JP2001094373A - 薄膜共振器装置およびその製造方法 - Google Patents
薄膜共振器装置およびその製造方法Info
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＦＲに加えられる電気信号に対して低い損
失を生じる高品質ＴＦＲを提供すること。 【解決手段】 薄膜共振器（ＴＦＲ）は、成長表面（４
０）上にエピタキシャル成長させられた改良されたピエ
ゾ電気膜（４６）を有するように製造され、ピエゾ電気
膜はより少ない粒界を有することになる。エピタキシャ
ル成長は、単結晶基板または成長表面の結晶学的方位か
らとられたまたはこれをエミュレートする結晶学的方位
を有するピエゾ電気膜を意味する。例えば、成長表面と
しての単結晶シリコン基板上にピエゾ電気膜をエピタキ
シャル成長させることにより、粒界がほとんどないまた
は全くない改良されたピエゾ電気膜が製造される。本発
明の別の側面によれば、ＴＦＲを製造する方法は、まず
基板上にピエゾ電気膜が成長させられる。続いて、基板
の一部が除去されて、電極がピエゾ電気膜のいずれかの
側の上に堆積される。
失を生じる高品質ＴＦＲを提供すること。 【解決手段】 薄膜共振器（ＴＦＲ）は、成長表面（４
０）上にエピタキシャル成長させられた改良されたピエ
ゾ電気膜（４６）を有するように製造され、ピエゾ電気
膜はより少ない粒界を有することになる。エピタキシャ
ル成長は、単結晶基板または成長表面の結晶学的方位か
らとられたまたはこれをエミュレートする結晶学的方位
を有するピエゾ電気膜を意味する。例えば、成長表面と
しての単結晶シリコン基板上にピエゾ電気膜をエピタキ
シャル成長させることにより、粒界がほとんどないまた
は全くない改良されたピエゾ電気膜が製造される。本発
明の別の側面によれば、ＴＦＲを製造する方法は、まず
基板上にピエゾ電気膜が成長させられる。続いて、基板
の一部が除去されて、電極がピエゾ電気膜のいずれかの
側の上に堆積される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜共振器（ＴＦ
Ｒ）およびＴＦＲを製造する方法に関する。
Ｒ）およびＴＦＲを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＦＲは、電気信号に応答して、例え
ば、０．５ないし５ギガヘルツ（ＧＨｚ）のマイクロ波
範囲に対して無線周波数において共振可能な薄膜音響デ
バイスである。図１は、ピエゾ電気膜１２に電界を加え
る第１の電極１４と第２の電極１６との間にピエゾ電気
膜１２を備えた典型的なＴＦＲ１０を示す。膜１２は、
ピエゾ電気効果を示す酸化亜鉛、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）および他のピエゾ電気結晶材料のようなピエゾ結
晶材料からなる。
ば、０．５ないし５ギガヘルツ（ＧＨｚ）のマイクロ波
範囲に対して無線周波数において共振可能な薄膜音響デ
バイスである。図１は、ピエゾ電気膜１２に電界を加え
る第１の電極１４と第２の電極１６との間にピエゾ電気
膜１２を備えた典型的なＴＦＲ１０を示す。膜１２は、
ピエゾ電気効果を示す酸化亜鉛、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）および他のピエゾ電気結晶材料のようなピエゾ結
晶材料からなる。
【０００３】ピエゾ電気効果は、例えば第１および第２
の電極１４および１６によりピエゾ電気材料に印加され
る電界に応答して、ピエゾ電気材料が膨張または収縮す
るときに起き、またはピエゾ電気材料に加えられた機械
的な応力または歪みに応答して電界を生じるときに生じ
る。
の電極１４および１６によりピエゾ電気材料に印加され
る電界に応答して、ピエゾ電気材料が膨張または収縮す
るときに起き、またはピエゾ電気材料に加えられた機械
的な応力または歪みに応答して電界を生じるときに生じ
る。
【０００４】膜１２に加えられる電界は、膜１２の共振
周波数に対応する周波数成分を有する交番する電界であ
る場合、膜１２は、共振周波数（例えば、基本周波数お
よび好調波）で振動することになる。基本周波数は、均
一な厚さの膜に対して、膜の厚さ（ｔ）の２倍で膜１２
中の音響速度（ｖ）を割ったもの、即ちｆr＝ｖ／２ｔ
として定義される。膜１２は、共振周波数で機械的に振
動し、共振周波数における交番する電界を生じる。
周波数に対応する周波数成分を有する交番する電界であ
る場合、膜１２は、共振周波数（例えば、基本周波数お
よび好調波）で振動することになる。基本周波数は、均
一な厚さの膜に対して、膜の厚さ（ｔ）の２倍で膜１２
中の音響速度（ｖ）を割ったもの、即ちｆr＝ｖ／２ｔ
として定義される。膜１２は、共振周波数で機械的に振
動し、共振周波数における交番する電界を生じる。
【０００５】第１および第２の電極１４および１６は、
典型的には、アルミニウムのような金属である。第１の
電極１４と空気との間の音響インピーダンスの不一致
は、第１の電極１４の上表面と空気との間の界面におけ
る第１の音響反射表面１８を生じる。第２の音響反射表
面２２は、第２の電極１６と基板２４（または、膜１２
の下の基板２４の一部が除去される場合は空気）との間
の界面において確立され得る。
典型的には、アルミニウムのような金属である。第１の
電極１４と空気との間の音響インピーダンスの不一致
は、第１の電極１４の上表面と空気との間の界面におけ
る第１の音響反射表面１８を生じる。第２の音響反射表
面２２は、第２の電極１６と基板２４（または、膜１２
の下の基板２４の一部が除去される場合は空気）との間
の界面において確立され得る。
【０００６】代替的に音響反射層は、第２の電極１６と
基板２４との間に生成され、基本周波数の高調波のよう
な望ましくない周波数を抑制する。音響反射層は、所望
の特性音響インピーダンスを有する材料から、かつ第２
の電極１４と音響反射層との間の界面において第２の反
射表面に対する所望の反射特性を提供するための適切な
寸法で形成され得る。このように、音響反射層は、所望
の周波数を反射でき、一方、望ましくない周波数を抑制
する。
基板２４との間に生成され、基本周波数の高調波のよう
な望ましくない周波数を抑制する。音響反射層は、所望
の特性音響インピーダンスを有する材料から、かつ第２
の電極１４と音響反射層との間の界面において第２の反
射表面に対する所望の反射特性を提供するための適切な
寸法で形成され得る。このように、音響反射層は、所望
の周波数を反射でき、一方、望ましくない周波数を抑制
する。
【０００７】第１と第２の反射表面の間に作られかつ適
切な寸法で作られた音響キャビティは、ピエゾ電気膜１
２の共振周波数において定在波を生じる。音響キャビテ
ィの寸法は、例えば、ピエゾ電気膜１２および電極１４
および１６の厚さは、ＴＦＲ１０に対する動作周波数を
規定する。ＴＦＲ１０の動作周波数の外側にあるエネル
ギは失われ、動作周波数の中にあるエネルギは保存され
る。
切な寸法で作られた音響キャビティは、ピエゾ電気膜１
２の共振周波数において定在波を生じる。音響キャビテ
ィの寸法は、例えば、ピエゾ電気膜１２および電極１４
および１６の厚さは、ＴＦＲ１０に対する動作周波数を
規定する。ＴＦＲ１０の動作周波数の外側にあるエネル
ギは失われ、動作周波数の中にあるエネルギは保存され
る。
【０００８】ＴＦＲ１０の構造は、アクティブ半導体デ
バイスとの集積のようなモノリシック集積の目的のため
に、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）また
は他の半導体基板のような基板２４の上に形成され得
る。ディスクリートのアプリケーションに対して、ＴＦ
Ｒ１０は典型的には、水晶、サファイヤ、窒化アルミウ
ム（ＡｌＮ）またはシリコンカーバイトのような他の適
切な基板上に形成される。ＴＦＲ１０が音響反射層を有
する場合、音響反射層は、基板２４上に形成され、その
後反射層上に第２の電極１６が形成される。
