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JP4730126B2 - Bulk acoustic wave resonance element, manufacturing method thereof, and filter circuit - Google Patents

Bulk acoustic wave resonance element, manufacturing method thereof, and filter circuit Download PDF

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JP4730126B2
JP4730126B2 JP2006045889A JP2006045889A JP4730126B2 JP 4730126 B2 JP4730126 B2 JP 4730126B2 JP 2006045889 A JP2006045889 A JP 2006045889A JP 2006045889 A JP2006045889 A JP 2006045889A JP 4730126 B2 JP4730126 B2 JP 4730126B2
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acoustic wave
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、素子特性をより向上し得るバルク弾性波共振素子及びその製造方法に関する。そして、このバルク弾性波共振素子を用いたフィルタ回路に関する。   The present invention relates to a bulk acoustic wave resonator element that can further improve element characteristics and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a filter circuit using this bulk acoustic wave resonant element.

例えば高周波フィルタや高周波発振器等として応用可能な素子として、バルク弾性波(Bulk Acoustic Wave、以下、「BAW共振素子」と略記する。)共振素子が知られている。このBAW共振素子は、基板と、基板上に形成された第1電極と、第1電極上に形成された圧電体薄膜と、圧電体薄膜上に形成された第2電極とを備えて構成されており、例えば、特許文献1に開示されている。そして、特許文献1に開示の圧電体薄膜素子における第1電極は、下地膜、密着層、下部電極が前記基板から前記圧電体薄膜へ向けて積層されて成っている。また、特許文献1の[0021]段落の末尾には、「必要に応じて密着層3と下部電極4の間にさらに別の電極薄膜を備えてもよい。」と記載されている。   For example, a bulk acoustic wave (hereinafter abbreviated as “BAW resonant element”) resonant element is known as an element applicable as a high frequency filter, a high frequency oscillator, or the like. The BAW resonant element includes a substrate, a first electrode formed on the substrate, a piezoelectric thin film formed on the first electrode, and a second electrode formed on the piezoelectric thin film. For example, it is disclosed in Patent Document 1. The first electrode in the piezoelectric thin film element disclosed in Patent Document 1 is formed by laminating a base film, an adhesion layer, and a lower electrode from the substrate toward the piezoelectric thin film. Further, at the end of paragraph [0021] of Patent Document 1, it is described that “an additional electrode thin film may be provided between the adhesion layer 3 and the lower electrode 4 as necessary”.

また、従来のBAW共振素子における圧電体薄膜には、特許文献2に示されるように、窒化アルミニウム(AlN)や酸化亜鉛(ZnO)等が用いられている。このため、通過帯域が狭く、UWB(Ultra WideBand)通信等には使用することができないと言う問題がある。この場合には、圧電体薄膜に機械結合係数の高いチタン酸ジルコン酸鉛を用いることで、このような問題に対応することができる。
特開2001−250995号公報 特開2005−295250号公報
Further, as shown in Patent Document 2, aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), or the like is used for a piezoelectric thin film in a conventional BAW resonant element. For this reason, there is a problem that the pass band is narrow and cannot be used for UWB (Ultra WideBand) communication or the like. In this case, such a problem can be addressed by using lead zirconate titanate having a high mechanical coupling coefficient for the piezoelectric thin film.
JP 2001-250995 A JP 2005-295250 A

ところで、上記特許文献1に記載の圧電体薄膜素子では、圧電体にチタン酸ジルコン酸鉛(以下、「PZT」と略記する。)を用いた場合、PZT膜の(111)配向性が不充分であるという問題があった。   By the way, in the piezoelectric thin film element described in Patent Document 1, when lead zirconate titanate (hereinafter abbreviated as “PZT”) is used for the piezoelectric body, the (111) orientation of the PZT film is insufficient. There was a problem of being.

また、上記特許文献1の[0021]段落には、上記記載があるが、その電極薄膜の作用効果や電極薄膜の材料に関する記載は、全くなく、単に上記記載があるだけであり、その具体性がない。   [0021] The paragraph [0021] of Patent Document 1 has the above description, but there is no description about the effect of the electrode thin film and the material of the electrode thin film. There is no.

