一般的には、圧電膜3をオーバーエッチングすることにより、図1B及び図2Eに示す形状に成形することが多い。しかしながら、ウェットエッチング技術により形成される圧電膜3のエッチング断面形状は、フォトリソグラフィー技術を用いて上部電極4を覆うように形成したフォトレジストパターンに対して、圧電膜3の上方から等方的に進行するエッチングメカニズムにより、エッチング終了時のエッチング断面形状は概ね斜面を有した状態となる。一方、本実施の形態に従うと、圧電膜3のエッチング時において、エッチング初期は等方的なエッチングが進行するが、付加パターン10がエッチング液に露出した時点で、H2SO4を主成分とするエッチング液に可溶な付加パターン10の最表面にもエッチングが進行する。よって、圧電膜3と付加パターン10の界面側からのエッチングが促進される結果、概ね垂直形状を成す圧電膜3の断面形状を形成することができる。
また、下部電極2の先端部2aでは、犠牲層9のエッチング時にエッチング液が圧電膜3に接触することが考えられ、圧電膜3に本来望ましくないエッチングが進行し、圧電膜3の品質を劣化させる可能性がある。さらに、デバイス完成後も圧電膜3が外気及び外部の湿気に直接曝されることになり、圧電膜3の品質の劣化が生じる可能性がある。本実施の形態によれば、下部電極2の先端部2aはSiO2に代表される誘電体膜(付加パターン10)で保護されているため、デバイス形成工程中ならびにデバイス完成後共に、圧電膜3がエッチング液、外気、外部の湿気等に触れることを防ぎ、保護することができる。したがって、圧電膜3の品質の劣化を防止することができる。
なお、本実施の形態において、基板1、下部電極2及び上部電極4の電極膜、圧電膜3、付加パターン10の各材料は上記に限定されず、他の材料を使用してもよい。
また、上記の膜構成は圧電薄膜共振子の主要構成要素のみを記しており、例えば、下部電極2や上部電極4が2層以上の層構成であったり、上部電極4の上に誘電体膜が設けられていてもよい。上部電極4の上の誘電体膜は、例えば、保護膜あるいは周波数調整用としての役割を担う。「周波数調整用としての役割」とは、下部電極と上部電極とが対向する共振部における機械的振動を増減させるために、上部電極上に質量を与える役割のことである。
また、本実施の形態では、下部電極4と上部電極2とが対向する共振部R1は楕円形状であったが、これ以外に、互いに平行な2辺を含まない多角形であっても同様な効果が得られる。「互いに平行な2辺を含まない多角形」とは、例えば五角形や七角形などがある。
また、本実施の形態では、基板1の平坦主面上に空隙6を備えた圧電薄膜共振器としたが、基板1における共振部R1に重なる領域に空隙を持つ圧電薄膜共振子でも同様な効果が得られる。基板1における空隙は、上部電極4/圧電膜3/下部電極2を形成した後の基板1に、ドライエッチングの手法を用いて形成することができる。
(実施例2)
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子について、共振特性の改善効果を解析した。
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子について、共振特性の改善効果を解析した。
図4Aは、共振特性解析に用いた圧電薄膜共振子の部分断面図である。図4Bは、有限要素法を用いた圧電薄膜共振子の共振特性解析結果を示す。圧電膜3のエッチングによって生じる斜面の角度βと***振周波数におけるインピーダンスZaの関係を示している。すなわち、図4Bは、図4Aにおける下部電極2の表面に対する圧電膜3の端面3aの角度βと、上部電極4の端部4aに対する圧電膜3のオーバーエッチング量Dを変化させた場合の計算結果を示している。本実施例では、圧電膜3のオーバーエッチング量Dを0μm、0.625μm、1.25μmとし、角度βを15度、30度、45度、60度、75度、90度としたときの、インピーダンスZaについて解析を行った。インピーダンスZaについては、数値が大きいほど***振Qの良好な共振器であることを示している。よって、インピーダンスZaが大きな圧電薄膜共振器をフィルタに適用することにより、低損失なフィルタを実現することができる。
なお、本実施例では、角度βが15~90度のときのインピーダンスZaについて説明したが、角度βは90度よりも大きな角度(すなわち圧電膜3の端面3aが逆テーパ)であってもよい。その場合であっても、角度βが90度のときとほぼ同様の値のインピーダンスZaが得られる。
本実施例における計測に使用した圧電薄膜共振子において、上部電極4、下部電極2は、共にRuで形成されている。圧電膜3は、AlNで形成されている。図4Bに示す計算結果によると、インピーダンスZaは、角度βが90度に近いほど大きな値を示し、オーバーエッチング量Dの変化に対してばらつきが小さくなっていることが分かる。また、圧電膜3の端面3aの角度βが90度に近づけば、圧電膜3のオーバーエッチングを必要としなくてもインピーダンスZaが改善するばかりでなく、再現性に乏しいオーバーエッチングを活用した製造工程上の不安定要因が削除されることになる。
さらに、オーバーエッチングにより形成された圧電膜3の端面3aのうち、特に上部電極4が庇状になっている上部電極4と圧電膜3との界面においては、圧電薄膜共振子の上面側の保護膜兼周波数調整膜となるSiO2等の誘電体膜(不図示)の形成が困難であり、誘電体膜が実質的な保護膜として機能していない場合が想定される。この課題に対しても、圧電膜3の端面3aを下部電極2に対して概ね垂直形状とすることにより、上部電極4を庇状に形成する必要が無くなり、上部電極4と圧電膜3の界面にも有意な保護膜を形成できることから、耐湿性の効果が向上することになる。
図5は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子の変形例1である。図5に示す圧電薄膜共振子は、下部電極2の保持部2b側の付加パターン10の上に、さらに付加パターン12を備えたものである。このような構成とすることにより、下部電極2における保持部2b近傍の膜厚をさらに厚くすることができるので、機械的強度を向上させることができる。なお、下部電極2の先端部2a側の付加パターン10は、保持部10b側の付加パターン10及び12のように二層としてもよいが、圧電膜3の耐湿性を向上できればよいため少なくとも一層あればよい。
図6は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子の変形例2である。図6に示す圧電薄膜共振子は、図5に示す圧電薄膜共振子における付加パターン10を圧電膜3と下部電極2との間に潜り込ませて配置したものである。このような構成とすることにより、下部電極2における保持部2b近傍の膜厚をさらに厚くすることができるので、機械的強度を向上させることができる。
〔2.通信モジュールの構成〕
図7は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えた通信モジュールの一例を示す。図7に示すように、デュープレクサ62は、受信フィルタ62aと送信フィルタ62bとを備えている。また、受信フィルタ62aには、例えばバランス出力に対応した受信端子63a及び63bが接続されている。また、送信フィルタ62bは、パワーアンプ64を介して送信端子65に接続している。ここで、受信フィルタ62a、送信フィルタ62bの双方、或いは何れか一方は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えている。
図7は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えた通信モジュールの一例を示す。図7に示すように、デュープレクサ62は、受信フィルタ62aと送信フィルタ62bとを備えている。また、受信フィルタ62aには、例えばバランス出力に対応した受信端子63a及び63bが接続されている。また、送信フィルタ62bは、パワーアンプ64を介して送信端子65に接続している。ここで、受信フィルタ62a、送信フィルタ62bの双方、或いは何れか一方は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えている。
受信動作を行う際、受信フィルタ62aは、アンテナ端子61を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子63a及び63bから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ62bは、送信端子65から入力されてパワーアンプ64で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子61から外部へ出力する。
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を通信モジュールに備えることで、下部電極の機械的強度と下部電極先端部での耐湿性の向上、および、圧電膜エッチング形状制御による共振特性が改善された通信モジュールを得ることができる。
なお、図7に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本実施の形態にかかるフィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。
〔3.通信装置の構成〕
図8は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子、または前述の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のRFブロックを示す。また、図8に示す通信装置は、GSM(Global System for Mobile Communications)通信方式及びW-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるGSM通信方式は、850MHz帯、950MHz帯、1.8GHz帯、1.9GHz帯に対応している。また、携帯電話端末は、図8に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ73a、送信フィルタ73b,77~80は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えている。
図8は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子、または前述の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のRFブロックを示す。また、図8に示す通信装置は、GSM(Global System for Mobile Communications)通信方式及びW-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるGSM通信方式は、850MHz帯、950MHz帯、1.8GHz帯、1.9GHz帯に対応している。また、携帯電話端末は、図8に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ73a、送信フィルタ73b,77~80は、本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えている。
まず、アンテナ71を介して入力される受信信号は、その通信方式がW-CDMAかGSMかによってアンテナスイッチ回路72で、動作の対象とするLSIを選択する。入力される受信信号がW-CDMA通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ73に出力するように切り換える。デュープレクサ73に入力される受信信号は、受信フィルタ73aで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がLNA74に出力される。LNA74は、入力される受信信号を増幅し、LSI76に出力する。LSI76では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。
一方、信号を送信する場合は、LSI76は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ75で増幅されて送信フィルタ73bに入力される。送信フィルタ73bは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ73bから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路72を介してアンテナ71から外部に出力される。
また、入力される受信信号がGSM通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路72は、周波数帯域に応じて受信フィルタ77~80のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ77~80のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、LSI83に入力される。LSI83は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。一方、信号を送信する場合は、LSI83は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ81または82で増幅されて、アンテナスイッチ回路72を介してアンテナ71から外部に出力される。