バイスとの集積のようなモノリシック集積の目的のため
に、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）また
は他の半導体基板のような基板２４の上に形成され得
る。ディスクリートのアプリケーションに対して、ＴＦ
Ｒ１０は典型的には、水晶、サファイヤ、窒化アルミウ
ム（ＡｌＮ）またはシリコンカーバイトのような他の適
切な基板上に形成される。ＴＦＲ１０が音響反射層を有
する場合、音響反射層は、基板２４上に形成され、その
後反射層上に第２の電極１６が形成される。
【０００９】音響反射層がない場合、第２の電極１６
は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）またはスパッタ
リングを使用して、基板２４上に形成される。これにつ
いては、Kern & Vossen による“Thin Film Processe
s,”Vols. I and II, Wiley & Sonsを参照のこと。ピエ
ゾ電気膜１２は、第２の電極１６の上に形成され、第１
の電極１４は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）また
はスパッタリングを使用して、ピエゾ電気フィルム１２
の上面上に形成される。
は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）またはスパッタ
リングを使用して、基板２４上に形成される。これにつ
いては、Kern & Vossen による“Thin Film Processe
s,”Vols. I and II, Wiley & Sonsを参照のこと。ピエ
ゾ電気膜１２は、第２の電極１６の上に形成され、第１
の電極１４は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）また
はスパッタリングを使用して、ピエゾ電気フィルム１２
の上面上に形成される。
【００１０】ＴＦＲ１０の性能を改善するために、基板
２４の一部が、第２の反射表面２２の下から除去され
る。基板２４のその部分を除去するために、基板２４
は、第２の電極１６の側面に隣接する基板２４の上側表
面に、シリコン（Ｓｉ）基板に注入されたボロンドープ
ドｐ+ 層のようなエッチストップ２８を基板２４が含
む。エッチストップ２８は、第２の電極１６が基板２４
の部分３０が化学エッチにより除去されることを防止す
るために使用される。
２４の一部が、第２の反射表面２２の下から除去され
る。基板２４のその部分を除去するために、基板２４
は、第２の電極１６の側面に隣接する基板２４の上側表
面に、シリコン（Ｓｉ）基板に注入されたボロンドープ
ドｐ+ 層のようなエッチストップ２８を基板２４が含
む。エッチストップ２８は、第２の電極１６が基板２４
の部分３０が化学エッチにより除去されることを防止す
るために使用される。
【００１１】ピエゾ電気フィルム１２を第２の電極上に
成長させることにより、結果として得られるピエゾ電気
フィルム１２は多結晶であり、異なる格子の方位を有す
る別個の結晶が、ピエゾ電気フィルム１２全体を通して
存在する。異なる方位の結晶子または結晶グレイン間の
粒界を有するそのような不均一または不規則な結晶体構
造は、ピエゾ電気膜１２の品質を低下させる。
成長させることにより、結果として得られるピエゾ電気
フィルム１２は多結晶であり、異なる格子の方位を有す
る別個の結晶が、ピエゾ電気フィルム１２全体を通して
存在する。異なる方位の結晶子または結晶グレイン間の
粒界を有するそのような不均一または不規則な結晶体構
造は、ピエゾ電気膜１２の品質を低下させる。
【００１２】２つの良さの指数が、ピエゾ電気膜の品質
を測定するために使用される。即ち、クオリティファク
タＱおよび電気機械的結合係数である。ＴＦＲに対する
クオリティファクタＱは、音響キャビティの共振品質の
尺度であり、結合係数は、音響キャビティ内の電気エネ
ルギと機械エネルギとの間の変換効率の尺度である。こ
れらの良さの指数の両方は、動作周波数帯域におけるＴ
ＦＲにより導入される音響損失に逆比例する。
を測定するために使用される。即ち、クオリティファク
タＱおよび電気機械的結合係数である。ＴＦＲに対する
クオリティファクタＱは、音響キャビティの共振品質の
尺度であり、結合係数は、音響キャビティ内の電気エネ
ルギと機械エネルギとの間の変換効率の尺度である。こ
れらの良さの指数の両方は、動作周波数帯域におけるＴ
ＦＲにより導入される音響損失に逆比例する。
【００１３】ピエゾ電気膜１０が、粒界および結晶格子
中の点欠陥または転位のような他の欠陥、または例えば
表面の粗さによる反射表面１８および２２の悪い反射性
を備えた多結晶構造を有する場合、音響損失は、膜１２
内の音響散乱およびデバイス１０の周囲の領域への音響
放射から生じ得る。したがって、膜１２が多結晶である
場合、音響損失が膜１２により導入され、より低い品質
のＴＦＲを作ることになる。
中の点欠陥または転位のような他の欠陥、または例えば
表面の粗さによる反射表面１８および２２の悪い反射性
を備えた多結晶構造を有する場合、音響損失は、膜１２
内の音響散乱およびデバイス１０の周囲の領域への音響
放射から生じ得る。したがって、膜１２が多結晶である
場合、音響損失が膜１２により導入され、より低い品質
のＴＦＲを作ることになる。
【００１４】ピエゾ電気膜が、例えば０．５−１０ＧＨ
ｚのような高い周波数において薄くでき、ピエゾ電気膜
１２は、０．４ないし８ミクロンの幅にすることができ
るので、ＴＦＲは無線周波数（ＲＦ）で使用することが
できる。ＴＦＲは、共振周波数に対応する周波数成分を
有する交番する電界に応答して、共振周波数で交番する
電界を生じるので、ＴＦＲは、無線周波数（ＲＦ）フィ
ルタエレメントとして使用することができる。
ｚのような高い周波数において薄くでき、ピエゾ電気膜
１２は、０．４ないし８ミクロンの幅にすることができ
るので、ＴＦＲは無線周波数（ＲＦ）で使用することが
できる。ＴＦＲは、共振周波数に対応する周波数成分を
有する交番する電界に応答して、共振周波数で交番する
電界を生じるので、ＴＦＲは、無線周波数（ＲＦ）フィ
ルタエレメントとして使用することができる。
【００１５】ＴＦＲフィルタは、セラミックスに基づく
もののような通常のＲＦフィルタに対して独特のサイズ
の利点を有する。例えば、薄膜共振器は１．５立方ミリ
メートルの体積を有し得るが、セラミック共振器は、典
型的には、数百立方ミリメートルの体積よりも小さくな
い。同時に、セラミックエレメントは、典型的に、動作
周波数帯域において入力信号に対しＴＦＲよりも大きい
損失を導入する。
もののような通常のＲＦフィルタに対して独特のサイズ
の利点を有する。例えば、薄膜共振器は１．５立方ミリ
メートルの体積を有し得るが、セラミック共振器は、典
型的には、数百立方ミリメートルの体積よりも小さくな
い。同時に、セラミックエレメントは、典型的に、動作
周波数帯域において入力信号に対しＴＦＲよりも大きい
損失を導入する。
【００１６】ＴＦＲは、表面音響波（ＳＡＷ）デバイス
よりもより高い電力処理能力を有する。例えば、２００
ミリワット対２ワットである。しかし、上述したよう
に、ある程度膜１２の多結晶構造のために、ＴＦＲに加
えられる電気信号に対して、ＴＦＲは、損失を導入する
可能性がある。典型的なＴＦＲ製造方法は、粒界により
分離された１０8 個のオーダの別個の結晶方位を有する
ピエゾ電気膜を生じる。
よりもより高い電力処理能力を有する。例えば、２００
ミリワット対２ワットである。しかし、上述したよう
に、ある程度膜１２の多結晶構造のために、ＴＦＲに加
えられる電気信号に対して、ＴＦＲは、損失を導入する
可能性がある。典型的なＴＦＲ製造方法は、粒界により
分離された１０8 個のオーダの別個の結晶方位を有する
ピエゾ電気膜を生じる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、ＴＦＲに
