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JP5040403B2 - Piezoelectric thin film vibration device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP5040403B2 - Piezoelectric thin film vibration device and manufacturing method thereof - Google Patents

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

Description

本発明は、支持基板上に空隙を隔てて浮かされた薄膜振動体を有する圧電薄膜振動装置に関し、より詳細には、薄膜積層体からなる薄膜振動体の形状が改良された圧電薄膜振動装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric thin film vibration device having a thin film vibration body that is floated on a support substrate with a gap therebetween, and more specifically, a piezoelectric thin film vibration device having an improved shape of a thin film vibration body made of a thin film laminate, and the same It relates to a manufacturing method.

従来、発振器や共振器を構成するのに、圧電薄膜を利用した圧電薄膜共振子が知られている。圧電薄膜共振子では、圧電薄膜を用いた薄膜振動体が支持基板上から間隙を隔てて浮かされた状態で配置されている。従って、圧電セラミックチップなどを用いた圧電共振子に比べて、高周波化及び薄型化を図ることができる。   Conventionally, a piezoelectric thin film resonator using a piezoelectric thin film is known to constitute an oscillator or a resonator. In the piezoelectric thin film resonator, a thin film vibrating body using a piezoelectric thin film is arranged in a state of being floated with a gap from the support substrate. Therefore, compared with a piezoelectric resonator using a piezoelectric ceramic chip or the like, it is possible to achieve a higher frequency and a thinner thickness.

この種の圧電薄膜を用いた圧電薄膜振動装置の一例が、下記の特許文献1に開示されている。図14は、特許文献1に開示されている圧電薄膜振動装置を示す斜視図である。   An example of a piezoelectric thin film vibration device using this type of piezoelectric thin film is disclosed in Patent Document 1 below. FIG. 14 is a perspective view showing a piezoelectric thin film vibration device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

圧電薄膜振動装置501は、支持基板502を有する。支持基板502の上面から間隔を隔てて浮かされた状態で、矩形の平面形状を有する薄膜振動体503が配置されている。薄膜振動体503は、Siからなるベース504と、ベース504上に積層された下部電極505と、下部電極505上に積層された圧電薄膜506と、圧電薄膜506上に積層された上部電極507とを有する。   The piezoelectric thin film vibration device 501 has a support substrate 502. A thin-film vibrating body 503 having a rectangular planar shape is disposed in a state of being floated from the upper surface of the support substrate 502 at a distance. The thin film vibrator 503 includes a base 504 made of Si, a lower electrode 505 stacked on the base 504, a piezoelectric thin film 506 stacked on the lower electrode 505, and an upper electrode 507 stacked on the piezoelectric thin film 506. Have

図14では、ベース504及び圧電薄膜506などは比較的厚く図示されているが、実際には、0.1〜10μm程度の膜厚を有する薄膜である。すなわち、薄膜振動体は、複数の薄膜を積層した構造を有する。なお、圧電薄膜506は、下部電極505及び上部電極507から交番電圧を印加した場合に、拡がり振動モードで振動するように分極している。すなわち、上記薄膜振動体503は、矩形の平面形状の振動体の拡がり振動モードを利用した圧電共振子である。   In FIG. 14, the base 504, the piezoelectric thin film 506, and the like are shown to be relatively thick, but actually, they are thin films having a film thickness of about 0.1 to 10 μm. That is, the thin film vibrator has a structure in which a plurality of thin films are stacked. The piezoelectric thin film 506 is polarized so as to vibrate in the spreading vibration mode when an alternating voltage is applied from the lower electrode 505 and the upper electrode 507. That is, the thin-film vibrating body 503 is a piezoelectric resonator that uses a spreading vibration mode of a rectangular planar vibrating body.

上記薄膜振動体503を支持基板502の上面から浮かせるために、ベース503の一対の側面が、傾斜支持部508,509にそれぞれ連結されている。傾斜支持部508,509の外側端部は、支持基板502上に固定された支持部510,511に連結されている。   In order to float the thin film vibrator 503 from the upper surface of the support substrate 502, a pair of side surfaces of the base 503 are connected to inclined support portions 508 and 509, respectively. The outer ends of the inclined support portions 508 and 509 are connected to support portions 510 and 511 fixed on the support substrate 502.

他方、下記の特許文献2には、図15に示す圧電薄膜共振子及びその製造方法が開示されている。ここでは、圧電薄膜共振子601は、支持基板602上において、空隙603を介して浮かされた薄膜振動体604を有する。薄膜振動体604は、圧電薄膜605と、圧電薄膜605の下面に積層された下部電極606と、上面に設けられた上部電極607とを有する。圧電薄膜605が、下部電極606及び上部電極607で挟まれた部分が圧電効果により共振する共振部分となる。   On the other hand, the following Patent Document 2 discloses a piezoelectric thin film resonator and a manufacturing method thereof shown in FIG. Here, the piezoelectric thin film resonator 601 includes a thin film vibrating body 604 that is floated via a gap 603 on a support substrate 602. The thin-film vibrating body 604 includes a piezoelectric thin film 605, a lower electrode 606 stacked on the lower surface of the piezoelectric thin film 605, and an upper electrode 607 provided on the upper surface. The portion of the piezoelectric thin film 605 sandwiched between the lower electrode 606 and the upper electrode 607 is a resonance portion that resonates due to the piezoelectric effect.

下部電極606の下面には、誘電体膜608が設けられている。圧電薄膜共振子601の製造に際しては、先ず支持基板上の空隙603が配置される位置に犠牲層を形成する。次に、上記誘電体膜608、下部電極606、圧電薄膜605及び上部電極607を、それぞれ、薄膜形成法により順次形成し、しかる後、犠牲層を除去している。
特開平8−186467号公報 特開2006−166419号公報
A dielectric film 608 is provided on the lower surface of the lower electrode 606. In manufacturing the piezoelectric thin film resonator 601, first, a sacrificial layer is formed at a position where the gap 603 is disposed on the support substrate. Next, the dielectric film 608, the lower electrode 606, the piezoelectric thin film 605, and the upper electrode 607 are sequentially formed by a thin film forming method, and then the sacrificial layer is removed.
JP-A-8-186467 JP 2006-166419 A

複数の薄膜を薄膜形成方法により順次形成し、積層して薄膜振動体を得た場合、各薄膜は内部応力として面方向の膜応力を有することとなる。すなわち、各薄膜は、膜応力として、面方向において縮もうとする応力、または面方向において拡がろうとする圧縮応力を内部応力として有する。この複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、薄膜振動体が撓むことがあった。   When a plurality of thin films are sequentially formed by a thin film forming method and laminated to obtain a thin film vibrating body, each thin film has a film stress in the plane direction as an internal stress. That is, each thin film has, as a film stress, a stress that tends to shrink in the plane direction or a compressive stress that tries to spread in the plane direction as an internal stress. Due to the relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films, the thin film vibrator may bend.

例えば、圧電共振子601では、誘電体膜608、下部電極606、圧電薄膜605及び上部電極607が引っ張り応力あるいは圧縮応力となる膜応力を有する状態で成膜されることになる。そのため、これらの薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、支持基板602から浮かされて構成されている薄膜振動体604が反ることがあった。特に、薄膜振動体604部分において、中央部分が上方に凸になるように反りが生じた場合、図16に略図的に斜視図で示すように、矩形の薄膜振動体604のコーナー部分が支持基板602に接触することがあった。   For example, in the piezoelectric resonator 601, the dielectric film 608, the lower electrode 606, the piezoelectric thin film 605, and the upper electrode 607 are formed in a state having film stress that becomes tensile stress or compressive stress. For this reason, the thin-film vibrating body 604 that is configured to float from the support substrate 602 may warp due to the relationship between the film stress and the film thickness of these thin films. In particular, in the thin film vibrator 604 portion, when warping occurs so that the central portion is convex upward, the corner portion of the rectangular thin film vibrator 604 is a support substrate as schematically shown in a perspective view in FIG. 602 may come into contact.

また、支持基板602に接触しがちであるが、支持基板602から浮かされていることが必要である薄膜振動体604では、コーナー部分だけでなく、薄膜振動体604の中央部分などの他の部分についても、支持基板602に接触されてはならない。圧電薄膜振動体604が支持基板602に接触すると、拡がり振動モードを利用した振動特性や電気的特性が大きく損なわれることになる。   In addition, in the thin film vibrator 604 that tends to come into contact with the support substrate 602 and needs to be lifted from the support substrate 602, not only the corner portion but also other portions such as the central portion of the thin film vibrator 604 are used. However, it should not be in contact with the support substrate 602. When the piezoelectric thin film vibrating body 604 comes into contact with the support substrate 602, vibration characteristics and electrical characteristics using the spread vibration mode are greatly impaired.

また、圧電薄膜共振子を実装基板上に搭載する際のリフロー半田付けなどの熱が加えられる工程にさらされた際には、各薄膜を構成する材料の熱膨張係数差によっても薄膜振動体に反りが生じることがあった。従って、上記膜応力及び膜厚の関係により生じた反りがさらに拡大し、振動特性が大きく損なわれるおそれがあった。   In addition, when exposed to a process such as reflow soldering when mounting the piezoelectric thin film resonator on the mounting substrate, the thin film vibrator is also affected by the difference in thermal expansion coefficient of the material constituting each thin film. Warpage sometimes occurred. Therefore, the warp caused by the relationship between the film stress and the film thickness is further enlarged, and the vibration characteristics may be greatly impaired.

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数の薄膜を薄膜形成法により順次積層してなる薄膜振動体部分を備える圧電薄膜振動装置であって、支持基板に薄膜振動体が接触し難く、従って目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることを可能とする圧電薄膜振動装置及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric thin-film vibration device including a thin-film vibrating body portion in which a plurality of thin films are sequentially stacked by a thin-film forming method, in view of the above-described state of the prior art. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric thin-film vibration device and a method for manufacturing the same that can reliably obtain the desired vibration characteristics and electrical characteristics.

本発明によれば、支持基板と、前記支持基板上において、支持基板の上面から浮かされて配置されており、薄膜形成法により形成された複数の薄膜を積層してなる積層膜からなり、平面形状が矩形形状の薄膜振動体と、前記薄膜振動体の矩形形状の対向し合う第1,第2の辺の一部に連ねられており、かつ前記支持基板に固定されている第1,第2の支持部とを備え、前記薄膜振動体が、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極と、圧電薄膜の上面に積層された第2の励振電極と、前記第1,第2の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第1,第2の引っ張り膜と、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜とを少なくとも有し、薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されており、それによって、前記第1,第2の辺では第1,第2の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第1,第2の支持部を結ぶ方向においては前記第1,第2の支持部が最も下方に位置するように、前記薄膜振動体が反らされた形状とされている、圧電薄膜振動装置が提供される。 According to the present invention, the support substrate and the support substrate are arranged so as to be floated from the upper surface of the support substrate, and are formed of a stacked film formed by stacking a plurality of thin films formed by a thin film forming method. Are connected to the rectangular thin film vibrator and a part of the rectangular first and second sides of the thin film vibrator that are opposed to each other, and are fixed to the support substrate. The thin-film vibrator includes a piezoelectric thin film, a first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film, a second excitation electrode laminated on the upper surface of the piezoelectric thin film, and the first , The first and second strip-shaped tensile films arranged so as to extend along the second side, and the thin film vibrating body as one thin film of the plurality of thin films, the first and second films The film is applied to the central region between the first and second stripe regions extending along the side. There has at least a stress adjusting film is a compressive stress, the thin film vibrator first, so that the center in the direction connecting the second side warps in a convex upwardly, and, in the first, second sides A plurality of thin film vibrators constituting the thin film vibrating body are positioned upward as they go outward from the first and second support portions, and protrude downwardly on the first and second sides. The relationship between the film stress and the film thickness is set, whereby the first and second support portions are located at the lowest position on the first and second sides, and the first and second support portions A piezoelectric thin film vibration device is provided in which the thin film vibration body is warped so that the first and second support portions are located at the lowest position in the direction connecting the two.

本発明においては、薄膜振動体が第1,第2の辺では第1,第2の支持部が最も下方に位置し、かつ第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、第1,第2の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体が反らされた形状とされていることが必要であるが、このような薄膜振動体が反らされた形状を実現する手段は特に限定されるものではないが、特に好ましくは、前記第1,第2の辺では第1,第2の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、前記第1,第2の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。この場合には、薄膜振動体を構成する各薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、確実に、薄膜振動体を上記のように反らされた形状とすることができる。   In the present invention, in the direction in which the first and second support portions are located at the lowest position on the first and second sides of the thin film vibrator and the first and second support portions are connected, The thin film vibrator needs to be warped so that the second support portion is located at the lowest position. Means for realizing such a warped shape of the thin film vibrator is as follows: Although not particularly limited, it is particularly preferable that the first and second support portions are located at the lowest position along the first and second sides, and the first and second support portions are connected to each other. In the above, the film stresses of the plurality of thin films constituting the thin film vibrating body are formed such that the thin film vibrating body is warped so that the first and second support portions are located at the lowest position. And a film thickness relationship is set. In this case, the thin film vibrator can be reliably warped as described above only by adjusting the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film constituting the thin film vibrator.

本発明の圧電薄膜振動装置では、前記薄膜振動体が前記第1,第2の辺において前記第1,第2の支持部から外側にいくに連れて上方に位置するように前記薄膜振動体を第1,第2の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。従って、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、第1,第2の辺において、第1,第2の支持部から外側にいくに連れて薄膜振動体が上方に位置されるようになるため、矩形の薄膜振動体のコーナー部分を確実に支持基板の上面から遠ざけることができる。よって、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。 In the piezoelectric thin film vibration equipment of the present invention, the thin film vibrator the first, in the above second side first, the thin film vibration from the second supporting portion so as to be positioned above him to go outside The relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films constituting the thin film vibrating body is set so that the body warps downwards in the first and second sides. Therefore, the thin-film vibrating body is positioned upward on the first and second sides as it goes outward from the first and second support portions only by adjusting the relationship between the film stress and film thickness of the plurality of thin films. As a result, the corner portion of the rectangular thin film vibrator can be reliably moved away from the upper surface of the support substrate. Therefore, contact of the corner portion with the support substrate can be reliably prevented.

発明に係る圧電薄膜振動装置では、薄膜振動体が第1,第2の辺において下方に凸に反るように、第1,第2の辺に沿って延びる部分の複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を設定するために、第1,第2の辺に沿って延びるように、膜応力が引っ張り応力である引っ張り膜が形成されている。この場合には、引っ張り膜の形成により、薄膜振動体を第1,第2の辺において確実に下方に凸に反らせることができる。 In the piezoelectric thin film vibration device according to the present invention, the film stresses of the plurality of thin films in the portions extending along the first and second sides so that the thin film vibrating body warps downward in the first and second sides. In order to set the relationship between the film thickness and the film thickness, a tensile film whose film stress is tensile stress is formed so as to extend along the first and second sides. In this case, by forming the tensile film, the thin-film vibrating body can be reliably warped downward on the first and second sides.

本発明に係る圧電薄膜振動装置では、好ましくは、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜が備えられている。温度特性調整膜が設けられることにより、圧電薄膜振動装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。従って、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。   The piezoelectric thin film vibration device according to the present invention preferably includes a temperature characteristic adjusting film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite in polarity to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film. By providing the temperature characteristic adjusting film, the absolute value of the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film vibration device can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the change in characteristics due to a temperature change.

本発明では、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部品から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。より、好ましくは、前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆特性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある。 In the present invention, before Symbol thin film vibrator, the one thin film of said plurality of thin film, the first, first extending along the second side, the film stress in the central region between the second stripe region A stress adjusting film that is a compressive stress is further provided, whereby the center of the thin film vibrator is curved upward in the direction connecting the first and second sides, and at the first and second sides. The plurality of thin-film vibrators constituting the thin-film vibrating body are positioned upward as they go outward from the first and second support components and warp downward on the first and second sides. The relationship between film stress and film thickness is set. More preferably, the stress adjustment film is also a temperature characteristic adjustment film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film.

本発明では、好ましくは、前記圧電薄膜を介して積層されている前記第1,第2の励振電極の内、前記圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極が、前記第2の励振電極よりも外側に至っている。   In the present invention, it is preferable that the first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film among the first and second excitation electrodes laminated via the piezoelectric thin film is the second excitation electrode. It leads to the outside of the electrode.

本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法は、支持基板を用意する工程と、支持基板上に溶剤またはエネルギーの付与により消失され得る材料からなる犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層を覆うように、矩形形状の薄膜振動体を、前記矩形形状の対向し合う第1,第2の辺の一部で前記支持基板に固定されて第1,第2の支持部が設けられるように形成する工程と、前記第1,第2の支持部が設けられている第1,第2の辺において前記第1,第2の支持部が最も下方に位置し、第1,第2の支持部を結ぶ方向において第1,第2の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体を反らせるように、前記薄膜振動体を形成し、前記犠牲層を溶剤により、あるいはエネルギー付与により消失させ、それによって前記薄膜振動体と前記支持部との間に空隙を設ける工程とを備え、前記薄膜振動体の形成にあたり、少なくとも圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極と、前記圧電薄膜の上面に積層された第2の励振電極と、前記第1,第2の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第1,第2の引っ張り膜と、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜とを少なくとも含む複数の薄膜を順次薄膜形成法により形成し、薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されていることを特徴とする。 The method of manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to the present invention includes a step of preparing a support substrate, a step of forming a sacrificial layer made of a material that can be lost by applying a solvent or energy on the support substrate, and covering the sacrificial layer As described above, the rectangular thin-film vibrating body is fixed to the support substrate at a part of the first and second sides of the rectangular shape facing each other, so that the first and second support portions are provided. And in the first and second sides where the first and second support portions are provided, the first and second support portions are located at the lowest position, and the first and second support portions Forming the thin-film vibrator so that the thin-film vibrator is warped so that the first and second support portions are located at the lowest position in the direction of connecting the sacrificial layer, and the sacrificial layer is eliminated by solvent or by applying energy, Thereby, the thin film vibrator and the support portion A step of providing a gap therebetween, and in forming the thin film vibrator, at least a piezoelectric thin film, a first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film, and a second laminated on the upper surface of the piezoelectric thin film. The excitation electrode , the striped first and second tensile films arranged so as to extend along the first and second sides, and the thin film vibrating body as one thin film of the plurality of thin films, A plurality of thin films including at least a stress adjusting film whose film stress is a compressive stress is sequentially formed by a thin film forming method in a central region between the first and second stripe regions extending along the first and second sides. In the direction in which the thin-film vibrating body connects the first and second sides, the center protrudes upward and the first and second sides go outward from the first and second support portions. Is located on the upper side and protrudes downward on the first and second sides. So that the features a Rukoto relationship between a plurality of thin film stress and film thickness constituting the thin film vibrator has been set.

本発明に係る製造方法では、前記薄膜振動体において、前記第1,第2の辺では、第1,第2の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、前記第1,第2の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体の各薄膜を形成するにあたり、薄膜振動体の各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される。この場合には、薄膜振動体を構成する各薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、確実に、薄膜振動体を上記のように反らされた形状とすることができる。 In the production how according to the present invention, in the thin film vibrator, the first and the second sides, first and second support portions is located lowermost, and the first, second support In forming each thin film of the thin-film vibrator, the thin-film vibrator is warped so that the first and second support portions are located at the lowest position in the direction connecting the portions. The relationship between the film stress and the film thickness of each thin film of the thin film vibrator is set. In this case, the thin film vibrator can be reliably warped as described above only by adjusting the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film constituting the thin film vibrator.

本発明に係る製造方法では、前記薄膜振動体の各薄膜を形成する工程において、前記第1,第2の辺において、前記第1,第2の支持部から外側にいくに連れて前記薄膜振動体が上方に位置するように前記薄膜振動体を第1,第2の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される。従って、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、第1,第2の辺において、第1,第2の支持部から外側にいくに連れて薄膜振動体が上方に位置されるようになるため、矩形の薄膜振動体のコーナー部分を確実に支持基板の上面から遠ざけることができる。よって、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。 In the production how according to the present invention, in the step of forming each thin film of the thin film vibrator, the first and the second sides, the first, as the go outward from the second supporting portion and the Film stresses and film thicknesses of a plurality of thin films constituting the thin-film vibrator so that the thin-film vibrator is warped downward in the first and second sides so that the thin-film vibrator is positioned above Is set. Therefore, the thin-film vibrating body is positioned upward on the first and second sides as it goes outward from the first and second support portions only by adjusting the relationship between the film stress and film thickness of the plurality of thin films. As a result, the corner portion of the rectangular thin film vibrator can be reliably moved away from the upper surface of the support substrate. Therefore, contact of the corner portion with the support substrate can be reliably prevented.

発明の製造方法では、薄膜振動体が第1,第2の辺において下方に凸に反るように、第1,第2の辺に沿って延びる部分の複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を設定するために、第1,第2の辺に沿って延びるように、膜応力が引っ張り応力である引っ張り膜が形成される。この場合には、引っ張り膜の形成により、薄膜振動体を第1,第2の辺において確実に下方に凸に反らせることができる。 In the manufacturing method of the present invention, the film stress and the film thickness of the plurality of thin films in the portion extending along the first and second sides so that the thin film vibrating body warps downward on the first and second sides. In order to set the relationship, a tensile film whose film stress is tensile stress is formed so as to extend along the first and second sides. In this case, by forming the tensile film, the thin-film vibrating body can be reliably warped downward on the first and second sides.

本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、好ましくは、前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の内の少なくとも1つの薄膜として、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜が形成される。温度特性調整膜が設けられることにより、圧電薄膜振動装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。従って、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。   In the method for manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to the present invention, preferably, at the time of forming the thin film vibrating body, a frequency having a polarity opposite to a frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film is used as at least one of the plurality of thin films. A temperature characteristic adjusting film made of a material having a temperature coefficient is formed. By providing the temperature characteristic adjusting film, the absolute value of the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film vibration device can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the change in characteristics due to a temperature change.

本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜を形成する工程をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部品から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。
In the manufacturing method of the piezoelectric thin film vibrator according to the present invention, upon formation of the previous SL thin vibrating body, as one of the thin film of the plurality of thin film, the first, first extending along the second side, the second The method further includes the step of forming a stress adjustment film whose film stress is a compressive stress in the central region between the stripe-shaped regions, whereby the center of the thin film vibrator protrudes upward in the direction connecting the first and second sides. It warps and is located upward as it goes outward from the first and second support parts on the first and second sides, and protrudes downward on the first and second sides. In addition, the relationship between the film stress and the film thickness of a plurality of thin films constituting the thin film vibrator is set.

本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある。   In the method for manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to the present invention, the stress adjustment film is also a temperature characteristic adjustment film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite in polarity to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film.

本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、前記薄膜振動体の形成にあたり、前記第1の励振電極及び前記圧電薄膜を形成した後に、前記圧電薄膜を介して第1の励振電極に対向される前記第2の励振電極を、前記第1の励振電極よりも外側に至らないように形成する。   In the method of manufacturing the piezoelectric thin film vibration device according to the present invention, in forming the thin film vibrating body, the first excitation electrode and the piezoelectric thin film are formed, and then the first excitation electrode is opposed to the first thin film through the piezoelectric thin film. The second excitation electrode is formed so as not to reach the outside of the first excitation electrode.

上記複数の薄膜を形成する薄膜形成方法は、特に限定されず、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、メッキ等の公知の薄膜形成方法を用いることができる。   The thin film forming method for forming the plurality of thin films is not particularly limited, and a known thin film forming method such as sputtering, vapor deposition, ion plating, or plating can be used.

本発明に係る圧電薄膜振動装置では、薄膜形成方法により形成された複数の薄膜を積層してなる薄膜振動体が支持基板の上面から浮かされて配置されているが、上記薄膜振動体が矩形形状を有し、支持基板に固定されている第1,第2の支持部が、第1,第2の辺において最も下方に位置し、第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、第1,第2の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体が反っている。従って、矩形形状の薄膜振動体のコーナー部分は第1,第2の支持部よりも上方に位置することとなる。また、矩形形状の薄膜振動体の中央部分も第1,第2の支持部よりも上方に位置することとなる。   In the piezoelectric thin-film vibration device according to the present invention, the thin-film vibrator formed by laminating a plurality of thin films formed by the thin-film forming method is arranged so as to float from the upper surface of the support substrate. The first and second support portions that are fixed to the support substrate are located at the lowest positions on the first and second sides, and the first and second support portions are connected in the direction connecting the first and second support portions. The thin-film vibrating body is warped so that the second support portion is located at the lowest position. Accordingly, the corner portion of the rectangular thin film vibrator is positioned above the first and second support portions. In addition, the central portion of the rectangular thin film vibrator is also positioned above the first and second support portions.

従来の圧電薄膜振動装置において、矩形形状の薄膜振動体が支持基板に接触しがちなのは、主として、コーナー部分であった。これに対して、本発明によれば、上記コーナー部分が上方に位置するように薄膜振動体が反らされているため、薄膜振動体の支持基板への接触を防止することができる。   In the conventional piezoelectric thin film vibration device, the rectangular thin film vibration body tends to contact the support substrate mainly at the corner portion. On the other hand, according to the present invention, since the thin film vibrating body is warped so that the corner portion is located above, it is possible to prevent the thin film vibrating body from contacting the support substrate.

