專利名稱：薄膜體音響諧振器及薄膜體音響諧振器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于在通信設(shè)備中使用的小型高頻濾波器的薄膜體音響諧振器及薄膜體音響諧振器的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著手機和PDA(Personal digital assistant面向個人的攜帶信息通信)設(shè)備等的通信設(shè)備的高功能化、高速化，內(nèi)裝的數(shù)100MHz～數(shù)GHz動作的高頻濾波器空前地增加，并要求小型化、低成本化。滿足該要求的高頻濾波器的有力候補是使用有可由半導(dǎo)體制造技術(shù)形成的薄膜體音響諧振器的濾波器。
作為代表該薄膜體音響諧振器的現(xiàn)有例，圖11及圖12表示記載于非專利文獻1中的被稱為空氣橋接型的諧振器。圖11是該空氣橋接型薄膜體音響諧振器的一例的平面圖，圖12是圖11的A-A線剖面圖。
如圖11及圖12所示，該現(xiàn)有的空氣橋接型薄膜體音響諧振器，在由高電阻硅或高電阻砷化鉀構(gòu)成的襯底1上通過構(gòu)成空氣橋接的空氣層2設(shè)置厚度0.01～0.5μm的圓形下部電極3。
在該下部電極3上設(shè)置厚度1～2μm程度的圓形壓電體層4，在該壓電體層4上設(shè)置厚度0.1～0.5μm的圓形下部電極5。
該下部電極3、壓電體層4及上部電極5使用在半導(dǎo)體制造技術(shù)中周知的噴射沉淀技術(shù)(スパツタ堆積技術(shù))和以抗蝕劑為掩模的各種蝕刻技術(shù)順序形成。
下部電極3及上部電極5例如使用鉬或鉑，壓電體層4例如使用氮化鋁或氧化鋅。
以該上部電極5和下部電極3介由壓電體層4重合的區(qū)域(即作為音響諧振器動作的區(qū)域)的正下方的空氣層2的厚度為0.5～3μm，該下部電極3也與上部電極5相同，具有與空氣接觸的分界面。
通過圖11、圖12所示的敷金屬夾層孔6蝕刻除去氧化硅膜、PSG(phosphoms silicate glass摻雜磷的氧化膜)膜、BPSG(boron phosphorussilicate glass加入有硼和磷的硅酸鹽玻璃)膜、SOG膜等，形成上述空氣層2。
在圖11中，標號3a是與下部電極3連接的信號配線，標號5a是與上部電極5連接的信號配線。
其次，說明圖11及圖12所示的薄膜體音響諧振器的動作。
當(dāng)在該上部電極5和下部電極3之間施加電壓而產(chǎn)生電場時，壓電體層4將電能的一部分向彈性波(下記為聲波)這種形式的機械能轉(zhuǎn)換。
將該機械能向上部電極5及下部電極3的電極面的垂直方向即壓電體層4的膜厚方向傳送，再次轉(zhuǎn)換為電能。在該電能-機械能的轉(zhuǎn)換過程中，存在效率優(yōu)良的特定的頻率，在施加具有該頻率的交流電壓時，該薄膜體音響諧振器顯示極低的阻抗。
該特定頻率通常稱為諧振頻率γ，設(shè)該值γ為一次近似，不考慮上部電極5和下部電極3的存在時，γ＝V/2t。在此，V是壓電體層4中的聲波速度，t是壓電體層4的厚度。設(shè)聲波的波長為λ時，由于V＝γλ的關(guān)系成立，故t＝λ/2。
這意味著，壓電體層4中感應(yīng)的聲波在壓電體層4和上部電極5及下部電極3的分界面上下反復(fù)反射，正好形成對應(yīng)其半波長的駐波。
換句話說，在形成半波長的駐波的聲波的頻率與外部施加的交流電壓的頻率一致時，形成諧振頻率。
在上述非專利文獻1中介紹有如下結(jié)構(gòu)的帶通濾波器，在上述諧振頻率中，為了將該薄膜體音響諧振器的阻抗減小得極低而進行利用，將多個薄膜體音響諧振器組成梯形，僅使希望的頻率帶的電信號低損失地通過。
