JPH0964675A - 密閉空洞上の圧電共振器および製造方法 - Google Patents

密閉空洞上の圧電共振器および製造方法

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JPH0964675A
JPH0964675A JP8229352A JP22935296A JPH0964675A JP H0964675 A JPH0964675 A JP H0964675A JP 8229352 A JP8229352 A JP 8229352A JP 22935296 A JP22935296 A JP 22935296A JP H0964675 A JPH0964675 A JP H0964675A
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flat surface
substrate
layer
cavity
piezoelectric
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JP8229352A
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Luke Mang
ルーク・マング
S Hickernel Fred
フレッド・エス・ヒッカーネル
L Hughes Donald
ドナルド・エル・ヒューズ
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    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 密閉空洞上の圧電共振器をより簡単かつ容易
に製造し、小型、低価格および信頼性の高い共振器を実
現する。 【解決手段】 密閉空洞１２を備えた薄膜圧電共振器２
０の製造方法は、面１１に空洞１２を備えた第１の基板
１０を提供し、面１６上に誘電体層１５を備えた第２の
基板１４を提供し、かつ第２の基板１４を第１の基板１
０に対し空洞１２に重なるように接合する段階を含む。
第２の基板１４の少なくとも一部が誘電体１５からエッ
チングされ空洞１２の上に重なる領域にエッチングされ
た平坦面１６を露出させる。第１の電極２２がエッチン
グされた平坦面１６上に配置され、圧電膜２５が第１の
電極２２上に配置され、かつ第２の電極２４が圧電膜２
５上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電装置（ｐｉｅｚ
ｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）に関し、かつよ
り特定的には密閉されたチェンバを導入した圧電装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】１つの種類の表面音響波（ＳＡＷ）フィ
ルタが現在ＲＦフィルタその他のために手持ち型無線機
の分野で非常に広く使用されている。圧電フィルタは１
つまたはそれぞれ以上の圧電共振器から形成され該圧電
共振器は小型および軽量に製作することができかつ、し
たがって、特に小型の携帯用通信装置において有用であ
る。
【０００３】他の種類のバルク音響波（ＢＡＷ）共振器
フィルタはいっそう小型でありかつＩＣプロセスに集積
できる可能性を秘めている。これらの圧電共振器は非常
に敏感でありかつある種類の比較的でこぼこのある基板
上に形成されなければならない。しかしながら、圧電共
振器が適切に動作するためには、それは基板から分離さ
れなければならず、さもなければ基板が必要な共振、ま
たは振動を減衰させる（ｄａｍｐ）ことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】いくつかの従来技術の
ＢＡＷ装置においては、前記分離は基板の表面上に圧電
共振器を形成しかつ次に裏面からほぼ基板をとおって空
洞をエッチングすることによって達成される。基板は比
較的厚くなることがあり得るから、このプロセスは多量
の非常に困難なエッチングを必要としかつエッチング工
程を圧電装置が損傷される前に確実に停止させるため充
分な注意が必要とされる。また、必要なエッチングの量
のため、圧電装置の下に残っている基板の厚さはかなり
変動する可能性がある。薄膜共振器の総合的な厚さは全
体で２分の１波長であり、したがって厚さの変動は制御
されない共振周波数として現われる。
【０００５】いくつかの従来の装置においては、前記分
離は基板の上に犠牲層を形成しかつ次に該犠牲層の上に
支持層を形成することによって達成される。次に圧電装
置が前記支持層の上に形成されかつ前記犠牲層がエッチ
ング除去される。これによって前記支持層が、前記基板
から圧電装置を分離する、エアギャップの上にブリッジ
様に延在して残される。圧電装置を製造するこの方法に
伴なう問題は犠牲層を正確にエッチングするのが困難で
あることである。さらに、前記エアギャップは前記犠牲
層のエッチングを可能にするため開かれなければならず
かつその後、もし密閉された空洞が望まれる場合、密閉
するのが困難なものである。密閉された真空の空洞は空
気のダンピングによる損失を低減しかつ良好なフィルタ
につながる。また、この方法はコストを大幅に増加させ
る多くの付加的な処理工程を必要とする。
【０００６】したがって、簡単でありかつ低価格の圧電
共振器を製造するための新しいプロセスを考案すること
が有利であろう。
【０００７】本発明の目的は、密閉された空洞の上に圧
電共振器を製造する新しいかつ改善された方法を提供す
ることにある。
【０００８】本発明の他の目的は、従来技術の方法より
実質的に容易でありかつずっと低価格である、密閉され
た空洞の上に圧電共振器を製造する新しいかつ改善され
た方法を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、工程がより正
確であり、したがってより大きな一貫性および信頼性が
達成される密閉された空洞の上に圧電共振器を製造する
新しいかつ改善された方法を提供することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、密閉された空
洞の上に新しいかつ改善された圧電共振器を提供するこ
とにある。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、密閉された空
洞の上に新しいかつ改善された圧電共振器を提供し、該
共振器は従来技術の共振器よりも小型でありかつ製造が
容易であり、かつ該共振器は従来技術の共振器よりも低
価格でありかつより信頼性があるものを提供することに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記問題および他のもの
は本発明に係わる方法によって少なくとも部分的に解決
されかつ上記目的および他のものは本発明に係わる方法
によって実現される。本発明に係わる密閉された空洞と
共に薄膜圧電共振器を製造する方法は、その面に空洞を
備えた第１の基板を提供する段階、その面上に誘電体層
を備えた第２の基板を提供する段階、および前記空洞に
対し上に横たわる関係で前記第２の基板を前記第１の基
板に接合する段階を含む。第２の基板の厚さは、もし必
要であれば、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）および研摩（ｐ
ｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような、比較的簡単な機械的工程
によりかなり低減できる。第２の基板の少なくとも一部
が次に前記誘電体からエッチングされて前記空洞の上に
横たわる領域にエッチングされた平坦な面を露出する。
第１の電極が前記エッチングされた平坦な面の上に配置
され、圧電膜が前記第１の電極の上に配置され、かつ第
２の電極が前記圧電膜の上に配置される。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の実施
形態につき説明する。図面においては同じ文字は種々の
図面にわたり同じ部分を示している。図１〜図４は本発
明に係わる密閉された空洞を備えた薄膜圧電共振器を製
造するプロセスにおけるいくつかの工程を示す単純化さ
れかつ非常に拡大された断面図である。
【００１４】特に図１を参照すると、第１の基板１０が
上部平坦面１１を有するものとして示されている。基板
１０は容易に加工可能な任意の都合のよい材料とするこ
とができ、例えば、よく知られた半導体材料の任意のも
のでよい。この特定の実施形態では、基板１０は通常半
導体製品を製造するために使用されるシリコンウェハで
ある。
【００１５】タブ様の（ｔｕｂ−ｌｉｋｅ）くぼみまた
は空洞１２が任意の都合のよい手段によって基板１０の
前記上部平坦面１１に形成される。基板１０および１つ
の空洞１２のみを含むウェハの一部のみが図面に示され
ているが、基板１０は複数の空洞を含むことができ、そ
れらの空洞の全ては同時に形成することができる。この
好ましい実施形態では、空洞１２はマスク、フォトレジ
スト、その他を使用して上部平坦面１１をパターニング
しかつ技術的によく知られた方法で基板１０をエッチン
グすることによって形成される。
【００１６】平坦な面を有する第２の基板１４が提供さ
れかつ、一般に誘電体材料からなる、層１５が該第２の
基板１４の平坦な面の上に、基板１４と層１５の接合部
において平坦な面１６を形成するように、配置される。
基板１４を含むウェハの一部のみが図面に示されている