本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を通信装置に備えることで、下部電極の機械的強度と下部電極先端部での耐湿性の向上、および、圧電膜エッチング形状制御による共振特性が改善された通信装置を得ることができる。
なお、図8に示す通信装置は一例であり、少なくとも本実施の形態にかかる圧電薄膜共振子を備えた通信装置であれば、他の構成を有する通信装置であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
〔4.実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、付加パターン10、12を備えたことにより、下部電極2の機械的強度を向上することができるとともに、下部電極2の先端部2aでの耐湿性を向上することができる。すなわち、下部電極2の保持部2b側に配された付加パターン10は、下部電極2の膜厚を部分的に厚くすることができるため、下部電極2の機械的強度を向上させることができる。
本実施の形態によれば、付加パターン10、12を備えたことにより、下部電極2の機械的強度を向上することができるとともに、下部電極2の先端部2aでの耐湿性を向上することができる。すなわち、下部電極2の保持部2b側に配された付加パターン10は、下部電極2の膜厚を部分的に厚くすることができるため、下部電極2の機械的強度を向上させることができる。
また、下部電極2の先端部2a側に配された付加パターン10は、圧電膜3が犠牲層9に接しない配置にすることで、犠牲層9をエッチング液で除去する際に、エッチング液が圧電膜3を侵食することを防止することができる。また、外気、外部の湿気が圧電膜3に触れることを防止できるので、圧電膜3の品質の低下を防ぐことができる。
また、付加パターン10の上にさらに付加パターン12を備えることにより、下部電極2の保持部2b近傍の膜厚をさらに厚くすることができるため、下部電極2の機械的強度を向上することができる。
また、圧電膜3の端面3aのエッチング形状を制御して、端面3aと基板1との角度βが略90度になるように圧電膜3をエッチングすることができるため、共振特性を改善することができる。
また、下部電極2と基板1との間にドーム状の空隙6を備えたことにより、基板1の加工が施されていない平坦主面上に圧電薄膜共振子を形成するため、生産性向上とそれに伴う低コスト化が図れる。また、基板1に空隙を備えないため、基板1の機械的強度も図ることができる。
また、下部電極2と圧電膜3と上部電極4とを含む積層膜の応力は、圧縮応力である構成としたことにより、基板1の上に形成された積層膜と基板1の表面との間に再現性良く空隙6を形成することができ、空隙6が潰れることを抑制することができる。
また、共振部R1の形状は楕円形としたことにより、下部電極2及び上部電極4の端部や圧電膜3の外周で反射された弾性波が共振部R1内で横方向(基板1の表面の面方向)の定在波として存在することを抑制することができる。これにより、通過帯域内にリップルが発生することを抑制することができる。
また、共振部R1の形状は非平行からなる多角形としたことにより、下部電極2及び上部電極4の端部や圧電膜3の外周で反射された弾性波が共振部R1内で横方向の定在波として存在することを抑制することができる。これにより、通過帯域内にリップルが発生することを抑制することができる。
本実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1)
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、圧電薄膜共振子。
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、圧電薄膜共振子。
(付記2)
前記空隙は、ドーム形状である、付記1記載の圧電薄膜共振子。
前記空隙は、ドーム形状である、付記1記載の圧電薄膜共振子。
(付記3)
前記空隙の端部と前記下部電極の先端部とは、平面形状が同一形状である、付記1記載の圧電薄膜共振子。
前記空隙の端部と前記下部電極の先端部とは、平面形状が同一形状である、付記1記載の圧電薄膜共振子。
(付記4)
前記付加パターンは、誘電体材料で形成されている、付記1~3の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
前記付加パターンは、誘電体材料で形成されている、付記1~3の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記5)
前記付加パターンは、積層膜である、付記1~4の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
前記付加パターンは、積層膜である、付記1~4の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記6)
前記付加パターンは、
積層膜からなり、
前記積層膜の基板に接する最下層の材料が誘電体材料で形成され、前記積層膜の最上層の材料が圧電膜除去用エッチング液に対して可溶な材料で形成されている、付記1~5の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
前記付加パターンは、
積層膜からなり、
前記積層膜の基板に接する最下層の材料が誘電体材料で形成され、前記積層膜の最上層の材料が圧電膜除去用エッチング液に対して可溶な材料で形成されている、付記1~5の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記7)
前記下部電極、前記圧電膜、前記上部電極を含む積層膜の応力は、圧縮応力である、付記1~6の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
前記下部電極、前記圧電膜、前記上部電極を含む積層膜の応力は、圧縮応力である、付記1~6の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記8)
前記共振部は、平面形状が楕円形である、付記1~7の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
前記共振部は、平面形状が楕円形である、付記1~7の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記9)
前記共振部は、非平行な線分で囲まれた多角形である、付記1~7の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