如圖13(與圖11、圖12實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu))所示，該薄膜體音響諧振器，如上所述利用在與電極面垂直的方向上直立的振蕩型(下稱主振蕩型)的聲波7，但也感應(yīng)在與該電極面并行方向上傳輸?shù)恼袷幮?下稱橫振蕩型)的聲波8。
該橫振蕩型的聲波8在上部電極5一端的壓電體層4中的垂直面9和壓電體層4的端面等音響阻抗變大的分界面反復(fù)反射，形成駐波，此時，該薄膜體音響諧振器或使用該薄膜音響諧振器的濾波器的諧振特性和質(zhì)量系數(shù)大幅劣化。
具體地說，橫振蕩型的聲波8與主振蕩型的聲波7相比，由于傳輸距離長，故橫振蕩型的聲波8的頻率比主振蕩型的聲波的頻率即諧振頻率γ相當(dāng)?shù)停嬖跈M振蕩型的聲波8的高頻成分具有該諧振頻率γ附近的頻率的情況，在該薄膜體音響諧振器的諧振特性上產(chǎn)生稱為雜散信號的噪音。另外，在構(gòu)成帶通濾波器時，在通過頻率帶域產(chǎn)生波動，引起不需要的大的插入損失。
目前以改善該橫振蕩型引起的雜散信號為目的，如圖14所示，提案有在上部電極5的外側(cè)使壓電體層4的端面形成不垂直的形狀的改進方案(參照專利文獻1)。在該壓電體層4的端面為不垂直的形狀時，通過使到達該端面的橫振蕩型的聲波8分散，使橫振蕩型的駐波不容易產(chǎn)生。
專利文獻1特表2003-505906號公報非專利文獻1K.M.Lakin“Thin film resonator and filters”Proceedings ofthe 1999 IEEE Ultrasonics Symposium，Vol.2，pp895-906，17-20 Oct.1999.
該專利文獻1的記載中，使到達壓電體層4的端面的橫振蕩型的聲波8分散，但如圖14所示，橫振蕩型的聲波8反射的大部分不在壓電體層4的端面，而在垂直于上部電極5一端的面9上產(chǎn)生，因此，壓電體層4的該上部電極5的外側(cè)形成不垂直的形狀，由此，橫振蕩型引起的雜散信號的效果小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點而開發(fā)的，其主要目的是在于，降低橫振蕩型引起的雜散信號。
本發(fā)明提供一種薄膜體音響諧振器，其由第一電極、與該第一電極上面鄰接形成的壓電體層以及與該壓電體層的上面鄰接形成的第二電極的層積體構(gòu)成，使該第一及第二電極具有與空氣接觸的分界面，其中，該壓電體層的端面的至少一部分存在于該第一電極或第二電極內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明提供一種薄膜體音響諧振器的制造方法，在襯底上形成作為空氣層的臺階，在該臺階上形成第一犧牲層，然后，在該第一犧牲層及該襯底上跨過該第一犧牲層形成規(guī)定形狀的下部電極，然后，下部形狀的至少一部分位于該下部電極內(nèi)側(cè)，端部形成錐狀的壓電體層，然后，在該壓電體層的端面外周形成規(guī)定形狀的第二犧牲層，然后，在該壓電體層及該第二犧牲層上形成該壓電體層的上部形狀的至少一部分成為內(nèi)側(cè)的形狀的上部電極，然后，除去該第一及第二犧牲層。
另外，本發(fā)明提供一種薄膜體音響諧振器，其由第一電極、與該第一電極上面鄰接形成的壓電體層以及與該壓電體層的上面鄰接形成的第二電極的層積體構(gòu)成，使該第一及第二電極具有與空氣接觸的分界面，其中，該壓電體層的整個端面存在于該第一電極及第二電極內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明提供一種薄膜體音響諧振器的制造方法，在襯底上形成作為空氣層的臺階，在該臺階上形成第一犧牲層，然后，在該第一犧牲層及該襯底上跨過該第一犧牲層形成規(guī)定形狀的下部電極，然后，整個下部形狀位于下部電極的內(nèi)側(cè)，端部形成錐狀的壓電體層，然后，在該壓電體層的端面外周形成規(guī)定形狀的第二犧牲層，然后，在該壓電體層及該第二犧牲層上形成該壓電體層的整個上部形狀成為內(nèi)側(cè)的形狀的上部電極，然后，除去該第一及第二犧牲層。
根據(jù)本發(fā)明，與上部電極及下部電極比，使壓電體層的端面構(gòu)成內(nèi)側(cè)，消除對應(yīng)上部電極及下部電極端部的壓電體層，消除該部分造成的橫振蕩型的聲波的反射，同時，使壓電體層的端面形成不是垂直的例如錐狀，因此，橫振蕩型的聲波僅在該壓電體層的端面反射，可分散該聲波，能夠降低橫振蕩型引起的雜散信號。


圖1是表示用于實施本發(fā)明薄膜體音響諧振器的最佳實施例的圖2的I-I線剖面圖；圖2是圖1的平面圖；圖3是在本實施例的模擬時使用的本實施例薄膜體音響諧振器的剖面圖；圖4是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖5是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖6是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖7是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖8是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖9是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；
圖10是用于說明本發(fā)明的制造方法的例子的剖面圖；圖11是現(xiàn)有的薄膜體音響諧振器的例子的平面圖；圖12是圖11的A-A線剖面圖；圖13是用于說明現(xiàn)有例的剖面圖；圖14是用于說明現(xiàn)有例的剖面圖；圖15是用于說明本實施例的曲線圖；圖16是用于說明現(xiàn)有例的曲線圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1～圖10說明用于實施本發(fā)明薄膜體音響諧振器及其制造方法的最佳實施例。
本實施例的薄膜體音響諧振器如圖1～圖3所示，圖2是平面圖，圖1是圖2的I-I線剖面圖。圖1、圖2所示的本實施例的薄膜體音響諧振器由在襯底10上通過空氣層11形成的下部電極12、與該下部電極12的上面相鄰形成的壓電體層13、與壓電體層13的上面相鄰形成的上部電極14的層積體構(gòu)成，使該下部電極12及上部電極14具有與空氣接觸的分界面，其中，該壓電體層13的整個端面存在于該下部電極12及上部電極14的內(nèi)側(cè)。圖2中，標號12a是與下部電極12連接的信號配線，標號14a是與上部電極14連接的信號配線。
其次，參照圖4～圖10說明該圖1～圖3所示的薄膜體音響諧振器的制造方法的例子。
首先，如圖4所示，在由高電阻硅或高電阻砷化鉀構(gòu)成的襯底10上形成之后成為空氣層11的規(guī)定大小的四邊形的孔(臺階)11a。該孔(臺階)11a的深度為0.5～3μm程度。
其次，在該孔(臺階)11a中形成大于或等于該孔(臺階)11a的深度的犧牲層20。以氧化硅膜、PSG膜、BPSG膜、SOG膜等作為該犧牲層20。在成形該犧牲層20后，如圖5所示，利用CMP(chemical mechanical polishing化學(xué)機械研磨)等進行蝕刻，使其平滑。
然后，利用半導(dǎo)體制造技術(shù)中公知的噴射沉淀技術(shù)，同時使用以抗蝕劑為掩模的各種蝕刻技術(shù)，如圖6所示，在犧牲層20及襯底10上跨過該犧牲層20形成規(guī)定形狀例如四邊形的規(guī)定大小的下部電極12。該下部電極12使用鉬、鉑等，其厚度為0.1～0.5μm程度。