また、薄膜振動体が平坦になるように設計されていたとしても、成膜条件のばらつきなどの原因で下に凸になることがある。その場合、薄膜振動体の中央部が、支持基板に接触するおそれがある。しかしながら、本発明においては、上記のように、矩形形状の薄膜振動体の中央部分もまた、第1,第2の支持部よりも上方に位置するように、薄膜振動体が反らされているので、薄膜振動体の中央部分の支持基板への接触も確実に防止することができる。   Even if the thin-film vibrating body is designed to be flat, it may protrude downward due to variations in film forming conditions. In that case, there is a possibility that the central portion of the thin-film vibrating body comes into contact with the support substrate. However, in the present invention, as described above, the thin film vibrator is warped so that the central portion of the rectangular thin film vibrator is also located above the first and second support portions. Therefore, the contact of the central portion of the thin film vibrator with the support substrate can also be reliably prevented.

よって、本発明に係る圧電薄膜振動装置によれば、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることが可能となる。   Therefore, according to the piezoelectric thin film vibration device according to the present invention, it is possible to reliably obtain the desired vibration characteristics and electrical characteristics.

特に、薄膜振動体を形成した際の各薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、上記コーナー部分や中央部分が支持基板に接触し難いだけでなく、リフロー半田付け等の加熱工程にさらされた際に、各薄膜の熱膨張係数差による歪みが生じたとしても、上記薄膜振動体の支持基板への接触を防止することができる。よって、目的とする振動特性や電気的特性をより一層確実に発揮させることが可能となる。   In particular, due to the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film when the thin film vibrating body was formed, the corner part and the central part were not only difficult to contact the support substrate, but were also exposed to a heating process such as reflow soldering. At this time, even if a distortion due to a difference in thermal expansion coefficient between the thin films occurs, the thin film vibrating body can be prevented from contacting the support substrate. As a result, the intended vibration characteristics and electrical characteristics can be more reliably exhibited.

本発明に係る製造方法では、薄膜振動体の形成にあたり、複数の薄膜を順次薄膜形成方法により形成するが、第1,第2の支持部が連ねられている第1,第2の辺において、第1,第2の支持部が最も下方に位置し、第1,第2の支持部を結ぶ方向において、第1,第2の支持部が最も下方に位置するように、薄膜振動体を反らせるように薄膜振動体が形成されるため、各薄膜振動体のコーナー部分及び中央部分の支持基板への接触を確実に抑制することができる。加えて、組立工程や実使用時に熱が加えられたとしても、各薄膜の熱膨張係数差による歪みによる薄膜振動体の支持基板への接触も生じ難い。すなわち、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることを可能とする、本発明の圧電薄膜振動装置を提供することが可能となる。   In the manufacturing method according to the present invention, in forming the thin film vibrator, a plurality of thin films are sequentially formed by the thin film forming method. In the first and second sides where the first and second support portions are connected, The thin film vibrator is warped so that the first and second support portions are located at the lowest position and the first and second support portions are located at the lowest position in the direction connecting the first and second support portions. Thus, since the thin film vibrator is formed, the contact of the corner portion and the center portion of each thin film vibrator with the support substrate can be reliably suppressed. In addition, even when heat is applied during the assembly process or actual use, the thin film vibrating body does not easily contact the support substrate due to distortion due to the difference in thermal expansion coefficient of each thin film. That is, it is possible to provide the piezoelectric thin film vibration device of the present invention that makes it possible to reliably obtain the desired vibration characteristics and electrical characteristics.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体部分を示す断面図であり、図2(a)は、圧電薄膜振動装置の平面図である。なお、図1に示されている断面は、図2(a)の一点鎖線A−A線に沿う断面である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thin-film vibrating body portion of the piezoelectric thin-film vibration device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a plan view of the piezoelectric thin-film vibration device. In addition, the cross section shown by FIG. 1 is a cross section in alignment with the dashed-dotted line AA of FIG.

本実施形態の圧電薄膜振動装置1の薄膜振動体2は、後述するように、支持基板3から浮かされた状態で配置されている部分である。薄膜振動体2は、最下層から温度特性調整膜4、第1の励振電極5、圧電薄膜6、第2の励振電極7、応力緩和膜8、温度特性調整膜9及び引っ張り膜10,11を積層した構造を有する。これらの各膜は、薄膜形成法により順次成膜することにより形成されている。これらの各薄膜の詳細は以下の通りである。   The thin-film vibrating body 2 of the piezoelectric thin-film vibration device 1 according to the present embodiment is a portion arranged in a state of being floated from the support substrate 3 as will be described later. The thin film vibrator 2 includes a temperature characteristic adjustment film 4, a first excitation electrode 5, a piezoelectric thin film 6, a second excitation electrode 7, a stress relaxation film 8, a temperature characteristic adjustment film 9, and tensile films 10, 11 from the bottom layer. It has a laminated structure. Each of these films is formed by sequentially forming a film by a thin film forming method. Details of each of these thin films are as follows.

温度特性調整膜4:SiOからなり、膜厚は1.7μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjustment film 4: consists SiO 2, film thickness 1.7 [mu] m, the film stress is a compression stress, the value is -180MPa.

第1の励振電極5:Ptからなり、その膜厚は0.1μm。   1st excitation electrode 5: It consists of Pt, and the film thickness is 0.1 micrometer.

第2の励振電極7:Ptからなり、膜厚は0.1μm。第1,第2の励振電極5,7は、膜厚が非常に薄く、励振電極5,7の膜応力が反りに及ぼす影響は無視することができる。   Second excitation electrode 7: made of Pt and having a film thickness of 0.1 μm. The first and second excitation electrodes 5 and 7 are very thin, and the influence of the film stress of the excitation electrodes 5 and 7 on the warp can be ignored.

圧電薄膜6:AlNからなり、分極方向は厚み方向であり、膜厚は1.6μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−80MPa。   Piezoelectric thin film 6: made of AlN, the polarization direction is the thickness direction, the film thickness is 1.6 μm, the film stress is the compressive stress, and the value is −80 MPa.

応力緩和膜8:AlNからなり、膜厚は0.8μm、膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Stress relaxation film 8: made of AlN, film thickness is 0.8 μm, film stress is tensile stress, value is 100 MPa.

温度特性調整膜9:SiOからなり、膜厚は3.3μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjustment film 9 made of SiO 2, film thickness 3.3 [mu] m, the film stress is a compression stress, the value is -180MPa.

引っ張り膜10,11:AlNからなり、膜厚は0.8μm、その膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Tensile films 10, 11: made of AlN, the film thickness is 0.8 μm, the film stress is tensile stress, and the value is 100 MPa.

なお、膜応力とは、上記圧電薄膜6、応力緩和膜8、引っ張り膜10,11及び温度特性調整膜4,9のような薄膜を、ある程度の厚みの薄膜をスパッタリング等の薄膜形成法により形成した場合に、各薄膜が、それ自身の内部応力として有する面方向への応力をいうものとする。   The film stress is a thin film such as the piezoelectric thin film 6, the stress relaxation film 8, the tensile films 10 and 11, and the temperature characteristic adjusting films 4 and 9, and a thin film having a certain thickness is formed by a thin film forming method such as sputtering. In this case, each thin film refers to the stress in the surface direction that the thin film has as its own internal stress.

ただし、薄膜振動体を構成する各薄膜における膜応力を測定するのは困難である。従って、後に詳述するように、上に記した膜応力の値は円形のSi基板上にそれぞれの薄膜を単独で形成した状態で測定・算出したものである。圧電薄膜振動装置の薄膜振動体は、支持基板から浮かれた状態で配置されているので、求められた膜応力の値は薄膜振動体を構成している薄膜における膜応力そのものではない。しかし、これらの値は薄膜振動体を構成している薄膜における膜応力と対応するものである。つまり、これらの値の相対関係、すなわち符号を含めた大小関係は、実際の薄膜振動体を構成する各薄膜における膜応力の相対関係と同じであるので、薄膜を積層してなる薄膜振動体における膜応力の関係に説明に用いることができることを指摘しておく。   However, it is difficult to measure the film stress in each thin film constituting the thin film vibrating body. Therefore, as will be described later in detail, the above-described film stress values are measured and calculated in a state where each thin film is formed on a circular Si substrate. Since the thin film vibrating body of the piezoelectric thin film vibrating apparatus is arranged in a state of being floated from the support substrate, the obtained film stress value is not the film stress itself in the thin film constituting the thin film vibrating body. However, these values correspond to the film stress in the thin film constituting the thin film vibrating body. That is, the relative relationship of these values, that is, the magnitude relationship including the sign, is the same as the relative relationship of the film stress in each thin film constituting the actual thin film vibrator, and therefore in the thin film vibrator formed by laminating thin films. It should be pointed out that the relationship between the film stress can be used for explanation.

下地上に薄膜が形成されると、下地内に生じたモーメントと、薄膜内部に生じたモーメントが釣り合うこととなる。この場合に、薄膜内部のモーメントを生じる力が、膜の内部応力すなわち膜応力である。   When a thin film is formed on the ground, the moment generated in the base and the moment generated in the thin film are balanced. In this case, the force that generates the moment inside the thin film is the internal stress of the film, that is, the film stress.

下地と薄膜とが釣り合っている場合に、全応力をS、内部応力すなわち膜応力をσ、膜厚をdとしたとき、S=σ×dである。   When the ground and the thin film are balanced, S = σ × d, where S is the total stress, σ is the internal stress, that is, the film stress, and d is the film thickness.

上記膜応力は、薄膜が縮もうとする内部応力すなわち引っ張り応力である場合と、薄膜が拡がろうとする内部応力すなわち圧縮応力である場合とがある。引っ張り応力であるか、あるいは圧縮応力であるか、並びに膜応力の大きさは、薄膜を形成する材料や形成条件によって調整することができる。   The film stress may be an internal stress that tends to shrink the thin film, that is, a tensile stress, or an internal stress that tends to spread the thin film, that is, a compressive stress. Whether it is a tensile stress or a compressive stress, and the magnitude of the film stress can be adjusted by the material and the forming conditions for forming the thin film.

上記薄膜の内部応力が引っ張り応力である場合及び圧縮応力である場合の挙動を図7(a),(b)を参照して模式的に説明する。   The behavior when the internal stress of the thin film is a tensile stress and the compressive stress will be schematically described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).

図7(a)は、下地としての基板21上に、薄膜22が形成されている場合に、薄膜22の膜応力が引っ張り応力である場合の挙動を示す。図7(a)に示すように、薄膜22が、基板21上に成膜され、基板21内に生じたモーメントと、薄膜内部に生じたモーメントとが釣り合っている場合に、薄膜22の膜応力が引っ張り応力である場合には、矢印で示すように薄膜22が縮もうとしている。その結果、基板21が、下方に凸となるように反っている。   FIG. 7A shows the behavior when the film stress of the thin film 22 is a tensile stress when the thin film 22 is formed on the substrate 21 as a base. As shown in FIG. 7A, when the thin film 22 is formed on the substrate 21 and the moment generated in the substrate 21 and the moment generated in the thin film are balanced, the film stress of the thin film 22 is increased. Is a tensile stress, the thin film 22 is about to shrink as indicated by an arrow. As a result, the substrate 21 is warped so as to protrude downward.

他方、図7(b)は、基板21上に、薄膜23が形成され、両者の内部のモーメントが釣り合った場合に、薄膜23内の膜応力が圧縮応力である場合の挙動を示す。ここでは、薄膜23は、矢印で示すように基板21を拡げる方向に作用している。従って、基板21は、薄膜23が形成されている領域において、薄膜23側に凸となるように反ることとなる。   On the other hand, FIG. 7B shows the behavior when the thin film 23 is formed on the substrate 21 and the internal moments of both are balanced, the film stress in the thin film 23 is a compressive stress. Here, the thin film 23 acts in a direction in which the substrate 21 is expanded as indicated by an arrow. Therefore, the substrate 21 is warped so as to protrude toward the thin film 23 in the region where the thin film 23 is formed.

すなわち、薄膜形成法により、複数の薄膜を順次形成した場合、各薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、複数の薄膜からなる積層体が下方に凸に反ったり、あるいは上方に凸に反ったりすることがわかる。なお、本願出願以前より、薄膜形成法により薄膜を形成した場合、薄膜が上記内部応力としての膜応力を有すること、また膜応力が、薄膜形成材料や薄膜形成条件を調整することにより、調整され得ることは知られていた。   That is, when a plurality of thin films are sequentially formed by the thin film formation method, a laminate composed of a plurality of thin films may be warped downward or convex upward depending on the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film. I understand that Prior to the filing of the present application, when a thin film is formed by a thin film forming method, the thin film has a film stress as the internal stress, and the film stress is adjusted by adjusting the thin film forming material and the thin film forming conditions. It was known to get.

なお、膜応力σの測定は、Siからなり、かつ円形の基板上に円形の薄膜を成膜した際の基板の曲がりを触針式膜厚計により測定し、該曲がり量に基づいて下記の式(1)により求めた。   The film stress σ is measured by measuring the bending of the substrate with a stylus-type film thickness meter when a circular thin film is formed on a circular substrate and based on the bending amount. It calculated | required by Formula (1).