加えられる電気信号に対して低い損失を生じる高品質Ｔ
ＦＲについての必要性がある。
加えられる電気信号に対して低い損失を生じる高品質Ｔ
ＦＲについての必要性がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、成長基板上に
エピタキシャル成長される改良されたピエゾ電気膜を備
えて製造される薄膜共振器（ＴＦＲ）に関し、これは、
より少ない粒界を備えたピエゾ電気膜となる。エピタキ
シャル成長は、単結晶基板即ち成長表面の結晶学的方位
からとられたまたはこれをエミュレートする結晶学的方
位を有するピエゾ電気膜を指す。例えば、成長表面とし
ての単結晶シリコン基板上でピエゾ電気膜をエピタキシ
ャル成長させることにより、改良されたピエゾ電気膜
が、粒界がほとんどなくまたは全くないように作られ
る。本発明の別の側面によれば、ピエゾ電気膜が基板上
に成長させられるＴＦＲを製造する方法が開示される。
その後、基板の一部が除去されて、電極がピエゾ電気膜
のいずれかの面に堆積される。
エピタキシャル成長される改良されたピエゾ電気膜を備
えて製造される薄膜共振器（ＴＦＲ）に関し、これは、
より少ない粒界を備えたピエゾ電気膜となる。エピタキ
シャル成長は、単結晶基板即ち成長表面の結晶学的方位
からとられたまたはこれをエミュレートする結晶学的方
位を有するピエゾ電気膜を指す。例えば、成長表面とし
ての単結晶シリコン基板上でピエゾ電気膜をエピタキシ
ャル成長させることにより、改良されたピエゾ電気膜
が、粒界がほとんどなくまたは全くないように作られ
る。本発明の別の側面によれば、ピエゾ電気膜が基板上
に成長させられるＴＦＲを製造する方法が開示される。
その後、基板の一部が除去されて、電極がピエゾ電気膜
のいずれかの面に堆積される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明を、薄膜共振器（ＴＦＲ）
およびＴＦＲを製造する方法の一実施形態について以下
に説明する。図２において、単結晶シリコン（Ｓｉ）基
板４０が準備され、この上に、ピエゾ電気膜が、ＴＦＲ
の音響キャビティのためのエピタキシャル形成される。
この発明のコンテキストにおけるエピタキシャル成長
は、単結晶基板即ち成長表面上のテンプレートパターン
から捉えたまたはこれをエミュレートする結晶学的方位
での結晶膜の形成を指す。
およびＴＦＲを製造する方法の一実施形態について以下
に説明する。図２において、単結晶シリコン（Ｓｉ）基
板４０が準備され、この上に、ピエゾ電気膜が、ＴＦＲ
の音響キャビティのためのエピタキシャル形成される。
この発明のコンテキストにおけるエピタキシャル成長
は、単結晶基板即ち成長表面上のテンプレートパターン
から捉えたまたはこれをエミュレートする結晶学的方位
での結晶膜の形成を指す。
【００２０】例えば、単結晶基板即ち成長表面上のパタ
ーンの結晶学的方位からとられるまたはこれをエミュレ
ートする結晶学的方位で膜をエピタキシャル形成するこ
とは、均一、規則的または連続的な結晶方位が、同じ成
長条件でかつ同じ基板または表面に対して形成されるピ
エゾ電気膜に対して一貫して達成される場合に示され
る。
ーンの結晶学的方位からとられるまたはこれをエミュレ
ートする結晶学的方位で膜をエピタキシャル形成するこ
とは、均一、規則的または連続的な結晶方位が、同じ成
長条件でかつ同じ基板または表面に対して形成されるピ
エゾ電気膜に対して一貫して達成される場合に示され
る。
【００２１】所定の実施形態において、ピエゾ電気膜
は、基板、例えば単結晶シリコン基板の均一、規則的ま
たは連続的結晶学的方位に基づいて、均一、規則的また
は連続的結晶学的方位を有するようにエピタキシャル形
成される。ピエゾ電気膜の非エピタキシャル成長は、典
型的には、得られるＴＦＲにおける音響エネルギ損失に
寄与する粒界を導き、エージングによるデバイスの劣化
および粒界における疲労を生じる。エピタキシャル成長
は、より少ない粒界を生じ構造的完全さを改良する。
は、基板、例えば単結晶シリコン基板の均一、規則的ま
たは連続的結晶学的方位に基づいて、均一、規則的また
は連続的結晶学的方位を有するようにエピタキシャル形
成される。ピエゾ電気膜の非エピタキシャル成長は、典
型的には、得られるＴＦＲにおける音響エネルギ損失に
寄与する粒界を導き、エージングによるデバイスの劣化
および粒界における疲労を生じる。エピタキシャル成長
は、より少ない粒界を生じ構造的完全さを改良する。
【００２２】完全な周期的格子からの結晶におけるいか
なる逸脱も欠陥である。点欠陥は、格子構造中の一点に
局所化されており、化学的不純物、空格子、および介在
原子（規則的格子中にない過剰な原子）により生じ得
る。転位のような欠陥の線は、結晶格子構造において不
連続である。典型的には、転位のいずれかの側におい
て、結晶方位は、同じ規則的周期的配置を有する。転位
のアレイは、隣接する結晶または別個の結晶学的方位を
有する結晶粒の間に粒界を形成し得る。
なる逸脱も欠陥である。点欠陥は、格子構造中の一点に
局所化されており、化学的不純物、空格子、および介在
原子（規則的格子中にない過剰な原子）により生じ得
る。転位のような欠陥の線は、結晶格子構造において不
連続である。典型的には、転位のいずれかの側におい
て、結晶方位は、同じ規則的周期的配置を有する。転位
のアレイは、隣接する結晶または別個の結晶学的方位を
有する結晶粒の間に粒界を形成し得る。
【００２３】非エピタキシャル成長は、典型的に、粒界
を導き、これは、膜内に不規則かつ不連続な結晶方位を
生じる。粒界は、損失を生じることに重要であり、ＴＦ
Ｒに対して膜により導入される損失を減少させるためお
よび膜の構造的完全さを改善するために減少されるべき
である。転位のような他の欠陥も、損失に寄与し、これ
も減少させられるべきである。ＴＦＲのためのピエゾ電
気膜の非エピタキシャル成長は、典型的には、ｃｍ2あ
たり１０8個の粒界を有し、ｃｍ2 あたり１０10個の転
位を有し得る。
を導き、これは、膜内に不規則かつ不連続な結晶方位を
生じる。粒界は、損失を生じることに重要であり、ＴＦ
Ｒに対して膜により導入される損失を減少させるためお
よび膜の構造的完全さを改善するために減少されるべき
である。転位のような他の欠陥も、損失に寄与し、これ
も減少させられるべきである。ＴＦＲのためのピエゾ電
気膜の非エピタキシャル成長は、典型的には、ｃｍ2あ
たり１０8個の粒界を有し、ｃｍ2 あたり１０10個の転
位を有し得る。
【００２４】したがって、非エピタキシャルピエゾ電気
膜は、不連続かつ不規則な結晶構造を備えた多結晶であ
り、転位が典型的にピエゾ電気膜全体に分散されてい
る。ほぼ格子が一致した単結晶基板上に形成された高品
質エピタキシャルピエゾ電気膜は、非常に少ない（例え
ば、膜内に１０個より少ない別個の結晶学的方位を有す
る）基板とヘテロエピタキシャルとの界面において１０
5−１０10個のｃｍ2あたりの転位を備えた粒界を有する
か、全く有しない。転位の数は、２−３０００オングス
トローム毎に２の階乗で減少し、転位は、典型的には、
成長の方位に沿うかまたはこれに平行である。
膜は、不連続かつ不規則な結晶構造を備えた多結晶であ
り、転位が典型的にピエゾ電気膜全体に分散されてい
る。ほぼ格子が一致した単結晶基板上に形成された高品
質エピタキシャルピエゾ電気膜は、非常に少ない（例え
ば、膜内に１０個より少ない別個の結晶学的方位を有す
る）基板とヘテロエピタキシャルとの界面において１０
5−１０10個のｃｍ2あたりの転位を備えた粒界を有する
か、全く有しない。転位の数は、２−３０００オングス
トローム毎に２の階乗で減少し、転位は、典型的には、
成長の方位に沿うかまたはこれに平行である。
【００２５】基板上のピエゾ電気膜のエピタキシャル成
長は、基板およびピエゾ電気膜が同様のインプレーン
（in-plane）格子パラメータの結晶構造を有する場合に
得ることができる。例えば、ピエゾ電気膜と下にある材
料（その上にピエゾ電気膜が堆積される基板）との間の
インプレーン格子不一致が２０％より小さい場合、膜が
基板上にエピタキシャルに成長され得る。格子不一致
は、［(a0/a0(substrate))-1］であり、a0 および a0(s
ubstrate) は、それぞれ、堆積された薄膜のインプレー
ン格子パラメータおよびその上に薄膜が堆積される材料
のインプレーン格子パラメータである。
長は、基板およびピエゾ電気膜が同様のインプレーン
（in-plane）格子パラメータの結晶構造を有する場合に
得ることができる。例えば、ピエゾ電気膜と下にある材
料（その上にピエゾ電気膜が堆積される基板）との間の
インプレーン格子不一致が２０％より小さい場合、膜が
基板上にエピタキシャルに成長され得る。格子不一致
は、［(a0/a0(substrate))-1］であり、a0 および a0(s
ubstrate) は、それぞれ、堆積された薄膜のインプレー
ン格子パラメータおよびその上に薄膜が堆積される材料
のインプレーン格子パラメータである。
【００２６】基板の結晶方位は、基板４０の平行格子面
と基板４０の上に堆積されるべき膜との間の格子不一致
を減少させるように変化され得る。例えば、＜１１１＞
方位を有するＳｉ基板４０は、ＡｌＮ膜をエピタキシャ
ル成長させるために得ることができる。＜１１０＞また
は＜１００＞方位を有する基板４０も十分である可能性
がある。異なる結晶方位をどのように記述するかについ
ての説明については、C. Kittel による“Introduction
to Solid State Physics," John Wiley & Sons, Inc.
(1967)を参照のこと。他の基板は、ガリウム砒素、窒化
ガリウムおよび他のものを含み得る。
と基板４０の上に堆積されるべき膜との間の格子不一致
を減少させるように変化され得る。例えば、＜１１１＞
方位を有するＳｉ基板４０は、ＡｌＮ膜をエピタキシャ
ル成長させるために得ることができる。＜１１０＞また
は＜１００＞方位を有する基板４０も十分である可能性
がある。異なる結晶方位をどのように記述するかについ
ての説明については、C. Kittel による“Introduction
to Solid State Physics," John Wiley & Sons, Inc.
(1967)を参照のこと。他の基板は、ガリウム砒素、窒化
ガリウムおよび他のものを含み得る。
【００２７】基板４０に、堆積されるべきピエゾ電気膜
と基板との間に適切な格子不一致を有する単結晶シリコ
ンのような均一、連続的、または規則的な周期的格子構
造を与えることにより、ピエゾ電気膜は、低減された数
の粒界で、基板４０上にエピタキシャル形成され得る。
単結晶Ｓｉ基板は、ゼロ粒界およびゼロ転位を有する
が、単結晶ＧａＡｓ基板は、ゼロ粒界および１０−１０
5個のｃｍ2あたりの転位を有する。様々な材料のエピタ
キシャル体積は、Mathews, Epitaxial Growth, Academi
c Press, 1975 に示されている。
と基板との間に適切な格子不一致を有する単結晶シリコ
ンのような均一、連続的、または規則的な周期的格子構
造を与えることにより、ピエゾ電気膜は、低減された数
の粒界で、基板４０上にエピタキシャル形成され得る。
単結晶Ｓｉ基板は、ゼロ粒界およびゼロ転位を有する
が、単結晶ＧａＡｓ基板は、ゼロ粒界および１０−１０
5個のｃｍ2あたりの転位を有する。様々な材料のエピタ
キシャル体積は、Mathews, Epitaxial Growth, Academi
c Press, 1975 に示されている。
【００２８】代替的な実施形態において、他の基板即ち
成長表面、例えばガリウム砒素、窒化ガリウムまたは酸
化アルミニウムが、ピエゾ電気膜が、所望の連続的、均
一なまたは規則的な結晶方位でエピタキシャル形成され
る限り、異なる、アモルファスまたは不規則かつ不連続
な結晶方位を有して使用され得る。例えば、エピタキシ
ャル成長は、グラフォエピタキシ（grapho-epitaxy）を
使用して起こり得る。ここで、成長表面には、溝、窪
み、エッチングまたはパターンのような物理的成長位置
または構造が用意され、特定の連続的、均一なまたは規
則的な結晶方位を有する膜をエピタキシャル形成させ
る。
成長表面、例えばガリウム砒素、窒化ガリウムまたは酸
化アルミニウムが、ピエゾ電気膜が、所望の連続的、均
一なまたは規則的な結晶方位でエピタキシャル形成され
る限り、異なる、アモルファスまたは不規則かつ不連続
な結晶方位を有して使用され得る。例えば、エピタキシ
ャル成長は、グラフォエピタキシ（grapho-epitaxy）を
使用して起こり得る。ここで、成長表面には、溝、窪
み、エッチングまたはパターンのような物理的成長位置
または構造が用意され、特定の連続的、均一なまたは規
則的な結晶方位を有する膜をエピタキシャル形成させ
る。
【００２９】膜は、横方向エピタキシャル成長により、
酸化物（例えば酸化アルミニウム）のようなアモルファ
ス的構造材料の上にエピタキシャル形成され得る。横方
向エピタキシャル成長は、アモルファス構造に隣接する
適切な成長表面上に膜をエピタキシャル形成することで
開始し、膜は、アモルファス構造の上の成長表面に対し
てエピタキシャル形成される。Kern & Vossen,“Thin F
ilm Processes," Vols. I and II, Wiley & Sons を参
照のこと。
酸化物（例えば酸化アルミニウム）のようなアモルファ
ス的構造材料の上にエピタキシャル形成され得る。横方
向エピタキシャル成長は、アモルファス構造に隣接する
適切な成長表面上に膜をエピタキシャル形成することで
開始し、膜は、アモルファス構造の上の成長表面に対し
てエピタキシャル形成される。Kern & Vossen,“Thin F
ilm Processes," Vols. I and II, Wiley & Sons を参
照のこと。
【００３０】薄膜共振器の音響キャビティのためのピエ
ゾ電気膜をエピタキシャル成長させることにより、ピエ
ゾ電気膜は、膜中の粒界によるＴＦＲにおける損失を低
減する。ＴＦＲのいくつかの実施形態において、膜の音
響キャビティのためのピエゾ電気膜は、第１の成長表面
または異なる結晶方位を有し第２の成長表面即ち基板に
対してエピタキシャル成長された第２のピエゾ電気膜に
隣接する第１の成長表面即ち基板に対してエピタキシャ
ル成長させられた第１のピエゾ電気膜を含むことができ
る。また、第１の成長表面上にエピタキシャル成長させ
られた第１のピエゾ電気膜は、第２の成長表面上の非エ
ピタキシャル成長させられた膜に隣接することができ
る。そのような実施形態において、第１および第２のピ
エゾ電気膜は、異なり、および／または成長表面または
基板が異なる。
ゾ電気膜をエピタキシャル成長させることにより、ピエ
ゾ電気膜は、膜中の粒界によるＴＦＲにおける損失を低
減する。ＴＦＲのいくつかの実施形態において、膜の音
響キャビティのためのピエゾ電気膜は、第１の成長表面
または異なる結晶方位を有し第２の成長表面即ち基板に
対してエピタキシャル成長された第２のピエゾ電気膜に
隣接する第１の成長表面即ち基板に対してエピタキシャ
ル成長させられた第１のピエゾ電気膜を含むことができ
る。また、第１の成長表面上にエピタキシャル成長させ
られた第１のピエゾ電気膜は、第２の成長表面上の非エ
ピタキシャル成長させられた膜に隣接することができ
る。そのような実施形態において、第１および第２のピ
エゾ電気膜は、異なり、および／または成長表面または
基板が異なる。
【００３１】単結晶Ｓｉ基板４０は、約０．５−１ミリ
メータの厚さの商業的に入手可能な単結晶Ｓｉウェハか
ら形成され得る。本発明の一実施形態により基板４０上
にピエゾ電気膜をエピタキシャル形成するために、窒化
シリコンＳｉ3Ｎ4のマスクのようなマスク４２が、基板
４０上に堆積される。基板４０上で使用される後続のエ
ッチングに耐性のある他のマスクが使用され得る。マス
ク４２は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）または他
