(57)【要約】  圧電層２と上部電極１０及び下部電極８とを有する圧電共振スタック１２と、それを支持する基板６とを含んでなる薄膜圧電共振器。圧電共振スタック１２は、上部電極１０と下部電極８とが圧電層２を介して互いに対向し且つ１次厚み縦振動が可能な振動領域１８と、基板６により支持される支持領域１９とを有する。振動領域１８は、長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１.１以上且つ１．７以下の楕円形状をなしている。圧電共振スタック１２は、更に上部電極１０上に形成された上部誘電体層２０を有する。振動領域１８における上部電極１０の厚みおよび上部誘電体層２０の厚みの合計ｃと振動領域１８における圧電層２の厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上０．４５以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と該圧電層を挟んで互いに対向するように形成された上部電極及び下部電極とを有する圧電共振スタックと、該圧電共振スタックを支持する基板とを含んでなる薄膜圧電共振器であって、
前記圧電共振スタックは、前記上部電極と下部電極とが前記圧電層を介して互いに対向し且つ１次厚み縦振動が可能な振動領域と、前記基板により支持される支持領域とを有しており、
前記振動領域は、長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１.１以上且つ１．７以下の楕円形状をなしており、
前記圧電共振スタックは、更に前記上部電極上に形成された上部誘電体層を有しており、
前記振動領域における前記上部電極の厚みおよび前記上部誘電体層の厚みの合計ｃと前記振動領域における前記圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上０．４５以下であることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記圧電共振スタックは、更に前記下部電極の下に形成された下部誘電体層を有していることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項３】
前記振動領域に対応して、前記基板には前記振動領域の１次厚み縦振動を可能となすようにエアーギャップまたは音響インピーダンス変換器が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
請求項１に記載の複数の薄膜圧電共振器をフィルタ回路を形成するように接続してなる薄膜圧電フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器の技術分野に属するものであり、とくに薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタに関するものである。本発明は、特にスプリアスモードによるノイズの抑制を企図した薄膜圧電共振器の構造に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
セルラ電話機のＲＦ回路部には常に小型化が求められる。最近では、セルラ電話機に多様な機能を付与することが要望されており、その実現のためにはできるだけ多くのコンポーネントを組み込むことが好ましい。一方で、セルラ電話機の大きさには制約があるので、結局、機器における各構成部分の専有面積（実装面積）及び高さの低減の要求が厳しく、従ってＲＦ回路部を構成するコンポーネントについても専有面積が小さく且つ高さの低いものが求められている。【０００３】
このような事情から、ＲＦ回路に使用される帯域通過フィルタとして、小型でかつ軽量化が可能である薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタが利用されるようになっている。このような薄膜圧電フィルタは、半導体基板上に上下の電極で挟まれるように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる圧電層を形成し、且つ弾性波エネルギーが半導体基板中に漏洩しないように、その直下に空洞または空隙（エアーギャップ）或いは音響反射層（音響インピーダンス変換器）を設けてなる薄膜圧電共振器を用いたＲＦフィルタである。【０００４】
このように、薄膜圧電共振器は大別して２種類のものが存在する。第１番目のものは、上部電極、下部電極および圧電層からなる圧電共振スタックの直下にエアーギャップを設けたＦｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）であり、第２番目のものは、基板上に音響インピーダンスが互いに異なる２種類の層を交互に積層してなる音響インピーダンス変換器上に圧電共振スタックを形成したＳｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＳＭＲ）である。【０００５】
前記のＦＢＡＲおよびＳＭＲは、圧電共振スタックの厚さ方向に伝搬する弾性波（縦音響モード）を用いた共振器である。上部電極および下部電極に印加された交流信号により励振された弾性波は圧電共振スタックの厚さ方向に伝搬し、上部電極の上側表面及び下部電極の下側表面の空気または音響インピーダンス変換器と接する面で、反射される。このため、上部電極の上側表面と下部電極の下側表面との間の重み付き距離が、弾性波の２分の１波長の整数倍となる場合に、弾性的な共振が生じる。【０００６】
この共振は、エアーギャップまたは音響インピーダンス変換器に対応する圧電共振スタックの領域において生ずる。この領域を振動領域と称する。この振動領域では、圧電層の上下各面の全体にそれぞれ上部電極および下部電極が位置している。【０００７】
一方、薄膜圧電共振器には、上部電極および下部電極と平行な方向に伝搬する弾性波（横音響モード）も存在する。この横音響モードは、上記振動領域の外縁部またはその近傍での反射を繰り返して振動領域内で重畳され増幅される。このようにして横方向に伝搬する弾性波が重複して増幅されると、極めて小さな振幅の弾性波でも縦音響モードと干渉して振動特性に影響を及ぼすことになり、共振器特性の劣化、更には、該共振器を用いてフィルタを構成した場合には、フィルタの挿入損失の増加や位相特性の劣化を引き起こす。【０００８】
従来の一般的な薄膜圧電共振器においては、振動領域の形状が矩形とくに正方形または円形であった。そのため、上記横音響モードに基づく共振器やフィルタの特性の劣化が生じやすかった。これらの特性劣化が存在することで、ＦＢＡＲまたはＳＭＲのような薄膜圧電共振器のＲＦデバイスへの適用が妨げられている。【０００９】
従来、前述の不要な横音響モードによる特性劣化を防ぐため、例えば特許文献１〜３に記載されるような手法が提案されている。【００１０】
特許文献１に記載の手法では、上部電極端部にフレームを形成することにより、横音響モードによるノイズの発生を抑制している。【００１１】
特許文献２に記載の手法では、圧電層が上部電極と下部電極とに挟まれている振動領域の形状を平行な辺を持たない多角形とすることにより、横音響モードによるノイズの発生を抑制している。【００１２】
特許文献３に記載の手法では、振動領域の形状を長軸径の長さと短軸径の長さとの比が１．９以上５以下となる楕円形とすることにより、主振動に起因したインハーモニックモードのスプリアスが現れた場合であっても、このスプリアスの強度を効果的に低減するようにしている。
【特許文献１】米国特許第６，７８８，１７０号公報
【特許文献２】米国特許第６，２１５，３７５号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかるに、特許文献１に記載の手法では、フレームを形成する工程を必要とするとともに、フレーム幅がμｍオーダーの線幅を必要とすることから、上部電極との位置精度等を考慮すると、非常に高い加工精度が必要とされ、その製造は非常に困難なものとなる。従って製造コストの増大を招く。【００１４】
特許文献２に記載の手法では、共振器を多数配置してフィルタを構成する場合、共振器を規則的に配置することが難しくなり、フィルタの小型化が図れないという問題点がある。また、反共振周波数でのＱ値の低下が起こり、特性が劣化する。【００１５】
特許文献３に記載の手法では、振動領域の形状が高いＱ値の実現の観点からは理想的な円形からかなり離れた細長い形状となるため、Ｑ値の低下が大きくなり、共振器特性の品質係数の劣化が起こり、このような共振器で構成されるフィルタの特性劣化を生じる。【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、不要な横音響モードの発生が抑制され且つ高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を低コストにて提供することを目的とするものである。また、本発明の他の目的は、優れた特性を有する小型の薄膜圧電フィルタを容易に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
圧電層と該圧電層を挟んで互いに対向するように形成された上部電極及び下部電極とを有する圧電共振スタックと、該圧電共振スタックを支持する基板とを含んでなる薄膜圧電共振器であって、
前記圧電共振スタックは、前記上部電極と下部電極とが前記圧電層を介して互いに対向し且つ１次厚み縦振動が可能な振動領域と、前記基板により支持される支持領域とを有しており、
前記振動領域は、長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１.１以上且つ１．７以下の楕円形状をなしており、
前記圧電共振スタックは、更に前記上部電極上に形成された上部誘電体層を有しており、
前記振動領域における前記上部電極の厚みおよび前記上部誘電体層の厚みの合計ｃと前記振動領域における前記圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上０．４５以下であることを特徴とする薄膜圧電共振器、
が提供される。【００１８】
本発明の一態様においては、前記圧電共振スタックは、更に前記下部電極の下に形成された下部誘電体層を有している。本発明の一態様においては、前記振動領域に対応して、前記基板には前記振動領域の１次厚み縦振動を可能となすようにエアーギャップまたは音響インピーダンス変換器が形成されている。【００１９】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記の複数の薄膜圧電共振器をフィルタ回路を形成するように接続してなる薄膜圧電フィルタが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の薄膜圧電共振器によれば、振動領域が長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１.１以上且つ１．７以下の楕円形状をなし、振動領域における上部電極の厚みおよび上部誘電体層の厚みの合計ｃと振動領域における圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄを０．２５以上０．４５以下としているので、横音響モードの発生を抑制した高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。
【図２】本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。
【図３】本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。
【図４】本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。
【図５】本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタの一実施形態である梯子型フィルタ回路を示す図である。
【図７】実施例１で得られた本発明の（ａ）薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性および（ｂ）薄膜圧電共振器を用いたフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図８】比較例１で得られた（ａ）薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性および（ｂ）薄膜圧電共振器を用いたフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図９】比較例２で得られた本発明の（ａ）薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性および（ｂ）薄膜圧電共振器を用いたフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図１０】実施例２で得られた本発明の薄膜圧電共振器のインピーダンス特性を示す図である。
【図１１】薄膜圧電共振器の振動領域の楕円形状の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂを変化させた場合の、共振器の振幅特性におけるノイズ強度の変化を示す図である。
【図１２】薄膜圧電共振器の振動領域の楕円形状の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂを変化させた場合の、品質係数の変化を示す図である。
【図１３】薄膜圧電共振器の上部電極の厚みおよび上部誘電体層の厚みの合計ｃと圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄを変化させた場合の、電気機械結合係数の変化を示す図である。
【図１４】薄膜圧電共振器の上部電極の厚みおよび上部誘電体層の厚みの合計ｃと圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄを変化させた場合の、電気機械結合係数の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
２  圧電層
４  エアーギャップ
６  基板
８  下部電極
１０  上部電極
１２  圧電共振スタック
１４Ａ，１４Ｂ  接続導体
１８  振動領域
１９  支持領域
２０  上部誘電体層
２１  下部誘電体層
２２  音響インピーダンス変換器
２８  犠牲層エッチング用貫通孔
３０  ＳｉＯ２層
１００  薄膜圧電フィルタ
１０１，１０２  入出力ポート
１１１，１１３，１１５  直列薄膜圧電共振器
１１２，１１４，１１６  並列薄膜圧電共振器
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。【００２４】
図１は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図１（ａ）はその模式的平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。【００２５】
本実施形態の薄膜圧電共振器は、圧電共振スタック１２と、該圧電共振スタックの下に形成されたエアーギャップ（空隙）４と、該エアーギャップを形成するように圧電共振スタックを支持する基板６とを含んでなる。【００２６】
圧電共振スタック１２は、圧電層（圧電薄膜）２と、該圧電層を挟んで互いに対向するように形成された下部電極８および上部電極１０と、該上部電極上に形成された上部誘電体層２０とを含む積層体である。尚、図１（ａ）では上部誘電体層２０は図示を省略されている。圧電共振スタック１２は、圧電層と上部電極と下部電極と上部誘電体層との積層構造が形成されている領域に限定されるものではなく、上部電極または下部電極が形成されていない領域まで含むものである。圧電共振スタック１２は、基板６の上面の圧電共振スタック１２と接する部分に平行な平面内において、即ち上下方向に見た場合に、下部電極８と上部電極１０とが重なる領域である振動領域１８と、基板６に接している支持領域１９とからなる。【００２７】
振動領域１８の下にエアーギャップ４が形成されている。即ち、振動領域１８はエアーギャップ４に対応して位置する。これにより、振動領域１８の１次厚み縦振動が可能とされている。【００２８】