σ=Et/{6(1−ν)rd} …式(1)
なお、式(1)において、Eは基板のヤング率であり、νは基板のポアソン比であり、tは基板の厚さであり、dは薄膜の膜厚であり、rは基板の曲率半径を示す。この曲率半径rは、薄膜形成後の基板の曲がり量に対応した値であり、上記触診式膜厚計により求めた基板の曲がり量をδとした場合、r=L/(8δ)により求められる。なお、Lは、円形の基板の直径である。
σ = Et 2 / {6 (1-ν) rd} (1)
In Equation (1), E is the Young's modulus of the substrate, ν is the Poisson's ratio of the substrate, t is the thickness of the substrate, d is the thickness of the thin film, and r is the radius of curvature of the substrate. Indicates. The radius of curvature r is a value corresponding to the amount of bending of the substrate after the thin film is formed. When the amount of bending of the substrate determined by the palpation film thickness meter is δ, it is determined by r = L 2 / (8δ). It is done. L is the diameter of the circular substrate.

本明細書における各薄膜の膜応力値は、上記基板の曲がり量を測定する方法で得られた値であるが、この場合の基板としては、Siからなり、380μmの厚みを有し、直径が30mmであるものを用いた。この場合、ヤング率は127GPaであり、ポアソン比は0.3である。該基板上に1つの薄膜を上述した実施形態の場合の厚みとなるようにスパッタリングにより成膜した場合の基板の曲がり量を測定し、上述した式(1)に基づき、基板上に成膜した薄膜の膜応力を求めた。   The film stress value of each thin film in the present specification is a value obtained by the method of measuring the amount of bending of the substrate. In this case, the substrate is made of Si, has a thickness of 380 μm, and has a diameter of What was 30 mm was used. In this case, Young's modulus is 127 GPa and Poisson's ratio is 0.3. The amount of bending of the substrate when one thin film was formed on the substrate by sputtering so as to have the thickness in the above-described embodiment was measured, and the film was formed on the substrate based on the above formula (1). The film stress of the thin film was determined.

上記方法によれば、基板のヤング率やポアソン比が既知である限り、薄膜の結晶性を問わずに基板の曲がり量を測定するだけで、膜応力を容易に測定することができる。   According to the above method, as long as the Young's modulus and Poisson's ratio of the substrate are known, the film stress can be easily measured only by measuring the amount of bending of the substrate regardless of the crystallinity of the thin film.

なお、膜応力は、基板上に形成される薄膜の材料種だけでなく、例えばスパッタリングの場合には、RFパワー、スパッタリングに際してのガス圧及びガス流量、さらに基板材料によって変化する。また、上記膜応力の値は、RFパワー、ガス圧あるいはガス流量などを変更することにより調整することができる。   Note that the film stress varies depending on not only the material type of the thin film formed on the substrate but also, for example, sputtering, RF power, gas pressure and gas flow rate during sputtering, and substrate material. The value of the film stress can be adjusted by changing the RF power, gas pressure, gas flow rate, or the like.

薄膜形成法としては、スパッタリングに代えて、蒸着やCVD法を用いてもよい。   As a thin film forming method, vapor deposition or CVD may be used instead of sputtering.

本実施形態の圧電薄膜振動装置1では、上記薄膜振動体が上述した複数の薄膜を積層した積層膜により構成されており、各薄膜が上述した膜応力及び膜厚の関係を有するため、特に、引っ張り膜10,11を設けたことにより、図2(b)に略図的斜視図で示すように、矢印C1〜C4で示すコーナー部分が上方に位置するように反ることとなる。なお、図2(b)では、平面形状が矩形の薄膜振動体2は、対向し合う第1の辺2a及び第2の辺2bを有する。そして、第1の辺2aの中央に第1の支持部12が連結されており、第2の辺2bの中央に支持部13が連結されている。支持部12,13は、支持基板3に固定される部分である。薄膜振動体2は、支持基板3に固定されている部分を除いて支持基板上に間隔を隔てて浮かされている。   In the piezoelectric thin film vibration device 1 of the present embodiment, the thin film vibrator is configured by a laminated film in which the plurality of thin films described above are laminated, and each thin film has the above-described film stress and film thickness relationship. By providing the tensile films 10 and 11, as shown in a schematic perspective view in FIG. 2B, the corner portions indicated by the arrows C1 to C4 are warped so as to be positioned upward. In FIG. 2B, the thin-film vibrating body 2 having a rectangular planar shape has a first side 2 a and a second side 2 b that face each other. And the 1st support part 12 is connected with the center of the 1st edge | side 2a, and the support part 13 is connected with the center of the 2nd edge | side 2b. The support parts 12 and 13 are parts fixed to the support substrate 3. The thin film vibrator 2 is floated on the support substrate at intervals except for the portion fixed to the support substrate 3.

上記引っ張り膜10,11は、第1,第2の辺2a,2bに沿うように、かつ平行に延ばされたストライプ状の形状を有している。この引っ張り膜10,11が形成されているストライプ状の領域を、第1,第2のストライプ状領域とする。本実施形態では、この第1,第2のストライプ状の領域において、薄膜振動体2を構成している各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、第1,第2の支持部が連ねられている部分が下方に凸になるように反らされている。より具体的には、引っ張り膜10,11の引っ張り応力により、薄膜振動体2が、引っ張り膜10,11の中央、すなわち第1,第2の辺2a,2bの中央であって第1,第2の支持部12,13が連ねられている部分が下方に凸となるように反ることとなる。   The tensile films 10 and 11 have a stripe shape extending in parallel along the first and second sides 2a and 2b. The stripe regions where the tensile films 10 and 11 are formed are defined as first and second stripe regions. In the present embodiment, in the first and second striped regions, the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film constituting the thin film vibrator 2 is connected to the first and second support portions. The warped part is warped so as to protrude downward. More specifically, due to the tensile stress of the tensile films 10 and 11, the thin film vibrator 2 is located at the center of the tensile films 10 and 11, that is, the center of the first and second sides 2 a and 2 b. The part where the two support parts 12 and 13 are connected will warp so as to protrude downward.

よって、図2(b)の矢印C1〜C4で示すコーナー部分は、第1,第2の支持部12,13よりも上方に位置することとなる。よって、コーナー部分C1〜C4が支持基板3に接触し難い。   Therefore, the corner portions indicated by arrows C1 to C4 in FIG. 2B are positioned above the first and second support portions 12 and 13. Therefore, the corner portions C <b> 1 to C <b> 4 are difficult to contact the support substrate 3.

また、本実施形態では、薄膜振動体2は、以下の理由により、第1,第2の支持部12,13を結ぶ方向においては、中央が上向きに凸となるように反る。すなわち、薄膜振動体2では、励振電極5,7を無視すると、下方から、SiOからなる温度特性調整膜4、圧電薄膜6、応力緩和膜8、温度特性調整膜9が積層されている。なお、引っ張り膜10,11は、前述したように、第1,第2の辺2a,2bに沿うように設けられているものであるため、第1,第2の支持部12,13を結ぶ方向における反りを考慮する際には、省くこととする。 In the present embodiment, the thin-film vibrating body 2 warps so that the center is convex upward in the direction connecting the first and second support portions 12 and 13 for the following reason. That is, in the thin-film vibrating body 2, when the excitation electrodes 5 and 7 are ignored, the temperature characteristic adjusting film 4, the piezoelectric thin film 6, the stress relaxation film 8, and the temperature characteristic adjusting film 9 made of SiO 2 are laminated from below. Since the tensile films 10 and 11 are provided along the first and second sides 2a and 2b as described above, the first and second support portions 12 and 13 are connected. It will be omitted when considering the warpage in the direction.

そして、下方の温度特性調整膜4の膜厚は1.7μmであり、膜応力は−180MPaであり、圧電薄膜6の膜厚は1.6μmであり、膜応力は−80MPaである。これに対して、薄膜振動体2の上方部分の大部分を占める温度特性調整膜9は、膜厚が3.3μmであり、膜応力は−180MPaである。薄膜振動体2の反りは、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係で、決定されることになる。ここでは、上方に配置されたSiOからなる温度特性調整膜の膜応力が−180MPaであり、膜厚が上記のように非常に厚く3.3μmとされているため、薄膜振動体2を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係は、第1,第2の支持部12,13を結ぶ方向において、第1,第2の支持部12,13が最も下方に位置するように反ることとなる。 The film thickness of the lower temperature characteristic adjusting film 4 is 1.7 μm, the film stress is −180 MPa, the film thickness of the piezoelectric thin film 6 is 1.6 μm, and the film stress is −80 MPa. On the other hand, the temperature characteristic adjusting film 9 occupying most of the upper part of the thin film vibrator 2 has a film thickness of 3.3 μm and a film stress of −180 MPa. The warp of the thin film vibrator 2 is determined by the relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films. Here, since the film stress of the temperature characteristic adjusting film made of SiO 2 disposed above is −180 MPa, and the film thickness is 3.3 μm which is very thick as described above, the thin film vibrator 2 is configured. The relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films is such that the first and second support parts 12 and 13 are positioned at the lowest position in the direction connecting the first and second support parts 12 and 13. Will be warped.

なお、上記応力緩和膜8は、第1,第2の支持部12,13を結ぶ方向における反りを調整するために設けられているものではなく、薄膜振動体2を支持部により支持した構造では、後述する製造方法から明らかなように、犠牲層上に薄膜振動体を形成した後に、犠牲層が除去される。この場合、犠牲層が除去された際に、薄膜振動体2から支持部に応力が加わるが、この応力を小さくするために、応力緩和膜8が配置されている。   The stress relaxation film 8 is not provided for adjusting the warp in the direction connecting the first and second support parts 12 and 13, but has a structure in which the thin film vibrator 2 is supported by the support part. As will be apparent from the manufacturing method described later, the sacrificial layer is removed after the thin film vibrator is formed on the sacrificial layer. In this case, when the sacrificial layer is removed, stress is applied from the thin film vibrator 2 to the support portion. In order to reduce this stress, the stress relaxation film 8 is disposed.

本実施形態では、薄膜振動体2を構成している各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が上記のように設定されているので、図2(b)に示すように、薄膜振動体2は、第1,第2の辺2a,2bにおいては、第1,第2の支持部12,13が最も下方に位置するように、第1,第2の支持部13,14を結ぶ方向では、第1,第2の支持部12,13が最も下方に位置するように反ることとなる。   In the present embodiment, since the relationship between the film stress and the film thickness of each thin film constituting the thin film vibrator 2 is set as described above, as shown in FIG. In the direction connecting the first and second support portions 13 and 14 so that the first and second support portions 12 and 13 are positioned at the lowest position in the first and second sides 2a and 2b, It will warp so that the 1st, 2nd support parts 12 and 13 may be located in the lowermost part.

従って、薄膜振動体2の中央部分もまた、支持基板3に接触し難くされている。よって、本実施形態によれば、コーナー部分C1〜C4及び中央部分のいずれもが支持基板3に接触し難いため、支持基板3への接触による振動特性や電気的特性の劣化が生じ難い。   Therefore, the central portion of the thin film vibrator 2 is also made difficult to contact the support substrate 3. Therefore, according to the present embodiment, since none of the corner portions C1 to C4 and the center portion are in contact with the support substrate 3, vibration characteristics and electrical characteristics are not easily deteriorated due to contact with the support substrate 3.

加えて、リフロー半田に際し、加熱されたとしても、あるいは実使用時に高温下におかれたとしても、薄膜振動体2を構成している各薄膜部分の熱膨張係数の差により歪みが生じたとしても、コーナー部分C1〜C4や中央部分が支持基板3に接触し難い。よって、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることができる。   In addition, even when heated during reflow soldering or under high temperature during actual use, distortion is caused by the difference in thermal expansion coefficient of each thin film portion constituting the thin film vibrator 2 However, the corner portions C <b> 1 to C <b> 4 and the central portion are unlikely to contact the support substrate 3. Therefore, the desired vibration characteristics and electrical characteristics can be obtained with certainty.

次に、図3〜図6を参照して、第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造方法を説明することにより、圧電薄膜振動装置全体の構造を明らかにする。   Next, with reference to FIGS. 3 to 6, the manufacturing method of the piezoelectric thin film vibration device according to the first embodiment will be described to clarify the structure of the entire piezoelectric thin film vibration device.

先ず、図3(a)に示すように、支持基板3を用意する。支持基板3としては、本実施形態では、Si基板が用いられる。もっとも、Si基板に代えて、ガラス、誘電体セラミックス、有機材料あるいは金属等を用いてもよい。もっとも、金属などの導電性材料により支持基板3を構成する場合には、後述する励振電極等との短絡を防止する必要がある。   First, as shown in FIG. 3A, a support substrate 3 is prepared. In the present embodiment, a Si substrate is used as the support substrate 3. However, instead of the Si substrate, glass, dielectric ceramics, organic material, metal, or the like may be used. However, when the support substrate 3 is made of a conductive material such as metal, it is necessary to prevent a short circuit with an excitation electrode or the like to be described later.

支持基板3上に、ZnOからなる犠牲層14を厚さ1.0μmとなるようにスパッタリングにより成膜する。なお、図3(b)〜図5(b)に示す工程により、薄膜振動体2が形成されるが、同時に薄膜振動体2に連なる第1,第2の支持部12,13も後述するように形成されることとなる。   A sacrificial layer 14 made of ZnO is formed on the support substrate 3 by sputtering so as to have a thickness of 1.0 μm. 3B to 5B, the thin film vibrating body 2 is formed. At the same time, the first and second support portions 12 and 13 connected to the thin film vibrating body 2 are also described later. Will be formed.

次に、図3(b)に示すように、犠牲層14を覆うように、温度特性調整膜4を形成する。すなわち、SiOをスパッタリングにより膜厚1.7μmとなるように成膜し、パターニングすることにより、温度特性調整膜4を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, the temperature characteristic adjusting film 4 is formed so as to cover the sacrificial layer 14. That is, the temperature characteristic adjusting film 4 is formed by depositing SiO 2 to a thickness of 1.7 μm by sputtering and patterning.

しかる後、図3(c)に示すように、Ptを膜厚0.1μmとなるように蒸着により成膜し、エッチング及びリフトオフなどによりパターニングし、第1の励振電極5を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, Pt is deposited by vapor deposition so as to have a film thickness of 0.1 μm, and patterned by etching, lift-off, etc., thereby forming the first excitation electrode 5.

次に、図3(d)に示すように、AlNを厚み1.6μmとなるようにスパッタリングにより成膜し、エッチング及びリフトオフなどによりパターニングし、圧電薄膜6を成膜する。   Next, as shown in FIG. 3D, a film of AlN is formed by sputtering so as to have a thickness of 1.6 μm, and is patterned by etching and lift-off to form a piezoelectric thin film 6.

しかる後、図4(a)に示すように、再度Ptを0.1μmの厚みに蒸着により成膜し、パターニングすることにより、第2の励振電極7を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 4A, the second excitation electrode 7 is formed by forming a film of Pt again by vapor deposition to a thickness of 0.1 μm and patterning.

次に、図4(b)に示すように、AlNを0.8μmの厚みに成膜し、応力緩和膜8を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, AlN is deposited to a thickness of 0.8 μm, and the stress relaxation film 8 is formed.

しかる後、図4(c)に示すように、SiOを厚み3.3μmとなるようにスパッタリングにより成膜し、パターニングすることにより、温度特性調整膜9を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 4C, a temperature characteristic adjusting film 9 is formed by sputtering and patterning SiO 2 to a thickness of 3.3 μm.

最後に、AlNを厚み0.8μmとなるようにスパッタリングにより成膜し、パターニングすることにより、図5(a)に示す引っ張り膜と10,11を形成する。   Finally, AlN is formed by sputtering so as to have a thickness of 0.8 μm, and is patterned to form the tensile films 10 and 11 shown in FIG.

図5(b)は、上記のようにして得られた支持基板上の薄膜積層体を示す模式的平面図である。なお、図5(a)は、図5(b)中のB−B線に沿う断面図である。   FIG. 5B is a schematic plan view showing the thin film laminate on the support substrate obtained as described above. 5A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5B.

しかる後、犠牲層14を、酢酸を用いたウェットエッチングにより除去し、図6に示すように空隙15を形成する。このようにして、図6に示す圧電薄膜振動装置1が得られる。   Thereafter, the sacrificial layer 14 is removed by wet etching using acetic acid to form a gap 15 as shown in FIG. In this way, the piezoelectric thin film vibration device 1 shown in FIG. 6 is obtained.

なお、上記製造方法では、ZnOからなる犠牲層14を形成した後に、薄膜振動体2を構成する各薄膜を形成し、最後に犠牲層14が除去されている。この場合、ZnOからなる犠牲層14が下方に存在している場合の各薄膜の膜応力と、犠牲層14が存在しない場合の各薄膜の膜応力の絶対値は異なる。   In the above manufacturing method, after the sacrificial layer 14 made of ZnO is formed, each thin film constituting the thin film vibrator 2 is formed, and finally the sacrificial layer 14 is removed. In this case, the absolute value of the film stress of each thin film when the sacrificial layer 14 made of ZnO is present is different from the absolute value of the film stress of each thin film when the sacrificial layer 14 is not present.

しかしながら、薄膜間における膜応力の関係は相対的なものであり、従って、犠牲層14が存在している場合と、犠牲層14が除去された後においても、薄膜振動体2を構成している複数の薄膜の膜応力の相対的な関係は同様のまま維持されることとなる。よって、Si基板上において測定された膜応力に基づく各薄膜間の膜応力の関係は、犠牲層14が除去された薄膜振動体2においても、同様の膜応力の関係となる。   However, the relationship between the film stresses between the thin films is relative, and therefore the thin film vibrator 2 is configured even when the sacrificial layer 14 is present and after the sacrificial layer 14 is removed. The relative relationship between the film stresses of the plurality of thin films is maintained in the same manner. Therefore, the relationship between the film stresses between the thin films based on the film stress measured on the Si substrate is the same film stress relationship even in the thin film vibrator 2 from which the sacrificial layer 14 is removed.

なお、図6では、引っ張り膜10,11が設けられている部分、すなわち薄膜振動体2の第1の辺2a及び第2の辺2bの近傍では、複数の薄膜が第1,第2の支持部12,13側に近づくように傾斜している。しかしながら、実際には、図1に示したように、薄膜振動体2が構成されている部分では、複数の薄膜は支持部12,13近傍において傾斜しておらず、図1の一点鎖線で示すように、支持部12,13が薄膜振動体2を構成している薄膜積層部分の側方に傾斜して連なっている。図6では、犠牲層14を用いた製造方法を図示する関係上、引っ張り膜10,11の下方において既に圧電薄膜6などがあたかも傾斜されるように図示されているだけである。実際には、図1に一点鎖線で示すように、傾斜している支持部が薄膜振動体の側方に連ねられている。   In FIG. 6, in the portion where the tensile films 10 and 11 are provided, that is, in the vicinity of the first side 2 a and the second side 2 b of the thin film vibrating body 2, a plurality of thin films are supported by the first and second supports. It inclines so that the part 12 and 13 side may be approached. However, actually, as shown in FIG. 1, in the portion where the thin-film vibrating body 2 is configured, the plurality of thin films are not inclined in the vicinity of the support portions 12 and 13, and are indicated by a one-dot chain line in FIG. Thus, the support parts 12 and 13 are inclined and connected to the side of the thin film laminated portion constituting the thin film vibrator 2. In FIG. 6, for the purpose of illustrating the manufacturing method using the sacrificial layer 14, the piezoelectric thin film 6 and the like are only shown to be inclined below the tensile films 10 and 11. Actually, as shown by a one-dot chain line in FIG. 1, the inclined support portion is connected to the side of the thin-film vibrating body.

なお、上記製造方法では、犠牲層14はZnOにより形成されていたが、ZnO以外に、溶剤やエネルギーの付与で除去され得る適宜の材料で犠牲層を形成することができる。このような犠牲層14を形成する材料としては、例えば、Al、Cu、有機材料などを挙げることができる。   In the above manufacturing method, the sacrificial layer 14 is formed of ZnO. However, in addition to ZnO, the sacrificial layer can be formed of an appropriate material that can be removed by application of a solvent or energy. Examples of the material for forming the sacrificial layer 14 include Al, Cu, and organic materials.

また、犠牲層14をウェットエッチングにより除去する際に用いる溶剤としては、犠牲層がZnOの場合には、酢酸、硝酸などを用いることができ、犠牲層を構成する材料に応じて適宜の溶剤を用いることができる。   As the solvent used when removing the sacrificial layer 14 by wet etching, acetic acid, nitric acid, or the like can be used when the sacrificial layer is ZnO, and an appropriate solvent is used depending on the material constituting the sacrificial layer. Can be used.

本実施形態の圧電薄膜振動装置1では、上記のように、コーナー部分C1〜C4及び中央部分が、第1,第2の支持部12,13よりも上方に位置するように薄膜振動体2が反っているため、薄膜振動体2が支持基板3に接触し難く、従って目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることができる。   In the piezoelectric thin film vibration device 1 according to the present embodiment, as described above, the thin film vibration body 2 has the corner portions C1 to C4 and the central portion positioned above the first and second support portions 12 and 13. Since it is warped, it is difficult for the thin-film vibrating body 2 to come into contact with the support substrate 3, so that desired vibration characteristics and electrical characteristics can be obtained with certainty.

加えて、上記圧電薄膜6は、AlNからなり、負の周波数温度係数TCFを有する。これに対して、上記SiOからなる温度特性調整膜4,9は、正の周波数温度係数TCFを有する。従って、AlNからなる圧電薄膜と、SiOからなる温度特性調整膜4,9との組み合わせにより、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。 In addition, the piezoelectric thin film 6 is made of AlN and has a negative frequency temperature coefficient TCF. In contrast, the temperature characteristic adjusting films 4 and 9 made of SiO 2 have a positive frequency temperature coefficient TCF. Therefore, the combination of the piezoelectric thin film made of AlN and the temperature characteristic adjusting films 4 and 9 made of SiO 2 makes it possible to reduce changes in characteristics due to temperature changes.

本実施形態では、圧電薄膜6の上方に温度特性調整膜9が、下方位置に温度特性調整膜4が配置されている。もっとも、本発明においては、温度特性調整膜は、圧電薄膜の上方位置または下方位置の一方にのみ配置されていてもよい。   In the present embodiment, the temperature characteristic adjustment film 9 is disposed above the piezoelectric thin film 6, and the temperature characteristic adjustment film 4 is disposed below the piezoelectric thin film 6. However, in the present invention, the temperature characteristic adjusting film may be disposed only at one of the upper position and the lower position of the piezoelectric thin film.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の要部である薄膜振動体を部分模式的に示す断面図であり、第1の実施形態について示した図1に相当する図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a part of a thin film vibrating body that is a main part of a piezoelectric thin film vibration device according to a second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1 showing the first embodiment. FIG.

第2の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体41では、下から順に温度特性調整膜42、第1の励振電極43、圧電薄膜44、第2の励振電極45、温度特性調整膜46、応力調整膜47、温度特性調整膜48及び引っ張り膜49,50が積層されている。各膜の材料、厚み、及び膜応力は以下の通りである。   In the thin film vibrating body 41 of the piezoelectric thin film vibration device of the second embodiment, the temperature characteristic adjustment film 42, the first excitation electrode 43, the piezoelectric thin film 44, the second excitation electrode 45, the temperature characteristic adjustment film 46, in order from the bottom. A stress adjusting film 47, a temperature characteristic adjusting film 48, and tensile films 49 and 50 are laminated. The material, thickness, and film stress of each film are as follows.

引っ張り膜49,50:AlN、膜厚0.8μm、膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Tensile films 49, 50: AlN, film thickness 0.8 μm, film stress is tensile stress, value is 100 MPa.

温度特性調整膜48:SiO、膜厚3.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjusting film 48: SiO 2 , film thickness 3.0 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

応力調整膜47:AlN、膜0.8μm、膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Stress adjustment film 47: AlN, film 0.8 μm, film stress is tensile stress, value is 100 MPa.

温度特性調整膜46:SiO、膜厚2.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjusting film 46: SiO 2 , film thickness 2.0 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

第2の励振電極45:Pt、膜厚0.1μm。   Second excitation electrode 45: Pt, film thickness 0.1 μm.

圧電薄膜44:AlN、膜厚1.6μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−80MPa。   Piezoelectric thin film 44: AlN, film thickness 1.6 μm, film stress is compressive stress, value is −80 MPa.

第1の励振電極43:Pt、膜厚0.1μm。   First excitation electrode 43: Pt, film thickness 0.1 μm.

温度特性調整膜42:SiO、膜厚0.1μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjusting film 42: SiO 2 , film thickness 0.1 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

このように、薄膜振動体の積層形態は、第1の実施形態のものに限らず、温度特性調整膜や応力調整膜を適宜積層することにより、温度特性や薄膜積層体の反りの大きさを調整することが可能である。第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、引っ張り膜49,50が第1,第2の辺に沿う前述した第1,第2のストライプ領域に設けられているので、第1,第2の辺においては、第1,第2の支持部が連ねられる部分が最も下方に位置するように薄膜振動体が下方に凸となるように反ることとなる。   As described above, the laminated form of the thin film vibrator is not limited to that of the first embodiment, and the temperature characteristic and the warp of the thin film laminated body can be reduced by appropriately laminating the temperature characteristic adjusting film and the stress adjusting film. It is possible to adjust. In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the tensile films 49 and 50 are provided in the first and second stripe regions described above along the first and second sides. In the second side, the thin-film vibrating body is warped so as to protrude downward so that the portion where the first and second support portions are connected is located at the lowest position.

