專利名稱：薄膜壓電元件和薄膜壓電元件的制造方法以及電路元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了彈性波的諧振器、濾波器等薄膜壓電元件。此外涉及所述實(shí)施薄膜壓電元件的制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜壓電元件是利用壓電體進(jìn)行電信號(hào)和彈性波的變換作用的原理，作為諧振器或?yàn)V波器來工作的。
圖34、圖35、圖36和圖37是示出例如在日本國(guó)公開專利公報(bào)“特開昭61-269410”(以下記為文獻(xiàn)1)中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。
圖34是示出現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖35是圖34中的A-A間的剖面圖。
圖中，1是玻璃基板，2是由氧化鋅(ZnO)構(gòu)成的壓電薄膜，3是輸入側(cè)簾狀電極，4是輸出側(cè)簾狀電極，5是電極指，6是由鋁(Al)等構(gòu)成的對(duì)置電極。
圖36和圖37是示出圖34和圖35中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的特性的圖，圖36是音速Vs與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖，圖37是電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖。
圖38、圖39和圖40是示出在日本國(guó)公開專利公報(bào)“特開昭63-18708”(以下記為文獻(xiàn)2)中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。
圖38是與圖35同樣的剖面圖。
圖39是示出圖38中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的音速Vs與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖，圖40是電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖。
圖41和圖42是示出日本國(guó)公開專利公報(bào)“特開平2-189011”(以下記為文獻(xiàn)3)中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。
圖中，5是電極指，7是作為基板的壓電體。
下面，利用圖34～42說明其工作。
在圖34和圖35中，在玻璃基板1上形成電極指5，再在其上形成由氧化鋅(ZnO)構(gòu)成的壓電薄膜2。施加在輸入側(cè)簾狀電極3上的電信號(hào)在相交的電極指5的部分處產(chǎn)生電場(chǎng)。通過上述電場(chǎng)使上述壓電薄膜2伸縮，激勵(lì)起彈性波。由上述輸入側(cè)簾狀電極3激勵(lì)起的彈性波平行于表面?zhèn)魉?，伴隨電場(chǎng)和彈性振動(dòng)而到達(dá)輸出側(cè)簾狀電極4。在上述輸出側(cè)簾狀電極4中，電極指5再接收上述彈性波產(chǎn)生的電場(chǎng)，還原成電信號(hào)。由于電信號(hào)與彈性波的變換的可逆性成立，故可認(rèn)為將上述彈性波產(chǎn)生的電場(chǎng)還原成電信號(hào)的過程與輸入側(cè)簾狀電極3的情況相同。
在圖35中示出的那種壓電薄膜2中傳送的彈性波中存在幾種模式。例如，存在能量集中于表面并在平行于表面的方向上傳送的表面彈性波、在平行于表面的方向上傳送的體波及在厚度方向上傳送的體波等多個(gè)模式。哪個(gè)模式的彈性波以怎樣的強(qiáng)度被激勵(lì)這一點(diǎn)，由所使用的材料及材料的組合、各材料的厚度等的物理尺寸及激勵(lì)彈性波的電極的結(jié)構(gòu)等來決定。在圖35中示出的薄膜壓電元件中，使用了表面彈性波。圖34和圖35中示出的那種電極指5的結(jié)構(gòu)被廣泛地使用于表面彈性波的激勵(lì)。
從施加在上述輸入側(cè)簾狀電極3上的電信號(hào)變換成上述表面彈性波的效率是與這樣的薄膜壓電元件的性能有很大關(guān)系的量，表示該變換效率的性能指數(shù)之一有電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2。具有下述特征電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2越大，例如可實(shí)現(xiàn)損耗更低的濾波器，或可實(shí)現(xiàn)頻帶更寬的濾波器。該電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2由所使用的材料及材料的組合、各材料的厚度等的物理尺寸及激勵(lì)彈性波的電極的結(jié)構(gòu)等來決定。
文獻(xiàn)1中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件使用了密度ρ=5.7±0.3、拉曼常數(shù)μ=(0.48±0.02)×1011N/m2、泊松比σ=0.25的PbO-B2O3系列的玻璃作為玻璃基板，使用了鋁作為電極指5，使用了氧化鋅(ZnO)作為壓電薄膜2。再者，電極指5的厚度是0.1μm，壓電薄膜2的厚度是0.3μm～25.5μm，對(duì)置電極6的厚度是0.1μm。在文獻(xiàn)1中敘述了以這種方式構(gòu)成的薄膜壓電元件的特性，如圖36和圖37所示。
圖36是示出音速Vs與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖，圖37是電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2與歸一化膜厚kh的關(guān)系的圖。
在此，h是壓電薄膜2的厚度，k是在平行于表面的方向上傳送的表面彈性波的波數(shù)。歸一化膜厚kh是波數(shù)K和厚度h的積。如將彈性波的波長(zhǎng)設(shè)為λ，頻率設(shè)為f，則因?yàn)椴〝?shù)k是(2π/λ)或(2πf/Vs)，故在固定于某個(gè)恒定的頻率f的情況下，波數(shù)k是恒定值，可考慮將橫軸的歸一化膜厚kh轉(zhuǎn)換為厚度h。即，圖36示出了對(duì)于某個(gè)恒定的頻率f的情況下的壓電薄膜2的厚度h與音速Vs的關(guān)系，示出了即使上述厚度h變化，音速Vs也保持于大致恒定值的情況。此外，圖37對(duì)于某個(gè)恒定的頻率f的情況下的壓電薄膜2的厚度h與電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2的關(guān)系，示出了在kh在3至4的范圍內(nèi)電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2大致為最大，并且為恒定值的情況。
因而，如上所述，通過選擇玻璃基板1等的材料，即使上述壓電薄膜2的厚度有偏差，也可將上述薄膜壓電元件的音速Vs及電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2大致保持為恒定值。音速Vs與上述薄膜壓電元件的中心頻率有關(guān)，電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2與上述薄膜壓電元件的插入損耗有很大關(guān)系。因而，圖36、圖37示出了在歸一化膜厚kh為3至4的范圍內(nèi)的頻率f和上述壓電薄膜2的厚度h的范圍內(nèi)，上述薄膜壓電元件的中心頻率及插入損耗大致為恒定值。
圖38是示出文獻(xiàn)2中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。與圖35的情況相同，是剖面圖。
圖中，1是玻璃等的基板，2是由氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)構(gòu)成的壓電薄膜，5是構(gòu)成簾狀電極的電極指。
圖38中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件也與圖34、圖35的情況相同，使用了表面彈性波。在玻璃基板1上構(gòu)成電極指5并在其上形成壓電薄膜2的結(jié)構(gòu)也與圖35中示出的結(jié)構(gòu)類似。但是，在本例中，不在壓電薄膜2上形成對(duì)置電極6。通過相交的電極指5產(chǎn)生的電場(chǎng)激勵(lì)起表面彈性波的情況也與圖34、圖35中示出的情況相同，但由于上述壓電薄膜2表面上沒有金屬，故示出與圖34、圖35中示出的情況不同的特性。
圖39是示出歸一化膜厚kh與音速Vs的關(guān)系的圖，圖40是歸一化膜厚kh與電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2的關(guān)系的圖。
盡管結(jié)構(gòu)及材料與圖34、圖35中示出的情況類似，但之所以示出與圖36、圖37不同的特性，這是因?yàn)樵谏鲜鰤弘姳∧?的表面上沒有金屬。圖39中示出的情況與圖36中示出的情況不同，如果歸一化膜厚kh變化，則音速Vs變化。另一方面，電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2在歸一化膜厚kh大于2的區(qū)域內(nèi)成為大于2的值。因此，在歸一化膜厚kh大于2的區(qū)域內(nèi)改變壓電薄膜2的厚度h的情況下，音速Vs變化，但電氣機(jī)械耦合系數(shù)K2沒有大的變化。即，通過直接使薄膜壓電元件壓電薄膜2的厚度h變化來調(diào)整薄膜壓電元件的中心頻率。在文獻(xiàn)2中，作為上述壓電薄膜2的厚度h的調(diào)整手段，例如示出了用刻蝕來減薄的方法和用濺射來加厚的方法。如果是圖38中示出的結(jié)構(gòu)，則即使用刻蝕或?yàn)R射使上述壓電薄膜2的厚度變化，對(duì)電極指5也沒有影響。
圖41和圖42是示出文獻(xiàn)3中示出的現(xiàn)有的這種壓電元件的圖。
在這種情況下，不使用壓電薄膜2，而使用壓電體7。5是電極指。
