JPH0161253B2 - - Google Patents
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- JPH0161253B2 JPH0161253B2 JP1565183A JP1565183A JPH0161253B2 JP H0161253 B2 JPH0161253 B2 JP H0161253B2 JP 1565183 A JP1565183 A JP 1565183A JP 1565183 A JP1565183 A JP 1565183A JP H0161253 B2 JPH0161253 B2 JP H0161253B2
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- thin film
- piezoelectric
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- upper electrode
- silicon
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- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; 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
- H03H9/174—Membranes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧電薄膜を用いたVHF、UHF用高周
波圧電振動子に関し、特にホウ素を高濃度にドー
プしたシリコン薄膜と圧電薄膜との組合せからな
る複合構造の振動部位を有する薄膜圧電振動子に
関するものである。
波圧電振動子に関し、特にホウ素を高濃度にドー
プしたシリコン薄膜と圧電薄膜との組合せからな
る複合構造の振動部位を有する薄膜圧電振動子に
関するものである。
一般に数十ＭHz以上のような高い周波数で使用
される圧電振動子は、振動モードとして板面が厚
さに比して十分広い圧電性薄板の厚み振動を使用
する。
される圧電振動子は、振動モードとして板面が厚
さに比して十分広い圧電性薄板の厚み振動を使用
する。
厚み振動の共振周波数は圧電性薄板の厚さに反
比例するので高い周波数で使用するためには厚さ
を薄くしなければならないが、厚さが40ミクロン
程度以下になると平行平面研磨などの加工が非常
に困難となる。したがつてバルク圧電結晶或いは
圧電セラミツクを用いて50MHz以上の厚み振動圧
電振動子を量産することは困難である。
比例するので高い周波数で使用するためには厚さ
を薄くしなければならないが、厚さが40ミクロン
程度以下になると平行平面研磨などの加工が非常
に困難となる。したがつてバルク圧電結晶或いは
圧電セラミツクを用いて50MHz以上の厚み振動圧
電振動子を量産することは困難である。
振動部分の厚さを薄くして50MHz以上の厚み振
動圧電振動子を得る方法としては第１図、第２図
の構造の薄膜圧電振動子が公知である。この薄膜
圧電振動子は基板１１の上に半導体或いは絶縁体
の薄膜部材１３を形成した後、エツチングによつ
て基板１１に空孔１２を作成し、さらに薄膜部材
１３の上に順に下地電極１４、圧電薄膜１５、上
部電極１６を形成することによつて製造するもの
で、一般に非圧電性である薄膜部材１３と圧電薄
膜１５とからなる複合ダイアフラムが周縁部を基
板１１によつて支持された構造となつている。
動圧電振動子を得る方法としては第１図、第２図
の構造の薄膜圧電振動子が公知である。この薄膜
圧電振動子は基板１１の上に半導体或いは絶縁体
の薄膜部材１３を形成した後、エツチングによつ
て基板１１に空孔１２を作成し、さらに薄膜部材
１３の上に順に下地電極１４、圧電薄膜１５、上
部電極１６を形成することによつて製造するもの
で、一般に非圧電性である薄膜部材１３と圧電薄
膜１５とからなる複合ダイアフラムが周縁部を基
板１１によつて支持された構造となつている。
第１図、第２図の構造の薄膜圧電振動子におい
て、基板１１としては一般に表面が（100）面で
あるようなシリコンが用いられ、エチレンジアミ
ン、ピロカテコール、水からなるエツチング液
（以下EDP液という）或いは水酸化カリウム
（KOH）水溶液による異方性エツチングを利用し
て精密に空孔１２を作成することができる。
て、基板１１としては一般に表面が（100）面で
