JP4828966B2

JP4828966B2 - Piezoelectric thin film device

Info

Publication number: JP4828966B2
Application number: JP2006061440A
Authority: JP
Inventors: 幸久大杉; 省一郎山口; 知義多井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007243451A

Description

本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators.

従来、圧電薄膜デバイスを構成する圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）は、均一な膜厚を有する圧電体薄膜の両主面に、振動が励振される励振領域において圧電体薄膜を挟んで対向する励振電極をそれぞれ形成することにより得られていた（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric bulk acoustic resonator (FBAR) constituting a piezoelectric thin film device has a piezoelectric thin film sandwiched between both main surfaces of a piezoelectric thin film having a uniform film thickness in an excitation region where vibration is excited. (1) (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−３１８６９５号公報JP 2003-318695 A

しかし、従来の圧電薄膜デバイスには、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性が、期待しないモードの振動に起因するスプリアスの影響を受けやすいという問題があった。 However, the conventional piezoelectric thin film device has a problem that the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator is easily affected by spurious due to vibration of an unexpected mode.

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスにおいて、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくすることを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to make the frequency impedance characteristic less susceptible to spurious effects in a piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、厚み振動が励振され周波数上昇型のエネルギー閉じ込めによりエネルギーが閉じ込められる励振領域における膜厚が非励振領域より薄くなっている圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の前記励振領域を内包する領域の外側において前記領域を離隔させた状態で前記圧電体薄膜を支持する支持体と、前記励振領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向するように前記圧電体薄膜の第１の主面及び第２の主面にそれぞれ形成され、励振信号が印加される第１の電極膜及び第２の電極膜と、前記第１の主面の前記第１の電極膜が形成されていない領域及び前記第２の主面の前記第２の電極膜が形成されていない領域にそれぞれ形成され、前記圧電体薄膜を挟んで対向し、短絡され、励振信号が印加されない第３の電極膜及び第４の電極膜と、前記領域の外側において前記圧電体薄膜と前記支持体とを接着する有機接着剤からなる接着層とを備える。前記励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記非励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量との差が、前記励振領域における、前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記第１の電極膜及び前記第２の電極膜の単位面積あたりの質量との和の０．１％以上２０％以下である。 To solve the above problems, a first aspect of the invention, one or more of a piezoelectric thin film device including a piezoelectric thin film resonator, the excitation region energy that is trapped by the energy trapping frequency elevation thickness vibration is excited A piezoelectric thin film whose film thickness is thinner than a non-excitation region, and a support that supports the piezoelectric thin film in a state where the region is separated outside a region including the excitation region of the piezoelectric thin film; The first electrode film and the first electrode film to which an excitation signal is applied are formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film so as to face each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in the excitation region. Two electrode films, a region of the first main surface where the first electrode film is not formed, and a region of the second main surface where the second electrode film is not formed, respectively. in front An organic adhesive that opposes the piezoelectric thin film and is short-circuited and that is not applied with an excitation signal, and an organic adhesive that bonds the piezoelectric thin film and the support outside the region. And an adhesive layer. The difference between the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region and the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the non-excitation region is the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region. And 0.1% or more and 20% or less of the sum of the mass per unit area of the first electrode film and the second electrode film.

請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電体薄膜を構成する圧電体材料がニオブ酸リチウムである。 A second aspect of the present invention, the piezoelectric thin film device according to claim 1, the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film is lithium niobate.

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電体薄膜の、前記支持体に面する一の主面を非平坦にし、他の主面を平坦にすることにより、前記圧電体薄膜の膜厚を不均一とする。 According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the first or second aspect , one main surface of the piezoelectric thin film facing the support is made non-flat and the other main surface is made flat. By doing so, the film thickness of the piezoelectric thin film is made non-uniform.

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記非励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量との差が、前記励振領域における、前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記第１の電極膜及び前記第２の電極膜の単位面積あたりの質量との和の１％以上１０％以下である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to any one of the first to third aspects, the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region and the piezoelectric thin film in the non-excitation region The difference from the mass per unit area is one of the sum of the mass per unit area of the piezoelectric thin film and the mass per unit area of the first electrode film and the second electrode film in the excitation region. % To 10%.

請求項１ないし請求項４の発明によれば、圧電体薄膜の不均一な厚みによって弾性波の伝播が妨げられるので、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, since the propagation of the elastic wave is hindered by the non-uniform thickness of the piezoelectric thin film, the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator is not easily affected by spurious.

請求項１の発明によれば、励振領域へのエネルギー閉じ込めを実現できるので、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなる。 According to the first aspect of the present invention, energy confinement in the excitation region can be realized, so that the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator is hardly affected by spurious.

請求項４の発明によれば、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響をさらに受けにくくなる。
According to the fourth aspect of the present invention, the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator is less susceptible to spurious effects.

請求項１の発明によれば、支持基板による支持の影響を回避することができる。
According to the invention of claim 1 , it is possible to avoid the influence of the support by the support substrate.

＜１圧電薄膜共振子の構成＞
図１は、本発明の望ましい実施形態に係る圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）１の概略構成を示す斜視図である。図１には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。この点は、後述する各図においても同様である。圧電薄膜共振子１は、圧電体薄膜１４に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した共振子となっている。 <1. Configuration of piezoelectric thin film resonator>
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a piezoelectric thin film resonator (FBAR; Film Bulk Acoustic Resonator) 1 according to a preferred embodiment of the present invention. For convenience of explanation, FIG. 1 defines an XYZ orthogonal coordinate system in which the left-right direction is the X-axis direction, the front-rear direction is the Y-axis direction, and the up-down direction is the Z-axis direction. This also applies to each drawing described later. The piezoelectric thin film resonator 1 is a resonator using an electrical response due to thickness longitudinal vibration excited by the piezoelectric thin film 14.

図１に示すように、圧電薄膜共振子１は、支持基板１１の上に、接着層１２、下面電極１３、圧電体薄膜１４及び上面電極１５をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子１において、圧電体薄膜１４の大きさは支持基板１１より小さくなっており、下面電極１３の一部は露出した状態となっている。 As shown in FIG. 1, the piezoelectric thin film resonator 1 has a structure in which an adhesive layer 12, a lower surface electrode 13, a piezoelectric thin film 14 and an upper surface electrode 15 are laminated in this order on a support substrate 11. In the piezoelectric thin film resonator 1, the size of the piezoelectric thin film 14 is smaller than that of the support substrate 11, and a part of the lower surface electrode 13 is exposed.

