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JPH09130199A - Piezoelectric thin film element and its production - Google Patents

Piezoelectric thin film element and its production

Info

Publication number
JPH09130199A
JPH09130199A JP28047395A JP28047395A JPH09130199A JP H09130199 A JPH09130199 A JP H09130199A JP 28047395 A JP28047395 A JP 28047395A JP 28047395 A JP28047395 A JP 28047395A JP H09130199 A JPH09130199 A JP H09130199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
piezoelectric thin
support
substrate
film element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28047395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Yamada
朗 山田
Chisako Maeda
智佐子 前田
Toshio Umemura
敏夫 梅村
Hidefusa Uchikawa
英興 内川
Toshihisa Honda
俊久 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP28047395A priority Critical patent/JPH09130199A/en
Publication of JPH09130199A publication Critical patent/JPH09130199A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the strength of the film element itself and to reduce the disturbance of piezoelectric vibrations despite the high mechanical strength of the support of a piezoelectric thin film by providing a 2nd support which holds a vibration part and a 1st support which holds the 2nd support. SOLUTION: A 1st piezoelectric thin film driving electrode 4, a piezoelectric thin film 5 and a 2nd piezoelectric thin film driving electrode 6 are formed on a 2nd support 3. The support 3 covers a 1st support 2 and a substrate 1 and is held by the support 2. The support 3 has plural etching holes 7 formed along the outer edge of the film 5 in a slit shapes, and the parts forming no holes 7 are used as the connection parts. The substrate 1 placed under the support 2 has a cavity part 8 where the support 2 is connected to the substrate 1 in a bridge shape. Then the part of the support 2 that is corresponding to to the lower part of a vibration part is removed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能、小型、高
集積化が可能な圧電薄膜を応用した素子構造に関するも
のである。さらに詳しくは、圧電薄膜に電界を印加する
ことによって生ずる圧電振動が基板および支持体によっ
て拘束されることを避けるために振動部の下の基板部の
中空化と支持体の薄化を計りながら、材料の異なる支持
体によりこれらの構造を強固に支える素子構造をもつ圧
電素子構造すなわち機械的に強固でありながら、圧電振
動を妨げることが少ない薄膜構成による圧電素子構造に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device structure to which a piezoelectric thin film capable of high performance, small size and high integration is applied. More specifically, in order to avoid that the piezoelectric vibration generated by applying an electric field to the piezoelectric thin film is restrained by the substrate and the support, the substrate part under the vibrating part is hollowed and the support is thinned, The present invention relates to a piezoelectric element structure having an element structure that strongly supports these structures by supports made of different materials, that is, a piezoelectric element structure having a thin film structure that is mechanically strong but does not hinder piezoelectric vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術】通信関連機器および電子機器の小型化、
高周波数化に伴い、これらの機器に用いられるフィル
タ、発振器等においても高周波数化が求められ、かつ小
型、高性能であることが必要とされている。従来このよ
うな部品においてはニオブ酸リチウム、タンタル酸リチ
ウムといった単結晶基板、あるいは酸化亜鉛単結晶膜を
用いたSAW(surface acoustic wave)デバイスが多用
されている。しかし、SAWデバイスにおいてはとくに
表面波伝搬速度、IDT(inter digital transducer)形
成加工精度の点から周波数としては1GHz強程度が上
限となっている。
2. Description of the Related Art Miniaturization of communication-related equipment and electronic equipment,
With the increase in frequency, filters, oscillators and the like used in these devices are also required to have higher frequencies, and are required to be small and have high performance. Conventionally, in such components, a SAW (surface acoustic wave) device using a single crystal substrate such as lithium niobate or lithium tantalate or a zinc oxide single crystal film is widely used. However, in the SAW device, the upper limit of the frequency is about 1 GHz or more in view of the surface wave propagation velocity and the IDT (inter digital transducer) formation processing accuracy.

【0003】近年、前述の上記周波数以上での応用が考
えられる素子として、圧電体のバルク振動を用いるデバ
イスが提案されている(以下、単にバルク波フィルタと
記す)。圧電体バルク振動の共振周波数は圧電体中の音
速と圧電体の厚さに依存し、膜厚約1μmの圧電薄膜を
形成したばあいには概略2GHzの共振周波数をもつこ
とになる。現在の薄膜形成技術においては前述の1μm
レベルの膜厚の圧電薄膜は容易にうることが可能であ
り、さらに膜厚の低減により高周波数化が可能である。
また、このような素子は平面的なサイズとしては数10
0μm角以下で形成されるため、このような素子により
フィルタを構成すれば、1フィルタ当たりのチップサイ
ズは1mm角程度に形成することが可能であり、SAW
フィルタに比べて小型化が可能である。
In recent years, a device using bulk vibration of a piezoelectric body has been proposed as an element that can be applied at frequencies above the above-mentioned frequency (hereinafter, simply referred to as bulk wave filter). The resonance frequency of the bulk vibration of the piezoelectric body depends on the speed of sound in the piezoelectric body and the thickness of the piezoelectric body, and when a piezoelectric thin film having a film thickness of about 1 μm is formed, it has a resonance frequency of about 2 GHz. In the current thin film forming technology, the above-mentioned 1 μm
It is possible to easily obtain a piezoelectric thin film having a film thickness of a level, and it is possible to increase the frequency by reducing the film thickness.
In addition, such an element has a planar size of several tens.
Since the filter is formed with a size of 0 μm square or less, if a filter is configured with such an element, the chip size per filter can be formed to be about 1 mm square.
It can be made smaller than a filter.

【0004】従来、このようなデバイスとしてはD. Cus
hmanらのよるProc. Ultrasonics Symposium(199
0)、519頁に記載のものを挙げることができる。D.
Cushmanらはガリウム砒素基板上に、圧電薄膜を窒化ア
ルミニウム、上部圧電薄膜駆動用電極および下部圧電薄
膜駆動用電極を形成したのち、振動部下のガリウム砒素
基板を裏面からエッチングすることにより除去し、圧電
振動が拘束されない構造を作製している。このような構
造をもった膜厚1.8μmの窒化アルミニウム圧電膜に
よる400μm角の振動部により、1023MHzに共
振周波数をもつフィルタを作製している。
Conventionally, as such a device, D. Cus has been used.
hman et al. Proc. Ultrasonics Symposium (199
0) and those described on page 519. D.
Cushman et al. Formed aluminum nitride, an upper piezoelectric thin film drive electrode and a lower piezoelectric thin film drive electrode on a gallium arsenide substrate, and then removed the gallium arsenide substrate under the vibrating part by etching from the back surface to remove the piezoelectric film. A structure is created in which vibration is not restrained. A filter having a resonance frequency of 1023 MHz is produced by a 400 μm square vibrating section made of an aluminum nitride piezoelectric film having a film thickness of 1.8 μm and having such a structure.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】圧電薄膜を基板上にそ
のまま形成したのでは、薄膜の圧電振動は基板によって
拘束され、著しく減衰することになる。したがって、こ
のようなデバイスにおいては圧電薄膜および圧電薄膜駆
動用電極をそれら自体のみによって、あるいは支持体に
よって保持し、振動部の下はエッチングなどの方法によ
り除去して、圧電振動に対する拘束を低減する構造がと
られる。
If the piezoelectric thin film is formed on the substrate as it is, the piezoelectric vibration of the thin film is restrained by the substrate and is significantly attenuated. Therefore, in such a device, the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film drive electrode are held by themselves or by a support, and the portion under the vibrating portion is removed by a method such as etching to reduce the constraint on piezoelectric vibration. The structure is taken.

【0006】D. Cushmanらによる素子ではガリウム砒素
基板を機械的研磨により100μm程度の厚さにしたの
ち、圧電薄膜が形成されている面とは逆側、裏側からエ
ッチングにより振動部下の基板を除去している。このよ
うな構造をとったばあいには、基板が薄く、さらにその
一部が除去されているため機械的強度が弱くなり取り扱
いに注意が必要である。また、振動部がダイヤフラム上
の構造を形成するため、空気の振動によるノイズを拾い
やすく、また、基板除去部内と外部とに圧力差が生じた
ばあいには振動部が破壊される恐れがある。
In the device by D. Cushman et al., A gallium arsenide substrate is mechanically polished to have a thickness of about 100 μm, and then the substrate under the vibrating portion is removed by etching from the side opposite to the surface on which the piezoelectric thin film is formed and the back side. doing. When such a structure is adopted, the substrate is thin, and since a part of it is removed, the mechanical strength is weakened, and care must be taken in handling. Further, since the vibrating portion forms a structure on the diaphragm, noise due to vibration of air is easily picked up, and the vibrating portion may be destroyed if a pressure difference occurs between the inside and outside of the substrate removing portion. .

【0007】これらの欠点を解決するためには、基板部
の除去を基板裏面からではなく、圧電薄膜が形成されて
いる側から行えばよい。この製法であれば、基板を薄く
加工する必要がないため基板強度が高い。また、上面か
ら基板部分をエッチングするためのエッチングホールを
形成するため、このホールが空気を逃がし、空気の振
動、圧力差を拾うことが低減できる。しかしながら、こ
のばあいには振動部を保持する支持体は振動部下の除去
を行うためのエッチングホールをもつため、基板とは数
カ所の連結点をもつにすぎなくなる。このため、一般に
この連結点の強度が弱くなり、素子の破壊の起点とな
る。この連結点を強化したばあいには、支持体全体、と
くに振動部を保持する部分が機械的に高い強度をもつこ
とになる。このことにより、振動部は支持体により拘束
され、その性能を充分に発揮することができなくなる。
In order to solve these drawbacks, the substrate portion may be removed not from the back surface of the substrate but from the side where the piezoelectric thin film is formed. With this manufacturing method, the substrate strength is high because it is not necessary to process the substrate thinly. Further, since the etching hole for etching the substrate portion is formed from the upper surface, air can be released through this hole, and it is possible to reduce vibration and pressure difference of air. However, in this case, the support for holding the vibrating portion has etching holes for removing the portion under the vibrating portion, and therefore has only a few connecting points with the substrate. Therefore, generally, the strength of this connecting point becomes weak, and it becomes the starting point of the destruction of the element. When this connecting point is strengthened, the entire support, especially the part holding the vibrating part, has mechanically high strength. As a result, the vibrating portion is constrained by the support, and the performance cannot be fully exhibited.

【0008】本発明は、これらの問題点を解決し、素子
自体の強度が高く、圧電薄膜を支持する支持体の機械的
強度が強固でありながら、圧電振動を妨げることが少な
い複合支持体構造をもった、薄膜構成による圧電素子を
うることを目的とするものである。
The present invention solves these problems, and the strength of the element itself is high, and the mechanical strength of the support for supporting the piezoelectric thin film is strong, but the composite support structure does not hinder the piezoelectric vibration. The purpose of the present invention is to obtain a piezoelectric element having a thin film structure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電薄膜素子は
第1の圧電薄膜駆動用電極、圧電薄膜、および第2の圧
電薄膜駆動用電極からなる振動部と、該振動部を支持す
る第1および第2の支持体と、該2つの支持体を保持す
る基板とからなる圧電薄膜素子であって、(1)第1の
圧電薄膜駆動用電極、圧電薄膜および第2の圧電薄膜駆
動用電極が第2の支持体上に形成され、(2)第2の支
持体は第1の支持体と基板とを覆って形成され第1の支
持体によって保持され、かつ、第2の支持体には圧電薄
膜の外縁を囲むようにして当該圧電薄膜の外縁に沿って
スリット状に複数個の開口孔が設けられ、さらに、前記
開口孔を設けない部分は連結部とされており、(3)第
1の支持体の下部の基板には空洞が形成されて第1の支
持体は桟状に基板と連結されて形成され、(4)第1の
支持体が当該第1の支持体の、前記振動部の下部に相当
する部分が除去されていることを特徴とする。
A piezoelectric thin film element according to the present invention comprises a vibrating portion composed of a first piezoelectric thin film driving electrode, a piezoelectric thin film, and a second piezoelectric thin film driving electrode, and a vibrating portion supporting the vibrating portion. A piezoelectric thin film element comprising first and second supports, and a substrate holding the two supports, comprising: (1) a first piezoelectric thin film drive electrode, a piezoelectric thin film and a second piezoelectric thin film drive. An electrode is formed on the second support, and (2) the second support is formed to cover the first support and the substrate and is held by the first support, and the second support A plurality of slit-like opening holes are provided along the outer edge of the piezoelectric thin film so as to surround the outer edge of the piezoelectric thin film, and the portion not provided with the opening holes is a connecting portion. A cavity is formed in the substrate below the first support member, and the first support member has a cross-shaped substrate shape. Formed are connected, characterized in that (4) the first support of the first support portion corresponding to the lower portion of the vibrating portion is removed.

【0010】前記第1の支持体の機械的強度が第2の支
持体の機械的強度よりも強くされてなることが好まし
い。
It is preferable that the mechanical strength of the first support is stronger than the mechanical strength of the second support.

【0011】前記圧電薄膜駆動用電極が圧電薄膜の両面
に形成されてなることが好ましい。
It is preferable that the piezoelectric thin film drive electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric thin film.

【0012】前記第1および第2の圧電薄膜駆動用電極
が圧電薄膜の同一面上に形成されてなることが好まし
い。
It is preferable that the first and second piezoelectric thin film drive electrodes are formed on the same surface of the piezoelectric thin film.

【0013】前記第1の支持体として基板の一部が利用
されてなることが好ましい。
It is preferable that a part of the substrate is used as the first support.

【0014】前記基板がシリコン<100>単結晶、第
1の支持体が、ボロンが1020/cm3以上ドープされ
てなる前記基板の一部、第2の支持体が二酸化シリコン
膜、第1の圧電薄膜駆動用電極が白金およびチタン、前
記圧電薄膜が(A)チタン酸鉛および(B)チタン酸ジ
ルコン酸鉛を主要成分とする圧電体のいずれか、第2の
圧電薄膜駆動用電極が白金およびチタンからなることが
好ましい。
The substrate is a silicon <100> single crystal, the first support is a part of the substrate doped with boron of 10 20 / cm 3 or more, and the second support is a silicon dioxide film. The piezoelectric thin film driving electrode is platinum and titanium, and the piezoelectric thin film is a piezoelectric body containing (A) lead titanate and (B) lead zirconate titanate as main components, and the second piezoelectric thin film driving electrode is It is preferably composed of platinum and titanium.

【0015】前記第2の圧電薄膜駆動用電極がアルミニ
ウムであり、さらに当該圧電薄膜素子の表面全体にシリ
コン窒化物からなる保護膜が形成されてなることが好ま
しい。
It is preferable that the second piezoelectric thin film driving electrode is made of aluminum, and that a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element.

【0016】前記第2の支持体がシリコン窒化物膜であ
ることが好ましい。
It is preferable that the second support is a silicon nitride film.

【0017】前記第2の支持体がシリコン窒化物膜であ
り、前記圧電薄膜がチタン酸鉛またはチタン酸ジルコン
酸鉛のいずれかを主要成分とする圧電体であり、さらに
当該圧電薄膜素子の表面全体にシリコン窒化物からなる
保護膜が形成されてなることが好ましい。
The second support is a silicon nitride film, the piezoelectric thin film is a piezoelectric body containing lead titanate or lead zirconate titanate as a main component, and the surface of the piezoelectric thin film element. It is preferable that a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface.

【0018】前記第2の支持体がタンタル酸化物膜であ
ることが好ましい。
The second support is preferably a tantalum oxide film.

【0019】前記第2の支持体がタンタル酸化物膜であ
り、前記第2の圧電薄膜駆動用電極がアルミニウムであ
り、さらに当該圧電薄膜素子の表面全体にシリコン窒化
物からなる保護膜が形成されてなることが好ましい。
The second support is a tantalum oxide film, the second piezoelectric thin film driving electrode is aluminum, and a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element. It is preferable that

【0020】本発明の圧電薄膜素子の製法は、(1)前
記第1の支持体を形成したのち、前記振動部の下部に相
当する部分が除去され、当該除去された部分を前記第1
の支持体よりも耐食性の低い低耐食性材料によって埋め
る工程と、(2)前記第1の支持体上に前記第2の支持
体および前記振動部を形成したのちに、前記低耐食性材
料をエッチング除去して前記第1の支持体のみを残留さ
せる工程とを含むことを特徴とする。
In the method for manufacturing a piezoelectric thin film element of the present invention, (1) after forming the first support, a portion corresponding to a lower portion of the vibrating portion is removed, and the removed portion is removed by the first portion.
Filling with a low corrosion resistant material having a lower corrosion resistance than that of the support, and (2) after the second support and the vibrating portion are formed on the first support, the low corrosion resistant material is removed by etching. And leaving only the first support.

【0021】また、本発明の圧電薄膜素子の製法は、シ
リコン単結晶からなる前記基板の表面にボロンを1020
/cm3以上ドープしてボロンドープ部分を形成して該
ボロンドープ部分の耐エッチング性を高め、基板エッチ
ング工程において前記ボロンドープ部分を残留させるこ
とによって前記第1の支持体として形成する工程を含む
ことを特徴とする。
Further, according to the method of manufacturing the piezoelectric thin film element of the present invention, boron is formed on the surface of the substrate made of silicon single crystal in an amount of 10 20
/ Cm 3 or more to form a boron-doped portion to improve the etching resistance of the boron-doped portion, and the boron-doped portion is left in the substrate etching step to form the first support. And

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明は、圧電薄膜の支持体を薄
く、圧電振動を妨げない構成としながら、これら全体を
充分な機械的強度をもった異なる支持体で保持して基板
と連結する。この圧電薄膜素子は圧電振動を妨げること
が少なく、かつ素子自体の機械的強度が高く、取り扱い
が容易であることを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the present invention, a piezoelectric thin film support is made thin and does not interfere with piezoelectric vibration, and all of these are held by different supports having sufficient mechanical strength and connected to a substrate. . This piezoelectric thin film element is characterized in that it hardly interferes with piezoelectric vibration, has high mechanical strength of the element itself, and is easy to handle.

【0023】本発明の圧電薄膜素子は、振動部を保持す
る第2の支持体と、これらをさらに保持する第1の支持
体との2つの支持体により保持するため、それぞれに支
持体特性を個別に最適な特性に適合させることが可能と
なり、前記目的を達成することができる。また、本発明
においては第1の支持体の強度が第2の支持体の強度よ
りも大きくなるように構成することができ、第2の支持
体が圧電振動を妨げることなく、かつ第1の支持体が振
動部および第2の支持体を保持できる。
Since the piezoelectric thin film element of the present invention is held by the two supports, the second support for holding the vibrating portion and the first support for further holding these, the characteristics of the support are different from each other. It becomes possible to individually adapt to the optimum characteristics, and the above-mentioned object can be achieved. Further, in the present invention, the strength of the first support can be configured to be higher than the strength of the second support, the second support does not interfere with the piezoelectric vibration, and The support can hold the vibrating section and the second support.

【0024】前記振動部の構成は圧電振動が生ずる構造
であればとくに限定はなく、圧電薄膜と圧電薄膜を挟み
込む形で両面に形成された1対の圧電薄膜駆動用電極、
圧電薄膜と圧電薄膜を挟み込む形で両面に形成された複
数対の圧電薄膜駆動用電極、圧電薄膜と圧電薄膜を挟み
込む形で片面に共通圧電薄膜駆動用電極を形成し、もう
一方の面に複数の圧電薄膜駆動用電極を形成するもの、
または圧電薄膜と圧電薄膜の片面に形成された一対の圧
電薄膜駆動用電極などの構成がある。何れの圧電薄膜駆
動用電極構成においてもそれぞれ使用目的、使用周波数
に合わせた圧電振動モードを選択して用いることができ
る。
The structure of the vibrating portion is not particularly limited as long as it is a structure in which piezoelectric vibration is generated, and a pair of piezoelectric thin film driving electrodes formed on both surfaces in a manner sandwiching the piezoelectric thin film,
Plural pairs of piezoelectric thin film driving electrodes formed on both sides by sandwiching the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film, common piezoelectric thin film driving electrodes are formed on one side by sandwiching the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film, and multiple electrodes are formed on the other surface. For forming the piezoelectric thin film drive electrode of
Alternatively, there is a configuration such as a piezoelectric thin film and a pair of piezoelectric thin film driving electrodes formed on one surface of the piezoelectric thin film. In any of the piezoelectric thin film driving electrode configurations, it is possible to select and use a piezoelectric vibration mode according to the purpose of use and the frequency of use.

【0025】これらの圧電薄膜素子に用いうる圧電材料
としては薄膜として作製可能な材質であればとくに制限
はなく、チタン酸鉛(PbTiO3、以下、単にPTと
いう)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O
3、以下、単にPZTという)、酸化亜鉛、窒化アルミ
ニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタ
ン酸バリウム(Bi3Ti412)などが挙げられるが、
薄膜形成しやすいものとしては酸化亜鉛および窒化アル
ミニウムが比較的作製しやすく、圧電定数の大きなもの
としてはチタン酸鉛およびチタン酸ジルコン酸鉛を挙げ
ることができる。
The piezoelectric material that can be used for these piezoelectric thin film elements is not particularly limited as long as it is a material that can be manufactured as a thin film, and lead titanate (PbTiO 3 , hereinafter simply referred to as PT), lead zirconate titanate (Pb). (Zr, Ti) O
3 , hereinafter simply referred to as PZT), zinc oxide, aluminum nitride, lithium tantalate, lithium niobate, barium titanate (Bi 3 Ti 4 O 12 ), and the like.
Zinc oxide and aluminum nitride are relatively easy to form as a thin film, and lead titanate and lead zirconate titanate can be mentioned as those having a large piezoelectric constant.

【0026】圧電薄膜駆動用電極は振動部を構成するた
め、材質としては振動を妨げない質量の小さいものが好
ましい。圧電薄膜駆動用電極材料としてはアルミニウ
ム、金、白金などが挙げられ、さらに金および白金につ
いてはこれらと下地とのあいだにチタンおよびクロムを
形成することが下地との密着性が高まるので好ましい。
アルミニウムは軽量かつ加工性に優れている点で、好ま
しい材料であるが、アルミニウム自身の融点が600℃
程度と低いため、アルミニウム形成後にアルミニウムの
融点に近い温度の高温プロセスおよび高温酸化性プロセ
スがあるばあいには劣化しやすく、圧電薄膜駆動用電極
として用いることができない。これに対し、白金、金は
貴金属であるため、高温、酸化性環境においても酸化し
にくく、ほとんどのばあい、有効な圧電薄膜駆動用電極
材料となりうる。
Since the piezoelectric thin film drive electrode constitutes a vibrating portion, it is preferable that the material has a small mass so as not to interfere with vibration. Examples of the electrode material for driving the piezoelectric thin film include aluminum, gold, platinum and the like. Further, for gold and platinum, it is preferable to form titanium and chromium between these and the base because the adhesion to the base is enhanced.
Aluminum is a preferable material because it is lightweight and has excellent workability, but the melting point of aluminum itself is 600 ° C.
Since it is so low, it easily deteriorates if there is a high temperature process and a high temperature oxidizing process at a temperature close to the melting point of aluminum after forming aluminum, and it cannot be used as a piezoelectric thin film drive electrode. On the other hand, since platinum and gold are noble metals, they are difficult to oxidize even in a high temperature and oxidizing environment, and in most cases, they can be effective piezoelectric thin film drive electrode materials.

【0027】したがって、圧電材料である酸化亜鉛およ
び窒化アルミニウムに関しては比較的低温でも形成可能
であるため、電極材料であるアルミニウムに関しては、
支持体上に、すなわち圧電薄膜形成プロセス前に形成す
ることも可能である。また、圧電薄膜形成後に表面に形
成するばあいはすべてのばあいに用いることができる。
前記圧電材料のうち、PTおよびPZTは作製のために
一般に500℃以上の高温を必要とするため、アルミニ
ウムを圧電薄膜形成前に形成することはできない。した
がってPTおよびPZTを用いるばあいには、支持体上
の、圧電薄膜の下側に形成できる圧電薄膜駆動用電極は
金および白金に限定される。また、金および白金を圧電
薄膜表面に形成してもよく、このばあいには圧電薄膜駆
動用電極自体の化学的安定性が高いため、圧電薄膜素子
および当該圧電薄膜素子の応用デバイスの信頼性が向上
する。
Therefore, since zinc oxide and aluminum nitride, which are piezoelectric materials, can be formed even at a relatively low temperature, regarding aluminum, which is an electrode material,
It is also possible to form it on the support, that is, before the piezoelectric thin film forming process. Further, it can be used in all cases when it is formed on the surface after forming the piezoelectric thin film.
Among the above-mentioned piezoelectric materials, PT and PZT generally require a high temperature of 500 ° C. or higher for fabrication, and therefore aluminum cannot be formed before forming a piezoelectric thin film. Therefore, when PT and PZT are used, the piezoelectric thin film drive electrodes that can be formed on the support and below the piezoelectric thin film are limited to gold and platinum. In addition, gold and platinum may be formed on the surface of the piezoelectric thin film. In this case, the piezoelectric thin film driving electrode itself has high chemical stability, so that the reliability of the piezoelectric thin film element and the applied device of the piezoelectric thin film element is high. Is improved.

【0028】前記圧電薄膜と圧電薄膜駆動用電極から構
成される振動部を保持する第2の支持体としては、圧電
振動の妨げとならないように、質量が小さい材質である
ことが好ましく、さらに構造形成プロセスにおいて化学
的エッチング液に曝されるため、第1の支持体のエッチ
ング容易部および基板部を浸食するエッチング液に対し
ても耐性をもつものであることが必要である。このよう
なエッチング液としては水酸化カリウム水溶液、水酸化
ナトリウム水溶液、エチレンジアミンとピロカテコール
を含有した水溶液(さらにピリジンを添加するばあいも
ある)、ヒドラジン水溶液など無機または有機系の強ア
ルカリ性の水溶液が多用されるが、作業時の安全性、有
毒性、エッチング液の安定性の点で水酸化カリウム水溶
液が好ましい。
The second supporting body for holding the vibrating portion composed of the piezoelectric thin film and the piezoelectric thin film driving electrode is preferably made of a material having a small mass so as not to hinder the piezoelectric vibration. Since it is exposed to the chemical etching solution in the forming process, it must be resistant to the etching solution that corrodes the easy-to-etch portion and the substrate portion of the first support. Examples of such an etching solution include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, an aqueous solution containing ethylenediamine and pyrocatechol (there may be the case where pyridine is added), and an inorganic or organic strong alkaline aqueous solution such as a hydrazine aqueous solution. Often used, potassium hydroxide aqueous solution is preferable in terms of safety during work, toxicity, and stability of etching solution.

【0029】前述のエッチング液に対して耐性をもつ第
2の支持体としては酸化シリコン、窒化シリコン、五酸
化タンタルなどを好ましい材質として挙げることができ
る。なかでも、窒化シリコン、五酸化タンタルの薄膜は
成膜条件によっては、膜内に圧縮応力をもたせることが
可能なため、下地を除去したばあいには弛みが生じない
ため好ましい。第2の支持体において振動部を保持する
部分と第1の支持体とを連結する部分は広い面積で接触
するため、第2の支持体の厚さを2000Å以下と薄く
しても振動部を保持する第2の支持体上には応力集中を
起こすエッチングホールなどの孔などが必ずしも必要で
はないため機械的に破壊する危険性は小さい。
Preferred examples of the second support having resistance to the above-mentioned etching solution include silicon oxide, silicon nitride, and tantalum pentoxide. Among them, a thin film of silicon nitride or tantalum pentoxide is preferable because it can give a compressive stress to the film depending on the film forming conditions, and therefore does not cause slack when the underlayer is removed. Since the portion of the second supporting body that holds the vibrating portion and the portion that connects the first supporting body are in contact with each other over a wide area, the vibrating portion will not be affected even if the thickness of the second supporting body is reduced to 2000 Å or less. Since a hole such as an etching hole that causes stress concentration is not necessarily required on the second support to be held, the risk of mechanical destruction is small.

【0030】第1の支持体は振動部と第2の支持体を保
持し、これらと基板とを連結する。第1の支持体は、該
第1の支持体の、振動部の下部に相当する部分およびエ
ッチングホールを形成する部分は除去されることが必要
であるため、振動部の下部の部分およびエッチングホー
ルを形成する部分はそれ以外の部分と比べてエッチング
液に対するエッチング速度が大きいことが必要とされ
る。このような第1の支持体を形成する手法としては大
別して2種類が考えられる。
The first support holds the vibrating section and the second support, and connects these to the substrate. In the first support, the portion corresponding to the lower portion of the vibrating portion and the portion forming the etching hole of the first support need to be removed. Therefore, the lower portion of the vibrating portion and the etching hole are required. It is necessary that the portion forming the film has a higher etching rate with respect to the etching solution than the other portions. There are roughly two types of methods for forming such a first support.

【0031】第1の方法は、基板上に第1の支持体とな
る均一な材質の層を形成したのちに、最終的に残存させ
たい部分にエッチング速度を低下させる特定の元素をド
ープする方法、第2の方法はエッチングされる部分をエ
ッチング速度の大きな材質で作製し、残存する部分をエ
ッチング速度の小さな材質によって作製する方法が考え
られる。第1の方法を実現する代表的な材質としてはシ
リコンがあり、支持体をシリコン膜で形成したのちに、
残存させる部分にボロンをドープする方法がある。この
方法においてボロンをドープするボロンドープ量は10
20/cm3以上とすることが必要である。
The first method is a method of forming a layer of a uniform material as a first support on a substrate and then doping a specific element for reducing the etching rate into a portion to be left finally. The second method may be a method in which the portion to be etched is made of a material having a high etching rate and the remaining portion is made of a material having a low etching rate. Silicon is a typical material that realizes the first method, and after the support is formed of a silicon film,
There is a method of doping boron in the remaining portion. In this method, the boron doping amount for doping boron is 10
It is necessary to set it to 20 / cm 3 or more.

【0032】第2の方法は最初に第1の支持体となる材
料を成膜形成したのち、この材料を最終的に第1の支持
体として残存させる形状にパターニングを行い、この上
に後工程でエッチングにより除去される材料を形成す
る。これらの表面をエッチバックすることにより平担化
し、そののち、順次第2の支持体、圧電薄膜駆動用電極
などを形成する。このばあい、エッチング前には第1の
支持体に相当する層は複数の材料より構成されることに
なる。最終的に第1の支持体を構成する材質としては、
第2の支持体より大きな機械的強度をうることができ
る、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タ
ンタル、アルミナ、マグネシアなど多くの材質が考えら
れる。また、最終的にエッチングにより除去される部分
の材質としては、燐珪酸ガラスなどのガラス類、酸化亜
鉛、酸化バナジウムなどを挙げることができる。
In the second method, first, a material for the first support is formed into a film, and then the material is patterned into a shape that finally remains as the first support. To form a material that is removed by etching. These surfaces are flattened by etching back, and then a second support, a piezoelectric thin film drive electrode, etc. are sequentially formed. In this case, the layer corresponding to the first support is composed of a plurality of materials before etching. Finally, as the material forming the first support,
Many materials, such as silicon, silicon dioxide, silicon nitride, tantalum oxide, alumina, and magnesia, which can provide greater mechanical strength than the second support, are possible. Further, examples of the material of the part to be finally removed by etching include glasses such as phosphosilicate glass, zinc oxide, vanadium oxide and the like.

【0033】[0033]

【実施例】以下、添付図を参照しながら具体的な実施例
により、さらに詳細に説明する。ただし本発明は以下の
実施例に限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings and specific embodiments. However, the present invention is not limited to the following examples.

【0034】[実施例1]図1は本発明の一実施例にか
かわる圧電薄膜素子の平面説明図およびA−A線断面説
明図である。本実施例では、シリコン<100>単結晶
基板1上の、第1の支持体2を形成する部分に、二酸化
シリコンをマスクとして、気相熱拡散法によって三塩化
ボロンを原料としてボロンのドーピングを行った。流量
10sccm、温度900〜1000℃にて60分間の
拡散によって、基板中の約6000オングストローム以
上の深さまでボロン濃度1020/cm3が達成された。
マスク除去後、第2の支持体3を構成する膜厚2000
オングストロームの二酸化シリコン膜を酸化物ターゲッ
トを用いたRFマグネトロンスパッタ法により形成し
た。このときの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン10
0%、ガス圧1Pa、基板温度は室温とし、デポジショ
ンレート(以下、単にデポレートという)約100オン
グストローム/分とした。さらに、第2の支持体上にチ
タンおよび白金を電子ビーム蒸着法により形成し、リフ
トオフ法により第1の圧電薄膜駆動用電極(以下、単に
第1の電極という)4および第1の電極用パッド15と
してパターニングした。つぎに、0.2(PbO)・
1.0(PbTiO3)なる組成の酸化物ターゲットを
用いたRFマグネトロンスパッタ法により、チタン酸鉛
からなる圧電薄膜5を膜厚約1μmとなるように成膜し
た。このときの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴンと酸
素の混合雰囲気とし、ガス圧比はアルゴン:酸素=9:
1、ガス圧1Pa、基板温度は550℃、デポレートは
約70オングストローム/分とした。この圧電薄膜を、
110℃の硝酸:塩酸:過酸化水素水=4:12:84
(体積比)の混合液によって湿式エッチングし、パター
ニングを行った。さらに、この圧電薄膜上に、前述のチ
タンおよび白金の形成方法と同様にしてチタンと白金か
らなる第2の圧電薄膜駆動用電極(以下、単に第2の電
極という)6および第2の電極用パッド9をリフトオフ
法により形成した。つぎに、第2の支持体である二酸化
シリコン膜に10vol%フッ化水素水溶液により、エ
ッチングホール7を形成した。最後に、エチレンジアミ
ン750ml、ピロカテコール120g、水240gな
る構成の水溶液を用いて、前記エッチングホールより、
ボロンをドープされていない基板部を温度115℃にて
約4〜5時間の異方性エッチングにより除去することに
より、約100μm角の振動部の下部の基板部に空洞部
8が形成され、ボロンドープ部が残留することにより第
1の支持体が形成された。以上説明した工程により、複
合支持体構造をもった圧電薄膜素子(図1)をえた。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a plan view and a sectional view taken along the line AA of a piezoelectric thin film element according to an embodiment of the present invention. In this example, the silicon <100> single crystal substrate 1 is formed on the portion where the first support 2 is to be formed, by using silicon dioxide as a mask and doping with boron trichloride as a raw material by boron vapor deposition. went. A boron concentration of 10 20 / cm 3 was achieved to a depth of greater than about 6000 Å in the substrate by diffusion for 60 minutes at a flow rate of 10 sccm and a temperature of 900-1000 ° C.
After removing the mask, the film thickness of the second support 3 is 2000
An angstrom silicon dioxide film was formed by the RF magnetron sputtering method using an oxide target. At this time, the film forming condition is that the film forming atmosphere is argon 10
0%, gas pressure 1 Pa, substrate temperature was room temperature, and deposition rate (hereinafter simply referred to as deposition rate) was about 100 Å / min. Further, titanium and platinum are formed on the second support by the electron beam evaporation method, and the first piezoelectric thin film drive electrode (hereinafter simply referred to as the first electrode) 4 and the first electrode pad are formed by the lift-off method. Patterned as 15. Next, 0.2 (PbO)
A piezoelectric thin film 5 made of lead titanate was formed by RF magnetron sputtering using an oxide target having a composition of 1.0 (PbTiO 3 ) so as to have a film thickness of about 1 μm. The film forming conditions at this time are as follows: the film forming atmosphere is a mixed atmosphere of argon and oxygen, and the gas pressure ratio is argon: oxygen = 9:
1, the gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was 550 ° C., and the deposition rate was about 70 Å / min. This piezoelectric thin film
110 ° C. nitric acid: hydrochloric acid: hydrogen peroxide water = 4: 12: 84
Patterning was performed by wet etching with a mixed solution (volume ratio). Further, on this piezoelectric thin film, a second piezoelectric thin film drive electrode (hereinafter, simply referred to as a second electrode) 6 made of titanium and platinum and a second electrode for titanium and platinum are formed in the same manner as the above-described method for forming titanium and platinum. The pad 9 was formed by the lift-off method. Next, an etching hole 7 was formed in the silicon dioxide film as the second support by using a 10 vol% hydrogen fluoride aqueous solution. Finally, using an aqueous solution composed of 750 ml of ethylenediamine, 120 g of pyrocatechol, and 240 g of water, from the etching hole,
By removing the substrate portion not doped with boron by anisotropic etching at a temperature of 115 ° C. for about 4 to 5 hours, a cavity portion 8 is formed in the substrate portion below the vibrating portion of about 100 μm square, and boron doping is performed. The first support was formed by the remaining parts. Through the steps described above, a piezoelectric thin film element (FIG. 1) having a composite support structure was obtained.

【0035】[実施例2]本実施例は実施例1における
圧電薄膜を、チタン酸鉛のかわりにチタン酸ジルコン酸
鉛を用いて形成したものでありその他の部分は実施例1
と同様であるため、実施例1と同様に図1を用いて説明
する。本実施例においても実施例1と同一のプロセスに
より第1の圧電薄膜駆動用電極4および第1の電極用パ
ッド15まで形成した。つぎに、0.5(PbO)・
0.48(PbTiO3)・0.52(PbZrO3)な
る組成の酸化物ターゲットを用いたRFマグネトロンス
パッタ法により、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電薄
膜5を膜厚約1μmとなるように成膜した。このばあい
の成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴンと酸素の混合雰囲
気とし、ガス圧比はアルゴン:酸素=9:1、ガス圧1
Pa、基板温度は630℃、デポレートは約90オング
ストローム/分とした。そののち、実施例1のばあいと
同様のプロセスにより圧電薄膜のパターニング、第2の
電極6および第2の電極用パッド9の形成、エッチング
ホール形成、さらに基板の異方性エッチングにより複合
支持体構造をもった圧電薄膜素子(図1)をえた。
[Embodiment 2] In this embodiment, the piezoelectric thin film in Embodiment 1 is formed by using lead zirconate titanate in place of lead titanate.
Since it is the same as, the description will be made with reference to FIG. Also in this example, the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15 were formed by the same process as in Example 1. Next, 0.5 (PbO)
A piezoelectric thin film 5 made of lead zirconate titanate was formed by RF magnetron sputtering using an oxide target having a composition of 0.48 (PbTiO 3 ) · 0.52 (PbZrO 3 ) to a film thickness of about 1 μm. Filmed In this case, the film forming conditions are as follows: the film forming atmosphere is a mixed atmosphere of argon and oxygen, the gas pressure ratio is argon: oxygen = 9: 1, and the gas pressure is 1
Pa, the substrate temperature was 630 ° C., and the deposition rate was about 90 Å / min. After that, by the same process as in the case of Example 1, patterning of the piezoelectric thin film, formation of the second electrode 6 and the pad 9 for the second electrode, formation of etching holes, and anisotropic etching of the substrate were carried out to obtain a composite support. A piezoelectric thin film element having a structure (Fig. 1) was obtained.

【0036】[実施例3]本実施例は実施例1と同様の
構成の圧電薄膜素子に電極パッドおよび保護膜を設けた
ものである。図2は本実施例にかかわる電極パッドおよ
び保護膜を含んだ圧電薄膜素子の例を示す平面説明図お
よびA−A線断面説明図である。
[Embodiment 3] In this embodiment, a piezoelectric thin film element having the same structure as in Embodiment 1 is provided with an electrode pad and a protective film. FIG. 2 is a plan explanatory view and an AA line sectional explanatory view showing an example of a piezoelectric thin film element including an electrode pad and a protective film according to the present embodiment.

【0037】本実施例においても実施例1のばあいと同
一のプロセスにより第1の圧電薄膜駆動用電極4および
第1の電極用パッド15のパターニングまで行った。こ
のとき、同時に白金およびチタンからなる第2の電極用
パッド9を形成する。さらに、実施例1と同一のプロセ
スにより圧電薄膜5のパターニングまで行った。つぎ
に、圧電薄膜上に電子ビーム蒸着法により、アルミニウ
ムを蒸着したのち、リフトオフ法によりパターニング
し、第2の圧電薄膜駆動用電極6とした。このとき、該
第2の電極6と第2の電極用パッド9とが接続される。
そののち、保護膜10として全面にプラズマCVD法に
よりシリコン窒化物膜2000Åを形成したあと、イオ
ンビームエッチング法によりエッチングホール形成、さ
らに電極パッド部の保護膜の除去を行う。そののち、実
施例1のばあいと同一のプロセスにより基板の異方性エ
ッチングを行い、複合支持体構造をもった圧電薄膜素子
(図2)をえた。
Also in this embodiment, the patterning of the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15 was performed by the same process as in the first embodiment. At this time, the second electrode pad 9 made of platinum and titanium is simultaneously formed. Further, patterning of the piezoelectric thin film 5 was performed by the same process as in Example 1. Next, aluminum was vapor-deposited on the piezoelectric thin film by an electron beam vapor deposition method, and then patterned by a lift-off method to form a second piezoelectric thin film drive electrode 6. At this time, the second electrode 6 and the second electrode pad 9 are connected.
After that, a silicon nitride film 2000Å is formed on the entire surface as the protective film 10 by the plasma CVD method, an etching hole is formed by the ion beam etching method, and the protective film on the electrode pad portion is removed. After that, the substrate was anisotropically etched by the same process as in Example 1 to obtain a piezoelectric thin film element having a composite support structure (FIG. 2).

【0038】[実施例4]本実施例は第2の支持体をタ
ンタル酸化物を用いて形成し、エッチングホールをイオ
ンビームエッチングにより形成し、空洞を水酸化カリウ
ム水溶液により異方性エッチングして形成した例(図1
参照)である。
[Embodiment 4] In this embodiment, a second support is formed by using tantalum oxide, an etching hole is formed by ion beam etching, and a cavity is anisotropically etched by a potassium hydroxide aqueous solution. Example of formation (Fig. 1
See).

【0039】本実施例においては、シリコン<100>
単結晶基板1上の第1の支持体2を形成する部分に、二
酸化シリコンをマスクとして、気相熱拡散法によって三
塩化ボロンを原料としてボロンのドーピングを行った。
流量10sccm、温度900〜1000℃にて60分
間の拡散によって、基板中の約6000オングストロー
ム以上の深さまでボロン濃度1020/cm3が達成され
た。マスク除去後、第2の支持体3を構成する膜厚20
00オングストロームのタンタル酸化物膜を酸化物ター
ゲットを用いたRFマグネトロンスパッタ法により形成
した。このばあいの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン
100%、ガス圧1Pa、基板温度は室温とし、デポレ
ートは約100オングストローム/分とした。さらに、
第2の支持体上にチタンおよび白金を電子ビーム蒸着法
により形成し、リフトオフ法により第1の圧電薄膜駆動
用電極4および第1の電極用パッド15としてパターニ
ングした。つぎに、0.2(PbO)・1.0(PbT
iO3)なる組成の酸化物ターゲットを用いたRFマグ
ネトロンスパッタ法によりチタン酸鉛からなる圧電薄膜
5を膜厚約1μmとなるように成膜した。このばあいの
成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン、酸素混合雰囲気と
し、ガス圧比はアルゴン:酸素=9:1、ガス圧1P
a、基板温度は550℃、デポレートは約70オングス
トローム/分とした。この圧電薄膜を、110℃の硝
酸:塩酸:過酸化水素水=4:12:84(体積比)の
混合液によって湿式エッチングし、パターニングを行っ
た。さらに、この圧電薄膜上に、前述のチタンおよび白
金の形成方法と同様にしてチタンと白金からなる第2の
圧電薄膜駆動用電極6および第2の電極用パッド9をリ
フトオフ法により形成した。つぎに、第2の支持体であ
るタンタル酸化物膜にイオンビームエッチング法によ
り、エッチングホール7を形成した。最後に、70℃、
30wt%水酸化カリウム水溶液を用いて、前記エッチ
ングホールより、ボロンをドープされていない基板部を
約2〜3時間の異方性エッチングにより除去することに
より、約100μm角の振動部の下部の基板部に空洞部
8が形成され、ボロンドープ部が残留することにより第
1の支持体が形成された。以上に述べた工程により、複
合支持体構造をもった圧電薄膜素子(図1)をえた。
In this embodiment, silicon <100>
The portion of the single crystal substrate 1 where the first support 2 is to be formed was doped with boron trichloride as a raw material by the vapor phase thermal diffusion method using silicon dioxide as a mask.
A boron concentration of 10 20 / cm 3 was achieved to a depth of greater than about 6000 Å in the substrate by diffusion for 60 minutes at a flow rate of 10 sccm and a temperature of 900-1000 ° C. After removing the mask, the film thickness of the second support 3 is 20
A 00 angstrom tantalum oxide film was formed by an RF magnetron sputtering method using an oxide target. In this case, the film forming conditions were that the film forming atmosphere was 100% argon, the gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was room temperature, and the deposition rate was about 100 angstrom / min. further,
Titanium and platinum were formed on the second support by the electron beam evaporation method, and patterned by the lift-off method as the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15. Next, 0.2 (PbO) 1.0 (PbT
A piezoelectric thin film 5 made of lead titanate was formed by RF magnetron sputtering using an oxide target having a composition of (iO 3 ) so as to have a film thickness of about 1 μm. In this case, the film forming conditions are a mixed atmosphere of argon and oxygen, a gas pressure ratio of argon: oxygen = 9: 1, and a gas pressure of 1 P.
a, the substrate temperature was 550 ° C., and the deposition rate was about 70 Å / min. This piezoelectric thin film was wet-etched with a mixed liquid of nitric acid: hydrochloric acid: hydrogen peroxide solution = 4: 12: 84 (volume ratio) at 110 ° C. to perform patterning. Further, on the piezoelectric thin film, the second piezoelectric thin film drive electrode 6 and the second electrode pad 9 made of titanium and platinum were formed by the lift-off method in the same manner as the above-described method for forming titanium and platinum. Next, the etching hole 7 was formed in the tantalum oxide film which is the second support by the ion beam etching method. Finally, 70 ℃,
By using a 30 wt% potassium hydroxide aqueous solution, the substrate portion not doped with boron is removed from the etching hole by anisotropic etching for about 2 to 3 hours, so that the substrate below the vibrating portion of about 100 μm square. A cavity 8 was formed in the portion, and the boron-doped portion remained to form a first support. By the steps described above, a piezoelectric thin film element (FIG. 1) having a composite support structure was obtained.

【0040】[実施例5]本実施例は実施例4における
圧電薄膜を、チタン酸鉛のかわりにチタン酸ジルコン酸
鉛を用いて形成したものであり、その他の部分は実施例
4と同様であるため実施例4と同様に図1を用いて説明
する。本実施例においても実施例4のばあいと同一のプ
ロセスにより第1の圧電薄膜駆動用電極4および第1の
電極用パッド15まで形成した。つぎに、0.5(Pb
O)・0.48(PbTiO3)・0.52(PbZr
3)なる組成の酸化物ターゲットを用いたRFマグネ
トロンスパッタ法により、チタン酸ジルコン酸鉛からな
る圧電薄膜5を膜厚約1μmとなるように成膜した。こ
のときの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン、酸素混合
雰囲気とし、ガス圧比はアルゴン:酸素=9:1、ガス
圧1Pa、基板温度は630℃、デポレートは約90オ
ングストローム/分とした。そののち、実施例1のばあ
いと同様のプロセスにより圧電薄膜のパターニング、第
2の電極6および電極用パッド9の形成、エッチングホ
ール形成、さらに基板の異方性エッチングにより複合支
持体構造をもった圧電薄膜素子(図1)をえた。
[Embodiment 5] In this embodiment, the piezoelectric thin film in Embodiment 4 is formed by using lead zirconate titanate instead of lead titanate, and other parts are the same as in Embodiment 4. Therefore, it will be described with reference to FIG. 1 similarly to the fourth embodiment. Also in this example, the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15 were formed by the same process as in Example 4. Next, 0.5 (Pb
O) ・ 0.48 (PbTiO 3 ) ・ 0.52 (PbZr
The piezoelectric thin film 5 made of lead zirconate titanate was formed to a thickness of about 1 μm by the RF magnetron sputtering method using an oxide target having a composition of O 3 ). The film forming conditions at this time were a mixed atmosphere of argon and oxygen, a gas pressure ratio of argon: oxygen = 9: 1, a gas pressure of 1 Pa, a substrate temperature of 630 ° C., and a deposition rate of about 90 Å / min. After that, the composite support structure is formed by patterning the piezoelectric thin film, forming the second electrode 6 and the electrode pad 9, forming etching holes, and anisotropically etching the substrate by the same process as in the first embodiment. A piezoelectric thin film element (Fig. 1) was obtained.

【0041】[実施例6]本実施例は実施例4と同様の
構成の圧電薄膜素子に電極パッドおよび保護膜を設けた
もの(図2参照)である。本実施例においても実施例4
のばあいと同一のプロセスにより第1の圧電薄膜駆動用
電極のパターニングまで行った。このとき、同時に白金
およびチタンからなる第2の電極用パッド9を形成す
る。さらに、実施例1と同一のプロセスにより圧電薄膜
5のパターニングまで行った。つぎに、圧電薄膜上に電
子ビーム蒸着法により、アルミニウムを蒸着したのち、
リフトオフ法によりパターニングし、第2の圧電薄膜駆
動用電極6とした。このとき、該第2の電極6と第2の
電極用パッド9とが接続される。そののち、保護膜10
として全面にプラズマCVD法によりシリコン窒化物膜
約2000Åを形成したのち、イオンビームエッチング
法によりエッチングホール形成、電極パッド部の保護膜
の除去を行う。そののち、実施例1のばあいと同一のプ
ロセスにより基板の異方性エッチングを行った。以上に
述べた工程により、複合支持体構造をもった圧電薄膜素
子(図2)をえた。
[Embodiment 6] In this embodiment, a piezoelectric thin film element having the same structure as that of Embodiment 4 is provided with an electrode pad and a protective film (see FIG. 2). Also in this embodiment, the fourth embodiment
Patterning of the first piezoelectric thin film drive electrode was performed by the same process as in the above case. At this time, the second electrode pad 9 made of platinum and titanium is simultaneously formed. Further, patterning of the piezoelectric thin film 5 was performed by the same process as in Example 1. Next, after evaporating aluminum on the piezoelectric thin film by the electron beam evaporation method,
The second piezoelectric thin film drive electrode 6 was patterned by the lift-off method. At this time, the second electrode 6 and the second electrode pad 9 are connected. After that, the protective film 10
As a result, after forming a silicon nitride film of about 2000 liters on the entire surface by plasma CVD, etching holes are formed by ion beam etching and the protective film on the electrode pad portion is removed. After that, the substrate was anisotropically etched by the same process as in Example 1. By the steps described above, a piezoelectric thin film element (FIG. 2) having a composite support structure was obtained.

【0042】[実施例7]本実施例は実施例1における
第2の支持体を窒化ケイ素を用いてプラズマCVD法に
よって形成したものであり、その他の部分は実施例1と
同様であるため図1を用いて説明する。本実施例におい
てもシリコン<100>単結晶基板1上の第1の支持体
2を形成する部分に、二酸化シリコンをマスクとして、
気相熱拡散法によって三塩化ボロンを原料としてボロン
のドーピングを行った。流量10sccm、温度900
〜1000℃にて60分間の拡散によって、基板中の約
6000オングストローム以上の深さまでボロン濃度1
20/cm3が達成された。マスク除去後、第2の支持
体3を構成する膜厚2000オングストロームのシリコ
ン窒化物膜をプラズマCVD法により形成した。このと
きの成膜条件は、成膜雰囲気は、SiH4の流量30m
l/min、NH3の流量60ml/min、N2の流量
200ml/min、ガス圧0.55Torr、基板温
度300℃、RFパワー300Wとした。さらに、第2
の支持体上にチタンおよび白金を電子ビーム蒸着法によ
り形成し、リフトオフ法により第1の圧電薄膜駆動用電
極4および第1の電極用パッド15としてパターニング
した。つぎに、0.2(PbO)・1.0(PbTiO
3)なる組成の酸化物ターゲットを用いたRFマグネス
トロンスパッタ法により、チタン酸鉛からなる圧電薄膜
5を膜厚約1μmとなるように成膜した。このときの成
膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン、酸素混合雰囲気と
し、ガス圧比としてアルゴン:酸素=9:1、ガス圧1
Pa、基板温度は550℃、デポレートは約70オング
ストローム/分とした。この圧電薄膜を、110℃の硝
酸:塩酸:過酸化水素水=4:12:84(体積比)の
混合液によって湿式エッチングし、パターニングを行っ
た。さらに、この圧電薄膜上に前述のチタンおよび白金
の形成方法と同様にしてチタンと白金からなる第2の圧
電薄膜駆動用電極6および第2の電極用パッド9をリフ
トオフ法により形成した。つぎに、第2の支持体である
シリコン窒化物膜にイオンビームエッチング法によりエ
ッチングホール7を形成した。最後に、70℃、30w
t%KOH水溶液を用いて、前記エッチングホールよ
り、ボロンをドープされていない基板部を約2〜3時間
の異方性エッチングにより除去することにより、約10
0μm角の振動部の下部の基板部に空洞部8が形成さ
れ、ボロンドープ部が残留することにより第1の支持体
が形成された。以上に述べた工程により、複合支持体構
造をもった圧電薄膜素子(図1)をえた。
[Embodiment 7] In this embodiment, the second support in Embodiment 1 is formed by the plasma CVD method using silicon nitride. This will be described using 1. Also in the present embodiment, silicon dioxide is used as a mask in the portion where the first support 2 is formed on the silicon <100> single crystal substrate 1.
Boron was doped with boron trichloride as a raw material by a vapor phase thermal diffusion method. Flow rate 10 sccm, temperature 900
Boron concentration 1 to a depth of about 6000 angstroms or more in the substrate by diffusion for 60 minutes at ˜1000 ° C.
0 20 / cm 3 was achieved. After removing the mask, a silicon nitride film having a film thickness of 2000 angstrom and forming the second support 3 was formed by the plasma CVD method. At this time, the film forming condition is that the film forming atmosphere is a flow rate of SiH 4 of 30 m.
The flow rate was 1 / min, the flow rate of NH 3 was 60 ml / min, the flow rate of N 2 was 200 ml / min, the gas pressure was 0.55 Torr, the substrate temperature was 300 ° C., and the RF power was 300 W. Furthermore, the second
Titanium and platinum were formed on the support by electron beam evaporation, and patterned by the lift-off method as the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15. Next, 0.2 (PbO) 1.0 (PbTiO
The piezoelectric thin film 5 made of lead titanate was formed to have a film thickness of about 1 μm by the RF magnestron sputtering method using the oxide target having the composition 3 ). At this time, the film forming conditions were as follows: the film forming atmosphere was a mixed atmosphere of argon and oxygen, the gas pressure ratio was argon: oxygen = 9: 1, and the gas pressure was 1
Pa, the substrate temperature was 550 ° C., and the deposition rate was about 70 Å / min. This piezoelectric thin film was wet-etched with a mixed liquid of nitric acid: hydrochloric acid: hydrogen peroxide solution = 4: 12: 84 (volume ratio) at 110 ° C. to perform patterning. Further, the second piezoelectric thin film driving electrode 6 and the second electrode pad 9 made of titanium and platinum were formed on the piezoelectric thin film by the lift-off method in the same manner as the above-described titanium and platinum forming method. Next, the etching hole 7 was formed in the silicon nitride film which is the second support by the ion beam etching method. Finally, 70 ℃, 30w
By using a t% KOH aqueous solution, the substrate portion not doped with boron is removed from the etching hole by anisotropic etching for about 2 to 3 hours to obtain about 10
The cavity 8 was formed in the substrate portion below the 0 μm square vibrating portion, and the boron-doped portion remained to form the first support. By the steps described above, a piezoelectric thin film element (FIG. 1) having a composite support structure was obtained.

【0043】[実施例8]本実施例は、実施例7におけ
る圧電薄膜を、チタン酸鉛のかわりにチタン酸ジルコン
酸鉛を用いて形成したものであり、その他の部分は実施
例7と同様のもの(図1参照)である。本実施例におい
ても実施例4のばあいと同一のプロセスにより第1の圧
電薄膜駆動用電極4および第1の電極用パッド15まで
形成した。つぎに、0.5(PbO)・0.48(Pb
TiO3)・0.52(PbZrO3)なる組成の酸化物
ターゲットを用いたRFマグネトロンスパッタ法によ
り、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電薄膜5を膜厚約
1μmとなるように成膜した。このときの成膜条件は、
成膜雰囲気はアルゴン、酸素混合雰囲気とし、ガス圧比
はアルゴン:酸素=9:1、ガス圧1Pa、基板温度は
630℃、デポレートは約90オングストローム/分と
した。そののち、実施例1のばあいと同様のプロセスに
より圧電薄膜のパターニング、第2の電極6および第2
の電極用パッド9の形成、エッチングホール形成、さら
に基板の異方性エッチングにより複合支持体構造をもっ
た圧電薄膜素子(図1)をえた。
[Embodiment 8] In this embodiment, the piezoelectric thin film of Embodiment 7 is formed by using lead zirconate titanate instead of lead titanate, and other parts are the same as in Embodiment 7. (See FIG. 1). Also in this example, the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15 were formed by the same process as in Example 4. Next, 0.5 (PbO) 0.48 (Pb
A piezoelectric thin film 5 made of lead zirconate titanate was formed by RF magnetron sputtering using an oxide target having a composition of TiO 3 ) .0.52 (PbZrO 3 ), to a film thickness of about 1 μm. The deposition conditions at this time are as follows:
The deposition atmosphere was a mixed atmosphere of argon and oxygen, the gas pressure ratio was argon: oxygen = 9: 1, the gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was 630 ° C., and the deposition rate was about 90 Å / min. After that, by the same process as in the case of Example 1, patterning of the piezoelectric thin film, second electrode 6 and second
The piezoelectric thin film element (FIG. 1) having a composite support structure was obtained by forming the electrode pad 9 of 1. above, forming an etching hole, and anisotropically etching the substrate.

【0044】[実施例9]本実施例は実施例8と同様の
構成の圧電薄膜素子に電極パッドおよび保護膜を設けた
もの(図2参照)である。本実施例においても実施例4
のばあいと同一のプロセスにより第1の圧電薄膜駆動用
電極4および第1の電極用パッド15のパターニングま
で行った。このとき、同時に白金および、チタンからな
る第2の電極用パッド9を形成する。さらに、実施例1
と同一のプロセスにより圧電薄膜5のパターニングまで
行った。つぎに、圧電薄膜上に電子ビーム蒸着法によ
り、アルミニウムを蒸着したのち、リフトオフ法により
パターニングし、第2の圧電薄膜駆動用電極6とした。
このとき、該第2の電極6と第2の電極用パッド9とが
接続される。そののち、保護膜10として全面にプラズ
マCVD法によりシリコン窒化物膜約2000Åを形成
したのち、イオンビームエッチング法によりエッチング
ホール形成、さらに電極パッド部の保護膜の除去を行
う。そののち、実施例1のばあいと同一のプロセスによ
り基板の異方性エッチングを行い、複合支持体構造をも
った圧電薄膜素子(図2)をえた。
[Embodiment 9] In this embodiment, a piezoelectric thin film element having the same structure as that of Embodiment 8 is provided with an electrode pad and a protective film (see FIG. 2). Also in this embodiment, the fourth embodiment
Patterning of the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15 was performed by the same process as in the above case. At this time, the second electrode pad 9 made of platinum and titanium is simultaneously formed. Furthermore, Example 1
The piezoelectric thin film 5 was patterned by the same process as described above. Next, aluminum was vapor-deposited on the piezoelectric thin film by an electron beam vapor deposition method, and then patterned by a lift-off method to form a second piezoelectric thin film drive electrode 6.
At this time, the second electrode 6 and the second electrode pad 9 are connected. After that, a silicon nitride film of about 2000 Å is formed on the entire surface as the protective film 10, an etching hole is formed by the ion beam etching method, and the protective film on the electrode pad portion is removed. After that, the substrate was anisotropically etched by the same process as in Example 1 to obtain a piezoelectric thin film element having a composite support structure (FIG. 2).

【0045】[実施例10]本実施例は実施例1におけ
る第1の支持体および第2の支持体をタンタル酸化物を
用いてRFスパッタ法によって形成したものである。図
3は本実施例に関わる圧電薄膜素子の例を示す平面説明
図およびA−A線断面説明図である。本実施例において
もシリコン<100>単結晶基板1上の全面にわたって
第1の支持体を形成する膜として膜厚5000オングス
トロームのタンタル酸化物膜を、酸化物ターゲットを用
いたRFマグネストロンスパッタ法により形成した。つ
ぎに、このタンタル酸化物膜にイオンビームエッチング
法により、エッチングホール11と、最終的に振動部の
下部となる第1の支持体の部分を除去することにより第
1の支持体の除去部分12とを形成した。この上にRF
マグネトロンスパッタ法により、二酸化シリコン膜60
00Åを形成して、前記第1の支持体の除去部分12を
低耐食性材料としての二酸化シリコンで埋める。さらに
約1000Åをエッチバックすることにより表面の平坦
化を行った。そののち、第2の支持体を構成する膜厚2
000オングストロームのタンタル酸化物膜を酸化物タ
ーゲットを用いたRFマグネトロンスパッタ法により形
成した。このばあいの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴ
ン100%、ガス圧1Pa、基板温度は室温とし、デポ
レートは約100オングストローム/分とした。さら
に、第2の支持体上にチタンおよび白金を電子ビーム蒸
着法により形成し、リフトオフ法により第1の圧電薄膜
駆動用電極4および第1の電極用パッド15としてパタ
ーニングした。つぎに、0.2(PbO)・1.0(P
bTiO3)なる組成の酸化物ターゲットを用いたRF
マグネトロンスパッタ法により、チタン酸鉛からなる圧
電薄膜5を膜厚約1μmとなるように成膜した。このば
あいの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン、酸素混合雰
囲気とし、ガス圧比はアルゴン:酸素=9:1、ガス圧
1Pa、基板温度は550℃、デポレートは約70オン
グストローム/分とした。この圧電薄膜を110℃の硝
酸:塩酸:過酸化水素水=4:12:84(体積比)の
混合物によって湿式エッチングし、パターニングを行っ
た。さらに、この圧電薄膜上に、前述のチタンおよび白
金の形成方法と同様にしてチタンと白金からなる第2の
圧電薄膜駆動用電極6および第2の電極用パッド9をリ
フトオフ法により形成した。つぎに、第2の支持体であ
るタンタル酸化物膜にイオンビームエッチング法によ
り、エッチングホール7を形成した。最後に、70℃、
30wt%水酸化カリウム水溶液を用いて、前記エッチ
ングホールより、基板部を約2〜3時間の異方性エッチ
ングにより除去した。同時に、振動部の下部の第2の支
持体の下部の二酸化シリコンもエッチング除去され、約
100μm角の振動部の下部の基板部に空洞部8が形成
された。以上の工程により、複合支持体構造をもった圧
電薄膜素子(図3)をえた。
[Embodiment 10] In this embodiment, the first support and the second support in Embodiment 1 are formed by RF sputtering using tantalum oxide. FIG. 3 is a plan explanatory view and an AA line cross-sectional explanatory view showing an example of the piezoelectric thin film element according to the present embodiment. Also in this embodiment, a tantalum oxide film having a film thickness of 5000 angstrom was formed as a film for forming the first support on the entire surface of the silicon <100> single crystal substrate 1 by the RF magnestron sputtering method using an oxide target. Formed. Next, the tantalum oxide film is subjected to an ion beam etching method to remove the etching hole 11 and a portion of the first supporting body which finally becomes a lower portion of the vibrating portion, thereby removing a removed portion 12 of the first supporting body. And formed. RF on this
The silicon dioxide film 60 is formed by the magnetron sputtering method.
00Å is formed and the removed portion 12 of the first support is filled with silicon dioxide as a material having low corrosion resistance. Further, the surface was flattened by etching back about 1000Å. After that, the film thickness of the second support 2
A 000 Å tantalum oxide film was formed by an RF magnetron sputtering method using an oxide target. In this case, the film forming conditions were that the film forming atmosphere was 100% argon, the gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was room temperature, and the deposition rate was about 100 angstrom / min. Further, titanium and platinum were formed on the second support by the electron beam evaporation method, and patterned by the lift-off method as the first piezoelectric thin film drive electrode 4 and the first electrode pad 15. Next, 0.2 (PbO) 1.0 (P
RF using an oxide target having a composition of bTiO 3 ).
A piezoelectric thin film 5 made of lead titanate was formed by magnetron sputtering so as to have a film thickness of about 1 μm. In this case, the film forming conditions were a mixed atmosphere of argon and oxygen, a gas pressure ratio of argon: oxygen = 9: 1, a gas pressure of 1 Pa, a substrate temperature of 550 ° C., and a deposition rate of about 70 Å / min. This piezoelectric thin film was wet-etched with a mixture of nitric acid: hydrochloric acid: hydrogen peroxide solution = 4: 12: 84 (volume ratio) at 110 ° C. to perform patterning. Further, on the piezoelectric thin film, the second piezoelectric thin film drive electrode 6 and the second electrode pad 9 made of titanium and platinum were formed by the lift-off method in the same manner as the above-described method for forming titanium and platinum. Next, the etching hole 7 was formed in the tantalum oxide film which is the second support by the ion beam etching method. Finally, 70 ℃,
Using a 30 wt% potassium hydroxide aqueous solution, the substrate portion was removed from the etching hole by anisotropic etching for about 2 to 3 hours. At the same time, the silicon dioxide below the second support below the vibrating section was also removed by etching, and a cavity 8 was formed in the substrate section below the vibrating section of about 100 μm square. Through the above steps, a piezoelectric thin film element (FIG. 3) having a composite support structure was obtained.

【0046】[実施例11]本実施例は、圧電薄膜の上
面上に交差電極を設けたものであり、図4は本実施例の
圧電薄膜素子の平面説明図およびA−A線断面説明図で
ある。本実施例においてもシリコン<100>単結晶基
板1上の第1の支持体2を形成する部分に、二酸化シリ
コンをマスクとして、気相熱拡散法によって三塩化ボロ
ンを原料としてボロンのドーピングを行った。流量10
sccm、温度900〜1000℃にて60分間の拡散
によって、基板中の約6000オングストローム以上の
深さまでボロン濃度1020/cm3が達成された。マス
ク除去後、第2の支持体3を構成する膜厚2000オン
グストロームの二酸化シリコン膜を酸化物ターゲットを
用いたRFマグネトロンスパッタ法により形成した。こ
のばあいの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン100
%、ガス圧1Pa、基板温度は室温とし、デポレートは
約100オングストローム/分とした。さらに、第2の
支持体上に白金およびチタンを電子ビーム蒸着法により
形成し、リフトオフにより第1および第2の2対の交差
電極13および14を形成した。つぎに、酸化物ターゲ
ットを用いたRFマグネトロンスパッタ法により、酸化
亜鉛からなる圧電薄膜5を膜厚約7μmとなるように成
膜した。このときの成膜条件は、成膜雰囲気はアルゴン
と酸素の混合雰囲気とし、ガス圧比はアルゴン:と酸素
=5:5、ガス圧1Pa、基板温度は500℃、デポレ
ートや約100オングストローム/分とした。この圧電
薄膜を、10%硝酸水溶液によってレジストをマスクと
して湿式エッチングし、パターニングを行った。そのの
ち、保護膜10として全面にプラズマCVD法によりシ
リコン窒化物膜約2000Åを形成したのち、イオンビ
ームエッチング法によりエッチングホール形成、電極パ
ッド部の保護膜の除去を行う。そののち、実施例1と同
一プロセスにより基板の異方性エッチングを行い、複合
支持体構造をもった圧電薄膜素子(図4)をえた。
[Embodiment 11] In this embodiment, a cross electrode is provided on the upper surface of a piezoelectric thin film, and FIG. 4 is a plan explanatory view and a sectional view taken along the line AA of the piezoelectric thin film element of this embodiment. Is. Also in the present embodiment, boron doping is performed on the portion where the first support 2 is formed on the silicon <100> single crystal substrate 1 using silicon dioxide as a mask by a vapor phase thermal diffusion method using boron trichloride as a raw material. It was Flow rate 10
A boron concentration of 10 20 / cm 3 was achieved to a depth of greater than about 6000 angstroms in the substrate by diffusion for 60 minutes at a sccm temperature of 900-1000 ° C. After removing the mask, a silicon dioxide film having a film thickness of 2000 angstroms which constitutes the second support 3 was formed by an RF magnetron sputtering method using an oxide target. In this case, the film forming condition is that the film forming atmosphere is argon 100.
%, The gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was room temperature, and the deposition rate was about 100 Å / min. Further, platinum and titanium were formed on the second support by the electron beam evaporation method, and the first and second pair of cross electrodes 13 and 14 were formed by lift-off. Next, the piezoelectric thin film 5 made of zinc oxide was formed to a thickness of about 7 μm by the RF magnetron sputtering method using an oxide target. The film forming conditions at this time are as follows: the film forming atmosphere is a mixed atmosphere of argon and oxygen, the gas pressure ratio is argon: and oxygen = 5: 5, the gas pressure is 1 Pa, the substrate temperature is 500 ° C., the deposition rate is about 100 angstrom / min. did. This piezoelectric thin film was wet-etched with a 10% nitric acid aqueous solution using a resist as a mask to perform patterning. After that, as a protective film 10, a silicon nitride film of about 2000 Å is formed on the entire surface by a plasma CVD method, an etching hole is formed by an ion beam etching method, and the protective film on the electrode pad portion is removed. After that, the substrate was anisotropically etched by the same process as in Example 1 to obtain a piezoelectric thin film element (FIG. 4) having a composite support structure.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明は、圧電薄膜の支持体を薄く、圧
電振動を妨げない構成としながら、これら全体を充分な
機械的強度をもった異なる支持体で保持して基板と連結
するため、圧電振動を効率よく利用することができる圧
電薄膜素子を実用化することができる。また、素子自体
の機械的強度が高く、取り扱いが容易であることから、
素子製造の歩留の点でも有利であり、量産性に優れる。
According to the present invention, since the support of the piezoelectric thin film is thin and does not hinder the piezoelectric vibration, it is held by different supports having sufficient mechanical strength and connected to the substrate. A piezoelectric thin film element capable of efficiently utilizing piezoelectric vibration can be put to practical use. In addition, since the element itself has high mechanical strength and is easy to handle,
It is also advantageous in terms of device manufacturing yield and excellent in mass productivity.

【0048】本発明の圧電薄膜素子は第1の支持体の機
械的強度が第2の支持体の機械的強度よりも強くされて
いるため第2の支持体が圧電振動を妨げることなく、か
つ、第1の支持体が振動部および第2の支持体を保持で
きる効果がある。
In the piezoelectric thin film element of the present invention, the mechanical strength of the first support is made stronger than the mechanical strength of the second support, so that the second support does not interfere with piezoelectric vibration, and The first support has an effect of being able to hold the vibrating portion and the second support.

【0049】また、本発明の圧電薄膜素子は第1および
第2の圧電薄膜駆動用電極が圧電薄膜の両面のそれぞれ
に、または片面上に両者が形成されうるため、使用目
的、使用周波数に合わせた圧電振動モードを選択できる
効果がある。
Further, in the piezoelectric thin film element of the present invention, the first and second piezoelectric thin film driving electrodes can be formed on both sides of the piezoelectric thin film or on both sides of the piezoelectric thin film. There is an effect that the piezoelectric vibration mode can be selected.

【0050】また、本発明の圧電薄膜素子は、第1の支
持体として基板の一部を利用することができるので桟状
の構造を製作しやすく、かつ桟状部分の強い機械的強度
をうることができる。
Further, in the piezoelectric thin film element of the present invention, since a part of the substrate can be used as the first support, it is easy to manufacture a bar-shaped structure, and a strong mechanical strength of the bar is obtained. be able to.

【0051】また、本発明の圧電薄膜素子は基板がシリ
コン<100>単結晶、第1の支持体が、ボロンが10
20/cm3以上ドープされてなる前記基板の一部、第2
の支持体が二酸化シリコン膜、第1の圧電薄膜駆動用電
極が白金およびチタン、前記圧電薄膜が(A)チタン酸
鉛および(B)チタン酸ジルコン酸鉛を主要成分とする
圧電体のいずれか、第2の圧電薄膜駆動用電極が白金お
よびチタンによって構成されうることから、電極の化学
的安定性が高く、圧電薄膜素子の信頼性と効率が向上す
る効果がえられる。
In the piezoelectric thin film element of the present invention, the substrate is a silicon <100> single crystal and the first support is boron.
A part of the substrate doped with 20 / cm 3 or more, the second
Is a silicon dioxide film, the first piezoelectric thin film drive electrode is platinum and titanium, and the piezoelectric thin film is a piezoelectric body containing (A) lead titanate and (B) lead zirconate titanate as main components. Since the second piezoelectric thin film driving electrode can be made of platinum and titanium, the chemical stability of the electrode is high, and the reliability and efficiency of the piezoelectric thin film element are improved.

【0052】また、本発明の圧電薄膜素子は第2の圧電
薄膜駆動用電極がアルミニウムであり、さらに当該圧電
薄膜素子の表面全体にシリコン窒化物からなる保護膜が
形成されうるため、電極の軽量化が実現されるため、効
率が改善されるとともに高温、酸化性環境においてもさ
らに電極の化学的安定性が向上し、かつ、圧電薄膜素子
全体の機械的強度も向上する効果がえられる。
Further, in the piezoelectric thin film element of the present invention, the second piezoelectric thin film driving electrode is made of aluminum, and a protective film made of silicon nitride can be formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element. As a result, the efficiency is improved, the chemical stability of the electrode is further improved even in a high temperature and oxidizing environment, and the mechanical strength of the entire piezoelectric thin film element is improved.

【0053】また、本発明の圧電薄膜素子は第2の支持
体がシリコン窒化物膜で構成されうることにより、窒化
シリコンが軽量かつ機械的強度、化学的安定性に優れる
ため、より低膜厚化が可能であると同時にエッチング時
の破壊などの発生も低減できる。したがって圧電薄膜素
子の信頼性や歩留の向上が期待できる。
Further, in the piezoelectric thin film element of the present invention, since the second support can be made of a silicon nitride film, silicon nitride is light in weight and excellent in mechanical strength and chemical stability. At the same time, it is possible to reduce the occurrence of damage during etching. Therefore, improvement in reliability and yield of the piezoelectric thin film element can be expected.

【0054】また、本発明の圧電薄膜素子は第2の支持
体がシリコン窒化物膜であり、前記圧電薄膜がチタン酸
鉛またはチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかを主要成分と
する圧電体であり、さらに当該圧電薄膜素子の表面全体
にシリコン窒化物からなる保護膜が形成されうるため圧
電定数の大きい圧電体をうる効果がある。
In the piezoelectric thin film element of the present invention, the second support is a silicon nitride film, and the piezoelectric thin film is a piezoelectric body containing lead titanate or lead zirconate titanate as a main component. Furthermore, since a protective film made of silicon nitride can be formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element, a piezoelectric body having a large piezoelectric constant can be obtained.

【0055】また、本発明の圧電薄膜素子は第2の支持
体がタンタル酸化物膜とすることができるので、膜内に
圧縮応力をもたせることができる効果をうることができ
る。
Further, in the piezoelectric thin film element of the present invention, since the second support can be a tantalum oxide film, it is possible to obtain the effect of giving a compressive stress in the film.

【0056】また、本発明の圧電薄膜素子は第2の支持
体がタンタル酸化物膜であり、前記第2の圧電薄膜駆動
用電極がアルミニウムであり、さらに当該圧電薄膜素子
の表面全体にシリコン窒化物からなる保護膜が形成され
うるため膜内に圧縮応力をもたせる前述の効果を安定に
保つことができる。
In the piezoelectric thin film element of the present invention, the second support is a tantalum oxide film, the second piezoelectric thin film driving electrode is aluminum, and silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element. Since the protective film made of a substance can be formed, the above-described effect of giving a compressive stress to the film can be stably maintained.

【0057】また、本発明の圧電薄膜素子の製法が
(1)前記第1の支持体を形成したのち、前記振動部の
下部に相当する部分が除去され、当該除去された部分を
前記第1の支持体よりも耐食性の低い低耐食性材料によ
って埋める工程と、(2)前記第1の支持体上に前記第
2の支持体および前記振動部を形成したのちに、前記低
耐食性材料をエッチング除去して前記第1の支持体のみ
を残留させる工程とを含むので簡単な工程で本発明の圧
電薄膜素子をうることができる。
According to the method of manufacturing a piezoelectric thin film element of the present invention, (1) after forming the first support, a portion corresponding to a lower portion of the vibrating portion is removed, and the removed portion is removed by the first portion. Filling with a low corrosion resistant material having a lower corrosion resistance than that of the support, and (2) after the second support and the vibrating portion are formed on the first support, the low corrosion resistant material is removed by etching. Then, the piezoelectric thin film element of the present invention can be obtained by a simple process since it includes a step of leaving only the first support.

【0058】また、本発明の圧電薄膜素子が、シリコン
単結晶からなる前記基板の表面にボロンを1020/cm
3以上ドープしてボロンドープ部分を形成して該ボロン
ドープ部分の耐エッチング性を高め、基板エッチング工
程において前記ボロンドープ部分を残留させることによ
って前記第1の支持体として形成する工程を含むので簡
単な工程で本発明の圧電薄膜素子をうることができる。
In the piezoelectric thin film element of the present invention, the surface of the substrate made of silicon single crystal is doped with boron of 10 20 / cm 3.
3 or more is doped to form a boron-doped portion to increase the etching resistance of the boron-doped portion, and the boron-doped portion is left in the substrate etching step to form the boron-doped portion as the first support. The piezoelectric thin film element of the present invention can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例による圧電薄膜素子の構造
を示す平面説明図および断面説明図である。
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a piezoelectric thin film element according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の他の実施例による圧電薄膜素子の構
造を示す平面説明図および断面説明図である。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a piezoelectric thin film element according to another embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の他の実施例による圧電薄膜素子の構
造を示す平面説明図および断面説明図である。
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a piezoelectric thin film element according to another embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の他の実施例による圧電薄膜素子の構
造を示す平面説明図および断面説明図である。
FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a piezoelectric thin film element according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板、2 第1の支持体、3 第2の支持
体、4 第1の圧電薄膜駆動用電極、5 圧電薄膜、6
第2の圧電薄膜駆動用電極、7 エッチングホール、
8 空洞部、9 第2の電極用パッド、10 保護膜、
11 エッチングホール、12 第1の支持体の除去部
分、13 第1の交差電極、14 第2の交差電極、1
5 第1の電極用パッド。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate, 2 1st support body, 3 2nd support body, 1st piezoelectric thin film drive electrode, 5 piezoelectric thin film, 6
Second piezoelectric thin film drive electrode, 7 etching holes,
8 cavity, 9 second electrode pad, 10 protective film,
11 etching hole, 12 first support removed portion, 13 first crossing electrode, 14 second crossing electrode, 1
5 First electrode pad.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内川 英興 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 本多 俊久 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Eiko Uchikawa 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Toshihisa Honda 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の圧電薄膜駆動用電極、圧電薄膜、
および第2の圧電薄膜駆動用電極からなる振動部と、該
振動部を支持する第1および第2の支持体と、該2つの
支持体を保持する基板とからなる圧電薄膜素子であっ
て、(1)第1の圧電薄膜駆動用電極、圧電薄膜および
第2の圧電薄膜駆動用電極が第2の支持体上に形成さ
れ、(2)第2の支持体は第1の支持体と基板とを覆っ
て形成され第1の支持体によって保持され、かつ、第2
の支持体には圧電薄膜の外縁を囲むようにして当該圧電
薄膜の外縁に沿ってスリット状に複数個の開口孔が設け
られ、さらに、前記開口孔を設けない部分は連結部とさ
れており、(3)第1の支持体の下部の基板には空洞が
形成されて第1の支持体は桟状に基板と連結されて形成
され、(4)第1の支持体が当該第1の支持体の、前記
振動部の下部に相当する部分が除去されていることを特
徴とする圧電薄膜素子。
1. A first piezoelectric thin film driving electrode, a piezoelectric thin film,
A piezoelectric thin film element comprising: a vibrating section including a second piezoelectric thin film driving electrode; first and second supporting bodies that support the vibrating section; and a substrate that holds the two supporting bodies, (1) A first piezoelectric thin film drive electrode, a piezoelectric thin film and a second piezoelectric thin film drive electrode are formed on a second support, and (2) a second support is a first support and a substrate. A second support formed over and over and held by the first support and a second support.
The support is provided with a plurality of opening holes in a slit shape along the outer edge of the piezoelectric thin film so as to surround the outer edge of the piezoelectric thin film, and the portion not provided with the opening holes is a connecting portion. 3) A cavity is formed in the substrate below the first support, and the first support is formed by connecting the substrate in the shape of a bar, and (4) the first support is the first support. Of the piezoelectric thin film element, wherein a portion corresponding to the lower portion of the vibrating portion is removed.
【請求項2】 前記第1の支持体の機械的強度が第2の
支持体の機械的強度よりも強くされてなる請求項1記載
の圧電薄膜素子。
2. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the mechanical strength of the first support is higher than the mechanical strength of the second support.
【請求項3】 前記圧電薄膜駆動用電極が圧電薄膜の両
面に形成されてなる請求項1記載の圧電薄膜素子。
3. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film driving electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric thin film.
【請求項4】 前記第1および第2の圧電薄膜駆動用電
極が圧電薄膜の同一面上に形成されてなる請求項1記載
の圧電薄膜素子。
4. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the first and second piezoelectric thin film driving electrodes are formed on the same surface of the piezoelectric thin film.
【請求項5】 前記第1の支持体として基板の一部が利
用されてなる請求項1記載の圧電薄膜素子。
5. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein a part of a substrate is used as the first support.
【請求項6】 前記基板がシリコン<100>単結晶、
第1の支持体が、ボロンが1020/cm3以上ドープさ
れてなる前記基板の一部、第2の支持体が二酸化シリコ
ン膜、第1の圧電薄膜駆動用電極が白金およびチタン、
前記圧電薄膜が(A)チタン酸鉛および(B)チタン酸
ジルコン酸鉛を主要成分とする圧電体のいずれか、第2
の圧電薄膜駆動用電極が白金およびチタンからなる請求
項1、2、3または5記載の圧電薄膜素子。
6. The substrate is a silicon <100> single crystal,
The first support is a part of the substrate doped with boron of 10 20 / cm 3 or more, the second support is a silicon dioxide film, the first piezoelectric thin film drive electrode is platinum and titanium,
The piezoelectric thin film is any one of (A) lead titanate and (B) lead zirconate titanate as a main component.
The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film driving electrode is made of platinum and titanium.
【請求項7】 前記第2の圧電薄膜駆動用電極がアルミ
ニウムであり、さらに当該圧電薄膜素子の表面全体にシ
リコン窒化物からなる保護膜が形成されてなる請求項6
記載の圧電薄膜素子。
7. The second piezoelectric thin film driving electrode is made of aluminum, and a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element.
The piezoelectric thin film element described.
【請求項8】 前記第2の支持体がシリコン窒化物膜で
ある請求項6記載の圧電薄膜素子。
8. The piezoelectric thin film element according to claim 6, wherein the second support is a silicon nitride film.
【請求項9】 前記第2の支持体がシリコン窒化物膜で
あり、前記圧電薄膜がチタン酸鉛またはチタン酸ジルコ
ン酸鉛のいずれかを主要成分とする圧電体であり、さら
に当該圧電薄膜素子の表面全体にシリコン窒化物からな
る保護膜が形成されてなる請求項6記載の圧電薄膜素
子。
9. The second support is a silicon nitride film, the piezoelectric thin film is a piezoelectric body containing lead titanate or lead zirconate titanate as a main component, and the piezoelectric thin film element. 7. The piezoelectric thin film element according to claim 6, wherein a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element.
【請求項10】 前記第2の支持体がタンタル酸化物膜
である請求項6記載の圧電薄膜素子。
10. The piezoelectric thin film element according to claim 6, wherein the second support is a tantalum oxide film.
【請求項11】 前記第2の支持体がタンタル酸化物膜
であり、前記第2の圧電薄膜駆動用電極がアルミニウム
であり、さらに当該圧電薄膜素子の表面全体にシリコン
窒化物からなる保護膜が形成されてなる請求項6記載の
圧電薄膜素子。
11. The second support is a tantalum oxide film, the second piezoelectric thin film drive electrode is aluminum, and a protective film made of silicon nitride is formed on the entire surface of the piezoelectric thin film element. The piezoelectric thin film element according to claim 6, which is formed.
【請求項12】 請求項1記載の圧電薄膜素子の製法で
あって、(1)前記第1の支持体を形成したのち、前記
振動部の下部に相当する部分が除去され、当該除去され
た部分を前記第1の支持体よりも耐食性の低い低耐食性
材料によって埋める工程と、(2)前記第1の支持体上
に前記第2の支持体および前記振動部を形成したのち
に、前記低耐食性材料をエッチング除去して前記第1の
支持体のみを残留させる工程とを含むことを特徴とする
圧電薄膜素子の製法。
12. The method of manufacturing a piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein (1) after forming the first support, a portion corresponding to a lower portion of the vibrating portion is removed, and the portion is removed. Filling the portion with a low corrosion resistant material having a lower corrosion resistance than the first support, and (2) forming the second support and the vibrating portion on the first support, and And a step of leaving only the first support by etching away the corrosion resistant material, and manufacturing the piezoelectric thin film element.
【請求項13】 請求項5記載の圧電薄膜素子の製法で
あって、シリコン単結晶からなる前記基板の表面にボロ
ンを1020/cm3以上ドープしてボロンドープ部分を
形成して該ボロンドープ部分の耐エッチング性を高め、
基板エッチング工程において前記ボロンドープ部分を残
留させることによって前記第1の支持体として形成する
工程を含むことを特徴とする圧電薄膜素子の製法。
13. The method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to claim 5, wherein the surface of the substrate made of silicon single crystal is doped with boron at a concentration of 10 20 / cm 3 or more to form a boron-doped portion, and the boron-doped portion is formed. Increased etching resistance,
A method of manufacturing a piezoelectric thin film element, comprising the step of forming the first support by leaving the boron-doped portion in a substrate etching step.
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