專利名稱：壓電薄膜諧振器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的特定方面涉及壓電薄膜諧振器和用于制造壓電薄膜諧振器的方法。
背景技術(shù)：
隨著諸如移動(dòng)電話單元的移動(dòng)通信設(shè)備的快速普及，對(duì)小且輕的諧振器以及具有該諧振器的濾波器的需求增大。近來，開發(fā)具有僅允許在特定頻率范圍中的電信號(hào)通過的特性的高頻通信用濾波器，該特性是通過組合具有壓電材料的表面聲波諧振器和使用壓電薄膜的厚度振動(dòng)的壓電薄膜諧振器而獲得的。使用表面聲波諧振器或壓電薄膜諧振器的濾波器的外形小于電介質(zhì)濾波器的外形。并且，表面聲波諧振器的Q值高于電介質(zhì)濾波器的Q值。因此，表面聲波諧振器適合于需要陡的滾降特性的移動(dòng)通信設(shè)備(諸如小的移動(dòng)電話單元)的高頻組件。雙工器用作具有表面聲波諧振器或壓電薄膜諧振器的梯型濾波器的應(yīng)用組件。雙工器具有收發(fā)功能，并用作發(fā)送信號(hào)頻率與接收信號(hào)頻率不同的無線設(shè)備。存在作為壓電薄膜諧振器的FBAR (膜體聲波諧振器)類型和SMR (固態(tài)裝配型諧振器)類型。FBAR類型的壓電薄膜諧振器具有在基板上按照下電極、壓電薄膜和上電極的順序?qū)盈B的層疊結(jié)構(gòu)。在下電極和上電極之間夾著壓電膜的區(qū)域是諧振部。在諧振部的下電極的下方形成腔。另一方面，SMR類型的壓電薄膜諧振器具有替代腔而設(shè)置聲學(xué)多層膜的結(jié)構(gòu)。聲學(xué)多層膜具有這樣的結(jié)構(gòu)其中具有較高聲阻抗并具有λ/4的厚度的膜和具有較低聲阻抗并具有λ/4的厚度的膜層疊(λ :聲波的波長)。使用壓電薄膜諧振器的濾波器或雙工器具有頻率的溫度特性。隨著移動(dòng)電話單元等的性能變得越高，需要改進(jìn)溫度特性，并且需要降低諸如諧振頻率或反諧振頻率的頻率的溫度系數(shù)的絕對(duì)值。日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 58-137317 (以下稱為文獻(xiàn)I)公開一種如圖5所示在壓電膜之間設(shè)置溫度系數(shù)的符號(hào)與壓電膜的溫度系數(shù)的符號(hào)相反的薄膜，并且降低了頻率的溫度系數(shù)的絕對(duì)值。Qiang Zou和6個(gè)人的“High Coupling CoefficientTemperature Compensated FBAR Resonator for Oscillator Application with WidePulling Range，，(Frequency Control Symposium, 2010IEEE International, p646_651)公開了如圖2所示在下電極和壓電膜之間設(shè)置充當(dāng)溫度補(bǔ)償膜的氧化硅膜，金屬膜覆蓋氧化硅膜，改善了頻率的溫度特性，并且提高了機(jī)電耦合系數(shù)(K2)。在壓電薄膜諧振器中，壓電膜的配向性是用于確定諧振特性的重要因素之一。但是，壓電膜的配向性可能紊亂，如在文獻(xiàn)I的結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜的薄膜由壓電膜夾著的情況下。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種壓電薄膜諧振器，其包括下電極，其設(shè)置在基板上；壓電膜，其設(shè)置在下電極上，并包括至少兩層；上電極，其設(shè)置在壓電膜上，并具有與下電極一起夾著壓電膜并面對(duì)下電極的區(qū)域；和絕緣膜，其設(shè)置在所述至少兩層的各層之間并且在下電極和上電極彼此面對(duì)的區(qū)域中，其中絕緣膜的上表面比絕緣膜的下表面平坦。
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根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造壓電薄膜諧振器的方法，該方法包 括以下步驟在基板上形成下電極；在下電極上形成第一壓電膜；在第一壓電膜上形成絕 緣膜；使絕緣膜的上表面平坦化；在上表面被平坦化了的絕緣膜上形成第二壓電膜；以及 在第二壓電膜上形成具有與下電極一起夾著第一壓電膜、絕緣膜和第二壓電膜并面對(duì)下電 極的區(qū)域的上電極。


圖1示出了根據(jù)第一比較例的壓電薄膜諧振器的諧振部的示意性截面圖；圖2示出了例示了絕緣膜的上表面的平坦度的截面圖；圖3中A示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性頂面圖；圖3中B示出了沿圖3中A的線A-A截取的示意性截面圖；圖3中C示出了沿圖3中A的線B-B截取的示意性截面圖；圖4A至圖4H示出了用于例示根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的制造方法的 示意性截面圖；圖5示出用于例示絕緣膜的上表面的平坦度的示意性截面圖；圖6A示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的頻率的溫度特性的測(cè)量結(jié) 果;圖6B示出了根據(jù)第二比較例的壓電薄膜諧振器的頻率的溫度特性的測(cè)量結(jié)果；圖7示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的第一變型實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性 截面圖；圖8示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的第二變型實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性 截面圖；以及圖9示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的制造方法的流程的示例。
具體實(shí)施例方式將給出對(duì)根據(jù)第一比較例的壓電薄膜諧振器的描述。圖1示出了壓電薄膜諧振器 的諧振部的示意性截面圖。如圖1所示，通過濺射法等，在下電極50上形成第一壓電膜52。 下電極50由Ru (釕)等制成。第一壓電膜52由A1N等制成。通過濺射法等，在第一壓電 膜52上形成擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜的絕緣膜54。通過濺射法等，在絕緣膜54上形成第二壓電膜 56。第二壓電膜56由A1N等制成。因?yàn)榻^緣膜54擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜，所以絕緣膜54的溫度 系數(shù)的符號(hào)與第一壓電膜52和第二壓電膜56的彈性常數(shù)的溫度系數(shù)的符號(hào)相反。絕緣膜 54由Si02等制成。例如，絕緣膜54與第一壓電膜52的上表面接觸。例如，第二壓電膜56 與絕緣膜54的上表面接觸。通過濺射法等，在第二壓電膜56上形成由Ru等制成的上電極 58。下電極50和上電極58彼此面對(duì)并且夾著第一壓電膜52和第二壓電膜56。在下 電極50和上電極58彼此面對(duì)的區(qū)域中，第一壓電膜52和第二壓電膜56夾著絕緣膜54。 因而，擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜的絕緣膜設(shè)置在下電極和上電極彼此面對(duì)的區(qū)域中。這允許改善頻 率的溫度特性，如在文件1中描述的。將給出對(duì)絕緣膜54的上表面的平坦度的描述。圖2示出例示了絕緣膜54的上表面的平坦度的示意性截面圖。如圖2所示，通過濺射法等，在下電極50上形成第一壓電膜52，并且第一壓電膜52具有0.6 μ m等的厚度。因此，第一壓電膜52的上表面60的平坦度差。通過濺射法等形成絕緣膜54，并且絕緣膜54與第一壓電膜52的上表面60接觸。絕緣膜54具有25nm等的厚度。因此，絕緣膜54的上表面62受第一壓電膜52的上表面60的平坦度的影響，并具有第一壓電膜52的上表面60所轉(zhuǎn)印的形狀。即，絕緣膜54的上表面62的平坦度與第一壓電膜52的上表面60的平坦度大致相同。因此，絕緣膜54的上表面62的平坦度也是差的。并且，通過濺射法等，第二壓電膜56形成為與平坦度差的絕緣膜54的上表面62接觸。因而，在根據(jù)第一比較例的壓電薄膜諧振器中，因?yàn)榻^緣膜54設(shè)置在第一壓電膜52和第二壓電膜56之間，所以可以改善頻率的溫度特性。但是，第二壓電膜56設(shè)置為與平坦度差的絕緣膜54的上表面62接觸。因此，第二壓電膜56的c軸配向性劣化。T. Yokoyama和四個(gè)人的“New Electrode Material for Low-Ioss and High-QFBAR Filters”(IEEEUltrasonic Symposium2004, p429-432)公開了壓電膜的c軸配向性對(duì)壓電薄膜諧振器的諧振特性的影響大。因此，如在根據(jù)第一比較例的壓電薄膜諧振器的情況中，當(dāng)?shù)诙弘娔?6的c軸配向性劣化時(shí)，諧振特性可能劣化。將給出對(duì)這樣一種壓電薄膜諧振器的描述，該壓電薄膜諧振器改善了頻率的溫度特性，抑制壓電膜配向性紊亂并實(shí)現(xiàn)有利的諧振特性。[第一實(shí)施方式]圖3中A示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性頂面圖。圖3中B示出了沿圖3中A的線A-A截取的示意性截面圖。圖3中C示出了沿圖3中A的線B-B截取的示意性截面圖。如圖3中A至C所示，由Ru等制成的下電極12設(shè)置在由Si基板等制成的基板10上。下電極12的厚度例如是260nm。由AlN等制成的第一壓電膜14設(shè)置在基板10和下電極12上。第一壓電膜14的厚度例如是O. 6 μ m。擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜的由SiO2等制成的絕緣膜16設(shè)置在第一壓電膜14上。絕緣膜16的厚度例如是25nm。例如，絕緣膜16設(shè)置在第一壓電膜14的上表面上，并與第一壓電膜14的上表面接觸。稍后描述細(xì)節(jié)。絕緣膜16的上表面的平坦度比下表面的平坦度差。由AlN等制成的第二壓電膜18設(shè)置在絕緣膜16上。第二壓電膜18的厚度例如是
O.6 μ m。第二壓電膜18設(shè)置在絕緣膜16的上表面上并與絕緣膜16的上表面接觸。由Ru等制成的上電極20設(shè)置在第二壓電膜18上，并具有與下電極12 —起夾著第一壓電膜14、絕緣膜16和第二壓電膜18并且面對(duì)下電極12的區(qū)域。上電極20的厚度例如是260nm。下電極12和上電極20彼此面對(duì)的區(qū)域是諧振部22。具有穹形的腔24形成在諧振部22下方、在基板10和下電極12之間。穹形是腔24的中央部的高度大于腔24的周邊部的高度的隆起部。在下電極12下面設(shè)置有用于蝕刻稍后描述的犧牲層的引導(dǎo)通路26。引導(dǎo)通路26的邊緣區(qū)域未被第一壓電膜14、絕緣膜16或第二壓電膜18覆蓋。在引導(dǎo)通路26的邊緣區(qū)域中形成有孔28。允許與下電極12電連接的開口 30形成在第一壓電膜14、絕緣膜16和第二壓電膜18中。下面，參照?qǐng)D4A至圖4H將給出對(duì)根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的制造方法的描述。圖4A至圖4D示出了對(duì)應(yīng)于圖3中A的線A-A的示意性截面圖。圖4E至圖4H示出了對(duì)應(yīng)于圖3中A的線B-B的示意性截面圖。
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如圖4A和圖4E所示，通過濺射法或氣相沉積法，在基板10上形成由MgO (氧化鎂)等制成的犧牲層32。此后，通過曝光和蝕刻，犧牲層32留在要形成腔24的區(qū)域中。犧牲層32的厚度例如是20nm。接著，通過在Ar氣氛中濺射Ru祀，在基板10和犧牲層32上形成下電極12。此后，通過曝光和蝕刻，下電極12形成為希望的形狀。下電極12的一部分形成為覆蓋犧牲層32的形狀。如圖4B和圖4F所示，通過在Ar/N2混合氣體中濺射Al靶，在基板10和下電極12上形成第一壓電膜14。接著，通過在Ar氣氛中濺射SiO2靶，在第一壓電膜14上形成絕緣膜16。此后，向絕緣膜16的上表面照射Ar等離子體達(dá)幾十秒。并且，使絕緣膜16的上表面平坦化。如圖4C和圖4G所示，通過在Ar/N2混合氣體中濺射Al靶，在絕緣膜16上形成第二壓電膜18。接著，通過在Ar氣氛中濺射Ru靶，在第二壓電膜18上形成上電極20。在不破壞真空的情況下，在單個(gè)真空設(shè)備中連續(xù)地執(zhí)行第一壓電膜14的形成、絕緣膜16的形成、絕緣膜16的上表面的平坦化、第二壓電膜18的形成和上電極20的形成。此后，第一壓電膜14、絕緣膜16、第二壓電膜18和上電極20通過曝光和蝕刻形成為希望的形狀。此外，通過曝光和蝕刻形成引導(dǎo)通路26的邊緣區(qū)域的孔28?？?8可以與下電極12 —起形成。如圖4D和圖4H所示，用于蝕刻犧牲層32的蝕刻液體從孔28引入并通過引導(dǎo)通路26。由此，去除犧牲層32。通過調(diào)整濺射條件，下電極12、第一壓電膜14、絕緣膜16、第二壓電膜18和上電極20的層疊膜的應(yīng)力被設(shè)置為擔(dān)當(dāng)壓縮應(yīng)力。因而，當(dāng)完成犧牲層32的蝕刻時(shí)，層疊膜膨脹，并且在基板10和下電極12之間形成具有穹形的腔24。下面，將給出對(duì)絕緣膜16的上表面的平坦度的描述。圖5示出了用于例示絕緣膜16的上表面的平坦度的示意性截面圖。如圖5所示，與第一壓電膜14的上表面34 (B卩，絕緣膜16的下表面)的平坦度相比，絕緣膜16的上表面36的平坦度得到改善。這是因?yàn)樵谛纬山^緣膜16后，向絕緣膜16的上表面照射Ar等離子體，如參照?qǐng)D4B和圖4F描述的。這里，測(cè)量第一壓電膜14的上表面34的平坦度和絕緣膜16的上表面36的平坦度。作為平坦度，針對(duì)在由圖4A至圖4H中示出的制造方法制造的晶片上的三個(gè)區(qū)域中的15個(gè)芯片，來測(cè)量在形成第一壓電膜14后第一壓電膜14的上表面34的RMS (Root Mean Square:均方根)值和在使絕緣膜16平坦化后絕緣膜16的上表面36的RMS值。15個(gè)芯片的第一壓電膜14的上表面34的RMS值的平均值是I. 7nm。另一方面，15個(gè)芯片的絕緣膜16的上表面36的RMS值的平均值是O. 6nm?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過向絕緣膜16的上表面36照射Ar等離子體，改善了絕緣膜16的上表面36的平坦度，并且RMS值下降到一半或更少。接著，測(cè)量在平坦度改善了的絕緣膜16的上表面36上形成的第二壓電膜18的c軸配向性。通過測(cè)量第二壓電膜18的X射線衍射的搖擺曲線的半值寬度，來測(cè)量c軸配向性。第二壓電膜18的半值寬度大約是作為良好值的3度。如在第一比較例的壓電薄膜諧振器的情況中，當(dāng)在平坦度差的絕緣膜54的上表面62上形成第二壓電膜56時(shí)，第二壓電膜56的c軸配向性可能紊亂。但是，如同在第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的情況中，通過在改善了平坦度的絕緣膜16的上表面36上形成第二壓電膜18，抑制了第二壓電膜18的c軸配向性的紊亂。接著，測(cè)量根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的頻率的溫度特性。圖6A示出了壓電薄膜諧振器的頻率的溫度特性的測(cè)量結(jié)果。為了比較，圖6B示出了根據(jù)第二比較例的壓電薄膜諧振器的頻率的溫度特性，第二比較例的壓電薄膜諧振器除了未設(shè)置絕緣膜16之外具有與根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器相同的結(jié)構(gòu)。在測(cè)量溫度特性時(shí)，按照20攝氏度的增量，溫度從-35攝氏度變化為85攝氏度，并且測(cè)量諧振頻率和反諧振頻率。如在圖6A和圖6B中示出的，根據(jù)第二比較例的壓電薄膜諧振器的諧振頻率的溫度系數(shù)是-27. 3ppm/攝氏度。該壓電薄膜諧振器的反諧振頻率的溫度系數(shù)是-32. Ippm/攝·氏度。另一方面，根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的諧振頻率的溫度系數(shù)是-17. 6ppm/攝氏度。該壓電薄膜諧振器的反諧振頻率的溫度系數(shù)是-20. 4ppm/攝氏度。與根據(jù)第二比較例的壓電薄膜諧振器的諧振頻率和反諧振頻率的溫度系數(shù)相比，根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的諧振頻率和反諧振頻率的溫度系數(shù)改善達(dá)lOppm。這是因?yàn)榻^緣膜16由SiO2等制成，第一壓電膜14和第二壓電膜18由AlN等制成，絕緣膜16的彈性常數(shù)的溫度系數(shù)的符號(hào)與第一壓電膜14和第二壓電膜18的彈性常數(shù)的溫度系數(shù)的符號(hào)相反。并且，絕緣膜16是在第一壓電膜14和第二壓電膜18之間、下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域，由此改善頻率的溫度特性。絕緣膜16可以設(shè)置在下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域(諧振部22)的一部分中。但是，考慮到改善頻率的溫度特性，優(yōu)選的是，絕緣膜16覆蓋下電極12面對(duì)上電極20的全部區(qū)域(諧振部22)。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式，如圖3中B所示，下電極12設(shè)置在基板10上，第一壓電膜14和第二壓電膜18設(shè)置在下電極12上，在第二壓電膜18上設(shè)置有具有與下電極12 一起夾著第一壓電膜14和第二壓電膜18并面對(duì)下電極12的區(qū)域的上電極20。絕緣膜16設(shè)置在下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域中、在第一壓電膜14和第二壓電膜18之間。并且如圖5所示，絕緣膜16的上表面比絕緣膜16的下表面平坦。如圖4A至圖4H所示，下電極12形成在基板10上，第一壓電膜14形成在下電極12上，并且絕緣膜16形成在第一壓電膜14上。并且，使絕緣膜16的上表面平坦化。此后，在上表面被平坦化了的絕緣膜16上形成第二壓電膜18。在第二壓電膜18上形成上電極20，使得上電極20的一部分與下電極12 —起夾著第一壓電膜14、絕緣膜16和第二壓電膜18，并面對(duì)下電極12。通過這些處理，制造壓電薄膜諧振器。如圖6A所示，因?yàn)樵谙码姌O12面對(duì)上電極20的區(qū)域中，在第一壓電膜14和第二壓電膜18之間設(shè)置絕緣膜16，改善了頻率的溫度特性。因?yàn)樵诟纳屏似教苟鹊慕^緣膜16的上表面36上形成第二壓電膜18，所以抑制了第二壓電膜18的c軸配向性的紊亂。因而，可以提高諧振銳利度(Q值)，可以提高機(jī)電耦合系數(shù)(K2)，并且可以抑制寄生(spurious)。因此，可以改善壓電薄膜諧振器的諧振特性。因此，根據(jù)第一實(shí)施方式，可以改善頻率的溫度特性，可以抑制壓電膜的配向性的紊亂，并可以實(shí)現(xiàn)良好的諧振特性。考慮到對(duì)第二壓電膜18的c軸配向性紊亂的抑制，優(yōu)選的是，絕緣膜16的上表面36的RMS值比下表面(B卩，第一壓電膜14的上表面34)的RMS值小30%以上。更優(yōu)選的是，上表面36的RMS值比下表面的RMS值小50%以上。仍更優(yōu)選的是，上表面36的RMS值比下表面的RMS值小80%以上?？紤]到對(duì)第二壓電膜18的c軸配向性紊亂的抑制，優(yōu)選的是，絕緣膜16的上表面36的RMS值是I. Onm以下。更優(yōu)選的是，上表面36的RMS值是O. 8nm以下。仍更優(yōu)選的是，上表面36的RMS值是O. 6nm以下。如在圖4C和圖4G所示，優(yōu)選的是，在不破壞真空的情況下在單個(gè)真空設(shè)備中連續(xù)地執(zhí)行第一壓電膜14的形成、絕緣膜16的形成、絕緣膜16的上表面的平坦化和第二壓電
7CN 102916673 A
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明
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膜18的形成。在該情況下，在第一壓電膜14和絕緣膜16之間的界面以及在絕緣膜16和第二壓電膜18之間的界面處抑制雜質(zhì)的附著。即，絕緣膜16可以形成在抑制了雜質(zhì)的附著的第一壓電膜14上。第二壓電膜18可以形成在抑制了雜質(zhì)的附著的絕緣膜16的平坦化了的上表面上。因此，可以實(shí)現(xiàn)良好的諧振特性。在圖4B和圖4F中，向絕緣膜16的上表面照射Ar等離子體，并且使絕緣膜16的 上表面平坦化。但是，可以照射除了 Ar氣體之外的惰性氣體的等離子體。即，可以使用除了 Ar氣體之外的惰性氣體的等離子體。在上述實(shí)施方式中，壓電膜由第一壓電膜14和第二壓電膜18的兩層形成，并且絕緣膜16是設(shè)置在第一壓電膜14和第二壓電膜18之間的單層。但是，結(jié)構(gòu)不限于此。壓電膜可以包括諸如三層或四層的多于兩層。在該情況下，絕緣膜16設(shè)置在每兩個(gè)壓電膜之間。即，壓電膜包括至少兩個(gè)層并且在每兩個(gè)壓電膜之間設(shè)置一個(gè)絕緣膜即可。在上述實(shí)施方式中，絕緣膜16由SiO2制成。但是結(jié)構(gòu)不限于此。如果絕緣膜16的溫度系數(shù)的符號(hào)與第一壓電膜14和第二壓電膜18的彈性常數(shù)的溫度系數(shù)的符號(hào)相反，以擔(dān)當(dāng)溫度補(bǔ)償膜，則絕緣膜16可以由其他材料制成。例如，在氧化硅中摻雜另一元素的絕緣膜可以用作絕緣膜16。即，絕緣膜16可以是主要由氧化硅制成的絕緣膜。絕緣膜16可以由聲波溫度系數(shù)為正的材料制成。在上述實(shí)施方式中，第一壓電膜14和第二壓電膜18由AlN制成。但是，結(jié)構(gòu)不限于此。第一壓電膜14和第二壓電膜18可以由氮化鋁或摻雜了另一元素的其他氮化鋁制成。即，第一壓電膜14和第二壓電膜18可以由氮化鋁或摻雜了雜質(zhì)的其他氮化鋁制成。第一壓電膜14和第二壓電膜18可以由氧化鋅或摻雜了另一元素的其他氧化鋅制成。優(yōu)選的是，第一壓電膜14由與第二壓電膜18相同的材料制成。第一壓電膜14的厚度可以與第二壓電膜18的厚度不同。在該情況下，在第一壓電膜14和第二壓電膜18之間的絕緣膜16位于下電極12側(cè)上或上電極20側(cè)上?；?0不限于Si基板，可以是玻璃基板或GaAs基板等。下電極12和上電極20可以由除了 Ru以外的、諸如Al、Cu、Mo、W、Ta、Pt、Rh、Ir、Cr或Ti的金屬材料制成。圖3中B示出了在基板10和下電極12之間形成穹形的腔24的FBAR類型的壓電薄膜諧振器。但是，結(jié)構(gòu)不限于此。如在第一實(shí)施方式的第一變型實(shí)施方式的情況中，可以使用去除了基板10的一部分由此在基板10中形成腔24的FBAR類型的壓電薄膜諧振器。如在第一實(shí)施方式的第二變型實(shí)施方式的情況中，可以使用SMR類型的壓電薄膜諧振器。圖7示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的第一變型實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性截面圖。如圖7所示，去除基板10的一部分，并在基板10的上表面中形成凹部。下電極12設(shè)置在基板10上以覆蓋凹部。因而，在下電極12下面形成腔24。第一壓電膜14、絕緣膜16、第二壓電膜18和上電極20按照該順序形成在下電極12上。夾著第一壓電膜14、絕緣膜16和第二壓電膜18并且下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域(諧振部)位于腔24上方。如圖7所示，在基板10中形成腔24的FBAR類型的壓電薄膜諧振器中，絕緣膜16設(shè)置在下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域中、第一壓電膜14和第二壓電膜18之間，并且絕緣膜16的上表面比絕緣膜16的下表面平坦。這導(dǎo)致改善了頻率的溫度特性、抑制壓電膜的配向性的紊亂，并實(shí)現(xiàn)了良好的諧振特性。腔24可以是貫穿基板10到基板10的下表面的通孔。
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圖8示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的第二變型實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性截面圖。如圖8所示，在基板10上設(shè)置有聲學(xué)多層膜42。在聲學(xué)多層膜42中，具有λ/4的厚度的低聲阻抗膜38和具有λ /4的厚度的高聲阻抗膜40交替地層疊。“ λ ”是聲波的波長。下電極12、第一壓電膜14、絕緣膜16、第二壓電膜18和上電極20按照該順序?qū)盈B在聲學(xué)多層膜42上。因而，SMR類型的壓電薄膜諧振器不具有腔，并且夾著第一壓電膜14、絕緣膜16和第二壓電膜18并且下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域(諧振部)位于聲學(xué)多層膜 42上方。如圖8所示，即使壓電薄膜諧振器是設(shè)置有聲學(xué)多層膜42來替代腔的SMR類型，絕緣膜16設(shè)置在下電極12面對(duì)上電極20的區(qū)域中、第一壓電膜14和第二壓電膜18之間，并且絕緣膜16的上表面比絕緣膜16的下表面平坦。這導(dǎo)致改善了頻率的溫度特性、抑制壓電膜的配向性的紊亂，并實(shí)現(xiàn)良好的諧振特性。[第二實(shí)施方式]圖9示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的制造方法的流程的示例。根據(jù)第二實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的頂面圖和截面圖與第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的頂面圖和截面圖相同。圖3中A至C示出了這些視圖。因此，省略了說明。示出制造方法的截面圖與第一實(shí)施方式的截面圖相同。圖4Α至圖4Η示出了這些視圖。因此，省略了說明。如圖9所示，在要形成腔24的區(qū)域中形成犧牲層32(步驟S10)。接著，在基板10和犧牲層32上形成下電極12。下電極12形成為希望的圖案(步驟S12)。接著，在基板10和下電極12上形成第一壓電膜14 (步驟S14)。接著，向第一壓電膜14的上表面照射Ar等離子體，并使第一壓電膜14的上表面平坦化(步驟S16)。接著，在使上表面平坦化的第一壓電膜14上形成絕緣膜16 (步驟S18)。接著，向絕緣膜16的上表面照射Ar等離子體，并且使絕緣膜16的上表面平坦化(步驟S20)。接著，在使上表面平坦化的絕緣膜16上形成第二壓電膜18 (步驟S22)。接著，在第二壓電膜18上形成上電極20 (步驟S24)。在不破壞真空的情況下在單個(gè)真空設(shè)備中執(zhí)行第一壓電膜14的形成、第一壓電膜14的平坦化、絕緣膜16的形成、絕緣膜16的平坦化、第二壓電膜18的形成和上電極20的形成。接著，使第一壓電膜14、絕緣膜16、第二壓電膜18和上電極20形成為希望的圖案(步驟S26)。接著，蝕刻犧牲層32。由此，在基板10和下電極12之間形成具有穹形的腔24 (步驟S28)。如上所述，第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式不同在于，在形成第一壓電膜14之后使第一壓電膜14的上表面平坦化，并且在上表面被平坦化了的第一壓電膜14上形成絕緣膜16。在第一實(shí)施方式中，如圖5所示，第一壓電膜14的上表面34的平坦度不好。但是，在第二實(shí)施方式中，因?yàn)槭沟谝粔弘娔?4的上表面平坦化，所以改善了第一壓電膜14的上表面。在第二實(shí)施方式中，因?yàn)榻^緣膜16形成在改善了平坦度的第一壓電膜14的上表面上，所以在完成了絕緣膜16的形成時(shí)絕緣膜16的上表面的平坦度比第一實(shí)施方式更好。并且進(jìn)一步使絕緣膜16的上表面平坦化。因此，與第一實(shí)施方式相比，絕緣膜16的上表面的平坦度得到改善。因此，可以更加抑制在絕緣膜16的上表面上形成的第二壓電膜18的c軸配向性的紊亂。并且可以實(shí)現(xiàn)更好的諧振特性。優(yōu)選的是，在不破壞真空的情況下在單個(gè)真空設(shè)備中連續(xù)地執(zhí)行第一壓電膜14的形成、第一壓電膜14的上表面的平坦化、絕緣膜16的形成、絕緣膜16的上表面的平坦化和第二壓電膜18的形成。這允許在抑制了雜質(zhì)的附著的第一壓電膜14的平坦化后的上表面上形成絕緣膜16，并且在抑制了雜質(zhì)的附著的絕緣膜16的平坦化后的上表面上形成第二壓電膜18。因此，可以實(shí)現(xiàn)良好的諧振特性?？梢酝ㄟ^照射除了 Ar氣體以外的惰性氣體的等離子體，來使第一壓電膜14的上表面平坦化?！?在第二實(shí)施方式中，如同在第一實(shí)施方式的第一變型實(shí)施方式的情況中，可以使用在基板10中形成腔24的FBAR類型的壓電薄膜諧振器。并且，如同在第一實(shí)施方式的第二變型實(shí)施方式的情況中，可以使用設(shè)置聲學(xué)多層膜42來替代腔的SMR類型的壓電薄膜諧振器。本發(fā)明不限于具體描述的實(shí)施方式，而是在不偏離所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍的情況下可以做出其他實(shí)施方式和變型。
權(quán)利要求
1.一種壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器包括下電極，其設(shè)置在基板上；壓電膜，其設(shè)置在所述下電極上并且包括至少兩層；上電極，其設(shè)置在所述壓電膜上，并且具有與所述下電極一起夾著所述壓電膜且面對(duì)所述下電極的區(qū)域；以及絕緣膜，其設(shè)置在所述至少兩層的各層之間并且在所述下電極和所述上電極彼此面對(duì)的區(qū)域中，其中，所述絕緣膜的上表面比所述絕緣膜的下表面平坦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述絕緣膜的上表面的RMS值比所述絕緣膜的下表面的RMS值小30%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電膜具有兩層的結(jié)構(gòu)；并且所述絕緣膜是設(shè)置在所述壓電膜的兩層之間的單層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述絕緣膜是主要成分為氧化硅的絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電膜是氮化鋁或摻雜了的氮化鋁。
6.一種用于制造壓電薄膜諧振器的方法，該方法包括以下步驟在基板上形成下電極；在所述下電極上形成第一壓電膜；在所述第一壓電膜上形成絕緣膜；使所述絕緣膜的上表面平坦化；在上表面被平坦化了的所述絕緣膜上形成第二壓電膜；以及在所述第二壓電膜上形成具有與所述下電極一起夾著所述第一壓電膜、所述絕緣膜和所述第二壓電膜并且面對(duì)所述下電極的區(qū)域的上電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在不破壞真空的情況下在單個(gè)真空設(shè)備中連續(xù)地執(zhí)行所述第一壓電膜的形成、所述絕緣膜的形成、所述絕緣膜的上表面的平坦化和所述第二壓電膜的形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，使所述絕緣膜的上表面平坦化是利用惰性氣體等離子體來執(zhí)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，該方法還包括使所述第一壓電膜的上表面平坦化，其中，形成所述絕緣膜的步驟包括在上表面被平坦化了的所述第一壓電膜上形成所述絕緣膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了壓電薄膜諧振器及其制造方法。一種壓電薄膜諧振器包括下電極，其設(shè)置在基板上；壓電膜，其設(shè)置在下電極上并包括至少兩層；上電極，其設(shè)置在壓電膜上，并具有面對(duì)下電極且與下電極一起夾著壓電膜的區(qū)域；和絕緣膜，其設(shè)置在下電極和上電極彼此面對(duì)的區(qū)域中，并在所述至少兩層的各層之間，其中絕緣膜的上表面比絕緣膜的下表面平坦。
文檔編號(hào)H03H3/02GK102916673SQ20121027219
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者上田政則, 谷口真司, 西原時(shí)弘 申請(qǐng)人:太陽誘電株式會(huì)社