ここで、図２（１）は、上方から見た場合の上面電極１５のパターンを示しており、図２（２）は、上方から見た場合の下面電極１３のパターンを示している。さらに、図２（３）及び図２（４）は、それぞれ、図１のA-A及びB-Bの切断線における圧電薄膜共振子１の断面を示している。 Here, FIG. 2A shows a pattern of the upper surface electrode 15 when viewed from above, and FIG. 2B shows a pattern of the lower surface electrode 13 when viewed from above. Further, FIGS. 2 (3) and 2 (4) show cross sections of the piezoelectric thin film resonator 1 at the cutting lines AA and BB in FIG. 1, respectively.

圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板を除去加工することにより圧電体薄膜１４を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜１４は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、除去加工に先立って、圧電体基板を含む所定の部材を、支持体となる支持基板１１にあらかじめ接着している。 When the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured, the piezoelectric thin film 14 is obtained by removing the piezoelectric substrate that can withstand its own weight. However, the piezoelectric thin film 14 obtained by the removing process can withstand its own weight. I don't get it. For this reason, in manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1, a predetermined member including the piezoelectric substrate is bonded in advance to the support substrate 11 serving as a support prior to the removal processing.

○支持基板；
支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極１３が下面に形成された圧電体基板を接着層１２を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造後に、下面電極１３が下面に形成され、上面電極１５が上面に形成された圧電体薄膜１４を接着層１２を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板１１には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。 ○ Support substrate;
The support substrate 11 serves as a support for supporting the piezoelectric substrate having the lower surface electrode 13 formed on the lower surface via the adhesive layer 12 when the piezoelectric substrate is removed during the manufacturing process of the piezoelectric thin film resonator 1. have. In addition, the support substrate 11 supports the piezoelectric thin film 14 having the lower electrode 13 formed on the lower surface and the upper electrode 15 formed on the upper surface via the adhesive layer 12 after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured. It also has a role. Accordingly, the support substrate 11 is required to be able to withstand the force applied when the piezoelectric substrate is removed, and not to decrease in strength even after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured.

支持基板１１の材料及び厚さは、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板１１の材料を、圧電体薄膜１４を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜１４を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜１４を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子１の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができる。また、圧電薄膜共振子１の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましい。また圧電材料と同じ材料を同じ方位で用いるこ場合もある。 The material and thickness of the support substrate 11 can be appropriately selected so as to satisfy such requirements. However, the material of the support substrate 11 is a material having a thermal expansion coefficient close to that of the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 14, more preferably a material having the same thermal expansion coefficient as the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 14, for example, a piezoelectric body If the same material as the piezoelectric material constituting the thin film 14 is used, it is possible to suppress warping and breakage due to the difference in thermal expansion coefficient during the manufacturing of the piezoelectric thin film resonator 1. In addition, after the manufacture of the piezoelectric thin film resonator 1, it is possible to suppress characteristic fluctuations and breakage due to a difference in thermal expansion coefficient. In addition, when using the material which has anisotropy in a thermal expansion coefficient, it is desirable to consider so that the thermal expansion coefficient of each direction may become the same. The same material as the piezoelectric material may be used in the same direction.

圧電体薄膜１４の励振領域１４１に対向する支持基板１１の所定の領域には、円柱形状の陥没（凹部又は掘り込み）１１１が形成されている（図２（４）参照）。陥没１１１は、圧電体薄膜１４の励振領域１４１の下方にキャビティ（空洞）を形成し、圧電体薄膜１４の励振領域１４１を支持基板１１から離隔させ、励振領域１４１に励振された振動が支持基板１１と干渉しないようにする役割を果たしている。 A cylindrical depression (recess or digging) 111 is formed in a predetermined region of the support substrate 11 facing the excitation region 141 of the piezoelectric thin film 14 (see FIG. 2 (4)). The depression 111 forms a cavity (cavity) below the excitation region 141 of the piezoelectric thin film 14, separates the excitation region 141 of the piezoelectric thin film 14 from the support substrate 11, and vibrations excited by the excitation region 141 are supported by the support substrate. 11 plays a role in preventing interference.

○接着層；
接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極１３が下面に形成された圧電体基板を支持基板１１に接着固定する役割を有している。加えて、接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造後に、下面電極１３が下面に形成され、上面電極１５が上面に形成された圧電体薄膜１４を支持基板１１に接着固定する役割も有している。したがって、接着層１２には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。 ○ Adhesive layer;
The adhesive layer 12 serves to bond and fix the piezoelectric substrate having the lower surface electrode 13 formed on the lower surface to the support substrate 11 when the piezoelectric substrate is removed during the manufacturing of the piezoelectric thin film resonator 1. . In addition, the adhesive layer 12 also has a role of bonding and fixing the piezoelectric thin film 14 having the lower electrode 13 formed on the lower surface and the upper electrode 15 formed on the upper surface to the support substrate 11 after the manufacture of the piezoelectric thin film resonator 1. is doing. Therefore, the adhesive layer 12 is required to be able to withstand the force applied when the piezoelectric substrate is removed and that the adhesive force does not decrease even after the piezoelectric thin film resonator 1 is manufactured.

このような要請を満足する接着層１２の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤（熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤）やアクリル接着剤（光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤）により形成された接着層１２を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、圧電体基板と支持基板１１との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層１２によって圧電体薄膜１４と支持基板１１とが接着固定されることを妨げるものではない。 Desirable examples of the adhesive layer 12 satisfying such requirements include an organic adhesive, preferably an epoxy adhesive having a filling effect and exhibiting sufficient adhesive force even if the object to be bonded is not completely flat ( Examples thereof include an adhesive layer 12 formed of an epoxy resin adhesive using thermosetting) and an acrylic adhesive (an acrylic resin adhesive using both photo-curing property and thermosetting property). By adopting such a resin, it is possible to prevent an unexpected gap from being generated between the piezoelectric substrate and the support substrate 11 and to prevent a crack or the like from being generated during the removal processing of the piezoelectric substrate by the gap. It is. However, this does not prevent the piezoelectric thin film 14 and the support substrate 11 from being bonded and fixed by the other adhesive layer 12.

○圧電体薄膜；
圧電体薄膜１４は、圧電体基板を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜１４は、単独で自重に耐え得る厚み（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板を、単独で自重に耐え得ない膜厚（例えば、１０μｍ以下）まで除去加工で薄肉化することにより得られる。 ○ Piezoelectric thin films;
The piezoelectric thin film 14 is obtained by removing the piezoelectric substrate. More specifically, the piezoelectric thin film 14 removes a piezoelectric substrate having a thickness that can withstand its own weight (for example, 50 μm or more) to a thickness that cannot withstand its own weight (for example, 10 μm or less). It can be obtained by thinning.

圧電体薄膜１４を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶（SiO₂）、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃）、タンタル酸リチウム（LiTaO₃）、四ホウ酸リチウム（Li₂B₄O₇）、酸化亜鉛（ZnO）、ニオブ酸カリウム（KNbO₃）及びランガサイト（La₃Ga₃SiO₁₄）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜１４を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜１４の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上させることができるからである。 As the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 14, a piezoelectric material having desired piezoelectric characteristics can be selected, but quartz (SiO ₂ ), lithium niobate (LiNbO ₃ ), lithium tantalate (LiTaO ₃ ), Select single crystal materials that do not contain grain boundaries such as lithium tetraborate (Li ₂ B ₄ O ₇ ), zinc oxide (ZnO), potassium niobate (KNbO ₃ ) and langasite (La ₃ Ga ₃ SiO ₁₄ ) It is desirable. This is because by using a single crystal material as the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 14, the electromechanical coupling coefficient and the mechanical quality factor of the piezoelectric thin film 14 can be improved.

また、圧電体薄膜１４における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜１４における結晶方位は、圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「０」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。 Further, as the crystal orientation in the piezoelectric thin film 14, a crystal orientation having desired piezoelectric characteristics can be selected. Here, the crystal orientation in the piezoelectric thin film 14 is preferably a crystal orientation in which the temperature characteristics of the resonance frequency and antiresonance frequency of the piezoelectric thin film resonator 1 are favorable, and the crystal orientation in which the frequency temperature coefficient is “0”. Is more desirable.

圧電体基板の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜１４の品質を向上し、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子１の生産性を向上可能であるとともに、圧電体薄膜１４の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子１の特性を向上可能である。なお、圧電体基板の除去加工のより具体的な方法については、後述する実施例において説明する。 The removal processing of the piezoelectric substrate is performed by mechanical processing such as cutting, grinding and polishing, and chemical processing such as etching. Here, if a plurality of removal processing methods are combined and the piezoelectric substrate is removed while switching the removal processing method step by step from the removal processing method with a high processing speed to the removal processing method with a small process alteration occurring on the processing target. The quality of the piezoelectric thin film 14 can be improved and the characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 can be improved while maintaining high productivity. For example, after performing grinding in which a piezoelectric substrate is brought into contact with fixed abrasive grains and polishing in which a piezoelectric substrate is brought into contact with loose abrasive grains in order, a work-affected layer generated on the piezoelectric substrate by the polishing is finished and polished. If it removes by this, the speed at which the piezoelectric substrate is cut can be increased, the productivity of the piezoelectric thin film resonator 1 can be improved, and the quality of the piezoelectric thin film 14 can be improved, whereby the piezoelectric thin film resonator 1 is improved. The characteristics can be improved. Note that a more specific method of removing the piezoelectric substrate will be described in an example described later.

このような圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１４をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜１４を構成する圧電材料や圧電体薄膜１４における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜１４を構成する圧電材料や圧電体薄膜１４における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子１では、所望の特性を実現することが容易になっている。 In such a piezoelectric thin film resonator 1, unlike the case where the piezoelectric thin film 14 is formed by sputtering or the like, the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 14 and the crystal orientation in the piezoelectric thin film 14 are not subject to the restrictions of the base. The degree of freedom in selecting the crystal orientation of the piezoelectric material and the piezoelectric thin film 14 constituting the piezoelectric thin film 14 is high. Therefore, the piezoelectric thin film resonator 1 can easily achieve desired characteristics.

圧電体薄膜１４の上面は、平坦となっているが、下面は、円柱形状の陥没（凹部又は掘り込み）１４９が形成され、非平坦となっている（図２（４）参照）。陥没１４９は、上面電極１５１及び下面電極１３１が対向する励振領域１４１に形成されており、励振領域１４１における圧電体薄膜１４の膜厚は非励振領域１４２よりも薄くなっている。このような圧電体薄膜１４の膜厚の不均一性により、圧電薄膜共振子１においては、励振領域１４１の外部への弾性波の伝播が妨げられ、励振領域１４１へのエネルギー閉じ込めを実現することができるので、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなっている。 The upper surface of the piezoelectric thin film 14 is flat, but a cylindrical depression (recess or digging) 149 is formed on the lower surface and is not flat (see FIG. 2 (4)). The depression 149 is formed in the excitation region 141 where the upper surface electrode 151 and the lower surface electrode 131 face each other, and the film thickness of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 is thinner than that of the non-excitation region 142. Due to the non-uniformity of the film thickness of the piezoelectric thin film 14, in the piezoelectric thin film resonator 1, propagation of the elastic wave to the outside of the excitation region 141 is hindered, and energy confinement in the excitation region 141 is realized. Therefore, the frequency impedance characteristic is less susceptible to spurious.

なお、圧電体薄膜１４の、支持基板１１に面する下面に陥没１４９を形成すれば、圧電体基板の除去加工後に陥没１４９を形成する必要がないので、圧電薄膜共振子１の損傷を回避しやすいという利点がある。ただし、このことは、圧電体薄膜１４の上面に陥没を形成することを妨げるものではない。 If the depression 149 is formed on the lower surface of the piezoelectric thin film 14 facing the support substrate 11, it is not necessary to form the depression 149 after the removal of the piezoelectric substrate, thereby avoiding damage to the piezoelectric thin film resonator 1. There is an advantage that it is easy. However, this does not prevent the formation of a depression on the upper surface of the piezoelectric thin film 14.

ここで、圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくするためには、励振領域１４１における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と非励振領域１４２における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量との差が、励振領域１４１における、圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と励振電極（上面電極１５１及び下面電極１３１）の単位面積あたりの質量との和の０．１％以上２０％以下とすることが望ましく、１％以上１０％以下とすることがさらに望ましい。なぜならば、励振領域１４１と非励振領域１４２との段差が小さくなりすぎると、質量効果によるエネルギー閉じ込めが不十分になり、圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けやすくなるからであり、励振領域１４１と非励振領域１４２との段差が大きくなりすぎると、励振領域１４１と非励振領域１４２との境界が実質的に固定端となり、過剰なエネルギー閉じ込めにより圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性がかえってスプリアスの影響を受けやすくなるからである。 Here, in order to make the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator 1 less susceptible to spurious effects, the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 and the unit of the piezoelectric thin film 14 in the non-excitation region 142. The difference from the mass per area is 0.1% of the sum of the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 and the mass per unit area of the excitation electrode (upper surface electrode 151 and lower surface electrode 131) in the excitation region 141. The content is preferably 20% or less and more preferably 1% or more and 10% or less. This is because if the step between the excitation region 141 and the non-excitation region 142 becomes too small, energy confinement due to the mass effect becomes insufficient, and the frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 are likely to be affected by spurious. If the step between the excitation region 141 and the non-excitation region 142 becomes too large, the boundary between the excitation region 141 and the non-excitation region 142 becomes a substantially fixed end, and the frequency of the piezoelectric thin film resonator 1 due to excessive energy confinement. This is because the impedance characteristic is more susceptible to spurious effects.

ここで、圧電体薄膜１４は、励振領域１４１より若干大きな陥没１１１により、励振領域１４１を内包する領域（以下、「離隔領域」）１４４の外側で支持基板１１に支持され、離隔領域１４４が支持基板１１から離隔されている。すなわち、圧電薄膜共振子１では、励振領域１４１の外郭は離隔領域１４４の内部にあり、実質的に固定端として機能する離隔領域１４４の外郭における弾性波の反射に起因するスプリアスが周波数インピーダンス特性に影響を与えることを防止し、支持基板１１による支持の影響を回避している。 Here, the piezoelectric thin film 14 is supported by the support substrate 11 outside the region (hereinafter referred to as “separation region”) 144 containing the excitation region 141 by the depression 111 slightly larger than the excitation region 141, and the separation region 144 is supported by the support substrate 11. It is separated from the substrate 11. That is, in the piezoelectric thin film resonator 1, the outline of the excitation region 141 is inside the separation region 144, and spurious due to the reflection of the elastic wave in the outer portion of the separation region 144 that substantially functions as a fixed end is in the frequency impedance characteristic. The influence is prevented, and the influence of the support by the support substrate 11 is avoided.

○上面電極及び下面電極；
上面電極１５及び下面電極１３は、導電材料を成膜することにより得られた導電体薄膜である。 ○ Top and bottom electrodes;
The upper surface electrode 15 and the lower surface electrode 13 are conductive thin films obtained by forming a conductive material.

上面電極１５及び下面電極１３の膜厚は、圧電体薄膜１４への密着性、電気抵抗及び耐電力等を考慮して決定される。なお、圧電体薄膜１４の音速や膜厚のばらつきに起因する圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数のばらつきを抑制するため、上面電極１５及び下面電極１３の膜厚を適宜調整するようにしてもよい。 The film thicknesses of the upper surface electrode 15 and the lower surface electrode 13 are determined in consideration of adhesion to the piezoelectric thin film 14, electrical resistance, power resistance, and the like. In order to suppress variations in the resonance frequency and anti-resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator 1 due to variations in the sound velocity and film thickness of the piezoelectric thin film 14, the film thicknesses of the upper surface electrode 15 and the lower surface electrode 13 are appropriately adjusted. It may be.

上面電極１５及び下面電極１３を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）、金（Au）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、タングステン(W)及びタンタル（Ta）等の金属から選択することが望ましい。もちろん、上面電極１５及び下面電極１３を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、上面電極１５及び下面電極１３を形成してもよい。 The conductive material constituting the upper surface electrode 15 and the lower surface electrode 13 is not particularly limited, but aluminum (Al), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), nickel It is desirable to select from metals such as (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W) and tantalum (Ta). Of course, an alloy may be used as the conductive material constituting the upper electrode 15 and the lower electrode 13. Alternatively, the upper electrode 15 and the lower electrode 13 may be formed by stacking a plurality of types of conductive materials.

図１及び図２に示すように、上面電極１５及び下面電極１３のうち、上面電極１５１及び下面電極１３１は、励振信号が印加される励振電極となっており、振動が励振される円形（典型的には、直径が３０μｍ〜３００μｍの円形）の励振領域１４１において、圧電体薄膜１４を挟んで対向している。圧電体薄膜１４の上面に形成された上面電極１５１は、励振領域１４１から−Ｘ方向に引き出され、その先端は外部配線の接続用のパット１５１Ｐとなっている。また、圧電体薄膜１４の下面に形成された下面電極１３１は、励振領域１４１から上面電極１５１とは逆の＋Ｘ方向に引き出され、その先端は外部配線の接続用のパット１３１Ｐとなっている。なお、圧電薄膜共振子１では、パット１３１Ｐへの外部配線の接続を可能ならしめるために、パット１３１Ｐの近傍の圧電体薄膜１４（図１において点線で図示した部分）が除去され、パット１３１Ｐが露出した状態となっている。このような上面電極１５１及び下面電極１３１により、圧電薄膜共振子１では、パット１５１Ｐ及び１３１Ｐを介して上面電極１５１及び下面電極１３１に励振信号が印加されると、上面電極１５１と下面電極１３１とが対向する励振領域１４１において圧電体薄膜１４の内部に電界Ｅが発生し、励振領域１４１に振動が励振される。 As shown in FIGS. 1 and 2, of the top electrode 15 and the bottom electrode 13, the top electrode 151 and the bottom electrode 131 are excitation electrodes to which an excitation signal is applied, and are circular in which vibration is excited (typically Specifically, the excitation regions 141 having a diameter of 30 μm to 300 μm are opposed to each other with the piezoelectric thin film 14 interposed therebetween. The upper surface electrode 151 formed on the upper surface of the piezoelectric thin film 14 is drawn out from the excitation region 141 in the −X direction, and the tip thereof is a pad 151P for connecting external wiring. The lower surface electrode 131 formed on the lower surface of the piezoelectric thin film 14 is drawn out from the excitation region 141 in the + X direction opposite to the upper surface electrode 151, and the tip thereof is a pad 131P for connecting external wiring. In the piezoelectric thin film resonator 1, the piezoelectric thin film 14 (portion shown by a dotted line in FIG. 1) in the vicinity of the pad 131P is removed to make it possible to connect the external wiring to the pad 131P. It is in an exposed state. With the upper surface electrode 151 and the lower surface electrode 131, when an excitation signal is applied to the upper surface electrode 151 and the lower surface electrode 131 via the pads 151 </ b> P and 131 </ b> P in the piezoelectric thin film resonator 1, In the excitation region 141 facing each other, an electric field E is generated inside the piezoelectric thin film 14, and vibration is excited in the excitation region 141.