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、PZT膜の(111)配向性を改善し、素子特性をより向上し得るバルク弾性波共振素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bulk acoustic wave resonant element that can improve the (111) orientation of a PZT film and further improve element characteristics.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明に係る一態様では、バルク弾性波共振素子は、基板と、前記基板上に形成された第1電極と、前記第1電極上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された第2電極とを備え、前記第1電極は、チタン又はクロムを主成分として成る第1密着層、イリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO )、ルビジウム(Ru)、酸化ルビジウム(RuO)、酸化ランタンニッケル(LaNiO )、酸化イットリウムバリウム銅(YBCO)及び酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO )の何れか1つを主成分として成る主導電層、チタン又はクロムを主成分として成る第2密着層、白金を主成分として成る副導電層が前記基板から前記圧電体膜へ向けて積層されて成ることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, in one aspect according to the present invention, the bulk acoustic wave resonance element is mainly composed of a substrate, a first electrode formed on the substrate, and lead zirconate titanate formed on the first electrode. And a second electrode formed on the piezoelectric film. The first electrode includes a first adhesion layer mainly composed of titanium or chromium , iridium (Ir), and iridium oxide (IrO). 2 ), a main conductive layer mainly composed of any one of rubidium (Ru), rubidium oxide (RuO), lanthanum nickel oxide (LaNiO 3 ), yttrium barium copper oxide (YBCO), and strontium ruthenium oxide (SrRuO 3 ). the second adhesion layer composed mainly of titanium or chromium, that sub conductive layer made of platinum as a main component are laminated toward from the substrate to the piezoelectric film And butterflies.

また、上述のバルク弾性波共振素子において、前記基板と前記第1電極との間に音響ミラー層がさらに形成されていることを特徴とする。   In the bulk acoustic wave resonance element described above, an acoustic mirror layer is further formed between the substrate and the first electrode.

さらに、これら上述のバルク弾性波共振素子において、前記基板に前記第1電極に至る開口が形成されていることを特徴とする。   Further, in the above-described bulk acoustic wave resonance elements, an opening reaching the first electrode is formed in the substrate.

そして、本発明に係る他の一態様では、基板と、前記基板上に形成された第1電極と、前記第1電極上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された第2電極とを備えたバルク弾性波共振素子の製造方法において、前記第1電極を形成する工程は、前記基板上にチタン又はクロムを主成分として成る第1密着層を形成する工程と、前記第1密着層上にイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO )、ルビジウム(Ru)、酸化ルビジウム(RuO)、酸化ランタンニッケル(LaNiO )、酸化イットリウムバリウム銅(YBCO)及び酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO )の何れか1つを主成分として成る主導電層を形成する工程と、前記主導電層上にチタン又はクロムを主成分として成る第2密着層を形成する工程と、前記第2密着層上に白金を主成分として成る副導電層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a substrate, a first electrode formed on the substrate, a piezoelectric film mainly composed of lead zirconate titanate formed on the first electrode, In the method of manufacturing a bulk acoustic wave resonator including the second electrode formed on the piezoelectric film, the step of forming the first electrode includes a step of forming titanium or chromium as a main component on the substrate. A step of forming one adhesion layer, and iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ), rubidium (Ru), rubidium oxide (RuO), lanthanum nickel oxide (LaNiO 3 ), yttrium barium oxide on the first adhesion layer copper (YBCO) and forming a main conductive layer composed mainly of any one of strontium ruthenium oxide (SrRuO 3), titanium or chromium on the main conductive layer Forming a second contact layer composed as a main component, characterized in that it comprises a step of forming a sub conductive layer composed as a main component platinum to the second contact layer.

さらに、本発明に係る他の一態様では、フィルタ回路は、一対の入力端子と、前記一対の入力端子間に接続された直列接続の2個のバルク弾性波共振素子と、一方が前記2個のバルク弾性波共振素子間に接続され、他方が前記一対の入力端子の何れか一方に接続された一対の出力端子とを備え、前記バルク弾性波共振素子は、それら上述のバルク弾性波共振素子のうちの何れかであることを特徴とする。また、このフィルタ回路を複数縦続に接続してもよい。   Furthermore, in another aspect of the present invention, the filter circuit includes a pair of input terminals, two bulk acoustic wave resonance elements connected in series connected between the pair of input terminals, and one of the two filter circuits. And a pair of output terminals connected to one of the pair of input terminals, and the bulk acoustic wave resonant element includes the bulk acoustic wave resonant element described above. It is any one of these. A plurality of the filter circuits may be connected in cascade.

このようなBAW共振素子及びBAW共振素子の製造方法では、PZT膜の(111)配向性が改善し、素子特性をより向上することができる。そして、このようなフィルタ回路は、素子特性のよいBAW共振素子を用いるので、フィルタ特性が改善され得る。   In such a BAW resonant element and a method for manufacturing the BAW resonant element, the (111) orientation of the PZT film is improved, and the element characteristics can be further improved. Since such a filter circuit uses a BAW resonant element having good element characteristics, the filter characteristics can be improved.

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.

