压电薄膜谐振器制造技术

本发明专利技术涉及一种压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，所述压电膜设置在所述基板上，并且包括第一膜和第二膜，所述第一膜由含有添加元素的氮化铝膜制成，所述第二膜设置在所述第一膜的上表面和下表面上，并由以低于第一膜的浓度含有所述添加元素的氮化铝膜制成；和下电极和上电极，所述上电极和下电极设置成夹持所述压电膜。

【技术实现步骤摘要】
压电薄膜谐振器
本专利技术的某些方面涉及压电薄膜谐振器。
技术介绍
小型轻质化表面声波(SAW)滤波器一直用于以移动电话为代表的移动通信设备中使用的滤波器。SAW滤波器包括压电基板和设置在所述压电基板上的IDT(叉指换能器)，并且在由IDT的电极指间距(pitch)决定的频率下运行。近年来，移动通信设备的传输速率一直增加。因此，已经开发出在更高频率下运行的滤波器，但是SAW滤波器的频率依赖于IDT的电极指间距，所以，减少电极指间距上存在限制。因此，难以满足高频率的需要。所以，压电薄膜谐振器引发关注。压电薄膜谐振器具有谐振部分，该谐振部分在基板上层叠有下电极、压电膜和上电极，并且其频率由谐振部分的厚度决定。因此，容易使压电薄膜谐振器在高频率下运行。例如，将氮化铝膜用于压电薄膜谐振器的压电膜，但是氮化铝的压电常数和机电耦合系数小于其他压电材料。为了增大压电常数，已知在氮化铝中添加钪(Sc)的技术以及在基板和添加有Sc的氮化铝膜之间提供Sc含有率不同的氮化铝膜(例如，日本特开2009-10926号公报)。此外，已知通过形成第一压电膜并对其进行热处理，然后在所述第一压电膜上形成第二压电膜来形成压电膜的方法获得结晶性良好的压电膜(例如，日本特开2007-277606号公报)。另外，已知通过在改变膜形成条件时形成压电膜的方法来在压电薄膜谐振器中释放应力，并获得良好的谐振特性(例如，日本特开2003-60478号公报)。已知通过层叠具有正谐振频率温度系数的压电膜和具有负谐振频率温度系数的压电膜的方法获得良好的温度特性和良好的谐振特性(例如，日本特开2001-203558号公报)。在将含有添加元素的氮化铝膜用作压电薄膜谐振器的压电膜时，诸如压电膜的取向和膜应力以及压电膜和电极之间的粘合性等因素可引起诸如耦合系数、Q值和FOM(品质因数(FigureofMerit)，Q值与耦合系数的积)等特性的劣化。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，所述压电膜设置在所述基板上，并包括第一膜和第二膜，所述第一膜由含有添加元素的氮化铝膜制成，所述第二膜设置在所述第一膜的上表面和下表面上，并由以低于第一膜的浓度含有所述添加元素的氮化铝膜制成；和下电极和上电极，所述上电极和下电极设置成夹持所述压电膜。附图说明图1示出了第一实施方式的FBAR，其中图1(a)是第一实施方式的FBAR的俯视图，图1(b)是沿着图1(a)中的A-A线截取的截面图，图1(c)是是沿着图1(a)中的B-B线截取的截面图；图2是说明第一实施方式的FBAR的制造方法的截面图；图3是说明模拟中使用的未掺杂AlN的结构的图；图4是说明AlN相对于二价元素和四价元素的总取代浓度的机电耦合系数的曲线图；图5是第一比较例的FBAR的截面图；图6是说明AlN膜相对于Mg和Zr的总取代浓度的膜应力的图。图7是说明AlN膜相对于Mg和Zr的总取代浓度的压电常数的增加率的图。图8是说明AlN相对于二价元素和四价元素的总取代浓度的压电常数的增加率的曲线图；图9是说明AlN相对于二价元素和五价元素的总取代浓度的机电耦合系数的曲线图。图10是包括温度补偿膜的FBAR的截面图。图11示出了上述实施方式的FBAR的变型例，其中图11(a)是上述实施方式的第一变型例的FBAR的截面图；图11(b)是上述实施方式的第二变型例的FBAR的截面图；和图12是SMR的截面图。具体实施方式以下将参照附图给出本专利技术实施方式的描述。第一实施方式第一实施方式描述了FBAR(薄膜腔声波谐振器)，其是作为实例的示例性压电薄膜谐振器。图1(a)是第一实施方式的FBAR俯视图，图1(b)是沿着图1(a)中的A-A线截取的截面图，图1(c)是是沿着图1(a)中的B-B线截取的截面图。如图1(a)～图1(c)所示，第一实施方式的FBAR100包括基板10、下电极12、压电膜14和上电极16。基板10可以例如是硅(Si)基板、砷化镓(GaAs)基板或诸如玻璃基板等绝缘材料基板。下电极12设置在基板10上。下电极12可以例如是包含铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)和铱(Ir)中至少一种的金属膜。下电极12可以是单层膜或多层膜。压电膜14设置在基板10和下电极12上。压电膜14与例如下电极12的上表面接触设置。压电膜14具有c轴取向(其中c轴为主轴)的晶体结构。压电膜14包括第一膜14a和第二膜14b，第二膜14b与所述第一膜14a的上表面和下表面接触设置。第一膜14a是含有添加元素的氮化铝(AlN)膜。第一实施方式描述了第一膜14a是含有二价元素和四价元素的AlN膜的实例情形。第二膜14b是以低于第一膜14a的浓度含有添加元素的AlN膜。第一实施方式描述了第二膜14b是不含有添加元素的AlN膜(即未掺杂AlN膜)的实例情形。上电极16设置在压电膜14上，以具有面向下电极12的区域。也就是说，下电极12和上电极16设置为夹持压电膜14的至少一部分。上电极16与例如压电膜14的上表面接触设置。下电极12和上电极16在压电膜14之间彼此面对的区域是谐振部18。上电极16也可以是包含下电极12中列出的Al、Cu、Cr、Mo、W、Ta、Pt、Ru、Rh和Ir中的至少一种的金属膜，并且可以是单层膜或多层膜。具有圆顶状隆起的气隙20设置在基板10和谐振部18的下电极12之间。圆顶状隆起是具有以下形状的隆起：从气隙20的周边部开始离中心部的距离越近，气隙20的高度越高。为了形成气隙20而通过导入蚀刻剂形成的导入通路22设置在下电极12之下。导入通路22的末端附近未受到压电膜14覆盖，并且导入通路22的末端是孔洞24。孔洞24是导入形成气隙20时使用的蚀刻剂的导入口。能够与下电极12电连接的开口26设置在压电膜14中。当在下电极12和上电极16之间施加高频电信号时，由下电极12和上电极16夹持的压电膜14内部将产生由逆压电效应激发的声波，或因压电效应应变导致的声波。此种声波在下电极12和上电极16与空气接触的表面上进行全反射，因此变成在厚度方向上具有主位移(primarydisplacement)的厚度振动波。接下来将参照图2(a)～图2(h)说明第一实施方式的FBAR的制造方法。图2(a)～图2(d)是对应于沿着图1(a)中的A-A截取部分的截面，图2(e)～图2(h)是对应于沿着图1(a)中的B-B截取部分的截面。如图2(a)和图2(e)所示，通过例如溅射或蒸发在基板10上形成牺牲层28。牺牲层28可以由例如氧化镁(MgO)膜形成，并且可以被形成为用于形成其中要形成气隙20的区域。牺牲层28的膜厚可以例如为20nm。然后，通过例如在氩(Ar)气氛围下溅射在基板10和牺牲层28上形成金属膜。金属膜选自前文所述的Al、Cu、Cr、Mo、W、Ta、Pt、Ru、Rh和Ir中的至少一种。然后，通过例如将金属膜光刻和蚀刻成所需形状而形成下电极12。在这点上，将下电极12的一部分制成为具有覆盖牺牲层28的形状。如图2(b)和图2(f)所示，通过例如在Ar和氮气(N2)的混合气体下溅射铝靶而在表面经清洁的基板10和下电极1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，所述压电膜设置在所述基板上，并且包括第一膜和第二膜，所述第一膜由含有添加元素的氮化铝膜制成，所述第二膜设置在所述第一膜的上表面和下表面上，并由以低于所述第一膜的浓度含有所述添加元素的氮化铝膜制成；和下电极和上电极，所述上电极和下电极设置成夹持所述压电膜，其中，所述第二膜中的一个、即第二膜a设置在所述下电极与所述第一膜之间，所述第二膜中的另一个、即第二膜b设置在所述上电极与所述第二膜之间，所述下电极与所述第二膜a接触，且所述上电极与所述第二膜b接触，并且所述第一膜的厚度大于所述第二膜a和所述第二膜b的厚度。

【技术特征摘要】
2012.12.18 JP 2012-2761771.一种压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，所述压电膜设置在所述基板上，并且包括第一膜和第二膜，所述第一膜由含有添加元素的氮化铝膜制成，所述第二膜设置在所述第一膜的上表面和下表面上，并由以低于所述第一膜的浓度含有所述添加元素的氮化铝膜制成；和下电极和上电极，所述上电极和下电极设置成夹持所述压电膜，其中，所述第二膜中的一个、即第二膜a设置在所述下电极与所述第一膜之间，所述第二膜中的另一个、即第二膜b设置在所述上电极与所述第二膜之间，所述下电极与所述第二膜a接触，且所述上电极与所述第二膜b接触，并且所述第一膜的厚度大于所述第二膜a和所述第二膜b的厚度。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩田阳介，
申请(专利权)人：太阳诱电株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP