JP4680561B2 - Method for manufacturing piezoelectric thin film element - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、基板の上に音響多層膜を介して設けられた圧電薄膜を備えた圧電薄膜素子の製造方法に関する。  The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric thin film element including a piezoelectric thin film provided on a substrate via an acoustic multilayer film.

例えば、コンピュータや通信機器などの電子機器は、振動子より得られる規則的な信号（高周波信号）に基づいて処理が行われている。また、これらの電子機器においては、振動子の厚み振動を利用した周波数フィルターにも用いられている。このように電子機器に利用されている振動子（圧電振動子）には、従来より水晶などの圧電材料からなる圧電板が用いられており、基本共振周波数を高くするためには、圧電板を薄くすればよい。例えば、板厚を３０〜４０μｍ程度とすることで、５０ＭＨｚ程度の共振周波数が得られている。  For example, electronic devices such as computers and communication devices are processed based on regular signals (high-frequency signals) obtained from vibrators. Moreover, in these electronic devices, it is used also for the frequency filter using the thickness vibration of the vibrator. As described above, a piezoelectric plate made of a piezoelectric material such as quartz has been used for a vibrator (piezoelectric vibrator) used in an electronic device. In order to increase the fundamental resonance frequency, a piezoelectric plate is used. You can make it thinner. For example, when the plate thickness is about 30 to 40 μm, a resonance frequency of about 50 MHz is obtained.

しかしながら、これ以上のより高い基本共振周波数を得るためには、板厚をより薄くすることになるが、板厚が薄いほど機械加工が困難となり、また、実用的な機械強度が得られない。これに対し、基板の上に音響多層膜を介してλ／２の厚さを有する圧電薄膜を設けた、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型の圧電薄膜振動子が開発されている（非特許文献１）。  However, in order to obtain a higher fundamental resonance frequency than this, the plate thickness is made thinner. However, the thinner the plate thickness, the more difficult the machining is and the practical mechanical strength cannot be obtained. On the other hand, a SMR (Solidly Mounted Resonator) type piezoelectric thin film vibrator in which a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is provided on a substrate via an acoustic multilayer film has been developed (Non-patent Document 1). ).

近年、通信システムの超高周波帯への移行が進められているなかで、上記圧電薄膜振動子は、超高周波帯で安定に動作させることが可能な超高周波用弾性波素子として注目されている。ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子は、基板の上に音響インピーダンスの異なる２種類の薄膜（λ／４）を交互に積層した音響多層膜の上に、λ／２の厚さの圧電薄膜を形成したものである。  In recent years, the transition of the communication system to the super-high frequency band has been promoted, and the piezoelectric thin film vibrator has attracted attention as an ultra-high frequency acoustic wave element that can be stably operated in the super-high frequency band. In the SMR type piezoelectric thin film vibrator, a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is formed on an acoustic multilayer film in which two kinds of thin films (λ / 4) having different acoustic impedances are alternately laminated on a substrate. Is.

この構成によれば、圧電薄膜は、音響多層膜により基板から音響的に切り離され、Ｑ値の高い共振を得ることが可能になる。また、圧電薄膜の下面全域が音響多層膜により固定されているので、安定した動作が可能となる。
また、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子に、ＳｉＯ₂の薄膜を付加して温度特性を改善する技術が提案されている（非特許文献２）。
また、新たな膜を付加することなく、温度特性を改善する技術も提案されている。According to this configuration, the piezoelectric thin film is acoustically separated from the substrate by the acoustic multilayer film, and resonance with a high Q value can be obtained. In addition, since the entire lower surface of the piezoelectric thin film is fixed by the acoustic multilayer film, stable operation is possible.
A technique for improving temperature characteristics by adding a SiO₂ thin film to an SMR type piezoelectric thin film vibrator has been proposed (Non-patent Document 2).
A technique for improving temperature characteristics without adding a new film has also been proposed.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
K.M.Lakin,et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications",IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Vol.43,No.12,p2933,December 1995.K.M.Lakin,et al."Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator",IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2,October 24,2000.The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
KMLakin, et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 43, No. 12, p2933, December 1995. KMLakin, et al. "Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator", IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2, October 24, 2000.

ところで、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子の製造では、基板の上に形成されている音響多層膜の上に、圧電材料の薄膜を結晶成長させるため、下層の状態により圧電薄膜の結晶性がよくできないという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようにすることを目的とする。By the way, in the manufacture of the SMR type piezoelectric thin film vibrator, since a thin film of piezoelectric material is grown on the acoustic multilayer film formed on the substrate, the crystallinity of the piezoelectric thin film cannot be improved due to the state of the lower layer. There was a problem.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to construct an SMR type piezoelectric thin film vibrator from a piezoelectric thin film having good crystallinity.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法は、第１基板の上に剥離層が形成された状態とする第１工程と、剥離層の上に所定の圧電材料からなる圧電薄膜が形成された状態とする第２工程と、圧電薄膜の上に第１電極膜が形成された状態とする第３工程と、音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜が、第１電極膜の上に形成された状態とする第４工程と、音響多層膜の上に第２基板が貼り付けられた状態とする第５工程と、剥離層の部分より第１基板を圧電薄膜より剥離して圧電薄膜の表面が露出した状態とする第６工程と、露出した圧電薄膜の表面に第２電極膜が形成された状態とする第７工程とを少なくとも備えるものである。
従って、圧電薄膜の結晶性は、第１基板もしくは剥離層の状態に影響されるので、音響多層膜の上に形成する場合に比較して、結晶性の制御が容易となる。The method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention includes a first step in which a release layer is formed on a first substrate, and a state in which a piezoelectric thin film made of a predetermined piezoelectric material is formed on the release layer. The second step, the third step in which the first electrode film is formed on the piezoelectric thin film, and the acoustic multilayer film in which a plurality of thin films having different acoustic impedances are alternately laminated are the first electrode film. A fourth step in which the first substrate is formed, a fifth step in which the second substrate is attached to the acoustic multilayer film, and the first substrate is peeled off from the piezoelectric thin film from the release layer. And at least a seventh step in which the surface of the piezoelectric thin film is exposed and a seventh step in which the second electrode film is formed on the exposed surface of the piezoelectric thin film.
Therefore, since the crystallinity of the piezoelectric thin film is affected by the state of the first substrate or the release layer, the crystallinity can be easily controlled as compared with the case where the piezoelectric thin film is formed on the acoustic multilayer film.

上記圧電薄膜素子の製造方法において、第１基板は、結晶性を有する材料から構成され、剥離層は、多結晶状態とされた圧電材料から構成されている。例えば、第１基板は、水晶及びＺｎＯ結晶の少なくとも１つから構成され、圧電材料は、ＺｎＯであるようにすることで、より結晶性のよう状態で圧電薄膜が形成できるようになる。In the manufacturing method of the piezoelectric thin-filmelement, the first substrate is made of a material having a crystallinity, the release layer,that is composed of a piezoelectric material which is a polycrystallinestate. For example , the first substrate is composed of at least one of quartz and ZnO crystal, and the piezoelectric material is made of ZnO, so that a piezoelectric thin film can be formed in a more crystalline state.

以上説明したように、本発明によれば、基板の上に圧電薄膜が形成された後、この上に音響多層膜を形成するようにしたので、圧電薄膜の結晶性は、第１基板もしくは剥離層の状態に影響されるようになり、音響多層膜の上に形成する場合に比較して結晶性の制御が容易となるので、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになるという優れた効果が得られる。  As described above, according to the present invention, after the piezoelectric thin film is formed on the substrate, the acoustic multilayer film is formed on the piezoelectric thin film. The SMR type piezoelectric thin film vibrator is constructed from a piezoelectric thin film having good crystallinity because it becomes easier to control the crystallinity as compared with the case of being formed on an acoustic multilayer film. An excellent effect of being able to do so is obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１，２は、本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどから構成された絶縁性基板１０１の上に、例えば金とチタンとからなる剥離層１０２が形成された状態とする。剥離層１０２は、膜厚０．０１μｍ程度のチタン膜と、この上層の膜厚０．１〜０．２μｍ程度の金膜との積層膜である。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are process diagrams for explaining an example of a method for manufacturing a piezoelectric thin film element in an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, arelease layer 102 made of, for example, gold and titanium is formed on aninsulating substrate 101 made of silicon oxide, aluminum oxide, or the like. Therelease layer 102 is a laminated film of a titanium film having a thickness of about 0.01 μm and a gold film having a thickness of about 0.1 to 0.2 μm.

次に、図１（ｂ）に示すように、剥離層１０２の上に、ＺｎＯからなる膜厚７００ｎｍ程度の圧電薄膜１０３が形成された状態とする。圧電薄膜１０３は、剥離層１０２を構成している金膜に接して形成される。圧電薄膜１０３の膜厚は、単独の状態とした場合の圧電薄膜１０３の共振周波数Ｆ₀の音波が単独の圧電薄膜１０３を伝搬するときの波長λの半分としたものであればよい。Next, as shown in FIG. 1B, the piezoelectricthin film 103 made of ZnO and having a thickness of about 700 nm is formed on therelease layer 102. The piezoelectricthin film 103 is formed in contact with the gold film constituting therelease layer 102. The film thickness of the piezoelectricthin film 103 only needs to be half of the wavelength λ when the sound wave having the resonance frequency F₀ of the piezoelectricthin film 103 in the single state propagates through the single piezoelectricthin film 103.

圧電薄膜１０３は、例えば、ＺｎＯの焼結体からなるターゲットを用いたスパッタ法やＥＢ蒸着法及びパルスレーザ蒸着法により形成できる。絶縁性基板１０１の結晶の状態にかかわらず、結晶性を有する金属からなる剥離層１０２の上であれば、上述した気相成長法により、配向性のよいＺｎＯからなる圧電薄膜１０３が形成可能である。  The piezoelectricthin film 103 can be formed, for example, by sputtering, EB vapor deposition, or pulsed laser vapor deposition using a target made of a sintered body of ZnO. Regardless of the crystalline state of theinsulating substrate 101, the piezoelectricthin film 103 made of ZnO having good orientation can be formed by the above-described vapor phase growth method on therelease layer 102 made of a crystalline metal. is there.

次に、図１（ｃ）に示すように、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜１０４が、圧電薄膜１０３の上に形成された状態とする。次に、図１（ｄ）に示すように、電極膜１０４の上に、例えばＳｉＯ₂（非晶質）からなる膜厚０．４６μｍ程度の低音響インピーダンス層１０５が形成された状態とする。低音響インピーダンス層１０５は、λ／４の厚さであればよい。Next, as shown in FIG. 1C, anelectrode film 104 composed of a chromium film (on the piezoelectric thin film side) having a thickness of about 5 nm and a gold film having a thickness of about 30 nm is formed on the piezoelectricthin film 103. It is assumed that Next, as shown in FIG. 1D, a lowacoustic impedance layer 105 made of, for example, SiO₂ (amorphous) and having a thickness of about 0.46 μm is formed on theelectrode film 104. The lowacoustic impedance layer 105 may have a thickness of λ / 4.

次に、図１（ｅ）に示すように、低音響インピーダンス層１０５の上に、例えば、アモルファス状態のＺｎＯからなる膜厚０．４１μｍ程度の高音響インピーダンス層１０６が形成された状態とする。高音響インピーダンス層１０６は、λ／４の厚さであればよい。引き続いて、低音響インピーダンス層１０５，高音響インピーダンス層１０６の順にこれらを所定数積層し、図１（ｆ）に示すように、電極膜１０４の上に、音響インピーダンスが異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜１１０が形成された状態とする。  Next, as shown in FIG. 1E, a highacoustic impedance layer 106 made of, for example, amorphous ZnO and having a thickness of about 0.41 μm is formed on the lowacoustic impedance layer 105. The highacoustic impedance layer 106 may have a thickness of λ / 4. Subsequently, a predetermined number of lowacoustic impedance layers 105 and highacoustic impedance layers 106 are stacked in this order, and a plurality of thin films having different acoustic impedances are alternately formed on theelectrode film 104 as shown in FIG. It is assumed that the laminatedacoustic multilayer film 110 is formed.

次に、図２（ｇ）に示すように、音響多層膜１１０の最上層の低音響インピーダンス層１０５の上に、例えば、シリコンからなる基板２０１が貼り付けられた状態とする。例えば、接合させる界面にＨ₂Ｏ分子が付着した状態とした後、加熱圧接することで界面に酸化シリコンの層が形成された状態とすれば、上述した貼り付けが可能である。加熱圧接により形成された酸化シリコンの層との原子間接合により、基板２０１と低音響インピーダンス層１０５（音響多層膜１１０）とが貼り付けられた状態となる。Next, as shown in FIG. 2G, asubstrate 201 made of, for example, silicon is attached on the uppermost lowacoustic impedance layer 105 of theacoustic multilayer film 110. For example, if the silicon oxide layer is formed on the interface by heating and press-bonding after the H₂ O molecules are attached to the interface to be bonded, the above-described pasting is possible. Thesubstrate 201 and the low acoustic impedance layer 105 (acoustic multilayer film 110) are attached to each other by interatomic bonding with the silicon oxide layer formed by heating and pressing.

次に、剥離層１０２の部分より、絶縁性基板１０１を剥離し、図２（ｈ）に示すように、基板２０１の上に、音響多層膜１１０，電極膜１０４，圧電薄膜１０３がこの順に積層され、圧電薄膜１０３の表面（電極膜１０４形成面と反対側）が露出した状態とする。ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，水，エタノールからなるエッチング液を用いて選択的に剥離層１０２を溶解することで、絶縁性基板１０１を剥離することが可能である。  Next, theinsulating substrate 101 is peeled from thepeeling layer 102, and theacoustic multilayer film 110, theelectrode film 104, and the piezoelectricthin film 103 are laminated in this order on thesubstrate 201 as shown in FIG. 2 (h). Then, the surface of the piezoelectric thin film 103 (the side opposite to the surface on which theelectrode film 104 is formed) is exposed. Theinsulating substrate 101 can be peeled by selectively dissolving thepeeling layer 102 using an etching solution made of iodine, ammonium iodide, water, and ethanol.

次に、図２（ｉ）に示すように、露出させた圧電薄膜１０３の上に、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜２０２が形成された状態とすれば、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が得られる。圧電薄膜１０３の厚さを７００ｎｍ程度とした図１に示す圧電薄膜素子は、共振周波数が３ＧＨｚ程度となる。  Next, as shown in FIG. 2I, on the exposed piezoelectricthin film 103, an electrode film composed of a chromium film (piezoelectric thin film side) with a film thickness of about 5 nm and a gold film with a film thickness of about 30 nm. If 202 is formed, an SMR type piezoelectric thin film vibrator can be obtained. The piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 in which the thickness of the piezoelectricthin film 103 is about 700 nm has a resonance frequency of about 3 GHz.

以上に説明したように、本実施の形態によれば、圧電薄膜１０３は、音響多層膜１１０を形成する前に、絶縁性基板１０１の上に形成されるので、従来のように音響多層膜の上に形成される場合に比較し、結晶性のよい状態で形成することが容易に可能となる。この結果、本実施の形態によれば、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになる。  As described above, according to the present embodiment, the piezoelectricthin film 103 is formed on the insulatingsubstrate 101 before theacoustic multilayer film 110 is formed. Compared with the case where it is formed on the top, it can be easily formed with good crystallinity. As a result, according to the present embodiment, an SMR type piezoelectric thin film vibrator can be constructed from a piezoelectric thin film having good crystallinity.

次に、発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法について説明する。例を説明するための工程図である。まず、図３（ａ）に示すように、酸化アルミニウムから構成された結晶基板３０１の上に、ＺｎＯからなる膜厚０．０２〜０．０５μｍ程度の剥離層３０２が形成された状態とする。剥離層３０２は、例えばアモルファス状態など非結晶な状態のＺｎＯから構成されていればよい。  Next, another method for manufacturing the piezoelectric thin film element in the embodiment of the invention will be described. It is process drawing for demonstrating an example. First, as shown in FIG. 3A, arelease layer 302 made of ZnO and having a thickness of about 0.02 to 0.05 μm is formed on acrystal substrate 301 made of aluminum oxide. Therelease layer 302 may be made of ZnO in an amorphous state such as an amorphous state.

なお、結晶基板３０１は、ＡＴカット水晶基板やＺｎＯ結晶基板などの、形成しようとする圧電薄膜の格子定数にほぼ等しい格子定数の結晶基板を用いるようにしてもよい。これらの結晶基板を用いることで、より結晶性のよい状態で、圧電薄膜を結晶成長させることが可能となる。  Thecrystal substrate 301 may be a crystal substrate having a lattice constant substantially equal to the lattice constant of the piezoelectric thin film to be formed, such as an AT cut crystal substrate or a ZnO crystal substrate. By using these crystal substrates, the piezoelectric thin film can be crystal-grown with better crystallinity.

引き続いて、結晶成長条件でＺｎＯを堆積することで、図３（ｂ）に示すように、剥離層３０２の上に、ＺｎＯからなる膜厚７００ｎｍ程度の圧電薄膜３０３が形成された状態とする。圧電薄膜３０３の膜厚は、単独の状態とした場合の圧電薄膜３０３の共振周波数Ｆ₀の音波が単独の圧電薄膜３０３を伝搬するときの波長λの半分としたものであればよい。Subsequently, by depositing ZnO under crystal growth conditions, a piezoelectricthin film 303 made of ZnO having a thickness of about 700 nm is formed on therelease layer 302 as shown in FIG. 3B. The film thickness of the piezoelectricthin film 303 only needs to be half of the wavelength λ when the sound wave having the resonance frequency F₀ of the piezoelectricthin film 303 in the single state propagates through the single piezoelectricthin film 303.

ここで、剥離層３０２の形成及び圧電薄膜３０３の形成について説明する。
まず、剥離層３０２及び圧電薄膜３０３は、例えば、亜鉛アセチルアセトナートなどの有機亜鉛化合物と酸素ガスとを原料ガスとし、処理容器内を０．０４５Ｔｏｒｒ以下とした有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成できる。この中で、剥離層３０２の形成では、基板温度を２００℃程度の低温状態とし、圧電薄膜３０３の形成では、基板温度２７５℃程度の高オン状態とすればよい。基板温度を低温の状態として結晶成長し難い条件とすることで、剥離層３０２が形成できる。Here, formation of therelease layer 302 and formation of the piezoelectricthin film 303 will be described.
First, therelease layer 302 and the piezoelectricthin film 303 are formed by, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method in which an organic zinc compound such as zinc acetylacetonate and oxygen gas are used as source gases and the inside of the processing vessel is 0.045 Torr or less. Can be formed. Among them, the substrate temperature may be set to a low temperature state of about 200 ° C. in the formation of therelease layer 302, and the high ON state of the substrate temperature of about 275 ° C. may be formed in the formation of the piezoelectricthin film 303. Thepeeling layer 302 can be formed by setting the substrate temperature to a low temperature and making it difficult to grow crystals.

また、剥離層３０２が非晶質の状態であっても、０．０２〜０．０５μｍと薄いため、この上に形成される圧電薄膜３０３は、結晶性を有する結晶基板３０１の状態が反映され、結晶基板３０１の上に直接形成した場合と同様に、配向性のよい状態に形成される。同様に、分子線エピタキシーなどにより、各々条件を変更して剥離層３０２及び圧電薄膜３０３が形成された状態としてもよい。  Even if thepeeling layer 302 is in an amorphous state, it is as thin as 0.02 to 0.05 μm, and thus the piezoelectricthin film 303 formed thereon reflects the state of thecrystalline substrate 301 having crystallinity. As in the case of being formed directly on thecrystal substrate 301, it is formed in a state with good orientation. Similarly, thepeeling layer 302 and the piezoelectricthin film 303 may be formed by changing the conditions by molecular beam epitaxy or the like.

また、亜鉛リッチな多結晶状態のＺｎＯから剥離層３０２を構成することで、基板の状態によらず、剥離層３０２の上に高配向した結晶性のよい圧電薄膜３０３が形成できる。例えば、低温（５５０℃）の条件とした分子線エピタキシー法で、膜厚１０〜１００ｎｍ程度に亜鉛リッチなＺｎＯからなる層を形成し、これを高温（６５０℃）・２〜６０分間加熱することで、亜鉛リッチな多結晶状態の剥離層３０２が形成できる。このようにして形成した剥離層３０２の上に、スパッタ法やＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯを結晶成長させれば、高配向した圧電薄膜３０３が得られる。  Further, by forming therelease layer 302 from zinc-rich polycrystalline ZnO, a highly oriented piezoelectricthin film 303 with high crystallinity can be formed on therelease layer 302 regardless of the state of the substrate. For example, a layer made of zinc-rich ZnO with a film thickness of about 10 to 100 nm is formed by molecular beam epitaxy under conditions of low temperature (550 ° C.), and this is heated at high temperature (650 ° C.) for 2 to 60 minutes. Thus, arelease layer 302 in a polycrystalline state rich in zinc can be formed. A highly oriented piezoelectricthin film 303 can be obtained by crystal growth of ZnO on therelease layer 302 thus formed by sputtering or MOCVD.

次に、図３（ｃ）に示すように、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜３０４が、圧電薄膜３０３の上に形成された状態とする。次に、図３（ｄ）に示すように、電極膜３０４の上に、例えばＳｉＯ₂（非晶質）からなる膜厚０．４６μｍ程度の低音響インピーダンス層３０５が形成された状態とする。低音響インピーダンス層３０５は、λ／４の厚さであればよい。Next, as shown in FIG. 3C, anelectrode film 304 composed of a chromium film (on the piezoelectric thin film side) having a thickness of about 5 nm and a gold film having a thickness of about 30 nm is formed on the piezoelectricthin film 303. It is assumed that Next, as shown in FIG. 3D, a lowacoustic impedance layer 305 made of, for example, SiO₂ (amorphous) and having a thickness of about 0.46 μm is formed on theelectrode film 304. The lowacoustic impedance layer 305 may have a thickness of λ / 4.

次に、図３（ｅ）に示すように、低音響インピーダンス層３０５の上に、例えば、アモルファス状態のＺｎＯからなる膜厚０．４１μｍ程度の高音響インピーダンス層３０６が形成された状態とする。高音響インピーダンス層３０６は、λ／４の厚さであればよい。引き続いて、低音響インピーダンス層３０５，高音響インピーダンス層３０６の順にこれらを所定数積層し、図３（ｆ）に示すように、電極膜３０４の上に、音響インピーダンスが異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜３１０が形成された状態とする。  Next, as shown in FIG. 3E, a highacoustic impedance layer 306 made of, for example, amorphous ZnO and having a thickness of about 0.41 μm is formed on the lowacoustic impedance layer 305. The highacoustic impedance layer 306 may have a thickness of λ / 4. Subsequently, a predetermined number of lowacoustic impedance layers 305 and highacoustic impedance layers 306 are stacked in this order, and a plurality of thin films having different acoustic impedances are alternately formed on theelectrode film 304 as shown in FIG. It is assumed that the laminatedacoustic multilayer film 310 is formed.

次に、図４（ｇ）に示すように、音響多層膜３１０の最上層の低音響インピーダンス層３０５の上に、例えば、シリコンからなる基板４０１が貼り付けられた状態とする。例えば、接合させる界面にＨ₂Ｏ分子が付着した状態とした後、加熱圧接することで界面に酸化シリコンの層が形成された状態とすれば、上述した貼り付けが可能である。加熱圧接により形成された酸化シリコンの層との原子間接合により、基板４０１と低音響インピーダンス層３０５（音響多層膜３１０）とが貼り付けられた状態となる。Next, as shown in FIG. 4G, for example, asubstrate 401 made of silicon, for example, is attached on the uppermost lowacoustic impedance layer 305 of theacoustic multilayer film 310. For example, if the silicon oxide layer is formed on the interface by heating and press-bonding after the H₂ O molecules are attached to the interface to be bonded, the above-described pasting is possible. Thesubstrate 401 and the low acoustic impedance layer 305 (acoustic multilayer film 310) are attached by interatomic bonding with the silicon oxide layer formed by heating and pressing.

次に、剥離層３０２の部分より、結晶基板３０１を剥離し、図４（ｈ）に示すように、基板４０１の上に、音響多層膜３１０，電極膜３０４，圧電薄膜３０３がこの順に積層され、圧電薄膜３０３の表面（電極膜３０４形成面と反対側）が露出した状態とする。例えば、熱衝撃を加えることで、剥離層３０２の部分より、結晶基板３０１を剥離することができる。  Next, thecrystal substrate 301 is peeled off from thepeeling layer 302, and anacoustic multilayer film 310, anelectrode film 304, and a piezoelectricthin film 303 are laminated in this order on thesubstrate 401 as shown in FIG. 4 (h). The surface of the piezoelectric thin film 303 (the side opposite to the surface on which theelectrode film 304 is formed) is exposed. For example, thecrystal substrate 301 can be peeled from the part of thepeeling layer 302 by applying a thermal shock.

次に、図４（ｉ）に示すように、露出させた圧電薄膜３０３の上に、膜厚５ｎｍ程度のクロム膜（圧電薄膜側）と膜厚３０ｎｍ程度の金膜とから構成された電極膜４０２が形成された状態とすれば、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が得られる。圧電薄膜３０３の厚さを７００ｎｍ程度とした図３に示す圧電薄膜素子は、共振周波数が３ＧＨｚ程度となる。  Next, as shown in FIG. 4I, an electrode film composed of a chromium film having a thickness of about 5 nm (piezoelectric thin film side) and a gold film having a thickness of about 30 nm on the exposed piezoelectricthin film 303. If 402 is formed, an SMR type piezoelectric thin film vibrator can be obtained. The piezoelectric thin film element shown in FIG. 3 in which the thickness of the piezoelectricthin film 303 is about 700 nm has a resonance frequency of about 3 GHz.

以上に説明したように、図３，４により説明した方法によっても、圧電薄膜３０３は、音響多層膜３１０を形成する前に、結晶基板３０１の上に形成されるので、従来のように音響多層膜の上に形成される場合に比較し、結晶性のよい状態で形成することが容易に可能となる。この結果、本実施の形態によれば、結晶性のよい圧電薄膜からＳＭＲ型の圧電薄膜振動子が構成できるようになる。  As described above, the piezoelectricthin film 303 is formed on thecrystal substrate 301 before theacoustic multilayer film 310 is formed even by the method described with reference to FIGS. Compared to the case of being formed on the film, it can be easily formed in a state with good crystallinity. As a result, according to the present embodiment, an SMR type piezoelectric thin film vibrator can be constructed from a piezoelectric thin film having good crystallinity.

なお、上述では、圧電薄膜は、ＺｎＯから構成するようにしたが、これに限るものではない。圧電薄膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），硫化カドミウム（ＣｄＳ），ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃の固溶体），水晶，ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ₃）などから構成してもよい。In the above description, the piezoelectric thin film is made of ZnO, but is not limited thereto. The piezoelectric thin film may be made of aluminum nitride (AlN), cadmium sulfide (CdS), PZT (PbZrO₃ —PbTiO₃ solid solution), quartz, potassium niobate (KNbO₃ ), or the like.

また、高音響インピーダンス層はＺｎＯから構成し、低音響インピーダンス層はＳｉＯ₂から構成したが、これに限るものではない。圧電材料と異なる符号の遅延時間温度係数（ＴＣＤ）を有する材料を低音響インピーダンス層に用い、これより音響インピーダンスの高い材料を高音響インピーダンス層に用いても同様である。例えば、圧電材料にＡｌＮを用いる場合、低音響インピーダンス層にはＳｉＯ₂を用い、高音響インピーダンス層にはＡｌＮを用いればよい。The high acoustic impedance layer is made of ZnO and the low acoustic impedance layer is made of SiO₂ , but the present invention is not limited to this. The same applies when a material having a delay time temperature coefficient (TCD) with a sign different from that of the piezoelectric material is used for the low acoustic impedance layer, and a material having a higher acoustic impedance is used for the high acoustic impedance layer. For example, when AlN is used for the piezoelectric material, SiO₂ may be used for the low acoustic impedance layer and AlN may be used for the high acoustic impedance layer.

本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the example of the manufacturing method of the piezoelectric thin film element in embodiment of this invention.本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the example of the manufacturing method of the piezoelectric thin film element in embodiment of this invention.本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the other example of the manufacturing method of the piezoelectric thin film element in embodiment of this invention.本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の他の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the other example of the manufacturing method of the piezoelectric thin film element in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０１…絶縁性基板、１０２…剥離層、１０３…圧電薄膜、１０４…電極膜、１０５…低音響インピーダンス層、１０６…高音響インピーダンス層、１１０…音響多層膜、２０１…基板、２０２…電極膜。
DESCRIPTION OFSYMBOLS 101 ... Insulating substrate, 102 ... Release layer, 103 ... Piezoelectric thin film, 104 ... Electrode film, 105 ... Low acoustic impedance layer, 106 ... High acoustic impedance layer, 110 ... Acoustic multilayer film, 201 ... Substrate, 202 ... Electrode film.

Claims (2)

Translated fromJapanese

第１基板の上に剥離層が形成された状態とする第１工程と、
前記剥離層の上に所定の圧電材料からなる圧電薄膜が形成された状態とする第２工程と、
前記圧電薄膜の上に第１電極膜が形成された状態とする第３工程と、
音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜が、前記第１電極膜の上に形成された状態とする第４工程と、
前記音響多層膜の上に第２基板が貼り付けられた状態とする第５工程と、
前記剥離層の部分より前記第１基板を前記圧電薄膜より剥離して前記圧電薄膜の表面が露出した状態とする第６工程と、
露出した前記圧電薄膜の表面に第２電極膜が形成された状態とする第７工程と
を少なくとも備え、
前記第１基板は、結晶性を有する材料から構成され、
前記剥離層は、多結晶状態とされた前記圧電材料から構成されていることを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。A first step in which a release layer is formed on the first substrate;
A second step in which a piezoelectric thin film made of a predetermined piezoelectric material is formed on the release layer;
A third step in which a first electrode film is formed on the piezoelectric thin film;
A fourth step in which an acoustic multilayer film in which a plurality of thin films having different acoustic impedances are alternately laminated is formed on the first electrode film;
A fifth step in which a second substrate is attached on the acoustic multilayer film;
A sixth step in which the surface of the piezoelectric thin film is exposed by peeling the first substrate from the piezoelectric thin film from a portion of the peeling layer;
And at least a seventh step in which a second electrode film is formed on the exposed surface of the piezoelectric thin film,
The first substrate is made of a crystalline material,
The release layer manufacturing method of the piezoelectric thin film element characterized that youhave been composed of the piezoelectric material is a polycrystalline state. 請求項１記載の圧電薄膜素子の製造方法において、
前記第１基板は、水晶及びＺｎＯ結晶の少なくとも１つから構成され、
前記圧電材料は、ＺｎＯである
ことを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。In the manufacturing method of the piezoelectric thin film element according to claim1 ,
The first substrate is composed of at least one of crystal and ZnO crystal,
The method for manufacturing a piezoelectric thin film element, wherein the piezoelectric material is ZnO.

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