の体積技法を例えば使用して堆積され得る。Kern & Vos
sen,“Thin Film Processes," Vols. I and II, Wiley
& Sonsを参照のこと。
メータの厚さの商業的に入手可能な単結晶Ｓｉウェハか
ら形成され得る。本発明の一実施形態により基板４０上
にピエゾ電気膜をエピタキシャル形成するために、窒化
シリコンＳｉ3Ｎ4のマスクのようなマスク４２が、基板
４０上に堆積される。基板４０上で使用される後続のエ
ッチングに耐性のある他のマスクが使用され得る。マス
ク４２は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）または他
の体積技法を例えば使用して堆積され得る。Kern & Vos
sen,“Thin Film Processes," Vols. I and II, Wiley
& Sonsを参照のこと。
【００３２】図３に示されているように、エッチストッ
プ４４が、基板４０の後続の異方性または等方性エッチ
ングに耐えるように使用するために、基板４０上に作ら
れる。ドーパント、基板およびエッチャントに依存し
て、各ストップのタイプが変化し得る。エッチストップ
は、例えば立法センチメートルあたり１０20個の原子よ
りも大きいドーパントレベルを有するリンまたはホウ素
でドープされたｎ+ またはｐ+ エッチストップ４４を作
るために、エピタキシャル成長またはイオン注入により
作られ得る。他のエッチストップまたはドーパント濃度
も可能である。
プ４４が、基板４０の後続の異方性または等方性エッチ
ングに耐えるように使用するために、基板４０上に作ら
れる。ドーパント、基板およびエッチャントに依存し
て、各ストップのタイプが変化し得る。エッチストップ
は、例えば立法センチメートルあたり１０20個の原子よ
りも大きいドーパントレベルを有するリンまたはホウ素
でドープされたｎ+ またはｐ+ エッチストップ４４を作
るために、エピタキシャル成長またはイオン注入により
作られ得る。他のエッチストップまたはドーパント濃度
も可能である。
【００３３】図４Ａにおいて、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）のようなピエゾ電気結晶膜４６が、基板４０上にエ
ピタキシャル成長される。ピエゾ電気フィルム４６は、
分子ビームエピタキシィ（ＭＢＥ）を使用して、基板４
０上にエピタキシャル成長され得る。一実施形態おい
て、Ｓｉ（１１１）が、基板として使用され、その上
に、ＡｌＮ膜が、膜のｃ軸が成長方位となるようにエピ
タキシャル形成される。そうするために、Ｓｉ（１１
１）基板が、バッファ付き酸化物エッチ（ＢＯＥ）にお
いて清浄され、空気中で回転乾燥され、ＭＢＥ真空容器
中にロードされる。
Ｎ）のようなピエゾ電気結晶膜４６が、基板４０上にエ
ピタキシャル成長される。ピエゾ電気フィルム４６は、
分子ビームエピタキシィ（ＭＢＥ）を使用して、基板４
０上にエピタキシャル成長され得る。一実施形態おい
て、Ｓｉ（１１１）が、基板として使用され、その上
に、ＡｌＮ膜が、膜のｃ軸が成長方位となるようにエピ
タキシャル形成される。そうするために、Ｓｉ（１１
１）基板が、バッファ付き酸化物エッチ（ＢＯＥ）にお
いて清浄され、空気中で回転乾燥され、ＭＢＥ真空容器
中にロードされる。
【００３４】ＭＢＥ真空容器中において、基板は、基板
からの残留酸化物を分解するために摂氏９５０度に加熱
される。クリーンなＳｉ（１１１）基板は、摂氏８００
度まで温度を下げられ、これにより、Ｓｉ（１１１）７
×７シリコン表面再構成が、反射高エネルギ電子回折
（ＲＨＥＥＤ）パターンを示し、これは、エピタキシャ
ル成長の準備ができているクリーンな（１１１）表面を
示す。
からの残留酸化物を分解するために摂氏９５０度に加熱
される。クリーンなＳｉ（１１１）基板は、摂氏８００
度まで温度を下げられ、これにより、Ｓｉ（１１１）７
×７シリコン表面再構成が、反射高エネルギ電子回折
（ＲＨＥＥＤ）パターンを示し、これは、エピタキシャ
ル成長の準備ができているクリーンな（１１１）表面を
示す。
【００３５】ＡｌＮ膜は、摂氏６００−８００度の基板
温度において、１時間あたり７７５オングストロームの
成長速度を使用して、１００オングストロームの厚さに
対する核になる。そして、基板は、ＡｌＮを１時間あた
り７７５オングストロームでさらに２００オングストロ
ーム成長させるために、摂氏９２０度の温度まで温度上
昇される。最終的に、基板は、ＡｌＮ膜を１時間あたり
７７５オングストロームで成長を完了させるために、摂
氏９８０−１０２０度まで温度上昇される。
温度において、１時間あたり７７５オングストロームの
成長速度を使用して、１００オングストロームの厚さに
対する核になる。そして、基板は、ＡｌＮを１時間あた
り７７５オングストロームでさらに２００オングストロ
ーム成長させるために、摂氏９２０度の温度まで温度上
昇される。最終的に、基板は、ＡｌＮ膜を１時間あたり
７７５オングストロームで成長を完了させるために、摂
氏９８０−１０２０度まで温度上昇される。
【００３６】ＭＢＥは良好な真空中で実行されるので、
例えば、１０-10Torr よりも良好な真空中で行われるの
で、膜４６は、少ない汚染で作ることができ、欠陥が少
なくなる。欠陥は音響エネルギの散乱を生じ、これは音
響損失となる。基板４０上に膜４６をエピタキシャル的
に作るために、スパッタリングおよび有機金属化学気相
成長法（ＣＶＤ）のような他の方法が使用され得る。Ke
rn & Vossen,“Thin Film Processes," Vols. I and I
I, Wiley & Sonsを参照のこと。
例えば、１０-10Torr よりも良好な真空中で行われるの
で、膜４６は、少ない汚染で作ることができ、欠陥が少
なくなる。欠陥は音響エネルギの散乱を生じ、これは音
響損失となる。基板４０上に膜４６をエピタキシャル的
に作るために、スパッタリングおよび有機金属化学気相
成長法（ＣＶＤ）のような他の方法が使用され得る。Ke
rn & Vossen,“Thin Film Processes," Vols. I and I
I, Wiley & Sonsを参照のこと。
【００３７】ピエゾ電気膜４６は、連続的な結晶方位を
有する基板４０上にエピタキシャル形成されるので、ピ
エゾ電気膜４６は、基板に沿って粒界が比較的少なくま
たは全くないように、単結晶ＡｌＮ膜４６のような連続
的な結晶方位を有して作られる。エピタキシャル膜４６
は転位または他の欠陥を有し得るが、これらの欠陥も、
基板が適切な格子不一致および連続的な結晶方位を有す
る基板４０上にエピタキシャル形成される場合低減され
得る。
有する基板４０上にエピタキシャル形成されるので、ピ
エゾ電気膜４６は、基板に沿って粒界が比較的少なくま
たは全くないように、単結晶ＡｌＮ膜４６のような連続
的な結晶方位を有して作られる。エピタキシャル膜４６
は転位または他の欠陥を有し得るが、これらの欠陥も、
基板が適切な格子不一致および連続的な結晶方位を有す
る基板４０上にエピタキシャル形成される場合低減され
得る。
【００３８】ピエゾ電気膜４６は、ピエゾ電気膜が均一
な方位となっているかどうかおよび低い欠陥密度を有し
ているかどうかを決定するために、ｘ線回折顕微鏡を使
用してスキャンされ得る。回折ピークの鋭さまたは幅
は、膜が高度に方位付けされているかどうかを測定する
ことができる。例えば、膜全体について、１度の幅より
も小さい回折ピークは、膜が連続的な結晶方位を有する
ことを示す。図４Ｂは、０．５度のΔθおよび１０6 カ
ウントの強度を有するエピタキシャルピエゾ電気膜に対
するｘ線回折ピークの例を示す。
な方位となっているかどうかおよび低い欠陥密度を有し
ているかどうかを決定するために、ｘ線回折顕微鏡を使
用してスキャンされ得る。回折ピークの鋭さまたは幅
は、膜が高度に方位付けされているかどうかを測定する
ことができる。例えば、膜全体について、１度の幅より