が、基板１４の面全体を層１５によってカバーすること
ができ、あるいは層１５は空洞（単数または複数）１２
の上に横たわる位置においてのみ前記面上にパターニン
グすることができる。層１５は第１の基板１０の平坦な
面１１に接合可能な平坦な面１６によって区別されまた
は区画される材料から形成される。また、層１５の材料
は層１５から選択的にエッチング可能な第２の基板１４
によって区別または区画される。この好ましい実施形態
においては、例えば、基板１４は（基板１０に関して述
べたように）シリコンウェハでありかつ層１５は任意の
よく知られた酸化技術によって基板１４の平坦な面上に
成長される酸化物層（ＳｉＯ２）である。
【００１７】特に図２を参照すると、層１５の面が少な
くとも空洞１２の上に横たわるように基板１０の平坦な
面１１に接合される。接着材または他の化学製品、ウェ
ハ接合、その他のような、任意の接合技術をこの目的の
ために使用できることが理解される。この好ましい実施
形態では、標準的なウェハ接合技術が使用され、すなわ
ち、結合面（ｍａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ）が平坦
性を保証するよう研摩されかつこれらの面が単に結合さ
れ（並置され）そして堅固な化学的接合を提供するため
加熱される。
【００１８】基板１４は次に研削および／または研摩に
よって都合のよい厚さまで機械加工され、かつ基板１４
の残りの部分が、標準的な半導体エッチング技術を使用
して、エッチングにより除去される。機械加工および／
またはエッチングの量は元の厚さおよび使用される材料
の分離または隔離（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）特性に依存
することが理解される。この好ましい実施形態において
はおよび操作の単純化のため、ウェハ全体（基板１４）
は機械加工およびエッチングにより除去されて、図３に
示されるように、面１６を露出する。エッチング工程の
間に、２酸化シリコンの層１５は多くの材料が除去され
すぎないことを保証するための自然のまたは天然のエッ
チングストッパを形成する。
【００１９】特に図４を参照すると、薄膜共振器構造２
０が次に空洞１２に対し上に横たわるような関係で層１
５の平坦な面１６上に製作される。共振器構造２０は空
洞１２に対し上に横たわるような関係で層１５の面１６
上に配置された第１の電極２２、および第１の電極２２
の上に横たわりそれらの間に圧電膜２５がはさまれた第
２の電極２４を含む。共振器の製造技術においてよく知
られた方法で、第１の電極２２が面１６の上に形成さ
れ、圧電膜２５が電極２２の上に被着されかつ第２の電
極２４が圧電膜２５の前記面の上に被着される。電極２
２および２４は、例えば、都合のよい金属の真空被着、
無電解被着、その他のような、任意のよく知られた技術
を使用して形成できる。
【００２０】この場合、複数の個々の圧電共振器を単一
のウェハ上に製作することができ、あるいは例えば１個
の圧電共振器を単一のウェハ上に製作しかつ同じウェハ
上に形成された電子回路と集積することもできることに
注目すべきである。一般に、圧電フィルタは回路に接続
された１つまたはそれ以上の圧電共振器を含む。説明さ
れた製造技術を使用して、必要な数の圧電共振器を単一
の基板またはウェハ上に製作しかつ電気的に接続して所
望の圧電フィルタ構造を形成することができる。例え
ば、電極（単数または複数）２４をウェハ上にパターニ
ングするのと同時に電気的接続をウェハ上にパターニン
グすることができる。
【００２１】当業者には圧電膜２５、電極２２および２
４、および酸化物層１５の総合的な厚さは２分の１波長
（またはその倍数）の厚さであることが理解されるであ
ろう。良好なフィルタ特性（広い帯域幅）のためには、
層１５の厚さは公称上圧電膜２５の厚さの半分とされ
る。もし良好な第１オーバトーン特性および良好な温度
補償特性が望まれるならば、酸化物層１５の厚さは圧電
膜２５の厚さの１．５倍まで増大できる。好ましい実施
形態では、シリコン基板１４上に成長される酸化物層１
５の厚さは非常に正確に制御することができる。さら
に、層１５は基板１４の除去の間に自然のまたは天然の
エッチングストッパを形成するから、層１５の厚さは残
りの製造工程の間に実質的に変更されることはない。し
たがって、従来技術の製造プロセスにおいて必要とされ
たチューニング工程のような操作は必要ではなく、ある
いは実質的に低減される。また、好ましい本実施形態に
おいては空洞１２はエッチングにより形成されかつ層１
６は所望の厚さに成長されかつ基板１０に接合されるか
ら、完成した圧電共振器は従来技術の共振器よりもずっ
と小型に製造できる。
【００２２】