また、本実施形態においても、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係による内部応力が、上記応力調整膜47を含む各薄膜が上記のように積層されているので、薄膜振動体を厚み方向に上方部分と下方部分とに区別した場合、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係による内部応力が上方部分に比べて、下方部分が相対的に小さくされている。よって、第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、中央が上方に位置し、第1,第2の支持部が最も下方に位置するように反るように設定されている。   Also in this embodiment, since the thin films including the stress adjusting film 47 are laminated as described above, the internal stress due to the film stress and film thickness relationship of the plurality of thin films is laminated in the thickness direction. When the upper portion and the lower portion are distinguished from each other, the internal stress due to the relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films is relatively smaller in the lower portion than in the upper portion. Therefore, in the direction connecting the first and second support portions, the center is positioned upward and the first and second support portions are set to warp so as to be positioned lowest.

従って、本実施形態においても、薄膜振動体を支持基板に第1,第2の支持部により確実に固定し支持することができるだけでなく、薄膜振動体の支持基板への所望でない接触を確実に防止することができる。   Therefore, also in this embodiment, not only can the thin film vibrator be securely fixed to and supported by the first and second support portions on the support substrate, but also undesired contact of the thin film vibrator with the support substrate can be ensured. Can be prevented.

また、第2の実施形態では、上記温度特性調整膜42,46,48が積層されている。すなわち、温度特性調整膜42,46,48が、いずれもSiOからなり、正の周波数温度係数TCFを有する。従って、温度特性調整膜42,46,48の周波数温度係数TCFと、AlNからなる圧電薄膜44の周波数温度係数TCFとが相殺される。よって、周波数温度係数TCFの絶対値を小さくすることができる。 In the second embodiment, the temperature characteristic adjusting films 42, 46, and 48 are laminated. That is, the temperature characteristic adjusting films 42, 46, 48 are all made of SiO 2 and have a positive frequency temperature coefficient TCF. Accordingly, the frequency temperature coefficient TCF of the temperature characteristic adjusting films 42, 46, and 48 and the frequency temperature coefficient TCF of the piezoelectric thin film 44 made of AlN are offset. Therefore, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF can be reduced.

また、本実施形態においても、温度特性調整膜が配置されているため、温度変化による特性変化の少ない圧電薄膜振動装置を提供することができる。   Also in this embodiment, since the temperature characteristic adjusting film is disposed, it is possible to provide a piezoelectric thin film vibration device with little characteristic change due to temperature change.

図9は、本発明の第3の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図である。   FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a thin film vibrating body of a piezoelectric thin film vibrating apparatus according to a third embodiment of the present invention.

第3の実施形態では、薄膜振動体51は、下方から第1の励振電極52、圧電薄膜53、第2の励振電極54、温度特性調整膜55及び引っ張り膜56,57を積層した構造を有する。各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りである。   In the third embodiment, the thin-film vibrating body 51 has a structure in which a first excitation electrode 52, a piezoelectric thin film 53, a second excitation electrode 54, a temperature characteristic adjustment film 55, and tensile films 56 and 57 are stacked from below. . The material, film thickness, and film stress of each thin film are as follows.

引っ張り膜56,57:AlN、膜厚0.8μm、膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Tensile films 56 and 57: AlN, film thickness 0.8 μm, film stress is tensile stress, value is 100 MPa.

温度特性調整膜55:SiO、膜厚5.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjusting film 55: SiO 2 , film thickness 5.0 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

第2の励振電極54:Pt、膜厚0.1μm。   Second excitation electrode 54: Pt, film thickness 0.1 μm.

圧電薄膜53:AlN、膜厚1.6μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−80MPa。   Piezoelectric thin film 53: AlN, film thickness 1.6 μm, film stress is compressive stress, value is −80 MPa.

第1の励振電極52:Pt、膜厚0.1μm。   First excitation electrode 52: Pt, film thickness 0.1 μm.

第3の実施形態では、圧電薄膜53と第1,第2の励振電極52,54とが積層されている積層体に、1層の温度特性調整膜55と、上記引っ張り膜56,57のみが積層されている。この場合においても、引っ張り膜56,57が、第1,第2の辺に沿う、第1,第2のストライプ領域に設けられているので、第1の実施形態の場合と同様に、第1,第2の支持部が第1,第2の辺において最も下方に位置するように薄膜振動体53は、第1,第2の辺において、第1,第2の支持部が設けられている部分が最も下方となるように、下方に凸になるように反ることとなる。   In the third embodiment, a single layer of the temperature characteristic adjusting film 55 and the tension films 56 and 57 are formed on the laminate in which the piezoelectric thin film 53 and the first and second excitation electrodes 52 and 54 are laminated. Are stacked. Also in this case, since the tensile films 56 and 57 are provided in the first and second stripe regions along the first and second sides, the first film is formed in the same manner as in the first embodiment. The thin-film vibrating body 53 is provided with the first and second support portions on the first and second sides so that the second support portion is positioned at the lowest position on the first and second sides. It will warp so as to be convex downward so that the portion is the lowest.

本実施形態においても、第1,第2のストライプ領域間では、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、第1,第2の支持部を結ぶ方向において上方に反るように設定されている。従って、本実施形態においても、薄膜振動体は、第1,第2の支持部を結ぶ方向中央が上方に凸に反ることとなる。   Also in the present embodiment, between the first and second stripe regions, the relationship between the film stress and film thickness of the plurality of thin films is set to warp upward in the direction connecting the first and second support portions. ing. Therefore, also in the present embodiment, the center of the direction in which the thin film vibrating body connects the first and second support portions is warped upward.

従って、本実施形態においても、薄膜振動体51のコーナー部分が支持基板に接触し難い。加えて、温度特性調整膜55の存在により、温度変化による特性の変化も小さくされ得る。   Therefore, also in this embodiment, the corner portion of the thin-film vibrating body 51 is difficult to contact the support substrate. In addition, due to the presence of the temperature characteristic adjusting film 55, a change in characteristics due to a temperature change can be reduced.

図10は、第4の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図である。第4の実施形態では、薄膜振動体61は、第3の実施形態と薄膜の積層数は同一である。もっとも、各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りとなる。   FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a thin film vibrating body of the piezoelectric thin film vibrating apparatus according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the thin film vibrator 61 has the same number of thin film stacks as the third embodiment. However, the material, film thickness, and film stress of each thin film are as follows.

引っ張り膜66,67:Pt、膜厚0.8μm、蒸着により形成された薄膜であり、その膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Tensile films 66 and 67: Pt, film thickness of 0.8 μm, thin film formed by vapor deposition, the film stress is tensile stress, and the value is 100 MPa.

温度特性調整膜65:SiO、膜厚5.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Temperature characteristic adjustment film 65: SiO 2 , film thickness 5.0 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

第1,第2の励振電極62,64:それぞれPtからなり、膜厚0.1μm。   First and second excitation electrodes 62 and 64: each made of Pt and having a film thickness of 0.1 μm.

圧電薄膜63:ZnOからなり、膜厚1.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−50MPa。   Piezoelectric thin film 63: made of ZnO, film thickness 1.0 μm, film stress is compressive stress, value is −50 MPa.

第4の実施形態においても、Ptからなる第1,第2の励振電極62,64及び引っ張り膜66,67が蒸着により形成されていることを除いては、残りの薄膜はスパッタリングにより形成されている。そして、本実施形態においても、引っ張り膜66,67の膜応力及びSiOからなる温度特性調整膜65、及び圧電薄膜64の膜応力が上記の値とされているため、第3の実施形態の場合と同様に、第1,第2の辺において、第1,第2の支持部が最も下方に位置するように、かつ第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、第1,第2の支持部が最も下方に、すなわち中央が上方になるように圧電薄膜振動体61が反ることとなる。従って、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。 Also in the fourth embodiment, the remaining thin films are formed by sputtering except that the first and second excitation electrodes 62 and 64 and the tensile films 66 and 67 made of Pt are formed by vapor deposition. Yes. Also in this embodiment, the film stress of the tensile films 66 and 67 and the temperature characteristic adjustment film 65 made of SiO 2 and the film stress of the piezoelectric thin film 64 are set to the above values. Similarly to the case, in the direction connecting the first and second support parts so that the first and second support parts are positioned at the lowest position on the first and second sides, the first and second support parts are provided. The piezoelectric thin-film vibrating body 61 warps so that the two support portions are at the bottom, that is, the center is at the top. Therefore, contact of the corner portion with the support substrate can be reliably prevented.

上記第1の実施形態〜第4の実施形態から明らかなように、本発明においては、薄膜振動体を構成する薄膜の積層数、薄膜の材料、膜厚及び膜応力を適宜調整すればよく、それによって、薄膜振動体を、図2(b)に示したように反らせ、コーナー部分C1〜C4の支持基板への接触を確実にかつ容易に防止することができる。   As apparent from the first to fourth embodiments, in the present invention, the number of thin films constituting the thin film vibrator, the material of the thin film, the film thickness, and the film stress may be adjusted as appropriate. Thereby, the thin film vibrator can be warped as shown in FIG. 2B, and the contact of the corner portions C1 to C4 with the support substrate can be surely and easily prevented.

図11(a)及び(b)は、本発明の第5の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体の模式的断面図及び該圧電薄膜振動装置の模式的平面図である。   FIGS. 11A and 11B are a schematic cross-sectional view of a thin film vibrating body of a piezoelectric thin film vibration device according to a fifth embodiment of the present invention and a schematic plan view of the piezoelectric thin film vibration device.

第5の実施形態では、薄膜振動体71は、下方から第1の励振電極72、圧電薄膜73、第2の励振電極74、引っ張り膜75及び温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜76を積層した構造を有する。ここでは、第1の励振電極72、圧電薄膜73、第2の励振電極74及び引っ張り膜75は、矩形形状の薄膜振動体71の矩形の全領域に至るように形成されている。薄膜振動体71の平面形状は矩形形状であり、第1,第2の辺71a,71bは、短辺方向に延びる一対の辺である。これに対して、温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜76は、第1の辺71a及び第2の辺71bと第1,第2のストライプ状領域G,Gを隔てて中央領域にのみ形成されている。もっとも、応力調整膜76は、矩形形状の薄膜振動体71の幅方向、すなわち短辺方向の全幅に至るようには形成されている。   In the fifth embodiment, the thin film vibrating body 71 includes a first excitation electrode 72, a piezoelectric thin film 73, a second excitation electrode 74, a tensile film 75, and a stress adjustment film 76 that also serves as a temperature characteristic adjustment film stacked from below. It has a structure. Here, the first excitation electrode 72, the piezoelectric thin film 73, the second excitation electrode 74, and the tensile film 75 are formed so as to reach the entire rectangular region of the rectangular thin film vibrating body 71. The planar shape of the thin-film vibrating body 71 is a rectangular shape, and the first and second sides 71a and 71b are a pair of sides extending in the short side direction. On the other hand, the stress adjustment film 76 also serving as the temperature characteristic adjustment film is formed only in the central region with the first and second sides 71a and 71b and the first and second stripe regions G and G separated from each other. ing. However, the stress adjusting film 76 is formed so as to reach the entire width in the width direction of the rectangular thin film vibrator 71, that is, the short side direction.

言い換えれば、第1〜第4の実施形態において設けられていた引っ張り膜が設けられている第1,第2のストライプ状の領域には、引っ張り膜が形成されず、該引っ張り膜が形成されていた第1,第2のストライプ状の領域間の中央領域に、圧縮応力を有する応力調整膜76が設けられている。   In other words, the tensile film is not formed in the first and second stripe regions where the tensile film provided in the first to fourth embodiments is provided, and the tensile film is formed. A stress adjusting film 76 having a compressive stress is provided in the central region between the first and second stripe-shaped regions.

従って、第1,第2の辺71a,71bに沿うストライプ状の領域においては、引っ張り膜75の上方に応力調整膜76は存在しない。   Accordingly, the stress adjusting film 76 does not exist above the tensile film 75 in the stripe-shaped regions along the first and second sides 71a and 71b.

各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りである。   The material, film thickness, and film stress of each thin film are as follows.

応力調整膜76:SiO、膜厚5.0μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−180MPa。 Stress adjustment film 76: SiO 2 , film thickness 5.0 μm, film stress is compressive stress, value is −180 MPa.

引っ張り膜75:AlN、膜厚0.8μm、膜応力は引っ張り応力であり、値は100MPa。   Tensile film 75: AlN, film thickness 0.8 μm, film stress is tensile stress, value is 100 MPa.