も小さい回折ピークは、膜が連続的な結晶方位を有する
ことを示す。図４Ｂは、０．５度のΔθおよび１０6 カ
ウントの強度を有するエピタキシャルピエゾ電気膜に対
するｘ線回折ピークの例を示す。
【００３９】破線は、約３度の幅および１０4 カウント
の強度のｘ線回折ピークを有する非エピタキシャルピエ
ゾ電気膜についてのｘ線回折ピークの一例を示す。ピー
クの強度は、欠陥密度を示すことができる。高い強度を
有する回折ピークは、例えば膜に対して加えられる一定
の束に対して１０6 カウントより大きい回折されたｘ線
光子は、間接的に低い欠陥密度を示す。図４Ｂに示され
ているように、典型的な非エピタキシャル膜は、１０4
カウントのオーダーの強度を有する。
の強度のｘ線回折ピークを有する非エピタキシャルピエ
ゾ電気膜についてのｘ線回折ピークの一例を示す。ピー
クの強度は、欠陥密度を示すことができる。高い強度を
有する回折ピークは、例えば膜に対して加えられる一定
の束に対して１０6 カウントより大きい回折されたｘ線
光子は、間接的に低い欠陥密度を示す。図４Ｂに示され
ているように、典型的な非エピタキシャル膜は、１０4
カウントのオーダーの強度を有する。
【００４０】透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または欠陥エッ
チングが、膜の欠陥密度を決定するために使用され得
る。ＴＥＭの使用において、結晶材料の一部が、切り取
られて、電子が通ることができる厚さに薄くされる。欠
陥が周囲の材料と異なる透過係数を有するので、欠陥は
電子のカウントにより検出され得る。欠陥エッチング
は、周囲の材料と異なるエッチングレートを有する膜欠
陥をよく見えるようにするために、化学エッチを使用す
ることを含む。そして、欠陥が単にカウントされる。
チングが、膜の欠陥密度を決定するために使用され得
る。ＴＥＭの使用において、結晶材料の一部が、切り取
られて、電子が通ることができる厚さに薄くされる。欠
陥が周囲の材料と異なる透過係数を有するので、欠陥は
電子のカウントにより検出され得る。欠陥エッチング
は、周囲の材料と異なるエッチングレートを有する膜欠
陥をよく見えるようにするために、化学エッチを使用す
ることを含む。そして、欠陥が単にカウントされる。
【００４１】図５に示されているように、シリコン基板
４０の部分４７は、窒化硅素マスク４２の部分が除去さ
れた後に、等方性または異方性エッチにより膜４６の下
から除去される。基板により、異なるエッチャントが使
用され得る。シリコン基板では異方性エッチは、ＥＤＰ
（ehylene damine procatechol）を使用して実行され得
る。例えば、摂氏１００度におけるＥＤＰは、１時間あ
たり５０−８０ミクロンのシリコンのエッチングレート
を与える。
４０の部分４７は、窒化硅素マスク４２の部分が除去さ
れた後に、等方性または異方性エッチにより膜４６の下
から除去される。基板により、異なるエッチャントが使
用され得る。シリコン基板では異方性エッチは、ＥＤＰ
（ehylene damine procatechol）を使用して実行され得
る。例えば、摂氏１００度におけるＥＤＰは、１時間あ
たり５０−８０ミクロンのシリコンのエッチングレート
を与える。
【００４２】異方性エッチは、同じエッチングレートを
得るために、摂氏８０度におけるpotassium hydroxide
(ＫＯＨ）を使用して実行されることもできる。代替的
に、等方性エッチは、クロム（Ｃｒ）マスクを使用する
場合、例えばプラズマエッチングを使用して実行され得
る。シリコンエッチ液は、典型的には、アルミニウムお
よび窒化アルミニウムを含むほとんどの材料をアタック
する。
得るために、摂氏８０度におけるpotassium hydroxide
(ＫＯＨ）を使用して実行されることもできる。代替的
に、等方性エッチは、クロム（Ｃｒ）マスクを使用する
場合、例えばプラズマエッチングを使用して実行され得
る。シリコンエッチ液は、典型的には、アルミニウムお
よび窒化アルミニウムを含むほとんどの材料をアタック
する。
【００４３】結果として、この実施形態において、エッ
チストップ４４は、ＡｌＮ膜４６をエッチ液から保護す
る。破線４８は、基板４０上での異なるタイプのエッチ
の効果を示す。破線４８ａは、例えばＥＤＰまたはＫＯ
Ｈを使用する異方性エッチの効果を示し、破線４８ｂ
は、等方性エッチの効果を示し、破線４８ｃは、例えば
反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用し異なるエッチ
ングプロファイルを得る他の異方性エッチの効果を示
す。エッチストップ４４は、下にある層をエッチするた
めに使用される条件下で実質的にエッチされないことに
より働く。
チストップ４４は、ＡｌＮ膜４６をエッチ液から保護す
る。破線４８は、基板４０上での異なるタイプのエッチ
の効果を示す。破線４８ａは、例えばＥＤＰまたはＫＯ
Ｈを使用する異方性エッチの効果を示し、破線４８ｂ
は、等方性エッチの効果を示し、破線４８ｃは、例えば
反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用し異なるエッチ
ングプロファイルを得る他の異方性エッチの効果を示
す。エッチストップ４４は、下にある層をエッチするた
めに使用される条件下で実質的にエッチされないことに
より働く。
【００４４】図６に示されているように、エッチストッ
プ４４および残っているマスク４２は、この実施形態に
おいて、シリコンをアタックするがＡｌＮ膜４６でスト
ップするフッ素の化学的性質での反応イオンエッチング
（ＲＩＥ）により除去され得る。代替的な実施形態にお
いて、エッチストップ４４は除去されない。材料によ
り、他のエッチング技法が使用され得る。
プ４４および残っているマスク４２は、この実施形態に
おいて、シリコンをアタックするがＡｌＮ膜４６でスト
ップするフッ素の化学的性質での反応イオンエッチング
（ＲＩＥ）により除去され得る。代替的な実施形態にお
いて、エッチストップ４４は除去されない。材料によ
り、他のエッチング技法が使用され得る。
【００４５】ピエゾ電気膜４６が露出された後、膜４６
および残りの基板４０が、例えば図７に示されているよ
うに熱酸化またはアノダイゼーション(anodization）を
使用して酸化される。酸化シリコン層は、シリコン基板
からの電極の電気的絶縁を提供するために追加される。
ＧａＡｓおよび酸化アルミニウムのような非導電性基板
は、電極からの絶縁を必要としない。この実施形態にお
いて、例えばＡｌＮのピエゾ電気膜４６は、例えばシリ
コンの基板４０に比べて低い酸化レートを有するので、
例えば１００−２００オングストロームの厚さの酸化窒
化アルミニウム（ＡｌＯＮ）の薄い層４９および５０
が、ＡｌＮ膜４６上に作られる。
および残りの基板４０が、例えば図７に示されているよ
うに熱酸化またはアノダイゼーション(anodization）を
使用して酸化される。酸化シリコン層は、シリコン基板
からの電極の電気的絶縁を提供するために追加される。
ＧａＡｓおよび酸化アルミニウムのような非導電性基板
は、電極からの絶縁を必要としない。この実施形態にお
いて、例えばＡｌＮのピエゾ電気膜４６は、例えばシリ
コンの基板４０に比べて低い酸化レートを有するので、
例えば１００−２００オングストロームの厚さの酸化窒
化アルミニウム（ＡｌＯＮ）の薄い層４９および５０
が、ＡｌＮ膜４６上に作られる。
【００４６】シリコン基板は、酸化されて、例えば１０
００−２０００オングストロームの厚さの二酸化硅素
（ＳｉＯ2 ）の層５１を形成する。膜４６の上面および
底面上のＡｌＯＮ層４９および５０は、図８に示されて
いるように、二酸化硅素の層５１にほとんど影響を与え
ない塩素に基づく化学反応を使用して除去される。代替
的な実施形態において、層４９および５０は、選択的に
エッチされて、層４９および／または層５０を除去する
ことができ、または層４９および５０の両方が維持され
得る。
００−２０００オングストロームの厚さの二酸化硅素