前記共振部は、非平行な線分で囲まれた多角形である、付記1~7の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記10)
外部から前記空隙に通じる孔部を備えた、付記1~9の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
外部から前記空隙に通じる孔部を備えた、付記1~9の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記11)
前記圧電膜は、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を主成分とする材料である、付記1~10の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
前記圧電膜は、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を主成分とする材料である、付記1~10の何れか一項記載の圧電薄膜共振子。
(付記12)
圧電薄膜共振子を備えた通信モジュールであって、
前記圧電薄膜共振子は、
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、通信モジュール。
圧電薄膜共振子を備えた通信モジュールであって、
前記圧電薄膜共振子は、
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、通信モジュール。
(付記13)
圧電薄膜共振子を備えた通信装置であって、
前記圧電薄膜共振子は、
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、通信装置。
圧電薄膜共振子を備えた通信装置であって、
前記圧電薄膜共振子は、
基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、通信装置。
本願は、圧電薄膜共振子、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置に有用である。
1 基板
2 下部電極
3 圧電膜
4 上部電極
6 空隙
10、12 付加パターン
11 エッチング液導入孔
2 下部電極
3 圧電膜
4 上部電極
6 空隙
10、12 付加パターン
11 エッチング液導入孔
Claims (4)
- 基板と、
前記基板上に備わる下部電極と、
前記基板上および下部電極上に備わる圧電膜と、
前記圧電膜上に備わる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振部と重なる、前記下部電極と前記基板との間に備わる空隙とを備えた圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極の上における、前記共振部と非共振部との境界部分を含む位置に付加パターンを備えた、圧電薄膜共振子。 - 前記空隙は、ドーム形状である、請求項1記載の圧電薄膜共振子。
- 前記空隙の端部と前記下部電極の先端部とは、平面形状が同一形状である、請求項1記載の圧電薄膜共振子。
- 前記付加パターンは、誘電体材料で形成されている、請求項1~3の何れかに一項記載の圧電薄膜共振子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/449,072 US8450906B2 (en) | 2009-10-22 | 2012-04-17 | Piezoelectric thin-film resonator |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009243625A JP5319491B2 (ja) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | 圧電薄膜共振子 |
JP2009-243625 | 2009-10-22 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US13/449,072 Continuation US8450906B2 (en) | 2009-10-22 | 2012-04-17 | Piezoelectric thin-film resonator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2011048910A1 true WO2011048910A1 (ja) | 2011-04-28 |
Family
ID=43900149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2010/066642 WO2011048910A1 (ja) | 2009-10-22 | 2010-09-27 | 圧電薄膜共振子 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8450906B2 (ja) |
JP (1) | JP5319491B2 (ja) |
WO (1) | WO2011048910A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018007230A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 音響共振器及びその製造方法 |
JP2019016835A (ja) * | 2017-07-03 | 2019-01-31 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN202535316U (zh) | 2011-03-09 | 2012-11-14 | 精工爱普生株式会社 | 振动元件、振子、振荡器以及电子设备 |
JP5708089B2 (ja) | 2011-03-18 | 2015-04-30 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子デバイス |
JP6336712B2 (ja) * | 2013-01-28 | 2018-06-06 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびデュプレクサ |
JP6390836B2 (ja) | 2014-07-31 | 2018-09-19 | セイコーエプソン株式会社 | 振動片、振動子、振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体 |