【発明の効果】したがって、密閉された空洞の上に圧電
共振器を製造するための新規なプロセスが開示され、こ
のプロセスは従来技術の方法より実質的に簡単でありか
つより低価格である。さらに、前記密閉された空洞上に
圧電共振器を製造する新規なかつ改善された方法はより
正確な工程を含み、したがってより優れた一貫性および
信頼性が達成される。また、密閉された空洞上の新規な
かつ改善された圧電共振器は従来技術の共振器より小型
でありかつ製造するのが容易であり、かつ従来技術の共
振器よりも低価格でありかつより信頼性が高い。
【００２３】本発明の特定の実施形態を示しかつ説明し
たが、当業者にはさらに他の修正および改善をなすこと
ができる。したがって、本発明は示された特定の形式に
限定されるのではなくかつ添付の特許請求の範囲によっ
てこの発明の精神および範囲から離れることのない全て
の変更をカバーすることを意図するものと理解されるべ
きである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる薄膜圧電共振器を製造するプロ
セスにおけるいくつかの工程を示す単順化したかつ大幅
に拡大した断面図である。
【図２】本発明に係わる薄膜圧電共振器を製造するプロ
セスにおけるいくつかの工程を示す単順化したかつ大幅
に拡大した断面図である。
【図３】本発明に係わる薄膜圧電共振器を製造するプロ
セスにおけるいくつかの工程を示す単順化したかつ大幅
に拡大した断面図である。
【図４】本発明に係わる薄膜圧電共振器を製造するプロ
セスにおけるいくつかの工程を示す単順化したかつ大幅
に拡大した断面図である。
【符号の説明】
１０ 第１の基板 １１ 上部平坦面 １２ くぼみまたは空洞 １４ 第２の基板 １５ 層 １６ 平坦面 ２０ 薄膜共振器構造 ２２ 第１の電極 ２４ 第２の電極 ２５ 圧電膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレッド・エス・ヒッカーネル アメリカ合衆国アリゾナ州85018、フェニ ックス、イースト・ウェルドン 5012 (72)発明者 ドナルド・エル・ヒューズ アメリカ合衆国アリゾナ州85213、メサ、 ノース・アッシュブルック 1727

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 密閉された空洞を備えた薄膜圧電共振器
    の製造方法であって、 平坦な面（１１）を備えた第１の基板（１０）を提供す
    る段階、 前記第１の基板（１０）の前記平坦な面（１１）に空洞
    （１２）を形成する段階、 平坦な面（１６）を備えた第２の基板（１４）を提供す
    る段階、 前記第２の基板（１４）の前記平坦な面（１６）上に材
    料の層（１５）を、該材料の層の上に前記第２の基板
    （１４）の前記平坦な面（１６）と平行に平坦な面を形
    成するように配置する段階であって、前記材料の層（１
    ５）は前記第１の基板（１０）の前記平坦な面（１１）
    に接合可能な平坦な面によって区別され、前記材料の層
    （１５）はさらに前記材料の層（１５）から選択的にエ
    ッチング可能である第２の基板（１４）によって区別さ
    れるもの、 前記空洞（１２）に重なる関係で前記第１の基板（１
    ０）の前記平坦な面（１１）に前記材料の層（１５）の
    前記平坦な面を接合する段階、 前記材料の層から前記第２の基板の一部をエッチングし
    て前記空洞（１２）の上に横たわる領域においてエッチ
    ングされた平坦な面（１６）を露出する段階、 前記空洞（１２）の上に横たわる領域において前記エッ
    チングされた平坦な面（１６）上に第１の電極（２２）
    を配置する段階、 前記第１の電極（２２）上に圧電膜（２５）を配置する
    段階、そして前記圧電膜（２５）上に第２の電極（２
    ４）を配置する段階、 を具備することを特徴とする密閉された空洞を備えた薄
    膜圧電共振器の製造方法。
  2. 【請求項２】 密閉された空洞を備えた薄膜圧電共振器
    の製造方法であって、 平坦な面を備えた第１のシリコン基板を提供する段階、 前記第１の基板の前記平坦な面に空洞をエッチングする
    段階、 平坦な面を備えた第２のシリコン基板を提供する段階、 前記第２のシリコン基板の前記平坦な面の上に２酸化シ
    リコンの層を、該２酸化シリコンの層の上に前記第２の
    シリコン基板の前記平坦な面と平行に平坦な面を形成す
    るように成長させる段階、 前記２酸化シリコンの層の前記平坦な面を前記空洞に対
    し上に横たわる関係で前記第１のシリコン基板の前記平
    坦な面に対し接合する段階、 前記２酸化シリコンの層から前記第２のシリコン基板の
    一部をエッチングして前記空洞の上に横たわる領域にお
    いてエッチングされた平坦な面を露出する段階、 前記空洞の上に横たわる領域において前記エッチングさ
    れた平坦な面の上に第１の金属電極を被着する段階、 前記第１の金属電極の上に圧電膜を配置する段階、そし
    て前記圧電膜の上に第２の金属電極を被着する段階、 を具備することを特徴とする密閉された空洞を備えた薄
    膜圧電共振器の製造方法。
  3. 【請求項３】 各々密閉された空洞を有する複数の薄膜
    圧電共振器を製造する方法であって、 平坦な面を備えた第１のシリコンウェハを提供する段
    階、 前記第１のシリコンウェハの前記平坦な面に複数の別個
    の空洞をエッチングする段階、 平坦な面を備えた第２のシリコンウェハを提供する段
    階、 前記第２のシリコンウェハの前記平坦な面の上に２酸化
    シリコンの層を、該２酸化シリコンの層の上に前記第２
    のシリコンウェハの前記平坦な面と平行に平坦な面を形
    成するように成長させる段階、 前記複数の空洞の上に横たわる関係で前記第１のシリコ
    ンウェハの前記平坦な面に前記２酸化シリコンの層の前
    記平坦な面をウェハ接合する段階、 前記第２のシリコンウェハをエッチングして、前記複数
    の空洞の各々の上に１つがそれぞれ横たわるよう、複数
    の領域にエッチングされた平坦な面を露出させる段階、 前記複数の第１の金属電極を前記空洞の各々の上に横た
    わる領域に被着する段階であって、前記第１の金属電極
    の各々１つが前記空洞の各々に対し上に横たわる関係で
    被着されるもの、 複数の圧電膜を前記複数の第１の金属電極の上に横たわ
    る関係で被着する段階であって、前記圧電膜の各々１つ
    が前記第１の金属電極の各々に対し上に横たわる関係で
    被着されるもの、そして複数の第２の金属電極を前記各
    々の圧電膜の上に横たわる関係で被着する段階であっ
    て、前記第２の金属電極の各々１つが前記圧電膜の各々
    に対し上に横たわる関係で被着されるもの、 を具備することを特徴とする、各々密閉された空洞を有
    する複数の薄膜圧電共振器を製造する方法。
  4. 【請求項４】 密閉された空洞を備えた薄膜圧電共振器
    であって、 平坦な面（１１）を備えた基板（１０）、 前記基板（１０）の前記平坦な面（１１）に画定された
    空洞（１２）、 前記空洞（１２）の上に横たわる材料の層（１５）の上
    に平坦な面（１６）を形成するように前記基板（１０）
    の前記平坦な面（１１）に接合された誘電体材料の層
    （１５）、 前記空洞（１２）の上に横たわる領域における材料の層
    （１５）の前記平坦な面（１６）上に配置された第１の
    電極（２２）、 前記第１の電極（２２）の上に配置された圧電膜（２
    ５）、そして前記圧電膜（２５）の上に配置された第２
    の電極（２４）、 を具備することを特徴とする密閉された空洞を備えた薄
    膜圧電共振器。
  5. 【請求項５】 密閉された空洞を備えた薄膜圧電共振器
    であって、 平坦な面を備えた第１の基板、 前記第１の基板の前記平坦な面に画定された空洞、 第２の基板であって、平坦な面および前記第２の基板の
    前記平坦な面上に配置された誘電体材料の層を備え、前
    記第２の基板の前記平坦な面と平行に誘電体材料の層の
    上に平坦な面を形成し、前記誘電体材料の層の平坦な面
    は前記第１の基板の前記平坦な面に接合されかつ前記第
    ２の基板の部分は前記空洞の上に横たわる誘電体材料の
    層の上に第２の平坦な面を形成するよう除去されている
    もの、 前記空洞の上に横たわる領域において前記誘電体材料の
    層の前記第２の平坦な面の上に配置された第１の電極、 前記第１の電極上に配置された圧電膜、そして前記圧電
    膜の上に配置された第２の電極、 を具備することを特徴とする密閉された空洞を備えた薄
    膜圧電共振器。
JP8229352A 1995-08-17 1996-08-12 密閉空洞上の圧電共振器および製造方法 Pending JPH0964675A (ja)

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US51622295A 1995-08-17 1995-08-17
US08/516,222 1995-08-17

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Cited By (10)

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