（ＳｉＯ2 ）の層５１を形成する。膜４６の上面および
底面上のＡｌＯＮ層４９および５０は、図８に示されて
いるように、二酸化硅素の層５１にほとんど影響を与え
ない塩素に基づく化学反応を使用して除去される。代替
的な実施形態において、層４９および５０は、選択的に
エッチされて、層４９および／または層５０を除去する
ことができ、または層４９および５０の両方が維持され
得る。
【００４７】図９に示されているように、アルミニウム
または他の金属電極のような電極５２および５４が膜４
６のいずれかの側に作られて、マイク４６と共にキャパ
シタを形成する。電極５２および５４は、Santa Clara
California, USA.のNovellusからのＭ２０００スパッタ
リングシステムを例えば使用して、スパッタリングガス
としてアルゴンガスを使用して典型的に実行されるスパ
ッタリングにより堆積させられる。
または他の金属電極のような電極５２および５４が膜４
６のいずれかの側に作られて、マイク４６と共にキャパ
シタを形成する。電極５２および５４は、Santa Clara
California, USA.のNovellusからのＭ２０００スパッタ
リングシステムを例えば使用して、スパッタリングガス
としてアルゴンガスを使用して典型的に実行されるスパ
ッタリングにより堆積させられる。
【００４８】当業者に理解されるように、このタイプの
スパッタリングは、電界およびアルゴンを製造されるＴ
ＦＲとアルミニウム（Ａｌ）ターゲットとの間に置くこ
とを含む。アルゴンイオンは、Ａｌターゲットに引きつ
けられて、Ａｌターゲットに衝突し、Ａｌイオンおよび
膜４６の上面および／または側面（並びに基板４０）の
上に堆積される中性の化学種を開放する。化学気相成長
法（ＣＶＤ）のような他の電極体積技法が使用され得
る。
スパッタリングは、電界およびアルゴンを製造されるＴ
ＦＲとアルミニウム（Ａｌ）ターゲットとの間に置くこ
とを含む。アルゴンイオンは、Ａｌターゲットに引きつ
けられて、Ａｌターゲットに衝突し、Ａｌイオンおよび
膜４６の上面および／または側面（並びに基板４０）の
上に堆積される中性の化学種を開放する。化学気相成長
法（ＣＶＤ）のような他の電極体積技法が使用され得
る。
【００４９】ＴＦＲの共振周波数、例えば０．１ないし
１０ＧＨｚに対応する所定の周波数において電気信号に
対してＴＦＲにより導入される損失を低減するように少
ない粒界を有する改良された薄膜共振器が作られる。他
の周波数に対して、膜は異なる厚さで形成され得る。上
述した実施形態に加えて、前述した方法のステップを省
略しおよび／またはステップを追加し、および／または
変形または一部を使用するＴＦＲを製造する方法の代替
的な実施形態も可能である。また、得られるＴＦＲの代
替的な実施形態は、前述したＴＦＲに層および／または
構造を追加および／または省略し、および／または変形
または一部を使用するものも可能である。
１０ＧＨｚに対応する所定の周波数において電気信号に
対してＴＦＲにより導入される損失を低減するように少
ない粒界を有する改良された薄膜共振器が作られる。他
の周波数に対して、膜は異なる厚さで形成され得る。上
述した実施形態に加えて、前述した方法のステップを省
略しおよび／またはステップを追加し、および／または
変形または一部を使用するＴＦＲを製造する方法の代替
的な実施形態も可能である。また、得られるＴＦＲの代
替的な実施形態は、前述したＴＦＲに層および／または
構造を追加および／または省略し、および／または変形
または一部を使用するものも可能である。
【００５０】例えば、層４８および／または４９は、電
極５２および５４が堆積される前に除去および／または
維持され得る。また、例えば反射層の追加的な層が、Ｔ
ＦＲの製造において含めることができ、またはＴＦＲに
後で追加することができる。ＴＦＲは、特定の材料でお
よび特定のエッチングを使用して製造されるものとして
説明したが、代替的な材料およびエッチングも、本発明
の原理に従ってＴＦＲを製造するために使用され得る。
例えば、酸化亜鉛のような他のピエゾ電気結晶膜並びに
他のピエゾ電気材料が使用され得る。
極５２および５４が堆積される前に除去および／または
維持され得る。また、例えば反射層の追加的な層が、Ｔ
ＦＲの製造において含めることができ、またはＴＦＲに
後で追加することができる。ＴＦＲは、特定の材料でお
よび特定のエッチングを使用して製造されるものとして
説明したが、代替的な材料およびエッチングも、本発明
の原理に従ってＴＦＲを製造するために使用され得る。
例えば、酸化亜鉛のような他のピエゾ電気結晶膜並びに
他のピエゾ電気材料が使用され得る。
【００５１】ＴＦＲは、単結晶Ｓｉ基板上に成長させら
れるピエゾ電気膜と共に説明されたが、基板の結晶学的
方位または成長表面に基づいて、膜中に均一な結晶構造
をエピタキシャル的に生成する他の成長表面が可能であ
る。例えば、膜１２は、グラフォエピタキシィ（grapho
-epitaxy）を使用してエピタキシャル成長され得る。そ
こでは、電極表面が、例えば周期的規則的パターンでパ
ターン化され、または織り目を出された成長表面であり
得る。周期的規則的にパターン化された表面は、単結晶
基板の表面をエミュレートするように形成され得る。
れるピエゾ電気膜と共に説明されたが、基板の結晶学的
方位または成長表面に基づいて、膜中に均一な結晶構造
をエピタキシャル的に生成する他の成長表面が可能であ
る。例えば、膜１２は、グラフォエピタキシィ（grapho
-epitaxy）を使用してエピタキシャル成長され得る。そ
こでは、電極表面が、例えば周期的規則的パターンでパ
ターン化され、または織り目を出された成長表面であり
得る。周期的規則的にパターン化された表面は、単結晶
基板の表面をエミュレートするように形成され得る。
【００５２】メザーおよび／または溝の規則的周期的パ
ターンは、平行な格子面間と同じ間隔またはその間隔の
倍数のようなピエゾ電気膜の格子構造の間隔とつり合う
間隔を使用して、ピエゾ電気膜のための種として使用さ
れ得る。パターンは、リソグラフィおよび／またはエッ
チング技法を使用して形成され得る。成長プロセスは、
以上に説明したものと同様のものでよく、またはこの説
明により当業者により理解されるものである。ＬＥＧＯ
を使用して、基板または適切な成長表面は、以上の説明
から当業者により理解されるように、その上にピエゾ電
気膜が成長させられる電極に隣接する。
ターンは、平行な格子面間と同じ間隔またはその間隔の
倍数のようなピエゾ電気膜の格子構造の間隔とつり合う
間隔を使用して、ピエゾ電気膜のための種として使用さ
れ得る。パターンは、リソグラフィおよび／またはエッ
チング技法を使用して形成され得る。成長プロセスは、
以上に説明したものと同様のものでよく、またはこの説
明により当業者により理解されるものである。ＬＥＧＯ
を使用して、基板または適切な成長表面は、以上の説明
から当業者により理解されるように、その上にピエゾ電
気膜が成長させられる電極に隣接する。
【００５３】代替的に、適切な格子構造を有する単結晶
電極が、その上にピエゾ電気膜が成長させられる電極と
して使用され得る。当業者に理解されるように、ＴＦＲ
を作る様々な材料およびそれらの各々の物理的特性は、
所定の製造ステップおよびプロセスの順序および方法を
決定し得る。例えば、以上に説明した実施形態のような
本発明の所定の側面によれば、電極は膜の前に堆積され
得る。
電極が、その上にピエゾ電気膜が成長させられる電極と
して使用され得る。当業者に理解されるように、ＴＦＲ
を作る様々な材料およびそれらの各々の物理的特性は、
所定の製造ステップおよびプロセスの順序および方法を
決定し得る。例えば、以上に説明した実施形態のような
本発明の所定の側面によれば、電極は膜の前に堆積され
得る。
【００５４】ここに説明したものは、本発明の原理の適
応の例示に過ぎない。当業者は、様々な他の変形、構成
および方法が、ここに説明された例示的な適用例に厳格
に従うことなしに、かつ本発明の精神および範囲から離
れることなしに、本発明に対してなされ得ることを理解
するであろう。
応の例示に過ぎない。当業者は、様々な他の変形、構成
および方法が、ここに説明された例示的な適用例に厳格
に従うことなしに、かつ本発明の精神および範囲から離
れることなしに、本発明に対してなされ得ることを理解
するであろう。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Ｔ
ＦＲに加えられる電気信号に対して低い損失を生じる高
品質ＴＦＲを提供できる。
ＦＲに加えられる電気信号に対して低い損失を生じる高
品質ＴＦＲを提供できる。
【図１】薄膜共振器を示す概略ブロック図。
【図２】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図３】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図４】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図５】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図６】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図７】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図８】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
【図９】本発明の原理による薄膜共振器（ＴＦＲ）の実
施形態を示す図。
施形態を示す図。
１０ ＴＦＲ １２ ピエゾ電気膜 １４ 第１の電極 １６ 第２の電極 １８ 第１の音響反射表面 ２２ 第２の音響反射表面 ２４ 基板 ２８ エッチストップ ３０ 部分 ４０ 基板 ４２ マスク ４４ エッチストップ ４６ ピエゾ電気膜 ４７ 部分 ４８ 破線 ４９，５０ ＡｌＯＮ層 ５１ ＳｉＯ2 層 ５２，５４ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｈ 9/17 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 マイケル ジェイムス マンフラ アメリカ合衆国、07078 ニュージャージ ー ショートヒルズ モリス ターンパイ ク アパートメント302 (72)発明者 ローレン ニール フェイファー アメリカ合衆国、07960 ニュージャージ ー モリスタウン レッドゲイトロード (72)発明者 ケネス ウィリアム ウェスト アメリカ合衆国、07945 ニュージャージ ー メンダム コーリーレーン 45 (72)発明者 ユーフエン ウォン アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ ー サミット ウッドランドアベニュー 160
Claims (13)
- 【請求項１】 成長表面（４０）を準備するステップ
と、 薄膜共振器のための共振周波数を提供する厚さに、前記
成長表面（４０）上でピエゾ電気膜（４６）をエピタキ
シャル成長させるステップとを有することを特徴とする
薄膜共振器装置の製造方法。 - 【請求項２】 単結晶シリコン基板（４０）を前記成長
表面（４０）として準備するステップをさらに含むこと
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記エピタキシャル成長させるステップ
は、 分子ビームエピタキシーを使用して前記基板上に前記ピ
エゾ電気膜（４６）をエピタキシャル成長させるステッ
プであることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記エピタキシャル成長させるステップ
は、 前記基板（４０）上に窒化アルミニウムのピエゾ電気膜
（４６）をエピタキシャル成長させるステップであるこ
とを特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記ピエゾ電気膜（４６）の下の前記基
板（４０）の一部（４７）を除去するステップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の下に電極（５４）を堆積さ
せるステップとを有することを特徴とする請求項２記載
の方法。 - 【請求項６】 前記基板（４０）上に前記ピエゾ電気膜
（４６）をエピタキシャル成長させる前に、前記基板
（４０）中にエッチストップ層（４４）を提供するステ
ップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の下の前記基板（４０）の一
部（４７）を前記エッチストップ層（４４）までエッチ
ングするステップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の下に電極（５４）を堆積さ
せる前に、前記エッチストップ層（４４）を除去するス
テップを有することを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項７】 前記電極（５４）を堆積させる前であり
かつ前記基板（４０）の前記部分（４７）をエッチング
した後に、 前記ピエゾ電気膜（４６）および前記基板（４０）を酸
化させるステップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の前記第２の側の上の少なく
とも前記酸化された層を除去するステップとを有するこ
とを特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 第１の電極（５２）および第２の電極
（５４）と、 前記第１の電極と第２の電極との間にあるピエゾ電気膜
（４６）とを有し、前記ピエゾ電気膜（４６）は、薄膜
共振器のための共振周波数を提供する厚さにエピタキシ
ャル成長されることを特徴とする薄膜共振器。 - 【請求項９】 前記ピエゾ電気膜（４６）は、均一な結
晶方位を有する基板（４０）上にエピタキシャル成長さ
れていることを特徴とする請求項８記載の薄膜共振器。 - 【請求項１０】 前記ピエゾ電気膜（４６）が、均一な
結晶方位を有することを特徴とする請求項９記載の薄膜
共振器。 - 【請求項１１】 前記ピエゾ電気膜（４６）が、前記膜
に沿って１度より小さい幅のｘ線回折ピークを有するこ
とを特徴とする請求項９記載の薄膜共振器。 - 【請求項１２】 基板（４０）を準備するステップと、 前記基板（４０）の上にピエゾ電気膜（４６）を成長さ
せるステップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の下の前記基板（４０）の一
部（４７）を除去するステップと、 前記ピエゾ電気膜（４６）の下に電極（５４）を堆積さ
せるステップとを有することを特徴とする薄膜共振器の
製造方法。 - 【請求項１３】 第１の電極（５２）および第２の電極
（５４）と、 前記第１の電極と第２の電極との間にあるピエゾ電気膜
（４６）とを有し、前記ピエゾ電気膜は基板（４０）の
上に成長していることを特徴とする薄膜共振器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/363,527 US6349454B1 (en) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | Method of making thin film resonator apparatus |
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| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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