JP6298796B2 (ja) | 2015-05-28 | 2018-03-20 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器およびその製造方法 |
JP2017192032A (ja) * | 2016-04-13 | 2017-10-19 | 日本電波工業株式会社 | 水晶振動子 |
JP6757594B2 (ja) * | 2016-05-18 | 2020-09-23 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
JP6556099B2 (ja) * | 2016-06-16 | 2019-08-07 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
TWI632772B (zh) * | 2016-10-17 | 2018-08-11 | 穩懋半導體股份有限公司 | 具有質量調整結構之體聲波共振器及其應用於體聲波濾波器 |
JP6556173B2 (ja) * | 2017-02-02 | 2019-08-07 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
US11228299B2 (en) | 2017-02-02 | 2022-01-18 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Piezoelectric thin film resonator with insertion film, filter, and multiplexer |
US10873316B2 (en) | 2017-03-02 | 2020-12-22 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic resonator and method of manufacturing the same |
US11271543B2 (en) | 2018-02-13 | 2022-03-08 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Bulk acoustic wave resonator |
KR102052829B1 (ko) * | 2018-06-15 | 2019-12-09 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 및 이를 포함하는 음향 공진기 필터 |
JP7190313B2 (ja) * | 2018-10-04 | 2022-12-15 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
JP7290941B2 (ja) * | 2018-12-27 | 2023-06-14 | 太陽誘電株式会社 | 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ |
CN111786648A (zh) * | 2019-04-04 | 2020-10-16 | 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 | 体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信*** |
WO2022107606A1 (ja) * | 2020-11-20 | 2022-05-27 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63305608A (ja) * | 1987-06-06 | 1988-12-13 | Kazuhiko Yamanouchi | 弾性振動を用いた圧電性薄膜複合共振子及びフィルタ |
WO2006027873A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電薄膜共振子 |
JP2008131194A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振子 |
JP2008288819A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4720651A (en) * | 1982-06-10 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Resonator insensitive to paraxial accelerations |
JPH0640611A (ja) | 1992-07-22 | 1994-02-15 | Konica Corp | 記録紙手差し装置 |
US5471721A (en) * | 1993-02-23 | 1995-12-05 | Research Corporation Technologies, Inc. | Method for making monolithic prestressed ceramic devices |
US6662419B2 (en) * | 2001-12-17 | 2003-12-16 | Intel Corporation | Method for fabricating film bulk acoustic resonators to achieve high-Q and low loss |
US20040021529A1 (en) | 2002-07-30 | 2004-02-05 | Bradley Paul D. | Resonator with protective layer |
JP4535841B2 (ja) | 2004-10-28 | 2010-09-01 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 圧電薄膜共振子及びこれを用いたフィルタ |
JP4149444B2 (ja) * | 2005-01-12 | 2008-09-10 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 圧電薄膜共振子及びこれを用いたフィルタ |
JP2006211296A (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Sony Corp | マイクロマシンの製造方法およびマイクロマシン |
JP4548171B2 (ja) * | 2005-03-24 | 2010-09-22 | ソニー株式会社 | 圧電共振素子およびその製造方法 |