圖41中示出的現(xiàn)有的這種壓電元件是通過電極指5來激勵(lì)起表面彈性波而使用的表面彈性波元件。已知上述電極指5中傳送的表面彈性波，通過由于電極指5的電邊界條件而產(chǎn)生的效應(yīng)和由于電極指5的質(zhì)量負(fù)載而產(chǎn)生的效應(yīng)，成為與沒有上述電極指5的區(qū)域中的音速不同的音速。圖41中示出的表面彈性波元件，通過用電極材料的刻蝕使電極指5的厚度變化，利用上述質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)使音速變化，進(jìn)行上述表面彈性波元件的中心頻率的調(diào)整。關(guān)于因電極指5的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)引起的頻率的變化，在文獻(xiàn)“電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)論文雜志A,Vol.J74-A,No.9,pp.1359-1365,1991年9月”(以下記為文獻(xiàn)4)中作了詳細(xì)的敘述。
在圖42中示出的現(xiàn)有的這種壓電元件中，通過刻蝕壓電體7的沒有電極指5的區(qū)域?qū)⑵湎魅?，來進(jìn)行中心頻率的調(diào)整。在圖42中示出的那種削去了壓電體7的表面的結(jié)構(gòu)中，已知在上述壓電體7的表面的臺(tái)階部分處，在上述壓電體7的表面上傳送的表面彈性波產(chǎn)生因能量存儲(chǔ)效應(yīng)而引起的延遲。因此，利用上述臺(tái)階的大小，可等效地調(diào)整彈性表面波元件的中心頻率。關(guān)于這樣的對(duì)壓電體7的表面進(jìn)行刻蝕來進(jìn)行中心頻率的調(diào)整，在文獻(xiàn)“IEEE Transactions on Sonics andUltrasonics,Vol.SU-29,No.6,pp.299-310.November 1982”(以下記為文獻(xiàn)5)中作了詳細(xì)的敘述。
在此，使用圖43、圖44，關(guān)于對(duì)壓電薄膜2及金屬電極進(jìn)行成膜的情況進(jìn)行說明。
在對(duì)壓電薄膜2及金屬電極進(jìn)行成膜的情況下，在通常的工序中使用蒸鍍或?yàn)R射。在這些成膜方法中，由于從蒸鍍或?yàn)R射的靶8來看，在位于晶片的中心附近處成膜較厚，在位于晶片的周邊部處成膜較薄，故例如如圖43所示，在以1對(duì)1的方式在真空容器10中配置上述靶和被成膜的晶片9的情況下，如圖44所示，在上述晶片9的中心附近以hc所示的厚度成膜較厚，在位于晶片的周邊附近以he所示的厚度成膜較薄。因此，在這種薄膜壓電元件中，必須有對(duì)于晶片內(nèi)的上述壓電薄膜或金屬電極的膜厚的偏差的頻率調(diào)整手段。
發(fā)明的公開如上所述，在現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件中，將玻璃基板1、壓電薄膜2、電極指5的各材料的種類和各材料的組合以及上述玻璃基板1、上述壓電薄膜2、上述電極指5的各厚度限定于適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。通過這樣來進(jìn)行限定，通過上述壓電薄膜2的厚度的變化在規(guī)定的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)成上述薄膜壓電元件的特性沒有大的變化，來對(duì)應(yīng)制造時(shí)的上述壓電薄膜2的厚度的偏差。但是，由于只適用于被限定的玻璃基板1、壓電薄膜2、電極指5的各材料的種類和各材料的組合以及上述玻璃基板1、上述壓電薄膜2、上述電極指5的各厚度的情況，故對(duì)于能適用的薄膜壓電元件存在限制，存在不能適用于多種多樣的薄膜壓電元件的問題。
此外，在現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件和壓電元件中，通過使壓電薄膜2的厚度、電極指5的厚度、壓電體7的部分的厚度變化，來調(diào)整上述薄膜壓電元件和上述壓電元件的中心頻率。通常，在由一片玻璃基板2或壓電體7構(gòu)成的晶片上排列多個(gè)這種薄膜壓電元件和壓電元件，通過一次工藝制成多個(gè)元件。因此，在使壓電薄膜2的厚度、電極指5的厚度、壓電體7的部分的厚度變化的情況下，或是以晶片為單位進(jìn)行厚度的調(diào)整，或是在分離成各個(gè)元件之后對(duì)每個(gè)元件進(jìn)行厚度的調(diào)整。由于在對(duì)每個(gè)元件進(jìn)行厚度的調(diào)整的情況下，各個(gè)元件的調(diào)整費(fèi)用直接加到元件的價(jià)格上，故以現(xiàn)在的這種薄膜壓電元件或壓電元件的價(jià)格來看，不是現(xiàn)實(shí)的方法。此外，以晶片為單位進(jìn)行厚度的調(diào)整的做法，不適用于在晶片內(nèi)產(chǎn)生厚度的偏差的情況。
即，在使用蒸鍍或?yàn)R射進(jìn)行壓電薄膜或金屬電極的成膜的情況下，如上述的圖44中所示，在上述晶片9的中心附近處成膜較厚，在周邊附近成膜較薄。因此，在這種薄膜壓電元件中，對(duì)于晶片內(nèi)的上述壓電薄膜或金屬電極的膜厚的偏差的頻率調(diào)整手段是不可缺少的，但在現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件中，存在不能進(jìn)行調(diào)整的問題。
本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，其目的在于提供不增大制造成本就能對(duì)晶片內(nèi)的偏差進(jìn)行調(diào)整的薄膜壓電元件以及薄膜壓電元件的制造方法。
與本發(fā)明有關(guān)的薄膜壓電元件用由半導(dǎo)體基板構(gòu)成的晶片、在上述半導(dǎo)體基板上形成的基底電極、在上述基底電極上形成的壓電薄膜和在上述壓電薄膜上形成的上部電極來構(gòu)成，上述薄膜壓電元件的特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述薄膜壓電元件的圖形形狀。
上述薄膜壓電元件的特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的長(zhǎng)度。
上述薄膜壓電元件的特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的寬度。
上述薄膜壓電元件的特征在于具有多個(gè)上述上部電極，根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極間的距離。
上述薄膜壓電元件還備有與上述上部電極連接的焊接區(qū)(bondingpad)部分，上述薄膜壓電元件的特征在于根據(jù)晶片上的位置來改變上述焊接區(qū)部分的形狀。
上述薄膜壓電元件還備有與上述上部電極連接和上述焊接區(qū)部分連接的引出電極，上述薄膜壓電元件的特征在于根據(jù)晶片上的位置來改變上述引出電極的形狀。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了空氣橋作為上述引出電極。
上述薄膜壓電元件的特征在于在與上述薄膜壓電元件相同的上述半導(dǎo)體基板上備有電容器，根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述電容器的電容。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了砷化鎵(GaAs)作為上述半導(dǎo)體基板，使用了鈦酸鉛(PbTiO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了硅(Si)作為上述半導(dǎo)體基板，使用了鈦酸鉛(PbTiO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了氧化鋅(ZnO)作為上述壓電薄膜。
上述薄膜壓電元件的特征在于使用了氮化鋁(AlN)作為上述壓電薄膜。
其特征在于在上述半導(dǎo)體基板與上述基底電極之間備有電介質(zhì)。
與本發(fā)明有關(guān)的電路元件包括基板和在上述基板上形成的多個(gè)元件，其特征在于根據(jù)上述基板上的位置來改變?cè)谏鲜龌灞砻嫔闲纬傻脑膱D形形狀。
與本發(fā)明有關(guān)的薄膜壓電元件的制造方法的特征在于，備有以下的工序(a)在由半導(dǎo)體基板構(gòu)成的晶片上形成基底電極的工序；(b)在上述基底電極上形成壓電薄膜的工序；(c)在上述壓電薄膜上形成上部電極的工序；以及(d)根據(jù)上述晶片上的位置來改變?cè)谏鲜鰤弘姳∧ど闲纬傻纳鲜錾喜侩姌O的圖形形狀的工序。
改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的長(zhǎng)度的工序。
改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的寬度的工序。
形成上述上部電極的工序中形成多個(gè)上述上部電極，改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極間的距離的工序。
形成上述上部電極的工序中還連接并形成上述上部電極和焊接區(qū)部分，改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述焊接區(qū)部分的形狀的工序。
形成上述上部電極的工序還具有用引出電極來連接上述上部電極和焊接區(qū)部分的工序，改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述引出電極的形狀的工序。
改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有用空氣橋形成上述引出電極的工序。
上述薄膜壓電元件的制造方法具有在與上述薄膜壓電元件相同的上述半導(dǎo)體基板上設(shè)置電容器的工序，改變上述圖形形狀的工序的特征在于備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述電容器的電容的工序。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的薄膜壓電元件的圖。
圖2是圖1中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖3是圖2中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖4是示出圖2中示出的薄膜壓電元件的等效電路的圖。
圖5是圖2中示出的薄膜壓電元件的上部電極附近的剖面圖。
圖6是示出改變了諧振頻率時(shí)的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的薄膜壓電元件的圖。
圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的薄膜壓電元件的圖。
圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)4的薄膜壓電元件的圖。
圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)4的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)5的薄膜壓電元件的圖。
圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)5的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)6的薄膜壓電元件的圖。
圖16是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)6的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖17是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)7的薄膜壓電元件的圖。
圖18是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)7的薄膜壓電元件的通過特性計(jì)算結(jié)果例的圖。
圖19是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)8的薄膜壓電元件的圖。
圖20是圖19中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖21是圖20中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖22是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)9的薄膜壓電元件的圖。
圖23是圖22中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖24是圖23中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖25是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)10的薄膜壓電元件的圖。
圖26是圖25中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖27是圖26中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖28是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11的薄膜壓電元件的圖。
圖29是圖28中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖30是圖29中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖31是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)12的薄膜壓電元件的圖。
圖32是圖31中示出的薄膜壓電元件的放大圖。
圖33是圖32中示出的薄膜壓電元件的剖面圖。
圖34是示出現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。
圖35是圖34中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的剖面的圖。
圖36是示出圖34、圖35中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的歸一化膜厚與音速的關(guān)系的圖。
圖37是示出圖34、圖35中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的歸一化膜厚與電氣機(jī)械耦合系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖38是示出現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的圖。
圖39是示出圖38中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的歸一化膜厚與音速的關(guān)系的圖。
圖40是示出圖38中示出的現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的歸一化膜厚與電氣機(jī)械耦合系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖41是示出現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的頻率調(diào)整法的圖。
圖42是示出現(xiàn)有的這種薄膜壓電元件的頻率調(diào)整法的圖。
圖43是示出壓電薄膜成膜裝置中的靶與晶片的配置例的圖。
圖44是示出晶片上的壓電薄膜的厚度的分布例的圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)實(shí)施形態(tài)1圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的薄膜壓電元件的圖。
圖2是圖1中示出的薄膜壓電元件的放大圖，圖3是圖2的B-B剖面圖。
圖中，11是由砷化鎵(GaAs)等半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是在晶片上形成的薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面(orientation flat),14是砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極同電位的焊接區(qū)，17是使用了鈦酸鉛(PbTiO3)的壓電薄膜，18a、18b是上部電極，19a、19b是引出電極，20a、20b是分別與上部電極18a、18b連接的焊接區(qū)，21是通孔(via hole)。
圖2中示出的薄膜壓電元件12是由一個(gè)輸入側(cè)上部電極18a和一個(gè)輸入側(cè)上部電極18b構(gòu)成的濾波器。該濾波器與表面彈性波濾波器不同，使用了體(bulk)波。即，利用厚度方向的諧振與輸入側(cè)上部電極18a和輸出側(cè)上部電極18b間的諧振，實(shí)現(xiàn)了比上述彈性表面波濾波器電極數(shù)少的濾波器。在此，上部電極18a、18b的長(zhǎng)度是Le，寬度是We，輸入側(cè)上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b的間隔是Lg，再者，引出電極19a、19b的長(zhǎng)度是La，寬度是Wa。如圖3所示，在此，使用了空氣橋作為引出電極19a、19b。這些各部分的圖形尺寸Le、We、Lg、La、Wa，與壓電薄膜17的厚度h一起，決定上述薄膜壓電元件12的通過特性。
通常，在制造這種薄膜壓電元件12的情況下，如圖1所示，在一片晶片11上排列多個(gè)薄膜壓電元件12a～12c。實(shí)際上排列了100個(gè)以上的薄膜壓電元件，但圖1中為了使說明簡(jiǎn)單起見作了簡(jiǎn)化。由于在一片晶片11上排列多個(gè)薄膜壓電元件12a～12c，故通過處理一片晶片11，一次就可制造多個(gè)上述薄膜壓電元件12。處理一片晶片11的成本與薄膜壓電元件12的數(shù)目無關(guān)，由晶片中投入的工藝的工序數(shù)目來決定。由此可知，從一片晶片能得到的上述薄膜壓電元件12的數(shù)目越多，對(duì)于一個(gè)上述薄膜壓電元件12的制造成本就越低。再者，為了降低制造成本，也有使一次處理的晶片數(shù)目在一片以上的情況。
在這種薄膜壓電元件中，在基底電極15、壓電薄膜17、上部電極18a、18b的成膜中，大多使用蒸鍍或?yàn)R射。此時(shí)，在上述晶片11的面內(nèi)成膜的基底電極15、壓電薄膜17、上部電極18a、18b等的厚度中有微小的分布。在此，所謂分布，指的是有規(guī)律的變化。例如，如果對(duì)一片晶片濺射上述壓電薄膜17，則如圖44所示，在晶片的中央部處厚度較厚，在晶片的端部處厚度較薄。此時(shí)的厚度分布，也根據(jù)濺射時(shí)的晶片的狀態(tài)而變化。例如，在使晶片在濺射裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，也有在晶片的中央部以帶狀形成厚度分布的情況。上述壓電薄膜17的厚度變化變成構(gòu)成薄膜壓電元件12時(shí)的頻率的變化。
因此，如果在一片晶片11中用相同的各部分圖形尺寸Le、We、Lg、La、Wa進(jìn)行排列，則例如在晶片11中央部處上述壓電薄膜17厚的情況下，在晶片11中央部處上述薄膜壓電元件12a的頻率變低，在晶片11的端部處上述壓電薄膜17與晶片中央部相比變得較薄，上述薄膜壓電元件12b的頻率變高。因此，在與本發(fā)明有關(guān)的薄膜壓電元件中，通過在晶片11的中央部的薄膜壓電元件12a和晶片11的端部12b中改變各部分的圖形尺寸Le、We、Lg、La、Wa中的至少一個(gè)以上，來調(diào)整晶片的中央部和晶片端部的薄膜壓電元件的頻率。再有，在圖1中，在垂直于定位面13的方向的晶片11端部的薄膜壓電元件12c中，也與平行于定位面13的方向的薄膜壓電元件12b一起改變各部分的圖形尺寸Le、We、Lg、La、Wa中的至少一個(gè)以上。在以下的實(shí)施形態(tài)中說明具體的改變方法。
在此，說明在以下的實(shí)施形態(tài)中使用的等效電路。
圖4～圖6是用于說明通過特性的計(jì)算的圖。
圖4中示出圖2中已示出的薄膜壓電元件12的等效電路。
圖5是圖2中已示出的薄膜壓電元件12的輸入側(cè)上部電極18a、輸出側(cè)上部電極18b附近的剖面圖。
在圖4中，用虛線包圍的范圍是體超聲波濾波器的等效電路24，從輸入側(cè)上部電極18a起與相當(dāng)于輸出側(cè)上部電極18b的部分連接。體超聲波濾波器的等效電路24相當(dāng)于從圖5中示出的輸入側(cè)上部電極18a到輸出側(cè)上部電極18b的信號(hào)的路徑。在改變上述各部分的圖形尺寸Le、We、Lg、La、Wa的情況下，改變?cè)擉w超聲波濾波器的等效電路24的元件值。上述體超聲波濾波器的等效電路24的上側(cè)的電容器CS1、CS2、Ci0、電感LS1、電阻RS1表示薄膜壓電元件12的引出電極19a、19b及焊接區(qū)20a、20b等的寄生成分。上述電容器CS1代表并表示上述焊接區(qū)20a、20b的靜電電容和上述引出電極19a、19b的電容性電抗成分。上述電容器CS2代表并表示上述上部電極18a、18b除上述壓電薄膜17以外具有的的靜電電容和上述引出電極19a、19b的電容性電抗成分。上述電容器Ci0表示輸入側(cè)上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b之間的靜電電容。上述電感LS1代表并表示上述引出電極19a、19b的感應(yīng)性電抗成分。上述電阻RS1代表并表示上部電極18a、18b、上述引出電極19a、19b及上述焊接區(qū)20a、20b導(dǎo)體電阻等電阻成分。再有，關(guān)于上述體超聲波濾波器的等效電路24，在文獻(xiàn)“電子通信學(xué)會(huì)論文雜志，‘76/11,Vol.J59-A,No.11,pp.985-992,1975”(以下記為文獻(xiàn)6)、文獻(xiàn)“電子通信學(xué)會(huì)論文雜志，‘79/1,Vol.J62-A,No.1,pp.8-15,1979”(以下記為文獻(xiàn)7)和文獻(xiàn)“電子通信學(xué)會(huì)論文雜志，‘80/6,Vol.J63-A,No.6,pp.327-334,1980”(以下記為文獻(xiàn)8)作了詳細(xì)的敘述。