接著，使用噴射沉淀技術(shù)形成膜厚1～2μm程度的壓電體層。該壓電體層使用例如氮化鋁和氧化鋅。然后，如圖7所示，利用顯影液的蝕刻，形成端面約50°的錐狀壓電體層13。
此時，該壓電體層13的整個下部形狀構(gòu)成該下部電極12的內(nèi)側(cè)。
其次，在該壓電體層13的外周，在該下部電極12及襯底10上從襯底10的上面形成比下部電極12與壓電體層13的厚度之和還厚的犧牲層21。該犧牲層21使用氧化硅膜、PSG膜、BPSG膜、SOG膜等。
在成形犧牲層21后，如圖8所示，利用CMP等將其上面蝕刻平滑。然后，如圖9所示，將該犧牲層21加工成規(guī)定形狀。
之后，使用噴射沉淀技術(shù)，在該壓電體層13及犧牲層21上形成上部電極14。此時，使上部電極14構(gòu)成該壓電體層13的整個上部形狀為該上部電極14內(nèi)側(cè)的形狀(參照圖10)。該上部電極14使用鉬、鉑等，其厚度為0.1～0.5μm。
然后，通過HF蝕刻除去犧牲層20及21，得到圖1所示的薄膜體音響諧振器。
下面說明該圖1～圖3所示的薄膜體音響諧振器的動作。
在上部電極14和下部電極12之間施加電壓而產(chǎn)生電場時，壓電體層13使電能的一部分向彈性波(下記為聲波)這種形式的機械能轉(zhuǎn)變。
將該機械能向上部電極14及下部電極12的電極面的垂直方向即壓電體層13的膜厚方向傳送，再次轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在該電?機械能的轉(zhuǎn)換過程中，存在效率優(yōu)良的特定頻率，在施加具有該頻率的交流電壓時，該薄膜體音響諧振器顯示極低的阻抗。
該特定頻率通常稱為諧振頻率γ，設(shè)該值γ為一次近似，不考慮上部電極14和下部電極12的存在時，γ＝V/2t。在此，V是壓電體層13中的聲波速度，t是壓電體層13的厚度。當(dāng)聲波的波長為λ時，由于V＝γλ的關(guān)系成立，故t＝λ/2。
這意味著，壓電體層13中感應(yīng)的聲波在壓電體層13和上部電極14及下部電極12的分界面上下反復(fù)反射，正好形成對應(yīng)其半波長的駐波。
換句話說，在形成半波長的駐波的聲波的頻率與外部施加的交流電壓的頻率一致時，形成諧振頻率。
另外，根據(jù)本實施例，如圖1～圖3所示，將壓電體層13的端面形成錐狀，同時，與使壓電體層13的下部形狀存在于下部電極12的內(nèi)側(cè)一樣，使壓電體層1 3的上部形狀存在于上部電極14的內(nèi)側(cè)，故不存在與上部電極14及下部電極12各自端部對應(yīng)的壓電體層13，沒有該部分(面)的橫振蕩型的聲波的發(fā)射，且壓電體層13的端面不垂直，而是錐狀，因此，橫振蕩型的聲波分散，可降低橫振蕩型引起的雜散信號。
下面敘述通過有限要素法模擬確認的結(jié)果。作為本實施例的結(jié)構(gòu)，圖15表示對薄膜體音響諧振器模擬的結(jié)果，作為本實施例的結(jié)構(gòu)，該薄膜體音響諧振器如圖3所示構(gòu)成。為進行比較，圖16表示對作為現(xiàn)有例的圖14所示的薄膜體音響諧振器模擬的結(jié)果。
這里表示的阻抗值以將薄膜體音響諧振器看成簡單的并行平板電容時的電容值而標準化。
作為該本實施例及現(xiàn)有例的薄膜體音響諧振器的基本結(jié)構(gòu)常數(shù)，作為上部電極14及5使用的鉬電極的厚度為0.3μm，作為壓電體層13及4使用的氮化鋁層的厚度為1μm，上層電極14及5構(gòu)成100μm×100μm的正方形。
如圖16所示，在現(xiàn)有例的情況下，在2.17GHz附近，另外，在反諧振頻率約2.28GHz左右，阻抗噪聲狀變化，確認有橫振蕩型產(chǎn)生的雜散信號。
另一方面，在本實施例的情況下，如圖15所示，在反諧振頻率附近的雜散信號減輕，構(gòu)成較圓滑的波形。這意味著通過本實施例降低了橫振蕩型產(chǎn)生的雜散信號。