第2の励振電極74:Pt、膜厚0.1μm。   Second excitation electrode 74: Pt, film thickness 0.1 μm.

圧電薄膜73:AlN、膜厚1.6μm、膜応力は圧縮応力であり、値は−80MPa。   Piezoelectric thin film 73: AlN, film thickness 1.6 μm, film stress is compressive stress, value is −80 MPa.

第1の励振電極72:Pt、膜厚0.1μm。   First excitation electrode 72: Pt, film thickness 0.1 μm.

本実施形態においても、膜厚0.1μmのPtからなる第1,第2の励振電極の膜応力は、厚みが薄いため、無視することができる。   Also in this embodiment, the film stress of the first and second excitation electrodes made of Pt having a film thickness of 0.1 μm can be ignored because the film stress is small.

本実施形態では、上記膜応力の圧電薄膜73、引っ張り膜74及び応力調整膜76が積層されており、全面に形成されている引っ張り膜74上においては、第1,第2の辺71a,71bに沿うストライプ状の領域G,G上に応力調整膜76が存在しない。   In this embodiment, the piezoelectric thin film 73, the tensile film 74, and the stress adjustment film 76 having the above-described film stress are laminated, and the first and second sides 71a and 71b are formed on the tensile film 74 formed on the entire surface. The stress adjusting film 76 does not exist on the striped regions G and G along

従って、本実施形態では、AlNからなる引っ張り膜74の挙動は、SiOからなる大きな厚みの応力調整膜76が存在する中央部分と、存在しない第1,第2のストライプ状領域とで異なることとなる。 Therefore, in the present embodiment, the behavior of the tensile film 74 made of AlN differs between the central portion where the large thickness stress adjusting film 76 made of SiO 2 is present and the first and second stripe-shaped regions that are not present. It becomes.

より具体的には、中央領域では、薄膜振動体を厚み方向に二分した場合の上方部分における膜応力の総和は圧縮応力となる。すなわち、薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、前述した第1,第2の実施形態と同様に、第1,第2の支持部を結ぶ方向において中央が上方に凸になるように設定されている。よって、薄膜振動体は、第1,第2の支持部を結ぶ方向においては、中央が上方に凸に反ることとなる。   More specifically, in the central region, the sum of the film stresses in the upper part when the thin film vibrator is divided into two in the thickness direction is compressive stress. That is, the relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films constituting the thin film vibrating body is the center in the direction connecting the first and second support portions, as in the first and second embodiments described above. Is set to be convex upward. Therefore, the center of the thin-film vibrating body warps upward in the direction connecting the first and second support portions.

他方、第1,第2のストライプ領域では、上記引っ張り膜74と、圧電薄膜73とを含む積層体における膜応力及び膜厚の関係により、薄膜振動体71の第1,第2の辺71a,71bの中央は下方に凸に反ることとなる。   On the other hand, in the first and second stripe regions, the first and second sides 71 a and 71 a of the thin film vibrating body 71 are caused by the relationship between the film stress and the film thickness in the laminate including the tensile film 74 and the piezoelectric thin film 73. The center of 71b will warp convex downward.

従って、本実施形態においても、薄膜振動体71のコーナー部分及び中央部分の支持基板3への接触を確実に防止することができる。   Therefore, also in the present embodiment, the contact of the corner portion and the center portion of the thin-film vibrating body 71 with the support substrate 3 can be reliably prevented.

また、本実施形態においては、温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜76の存在により、温度変化による特性の変化を小さくすることができる。   Further, in the present embodiment, due to the presence of the stress adjustment film 76 that also serves as the temperature characteristic adjustment film, a change in characteristics due to a temperature change can be reduced.

なお、図1に示した薄膜振動体2では、薄膜振動体の側面において、各薄膜の位置が揃えられていたが、本発明においては、例えば、第4の実施形態のように、薄膜振動体の側面において、各薄膜の位置は揃っていなくともよい。このような薄膜振動体の側面における薄膜の位置が揃っていない他の変形例を図12(a)に示す。図12(a)に示す変形例では、薄膜振動体2の側面における薄膜の位置が揃っていないことを除いては、第1の実施形態の薄膜振動体2と同様である。   In the thin film vibrator 2 shown in FIG. 1, the positions of the thin films are aligned on the side surface of the thin film vibrator. However, in the present invention, for example, as in the fourth embodiment, the thin film vibrator In this aspect, the positions of the thin films do not have to be aligned. FIG. 12A shows another modification in which the position of the thin film is not aligned on the side surface of such a thin film vibrating body. The modification shown in FIG. 12A is the same as the thin film vibrator 2 of the first embodiment except that the position of the thin film is not aligned on the side surface of the thin film vibrator 2.

なお、図12(a)に示す変形例では、第1の励振電極5上に圧電薄膜6が積層されており、第2の励振電極7は、その外側端縁が、第1の励振電極よりも内側に位置するように形成されていた。このように、本発明においては、第1,第2の励振電極5,7は、その外側端縁が異なる位置に存在していてもよい。   In the modification shown in FIG. 12A, the piezoelectric thin film 6 is laminated on the first excitation electrode 5, and the second excitation electrode 7 has an outer edge that is more than that of the first excitation electrode. Was also formed to be located inside. Thus, in this invention, the 1st, 2nd excitation electrodes 5 and 7 may exist in the position where the outer edge is different.

図12(b)に示すように、第1の励振電極5が、第2の励振電極7よりも外側端縁が内側に位置するように設けられていてもよい。逆に、図12(c)に示すように、第2の励振電極7の外側端縁よりも、圧電薄膜6の下面に形成された第2の励振電極7の外側端縁よりも、圧電薄膜6の下面に形成された第1の励振電極5の外側端縁が外側に至っていてもよい。   As shown in FIG. 12B, the first excitation electrode 5 may be provided such that the outer edge is positioned on the inner side than the second excitation electrode 7. On the other hand, as shown in FIG. 12C, the piezoelectric thin film is thinner than the outer edge of the second excitation electrode 7 formed on the lower surface of the piezoelectric thin film 6 than the outer edge of the second excitation electrode 7. The outer edge of the first excitation electrode 5 formed on the lower surface of 6 may reach the outside.

もっとも、図12(b)に示した変形例よりも、図12(c)に示した変形例が好ましい。これは、薄膜振動体を形成するに際し、第1の励振電極5を形成した後、圧電薄膜6を積層し、第2の励振電極7が形成される。図12(b)では、第1の励振電極5の厚みにより、矢印Qで示す段差が圧電薄膜6に生じることとなる。そして、この段差Qにおいて、上方の第2の励振電極7と、第1の励振電極5との間に電圧が印加されることになり、段差Qにおいて、圧電薄膜6にクラックが生じたり、圧電特性が変化することがあった。   However, the modification shown in FIG. 12C is preferable to the modification shown in FIG. This is because when the thin film vibrator is formed, the first excitation electrode 5 is formed, and then the piezoelectric thin film 6 is laminated to form the second excitation electrode 7. In FIG. 12B, a step indicated by an arrow Q is generated in the piezoelectric thin film 6 due to the thickness of the first excitation electrode 5. At this level difference Q, a voltage is applied between the upper second excitation electrode 7 and the first excitation electrode 5, and at the level difference Q, a crack occurs in the piezoelectric thin film 6 or the piezoelectric The characteristics sometimes changed.

これに対して、図12(c)に示す構造では、第1の励振電極5を製膜した後に、圧電薄膜6を形成すると、段差Qが生じるものの、第2の励振電極7の外側端縁が、第1の励振電極5の外側端縁よりも内側に位置しているので、第1,第2の励振電極5,7間に電圧が印加されたとしても、段差Qにおいて電圧が印加され難い。従って、段差Qにおいてクラックが生じ難く、また圧電特性の劣化を生じ難い。   On the other hand, in the structure shown in FIG. 12C, when the piezoelectric thin film 6 is formed after the first excitation electrode 5 is formed, a step Q is produced, but the outer edge of the second excitation electrode 7 is formed. However, even if a voltage is applied between the first and second excitation electrodes 5 and 7, the voltage is applied at the level difference Q because the first excitation electrode 5 is positioned inside the outer edge. hard. Therefore, cracks are unlikely to occur at the step Q, and deterioration of the piezoelectric characteristics is difficult to occur.

よって、本発明の圧電薄膜振動装置の製造方法においても、好ましくは、第1の励振電極5及び圧電薄膜6を形成した後に、第2の励振電極7の外側端縁が第1の励振電極5の外側端縁の内側に位置するように第2の励振電極7を形成することが望ましい。   Therefore, also in the method for manufacturing the piezoelectric thin film vibration device of the present invention, preferably, after the first excitation electrode 5 and the piezoelectric thin film 6 are formed, the outer edge of the second excitation electrode 7 is the first excitation electrode 5. It is desirable to form the second excitation electrode 7 so as to be positioned inside the outer edge of the second excitation electrode 7.

また、図13は、本発明の圧電薄膜振動装置を製品化した際のパッケージ構造の一例を示す模式的正面断面図である。パッケージ構造81では、圧電薄膜振動装置1上に、Si、ガラス、誘電体セラミックス、有機材料、または金属等からなるケース基板82がバンプ83a〜83dを用いて接合されている。この場合、ケース基板82の下面と、圧電薄膜振動装置1の薄膜振動体2の上面との間に十分な隙間を設けることが必要である。さもなければ、薄膜振動体2が、ケース基板82の下面に接触することとなる。   FIG. 13 is a schematic front sectional view showing an example of a package structure when the piezoelectric thin film vibration device of the present invention is commercialized. In the package structure 81, a case substrate 82 made of Si, glass, dielectric ceramics, organic material, metal, or the like is bonded onto the piezoelectric thin film vibration device 1 using bumps 83a to 83d. In this case, it is necessary to provide a sufficient gap between the lower surface of the case substrate 82 and the upper surface of the thin film vibrator 2 of the piezoelectric thin film vibration device 1. Otherwise, the thin film vibrator 2 comes into contact with the lower surface of the case substrate 82.

他方、第1の実施形態の薄膜振動体2では、前述したように、コーナー部分C1〜C4が支持部に連ねられている部分よりも上方に位置している。従って、コーナー部分C1〜C4と、ケース基板82の下面との接触を確実に防止するには、コーナー部分C1〜C4を丸めておくことが望ましい。   On the other hand, in the thin film vibrating body 2 of the first embodiment, as described above, the corner portions C1 to C4 are located above the portion connected to the support portion. Therefore, in order to reliably prevent contact between the corner portions C1 to C4 and the lower surface of the case substrate 82, it is desirable to round the corner portions C1 to C4.

なお、上述してきた各実施形態及び変形例では、圧電薄膜としてAlNを用いたが、AlNに限らず、様々な他の圧電材料からなる圧電薄膜を用いることができる。   In each of the embodiments and modifications described above, AlN is used as the piezoelectric thin film. However, the present invention is not limited to AlN, and piezoelectric thin films made of various other piezoelectric materials can be used.

また、電極材料についてもPtに限らず、Au、Cuまたはこれらの合金などの適宜の金属材料を用いることができる。   Further, the electrode material is not limited to Pt, and an appropriate metal material such as Au, Cu, or an alloy thereof can be used.

さらに、温度特性調整膜についても、SiOに限らず、圧電薄膜の周波数温度係数TCFと極性や大きさが異なる適宜の材料からなる薄膜を用いることができる。 Further, the temperature characteristic adjusting film is not limited to SiO 2 , and a thin film made of an appropriate material having a polarity and size different from the frequency temperature coefficient TCF of the piezoelectric thin film can be used.

また、上記引っ張り膜を構成する材料についても、AlNに限らず、Cu、Auなどの適宜の無機材料や有機材料を用いることができる。   Further, the material constituting the tensile film is not limited to AlN, and an appropriate inorganic material or organic material such as Cu or Au can be used.

また、応力緩和膜についても、同様に、AlNの他、SiO、Taなどの適宜の無機材料や有機材料を用いることができる。 Similarly, for the stress relaxation film, an appropriate inorganic material or organic material such as SiO 2 or Ta 2 O 5 can be used in addition to AlN.

さらに、上述した第1〜第5の実施形態では、各薄膜は主にスパッタリングにより形成したが、PVDやCVDなどの適宜の蒸着法、あるいはイオンプレーティングなどにより形成されてもよい。そして、薄膜の製膜条件を変更することにより、上記実施形態と同様に、膜応力を適宜調整すればよい。   Furthermore, in the first to fifth embodiments described above, each thin film is mainly formed by sputtering, but may be formed by an appropriate vapor deposition method such as PVD or CVD, or ion plating. Then, the film stress may be appropriately adjusted by changing the film forming conditions for the thin film, as in the above embodiment.