加えて、圧電薄膜共振子１においては、圧電体薄膜１４の上面の、励振電極となる上面電極１５１が形成されていない領域にも、上面電極１５１との間の間隙及び圧電体薄膜１４の縁辺を除くほぼ全面に、励振信号が印加されない上面電極１５２が形成されている。同様に、圧電体薄膜１４の下面の、励振電極となる下面電極１３１が形成されていない領域にも、下面電極１３１との間の間隙及び圧電体薄膜１４の縁辺を除くほぼ全面に、励振信号が印加されない下面電極１３２が形成されている。この上面電極１５２及び下面電極１３２により、圧電薄膜共振子１では、励振領域１４１以外の非励振領域１４２において圧電体薄膜１４の内部に発生する電界を抑制することができるようになっている。これにより、圧電薄膜共振子１では、期待しないモードの振動（ここでは、厚み縦振動以外の振動）を抑制することができ、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなっている。 In addition, in the piezoelectric thin film resonator 1, the gap between the upper surface electrode 151 and the edge of the piezoelectric thin film 14 are also formed on the upper surface of the piezoelectric thin film 14 in the region where the upper surface electrode 151 serving as the excitation electrode is not formed. An upper surface electrode 152 to which no excitation signal is applied is formed on almost the entire surface excluding. Similarly, in the region where the lower electrode 131 serving as the excitation electrode is not formed on the lower surface of the piezoelectric thin film 14, the excitation signal is also applied to almost the entire surface except for the gap between the lower electrode 131 and the edge of the piezoelectric thin film 14. A bottom electrode 132 to which no is applied is formed. With the upper surface electrode 152 and the lower surface electrode 132, the piezoelectric thin film resonator 1 can suppress the electric field generated in the piezoelectric thin film 14 in the non-excitation region 142 other than the excitation region 141. Thereby, in the piezoelectric thin film resonator 1, vibration of an unexpected mode (here, vibration other than thickness longitudinal vibration) can be suppressed, and the frequency impedance characteristic is less susceptible to spurious.

ここで、上面電極１５２及び下面電極１３２は、圧電体薄膜１４の端面の短絡部１４３において短絡されている。このため、圧電薄膜共振子１では、短絡された上面電極１５２及び下面電極１３２が圧電体薄膜１４を挟んで対向している領域において、圧電体薄膜１４の上面及び下面の間の電位差がなくなり、圧電体薄膜１４の内部に発生する厚み方向の電界が抑制されることになり、期待しないモードの振動をさらに抑制することができ、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響をさらに受けにくくなっている。 Here, the upper surface electrode 152 and the lower surface electrode 132 are short-circuited at the short-circuit portion 143 on the end surface of the piezoelectric thin film 14. Therefore, in the piezoelectric thin film resonator 1, there is no potential difference between the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film 14 in the region where the shorted upper electrode 152 and the lower electrode 132 face each other with the piezoelectric thin film 14 in between. The electric field in the thickness direction generated inside the piezoelectric thin film 14 is suppressed, vibration of an unexpected mode can be further suppressed, and the frequency impedance characteristic is further less affected by spurious.

なお、上面電極１５２及び下面電極１３２を接地してやれば、上面電極１５２及び下面電極１３２が形成されている領域において、圧電体薄膜１４の上面及び下面の電位がゼロに固定され、圧電薄膜共振子１における浮遊容量の影響が小さくなるので、上面電極１５及び下面電極１３は接地することが望ましい。 If the upper surface electrode 152 and the lower surface electrode 132 are grounded, the potentials of the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film 14 are fixed to zero in the region where the upper surface electrode 152 and the lower surface electrode 132 are formed, and the piezoelectric thin film resonator 1 Therefore, it is desirable that the upper electrode 15 and the lower electrode 13 are grounded.

以下では、本発明の望ましい実施形態に係る実施例１及び実施例２と本発明の範囲外の比較例とについて説明する。 Below, the Example 1 and Example 2 which concern on desirable embodiment of this invention, and the comparative example outside the range of this invention are demonstrated.

［実施例１］
実施例１では、支持基板１１及び圧電体薄膜１４を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層１２を構成する材料としてエポキシ接着剤、下面電極１３を構成する導電材料としてモリブデン及びタンタル、上面電極１５を構成する導電材料としてクロム及び金を用いて圧電薄膜共振子１を作製した。 [Example 1]
In Example 1, a single crystal of lithium niobate is used as the piezoelectric material constituting the support substrate 11 and the piezoelectric thin film 14, an epoxy adhesive is used as the material constituting the adhesive layer 12, and molybdenum and tantalum are used as the conductive materials constituting the bottom electrode 13. Then, the piezoelectric thin film resonator 1 was manufactured using chromium and gold as the conductive material constituting the upper surface electrode 15.