本実施形態のBAW共振素子は、互いに対向する一対の電極間にPZTを主成分とする圧電体膜が形成された素子であって、かかる圧電体膜のバルク振動を利用した素子である。   The BAW resonant element of the present embodiment is an element in which a piezoelectric film mainly composed of PZT is formed between a pair of electrodes facing each other, and is an element using the bulk vibration of the piezoelectric film.

図1は、実施形態に係るBAW共振素子の断面構造を示す模式図である。図1において、BAW共振素子1は、基板11と、基板11上に形成された音響ミラー層12と、音響ミラー層12上に形成された第1電極13と、第1電極13上に形成されたPZTを主成分とする圧電体薄膜14と、圧電体薄膜14上に形成された第2電極15とを備えて構成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a BAW resonant element according to an embodiment. In FIG. 1, the BAW resonant element 1 is formed on a substrate 11, an acoustic mirror layer 12 formed on the substrate 11, a first electrode 13 formed on the acoustic mirror layer 12, and a first electrode 13. The piezoelectric thin film 14 mainly composed of PZT and the second electrode 15 formed on the piezoelectric thin film 14 are configured.

基板11は、例えば、シリコン(Si)等の半導体材料から成る板状部材である。音響ミラー層12は、音響振動、特に超音波を反射する層であり、音響インピーダンスの高い材料と音響インピーダンスの低い材料とが交互に積層された多層膜で構成されている。音響インピーダンスの低い材料としては、例えば、二酸化珪素(SiO)がある。音響インピーダンスの高い材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、タングステン(W)、タンタル酸(Ta)及びイリジウム(Ir)がある。これらの何れかと上記二酸化珪素との組み合わせを音響ミラー層12に用いることができる。 The substrate 11 is a plate-like member made of a semiconductor material such as silicon (Si). The acoustic mirror layer 12 is a layer that reflects acoustic vibrations, particularly ultrasonic waves, and is composed of a multilayer film in which materials with high acoustic impedance and materials with low acoustic impedance are alternately stacked. An example of a material with low acoustic impedance is silicon dioxide (SiO 2 ). Examples of the material having high acoustic impedance include zinc oxide (ZnO), tungsten (W), tantalum acid (Ta 2 O 5 ), and iridium (Ir). A combination of any of these and the above silicon dioxide can be used for the acoustic mirror layer 12.

第1電極13は、音響ミラー層12上に形成された第1密着層131と、第1密着層131上に形成された主導電層132と、主導電層132上に形成された第2密着層133と、第2密着層133上に形成された副導電層134とを備えて構成され、圧電体薄膜14の振動電極薄膜である。即ち、これら第1密着層131、主導電層132、第2密着層133、副導電層134が基板11から圧電体薄膜14へ向けて順次に積層されて成っている。   The first electrode 13 includes a first adhesion layer 131 formed on the acoustic mirror layer 12, a main conductive layer 132 formed on the first adhesion layer 131, and a second adhesion formed on the main conductive layer 132. The vibrating electrode thin film of the piezoelectric thin film 14 includes the layer 133 and the sub-conductive layer 134 formed on the second adhesion layer 133. That is, the first adhesion layer 131, the main conductive layer 132, the second adhesion layer 133, and the sub conductive layer 134 are sequentially laminated from the substrate 11 toward the piezoelectric thin film 14.

第1密着層131は、音響ミラー層12と主導電層132との間のストレスを低減し、音響ミラー層12と主導電層132との密着性を改善する薄膜であり、音響ミラー層12及び主導電層132に対する密着性が良いチタン(Ti)を主成分として成っている。主導電層132は、高導電特性を得るための薄膜である。主導電層132は、例えば、イリジウム(Ir)を主成分として成る薄膜であり、その膜厚が10nm未満とするとPZTを均一に生成し難く、そして、100nmより厚くすると振動し難くなり素子特性が低下するので、その膜厚は、10nm以上100nm以下であることが好ましい。第2密着層133は、主導電層132と副導電層134との間のストレスを低減し、主導電層132と副導電層134との密着性を改善する薄膜であり、主導電層132及び副導電層134に対する密着性が良いチタンを主成分として成っている。そして、副導電層134は、PZTを成長させるための薄膜である。副導電層134は、例えば、白金(Pt)を主成分として成る薄膜であり、その膜厚が20nm未満とすると導電性が低下し、そして、100nmより厚くすると振動し難くなり素子特性が低下するので、その膜厚は、20nm以上100nm以下であることが好ましい。ここで、第1及び第2密着層131、133は、ゾルゲル法によって圧電体薄膜14が形成される場合その焼成過程においてクラック(crack、ひび)が生じることも低減する。   The first adhesion layer 131 is a thin film that reduces the stress between the acoustic mirror layer 12 and the main conductive layer 132 and improves the adhesion between the acoustic mirror layer 12 and the main conductive layer 132. The main component is titanium (Ti) having good adhesion to the main conductive layer 132. The main conductive layer 132 is a thin film for obtaining high conductive characteristics. The main conductive layer 132 is, for example, a thin film mainly composed of iridium (Ir). If the film thickness is less than 10 nm, it is difficult to uniformly generate PZT. The film thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less because it decreases. The second adhesion layer 133 is a thin film that reduces the stress between the main conductive layer 132 and the sub conductive layer 134 and improves the adhesion between the main conductive layer 132 and the sub conductive layer 134. The main component is titanium having good adhesion to the sub-conductive layer 134. The sub conductive layer 134 is a thin film for growing PZT. For example, the sub-conductive layer 134 is a thin film containing platinum (Pt) as a main component. When the film thickness is less than 20 nm, the conductivity is lowered. Therefore, the film thickness is preferably 20 nm or more and 100 nm or less. Here, when the piezoelectric thin film 14 is formed by the sol-gel method, the first and second adhesion layers 131 and 133 reduce occurrence of cracks in the firing process.

なお、上記の他、第1及び第2密着層131、133は、クロム(Cr)を主成分として形成してもよい。主導電層132は、酸化イリジウム(IrO)、ルビジウム(Ru)、酸化ルビジウム(RuO)、酸化ランタンニッケル(LaNiO)、酸化イットリウムバリウム銅(YBCO)及び酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO)の何れか1つを主成分として形成してもよい。 In addition to the above, the first and second adhesion layers 131 and 133 may be formed using chromium (Cr) as a main component. The main conductive layer 132 is any of iridium oxide (IrO 2 ), rubidium (Ru), rubidium oxide (RuO), lanthanum nickel oxide (LaNiO 3 ), yttrium barium copper oxide (YBCO), and strontium ruthenium oxide (SrRuO 3 ). You may form one as a main component.

圧電体薄膜14は、圧電現象を生ずる圧電材料であるPZTを主成分とする薄膜であり、第1及び第2電極に所定の電気信号が印加されることにより、バルク振動が生じる。第2電極15は、上記第1電極13一対となって圧電体薄膜14に電気信号を印加するための、例えば金(Au)、アルミニウム(Al)、イリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO)及びルビジウム(Ru)等の導電性金属材料(合金を含む)を主成分として成る振動電極薄膜である。また、第2電極15は、圧電体薄膜14との密着性を改善するために、例えばチタン又はクロムの密着層が圧電体薄膜14との間にさらに設けられてもよい。 The piezoelectric thin film 14 is a thin film mainly composed of PZT, which is a piezoelectric material that generates a piezoelectric phenomenon, and bulk vibration is generated when a predetermined electrical signal is applied to the first and second electrodes. The second electrode 15, for applying an electrical signal to the piezoelectric thin film 14 becomes the first electrode 13 and the pair, for example, gold (Au), aluminum (Al), iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ) And a conductive metal material (including an alloy) such as rubidium (Ru) as a main component. The second electrode 15 may be further provided with an adhesive layer of titanium or chromium, for example, between the piezoelectric thin film 14 in order to improve adhesion with the piezoelectric thin film 14.

そして、このような構造のBAW共振素子は、例えば、次の各工程によって形成される。   The BAW resonant element having such a structure is formed by, for example, the following steps.

まず、シリコン単結晶基板11上にスパッタ法により音響ミラー層12を形成した。この音響ミラー層12は、低音響インピーダンスの二酸化珪素と高音響インピーダンスの酸化亜鉛又はタングステンとの組み合わせから成り、その膜厚は、約2μmである。二酸化珪素、酸化亜鉛は、反応ガスとしてアルゴン(Ar)ガスと酸素とを用い、基板温度を約200〜300℃に設定して成膜を行い、タングステンは、反応ガスとしてアルゴンガスを用い、基板温度を約200〜300℃に設定して成膜を行った。   First, the acoustic mirror layer 12 was formed on the silicon single crystal substrate 11 by sputtering. The acoustic mirror layer 12 is made of a combination of low acoustic impedance silicon dioxide and high acoustic impedance zinc oxide or tungsten, and has a film thickness of about 2 μm. Silicon dioxide and zinc oxide use argon (Ar) gas and oxygen as the reaction gas, and the substrate temperature is set to about 200 to 300 ° C., and tungsten uses argon gas as the reaction gas and the substrate. Film formation was performed at a temperature of about 200 to 300 ° C.

次に、この音響ミラー層12上に、高周波マグネトロンスパッタ法によって、膜厚が約5〜10nmのチタンから成る第1密着層131を形成した。基板11とターゲットとの間の距離を約6〜12cmに設定し、スパッタガスとしてアルゴンガス100%を使用し、アルゴンガス流量が約30〜50sccmで、圧力が約5〜10mTorrで、成膜電力が約300〜500Wで、そして、室温で成膜した。   Next, a first adhesion layer 131 made of titanium having a thickness of about 5 to 10 nm was formed on the acoustic mirror layer 12 by a high-frequency magnetron sputtering method. The distance between the substrate 11 and the target is set to about 6 to 12 cm, 100% argon gas is used as the sputtering gas, the argon gas flow rate is about 30 to 50 sccm, the pressure is about 5 to 10 mTorr, and the deposition power Was about 300-500 W and deposited at room temperature.

次に、この第1密着層131上に、高周波マグネトロンスパッタ法によって、膜厚が約20〜80nmのイリジウムから成る主導電層132を形成した。基板11とターゲットとの間の距離を約6〜12cmに設定し、スパッタガスとしてアルゴンガス100%を使用し、アルゴンガス流量が約30〜50sccmで、圧力が約5〜10mTorrで、成膜電力が約100〜300Wで、そして、室温で成膜した。   Next, a main conductive layer 132 made of iridium having a thickness of about 20 to 80 nm was formed on the first adhesion layer 131 by high frequency magnetron sputtering. The distance between the substrate 11 and the target is set to about 6 to 12 cm, 100% argon gas is used as the sputtering gas, the argon gas flow rate is about 30 to 50 sccm, the pressure is about 5 to 10 mTorr, and the deposition power Was about 100-300 W and deposited at room temperature.

次に、この主導電層132上に、上記第1密着層131と同様の条件で高周波マグネトロンスパッタ法によって、膜厚が約5〜10nmのチタンから成る第2密着層133を形成した。   Next, a second adhesion layer 133 made of titanium having a thickness of about 5 to 10 nm was formed on the main conductive layer 132 by high frequency magnetron sputtering under the same conditions as the first adhesion layer 131.

次に、この第2密着層133上に、高周波マグネトロンスパッタ法によって、膜厚が約20〜50nmの白金から成る副導電層134を形成した。基板11とターゲットとの間の距離を約6〜12cmに設定し、スパッタガスとしてアルゴン(Ar)ガス100%を使用し、アルゴンガス流量が約30〜50sccmで、圧力が約1〜5mTorrで、成膜電力が約300Wで、そして、室温で成膜した。   Next, a sub-conductive layer 134 made of platinum having a thickness of about 20 to 50 nm was formed on the second adhesion layer 133 by high frequency magnetron sputtering. The distance between the substrate 11 and the target is set to about 6 to 12 cm, argon (Ar) gas 100% is used as the sputtering gas, the argon gas flow rate is about 30 to 50 sccm, the pressure is about 1 to 5 mTorr, The film formation power was about 300 W, and the film was formed at room temperature.

このような各工程によって第1電極13を形成した。   The first electrode 13 was formed by such steps.

次に、第1電極13(副導電層134)上に、ゾルゲル法、CVD又はMOCVDによってPZTから成る圧電体薄膜14を形成し、高周波マグネトロンスパッタ法によって第2電極15を形成した。   Next, the piezoelectric thin film 14 made of PZT was formed on the first electrode 13 (sub conductive layer 134) by sol-gel method, CVD or MOCVD, and the second electrode 15 was formed by high frequency magnetron sputtering.

このような各工程によって図1に示す構造のBAW共振素子が形成される。   Through these steps, the BAW resonant element having the structure shown in FIG. 1 is formed.

なお、上記工程において、必要な段階で化学的又は物理的な処理を施すことにより各層を所望の形状にすることができる。   In addition, in the said process, each layer can be made into a desired shape by performing a chemical or physical process in a required step.

このような構成のBAW共振素子1は、第1電極13と第2電極15とに所定の電気信号を印加することにより、圧電体薄膜14がバルク振動し共振する。このため、BAW共振素子1は、共振器、フィルタ及び発振器に応用可能である。また、この共振により発生する超音波は、音響ミラー層12によって反射される。このため、この超音波が基板11に逃げることが抑制されるので、即ち、ロスが低減されるので、効率がより向上する。   In the BAW resonant element 1 having such a configuration, when a predetermined electrical signal is applied to the first electrode 13 and the second electrode 15, the piezoelectric thin film 14 undergoes bulk vibration and resonates. Therefore, the BAW resonant element 1 can be applied to a resonator, a filter, and an oscillator. Further, ultrasonic waves generated by this resonance are reflected by the acoustic mirror layer 12. For this reason, since this ultrasonic wave is suppressed from escaping to the substrate 11, that is, the loss is reduced, the efficiency is further improved.

そして、第1電極13が第1密着層131、主導電層132、第2密着層133及び副導電層134の4層構造であるので、圧電体薄膜14のPZTの(111)配向性が向上する。例えば、第1電極13がTiの密着層/Irの主導電層/Ptの電極層の積層構造である場合には、X線回折法によるとPZTの(111)配向性が約50%であるが、本実施形態では、X線回折法によるとPZTの(111)配向性が約90%であり、著しく向上している。また、第1電極13の音響ミラー層12との密着性も改善している。このため、PZTの圧電体薄膜14が緻密で高結晶性に成膜されており、BAW共振素子の素子特性がより向上する。なお、上記音響ミラー層12が無く、基板11上に第1電極13を形成した場合も圧電体薄膜14のPZTの(111)配向性が向上している。   Since the first electrode 13 has a four-layer structure of the first adhesion layer 131, the main conductive layer 132, the second adhesion layer 133, and the sub-conductive layer 134, the (111) orientation of the PZT of the piezoelectric thin film 14 is improved. To do. For example, when the first electrode 13 has a laminated structure of a Ti adhesion layer / Ir main conductive layer / Pt electrode layer, the (111) orientation of PZT is about 50% according to the X-ray diffraction method. However, in this embodiment, according to the X-ray diffraction method, the (111) orientation of PZT is about 90%, which is remarkably improved. In addition, the adhesion of the first electrode 13 to the acoustic mirror layer 12 is also improved. For this reason, the piezoelectric thin film 14 of PZT is densely formed with high crystallinity, and the element characteristics of the BAW resonant element are further improved. Even when the acoustic mirror layer 12 is not provided and the first electrode 13 is formed on the substrate 11, the (111) orientation of the PZT of the piezoelectric thin film 14 is improved.

図2は、変形形態に係るBAW共振素子の断面構造を示す模式図である。ここで、上述の実施形態において、第1及び第2電極13、15によって挟まれている圧電体薄膜14の領域では、図2に示すように、基板11裏面からエッチングすることにより、例えば基板11がシリコン基板である場合ではシリコンの異方性エッチングすることにより、その直下の基板11を除去し、開口部18を設けてもよい。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a BAW resonant element according to a modified embodiment. Here, in the above-described embodiment, in the region of the piezoelectric thin film 14 sandwiched between the first and second electrodes 13 and 15, as shown in FIG. In the case where is a silicon substrate, the opening 11 may be provided by removing the substrate 11 immediately below by anisotropic etching of silicon.

第1及び第2電極13、15に挟まれている圧電体薄膜14の領域は、バルク振動する振動領域であるが、このような開口部18を設けることにより、圧電体薄膜14における第1及び第2電極13、15に挟まれている領域が、浮き構造となり、圧電体薄膜14のバルク振動が基板11(音響ミラー層12)によって阻害されず、圧電体薄膜14のバルク振動が容易となる。この結果、BWA共振素子1’の素子特性がより向上し得る。   The region of the piezoelectric thin film 14 sandwiched between the first and second electrodes 13 and 15 is a vibration region that undergoes bulk vibration. By providing such an opening 18, the first and second piezoelectric thin films 14 have a first vibration region. The region sandwiched between the second electrodes 13 and 15 has a floating structure, and the bulk vibration of the piezoelectric thin film 14 is not inhibited by the substrate 11 (acoustic mirror layer 12), and the bulk vibration of the piezoelectric thin film 14 becomes easy. . As a result, the element characteristics of the BWA resonant element 1 'can be further improved.

そして、このような構造のBAW共振素子1、1’を用いてフィルタ回路を構成することができる。図3は、フィルタ回路の構成を示す回路図である。図3(A)は、1段のフィルタ回路の構成を示し、図3(B)は、3段のフィルタ回路の構成を示す。   A filter circuit can be configured using the BAW resonant elements 1, 1 ′ having such a structure. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the filter circuit. 3A shows the configuration of a one-stage filter circuit, and FIG. 3B shows the configuration of a three-stage filter circuit.

図3(A)において、フィルタ回路2は、一対の入力端子Tina、Tinbと、2個のBAW共振素子21、22と、一対の出力端子Touta、Toutbとを備えて構成される。   3A, the filter circuit 2 includes a pair of input terminals Tina and Tinb, two BAW resonant elements 21 and 22, and a pair of output terminals Touta and Toutb.

2個のBAW共振素子21、22は、図1及び図2に示す上記BAW共振素子1、1’であり、直列に接続されている。そして、この直列接続の2個のBAW共振素子21、22は、一対の入力端子Tina、Tinb間に接続されている。そして、一対の出力端子Touta、Toutbにおける一方、例えば出力端子Toutaは、BAW共振素子21とBAW共振素子22とが接続されている接続部aに接続され、一対の出力端子Touta、Toutbの他方の出力端子Toutbは、入力端子Tinbに接続されている。   The two BAW resonant elements 21 and 22 are the BAW resonant elements 1 and 1 'shown in FIGS. 1 and 2, and are connected in series. The two BAW resonant elements 21 and 22 connected in series are connected between the pair of input terminals Tina and Tinb. One of the pair of output terminals Touta and Toutb, for example, the output terminal Touta is connected to a connection portion a to which the BAW resonance element 21 and the BAW resonance element 22 are connected, and the other of the pair of output terminals Touta and Toutb. The output terminal Toutb is connected to the input terminal Tinb.

また、このような構成のフィルタ回路2を複数縦続に接続することによってフィルタ回路を構成してもよい。一例として、フィルタ回路2を3個縦続に接続したフィルタ回路3を図3(B)に示す。このフィルタ回路3は、3個のフィルタ回路2−1、2−2、2−3を備えて構成される。これら3個のフィルタ回路2−1;2−2;2−3は、それぞれ、一対の入力端子Tina−1、Tinb−1;Tina−2、Tinb−2;Tina−3、Tinb−3と、2個のBAW共振素子21−1、22−1;21−2、22−2;21−3、22−3と、一対の出力端子Touta−1、Toutb−1;Touta−2、Toutb−2;Touta−3、Toutb−3とを備え、図3(A)と同様に構成されている。そして、フィルタ回路2−1における一対の出力端子Touta−1、Toutb−1がフィルタ回路2−2における一対の入力端子Tina−2、Tinb−2にそれぞれ接続され、フィルタ回路2−2における一対の出力端子Touta−2、Toutb−2がフィルタ回路2−3における一対の入力端子Tina−3、Tinb−3にそれぞれ接続されることによって、フィルタ回路3が構成される。   Further, a filter circuit may be configured by connecting a plurality of filter circuits 2 having such a configuration in cascade. As an example, FIG. 3B illustrates a filter circuit 3 in which three filter circuits 2 are connected in cascade. The filter circuit 3 includes three filter circuits 2-1, 2-2, and 2-3. These three filter circuits 2-1; 2-2; 2-3 have a pair of input terminals Tina-1, Tinb-1; Tina-2, Tinb-2; Tina-3, Tinb-3, Two BAW resonant elements 21-1, 22-1; 21-2, 22-2; 21-3, 22-3 and a pair of output terminals Touta-1, Toutb-1; Touta-2, Toutb-2 ; Touta-3 and Toutb-3, which are configured in the same manner as in FIG. The pair of output terminals Touta-1 and Toutb-1 in the filter circuit 2-1 are respectively connected to the pair of input terminals Tina-2 and Tinb-2 in the filter circuit 2-2, and the pair of output terminals Tona-1 and Tinb-2 in the filter circuit 2-2. The output terminal Touta-2 and Toutb-2 are connected to the pair of input terminals Tina-3 and Tinb-3 in the filter circuit 2-3, respectively, thereby configuring the filter circuit 3.

このような構成のフィルタ回路2、3では、素子特性のよいBAW共振素子1、1’が用いられているので、フィルタ特性が改善され得る。   In the filter circuits 2 and 3 having such a configuration, since the BAW resonant elements 1 and 1 'having good element characteristics are used, the filter characteristics can be improved.

実施形態に係るBAW共振素子の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the BAW resonant element which concerns on embodiment. 変形形態に係るBAW共振素子の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section of the BAW resonant element which concerns on a deformation | transformation form. フィルタ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a filter circuit.

1、1’、21、22 バルク弾性波共振素子
2、3 フィルタ回路
11 基板
12 音響ミラー層
13 第1電極
14 圧電体薄膜
15 第2電極
18 開口部
131 第1密着層
132 主導電層
133 第2密着層
134 副導電層
Tina、Tinb 入力端子
ToutaToutb 出力端子
1, 1 ′, 21, 22 Bulk acoustic wave resonance element 2, 3 Filter circuit 11 Substrate 12 Acoustic mirror layer 13 First electrode 14 Piezoelectric thin film 15 Second electrode 18 Opening 131 First adhesion layer 132 Main conductive layer 133 2 Adhesion layer 134 Sub-conductive layer Tina, Tinb Input terminal ToutaToutb Output terminal

Claims (6)

基板と、
前記基板上に形成された第1電極と、
前記第1電極上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電体膜と、
前記圧電体膜上に形成された第2電極とを備え、
前記第1電極は、チタン又はクロムを主成分として成る第1密着層、イリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO )、ルビジウム(Ru)、酸化ルビジウム(RuO)、酸化ランタンニッケル(LaNiO )、酸化イットリウムバリウム銅(YBCO)及び酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO )の何れか1つを主成分として成る主導電層、チタン又はクロムを主成分として成る第2密着層、白金を主成分として成る副導電層が前記基板から前記圧電体膜へ向けて積層されて成ること
を特徴とするバルク弾性波共振素子。
A substrate,
A first electrode formed on the substrate;
A piezoelectric film mainly composed of lead zirconate titanate formed on the first electrode;
A second electrode formed on the piezoelectric film,
The first electrode includes a first adhesion layer mainly composed of titanium or chromium , iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ), rubidium (Ru), rubidium oxide (RuO), lanthanum nickel oxide (LaNiO 3 ), A main conductive layer mainly composed of one of yttrium barium copper oxide (YBCO) and strontium ruthenium oxide (SrRuO 3 ), a second adhesion layer mainly composed of titanium or chromium, and a sub-conductivity composed mainly of platinum. A bulk acoustic wave resonance element comprising: a layer laminated from the substrate toward the piezoelectric film.
前記基板と前記第1電極との間に音響ミラー層がさらに形成されていること
を特徴とする請求項1に記載のバルク弾性波共振素子。
Bulk acoustic wave resonator according to claim 1, characterized in Rukoto acoustic mirror layer has been further formed between the substrate and the first electrode.
前記基板に前記第1電極に至る開口が形成されていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバルク弾性波共振素子。
The bulk acoustic wave resonance element according to claim 1, wherein an opening reaching the first electrode is formed in the substrate.
基板と、前記基板上に形成された第1電極と、前記第1電極上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された第2電極とを備えたバルク弾性波共振素子の製造方法において、
前記第1電極を形成する工程は、
前記基板上にチタン又はクロムを主成分として成る第1密着層を形成する工程と、
前記第1密着層上にイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO )、ルビジウム(Ru)、酸化ルビジウム(RuO)、酸化ランタンニッケル(LaNiO )、酸化イットリウムバリウム銅(YBCO)及び酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO )の何れか1つを主成分として成る主導電層を形成する工程と、
前記主導電層上にチタン又はクロムを主成分として成る第2密着層を形成する工程と、
前記第2密着層上に白金を主成分として成る副導電層を形成する工程とを備えること
を特徴とするバルク弾性波共振素子の製造方法
A substrate; a first electrode formed on the substrate; a piezoelectric film mainly composed of lead zirconate titanate formed on the first electrode; and a second film formed on the piezoelectric film. In a method of manufacturing a bulk acoustic wave resonant element comprising an electrode,
The step of forming the first electrode includes:
Forming a first adhesion layer mainly composed of titanium or chromium on the substrate;
On the first adhesion layer, iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ), rubidium (Ru), rubidium oxide (RuO), lanthanum nickel oxide (LaNiO 3 ), yttrium barium copper oxide (YBCO), and strontium ruthenium oxide ( Forming a main conductive layer containing as a main component any one of SrRuO 3 );
Forming a second adhesion layer mainly composed of titanium or chromium on the main conductive layer;
Forming a sub-conductive layer mainly composed of platinum on the second adhesion layer.
A method for manufacturing a bulk acoustic wave resonance element .
一対の入力端子と、
前記一対の入力端子間に接続された直列接続の2個のバルク弾性波共振素子と、
一方が前記2個のバルク弾性波共振素子間に接続され、他方が前記一対の入力端子の何れか一方に接続された一対の出力端子とを備え、
前記バルク弾性波共振素子は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のバルク弾性波共振素子であること
を特徴とするフィルタ回路
A pair of input terminals;
Two bulk acoustic wave resonant elements connected in series connected between the pair of input terminals;
One is connected between the two bulk acoustic wave resonance elements, the other comprises a pair of output terminals connected to one of the pair of input terminals,
The bulk acoustic wave resonator is the bulk acoustic wave resonator according to any one of claims 1 to 3.
A filter circuit characterized by the above .
請求項5に記載のフィルタ回路が複数縦続に接続されていること
を特徴とするフィルタ回路。
Filter circuit filter circuit is characterized in that it is connected to the plurality cascade according to claim 5.
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