あるようなシリコンが用いられ、エチレンジアミ
ン、ピロカテコール、水からなるエツチング液
（以下EDP液という）或いは水酸化カリウム
（KOH）水溶液による異方性エツチングを利用し
て精密に空孔１２を作成することができる。
薄膜部材１３としては上記のEDP液或いは
KOH水溶液に対してできるだけエツチング速度
の小さい材料が必要であり、従来この目的に適合
する材料として種々の酸化物、窒化物なども提案
されているが、ホウ素を高濃度にドープしたシリ
コン薄膜が最も理想的な材料である。なぜなら
ば、ホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜は
シリコン基板の上にエピタキシヤル成長、拡散、
イオン注入などによつて作成する単結晶であるの
で、機械的強度が大きく、音響的クオリテイ・フ
アクタＱが大きいからである。
KOH水溶液に対してできるだけエツチング速度
の小さい材料が必要であり、従来この目的に適合
する材料として種々の酸化物、窒化物なども提案
されているが、ホウ素を高濃度にドープしたシリ
コン薄膜が最も理想的な材料である。なぜなら
ば、ホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜は
シリコン基板の上にエピタキシヤル成長、拡散、
イオン注入などによつて作成する単結晶であるの
で、機械的強度が大きく、音響的クオリテイ・フ
アクタＱが大きいからである。
しかし、ホウ素を高濃度にドープしたシリコン
薄膜は導電率が非常に大きいため第１図、第２図
に示した従来の薄膜圧電振動子では次のような重
大な欠点を有していた。すなわち、このような振
動子ではワイヤ・ボンデイングなどによる配線の
ために上部電極の引き出し電極１７が必要である
が、この引き出し電極１７とシリコン薄膜との間
の容量が振動子に並列に加わる結果、振動子の容
量比が見かけ上大きくなつてしまうという欠点で
ある。薄膜圧電振動子の上部電極の寸法は通常
100〜200μｍ程度であり、引き出し電極は可能な
限り小さくしても100μｍ角程度は必要であるか
ら振動子の見かけの容量比は２〜３倍に大きくな
つてしまう。このため従来の構造の薄膜圧電振動
子を用いたのでは、発振器の制御範囲或いはフイ
ルタの比帯域幅を十分に広く取ることができなか
つた。
薄膜は導電率が非常に大きいため第１図、第２図
に示した従来の薄膜圧電振動子では次のような重
大な欠点を有していた。すなわち、このような振
動子ではワイヤ・ボンデイングなどによる配線の
ために上部電極の引き出し電極１７が必要である
が、この引き出し電極１７とシリコン薄膜との間
の容量が振動子に並列に加わる結果、振動子の容
量比が見かけ上大きくなつてしまうという欠点で
ある。薄膜圧電振動子の上部電極の寸法は通常
100〜200μｍ程度であり、引き出し電極は可能な
限り小さくしても100μｍ角程度は必要であるか
ら振動子の見かけの容量比は２〜３倍に大きくな
つてしまう。このため従来の構造の薄膜圧電振動
子を用いたのでは、発振器の制御範囲或いはフイ
ルタの比帯域幅を十分に広く取ることができなか
つた。
本発明の目的は、上記のような欠点を除いた薄
膜圧電振動子を提供することであり、本発明の最
たる特徴は上部電極の引き出し電極と圧電薄膜と
の間に絶縁材料の薄膜を有する構造にある。
膜圧電振動子を提供することであり、本発明の最
たる特徴は上部電極の引き出し電極と圧電薄膜と
の間に絶縁材料の薄膜を有する構造にある。
すなわち、本発明は、シリコン基板によつて外
縁部を支持された薄膜部材と、該薄膜部材上の中
央部に形成された下地電極と、該下地電極上に形
成された圧電薄膜と、該圧電薄膜上に形成された
上部電極からなる振動部位を有する薄膜圧電振動
子において、該外縁部にあたる該圧電薄膜上に絶
縁材料の薄膜が形成され、圧電薄膜上の上部電極
から該絶縁材料の薄膜上まで上部電極の引き出し
電極が形成されており、該上部電極と該引き出し
電極とは連続した一体の電極薄膜であることを特
徴とする薄膜圧電振動子である。
縁部を支持された薄膜部材と、該薄膜部材上の中
央部に形成された下地電極と、該下地電極上に形
成された圧電薄膜と、該圧電薄膜上に形成された
上部電極からなる振動部位を有する薄膜圧電振動
子において、該外縁部にあたる該圧電薄膜上に絶
縁材料の薄膜が形成され、圧電薄膜上の上部電極
から該絶縁材料の薄膜上まで上部電極の引き出し
電極が形成されており、該上部電極と該引き出し
電極とは連続した一体の電極薄膜であることを特
徴とする薄膜圧電振動子である。
以下、実施例にしたがつて本発明を詳細に説明
する。
する。
第３図、第４図に本発明の実施例の薄膜圧電振
動子の構造を示す。第３図、第４図において３１
は表面が（100）面であるようなシリコン基板、
３２はエツチングによつて基板に作成した空孔、
３３はホウ素を高濃度にドープしたシリコン膜
膜、３４は下地電極、３５は圧電薄膜、３６は上
部電極、３７は上部電極の引き出し電極であり、
３８は本発明の特徴であるところの絶縁材薄膜で
ある。本発明の趣旨から言つて絶縁山薄膜３８は
誘電率のできるだけ小さい材料が望ましく、
SiO2、Si3N4など半導体工業分野でその製法が確
立されている種々の酸化物、窒化物などを使用す
ることができる。第３図、第４図のような本発明
の薄膜圧電振動子では絶縁材薄膜３８を有する結
果、上部電極の引き出し電極とシリコン薄膜との
間の容量は振動部位における容量に比べて非常に
小さくなり、したがつて従来のように見かけの容
量比が大きくなることがなく、従来に比べて制御
範囲の広い発振器或いは比帯域の広いフイルタが
実現できる。
動子の構造を示す。第３図、第４図において３１
は表面が（100）面であるようなシリコン基板、
３２はエツチングによつて基板に作成した空孔、
３３はホウ素を高濃度にドープしたシリコン膜
膜、３４は下地電極、３５は圧電薄膜、３６は上
部電極、３７は上部電極の引き出し電極であり、
３８は本発明の特徴であるところの絶縁材薄膜で
ある。本発明の趣旨から言つて絶縁山薄膜３８は
誘電率のできるだけ小さい材料が望ましく、
SiO2、Si3N4など半導体工業分野でその製法が確
立されている種々の酸化物、窒化物などを使用す
ることができる。第３図、第４図のような本発明
の薄膜圧電振動子では絶縁材薄膜３８を有する結
果、上部電極の引き出し電極とシリコン薄膜との
間の容量は振動部位における容量に比べて非常に
小さくなり、したがつて従来のように見かけの容
量比が大きくなることがなく、従来に比べて制御
範囲の広い発振器或いは比帯域の広いフイルタが
実現できる。
以下に本発明の実施例についてさらに具体的に
説明する。
説明する。
表面が（100）面であるようなシリコン基板の
表面にホウ素を1020／cm3の濃度にドープしたシリ
コン薄膜を3μｍの厚さにエピタキシヤル成長さ
せた。次にシリコン基板の裏面に形成したSi3N4
薄膜をマスクとして振動部位にあたるシリコン基
板をエチレンジアミン、ピロカテコール及び水か
らなるエツチング液を用いて裏面からエツチング
を行ない、シリコン薄膜のダイアフラムを形成し
た。次にシリコン薄膜上に蒸着法でAu／Cr電極
を形成し、続いてスパツタリング法で厚さ4μｍ
の酸化亜鉛（ZnO）薄膜を形成した。さらにスパ
ツタリング法でSiO2絶縁材薄膜を形成した後、
蒸着法でAl電極を形成して第３図、第４図の構
造の薄膜圧電振動子を製造した。全く同様の工程
でSiO2絶縁膜を有しない従来構造の振動子を同
時に製造した。２種類の振動子の特性を測定した
結果、従来構造の振動子の容量比は60、本発明の
構造を用いた振動子の容量比は30であり、本発明
の有用性が実証された。
表面にホウ素を1020／cm3の濃度にドープしたシリ
コン薄膜を3μｍの厚さにエピタキシヤル成長さ
せた。次にシリコン基板の裏面に形成したSi3N4
薄膜をマスクとして振動部位にあたるシリコン基
板をエチレンジアミン、ピロカテコール及び水か
らなるエツチング液を用いて裏面からエツチング
を行ない、シリコン薄膜のダイアフラムを形成し
た。次にシリコン薄膜上に蒸着法でAu／Cr電極
を形成し、続いてスパツタリング法で厚さ4μｍ
の酸化亜鉛（ZnO）薄膜を形成した。さらにスパ
ツタリング法でSiO2絶縁材薄膜を形成した後、
蒸着法でAl電極を形成して第３図、第４図の構
造の薄膜圧電振動子を製造した。全く同様の工程
でSiO2絶縁膜を有しない従来構造の振動子を同
時に製造した。２種類の振動子の特性を測定した
結果、従来構造の振動子の容量比は60、本発明の
構造を用いた振動子の容量比は30であり、本発明
の有用性が実証された。
以上のように本発明によれば従来構造に比べて
容量比の小さい薄膜圧電振動子の提供が可能であ
り、本発明の薄膜圧電振動子を用いれば、制御範
囲の広い発振器或いは比帯域の広いフイルタが実
現できる。
容量比の小さい薄膜圧電振動子の提供が可能であ
り、本発明の薄膜圧電振動子を用いれば、制御範