本実施形態では、圧電層２が下部電極８と上部電極１０とに挟まれた領域である振動領域１８の形は、上下方向に見た場合に、楕円形である。ここで、下部電極８および上部電極１０を外部回路に接続するために形成されている導電性の薄膜（接続導体という）１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ下部電極および上部電極には含めないものとする。即ち、接続導体が形成されている領域は振動領域１８とは見なさず、接続導体１４Ａ，１４Ｂと下部電極８および上部電極１０とのそれぞれの境界が振動領域１８の外形線を構成する。かくして、振動領域１８の外形は、上部電極１０または下部電極８の接続導体に接していない部分の外形線を延長することにより求められるものとする。また、本実施形態では、エアーギャップ４を形成するための貫通孔２８が、振動領域外に形成されている。これにより、エアーギャップ形成時に用いられるエッチング液による、下部電極８、圧電層２、上部電極１０および上部誘電体層２０へのダメージを最小限とすることができる。さらに、本実施形態によれば、振動領域内に圧電共振スタック１２の厚みの異なる領域が存在しないことから、共振周波数近傍で発生するスパイクノイズの発生を抑制するという効果が得られる。【００２９】
本実施形態では、振動領域１８は、長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１.１以上且つ１．７以下の楕円形状をなしている。これにより、ａ／ｂが１の円形状のものに比べて横音響モードによるスプリアスノイズ発生が抑制され、更に品質係数が劣化しないか又は劣化したとしてもその程度は小さい。【００３０】
また、本実施形態では、振動領域１８における上部電極１０の厚みおよび上部誘電体層２０の厚みの合計ｃと振動領域１８における圧電層２厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上０．４５以下である。上部電極１０の厚みおよび上部誘電体層２０の厚みの合計ｃと圧電層２の厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上であると、主に圧電層２の表面を伝播する横音響モード（横共振モード）の強度は分散され良好に低減される。一方、この比ｃ／ｄが０．４５以下であると、良好な電気機械結合係数が得られる。【００３１】
以上のように特定範囲の比ａ／ｂと特定範囲の比ｃ／ｄとの組み合わせの相乗効果によって、実用上使用できるノイズレベルおよびＱ値の薄膜圧電共振器が提供される。【００３２】
基板６は、たとえばシリコン基板、ガリウム砒素基板、ガラス基板などである。エアーギャップ４は、異方性湿式エッチング、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより形成することができる。圧電層２は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として製造できる圧電材料からなる。また、上部電極１０および下部電極８の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）のような、薄膜として製造でき且つパターニングが可能な金属材料を用いることができる。上部電極１０および下部電極８は、上記金属材料からなる単層膜の他に、それらの積層体からなるものでよい。上部誘電体層２０の材質としては、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、およびＳｉＡｌＯＮなどの比較的弾性率の大きな材料が好ましい。上部誘電体層２０を設けることにより、上記の比ｃ／ｄを適正範囲内にすることが容易になり、更に上部電極１０の酸化劣化を防止することが可能となる。【００３３】
本実施形態の薄膜圧電共振器は次のようにして作製することができる。シリコンウェハなどの基板６上に湿式エッチング等の技術によりピット部を形成した後、ＣＶＤ法等の成膜技術により犠牲層を形成する。その後、ＣＭＰ法などの平坦化技術により基板表面及びピット部内犠牲層の表面を平坦化し、ピット内部にのみ犠牲層が堆積された基板とする。犠牲層としては、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）のように、容易にエッチングされる材料が適当である。以上のようにして得られた基板上に、スパッタリング法、蒸着法などの成膜方法で下部電極８、圧電層２および上部電極１０を成膜するとともに、湿式エッチング、ＲＩＥ、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて各層をパターニングする。更に、圧電層２および上部電極１０の上にこれらを覆うように上部誘電体層２０を形成する。更に、前記パターニング技術を用いて、上部誘電体層２０から犠牲層まで達する貫通孔２８を形成した後、該貫通孔を介してエッチング液を供給してエッチング処理し、犠牲層を除去する。これにより、ピット部にエアーギャップ４が形成される。【００３４】
また、本発明の実施形態として、図１に示した実施形態以外に、図２〜図５に示すような実施形態もある。これらの実施形態においては、下記の点以外は図１の実施形態と同様である。【００３５】
図２は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図２（ａ）はその模式的平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。この実施形態は、基板６にエアーギャップ４を形成している点は図１の実施形態と同様であるが、基板６に形成された貫通孔をエアーギャップ４として利用している点が異なる。【００３６】
図３は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図３（ａ）はその模式的平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。この実施形態では、エアーギャップ４の代わりに音響インピーダンス変換器２２を設けることで、振動領域１８の１次厚み縦振動を可能にしている。【００３７】