なお、実施例１の圧電薄膜共振子１は、図３の断面図に示すように、製造原価の低減のために、多数の圧電薄膜共振子１を一体化した集合体Ｕを作製した後に、集合体Ｕをダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離することによって得られている。なお、図４には、３個の圧電薄膜共振子１が集合体Ｕに含まれる例が示されているが、集合体Ｕに含まれる圧電薄膜共振子１の数は、４個以上であってもよく、典型的に言えば、集合体Ｕには、数１００個〜数１０００個の圧電薄膜共振子１が含まれる。 In addition, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the piezoelectric thin film resonator 1 of Example 1 was manufactured after the assembly U in which many piezoelectric thin film resonators 1 were integrated in order to reduce the manufacturing cost. It is obtained by cutting the assembly U with a dicing saw and separating it into individual piezoelectric thin film resonators 1. FIG. 4 shows an example in which three piezoelectric thin film resonators 1 are included in the assembly U, but the number of piezoelectric thin film resonators 1 included in the assembly U is four or more. Typically, the assembly U includes several hundred to several thousand piezoelectric thin film resonators 1.

以下では、便宜上、集合体Ｕに含まれる１個の圧電薄膜共振子１に着目して説明を進めるが、集合体に含まれる他の圧電薄膜共振子１も着目した圧電薄膜共振子１と同時平行して製造されている。 In the following, for the sake of convenience, the description will be focused on one piezoelectric thin film resonator 1 included in the assembly U. However, other piezoelectric thin film resonators 1 included in the assembly are also simultaneously focused on the piezoelectric thin film resonator 1 focused on. Manufactured in parallel.

続いて、図４及び図５を参照しながら、実施例１の圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｆ）及び図５（Ｇ）〜図５（Ｉ）は、図１のB-Bの切断面における製造途上の圧電薄膜共振子１の断面図となっている。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1 of Example 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4A to 4F and FIGS. 5G to 5I are cross-sectional views of the piezoelectric thin-film resonator 1 in the process of being manufactured at the BB cut surface of FIG. .

圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、最初に、厚み０．５ｍｍ、直径３インチのニオブ酸リチウムの単結晶の円形ウエハ（３６度カットＹ板）を支持基板１１及び圧電体基板１７として準備した。 In manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1, first, a lithium niobate single crystal circular wafer (36 ° cut Y plate) having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 3 inches was prepared as the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 17. .

そして、陥没１１１を形成すべき領域が開口部となっているマスク（クロム膜と金膜とからなる積層膜）Ｍ１を支持基板１１の上面に形成し（図４（Ａ））、温度６０℃の１：１バッファードフッ酸（以下、「ＢＨＦ」）溶液に支持基板１１を浸漬することにより、陥没１１１が形成された支持基板１１を得た（図４（Ｂ））。 Then, a mask (laminated film made of a chromium film and a gold film) M1 in which an area where the depression 111 is to be formed is an opening is formed on the upper surface of the support substrate 11 (FIG. 4A), and the temperature is 60 ° C. The support substrate 11 in which the depression 111 was formed was obtained by immersing the support substrate 11 in a 1: 1 buffered hydrofluoric acid (hereinafter, “BHF”) solution (FIG. 4B).

同様に、陥没１４９を形成すべき領域が開口部となっているマスク（クロム膜と金膜とからなる積層膜）Ｍ２を圧電体基板１７の下面に形成し（図４（Ｃ））、ＢＨＦ溶液に圧電体基板１７を浸漬することにより、０．１５μｍの深さの陥没１４９が形成された圧電体基板１７を得た（図４（Ｄ））。 Similarly, a mask (laminated film made of a chromium film and a gold film) M2 in which an area where the depression 149 is to be formed is an opening is formed on the lower surface of the piezoelectric substrate 17 (FIG. 4C), and BHF By immersing the piezoelectric substrate 17 in the solution, a piezoelectric substrate 17 having a depression 149 with a depth of 0.15 μm was obtained (FIG. 4D).

その後、圧電体基板１７の下面に、厚さ０．０５７μｍのモリブデン膜と厚さ０．０２μｍのタンタル膜とをスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより、図２（２）に示すパターンを有する下面電極１３を得た（図４（Ｅ））。 Thereafter, a molybdenum film having a thickness of 0.057 μm and a tantalum film having a thickness of 0.02 μm are formed on the lower surface of the piezoelectric substrate 17 by sputtering, and the lower surface having the pattern shown in FIG. An electrode 13 was obtained (FIG. 4E).

続いて、支持基板１１の上面に接着層１２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板１１の上面と、圧電体基板１７の下面とを張り合わせた。そして、支持基板１１及び圧電体基板１７に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層１２の厚みを０．５μｍとした。しかる後に、張り合わせた支持基板１１及び圧電体基板１７を２００℃の環境下で１時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板１１と圧電体基板１７とを接着した（図４（Ｆ））。 Subsequently, an epoxy adhesive serving as the adhesive layer 12 was applied to the upper surface of the support substrate 11, and the upper surface of the support substrate 11 and the lower surface of the piezoelectric substrate 17 were bonded together. Then, pressure was applied to the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 17 to perform press-bonding, and the thickness of the adhesive layer 12 was set to 0.5 μm. Thereafter, the bonded support substrate 11 and piezoelectric substrate 17 were allowed to stand in an environment of 200 ° C. for 1 hour to cure the epoxy adhesive, thereby bonding the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 17 (FIG. 4F). ).

支持基板１１と圧電体基板１７との接着が完了した後、圧電体基板１７を支持基板１１に接着した状態を維持したまま、支持基板１１の下面を炭化ケイ素（SiC）で作製した研磨治具に固定し、圧電体基板１７の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板１７の厚さを５０μｍまで薄肉化した。さらに、圧電体基板１７の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板１７の厚さを２μｍまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板１７に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板１７の仕上げ研磨を行い、非励振領域１４２における厚さが１．１５μｍであり、励振領域１４１における厚さが１μｍの圧電体薄膜１４を得た（図５（Ｇ））。 After the bonding between the support substrate 11 and the piezoelectric substrate 17 is completed, a polishing jig in which the lower surface of the support substrate 11 is made of silicon carbide (SiC) while maintaining the state where the piezoelectric substrate 17 is bonded to the support substrate 11. The upper surface of the piezoelectric substrate 17 was ground with a fixed abrasive grinder to reduce the thickness of the piezoelectric substrate 17 to 50 μm. Furthermore, the upper surface of the piezoelectric substrate 17 was polished with diamond abrasive grains, and the thickness of the piezoelectric substrate 17 was reduced to 2 μm. Finally, in order to remove the work-affected layer generated on the piezoelectric substrate 17 by the polishing process using diamond abrasive grains, the piezoelectric substrate 17 is subjected to final polishing using loose abrasive grains and a non-woven cloth polishing pad. A piezoelectric thin film 14 having a thickness in the excitation region 142 of 1.15 μm and a thickness in the excitation region 141 of 1 μm was obtained (FIG. 5G).

続いて、圧電体薄膜１４の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、厚さ０．０２μｍのクロム膜と厚さ０．０５１５μｍの金膜とをスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより、図２（１）に示すパターンを有する上面電極１５を得た（図５（Ｈ））。 Subsequently, the upper surface (polished surface) of the piezoelectric thin film 14 is washed with an organic solvent, and a chromium film having a thickness of 0.02 μm and a gold film having a thickness of 0.0515 μm are formed by sputtering. A top electrode 15 having a pattern shown in 2 (1) was obtained (FIG. 5H).

さらに、圧電体薄膜１４の、下面電極１３１のパット１３１Ｐを被覆する部分をフッ酸によるエッチングで除去し、パット１３１Ｐが露出された圧電薄膜共振子１を得た（図５（Ｉ））。 Further, the portion of the piezoelectric thin film 14 covering the pad 131P of the lower surface electrode 131 was removed by etching with hydrofluoric acid to obtain the piezoelectric thin film resonator 1 in which the pad 131P was exposed (FIG. 5 (I)).

このようにして得られた圧電薄膜共振子１について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図６に示す波形が得られた。 When the frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 thus obtained were evaluated using a network analyzer and a prober, the waveform shown in FIG. 6 was obtained.

なお、モリブデン、タンタル、ニオブ酸リチウム、クロム及び金の比重は、それぞれ、１０.２、１６．６、４．６４、７．２及び１９．４ｇ／ｃｍ³であるから、実施例１の圧電薄膜共振子１では、励振領域１４１及び非励振領域１４２における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量の差は、０．６９６×１０^-12ｇ／ｍ²（=0.15μm×4.64g/cm³）であり、励振領域１４１における、圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と励振電極の単位面積あたりの質量との和６．６９×１０^-12ｇ／ｍ²（=0.57μm×10.2g/cm³＋0.02μm×16.6g/cm³＋1μm×4.64g/cm³＋0.02μm×7.2g/cm³＋0.0515μm×19.4g/cm³）の１０．４％となっている。 The specific gravity of molybdenum, tantalum, lithium niobate, chromium, and gold is 10.2, 16.6, 4.64, 7.2, and 19.4 g / cm ³ , respectively. In the thin film resonator 1, the mass difference per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 and the non-excitation region 142 is 0.696 × 10 ⁻¹² g / m ² (= 0.15 μm × 4.64 g / cm ^3). ), And the sum of the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 and the mass per unit area of the excitation electrode in the excitation region 141 is 6.69 × 10 ⁻¹² g / m ² (= 0.57 μm × 10.2 g / ^{cm 3 + 0.02μm × 16.6g / cm} 3 + 1μm × 4.64g / cm 3 + 0.02μm × 7.2g / cm 3 + 0.0515μm × 19.4g / cm 3) has a 10.4% of.

［実施例２］
実施例２では、圧電体薄膜１４の、非励振領域１４２における厚さを１．０９４μｍとし、励振領域１４１における厚さを１μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子１を製造した。このようにして得られた圧電薄膜共振子１について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて、周波数インピーダンス特性を評価したところ、図７に示す波形が得られた。 [Example 2]
In the second embodiment, the piezoelectric thin film resonator has the same procedure as that of the first embodiment except that the thickness of the piezoelectric thin film 14 in the non-excitation region 142 is 1.094 μm and the thickness in the excitation region 141 is 1 μm. 1 was produced. When the frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 thus obtained were evaluated using a network analyzer and a prober, the waveform shown in FIG. 7 was obtained.

なお、実施例２の圧電薄膜共振子１では、励振領域１４１及び非励振領域１４２における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量の差は、０．４３６×１０^-12ｇ／ｍ²（=0.094μm×4.64g/cm³）であり、励振領域１４１における、圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と励振電極の単位面積あたりの質量との和６．６９×１０^-12ｇ／ｍ²（=0.57μm×10.2g/cm³＋0.02μm×16.6g/cm³＋1μm×4.64g/cm³＋0.02μm×7.2g/cm³＋0.0515μm×19.4g/cm³）の６．５％となっている。 In the piezoelectric thin film resonator 1 of Example 2, the difference in mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 and the non-excitation region 142 is 0.436 × 10 ⁻¹² g / m ² (= 0.094). μm × 4.64 g / cm ³ ), and the sum of the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 and the mass per unit area of the excitation electrode in the excitation region 141 is 6.69 × 10 ⁻¹² g / m ² ( ^{= 0.57μm × 10.2g / cm 3 +} 0.02μm × 16.6g / cm 3 + 1μm × 4.64g / cm 3 + 0.02μm × 7.2g / cm 3 + 0.0515μm × 19.4g / cm 3) 6.5% of the It has become.

［比較例］
比較例では、圧電体薄膜１４の下面を平坦とし、陥没を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子を製造した。このようにして得られた圧電薄膜共振子について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて、周波数インピーダンス特性を評価したところ、図８に示す波形が得られた。 [Comparative example]
In the comparative example, a piezoelectric thin film resonator was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the lower surface of the piezoelectric thin film 14 was flat and no depression was formed. When the frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator thus obtained were evaluated using a network analyzer and a prober, the waveform shown in FIG. 8 was obtained.

［実施例１〜２及び比較例の対比］
実施例１〜２及び比較例から明らかなように、圧電薄膜共振子１において、励振領域１４１における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量を軽くする陥没１４９を形成することにより、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなり、共振抵抗の上昇を回避できている。特に、実施例２に示すように、励振領域１４１及び非励振領域１４２における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量の差が、励振領域１４１における、圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と励振電極の単位面積あたりの質量との和の１％以上１０％以下となるようにすれば、特に効果的にスプリアスを抑制することができる。 [Contrast of Examples 1-2 and Comparative Example]
As is apparent from Examples 1 and 2 and the comparative example, in the piezoelectric thin film resonator 1, by forming the depression 149 that reduces the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141, the frequency impedance characteristic is improved. It is less susceptible to spurious effects and avoids an increase in resonance resistance. In particular, as shown in Example 2, the difference in mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 and the non-excitation region 142 indicates that the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 and the excitation in the excitation region 141. Spurious can be suppressed particularly effectively if the sum is 1% or more and 10% or less of the sum of the mass per unit area of the electrode.

なお、陥没１４９によるスプリアスの抑制効果は、実施例１〜２で述べた特定の材料と膜厚の組み合わせの場合のみでなく、他の材料と膜厚の組み合わせにおいても得ることができる。また、陥没によるスプリアスの抑制効果は、材料と膜厚の組み合わせに関わらず、励振領域１４１及び非励振領域１４２における圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量の差と、圧電体薄膜１４の単位面積あたりの質量と励振電極の単位面積あたりの質量との和との比によって決定されることがわかった。 The effect of suppressing spurious due to the depression 149 can be obtained not only in the case of the combination of the specific material and film thickness described in Examples 1 and 2, but also in the combination of another material and the film thickness. In addition, the spurious suppression effect due to the depression is the difference between the mass per unit area of the piezoelectric thin film 14 in the excitation region 141 and the non-excitation region 142 and the unit area of the piezoelectric thin film 14 regardless of the combination of the material and the film thickness. It was found to be determined by the ratio of the mass per unit area to the sum of the mass per unit area of the excitation electrode.

＜変形例＞
上述の説明では、単数の圧電薄膜共振子からなる圧電薄膜デバイスについて説明を行ったが、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的に言えば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を含んでいる。 <Modification>
In the above description, a piezoelectric thin film device composed of a single piezoelectric thin film resonator has been described. Generally speaking, a piezoelectric thin film device in the present invention is a piezoelectric thin film including one or more piezoelectric thin film resonators. The term “device” generally means an oscillator and a trap including a single piezoelectric thin film resonator, and a filter, a duplexer, a triplexer and a trap including a plurality of piezoelectric thin film resonators.

また、上述の説明では、圧電体薄膜に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した圧電薄膜共振子について説明したが、厚み縦振動以外のモード、例えば、厚みすべり振動等も利用可能である。 In the above description, the piezoelectric thin film resonator using the electrical response due to the thickness longitudinal vibration excited by the piezoelectric thin film has been described. However, modes other than the thickness longitudinal vibration, such as thickness shear vibration, can also be used. It is.

さらに、上述の説明では励振領域が円形であるとして説明を進めたが、励振領域は円形に制限されず、他の形状（例えば、多角形）であってもよい。なお、励振領域を多角形とする場合、多角形の最長の対角線の長さは、典型的には、３０μｍ〜３００μｍである。 Further, in the above description, the description has been made on the assumption that the excitation region is circular. However, the excitation region is not limited to a circle, and may be another shape (for example, a polygon). In addition, when making an excitation area | region into a polygon, the length of the longest diagonal of a polygon is typically 30 micrometers-300 micrometers.

本発明の望ましい実施形態に係る圧電薄膜共振子１の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a piezoelectric thin film resonator 1 according to a preferred embodiment of the present invention. 上方から見た場合の上面電極１５、下面電極１３及び付加膜１６のパターン並びに図１のA-A及びB-Bの切断線における圧電薄膜共振子１の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the piezoelectric thin film resonator 1 in the cutting plane of AA and BB of FIG. 1, and the pattern of the upper surface electrode 15, the lower surface electrode 13, and the additional film | membrane 16 when it sees from upper direction. 多数の圧電薄膜共振子１を一体化した集合体Ｕを切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離する様子を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which an assembly U in which a large number of piezoelectric thin film resonators 1 are integrated is cut into individual piezoelectric thin film resonators 1; 圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1. 圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the piezoelectric thin film resonator 1. 実施例１の圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 of Example 1. 実施例２の圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性を示す図である。6 is a diagram showing frequency impedance characteristics of the piezoelectric thin film resonator 1 of Example 2. FIG. 比較例の圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency impedance characteristic of the piezoelectric thin film resonator of a comparative example.

Explanation of symbols

１圧電薄膜共振子
１１支持基板
１２接着層
１３下面電極
１４圧電体薄膜
１５上面電極
１６付加膜
１７圧電体基板
１４１励振領域
１４２非励振領域
１４４離隔領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric thin film resonator 11 Support substrate 12 Adhesive layer 13 Lower surface electrode 14 Piezoelectric thin film 15 Upper surface electrode 16 Additional film 17 Piezoelectric substrate 141 Excitation area 142 Non-excitation area 144 Separation area

Claims

A piezoelectric thin film device including one or more piezoelectric thin film resonators,
A piezoelectric thin film thickness in the excitation region energy that is trapped is thinner than the non-excitation region by energy trapping frequency elevation thickness vibration is excited,
A support for supporting the piezoelectric thin film in a state in which the region is separated from the outside of the region including the excitation region of the piezoelectric thin film;
A first electrode film and a second electrode to which an excitation signal is applied are formed on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric thin film so as to face each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween in the excitation region. Electrode film,
Formed in a region of the first main surface where the first electrode film is not formed and a region of the second main surface where the second electrode film is not formed, and sandwiching the piezoelectric thin film A third electrode film and a fourth electrode film that are opposed to each other, short-circuited, and to which no excitation signal is applied,
An adhesive layer made of an organic adhesive that adheres the piezoelectric thin film and the support outside the region;
Equipped with a,
The difference between the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region and the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the non-excitation region is the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region. and the first electrode film and the piezoelectric thin film device, wherein 20% or less der Rukoto least 0.1% of the sum of the mass per unit area of the second electrode film.

The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein
A piezoelectric thin film device in which a piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film is lithium niobate.

The piezoelectric thin film device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric thin film has a non-uniform thickness by making one main surface facing the support non-flat and making the other main surface flat. Thin film device.

The piezoelectric thin film device according to any one of claims 1 to 3,
The difference between the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region and the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the non-excitation region is the mass per unit area of the piezoelectric thin film in the excitation region. And 1% or more and 10% or less of the sum of the mass per unit area of the first electrode film and the second electrode film.