圖6是使用圖4中示出的等效電路計(jì)算的薄膜壓電元件12的通過特性。
圖中，虛線是諧振頻率f0為2.5GHz的情況下的通過特性，2點(diǎn)點(diǎn)劃線是諧振頻率f0為2.52GHz的情況下的通過特性，1點(diǎn)點(diǎn)劃線是諧振頻率f0為2.54GHz的情況下的通過特性，虛線是諧振頻率f0為2.56GHz的情況下的通過特性，實(shí)線是諧振頻率f0為2.58GHz的情況下的通過特性。在此，上述壓電薄膜17的密度是7700kg/m3，相對(duì)介電常數(shù)是200，決定電阻rs的串聯(lián)諧振的Q是500，決定電導(dǎo)gs的并聯(lián)諧振的Q是500，歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)是10，歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，歸一化電極寬度(We/h)是111，厚度h約為0.9μm,CS1為0.8pF,CS2為0.2pF,Ci0為0.02pF,LS1為8nH,RS1為6Ω。此外，電極部的等效壓電常數(shù)為4.0C/m，平行于上述電極部的表面而傳送的彈性波的傳送損耗為3dB/100μm，歸一化截止頻率(fm/f0)為0.734，決定分散特性的傾斜的常數(shù)為-14.9754，無電極部的等效壓電常數(shù)為0.2C/m，平行于上述電極部的表面而傳送的彈性波的傳送損耗為3dB/100μm，歸一化截止頻率(fn/f0)為0.802，決定分散特性的傾斜的常數(shù)為-17.5854。上述數(shù)值是使用鈦酸鉛(PbTiO3)作為壓電薄膜17、使用鉑(Pt)作為基底電極15和上部電極18a、18b的情況下的數(shù)值。再有，上述諧振頻率f0表示上述壓電薄膜17的兩面為自由表面的情況下的厚度縱振動(dòng)的諧振頻率，如果將厚度縱振動(dòng)的音速設(shè)為Vs，則用下式來表示。
f0=Vs/(2h)即，如果晶片11上的上述壓電薄膜17的材料是均勻的，上述厚度縱振動(dòng)的音速Vs是恒定的，則上述厚度縱振動(dòng)的諧振頻率f0與上述晶片上的上述壓電薄膜17的厚度h成反比例地變化。因而，如圖6所示，在上述諧振頻率f0從2.5GHz至2.58GHz變化時(shí)，上述壓電薄膜17的厚度h中，對(duì)應(yīng)于上述諧振頻率f0=2.5GHz的較厚的厚度為hc，對(duì)應(yīng)于上述諧振頻率f0=2.58GHz的較薄的厚度為he，兩者的比例為2.5/2.58=0.969。
從圖6可知，如果上述諧振頻率f0變化，則大致對(duì)應(yīng)于上述諧振頻率f0的變化，上述薄膜壓電元件12的通過特性在頻率軸上變化。即，上述壓電薄膜17的厚度h的變化直接地成為上述薄膜壓電元件12的通過區(qū)域的頻率偏移。
在以下的實(shí)施形態(tài)中，以此為前提，使用圖4中示出的等效電路。
實(shí)施形態(tài)2圖7是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，18a是輸入側(cè)上部電極，18b是輸出側(cè)上部電極。
在圖7中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b、12c中，改變輸入側(cè)上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b之間的距離、即上部電極間的距離Lg。
圖8中示出改變了上部電極間的距離Lg的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
如以上所述，在該通過特性的計(jì)算中，與圖6中示出的情況相同，使用了圖4的等效電路。在此，使歸一化電極間距離(Lg/h)從0.4到0.7變化進(jìn)行計(jì)算。此外，歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)是10，歸一化電極寬度(We/h)是111，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
從圖8可知，如果歸一化電極間距離(Lg/h)變大，則通過區(qū)域向高頻一側(cè)移動(dòng)。如果歸一化電極間距離(Lg/h)大0.05，則通過區(qū)域向高頻一側(cè)移動(dòng)2MHz。但是，如果歸一化電極間距離(Lg/h)變小，則頻帶區(qū)域內(nèi)的損耗變動(dòng)變大，實(shí)際上在通過區(qū)域的調(diào)整中能使用的上述歸一化電極間距離(Lg/h)的范圍中存在限制。該限制與所使用的壓電薄膜17的種類、上述壓電薄膜17的厚度h、電極的種類、厚度、尺寸以及圖4中示出的成為寄生成分的電路要素的元件值等有關(guān)。即，在圖8中示出的計(jì)算例中，示出了歸一化電極間距離(Lg/h)從0.4到0.7變化的情況，但如果上述壓電薄膜17的種類、上述壓電薄膜17的厚度h、電極的種類、厚度、尺寸以及成為寄生成分的電路要素的元件值等與圖8的情況不同，則適當(dāng)?shù)臍w一化電極間距離(Lg/h)的范圍與圖8中示出的情況不同。
實(shí)施形態(tài)3圖9是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片11端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，18a是輸入側(cè)上部電極，18b是輸出側(cè)上部電極。
在圖9中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片11中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b、12c中，改變上部電極18a、18b的寬度We。
圖10中示出改變了歸一化電極寬度(We/h)的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
在此，使歸一化電極寬度(We/h)從111到66.7變化來進(jìn)行計(jì)算。此外，歸一化電極長(zhǎng)(Le/h)為10歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
在圖10中示出的計(jì)算例中，通過改變歸一化電極寬度(We/h)，通過區(qū)域的低頻一側(cè)的區(qū)域(圖中為X1)的變化很小，但上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)的區(qū)域(圖中為Y1)的變化很大。因此，作為上述通過區(qū)域來說，如果增大歸一化電極寬度(We/h)，則上述通過區(qū)域向高頻一側(cè)移動(dòng)。如果將圖8中示出的改變歸一化電極間距離(Lg/h)的情況的計(jì)算例與圖10中示出的改變歸一化電極寬度(We/h)的情況的計(jì)算例進(jìn)行比較，則在圖8和圖10中示出的計(jì)算范圍內(nèi)，圖8中示出的改變歸一化電極間距離(Lg/h)的情況下通過區(qū)域的變化量較大。但是，在圖8中示出的改變歸一化電極間距離(Lg/h)的情況的計(jì)算例中，由于如上述歸一化電極間距離(Lg/h)變化0.05這樣的很小的量而通過區(qū)域移動(dòng)約2MHz，故上述歸一化電極間距離(Lg/h)的制造上的誤差可成為通過區(qū)域的偏差的原因。因而，在這種精密的通過區(qū)域的調(diào)整中，圖10中示出的改變歸一化電極寬度(We/h)的那種少量地改變通過區(qū)域的方法是適合的。使上述歸一化電極寬度(We/h)變化10的情況下，通過區(qū)域的移動(dòng)量最大為2NHz。由于該移動(dòng)量與制造上的誤差相比足夠大，故幾乎沒有必要考慮因上述歸一化電極寬度(We/h)的制造上的誤差引起的通過區(qū)域的偏差。
再有，在此，所謂上述通過區(qū)域的低頻一側(cè)，是從上述通過區(qū)域內(nèi)的損耗為最小的損耗值起通過只增加所需要的值的損耗的通過區(qū)域的低頻一側(cè)的端部，所謂上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)，是從上述通過區(qū)域內(nèi)的損耗為最小的損耗值起通過只增加所需要的值的損耗的通過區(qū)域的高頻一側(cè)的端部，從上述損耗為最小的損耗值起增加的值通常是3dB，將這種情況下的上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)的頻率與上述通過區(qū)域的低頻一側(cè)的頻率的差稱為3dB頻帶區(qū)域?qū)挾取?br> 實(shí)施形態(tài)4圖11是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)4有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片11端部附近的薄膜壓電元件，18a是輸入側(cè)上部電極，18b是輸出側(cè)上部電極。
在圖11中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b、12c中，改變上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le。
圖12中示出改變了歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
在此，使歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)從8到12變化來進(jìn)行計(jì)算。此外，歸一化電極寬度(We/h)是111，歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
在圖12中示出的計(jì)算例中，如果增大歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)，則存在通過區(qū)域變窄的趨勢(shì)，但由于在通過區(qū)域附近，上述通過區(qū)域的低頻一側(cè)的變化(X2)比上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)的變化(Y2)大，故結(jié)果如果增大歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)，則通過區(qū)域向高頻一側(cè)移動(dòng)。
實(shí)施形態(tài)5圖13是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)5有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，19a、19b是引出電極。
在圖13中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b中，改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La。此外，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12c中，改變引出電極19a、19b的寬度Wa。
圖14中示出改變了圖4中示出的電感器LS1的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
在此，使上述電感器LS1從4nH到12nH變化來進(jìn)行計(jì)算。上述電感器LS1的值主要通過改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a的至少一個(gè)來變化。此外，歸一化電極寬度(We/h)是77.8，歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)是10，歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
在圖14中示出的計(jì)算例中，在上述電感器LS1從4nH增大到10nH時(shí)，通過區(qū)域的低頻一側(cè)(X3)幾乎不變化，上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)(Y3)向頻率高的方向變化。這一點(diǎn)示出了如果上述電感器LS1的電感變大，則通過區(qū)域的頻帶區(qū)域?qū)挾仍龃螅彝ㄟ^區(qū)域向高頻一側(cè)變化。此外，如果上述電感器LS1變成12nH，則上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)比上述電感器LS1為10nH的情況要低。這一點(diǎn)顯示了在圖14中示出的計(jì)算例中，所使用的上述電感器LS1的值低于10nH是適當(dāng)?shù)摹?br> 在圖13中示出的實(shí)施形態(tài)中，示出了分別改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa的情況，但也可只改變長(zhǎng)度La。此外，也可只改變引出電極19a、19b的寬度Wa。此外，也可同時(shí)改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa。
實(shí)施形態(tài)6圖15是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)6有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，19a、19b是引出電極，20a、20b是焊接區(qū)。
在圖15中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b、12c中，改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa以及焊接區(qū)20a、20b的面積。這相當(dāng)于改變圖4中示出的電容器CS1。
圖16中示出改變了圖4中示出的電容器CS1的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
在此，使上述電容器CS1從0.4pF到1.2pF變化來進(jìn)行計(jì)算。上述電容器CS1的值主要通過改變焊接區(qū)20a、20b的面積、或焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的靜電電容、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a來變化。此外，歸一化電極寬度(We/h)是77.8，歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)是10，歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
在圖16中示出的計(jì)算例中，如果上述電容器CS1的靜電電容增大，則上述通過區(qū)域的低頻一側(cè)少量地向高頻一側(cè)移動(dòng)，上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)向低頻一側(cè)移動(dòng)。此時(shí)，由于上述高頻一側(cè)的移動(dòng)量比上述低頻一側(cè)的移動(dòng)量大，故結(jié)果如果上述電容器CS1的靜電電容增大，則上述通過區(qū)域的頻帶區(qū)域?qū)挾茸冋?，而且通過區(qū)域向低頻一側(cè)移動(dòng)。
實(shí)施形態(tài)7圖17是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)7有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜壓電元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜壓電元件，19a、19b是引出電極。
在圖17中示出的實(shí)施形態(tài)中，在晶片中央部的薄膜壓電元件12a和晶片端部的薄膜壓電元件12b、12c中，改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa。這相當(dāng)于改變圖4中示出的電容器CS2。
圖18中示出改變了圖4中示出的電容器CS2的情況下的通過特性計(jì)算結(jié)果。
在此，使上述電容器CS2從0.1pF到0.5pF變化來進(jìn)行計(jì)算。上述電容器CS2的值主要通過改變引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、改變上部電極18a、18b的形狀或面積來變化。此外，歸一化電極寬度(We/h)是77.8，歸一化電極長(zhǎng)度(Le/h)是10，歸一化電極間距離(Lg/h)是0.6，其它計(jì)算參數(shù)與圖6的情況相同。
在圖18中示出的計(jì)算例中，如果上述電容器CS2的靜電電容從0.2pF增大到0.5pF，則通過區(qū)域的高頻一側(cè)幾乎不變化，上述通過區(qū)域的低頻一側(cè)向低頻一側(cè)移動(dòng)。因此，如果上述電容器CS2的靜電電容從0.2pF增大到0.5pF，則上述通過區(qū)域的頻帶區(qū)域?qū)挾茸儗?，而且通過區(qū)域向低頻一側(cè)變化。由于上述電容器CS2的靜電電容為0.1pF的情況與上述電容器CS2的靜電電容為0.2pF的情況相比，上述通過區(qū)域的高頻一側(cè)向低頻一側(cè)移動(dòng)，故在圖18中示出的計(jì)算例中，所使用的上述電容器CS2的靜電電容的范圍在0.2pF以上是適合的。
以上，在從圖8至圖18中如計(jì)算例示出的那樣，通過改變薄膜壓電元件12的上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le和寬度We、上部電極18a、18b間距離Lg、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa、焊接區(qū)20a、20b的面積以及與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的靜電電容，可控制上述薄膜壓電元件12的通過區(qū)域。如果利用這一點(diǎn)來補(bǔ)償因晶片上的壓電薄膜17的厚度分布而引起的上述薄膜壓電元件12的通過區(qū)域的偏差，則可得到與晶片上的位置無關(guān)的、通過特性相同的上述薄膜壓電元件12。例如，如圖1所示，通過根據(jù)晶片上的位置來改變上述上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、上部電極18a、18b間距離Lg、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)20a、20b的面積或與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的靜電電容，進(jìn)行因晶片上的壓電薄膜17的厚度分布而引起的上述薄膜壓電元件12的通過區(qū)域的偏差的補(bǔ)償。
實(shí)施形態(tài)8圖19、圖20和圖21是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)8有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是由硅(Si)半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面，25是硅半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極15同電位的焊接區(qū)，17是使用了鈦酸鉛(PbTiO3)的壓電薄膜，18a、18b是上部電極，19a、19b是引出電極，20a、20b是分別與上部電極18a、18b連接的焊接區(qū)，21是通孔。
圖19中，根據(jù)晶片11上的位置，改變薄膜壓電元件12a～12c的上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、上部電極18a、18b間距離Lg、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)20a、20b的面積等中的至少一個(gè)以上。如從圖8至圖18所示，上述薄膜壓電元件12a～12c通過改變上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、上部電極18a、18b間距離Lg、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)20a、20b的面積以及與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的靜電電容，可補(bǔ)償因上述晶片11上的位置而引起的通過區(qū)域的偏差。因此，即使根據(jù)上述晶片11上的位置在上述壓電薄膜17的厚度中形成分布，也可得到通過區(qū)域的偏差小的薄膜壓電元件12。
此外，圖1中所示的實(shí)施形態(tài)的砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板14的絕緣性好，在構(gòu)成上述薄膜壓電元件12方面，具有能將因上述半導(dǎo)體基板區(qū)域而引起的損耗降低到最小限度的優(yōu)點(diǎn)。但由于價(jià)格較高，故在制造成本方面是不利的。另一方面，對(duì)硅(Si)半導(dǎo)體基板25進(jìn)行大量生產(chǎn)，晶片11的費(fèi)用便宜。除此以外，晶片的直徑大，以一片晶片與砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板14相比，可制成數(shù)量更多的上述薄膜壓電元件12，故制造成本變得更便宜。另一方面，由于晶片11的面積大，故晶片11內(nèi)的上述壓電薄膜17的厚度的偏差變大，與砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板14相比，補(bǔ)償晶片11內(nèi)的通過特性的偏差這一點(diǎn)變得更為重要。
圖20是圖19中示出的薄膜壓電元件12a、12b、12c的放大圖，圖21是圖20的B-B部的剖面圖。使用了圖2、圖3中示出的砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板14的薄膜壓電元件12與使用了圖20、圖21中示出的硅(Si)半導(dǎo)體基板25的薄膜壓電元件12在除了半導(dǎo)體基板外用完全相同的材料、相同的尺寸構(gòu)成的情況下，圖4中示出的體超聲波濾波器的等效電路24對(duì)于兩者是相同的，起因于半導(dǎo)體基板的不同而產(chǎn)生差別的電容器CS1、CS2、Ci0電感LS1、電阻RS1的元件值的差成為兩者的通過特性的差。因而，在使用了硅(Si)半導(dǎo)體基板25的薄膜壓電元件中，補(bǔ)償上述晶片11上的上述壓電薄膜17的厚度分布的情況與使用了砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板14的情況相比，即使所補(bǔ)償?shù)念l率偏差量相同，上述薄膜壓電元件12的上述上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le和寬度We、上部電極18a、18b間距離Lg、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa、焊接區(qū)20a、20b的面積等的變化量也不同。
實(shí)施形態(tài)9圖22、圖23和圖24是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)9有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是由砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面，14是砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極15同電位的焊接區(qū)，17是使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)的壓電薄膜，18是上部電極，19是引出電極，20是與上部電極連接的焊接區(qū)，21是通孔。
圖22是示出根據(jù)晶片11上的薄膜壓電元件的位置改變圖形形狀的情況的一例。
在圖22中，在平行于定位面13的方向上，從晶片11中央部的薄膜壓電元件12a到晶片11端部的薄膜壓電元件12b作成相同的形狀，沿垂直于上述定位面13的方向，隨著接近于上述晶片11端部的薄膜壓電元件12c，改變焊接區(qū)20和上部電極18的寬度We和引出電極19的長(zhǎng)La。這樣的形態(tài)的變化適合于上述晶片11上的壓電薄膜17的厚度分布在平行于上述定位面13的方向上幾乎是均勻的、在垂直于上述定位面13的方向上是變化的情況。
此外，如圖23所示，與該實(shí)施形態(tài)有關(guān)的薄膜壓電元件12是體超聲波諧振器。體超聲波諧振器與圖2中示出的超聲波濾波器不同，上部電極18是一個(gè)。因此，在該實(shí)施形態(tài)中，將相當(dāng)于圖4中示出的等效電路中的單側(cè)的上部電極18的部分作為等效電路來使用。圖23中示出的那種薄膜壓電元件12作為1端子對(duì)諧振器來工作。因此，不是圖6中示出的那種濾波器特性，而是成為具有串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率的諧振器特性。因此，上述壓電薄膜17的厚度變化直接變成串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率的變化。在這種諧振器的情況下，上述串聯(lián)諧振頻率與上述并聯(lián)諧振頻率通過將電抗元件連接到諧振器上而變化。在圖23中示出的薄膜壓電元件12中，上部電極18的長(zhǎng)度Le和寬度We主要決定諧振器的阻抗，引出電極19和焊接區(qū)20相當(dāng)于與上述諧振器連接的電抗元件，上述引出電極19的長(zhǎng)度La和寬度Wa及焊接區(qū)20的面積決定與上述諧振器連接的電抗元件的元件值。
因而，通過改變上述引出電極19的長(zhǎng)度La和寬度Wa及焊接區(qū)20的面積，可改變上述諧振器的上述串聯(lián)諧振頻率與上述并聯(lián)諧振頻率，再者，通過改變上述上部電極18的長(zhǎng)度Le和寬度We，可使上述諧振器的阻抗和與上述諧振器連接的電抗元件的阻抗的值的關(guān)系變化，因此，與從圖10到圖18中所示的情況類似，通過改變上述上部電極18的長(zhǎng)度Le和寬度We、上述引出電極19的長(zhǎng)度La和寬度Wa及焊接區(qū)20的面積，可改變上述諧振器的上述串聯(lián)諧振頻率與上述并聯(lián)諧振頻率。此外，改變上述焊接區(qū)20的面積和改變與上述焊接區(qū)20電連接的電容器的電容，大致具有相同的效果。
實(shí)施形態(tài)10圖25是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)10有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖26是圖25中示出的薄膜壓電元件的放大圖，圖27是圖26的B-B剖面圖。
圖中，11是由硅(Si)半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面，25是硅(Si)半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極15同電位的焊接區(qū)，17是使用了氧化鋅(ZnO)的壓電薄膜，18a、18b是上部電極，19a、19b是引出電極，20a、20b是與上部電極18a、18b連接的焊接區(qū)，26是刻蝕孔，27是電介質(zhì)薄膜，28是空洞。
在圖25中，相對(duì)于晶片11中央部的薄膜壓電元件12a，隨著從上述晶片11中央部離開，以同心圓狀改變薄膜壓電元件的形狀，例如，以相同的方式使平行于定位面13的方向上的上述晶片11端部的薄膜壓電元件12b和垂直于上述定位面13的方向上的上述晶片11端部的薄膜壓電元件12c的上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le和上部電極間距離Lg變化。這樣的相對(duì)于晶片11的中央部以同心圓狀改變薄膜壓電元件的形狀的方法適合于上述壓電薄膜17的厚度相對(duì)于晶片11的中央部以同心圓狀變化的情況。
圖26和圖27中示出的薄膜壓電元件12從上部電極18a、18b存在的表面一側(cè)起，例如在電介質(zhì)薄膜27中開刻蝕孔26，其次，從上述刻蝕孔通過各向異性刻蝕除去上述硅(Si)半導(dǎo)體基板25，在基底電極15的背面一側(cè)形成空洞28。作為薄膜壓電元件12的彈性諧振，只要在上述基底電極15下有空氣層即可，關(guān)于作成通孔21的方法，無論如圖27所示從表面一側(cè)作成，還是如圖24所示從背面一側(cè)作成，上述薄膜壓電元件12的特性都相同。再者，在圖27中，在半導(dǎo)體基板25和基底電極15之間有電介質(zhì)薄膜27，而在圖21和圖24中示出的例子中，在圖中將其省略，在實(shí)際的薄膜壓電元件12中存在電介質(zhì)薄膜27。
實(shí)施形態(tài)11圖28是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖29是圖28中示出的薄膜壓電元件的放大圖，圖30是圖29的B-B剖面圖。
圖中，11是由砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面，14是砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極15同電位的焊接區(qū)，17是使用了氮化鋁(AlN)的壓電薄膜，18a、18b是上部電極，19a、19b是引出電極，20a、20b是分別與上部電極18a、18b連接的焊接區(qū)，28是空洞，29a是未與上部電極18a連接的第2電極。此外，29b是未與上部電極18b連接的第2電極。
在圖28中示出的實(shí)施形態(tài)中，改變第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2和第2電極29a與上部電極18a的距離Lg2。此外，Lg2也是第2電極29b與上部電極18b的距離。相對(duì)于晶片11的中央部的薄膜壓電元件12a，在平行于定位面13的方向上，隨著接近上述晶片11的端部的薄膜壓電元件12b，使第2電極29a與上部電極18a的距離Lg2(乃至第2電極29b與上部電極18b的距離Lg2)變化，在垂直于上述定位面13的方向上，隨著接近上述晶片11的端部的薄膜壓電元件12c，使第2電極29a、29b與上部電板18a、18b的各自的距離Lg2和第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2變化。這樣的方法適用于例如不僅由于上述壓電薄膜17的厚度h的分布，而且由于構(gòu)成上述壓電薄膜17的材料的組成比的變化等，上述晶片11上的薄膜壓電元件的特性在平行于和垂直于上述定位面的方向上的變化的趨勢(shì)不同的情況。例如，在平行于上述定位面13的方向上，薄膜壓電元件12b的通過區(qū)域變化，在垂直的方向上薄膜壓電元件12c的通過區(qū)域和頻帶區(qū)域?qū)挾茸兓?，在這樣的情況下，必須在平行于上述定位面13的方向上補(bǔ)償上述薄膜壓電元件12b的通過區(qū)域，在垂直的方向上補(bǔ)償薄膜壓電元件12c的通過區(qū)域和頻帶區(qū)域?qū)挾?，必須在平行于和垂直于上述定位?3的方向上改變薄膜壓電元件的形狀。
圖29是圖28中示出的薄膜壓電元件12a、12b、12c的放大圖，圖30是圖29中的B-B剖面圖。
基底電極15的背面一側(cè)的空洞28是在不對(duì)上述砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板進(jìn)行刻蝕處理的情況下構(gòu)成的。在這種情況下，作為體超聲波濾波器的特性也與對(duì)上述砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體基板進(jìn)行刻蝕處理的情況下的特性幾乎相同。
實(shí)施形態(tài)12圖31、圖32和圖33是示出與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)12有關(guān)的薄膜壓電元件的圖。
圖中，11是由硅(Si)半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，12a～12c是薄膜壓電元件，13是表示晶片11的基準(zhǔn)面的定位面，25是硅(Si)半導(dǎo)體基板，15是基底電極，16是與基底電極同電位的焊接區(qū)，17是使用了鈦酸鉛(PbTiO3)的壓電薄膜，18a是輸入側(cè)上部電極，18b是輸出側(cè)上部電極，19a、19b是引出電極，20a、20b是分別與上部電極18a、18b連接的焊接區(qū)，29a、29b與實(shí)施形態(tài)11相同，是未與上部電極18a、18b進(jìn)行導(dǎo)電連接的第2電極，30是未與上部電極18a、18b進(jìn)行導(dǎo)電連接的第3電極，31是電介質(zhì)，32是電容器的電極，33是上述電容器的電極32與焊接區(qū)20a進(jìn)行導(dǎo)電連接的連接電極，34是電介質(zhì)層，在34中將音響方面特性不同的材料作成多層，等效地起到空洞28那樣的功能。
在圖31至圖33示出的實(shí)施形態(tài)中，根據(jù)晶片11上的位置改變電容器的電極32的面積。由此，起到與改變圖4中示出的等效電路的電容器CS1大致相同的效果，能補(bǔ)償上述晶片11上的上述薄膜壓電元件12的特性的偏差。
圖32是圖31中示出的12a、12b、12c的放大圖。
在此，在輸入側(cè)上部電極18a和輸出側(cè)上部電極18b之間配置了第3電極30。
圖33是圖32中的B-B間的剖面圖。
通過連接電極33在輸入側(cè)焊接區(qū)20a與接地側(cè)的焊接區(qū)16之間以導(dǎo)電性地并聯(lián)的方式連接由電介質(zhì)31和電容器的電極32構(gòu)成的電容器。圖32中，只將上述電容器連接到輸入側(cè)焊接區(qū)20a，但也可以同樣方式連接到輸出側(cè)焊接區(qū)20b。此外，也可使第3電極30的長(zhǎng)度Le3、第3電極30與上部電極18a、18b的距離Lg3的至少一個(gè)變化。
如上所述，根據(jù)晶片11上的位置，通過改變薄膜壓電元件12的圖形形狀來補(bǔ)償在上述晶片11上發(fā)生的特性偏差，例如以壓電薄膜17的厚度分布作為原因的諧振頻率的偏差，可得到與晶片11上的位置無關(guān)的、特性一致的薄膜壓電元件。
這樣，在改變薄膜壓電元件12的圖形形狀的情況下，存在因改變上述圖形形狀而引起的補(bǔ)償范圍的限度。該限度因上述薄膜壓電元件12中使用的壓電薄膜17的種類、上部電極18a、18b、18的種類、基底電極15的種類、電介質(zhì)薄膜27的種類、壓電薄膜17的厚度、上部電極18a、18b、18的厚度、基底電極15的厚度、電介質(zhì)薄膜27的厚度和上述薄膜壓電元件的圖形形狀的不同而不同。特別是上述壓電薄膜17的種類是決定上述補(bǔ)償范圍的限度的重要的要素。一般來說，壓電薄膜17的電氣機(jī)械耦合系數(shù)大，就可增大上述補(bǔ)償范圍。上述電氣機(jī)械耦合系數(shù)在圖6至圖18中示出的計(jì)算例的情況下，與等效壓電系數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性。
在上述電氣機(jī)械耦合系數(shù)方面，作為鉛類壓電陶瓷的鈦酸鉛(PbTiO3)或PZT(PbTiO3-PbZrO3)具有特別優(yōu)良的特性。此外，由于這種鉛類壓電陶瓷在壓電薄膜成膜時(shí)的溫度高，故熔點(diǎn)高，而且必須使用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的鉑(Pt)或金(Au)作為基底電極15和使用砷化鎵(GaAs)或硅(Si)等的半導(dǎo)體基板作為基板，特別是鉑(Pt)的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。鈦酸鉛(PbTiO3)是高頻下的Q特別優(yōu)良的材料，在薄膜壓電元件那樣的以在GHz頻帶以上的使用作為前提的元件中，是特別優(yōu)良的材料。但是，與其它的材料、如氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)相比，由于構(gòu)成材料的種類較多，故在晶片11的整個(gè)面上以均勻的組成來成膜是困難的，在晶片11的面內(nèi)的特性偏差的補(bǔ)償極為重要。PZT(PbTiO3-PbZrO3)通過改變作為構(gòu)成要素的鈦酸鉛(PbTiO3)和鋯酸鉛(PbZrO3)的組成比，可得到各種特性的壓電薄膜17，由于與只有鈦酸鉛(PbTiO3)的情況相比，可得到大的電氣機(jī)械耦合系數(shù)，故這種薄膜壓電元件具有設(shè)計(jì)上的自由度大的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于與鈦酸鉛(PbTiO3)相比，構(gòu)成材料的種類更多，故在晶片11的整個(gè)面上以均勻的組成來成膜是困難的，在晶片11的面內(nèi)的特性偏差的補(bǔ)償極為重要。
另一方面，在氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)那樣的不含鉛的壓電陶瓷的電氣機(jī)械耦合系數(shù)比鉛類壓電陶瓷的電氣機(jī)械耦合系數(shù)差，但具有Q特別大的特征。這意味著例如在構(gòu)成濾波器的情況下，趨向于構(gòu)成頻帶區(qū)域窄的濾波器。在頻帶區(qū)域窄的濾波器中，如果在晶片11面內(nèi)壓電薄膜17的厚度有微小的變化，則上述濾波器的通過區(qū)域就從所需要的頻帶區(qū)域偏移。因此，必須補(bǔ)償上述晶片11面內(nèi)的上述壓電薄膜17的厚度分布，晶片11面內(nèi)的特性偏差的補(bǔ)償是極為重要的。此外，這種不合鉛的壓電陶瓷的壓電薄膜的成膜溫度較低，故可使用除上述砷化鎵(GaAs)或硅(Si)等的半導(dǎo)體基板以外的玻璃基板，此外，也可使用熔點(diǎn)低的鋁(Al)等的除鉑(Pt)或金(Au)以外的金屬材料作為基底電極15。
以上示出了，在薄膜壓電元件12的圖形形狀中使上部電極18、18a、18b的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、輸入側(cè)上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b間距離Lg、引出電極19、19a、19b的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)20、20a、20b的面積、與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極32的面積、第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2、第2電極29a、29b與上部電極18a、18b的距離Lg2、第3電極30的長(zhǎng)度Le3、第3電極30與上部電極18a、18b的距離Lg3等參數(shù)中的多個(gè)參數(shù)的組合變化的例子，但如圖8至圖18所示，也有只使上述一個(gè)參數(shù)變化來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r。
另一方面，在上部電極18、18a、18b的長(zhǎng)度Le和寬度We、輸入側(cè)上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b間距離Lg、引出電極19、19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa、焊接區(qū)20a、20b的面積、與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極32的面積、第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2、第2電極29a、29b與上部電極18a、18b的距離Lg2、第3電極30的長(zhǎng)度Le3、第3電極30與上部電極18a、18b的距離Lg3等參數(shù)中，也有實(shí)施形態(tài)中未示出的組合為最有效的情況。即，關(guān)于上部電極18、18a、18b的長(zhǎng)度Le和寬度We、輸入部上部電極18a與輸出側(cè)上部電極18b間距離Lg、引出電極19、19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa、焊接區(qū)20、20a、20b的面積、與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極32的面積、第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2、第2電極29a、29b與上部電極18a、18b的距離Lg2、第3電極30的長(zhǎng)度Le3、第3電極30與上部電極18a、18b的距離Lg3等參數(shù)中的任意組合，可使其在晶片11上變化來補(bǔ)償偏差。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，圖7、圖9、圖11、圖13、圖15、圖17、圖19、圖20、圖22、圖23、圖25、圖26、圖28、圖29、圖31、圖32中示出的薄膜壓電元件的圖形形狀是一例。沒有必要限定于上述實(shí)施形態(tài)中敘述的圖形形狀，可在晶片11上使任意影響薄膜壓電元件的特性的圖形形狀變化，來實(shí)施本發(fā)明。
再者，沒有必要將本發(fā)明限定于圖21、圖24、圖27、圖30、圖33中示出的薄膜壓電元件的剖面形狀，例如，即使在將圖23中示出的體超聲波諧振器作為串聯(lián)要素和并聯(lián)要素的梯型連接的梯型(laddertype)濾波器的情況下，效果也是相同的。此外，即使在將圖21、圖24、圖27、圖30、圖33中示出的薄膜壓電元件的剖面形狀和圖7、圖9、圖11、圖13、圖15、圖17、圖19、圖20、圖22、圖23、圖25、圖26、圖28、圖29、圖31、圖32中示出的薄膜壓電元件的圖形形狀進(jìn)行任意組合的情況下，效果也是相同的。
此外，在上述實(shí)施形態(tài)中，在根據(jù)晶片上的位置使薄膜壓電元件的圖形形狀中的上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le和寬度We、引出電極19a、19b的長(zhǎng)度La和寬度Wa、焊接區(qū)20a、20b的面積、與焊接區(qū)20a、20b進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極32的面積、第2電極29a、29b的長(zhǎng)度Le2、第2電極29a、29b與上部電極18a、18b的各自的距離Lg2、第3電極30與上部電極18a、18b的各自的距離Lg3等參數(shù)變化的情況下，示出了在一個(gè)薄膜壓電元件上對(duì)于各要素a、b使上述參數(shù)相等地變化的例子，但也可對(duì)于各要素a、b使上述參數(shù)不相等地變化。所謂使上述參數(shù)不相等地變化，指的是例如不僅根據(jù)薄膜壓電元件的晶片上的位置使上部電極18a、18b的長(zhǎng)度Le不同，而且在一個(gè)薄膜壓電元件上使上部電極18a的長(zhǎng)度Le與上部電極18b的長(zhǎng)度Le不相等。此外，不僅根據(jù)薄膜壓電元件的晶片上的位置使第2電極29a、29b與上部電極18a、18b的各自的距離Lg2不同，而且在一個(gè)薄膜壓電元件上使第2電極29a與上部電極18a的距離Lg2和第2電極29b與上部電極18b的距離Lg2不相等。
這樣，通過使參數(shù)不相等地變化，與相等地變化進(jìn)行比較，可進(jìn)一步擴(kuò)展能補(bǔ)償?shù)姆秶?br> 產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，按照本發(fā)明，通過根據(jù)晶片上的位置改變上部電極的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、輸入輸出上部電極間距離Lg、引出電極的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)的面積、與焊接區(qū)進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極面積等的薄膜壓電元件的圖形形狀中的至少一個(gè)以上的參數(shù)，可降低因晶片上的位置不同而產(chǎn)生的上述薄膜壓電元件的特性偏差，可得到與晶片11上的位置無關(guān)的、特性相同的薄膜壓電元件。
由此，可不限定薄膜壓電元件的材料的種類和材料的組合以及壓電薄膜的厚度，可實(shí)現(xiàn)各種各樣的薄膜壓電元件，在產(chǎn)業(yè)上是有用的。
權(quán)利要求
1．一種薄膜壓電元件，該薄膜壓電元件用由半導(dǎo)體基板構(gòu)成的晶片、在上述半導(dǎo)體基板上形成的基底電極、在上述基底電極上形成的壓電薄膜和在上述壓電薄膜上形成的上部電極來構(gòu)成，其特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述薄膜壓電元件的圖形形狀。
2．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的長(zhǎng)度。
3．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的寬度。
4．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于上述薄膜壓電元件具有多個(gè)上述上部電極，根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極間的距離。
5．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于上述薄膜壓電元件還備有與上述上部電極連接的焊接區(qū)部分，上述薄膜壓電元件根據(jù)晶片上的位置來改變上述焊接區(qū)部分的形狀。
6．如權(quán)利要求5所述的薄膜壓電元件，其特征在于上述薄膜壓電元件還備有與上述上部電極和上述焊接區(qū)部分連接的引出電極，上述薄膜壓電元件根據(jù)晶片上的位置來改變上述引出電極的形狀。
7．如權(quán)利要求6所述的薄膜壓電元件，其特征在于上述薄膜壓電元件使用了空氣橋作為上述引出電極。
8．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于上述薄膜壓電元件在與上述薄膜壓電元件相同的上述半導(dǎo)體基板上備有電容器，根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述電容器的電容。
9．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于使用了砷化鎵(GaAs)作為上述半導(dǎo)體基板，使用了鈦酸鉛(PbTiO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
10．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于使用了硅(Si)作為上述半導(dǎo)體基板，使用了鈦酸鉛(PbTiO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
11．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)作為上述壓電薄膜，使用了以鉑(Pt)為主的導(dǎo)體作為上述基底電極和上述上部電極的至少之一。
12．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于使用了氧化鋅(ZnO)作為上述壓電薄膜。
13．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于使用了氮化鋁(AlN)作為上述壓電薄膜。
14．如權(quán)利要求1所述的薄膜壓電元件，其特征在于在上述半導(dǎo)體基板與上述基底電極之間備有電介質(zhì)。
15．一種電路元件，包括基板和在上述基板上形成的多個(gè)元件，其特征在于根據(jù)上述基板上的位置來改變?cè)谏鲜龌灞砻嫔闲纬傻脑膱D形形狀。
16．一種薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于，備有以下的工序(a)在由半導(dǎo)體基板構(gòu)成的晶片上形成基底電極的工序；(b)在上述基底電極上形成壓電薄膜的工序；(c)在上述壓電薄膜上形成上部電極的工序；以及(d)根據(jù)上述晶片上的位置來改變?cè)谏鲜鰤弘姳∧ど闲纬傻纳鲜錾喜侩姌O的圖形形狀的工序。
17．如權(quán)利要求16所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的長(zhǎng)度的工序。
18．如權(quán)利要求16所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極的寬度的工序。
19．如權(quán)利要求16所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于形成上述上部電極的工序中形成多個(gè)上述上部電極，改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述上部電極間的距離的工序。
20．如權(quán)利要求16所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于形成上述上部電極的工序中還連接并形成上述上部電極和焊接區(qū)部分，改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述焊接區(qū)部分的形狀的工序。
21．如權(quán)利要求20所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于形成上述上部電極的工序還具有用引出電極來連接上述上部電極和焊接區(qū)部分的工序，改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述引出電極的形狀的工序。
22．如權(quán)利要求21所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于改變上述圖形形狀的工序備有用空氣橋形成上述引出電極的工序。
23．如權(quán)利要求16所述的薄膜壓電元件的制造方法，其特征在于上述薄膜壓電元件的制造方法具有在與上述薄膜壓電元件相同的上述半導(dǎo)體基板上設(shè)置電容器的工序，改變上述圖形形狀的工序備有根據(jù)上述晶片上的位置來改變上述電容器的電容的工序。
全文摘要
通過根據(jù)晶片(11)上的位置改變上部電極(18a、18b)的長(zhǎng)度Le或?qū)挾萕e、輸入輸出上部電極(18a、18b)間距離Lg、引出電極(19a、19b)的長(zhǎng)度La或?qū)挾萕a、焊接區(qū)(20a、20b)的面積、與焊接區(qū)(20a、20b)進(jìn)行導(dǎo)電性連接的電容器的電極面積等的薄膜壓電元件(12a、12b、12c)的圖形形狀中的至少一個(gè)以上參數(shù),可補(bǔ)償因晶片(11)上的位置不同而產(chǎn)生的上述薄膜壓電元件(12a、12b、12c)的特性偏差,可實(shí)現(xiàn)與晶片(11)上的位置無關(guān)的、特性相同的薄膜壓電元件(12a、12b、12c)。
文檔編號(hào)H01L41/107GK1223743SQ97195801
公開日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1997年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月24日
發(fā)明者和高修三, 三須幸一郎, 永塚勉, 木村友則, 龜山俊平 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社