本発明の第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図であり、図2(a)中のA−A線に沿う断面図。It is sectional drawing which shows typically the thin film vibrating body of the piezoelectric thin film vibration apparatus of the 1st Embodiment of this invention, and sectional drawing which follows the AA line in Fig.2 (a). (a)は、第1の実施形態における圧電薄膜振動装置の模式的平面図、(b)は、薄膜振動体が反っている状態を示す模式的斜視図。(A) is a schematic plan view of the piezoelectric thin-film vibrating device in the first embodiment, and (b) is a schematic perspective view showing a state in which the thin-film vibrating body is warped. (a)〜(d)は、第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造方法を説明するための各模式的正面断面図。(A)-(d) is each typical front sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film vibration apparatus of 1st Embodiment. (a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造工程を説明するための各模式的正面断面図。(A)-(c) is each typical front sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the piezoelectric thin film vibration apparatus of the 1st Embodiment of this invention. (a)は、第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造工程を説明するための正面断面図であり、(b)は、その模式的平面図。(A) is front sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the piezoelectric thin film vibration apparatus of 1st Embodiment, (b) is the typical top view. 第1の実施形態の圧電薄膜振動装置の正面断面図。1 is a front sectional view of a piezoelectric thin film vibration device according to a first embodiment. (a)は、基板上に薄膜が成膜され、薄膜の膜応力が引っ張り応力である場合の反りの状態を示す模式的正面図、(b)は、薄膜の膜応力が圧縮応力である場合の反りの状態を示す模式的正面図。(A) is a schematic front view showing a state of warping when a thin film is formed on a substrate and the film stress of the thin film is a tensile stress, and (b) is a case where the film stress of the thin film is a compressive stress. The typical front view which shows the state of curvature. 本発明の第2の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。Front sectional drawing which shows typically the thin film vibration body of the piezoelectric thin film vibration apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。Front sectional drawing which shows typically the thin film vibrating body of the piezoelectric thin film vibration apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。FIG. 10 is a front sectional view schematically showing a thin film vibrating body of a piezoelectric thin film vibrating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. (a)及び(b)は、本発明の第5の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図及び該圧電薄膜振動装置の模式的平面図。(A) And (b) is front sectional drawing which shows typically the thin film vibration body of the piezoelectric thin film vibration apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention, and a typical top view of this piezoelectric thin film vibration apparatus. (a)は第1の実施形態における圧電薄膜振動装置の薄膜振動体の変形例を示す模式的正面断面図、(b)及び(c)は、第1の実施形態における圧電薄膜振動装置の振動体のさらに他の変形例を説明するための各部分切欠正面断面図。(A) is typical sectional drawing which shows the modification of the thin film vibrating body of the piezoelectric thin film vibration apparatus in 1st Embodiment, (b) and (c) are the vibrations of the piezoelectric thin film vibration apparatus in 1st Embodiment. Each partial notch front sectional drawing for demonstrating the further another modification of a body. 第1の実施形態の圧電薄膜振動装置を含むパッケージ構造を示す模式的正面断面図。The typical front sectional view showing the package structure containing the piezoelectric thin film oscillating device of a 1st embodiment. 従来の圧電薄膜振動装置を示す斜視図。The perspective view which shows the conventional piezoelectric thin film vibration apparatus. 従来の圧電薄膜共振子の一例を示す模式的正面断面図。The typical front sectional view showing an example of the conventional piezoelectric thin film resonator. 従来の圧電薄膜共振子の一例の問題点を示すための略図的斜視図。The schematic perspective view for showing the problem of an example of the conventional piezoelectric thin film resonator.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電薄膜振動装置
2…薄膜振動体
2a,2b…第1,第2の辺
3…支持基板
4…温度特性調整膜
5…第1の励振電極
6…圧電薄膜
7…第2の励振電極
8…応力緩和膜
9…温度特性調整膜
10,11…引っ張り膜
12,13…第1,第2の支持部
14…犠牲層
21…基板
22…薄膜
23…薄膜
41…薄膜振動体
42…温度特性調整膜
43…第1の励振電極
44…圧電薄膜
45…第2の励振電極
46…温度特性調整膜
47…応力調整膜
48…温度特性調整膜
49,50…引っ張り膜
51…薄膜振動体
52…第1の励振電極
53…圧電薄膜
54…第2の励振電極
55…温度特性調整膜
56,57…引っ張り膜
61…薄膜振動体
62…第1の励振電極
63…圧電薄膜
64…第2の励振電極
65…温度特性調整膜
66,67…引っ張り膜
71…薄膜振動体
72…第1の励振電極
73…圧電薄膜
74…第2の励振電極
75…引っ張り膜
76…応力調整膜
81…パッケージ構造
82…ケース基板
83a〜83d…バンプ
G,G…ストライプ状の領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric thin film vibration device 2 ... Thin film vibrating body 2a, 2b ... 1st, 2nd edge 3 ... Supporting substrate 4 ... Temperature characteristic adjustment film 5 ... 1st excitation electrode 6 ... Piezoelectric thin film 7 ... 2nd excitation electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Stress relaxation film | membrane 9 ... Temperature characteristic adjustment film | membrane 10, 11 ... Tensile film | membrane 12, 13 ... 1st, 2nd support part 14 ... Sacrificial layer 21 ... Substrate 22 ... Thin film 23 ... Thin film 41 ... Thin film vibrating body 42 ... Temperature Characteristic adjusting film 43 ... first excitation electrode 44 ... piezoelectric thin film 45 ... second excitation electrode 46 ... temperature characteristic adjusting film 47 ... stress adjusting film 48 ... temperature characteristic adjusting film 49, 50 ... tensile film 51 ... thin film vibrating body 52 ... 1st excitation electrode 53 ... Piezoelectric thin film 54 ... 2nd excitation electrode 55 ... Temperature characteristic adjustment film 56, 57 ... Pulling film 61 ... Thin film vibrating body 62 ... 1st excitation electrode 63 ... Piezoelectric thin film 64 ... 2nd Excitation electrode 65 ... Temperature characteristic adjustment film 66, 6 ... tensile film 71 ... thin film vibrator 72 ... first excitation electrode 73 ... piezoelectric thin film 74 ... second excitation electrode 75 ... tension film 76 ... stress adjustment film 81 ... package structure 82 ... case substrates 83a to 83d ... bumps G, G: Striped area

Claims (8)

支持基板と、
前記支持基板上において、支持基板の上面から浮かされて配置されており、薄膜形成法により形成された複数の薄膜を積層してなる積層膜からなり、平面形状が矩形形状の薄膜振動体と、
前記薄膜振動体の矩形形状の対向し合う第1,第2の辺の一部に連ねられておりかつ前記支持基板に固定されている第1,第2の支持部とを備え、
前記薄膜振動体が、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極と、圧電薄膜の上面に積層された第2の励振電極と、前記第1,第2の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第1,第2の引っ張り膜と、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜とを少なくとも有し、
薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されており、それによって、
前記第1,第2の辺では第1,第2の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第1,第2の支持部を結ぶ方向においては前記第1,第2の支持部が最も下方に位置するように、前記薄膜振動体が反らされた形状とされている、圧電薄膜振動装置。
A support substrate;
On the support substrate, it is arranged to be floated from the upper surface of the support substrate, and is composed of a laminated film formed by laminating a plurality of thin films formed by a thin film forming method, and a thin film vibrator having a rectangular planar shape;
A first support portion and a second support portion that are connected to a part of the opposing first and second sides of the rectangular shape of the thin-film vibrating body and are fixed to the support substrate;
The thin film vibrator includes a piezoelectric thin film, a first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film, a second excitation electrode laminated on the upper surface of the piezoelectric thin film, and the first and second sides. The first and second striped tensile films arranged so as to extend and the thin film vibrating body as a thin film of the plurality of thin films, the first extending along the first and second sides. , And at least a stress adjusting film whose film stress is compressive stress in a central region between the second stripe-shaped regions ,
As the thin film vibrating body warps upward in the direction connecting the first and second sides, and as it goes outward from the first and second support portions on the first and second sides. The relationship between the film stress and the film thickness of the plurality of thin films constituting the thin film vibrator is set so that the film is positioned upward and warped downward on the first and second sides. By
In the first and second sides, the first and second support portions are located at the lowest position, and the first and second support portions are the most in the direction connecting the first and second support portions. A piezoelectric thin-film vibration device in which the thin-film vibration body is warped so as to be positioned below.
前記複数の薄膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜を備える、請求項1に記載の圧電薄膜振動装置。 2. The piezoelectric thin film vibration device according to claim 1, wherein the plurality of thin films include a temperature characteristic adjustment film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite in polarity to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film. 前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆特性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある、請求項に記載の圧電薄膜振動装置。 2. The piezoelectric thin film vibration device according to claim 1 , wherein the stress adjustment film is also a temperature characteristic adjustment film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film . 前記圧電薄膜を介して積層されている前記第1,第2の励振電極の内、前記圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極が、前記第2の励振電極よりも外側に至っている、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電薄膜振動装置。 Of the first and second excitation electrodes laminated via the piezoelectric thin film, the first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film reaches the outside of the second excitation electrode. The piezoelectric thin film vibration device according to any one of claims 1 to 3 . 支持基板を用意する工程と、
支持基板上に溶剤またはエネルギーの付与により消失され得る材料からなる犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を覆うように、矩形形状の薄膜振動体を、前記矩形形状の対向し合う第1,第2の辺の一部に連ねられておりかつ前記支持基板に固定されている第1,第2の支持部と共に形成する工程と、
前記犠牲層を溶剤によりあるいはエネルギー付与により消失させ、それによって前記薄膜振動体と前記支持基板との間に空隙を設ける工程とを備え、
前記薄膜振動体の形成にあたり、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第1の励振電極と、前記圧電薄膜の上面に積層された第2の励振電極と、前記第1,第2の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第1,第2の引っ張り膜と、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の1つの薄膜として、前記第1,第2の辺に沿って延びる第1,第2のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜とを少なくとも含む複数の薄膜を順次薄膜形成法により形成し、薄膜振動体が第1,第2の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第1,第2の辺において第1,第2の支持部から外側に行くに連れて上方に位置し、第1,第2の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されており、それによって、前記第1,第2の支持部が連ねられている第1,第2の辺において前記第1,第2の支持部が最も下方に位置し、第1,第2の支持部を結ぶ方向において第1,第2の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体を反らせるように前記薄膜振動体を形成することを特徴とする、圧電薄膜振動装置の製造方法。
Preparing a support substrate;
Forming a sacrificial layer made of a material that can be eliminated by applying a solvent or energy on the support substrate; and
A rectangular thin-film vibrator is connected to a part of the opposing first and second sides of the rectangular shape so as to cover the sacrificial layer, and is fixed to the support substrate. Forming with the second support,
Disposing the sacrificial layer by a solvent or by applying energy, thereby providing a gap between the thin film vibrator and the support substrate,
In forming the thin film vibrator, the piezoelectric thin film, the first excitation electrode laminated on the lower surface of the piezoelectric thin film, the second excitation electrode laminated on the upper surface of the piezoelectric thin film, and the first and second electrodes The striped first and second tensile films arranged so as to extend along the side, and the thin film vibrating body as one thin film of the plurality of thin films, along the first and second sides A plurality of thin films including at least a stress adjusting film whose film stress is a compressive stress is sequentially formed in a central region between the extending first and second stripe-shaped regions by a thin film forming method . In the direction connecting the sides of the first and second sides, the center of the first and second sides is convex upward, and the first and second support parts are located upward as they go outward. A plurality of the thin-film vibrators configured to warp downward on the second side Relation thin film stress and film thickness are set, whereby, said first, first being chosen second supporting portion, wherein the second side first, the second support portion Forming the thin film vibrator so as to warp the thin film vibrator so that the first and second support portions are located at the lowest position in the direction connecting the first and second support portions. A method of manufacturing a piezoelectric thin film vibration device, which is characterized.
前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の内の少なくとも1つの薄膜として、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜を形成する、請求項に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。 In forming the thin film vibrator, a temperature characteristic adjusting film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite in polarity to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film is formed as at least one of the plurality of thin films. Item 6. A method for manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to Item 5 . 前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある、請求項に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to claim 5 , wherein the stress adjusting film is also a temperature characteristic adjusting film made of a material having a frequency temperature coefficient opposite in polarity to the frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film. 前記薄膜振動体の形成にあたり、前記第1の励振電極及び前記圧電薄膜を形成した後に、前記圧電薄膜を介して第1の励振電極に対向される前記第2の励振電極を、前記第1の励振電極よりも外側に至らないように形成することを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。 In forming the thin film vibrator, the first excitation electrode and the piezoelectric thin film are formed, and then the second excitation electrode opposed to the first excitation electrode through the piezoelectric thin film is formed as the first excitation electrode. The method for manufacturing a piezoelectric thin film vibration device according to any one of claims 5 to 7 , wherein the piezoelectric thin film vibration device is formed so as not to reach outside of the excitation electrode.
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