另外，上述實施例敘述了壓電體層13的整個端面存在于下部電極12及上部電極14的內(nèi)側(cè)，但只要該壓電體層13下部形狀及上部形狀的一部分也存在于該下部電極12及上部電極14的內(nèi)側(cè)，就能夠得到與上述例相同的作用效果。
另外，在上述例中，壓電體層13的端部構(gòu)成錐狀，但只要使該端面為垂直之外的形狀，就能夠得到與上述例相同的作用效果。
顯然，本發(fā)明也可以適用于薄膜體音響諧振器的變形即堆積薄膜體音響諧振器。
另外，本發(fā)明顯然不限于上述實施例，只要不脫離本發(fā)明的要旨，可采用其它各種結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜體音響諧振器，其由第一電極、與該第一電極的上面鄰接形成的壓電體層以及與該壓電體層的上面鄰接形成的第二電極的層積體構(gòu)成，使所述第一及第二電極具有與空氣接觸的分界面，其特征在于，所述壓電體層的端面的至少一部分存在于所述第一電極或所述第二電極的內(nèi)側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜體音響諧振器，其特征在于，所述壓電體層的端面不垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜體音響諧振器，其特征在于，所述壓電體層的端面為錐狀。
4.一種薄膜體音響諧振器的制造方法，在襯底上形成作為空氣層的臺階，在該臺階上形成第一犧牲層，然后，在所述第一犧牲層及所述襯底上跨過所述第一犧牲層形成規(guī)定形狀的下部電極，然后，下部形狀的至少一部分位于所述下部電極內(nèi)側(cè)，端部形成錐狀的壓電體層，然后，在所述壓電體層的端面外周形成規(guī)定形狀的第二犧牲層，然后，在所述壓電體層及所述第二犧牲層上形成所述壓電體層的上部形狀的至少一部分作為內(nèi)側(cè)的形狀的上部電極，然后，除去所述第一及第二犧牲層。
5.一種薄膜體音響諧振器，其由第一電極、與該第一電極上面鄰接形成的壓電體層以及與該壓電體層的上面鄰接形成的第二電極的層積體構(gòu)成，使所述第一及第二電極具有與空氣接觸的分界面，其特征在于，所述壓電體層的整個端面存在于所述第一電極及所述第二電極的內(nèi)側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜體音響諧振器，其特征在于，所述壓電體層的端面不垂直。
7.如權(quán)利要求5所述的薄膜體音響諧振器，其特征在于，所述壓電體層的端面為錐狀。
8.一種薄膜體音響諧振器的制造方法，在襯底上形成作為空氣層的臺階，在該臺階上形成第一犧牲層，然后，在所述第一犧牲層及所述襯底上跨過所述第一犧牲層形成規(guī)定形狀的下部電極，然后，整個下部形狀位于所述下部電極內(nèi)側(cè)，端部形成錐狀的壓電體層，然后，在所述壓電體層的端面外周形成規(guī)定形狀的第二犧牲層，然后，在所述壓電體層及所述第二犧牲層上形成所述壓電體層的整個上部形狀作為內(nèi)側(cè)的形狀的上部電極，然后，除去所述第一及第二犧牲層。
全文摘要
一種薄膜體音響諧振器，其目的在于降低橫振蕩型引起的雜散信號。薄膜體音響諧振器由第一電極(12)、與該第一電極(12)的上面鄰接形成的壓電體層(13)、與該壓電體層(13)的上面鄰接形成的第二電極(14)的層積體構(gòu)成，使該第一及第二電極(12)及(14)具有與空氣接觸的分界面，其中，該壓電體層(13)的整個端面存在于該第一電極(12)及該第二電極(14)的內(nèi)側(cè)。
文檔編號H03H9/17GK1705226SQ20051007476
公開日2005年12月7日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者岡修一 申請人:索尼株式會社