囲の広い発振器或いは比帯域の広いフイルタが実
現できる。
なお上記の説明においては薄膜部材としてホウ
素を堺濃度にドープしたシリコン薄膜を使用した
場合について説明したが、他の薄膜部材を使用し
た場合にも本発明の適用により同様の効果を得る
ことができる。
素を堺濃度にドープしたシリコン薄膜を使用した
場合について説明したが、他の薄膜部材を使用し
た場合にも本発明の適用により同様の効果を得る
ことができる。
第１図、第２図は従来の薄膜圧電振動子の構造
を示す図であり、第１図は平面図、第２図は断面
図である。第３図、第４図は本発明の薄膜圧電振
動子の構造を示す図であり、第３図は平面図、第
４図は断面図である。 第１図から第４図において、１１，３１はシリ
コン基板、１２，３２は空孔、１３，３３はシリ
コン薄膜、１４，３４は下地電極、１５，３５は
圧電薄膜、１６，３６は上部電極、１７，３７は
引き出し電極、３８は絶縁材薄膜である。
を示す図であり、第１図は平面図、第２図は断面
図である。第３図、第４図は本発明の薄膜圧電振
動子の構造を示す図であり、第３図は平面図、第
４図は断面図である。 第１図から第４図において、１１，３１はシリ
コン基板、１２，３２は空孔、１３，３３はシリ
コン薄膜、１４，３４は下地電極、１５，３５は
圧電薄膜、１６，３６は上部電極、１７，３７は
引き出し電極、３８は絶縁材薄膜である。
Claims (1)
- １ シリコン基板によつて外縁部を支持された薄
膜部材と、該薄膜部材上の中央部に形成された下
地電極と、該下地電極上に形成された圧電薄膜
と、該圧電薄膜上に形成された上部電極からなる
振動部位を有する薄膜圧電振動子において、該外
縁部にあたる該圧電薄膜上に絶縁材料の薄膜が形
成され、圧電薄膜上の上部電極から該絶縁材料の
薄膜上まで上部電極の引き出し電極が形成されて
おり、該上部電極と該引き出し電極とは連続した
一体の電極薄膜であることを特徴とする薄膜圧電
振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1565183A JPS59141813A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 薄膜圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1565183A JPS59141813A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 薄膜圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59141813A JPS59141813A (ja) | 1984-08-14 |
| JPH0161253B2 true JPH0161253B2 (ja) | 1989-12-27 |
Family
ID=11894617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1565183A Granted JPS59141813A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 薄膜圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59141813A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69124339T2 (de) * | 1990-05-25 | 1997-05-15 | Toyo Communication Equip | Elektroden- und elektrodenleitungsstruktur eines piezoelektrischen resonators aus einer ultradünnen schicht |
| JP3889351B2 (ja) | 2002-12-11 | 2007-03-07 | Ｔｄｋ株式会社 | デュプレクサ |
-
1983
- 1983-02-02 JP JP1565183A patent/JPS59141813A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59141813A (ja) | 1984-08-14 |
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