US7345410B2 (en) * | 2006-03-22 | 2008-03-18 | Agilent Technologies, Inc. | Temperature compensation of film bulk acoustic resonator devices |
JP4252584B2 (ja) | 2006-04-28 | 2009-04-08 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
JP4968900B2 (ja) | 2006-10-17 | 2012-07-04 | 太陽誘電株式会社 | ラダー型フィルタの製造方法 |
JP4838093B2 (ja) * | 2006-10-25 | 2011-12-14 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
JP5563739B2 (ja) * | 2008-02-20 | 2014-07-30 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 |
JP5191762B2 (ja) * | 2008-03-06 | 2013-05-08 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタ、および通信装置 |
US8248185B2 (en) * | 2009-06-24 | 2012-08-21 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Acoustic resonator structure comprising a bridge |
-
2009
- 2009-10-22 JP JP2009243625A patent/JP5319491B2/ja active Active
-
2010
- 2010-09-27 WO PCT/JP2010/066642 patent/WO2011048910A1/ja active Application Filing
-
2012
- 2012-04-17 US US13/449,072 patent/US8450906B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63305608A (ja) * | 1987-06-06 | 1988-12-13 | Kazuhiko Yamanouchi | 弾性振動を用いた圧電性薄膜複合共振子及びフィルタ |
WO2006027873A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電薄膜共振子 |
JP2008131194A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振子 |
JP2008288819A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018007230A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 音響共振器及びその製造方法 |
US10720900B2 (en) | 2016-07-07 | 2020-07-21 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic resonator and method |
JP2019016835A (ja) * | 2017-07-03 | 2019-01-31 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8450906B2 (en) | 2013-05-28 |
JP2011091639A (ja) | 2011-05-06 |
JP5319491B2 (ja) | 2013-10-16 |
US20120200199A1 (en) | 2012-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5319491B2 (ja) | 圧電薄膜共振子 | |
JP5147932B2 (ja) | 圧電薄膜共振器、フィルタ、通信モジュール、および通信装置 | |
JP5191762B2 (ja) | 圧電薄膜共振器、フィルタ、および通信装置 | |
JP5563739B2 (ja) | 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 | |
JP5226409B2 (ja) | 共振デバイス、通信モジュール、通信装置、共振デバイスの製造方法 | |
JP5229945B2 (ja) | フィルタ、デュープレクサ、および通信装置 | |
US8531087B2 (en) | Piezoelectric thin-film resonator with distributed concave or convex patterns | |
JP4944145B2 (ja) | 圧電薄膜共振子、フィルタ、通信モジュール、通信装置 | |
JP6371518B2 (ja) | 圧電薄膜共振器およびその製造方法、フィルタ並びにデュプレクサ | |
WO2010061479A1 (ja) | 弾性波デバイス、およびその製造方法 | |
JP2006311181A (ja) | 圧電薄膜共振器およびフィルタ | |
JP2007208728A (ja) | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびその製造方法 | |
JP5478180B2 (ja) | フィルタ | |
WO2011036979A1 (ja) | 弾性波デバイス | |
JP2011130006A (ja) | 弾性波素子、通信モジュール、通信装置 | |
JP5750052B2 (ja) | 弾性波デバイス、フィルタ、通信モジュール、通信装置 | |
JP5591977B2 (ja) | 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 | |
JP5204258B2 (ja) | 圧電薄膜共振子の製造方法 | |
JP5340876B2 (ja) | 弾性波デバイス、フィルタ、通信モジュール、通信装置 | |
JP2008079328A (ja) | 圧電薄膜共振子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10824760 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10824760 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |