JP5716833B2 - Piezoelectric bulk wave device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、LiTaO3を用いた圧電バルク波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、バルク波として厚み滑りモードのバルク波を利用した圧電バルク波装置及びその製造方法に関する。The present invention relates to a piezoelectric bulk wave device using LiTaO 3 and a manufacturing method thereof, and more particularly to a piezoelectric bulk wave device using a thickness shear mode bulk wave as a bulk wave and a manufacturing method thereof.
従来、発振子やフィルタなどに、圧電薄膜デバイスが用いられている。例えば、下記の特許文献1には、図25に示す圧電薄膜デバイスが開示されている。圧電薄膜デバイス1001は、圧電薄膜1002を有する。圧電薄膜1002は、水晶、LiTaO3、LiNbO3などの圧電単結晶からなることが望ましいと記載されている。また、上記圧電薄膜1002の上面に電極1003,1004が形成されている。圧電薄膜1002の下面には電極1005〜1007が形成されている。これらの電極1003〜1007を用いることにより、圧電薄膜デバイス1001では、厚み滑りモードを利用してなる4個の圧電薄膜共振子が構成されている。Conventionally, piezoelectric thin film devices are used for oscillators, filters, and the like. For example, Patent Document 1 below discloses a piezoelectric thin film device shown in FIG. The piezoelectric
特許文献1に記載のように、従来、LiTaO3の厚み滑りモードを利用した圧電薄膜デバイスが知られていた。しかしながら、LiTaO3からなる圧電薄膜を用いて厚み滑り振動モードを利用した場合、高周波化が困難であった。すなわち、例えば1.5GHz以上の共振周波数や中心周波数を得ようとした場合、電極とLiTaO3の総厚みが薄くなり、機械的強度が低下しがちであった。Conventionally, as described in Patent Document 1, a piezoelectric thin film device using a thickness sliding mode of LiTaO 3 has been known. However, when a thickness-shear vibration mode is used using a piezoelectric thin film made of LiTaO 3 , it is difficult to increase the frequency. That is, for example, when trying to obtain a resonance frequency or center frequency of 1.5 GHz or more, the total thickness of the electrode and LiTaO 3 is thinned, and the mechanical strength tends to decrease.
本発明の目的は、LiTaO3の厚み滑りモードを利用しており、高周波化が可能であるフィルタや共振子を、厚みの比較的厚いLiTaO3薄板を用いて形成することができる圧電バルク波装置及びその製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to use a LiTaO 3 thickness-slip mode, and a piezoelectric bulk wave device capable of forming a filter or a resonator capable of high frequency using a LiTaO 3 thin plate having a relatively large thickness. And a manufacturing method thereof.
本発明に係る圧電バルク波装置は、LiTaO3からなる圧電薄板の厚み滑りモードのバルク波を利用している。本発明の圧電バルク波装置は、LiTaO3からなる圧電薄板と、前記圧電薄板に接するように設けられた第1,第2の電極とを備える。本発明では、前記LiTaO 3 のオイラー角(φ,θ,ψ)において、φ=0°、54°≦θ≦107°、ψ=0°である。前記第1及び第2の電極が、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも、固有音響インピーダンスが小さい導体からなる。また、本発明では、第1及び第2の電極の厚みの合計を電極厚、LiTaO3の厚みをLT厚としたとき、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さい。 The piezoelectric bulk acoustic wave device according to the present invention uses a bulk shear mode bulk wave of a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 . The piezoelectric bulk acoustic wave device of the present invention includes a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 and first and second electrodes provided so as to be in contact with the piezoelectric thin plate. In the present invention, the Euler angles (φ, θ, ψ) of the LiTaO 3 are φ = 0 °, 54 ° ≦ θ ≦ 107 °, and ψ = 0 °. The first and second electrodes are made of a conductor having a specific acoustic impedance smaller than the specific acoustic impedance of a transverse wave propagating through LiTaO 3 . In the present invention, when the total thickness of the first and second electrodes is the electrode thickness and the thickness of LiTaO 3 is the LT thickness, the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is greater than 5% and 70% Smaller than.
本発明においては、好ましくは、上記電極厚/(LT厚+電極厚)は5%より大きく、40%より小さい。この範囲内であれば、電気機械結合係数k2の変化が小さい。従って、製造ばらつきによる帯域幅のばらつきが小さい圧電バルク波装置を提供することができる。In the present invention, the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is preferably larger than 5% and smaller than 40%. Within this range, the change of the electromechanical coupling coefficient k 2 is small. Accordingly, it is possible to provide a piezoelectric bulk acoustic wave device with a small variation in bandwidth due to manufacturing variations.
本発明においては、電極厚/(LT厚+電極厚)が40%を超えてもよい。その場合には、制動容量C0を高めることができる。In the present invention, the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) may exceed 40%. In that case, it is possible to increase the damping capacity C 0.
本発明においては、上記第1及び第2の電極を構成する材料としては、好ましくは、Al、Ag,Cu、Ni及びTiからなる群から選択された少なくとも1種の金属または該金属を主体とする合金、または、該金属が重量比の過半以上を占める積層体を用いることができる。これらの金属は、固有音響インピーダンスが、LiTaO3の横波の固有音響インピーダンスよりも小さいため、本発明に従って圧電バルク波装置の高周波化を進めることができる。より好ましくは、Alが用いられ、その場合には、コストを高めることなく、本発明の圧電バルク波装置を提供することができる。In the present invention, the material constituting the first and second electrodes is preferably at least one metal selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Ni and Ti, or the metal as a main component. Or a laminate in which the metal occupies a majority of the weight ratio or more. Since these metals have a lower specific acoustic impedance than that of LiTaO 3 , the piezoelectric bulk wave device can be increased in frequency according to the present invention. More preferably, Al is used. In this case, the piezoelectric bulk wave device of the present invention can be provided without increasing the cost.
本発明に係る圧電バルク波装置の製造方法は、LiTaO3からなる圧電薄板の厚み滑りモードのバルク波を利用した圧電バルク波装置の製造方法であって、オイラー角(φ,θ,ψ)において、φ=0°、54°≦θ≦107°、ψ=0°であるLiTaO3からなる圧電薄板を用意する工程と、前記圧電薄板に接するように、固有音響インピーダンスがLiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも小さい導体からなる第1及び第2の電極を形成する工程とを備える。前記第1,第2の電極の厚みの合計である電極厚の、前記LiTaO 3 の厚みと前記電極厚との合計に対する厚みの比である、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さくなるように前記第1及び第2の電極を形成する。 A method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device according to the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device using a thickness-shear mode bulk wave of a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 , and in terms of Euler angles (φ, θ, ψ). , φ = 0 °, 54 ° ≦ θ ≦ 107 °, preparing a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 is [psi = 0 °, so as to be in contact with the piezoelectric thin, transverse to specific acoustic impedance propagates LiTaO 3 and forming a first and a second electrode that Do from less conductive than specific acoustic impedance of. The electrode thickness, which is the sum of the thicknesses of the first and second electrodes, is the ratio of the thickness to the sum of the LiTaO 3 thickness and the electrode thickness, and the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is 5%. larger, form the first and second electrodes from the small Kunar so 70%.
本発明の圧電バルク波装置の製造方法のある特定の局面では、前記圧電薄板を用意する工程が、LiTaO3からなる圧電基板の一方面からイオン注入し、該一方面側に注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分を形成する工程と、前記圧電基板の前記一方面側に支持基板を接合する工程と、前記圧電基板を加熱しつつ、前記高濃度イオン注入部分において前記圧電基板を該圧電基板の前記一方面から前記高濃度イオン注入部分に至る圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する工程とを備える。この場合には、イオン注入条件を制御することにより、高濃度イオン注入部分の位置を容易に制御することができる。一般にイオン注入装置のイオンビームは均質な強度で直線的に基板へ照射され、かつ、基板全体をイオンビームが掃引しながら同一箇所にほぼ同じ照射角で多数回照射される。従って、スパッタやCVD、蒸着などの成膜法による厚みバラツキに比べると、イオン注入では、高濃度イオン注入部分の位置は、基板全面で均等となり、深さバラツキは小さくなる。よって、基板全面で正確な厚みの圧電薄板を容易に得ることができる。In a specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device of the present invention, the step of preparing the piezoelectric thin plate is performed by implanting ions from one surface of a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 , and having the implanted ion concentration most on the one surface side. A step of forming a high concentration ion implantation portion, a step of bonding a support substrate to the one surface side of the piezoelectric substrate, and heating the piezoelectric substrate, while the piezoelectric substrate is heated at the high concentration ion implantation portion. Separating the piezoelectric thin plate from the one surface of the substrate to the high-concentration ion-implanted portion and the remaining piezoelectric substrate portion. In this case, the position of the high concentration ion implantation portion can be easily controlled by controlling the ion implantation conditions. In general, the ion beam of the ion implantation apparatus is irradiated to the substrate linearly with a uniform intensity, and the same portion is irradiated many times at substantially the same irradiation angle while the ion beam sweeps the entire substrate. Therefore, in comparison with the thickness variation due to film forming methods such as sputtering, CVD, and vapor deposition, the position of the high concentration ion implantation portion is uniform over the entire surface of the substrate and the depth variation is small. Therefore, a piezoelectric thin plate with an accurate thickness can be easily obtained over the entire surface of the substrate.
本発明の圧電バルク波装置の製造方法の他の特定の局面では、前記圧電薄板を用意する工程が、LiTaO3からなる圧電基板の一方面からイオン注入し、該一方面側に注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分を形成する工程と、前記圧電基板の前記一方面側に仮支持部材を貼り合わせる工程と、前記仮支持部材に貼り合わされている圧電基板を加熱しつつ、前記高濃度イオン注入部分において前記圧電基板を該圧電基板の前記一方面から前記高濃度イオン注入部分に至る圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する工程とを有し、前記圧電薄板から前記仮支持部材を剥離する工程とを有する。In another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device of the present invention, the step of preparing the piezoelectric thin plate is performed by implanting ions from one surface of a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 , and the concentration of implanted ions on the one surface side. The step of forming the highest concentration ion implantation portion, the step of bonding a temporary support member to the one surface side of the piezoelectric substrate, and the high concentration while heating the piezoelectric substrate bonded to the temporary support member Separating the piezoelectric substrate from the one surface of the piezoelectric substrate to the high-concentration ion-implanted portion at the ion-implanted portion and the remaining piezoelectric substrate portion, and temporarily supporting the piezoelectric substrate from the piezoelectric thin plate And a step of peeling the member.
この場合には、圧電薄板の分離時に、熱応力によって圧電薄板に不具合が発生するおそれを抑制できる。 In this case, at the time of separating the piezoelectric thin plate, it is possible to suppress the possibility that a failure occurs in the piezoelectric thin plate due to thermal stress.
本発明に係る圧電バルク波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記圧電薄板から前記仮支持部材を剥離するに先立ち、前記圧電薄板上に第1の電極を形成する工程と、前記第1の電極を覆うように犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に支持基板を積層する工程とを実施する。また、前記圧電薄板から仮支持部材を剥離した後に、前記仮支持部材の剥離により露出した前記圧電薄板の他方面に第2の電極を形成する工程と、前記犠牲層を消失させる工程とをさらに備える。この場合には、圧電薄板の上下に第1,第2の電極が形成されている振動部分が支持基板から浮かされた構造を有する圧電バルク波装置を本発明に従って提供することができる。 In still another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device according to the present invention, prior to peeling the temporary support member from the piezoelectric thin plate, a step of forming a first electrode on the piezoelectric thin plate; A step of forming a sacrificial layer so as to cover the first electrode and a step of laminating a support substrate on the sacrificial layer are performed. Furthermore, after peeling the temporary support member from the piezoelectric thin plate, a step of forming a second electrode on the other surface of the piezoelectric thin plate exposed by peeling of the temporary support member, and a step of eliminating the sacrificial layer Prepare. In this case, a piezoelectric bulk acoustic wave device having a structure in which the vibrating portions in which the first and second electrodes are formed above and below the piezoelectric thin plate are floated from the support substrate can be provided according to the present invention.
本発明に係る圧電バルク波装置では、LiTaO3からなる圧電薄板を用いており、第1及び第2の電極がLiTaO3の横波の固有音響インピーダンスよりも小さい固有音響インピーダンスを有する導体からなり、上記電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さいため、高周波化を図ることができる。すなわち、比較的厚いLiTaO3からなる圧電薄板を用いたとしても、例えば1.5GHz以上の高周波帯で用いられる圧電バルク波装置を提供することができる。よって、機械的強度に優れ、かつ高周波域で使用し得る圧電バルク波装置を提供することが可能となる。In the piezoelectric bulk wave device according to the present invention, a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 is used, and the first and second electrodes are made of a conductor having a specific acoustic impedance smaller than that of the transverse wave of LiTaO 3 , and Since the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is larger than 5% and smaller than 70%, higher frequency can be achieved. That is, even if a piezoelectric thin plate made of relatively thick LiTaO 3 is used, a piezoelectric bulk wave device used in a high frequency band of 1.5 GHz or more can be provided. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric bulk wave device that has excellent mechanical strength and can be used in a high frequency range.
本発明に係る圧電バルク波装置の製造方法によれば、上記特定の工程を備えるため、本発明に従って高周波化が容易でありかつ機械的強度に優れた圧電バルク波装置を提供することができる。 According to the method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device according to the present invention, since the specific process is provided, it is possible to provide a piezoelectric bulk wave device that is easy to increase the frequency and has excellent mechanical strength according to the present invention.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1(a)及び(b)は、本発明の一実施形態にかかる圧電バルク波装置の正面断面図及び平面図である。 1A and 1B are a front sectional view and a plan view of a piezoelectric bulk acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の圧電バルク波装置1は、支持基板2を有する。支持基板2は、適宜の絶縁体あるいは圧電体からなる。本実施形態では、支持基板2は、アルミナからなる。
The piezoelectric bulk wave device 1 of the present embodiment has a
支持基板2上に、絶縁層3が形成されている。絶縁層3は、本実施形態では、酸化シリコンからなるが、LiTaO3やLiNbO3、サファイア、ガラスなど適宜の絶縁性材料により形成することができる。アルミナやガラス、LiNbO3は、LiTaO3やサファイアに比べて材料が安価で製造が容易であるため入手しやすく、望ましい。絶縁層3の上面には、凹部3aが形成されている。凹部3aが設けられている部分の上方において、圧電薄板振動部4が配置されている。圧電薄板振動部4は、圧電薄板5と、圧電薄板5の上面に形成された第1の電極6と、下面に形成された第2の電極7とを有する。An insulating
圧電薄板5は、LiTaO3からなる。なお、圧電薄板5とは、例えば厚みが2μm以下程度の薄い圧電体をいうものとする。後述する製造方法によれば、イオン注入−分割法を用いることにより、このような厚みの薄いLiTaO3からなる圧電薄板を高精度に得ることができる。The piezoelectric
圧電薄板5は、上記のような厚みが2μm以下程度の薄い圧電体であるが、本実施形態では、1.5GHz以上の共振周波数を有する圧電バルク波装置を、厚みが1.01〜1.2μm程度、と、従来の圧電バルク波装置に比べると圧電薄板5と第1,第2の電極6、7の総厚みを比較的厚く構成することができる。これは、第1,第2の電極6,7が、以下のように構成されていることによる。
The piezoelectric
すなわち、本願発明の特徴は、LiTaO3の厚み滑りモードのバルク波を利用した圧電バルク波装置であって、上記第1及び第2の電極6,7が、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも固有音響インピーダンスが低い導体からなることを特徴とする。また、本発明は、第1及び第2の電極6,7の厚みの合計を電極厚、LiTaO3の厚みをLT厚としたとき、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さいことをもう一つの特徴とする。それによって、比較的総厚みの厚い上記LiTaO3と電極を用いた場合であっても高周波化を実現することができる。よって、機械的強度に優れた高周波用圧電バルク波装置を提供することができる。これを、以下においてより詳細に説明する。That is, a feature of the present invention is a piezoelectric bulk acoustic wave device utilizing a bulk shear mode bulk wave of LiTaO 3 , wherein the first and
なお、固有音響インピーダンスがLiTaO3よりも小さい導体としては、Al、Ag、Cu、Ni、及びTiからなる群から選択した少なくとも1種、または、該金属が重量比の過半以上を占める積層体を挙げることができる。より好ましくは、安価であり、容易に入手可能であるため、Alが望ましい。In addition, as a conductor whose specific acoustic impedance is smaller than LiTaO 3 , at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Ni, and Ti, or a laminate in which the metal occupies a majority of the weight ratio or more. Can be mentioned. More preferably, Al is desirable because it is inexpensive and readily available.
このような固有音響インピーダンスが低い導体により第1及び第2の電極6,7が、電極厚/(電極厚+LT厚)が5%より大きく、70%より小さくされていることにより、上記のように高周波化を容易に実現することができる。これを、図2〜図10を参照して説明する。
As described above, the first and
図2〜図10においては、以下の構成を前提とする。 2 to 10 are based on the following configuration.
LiTaO3からなる圧電薄板の上面に第1の電極6、下面に第2の電極7が積層されている構造。LiTaO3の厚みすなわちLT厚と、電極厚=(第1の電極6の厚み+第2の電極7の厚み)を1000nmとする。すなわち、電極厚=上部電極厚+下部電極厚である。ここで、電極厚/(LT厚+電極厚)を5〜95%の範囲で変化させた。第1の電極6と第2の電極7が対向している領域は正方形の形状とし、その面積は44.7μm×44.7μm=2000μm2とした。また、LiTaO3のオイラー角は(0°,73°,0°)とした。A structure in which a
図2は、上記電極厚/(電極厚+LT厚)と共振周波数との関係を示す。図3は、上記電極厚/(電極厚+LT厚)と電気機械結合係数k2との関係を示し、図4は、上記電極厚/(電極厚+LT厚)と制動容量C0との関係を示す図である。FIG. 2 shows the relationship between the electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) and the resonance frequency. Figure 3 shows the relationship between the electrode thickness / (the electrode thickness + LT thickness) and the electromechanical
図2から明らかなように、上記積層構造の総厚みを1000nmと一定とした場合であっても、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さい範囲では、共振周波数を1960MHz以上すなわち1.96GHz以上と高周波化し得ることがわかる。言い換えれば、LiTaO3や電極の総厚みを厚くしても、1.5GHz以上の共振周波数を得ることができる。電極厚/(電極厚+LT厚)が小さくなることは、LiTaO3の厚みが相対的に厚くなることを意味する。よって、本実施形態によれば、機械的強度に優れかつ高周波化に対応し得る圧電バルク波装置を提供し得ることがわかる。なお、電極厚が5%より小さいと電気抵抗が大きくなり、圧電バルク波装置として構成した共振子の共振抵抗の劣化やフィルタの挿入損失の劣化を引き起こすため好ましくない。As is apparent from FIG. 2, even when the total thickness of the above laminated structure is constant at 1000 nm, the resonance occurs when the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is greater than 5% and less than 70%. It can be seen that the frequency can be increased to 1960 MHz or higher, that is, 1.96 GHz or higher. In other words, even if the total thickness of LiTaO 3 or the electrodes is increased, a resonance frequency of 1.5 GHz or more can be obtained. A decrease in electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) means that the thickness of LiTaO 3 is relatively increased. Therefore, according to this embodiment, it can be seen that a piezoelectric bulk wave device that is excellent in mechanical strength and can cope with high frequency can be provided. Note that if the electrode thickness is less than 5%, the electrical resistance increases, which causes deterioration of the resonance resistance of the resonator configured as the piezoelectric bulk wave device and deterioration of the insertion loss of the filter.
一方、図3から、電極厚/(電極厚+LT厚)が40%以下の範囲では、電気機械結合係数k2の変化が小さいことがわかる。電気機械結合係数k2はフィルタの帯域幅に比例する。従って、電気機械結合係数k2の変化が小さいため、電極厚/(LT厚+電極厚)が40%以下の範囲内であれば、電極厚やLT厚のばらつきが生じたとしても、帯域幅のばらつきは小さくなる。従って、周波数ばらつきの少ない圧電バルク波装置を提供することができる。On the other hand, from FIG. 3, in the range electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) is less than 40%, it can be seen that a change in electromechanical coupling coefficient k 2 is small. Electromechanical coupling coefficient k 2 is proportional to the bandwidth of the filter. Therefore, since the change of the electromechanical coupling coefficient k 2 is small, if the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) in the range of 40% or less, even variations in electrode thickness and LT thickness occurs, the bandwidth The variation of is small. Therefore, a piezoelectric bulk wave device with little frequency variation can be provided.
また、電極厚/(電極厚+LT厚)が40%以下の場合には、電気機械結合係数k2の絶対値も14%以上と高く、従って広帯域のフィルタを提供し得ることがわかる。Further, when the electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) is 40% or less, the absolute value of the electromechanical coupling coefficient k 2 as high as 14% or more, thus it can be seen that can provide a broadband filter.
他方、図4から明らかなように、電極厚/(電極厚+LT厚)が40%以上になると、制動容量C0が増加する。C0が大きくなると、共振子ではインピーダンスが低下する。RFフィルタのインピーダンスは、前後に接続されるアンテナまたはパワーアンプまたはローノイズアンプなどの機器のインピーダンスに整合させる必要がある。通常、このインピーダンスは50Ωや150Ωである。On the other hand, as is clear from FIG. 4, when the electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) is 40% or more, the braking capacity C 0 increases. As C 0 increases, the impedance of the resonator decreases. The impedance of the RF filter needs to be matched with the impedance of an antenna or a device such as a power amplifier or a low noise amplifier connected to the front and rear. Usually, this impedance is 50Ω or 150Ω.
共振子のインピーダンスは共振子の面積に反比例する。従って、共振子を複数組み合わせ、例えばラダー型フィルタなどを構成した場合、フィルタのインピーダンスは共振子のインピーダンスに比例する。よって、共振子の面積はフィルタのインピーダンスに反比例することとなる。従って、単位面積当たりの制動容量C0が大きい共振子、すなわち単位面積当たりのインピーダンスが低い共振子を用いることにより、フィルタの小型化を図ることができる。よって、フィルタや共振子の小型化を図るためには、電極厚/(電極厚+LT厚)は40%以上であることが望ましい。The impedance of the resonator is inversely proportional to the area of the resonator. Therefore, when a plurality of resonators are combined, for example, a ladder type filter is configured, the impedance of the filter is proportional to the impedance of the resonator. Therefore, the area of the resonator is inversely proportional to the impedance of the filter. Therefore, damping capacity C 0 is large resonator per unit area, that is, by the impedance per unit area having a low resonator, it is possible to miniaturize the filter. Therefore, in order to reduce the size of the filter and the resonator, the electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) is desirably 40% or more.
ところで、従来のバルク波共振子では、圧電体としてAlNが用いられている。AlNの比誘電率は12程度であるのに対し、LiTaO3の比誘電率は40.9〜42.5であり、約3.4倍の大きさである。また、バルク波の横波の音速は、AlNに比べてLiTaO3では0.68倍と低速である。従って、同一周波数、電極厚/(電極厚+LT厚)の比が同一であり、インピーダンスが同一である場合、LiTaO3を用いたバルク波共振子の面積は、AlNを用いたバルク波共振子の面積の1/5程度とすることができる。従って、圧電バルク波装置の小型化を図ることができる。By the way, in the conventional bulk wave resonator, AlN is used as the piezoelectric body. The relative dielectric constant of AlN is about 12, whereas the relative dielectric constant of LiTaO 3 is 40.9 to 42.5, which is about 3.4 times as large. In addition, the sound velocity of the transverse wave of the bulk wave is 0.68 times lower in LiTaO 3 than in AlN. Therefore, when the ratio of the same frequency, the electrode thickness / (electrode thickness + LT thickness) is the same, and the impedance is the same, the area of the bulk wave resonator using LiTaO 3 is the same as that of the bulk wave resonator using AlN. It can be about 1/5 of the area. Therefore, it is possible to reduce the size of the piezoelectric bulk wave device.
加えて、前述したように、制動容量C0が急激に増加する範囲、すなわち電極厚/(LT厚+電極厚)が40%以上の上記範囲では、圧電バルク波装置のより一層の小型化を図ることができる。In addition, as described above, in the range where the braking capacity C 0 increases rapidly, that is, in the above range where the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is 40% or more, the piezoelectric bulk wave device can be further downsized. Can be planned.
なお、図2〜図10では、LiTaO3のオイラー角は(0°,73°,0°)としたが、オイラー角(90°,90°,0°)の場合も同様の結果が得られた。すなわち、LiTaO3のc軸が面方向に近接した結晶方位でも同様の効果が得られることがわかる。In FIGS. 2 to 10, the Euler angles of LiTaO 3 are (0 °, 73 °, 0 °), but similar results are also obtained in the case of Euler angles (90 °, 90 °, 0 °). It was. That is, it can be seen that the same effect can be obtained even in a crystal orientation in which the c-axis of LiTaO 3 is close to the plane direction.
上記のように、Alからなる第1及び第2の電極6,7を用いた場合、電極厚/(LT厚+電極厚)が40%以下の場合には、該電極厚/(LT厚+電極厚)が上昇するにつれ共振周波数Frが上昇し、それ以上となると、共振周波数Frは上記比が増加するにつれて低下している。従って、Alからなる第1及び第2の電極6,7を用いた場合、上記のように、電極厚/(LT厚+電極厚)を40%を挟んだ範囲すなわち70%以下の範囲とすることにより高周波化を進めることができる。これは、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスに比べ、Alの固有音響インピーダンスが低いため、LiTaO3からみた反射係数が負となることに由来する。なお、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスは29.6kg・s/m2であり、Alの固有音響インピーダンスは8.4kg・s/m2である。従って、上記実施形態では、第1及び第2の電極6,7をAlで形成したが、Alに限らず、LiTaO3よりも固有音響インピーダンスが低い、Ag、Cu、Ni、Tiなどを第1及び第2の電極6,7を構成する材料として用いてもよい。As described above, when the first and
図5は、共振子を880MHzとするように上記積層構造を構成した場合の上部電極厚=下部電極厚と、LiTaO3の厚みとの関係を示し、図6は上部電極厚=下部電極厚と、制動容量C0との関係を示し、図7は上部電極厚=下部電極厚と電気機械結合係数k2との関係を示す。なお、上部電極厚=下部電極厚は、それぞれ、第1の電極6と第2の電極7の厚みが等しく、かつ図5〜図7では、この片側の電極の厚みと、LiTaO3の厚み、制動容量C0または電気機械結合係数k2の関係を示している。
5, the upper portion electrode thickness = lower electrode thickness in the case of forming the laminated structure to the resonator and 880 MHz, shows the relationship between the thickness of the
また、図8は、共振子を1960MHzとなるように構成した場合の上部電極厚=下部電極厚とLiTaO3の厚みとの関係を示し、図9は上部電極厚=下部電極厚と制動容量C0との関係を示し、図10は上部電極厚=下部電極厚と、電気機械結合係数k2との関係を示す。8 shows the relationship between the upper electrode thickness = lower electrode thickness and the LiTaO 3 thickness when the resonator is configured to be 1960 MHz, and FIG. 9 shows the upper electrode thickness = lower electrode thickness and braking capacitance C. 0 shows the relationship between, FIG. 10 shows the thickness upper electrode thickness = lower electrode, the relationship between the electromechanical coupling factor k 2.
図5〜図7と、図8〜図10とを対比すれば明らかなように、共振子を880MHz及び1960MHzのいずれに設定した場合においても、上部電極厚=下部電極厚と、LiTaO3の厚み、制動容量C0の大きさ及び電気機械結合係数k2との間に同様の変化傾向があることがわかる。As is clear from a comparison between FIGS. 5 to 7 and FIGS. 8 to 10, the upper electrode thickness = the lower electrode thickness and the LiTaO 3 thickness when the resonator is set to either 880 MHz or 1960 MHz. It can be seen that there is a similar change tendency between the magnitude of the braking capacity C 0 and the electromechanical coupling coefficient k 2 .
第1,第2の電極6,7は、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜により形成されていてもよい。
The first and
上記第1,第2の電極6,7の形成方法も特に限定されない。電子ビーム蒸着、化学蒸着、スパッタリング、またはCVDなどの適宜の方法を用いることができる。
The method for forming the first and
なお、図1(a)は、図1(b)のA−A線に沿う部分の断面図に相当する。圧電薄板5は、凹部3aのA−A線に沿う方向両側において、スリット5a,5bを有する。従って、図1(a)に示すように、凹部3aの上方において圧電薄板振動部4は、浮かされた状態とされている。スリット5aの外側において、絶縁層3上に配線電極8が形成されている。配線電極8は、図示しない部分において第2の電極7に接続されている。また、スリット5bの外側において、配線電極9が形成されている。配線電極9は圧電薄板5上に形成されており、第1の電極6と図示しない部分において電気的に接続されている。配線電極8,9は、適宜の導電性材料からなる。このような導電性材料としては、Cu、Alまたはこれらの合金などを用いることができる。
Note that FIG. 1A corresponds to a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. The piezoelectric
配線電極9上に金からなるバンプ10が設けられている。また、配線電極8に電気的に接続されるように、ビアホール電極11が圧電薄板5に設けられている。ビアホール電極11の上端に、金からなるバンプ12が接合されている。従って、金バンプ10,12から交番電界を印加することにより圧電薄板振動部4を振動させることができる。加えて、主電気信号を伝送する配線電極8が、絶縁層3と支持基板2の接合界面から離間しているため、接合界面の拡散や不均一性に伴う半導体的な抵抗劣化や表皮効果の影響を受けず、主電気信号を低損失で伝送できる。
A
本実施形態の圧電バルク波装置は、上記圧電薄板振動部4において、LiTaO3からなる圧電薄板5の厚み滑り振動モードを利用しており、好ましくは、LiTaO3のオイラー角の(φ,θ,ψ)において、φが0°であり、θが54°以上、107°以下の範囲であることが望ましい。それによって、厚み滑り振動モードを利用した良好な共振特性を得ることができる。これを、以下においてより具体的に説明する。Bulk acoustic wave device of the present embodiment, in the piezoelectric thin vibrating
有限要素法により、LiTaO3を用いた厚み滑り振動モード及び厚み縦振動モードを利用したバルク波振動子を解析した。LiTaO3の厚みは1000nmとした。このLiTaO3の上下に100nmの厚みのAlからなる電極を形成した構造をモデルとした。上下の電極の重なり合っている面積は、2000μm2とした。A bulk wave vibrator using a thickness shear vibration mode and a thickness longitudinal vibration mode using LiTaO 3 was analyzed by a finite element method. The thickness of LiTaO 3 was 1000 nm. A model in which electrodes made of Al with a thickness of 100 nm were formed on the top and bottom of this LiTaO 3 was used as a model. The overlapping area of the upper and lower electrodes was 2000 μm 2 .
LiTaO3のオイラー角(0°,θ,0°)において、θを変化させ、厚み滑り振動モード及び厚み縦振動モードの状態を解析した。結果を図11〜図17に示す。At the Euler angles (0 °, θ, 0 °) of LiTaO 3 , θ was changed, and the states of the thickness shear vibration mode and the thickness longitudinal vibration mode were analyzed. The results are shown in FIGS.
図11は、オイラー角のθと、厚み滑り振動モードの共振周波数Fr及び反共振周波数Faとの関係を示す図であり、実線が共振周波数、破線が反共振周波数を示す。また、図12は、オイラー角のθと、厚み滑り振動モードの電気機械結合係数k2との関係を示す図である。図12から明らかなように、利用する厚み滑り振動モードの電気機械結合係数k2は、θが80°付近で最大となり、14.3%の値となる。ここで、θが54°以上、107°以下の範囲であれば、電気機械結合係数k2は、5%を超えており、携帯端末用フィルタの帯域幅を形成するのに必要な電気機械結合係数k2が得られる。さらに、θが63°以上°、97°以下の範囲であれば、電気機械結合係数k2は、上記最大値の2/3である9.5%以上と大きな値を維持する。電気機械結合係数k2はフィルタの帯域幅に比例する。従って、オイラー角のθを54°以上、107°以下とすれば、電気機械結合係数k2を高めることができ、広帯域のバルク波フィルタを構成し得ることがわかる。FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the Euler angle θ and the resonance frequency Fr and anti-resonance frequency Fa of the thickness-shear vibration mode, where the solid line indicates the resonance frequency and the broken line indicates the anti-resonance frequency. FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the Euler angle θ and the electromechanical coupling coefficient k 2 in the thickness-shear vibration mode. As apparent from FIG. 12, the electromechanical coupling coefficient k 2 of the thickness shear vibration mode utilized, theta is maximum in the vicinity of 80 °, a 14.3% value. Here, when θ is in the range of 54 ° or more and 107 ° or less, the electromechanical coupling coefficient k 2 exceeds 5%, and the electromechanical coupling necessary for forming the bandwidth of the filter for the portable terminal is used. coefficient k 2 can be obtained. Further, when θ is in the range of 63 ° or more and 97 ° or less, the electromechanical coupling coefficient k 2 maintains a large value of 9.5% or more, which is 2/3 of the maximum value. Electromechanical coupling coefficient k 2 is proportional to the bandwidth of the filter. Therefore, it can be seen that when the Euler angle θ is set to 54 ° or more and 107 ° or less, the electromechanical coupling coefficient k 2 can be increased and a broadband bulk wave filter can be configured.
よって、本実施形態では、オイラー角のθを54°以上、107°以下とすることにより、広帯域のバルク波装置を提供し得ることがわかる。もっとも、用途によっては、帯域幅は広ければ広いほどよいというものではない。しかしながら、バルク波共振子に並列にまたは直列に静電容量を付加すれば、帯域幅を狭めることができる。従って、電気機械結合係数k2が大きい場合、設計の自由度を高めることができる。よって、オイラー角のθが54°以上、107°以下であり、電気機械結合係数k2が大きいため、様々な帯域幅のバルク波装置を容易に提供することができる。Therefore, in this embodiment, it is understood that a broadband bulk wave device can be provided by setting the Euler angle θ to 54 ° or more and 107 ° or less. However, depending on the application, the wider the bandwidth, the better. However, if a capacitance is added in parallel or in series with the bulk wave resonator, the bandwidth can be reduced. Therefore, when the electromechanical coupling coefficient k 2 is large, it is possible to increase the freedom of design. Therefore, since the Euler angle θ is 54 ° or more and 107 ° or less and the electromechanical coupling coefficient k 2 is large, bulk wave devices with various bandwidths can be easily provided.
他方、図14から明らかなように、スプリアスとなる厚み縦振動モードの電気機械結合係数ksp 2は、θが73°でほぼゼロとなる。このことは、図16の結果とも一致する。すなわち、図15〜図17は、スプリアスとなる厚み縦振動モードのオイラー角のθによる変化を説明するための図である。図15は、オイラー角のθと、厚み縦振動の共振周波数Fr及び反共振周波数Faとの関係を示す。実線が共振周波数の結果を、破線が反共振周波数の結果を示す。また、図16は、オイラー角のθと厚み縦振動の電気機械結合係数k2との関係を示し、図17は、オイラー角のθと周波数温度係数TCFとの関係を示す。図15〜図17からも明らかなように、オイラー角のθが73°において、スプリアスとなる厚み縦振動モードの電気機械結合係数k2がほぼゼロとなり、θが55°以上、85°以下の範囲であれば、図14から明らかなように、スプリアスとなる厚み縦振動モードの電気機械結合係数ksp 2は1.5%以下と非常に小さい。 On the other hand, as is apparent from FIG. 14, the electromechanical coupling coefficient k sp 2 in the thickness longitudinal vibration mode serving as a spurious becomes substantially zero when θ is 73 °. This is consistent with the result of FIG. That is, FIG. 15 to FIG. 17 are diagrams for explaining changes due to θ of Euler angles in a thickness longitudinal vibration mode that becomes spurious. FIG. 15 shows the relationship between the Euler angle θ and the resonance frequency Fr and antiresonance frequency Fa of the thickness longitudinal vibration. The solid line shows the result of the resonance frequency, and the broken line shows the result of the anti-resonance frequency. Further, FIG. 16 shows the relationship between the electromechanical coefficient k 2 of θ and the thickness longitudinal vibration of Euler angles, Figure 17 shows the relationship between θ and the temperature coefficient of frequency TCF of Euler angles. As is apparent from FIGS. 15 to 17, when the Euler angle θ is 73 °, the electromechanical coupling coefficient k 2 in the thickness longitudinal vibration mode that becomes spurious becomes almost zero, and θ is 55 ° or more and 85 ° or less. If it is within the range, as is apparent from FIG. 14, the electromechanical coupling coefficient k sp 2 in the thickness longitudinal vibration mode that becomes spurious is as small as 1.5% or less.
よって、より好ましくは、オイラー角のθを55°以上、85°以下の範囲とすることが望ましい。それによって、スプリアスとなる厚み縦振動モードの応答を小さくすることができる。よって、上記実施形態の圧電バルク波装置を構成した場合、フィルタの阻止帯域における減衰特性を向上することができる。 Therefore, it is more preferable that the Euler angle θ is in the range of 55 ° to 85 °. Thereby, the response of the thickness longitudinal vibration mode which becomes spurious can be reduced. Therefore, when the piezoelectric bulk acoustic wave device of the above embodiment is configured, the attenuation characteristic in the stop band of the filter can be improved.
他方、図13から明らかなように、厚み滑り振動モードの周波数温度係数TCFの絶対値は、θ=75°の場合、21.4ppm/℃と小さくなる。また、θが62°以上87°以下の範囲では、TCFの絶対値は30ppm/℃以下と小さい。従って、さらに好ましくは、θは、62°以上87°以下の範囲とすることが望ましい。それによって、圧電バルク波装置1におけるフィルタの通過帯域や阻止帯域が環境温度の変化によりシフトし難い。すなわち、周波数の変動に対して安定な圧電バルク波装置1を提供することができる。 On the other hand, as is apparent from FIG. 13, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF in the thickness-shear vibration mode is as small as 21.4 ppm / ° C. when θ = 75 °. Further, in the range of θ between 62 ° and 87 °, the absolute value of TCF is as small as 30 ppm / ° C. or less. Therefore, more preferably, θ is in the range of 62 ° to 87 °. As a result, the pass band and stop band of the filter in the piezoelectric bulk wave device 1 are difficult to shift due to changes in the environmental temperature. That is, it is possible to provide the piezoelectric bulk acoustic wave device 1 that is stable against frequency fluctuations.
ここで、LiNbO3を用いた場合の、厚みすべり振動モードにおけるオイラー角θと周波数温度係数TCFの関係を図18に示す。LiNbO3において、LiTaO3の場合と同様に、スプリアスとなる厚み縦振動モードの電気機械結合係数k2が小さくなるθ=73°付近のTCFを確認すると、96ppm/℃、と、21.4ppm/℃であるLiTaO3に比べて5倍近く大きくなっていることがわかる。よって、圧電薄板としてLiTaO3を用いることが好ましいことが言える。Here, FIG. 18 shows the relationship between the Euler angle θ and the frequency temperature coefficient TCF in the thickness shear vibration mode when LiNbO 3 is used. In LiNbO 3 , as in the case of LiTaO 3 , TCF in the vicinity of θ = 73 ° where the electromechanical coupling coefficient k 2 in the thickness longitudinal vibration mode that becomes spurious becomes small is confirmed to be 96 ppm / ° C. and 21.4 ppm / It can be seen that it is nearly 5 times larger than LiTaO 3 which is at a temperature. Therefore, it can be said that it is preferable to use LiTaO 3 as the piezoelectric thin plate.
なお、図11〜図17では、LiTaO3の上面及び下面に、Alからなる電極を形成した構造をモデルとして検討した。しかしながら、電極材料を他の金属に変更したとしても、電気機械結合係数k2の絶対値は変化するにしても、オイラー角のθを上記と同様の範囲内とすることにより、電気機械結合係数k2を高め、さらに上記望ましい範囲のθとすることにより、スプリアスを抑制し、あるいはTCFの絶対値を小さくできることが確かめられている。In FIGS. 11 to 17, the upper and lower surfaces of LiTaO 3, was examined structure formed an electrode made of Al as a model. However, even if the electrode material is changed to another metal, even if the absolute value of the electromechanical coupling coefficient k 2 changes, the electromechanical coupling coefficient can be reduced by setting the Euler angle θ within the same range as described above. enhance k 2, and further by a θ of the desired range, it is confirmed that suppressing spurious, or can decrease the absolute value of TCF.
図19及び図20は、前述した本実施形態の圧電バルク波装置1のインピーダンス特性及び位相特性並びにインピーダンススミスチャートを示す図である。ここでは、LiTaO3からなる圧電薄板5のオイラー角は(0°,85°,0°)であり、その厚みは0.85μmとした。また、第1の電極6及び第2の電極7はアルミニウムにより構成し、その膜厚は75nmとした。また、アルミニウムとLiTaO3の間に密着層として10nmと薄いTiを配した。図19及び図20から明らかなように、共振周波数が1990MHz、反共振周波数が2196MHzであり、帯域幅が10.3%と広い共振特性が得られている。19 and 20 are diagrams showing impedance characteristics and phase characteristics, and an impedance Smith chart of the piezoelectric bulk acoustic wave device 1 of the present embodiment described above. Here, the Euler angles of the piezoelectric
次に、図21(a)〜図24(c)を参照して、上記圧電バルク波装置1の製造方法の一例を説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the piezoelectric bulk wave device 1 will be described with reference to FIGS. 21 (a) to 24 (c).
図21(a)に示すように、LiTaO3からなる圧電基板5Aを用意する。圧電基板5Aの一方面から矢印で示すように水素イオンを注入する。注入されるイオンは水素に限らず、ヘリウムなどを用いてもよい。イオン注入に際してのエネルギーは特に限定されないが、本実施形態では、150KeV、ドーズ量8×1017原子/cm 2 とする。なお、上記イオン注入条件は、目的とする圧電薄板の厚みに応じて選択すればよい。すなわち、注入イオン高濃度部分の位置を、上記イオン注入条件を選択することにより制御することができる。
As shown in FIG. 21A, a
イオン注入を行うと、圧電基板5A内において、厚み方向にイオン濃度分布が生じる。最もイオン濃度が高い部分を図21(a)において破線で示す。破線で示すイオン濃度が最も高い部分である注入イオン高濃度部分5xでは、加熱すると応力により容易に分離する。このような注入イオン高濃度部分5xにより分離する方法は、特表2002−534886号公報において開示されている。
When ion implantation is performed, an ion concentration distribution is generated in the thickness direction in the
次に、図21(b)に示すように、圧電基板5Aのイオン注入が行われた側の面に仮接合層21を形成する。仮接合層21は、後述する仮支持部材22を接合するとともに、最終的に得られる圧電薄板5を保護するために設けられている。仮接合層21は、後述するエッチング工程により除去される材料により構成されている。すなわち、エッチングにより除去され、かつエッチング時に圧電薄板5が損傷されない適宜の材料からなる。このような仮接合層21を構成する材料としては、無機材料、あるいは有機材料などの適宜の材料を用いることができる。無機材料としては、ZnO、SiO2、AlNなどの絶縁性無機材料や、Cu、Al、Tiなどの金属材料を挙げることができる。有機材料としては、ポリイミドなどを挙げることができる。仮接合層21はこれらの材料からなる複数の膜を積層したものであってもよい。本実施形態では、上記仮接合層21は、SiO2からなる。Next, as shown in FIG. 21B, a
仮接合層21に、図21(c)に示すように、仮支持部材22を積層し貼り合わせる。仮支持部材22は適宜の剛性材料により形成することができる。このような材料としては、絶縁性セラミックス、圧電性セラミックスなど適宜の材料を用いることができる。ここで、仮支持部材は、圧電基板との界面に作用する熱応力がほとんど存在しない、あるいは、支持基板と圧電基板とを接合したときに、支持基板と圧電基板との界面に作用する熱応力よりも、仮支持部材と圧電基板との界面に作用する熱応力が小さい材料からなる。そのため、圧電薄板の分離時に熱応力によって圧電薄板に不具合が発生するおそれを従来よりも抑制できる。一方、圧電薄板の分割のための加熱の後で支持基板を圧電薄板上に形成するので、支持基板の構成材料としては、支持基板と圧電薄板との界面に作用する熱応力を考慮することなく、任意の線膨張係数の材料を選定できる。
As shown in FIG. 21C, the
そのため、圧電薄板の構成材料と支持基板の構成材料との組み合わせの選択性を高められる。例えば、フィルタ用途のデバイスでは、支持基板の構成材料の線膨張係数を圧電薄板の線膨張係数よりも大幅に小さくすることで、フィルタの温度−周波数特性を向上させることが可能になる。また、支持基板に熱伝導率性が高い材料を選択することにより、放熱性および耐電力性を向上させることが可能になる。また、安価な構成材料を選択することによりデバイスの製造コストを低くすることが可能になる。 Therefore, the selectivity of the combination of the constituent material of the piezoelectric thin plate and the constituent material of the support substrate can be enhanced. For example, in a filter device, the temperature-frequency characteristics of the filter can be improved by making the linear expansion coefficient of the constituent material of the support substrate significantly smaller than the linear expansion coefficient of the piezoelectric thin plate. Further, by selecting a material having high thermal conductivity for the support substrate, it is possible to improve heat dissipation and power durability. Moreover, it becomes possible to lower the manufacturing cost of the device by selecting an inexpensive constituent material.
次に、加熱し、注入イオン高濃度部分5xにおいて圧電基板5Aの分割を容易とする。圧電基板5Aを注入イオン高濃度部分5xにおいて容易に分割するための加熱温度については、本実施形態では、250℃〜400℃程度の温度に維持することにより行う。
Next, heating is performed to facilitate the division of the
その状態で外力を加え、圧電基板5Aを分割する。すなわち、図21(d)に示す圧電薄板5を残すように、注入イオン高濃度部分5xにおいて、圧電薄板5と、残りの圧電基板部分とを分離し、残りの圧電基板部分を除去する。
In this state, an external force is applied to divide the
なお、加熱により分割した後、適宜圧電性を回復させる加熱処理を施すことが望ましい。このような加熱処理としては、400℃〜500℃の温度で3時間程度維持すればよい。 In addition, after dividing | segmenting by heating, it is desirable to perform the heat processing which recovers piezoelectricity suitably. Such heat treatment may be maintained at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. for about 3 hours.
上記圧電性回復に必要な加熱温度は、上記分割を容易とするための加熱温度よりも高くすればよい。それによって、圧電性を効果的に回復させることができる。 The heating temperature required for the piezoelectric recovery may be higher than the heating temperature for facilitating the division. Thereby, the piezoelectricity can be effectively recovered.
次に、図22(a)に示すように、圧電薄板5上に、フォトリソグラフィー法により第2の電極7及び配線電極8を含む電極構造を形成する。さらに、配線電極8を覆うように保護膜8aを形成する。
Next, as shown in FIG. 22A, an electrode structure including the
次に、図22(b)に示すように、第2の電極7を覆うように犠牲層23を形成する。犠牲層23は、エッチングにより除去し得る材料からなる。このような犠牲層形成材料としては、SiO2 ZnO PSG(フォスフォシリケートガラス)などの絶縁膜や、各種有機膜、下部電極や下部電極を覆うパッシベーション膜との溶解選択度の高い金属などを用いることができる。本実施形態では、Cuを用いている。上記エッチングに際してのエッチャントとしては、第2の電極7をエッチングせずに、該犠牲層のみをエッチングにより除去し得る適宜の材料を用いることができる。Next, as shown in FIG. 22B, a
図22(c)に示すように、犠牲層23、保護膜8aなどを覆うように、全面に絶縁層3を形成する。絶縁層3は、SiO2、SiN、Ta2O5、AlNなどの適宜の絶縁性セラミックスにより形成することができる。また、ガラスや樹脂などの絶縁素材を用いても良い。As shown in FIG. 22C, the insulating
しかる後、図23(a)に示すように、上記絶縁層3を研磨し、その上面を平坦化する。
Thereafter, as shown in FIG. 23A, the insulating
次に、図23(b)に示すように、平坦化された絶縁層3上に、支持基板2を積層する。
Next, as shown in FIG. 23B, the
次に、エッチングにより前述した仮接合層21を除去し、圧電薄板5から分離する。それによって、圧電薄板5を仮支持部材22から剥離することができる。このようにして、図23(c)に示すように、支持基板2の下面に、絶縁層3を介して、犠牲層23、第2の電極7、圧電薄板5が積層されている構造が得られる。
Next, the
次に、図24(a)に示すように、上下逆転し、圧電薄板5上に、第1の電極6及び配線電極9をフォトリソグラフィー法により形成する。
Next, as shown in FIG. 24A, the
しかる後、エッチングによりスリット5a,5b及びビアホール形成用電極孔を圧電薄板5に形成する。次に、図24(b)に示すように、ビアホール電極11を形成する。
Thereafter, slits 5a and 5b and via hole forming electrode holes are formed in the piezoelectric
しかる後、エッチングにより犠牲層23を除去する。このようにして、図24(c)に示すように、凹部3aが形成され、圧電薄板振動部4が浮かされた状態となる。最後に、図1(a)に示すように、ビアホール電極11及び配線電極9上にバンプ12,10を形成する。このようにして、上記実施形態の圧電バルク波装置1を得ることができる。上記製造方法によれば、予め厚みの厚い圧電基板5Aにイオン注入している。そのため、注入イオン高濃度部分5xにおいて分割し、圧電薄板5を容易に得ることができる。この方法によれば、厚みの比較的薄い圧電薄板5を高精度に得ることができる。
Thereafter, the
なお、以上の実施形態で示した製造方法により本発明の圧電バルク波装置を製造できるが、その他の方法により製造してもよい。 The piezoelectric bulk wave device of the present invention can be manufactured by the manufacturing method shown in the above embodiment, but may be manufactured by other methods.
例えば、上記実施形態では、圧電基板の一方面に仮支持部材22を貼り合わせたのち、圧電薄板と、残りの圧電基板部分とを分離していたが、圧電薄板を用意する工程は以下の工程により実施してもよい。すなわち、LiTaO3からなる圧電基板の一方面からイオン注入し、前述した高濃度イオン注入部分を形成する工程と、圧電基板の上記一方面側に支持基板を接合する工程と、次に、圧電基板を加熱しつつ、高濃度イオン注入部分において圧電基板を該圧電基板の前記一方面から前記高濃度イオン注入部分に至る圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する工程とを実施することにより、圧電薄板を用意してもよい。より具体的には、図21(a)に示すような、イオン注入により高濃度イオン注入部分5xを有する圧電基板5Aを用意する。次に、圧電基板5Aのイオン注入を行った側の面に第1の電極を形成する。しかる後、圧電基板5Aのイオン注入を行った側の面すなわち第1の電極が形成されている面に支持基板2を接合する。その状態で、圧電基板5Aを加熱しつつ、前述した実施形態と同様にして、圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する。次に、圧電薄板の第1の電極が形成されている面とは反対側の面に第2の電極を形成すればよい。For example, in the above embodiment, after the
また、圧電薄板の形成は、LiTaO3からなる圧電基板へのイオン注入と分割とにより実現する他、圧電基板の研削、圧電基板のエッチングなどにより実現してもよい。The piezoelectric thin plate can be formed by ion implantation and division into a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 , or by grinding the piezoelectric substrate, etching the piezoelectric substrate, or the like.
また、上記圧電バルク波装置1は本発明の圧電バルク波装置の一例にすぎず、本発明の特徴は、該圧電バルク波装置を構成する第1及び第2の電極6,7が、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも固有音響インピーダンスが低い導体からなり、該第1及び第2の電極6,7の厚みの合計を電極厚、LiTaO3の厚みをLT厚としたとき、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さいことであり、さらに、厚み滑り振動モードによる共振特性を有効に利用したことにある。従って、第1,第2の電極の材料及び形状等は特に限定されない。また共振子に限らず、様々な帯域フィルタとして機能する電極構造を有するように圧電バルク波装置を構成してもよい。The piezoelectric bulk acoustic wave device 1 is only an example of the piezoelectric bulk acoustic wave device of the present invention. The feature of the present invention is that the first and
1…圧電バルク波装置
2…支持基板
3…絶縁層
3a…凹部
4…圧電薄板振動部
5…圧電薄板
5A…圧電基板
5a,5b…スリット
5x…注入イオン高濃度部分
6…第1の電極
7…第2の電極
8…配線電極
8a…保護膜
9…配線電極
10…バンプ
11…ビアホール電極
12…バンプ
21…仮接合層
22…仮支持部材
23…犠牲層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric
Claims (9)
前記圧電薄板に接するように設けられた第1,第2の電極とを備え、
前記LiTaO3からなる圧電薄板の厚み滑りモードのバルク波を利用しており、前記LiTaO 3 のオイラー角(φ,θ,ψ)において、φ=0°、54°≦θ≦107°、ψ=0°であり、
前記第1及び第2の電極が、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも、固有音響インピーダンスが小さい導体からなり、前記第1,第2の電極の厚みの合計である電極厚の、前記LiTaO3の厚みと前記電極厚との合計に対する厚みの比である、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さい、圧電バルク波装置。 A piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 ;
A first electrode and a second electrode provided in contact with the piezoelectric thin plate;
A bulk wave in the thickness-shear mode of the piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 is used, and at Euler angles (φ, θ, ψ) of LiTaO 3 , φ = 0 °, 54 ° ≦ θ ≦ 107 °, ψ = 0 °,
Wherein the first and second electrodes, than specific acoustic impedance of transverse waves propagating LiTaO 3, consists specific acoustic impedance is small conductor, the first, electrode thickness is the sum of the thickness of the second electrode, A piezoelectric bulk acoustic wave device in which electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness), which is a ratio of thickness to the sum of LiTaO 3 thickness and electrode thickness, is greater than 5% and less than 70%.
オイラー角(φ,θ,ψ)において、φ=0°、54°≦θ≦107°、ψ=0°であるLiTaO3からなる圧電薄板を用意する工程と、
前記圧電薄板に接するように、LiTaO3を伝搬する横波の固有音響インピーダンスよりも固有音響インピーダンスが小さい導体からなる第1及び第2の電極を形成する工程とを備え、
前記第1,第2の電極の厚みの合計である電極厚の、前記LiTaO 3 の厚みと前記電極厚との合計に対する厚みの比である、電極厚/(LT厚+電極厚)が5%より大きく、70%より小さくなるように前記第1及び第2の電極を形成する、圧電バルク波装置の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric bulk wave device using a bulk shear mode bulk wave of a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 , comprising:
Preparing a piezoelectric thin plate made of LiTaO 3 with Euler angles (φ, θ, ψ) of φ = 0 °, 54 ° ≦ θ ≦ 107 °, and ψ = 0 ° ;
Said to be in contact with the piezoelectric thin, and a step than specific acoustic impedance of transverse waves propagating LiTaO 3 to form the first and second electrodes that Do from specific acoustic impedance is small conductor,
The electrode thickness, which is the sum of the thicknesses of the first and second electrodes, is the ratio of the thickness to the sum of the LiTaO 3 thickness and the electrode thickness, and the electrode thickness / (LT thickness + electrode thickness) is 5%. larger, you form the first and second electrodes from the small Kunar so 70%, the production method of the piezoelectric bulk acoustic wave device.
LiTaO3からなる圧電基板の一方面からイオン注入し、該一方面側に注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分を形成する工程と、
前記圧電基板の前記一方面側に支持基板を接合する工程と、
前記圧電基板を加熱しつつ、前記高濃度イオン注入部分において前記圧電基板を該圧電基板の前記一方面から前記高濃度イオン注入部分に至る圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する工程とを備える、請求項6に記載の圧電バルク波装置の製造方法。 The step of preparing the piezoelectric thin plate includes:
A step of ion-implanting from one surface of a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 and forming a high-concentration ion-implanted portion having the highest implantation ion concentration on the one surface side;
Bonding a support substrate to the one surface side of the piezoelectric substrate;
Separating the piezoelectric substrate into a piezoelectric thin plate extending from the one surface of the piezoelectric substrate to the high concentration ion implanted portion and the remaining piezoelectric substrate portion while heating the piezoelectric substrate; A method for manufacturing a piezoelectric bulk acoustic wave device according to claim 6.
LiTaO3からなる圧電基板の一方面からイオン注入し、該一方面側に注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分を形成する工程と、
前記圧電基板の前記一方面側に仮支持部材を貼り合わせる工程と、
前記仮支持部材に貼り合わされている圧電基板を加熱しつつ、前記高濃度イオン注入部分において前記圧電基板を該圧電基板の前記一方面から前記高濃度イオン注入部分に至る圧電薄板と、残りの圧電基板部分とに分離する工程とを有し、
前記圧電薄板から前記仮支持部材を剥離する工程をさらに備える、請求項6に記載の圧電バルク波装置の製造方法。 The step of preparing the piezoelectric thin plate includes:
A step of ion-implanting from one surface of a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 and forming a high-concentration ion-implanted portion having the highest implantation ion concentration on the one surface side;
Bonding a temporary support member to the one surface side of the piezoelectric substrate;
While heating the piezoelectric substrate bonded to the temporary support member, the piezoelectric substrate at the high-concentration ion-implanted portion is moved from the one surface of the piezoelectric substrate to the high-concentration ion-implanted portion, and the remaining piezoelectric material. A step of separating into a substrate portion,
The method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device according to claim 6, further comprising a step of peeling the temporary support member from the piezoelectric thin plate.
前記圧電薄板から仮支持部材を剥離した後に、前記仮支持部材の剥離により露出した前記圧電薄板の他方面に第2の電極を形成する工程と、前記犠牲層を消失させる工程とをさらに備える、請求項8に記載の圧電バルク波装置の製造方法。 Prior to peeling off the temporary support member from the piezoelectric thin plate, a step of forming a first electrode on the piezoelectric thin plate, a step of forming a sacrificial layer so as to cover the first electrode, and a step on the sacrificial layer And laminating a support substrate on the substrate,
After peeling the temporary support member from the piezoelectric thin plate, further comprising a step of forming a second electrode on the other surface of the piezoelectric thin plate exposed by peeling of the temporary support member, and a step of eliminating the sacrificial layer; A method for manufacturing a piezoelectric bulk wave device according to claim 8.
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