JPS6286910A - 圧電薄膜共振子の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はＶ　ＨＦやＵＨＦの周波数帯で使用可能な圧電
薄膜共振子の製造方法に関する。

（従来技術） 一般に、セラミックや水晶等の圧電基板の基本厚み振動
を利用した、いわゆるバルク波共振手は、圧電基板の加
工技術上の制約や機械的強度上の制約から、圧電基板の
厚みは数１０μｍが限度であり、このため、利用可能な
共振周波数も数１０ＭＨｚが限界となっている。

そこで、近年、半導体製造技術がそのまま利用でき、し
かも、ＶＨＦやＵ　ＨＦの超高周波帯において動作する
、第５図および第６図に示すような構成を有する、いわ
ゆるダイヤフラム形と称される圧？１！薄膜共振子が研
究されている（たとえば、特開昭６０−６８７０６号公
報、特開昭６０−６８７１０号公報および特開昭６０−
６８７１１号公報参照）。

上記圧電薄膜共振子は、シリコン単結晶支持堰仮Ｉの一
方の主表面に酸化シリコン薄膜２を形成し、この酸化シ
リコン薄膜２の上に第１の電極３、酸化亜鉛の圧電薄膜
４および第２の電極５を順次形成する一方、上記シリコ
ン単結晶支持基板１の他方の主表面から圧電薄膜４に向
かって上記シリコン単結晶支持基板ｌをダイヤフラム状
に異方性エツチングし、上記圧電薄膜４の厚み振動を可
能とするための凹部６を形成したものである。

ところで、シリコン単結晶支持基板ｌの上記異方性エツ
チングによる凹部６の形成は、シリコン単結晶支持基板
１の（１００）面と（１１１）面のエツチング速度の差
を利用するものであり、エツチングがシリコン単結晶支
持基板１から酸化シリコン薄膜２に到達すると、この酸
化シリコン薄膜２もエツチングされる。このため、シリ
コン単結晶支持基板ｌの凹部６内の酸化シリコン薄膜２
の厚みが不均一になり、圧電薄膜共振子の共振時の尖鋭
度Ｑが低下するという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、高い尖鋭度を有する圧電薄膜共振子の製造方
法を提供することを目的としている。

（発明の構成） このため、本発明は、酸化亜鉛の焼結体からなる支持基
板の一方の主表面に形成される圧電薄膜共振子の下部電
極を耐アルカリ性を有する金属にて形成し、支持基板の
他方の主表面から、上記下部電極にてエツチングか停止
されるまでアルカリ性のエツチング液で上記支持基板を
その他方の主表面から上記下部電極に向がってエツチン
グすることを特徴としている。すなわち、本発明は、酸
化亜鉛の焼結体からなる支持基板をアルカリ性のエツチ
ング液でエツチングするに際し、耐アルカリ性を有する
圧電薄膜共振子の下部電極がエツチングの停止層として
機能するようにしたものである。

（発明の効果） 本発明によれば、圧電薄膜共振子の下部電極にて支持基
板のエツチングが停止されるので、下部電極の厚みがエ
ツチングにより不均一となることがなく、高い尖鋭度を
有する圧電薄膜共振子を製造することができる。また、
本発明によれば、酸化亜鉛の支持基板を使用するので、
シリコンの単結晶支持基板を使用するものよりも安価な
圧電薄膜共振子を得ることができ、しかも、圧電薄膜と
支持基板とが同一の材料により形成されるので、両者の
熱膨張係数が等しく、温度特性の安定した圧電薄膜共振
子を得ることができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

先ず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にＭ　ｎ　ＣＯ！ｌとＶ　２
０５を添加し、マンガン（Ｍ　ｎ）およびバナジウム（
Ｖ）が夫々５原子％および０．１原子％含存されるよう
に調合して、湿式混合する。これを仮焼し、湿式ミルで
粉砕後、平板状に加圧成形して約１２００℃で２時間焼
結する。これにより得られた厚さ１０ｍｍ、　５０　Ｘ
　５０＋ｎ＋ｎの焼結体（図示せず。）を０゜５ｍｍの
厚さにスライスカッットし、＃８０００番のＳｉＣで鏡
面研磨し、第１図（ａ）に示すような厚さ０．３＋ｎ＋
ｎの平板状の支持基板ＩＩを作成する。

上記のように、酸化亜鉛にマンガンを添加するのは、支
持基板１１の絶縁抵抗を高めるためで、支持基板１１は
ＩＱＩＯオーム以上の絶縁抵抗を有する。また、酸化亜
鉛にバナジウムを添加するのは、酸化亜鉛の焼結性を高
め、密度の高い焼結体を得るためである。

次に、支持基板ｔｉの一方の主表面１１ａに、第１図（
ｂ）に示すように、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎ　ｉ）お
よびクロム（Ｃｒ）からなる恒弾性鋼組成の下部電極１
２をスパッタリング法により形成する。このスパッタリ
ングは、支持基板１１が酸化物であり、形成される下部
電極１２が酸化されやすいので、Ａｒ：Ｈｔ＝　８０　
：２０の混合ガス中で行なうことが好ましい。なお、こ
の下部電極１２は、後述するように、支持基板！■のエ
ツチングの停止層として機能するとともに、圧電薄膜共
振子の一つの電極としても機能する。

一方、支持基板ＩＩの他方の主表面１１ｂの全面に、金
属層１３を形成する。この金属層Ｉ３は、支持基板１１
をその他方の主表面１１ｂ側からエッヂングする際に側
面エツチングを抑えるために形成されるもので、耐アル
カリ性を有するニッケルらしくは鉄・ニッケル合金によ
り形成される。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように、上記下部電極Ｉ２
を覆って支持基板１１の一方の主表面ｌｌａ上に、ニッ
ケルを２原子％含有する亜鉛をリアクティブスパッタに
より酸化させ、Ｃ軸配向性酸化亜鉛結晶からなる圧電薄
膜１４を形成する。この圧電薄膜１４の厚みｔは、目的
とする共振周波数をｆ（Ｈｚ）とし、複合振動膜固有の
周波数定数をＮ（Ｈｚ、ｍｍ）とすれば、ｔ＝Ｎ／ｆに
より決定される。

上記圧電薄膜１４の上には、第１図（ｄ）に示すように
、下部電極１２と同じ恒弾性鋼組成を有する上部電極Ｉ
５をスパッタリング法により形成する。

その後、酸化亜鉛からなる圧電薄膜１４が吸湿して特性
が劣化するのを防止するため、第１図（ｅ）に示すよう
に、上記圧電薄膜１４および上部電極１５の上に、耐酸
性および耐アルカリ性の材料からなる保護膜１６を形成
する。この保護膜１６は、圧電薄膜Ｉ４の厚み振動が阻
害されないようにするため、質量が小さく、かつ、厚み
が薄い、たとえばパラキシリレン蒸着膜であることが好
ましい。

上記保護膜１６の膜厚は０５μｍないし１０μｍとする
。

一方、支持基板１１の他方の主表面１１ｂの全面に形成
した金属層１３の上には、第１図（ｆ）に示すように、
ホトレジストによりマスクＩ７を形成し、金属層１３の
うち上部電極１５に対向する領域よりもやや大きな領域
１３ａを、酸化第二鉄（ボーメＢｅ’４５°）、塩酸ｌ
Ｏ％の５０°Ｃの溶液によりエツチングして除去する。

その後、上記金属層■３の除去された領域１３ａより、
第１図（ｇ）に示すように、支持基板２を３０％の苛性
ソーダ（ＮａＯＨ）によりエツチングする。このエツチ
ングは支持基板１１の一方の主面１１ａに形成された耐
アルカリ土類金属からなる下部電極１２に達すると停止
する。□これにより、支持基板１１には、下部電極１２
と上部電極１５との間に挾まれた圧電薄膜１４の厚み振
動を許容する凹部１８が形成される。

上記のように、エツチングにより、支持基板ｌｌに凹部
１８を形成した後、酸化亜鉛からなる支持基板ＩＩが湿
気を吸収するのを防止するため、第１図（ｈ）に示すよ
うに、上記四部１８の内壁面から金属層１３にかけて、
保護膜２０を形成する。

この保護膜２０は保護膜１６と同様のバラキシリレン蒸
着膜を使用することができる。

以上の工程により、第２図に平面図を示すような圧電薄
膜共振子夏９を得ることができる。この圧電薄膜共振子
１９は、圧電薄膜１４の下部電極１２と上部電極１５に
挟まれた領域２１の下に支持基板２の凹部１８が形成さ
れているので、圧電薄膜１４の上記部分２１は厚み振動
することができる。上記下部電極！２および上部電極！
５は、夫々引き出し電極１２ａおよび１５ａにより支持
基板１１の周縁部に引き出される。

以上、第１図（ａ）ないし第１図（ｈ）の工程により圧
電薄膜共振子１９を製造すれば、圧電薄膜共振子１９の
下部電極１２か耐アルカリ土類金属で形成されているの
で、この下部電極Ｉ２が苛性ソーダ（アルカリ）による
支持基板１１のエツチングの停止層として機能する。こ
れにより、下部電極１２の厚みが均一な状態で上記エツ
チングが停止され、圧電薄膜１４にて発生した厚み振動
の下部電極１２における反射特性が均一化され、圧電薄
膜共振子１９の尖鋭度Ｑを高めることができる。

なお、上記実施例において、第１図（ｅ）において支持
基板１１の他方の主表面１１ｂに形成される金属層１３
は必須のものではなく、支持基板ｌｌの上記他方の主表
面１１ｂに直接、マスクＩ７を形成して支持基板ＩＩを
エツチングすることかできる。しかし、このようにする
と、第３図に示すように、支持基板１１とマスク１７と
の境界に沿って支持基板１１がエツチングされる度合が
大きくなり、支持基板１１に形成されろ凹部１８の側壁
がシャープに形成されない。これに対し、支持基板１１
の他方の主表面１１ｂに金属層１３を形成しておけば、
第４図に示すように、上記凹部１８の側壁がシャープに
形成される。第３図および第４図の丸印は、エツチング
により発生する気泡を示す。

また、上記実施例において、第１図（ｂ）に示すように
、支持基板１１の一方の主表面１１ａおよび他方の主表
面１１ｂに夫々下部電極Ｉ２および金属層１３を形成し
、第１図（ｇ）において説明したのと同様の手法で支持
基板！■をエツチングして凹部１８を形成した後、支持
基板１１の一方の主表面１１ａ側に圧電薄膜１４、上部
電極１５および保護膜１６等を形成するようにしてらよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（ｂ）、第１図（ｃ）、第１図（
ｄ）、第１図（ｅ）、第１図（ｒ）、第１図（ｇ）およ
び第１図（ｈ）は夫々本発明に係る圧電薄膜共振子の製
造工程の説明図、 第２図は本発明方法により製造された圧電薄膜共振子の
電極構造を示す平面図、 第３図および第４図は支持基板の他方の主表面に金属層
が形成されていない場合と金属層が形成されている場合
の支持基板のエツチング状態の説明図、 第５図は従来方法により製造された圧電薄膜共振子の斜
視図、 第６図は第５図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 １１・・・支持基板、　　ｌｌａ、ｌｌｂ・・・主表面
、１２・・・下部電極、　　１３・・・金属層、１４・
・・圧電薄膜、　　Ｉ５・・・上部電極、１６・・・保
護膜、　　１７・・・マスク、１８・・・凹部、　　２
０・・・保護膜。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代　理　人　弁理士　青　山　葆　ほか２名第３図　　
　　　　　　　第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛の焼結体からなる支持基板を用意し、そ
   の一方の主表面の一部に耐アルカリ性を有する金属から
   なる下部電極を形成する工程と、この下部電極を覆って
   支持基板の一方の主表面に酸化亜鉛の圧電薄膜を形成す
   る工程と、 この圧電薄膜の上に上部電極を形成する工程と、上記圧
   電薄膜および上部電極を覆って耐酸性および耐アルカリ
   性を有する保護膜を形成する工程と、 上記支持基板の他方の主表面をマスクし、上記下部電極
   にてエッチングが停止するまでアルカリ性のエッチング
   液で上記支持基板をその他方の主表面から上記下部電極
   に向かってエッチングする工程と、 からなることを特徴とする圧電薄膜共振子の製造方法。