図４は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図４（ａ）はその模式的平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ模式的断面図である。この実施形態では、圧電共振スタック１２は、下部電極８の下に形成された下部誘電体層２１を有している。下部誘電体層２１の材質としては、上部誘電体層２０の材質と同様なものを使用することができる。下部誘電体層２１を設けることにより、下部電極８の酸化劣化を防止することが可能となる。【００３８】
図５は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態では、基板６の平坦な上面上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）層３０を形成し、ここに形成された貫通開口をエアーギャップ４として利用している。この実施形態では、基板６およびＳｉＯ２層３０の総体が、本発明でいう基板に該当する。【００３９】
図５に示した薄膜圧電共振器は、例えば次のようにして作製することができる。シリコンウェハなどの基板６上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の成膜技術、または熱酸化により酸化シリコン（ＳｉＯ２）層３０を形成する。その後、スパッタリング法、蒸着法などの成膜法により、エッチング液にて容易に溶解する犠牲層を形成し、湿式エッチング、ＲＩＥ、リフトオフ法などのパターニング技術を用いてパターニングする。犠牲層としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの金属またはそれらの金属酸化物が適当である。その後、スパッタリング法、蒸着法などの成膜方法で下部電極８、圧電層２、上部電極１０及び上部誘電体層２０を成膜するとともに、湿式エッチング、ＲＩＥ、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて各層をパターニングする。更に、前記パターニング技術を用いて、上部誘電体層２０から犠牲層まで達する貫通孔２８を形成した後、該貫通孔を介してエッチング液を供給してエッチング処理し、犠牲層を除去する。さらに、ＳｉＯ２層のエッチングが可能なエッチング液を選択し、ＳｉＯ２層をエッチングすることにより、犠牲層と同一パターンでＳｉＯ２層をエッチングすることができる。これにより、犠牲層とＳｉＯ２層とを除去した部分にエアーギャップ４が形成される。【００４０】
以上のような図２〜図５の実施形態においても、図１の実施形態と同様に、横音響モードによる特性劣化を招くことなく、高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を得ることができる。【００４１】
本発明の薄膜圧電共振器では、このように、共振に関与する振動領域１８の形状を適切な楕円形状にするとともに、振動領域１８における上部電極１０の厚みおよび上部誘電体層２０の厚みの合計ｃを適切に設定することにより、高いＱ値を損なうことなく横音響モードによるノイズの発生を抑制し、さらに、反共振周波数における負荷Ｑ値も大きい薄膜圧電共振器を得ることができる。【００４２】
図６には、本発明の薄膜圧電フィルタの一実施形態である梯子型フィルタ回路の例を示す。この薄膜圧電フィルタ１００では、上記実施形態のような本発明による薄膜圧電共振器１１１，１１３，１１５が直列素子として使用され、更に上記実施形態のような本発明による薄膜圧電共振器１１２，１１４，１１６が分路素子（並列素子）として使用されている。１０１，１０２は入出力ポートである。本発明の薄膜圧電フィルタは、図６に示す回路構成のものに限定されるものではないが、梯子型回路とすることにより、より低損失の薄膜圧電フィルタを構成することができる。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
振動領域の形状が長径１３０μｍ且つ短径が１００μｍの楕円形である図１の実施形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の材質および厚みは次のように設定した。下部電極をＭｏからなる厚み３００ｎｍの層、圧電層をＡｌＮからなる厚み１３００ｎｍの層、上部電極をＡｌからなる厚み３００ｎｍの層、上部誘電体層をＡｌＮからなる厚み１５０ｎｍの層とした。即ち、比ａ／ｂは１．３であり、比ｃ／ｄは０．３５であった。【００４４】
図７（ａ）にこのようにして作製した共振器のインピーダンスおよび位相特性を示す。図７（ａ）より明らかなように、横音響モードによるノイズの発生が抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られている。また、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数における負荷Ｑ値は、６００であり高い値を示した。【００４５】
以上のようにして６個の薄膜圧電共振器を作製し、これらを用いて図６に示す形態の薄膜圧電フィルタを作製した。図７（ｂ）に、作製した薄膜圧電フィルタの通過特性を示す。図８（ｂ）に示す後述の比較例１の結果と比べ、帯域内および帯域外におけるノイズの発生が抑制され、良好なフィルタ特性を示すことがわかる。【００４６】
（比較例１）
振動領域の形状が長径１１６μｍ且つ短径１１２μｍの楕円形であること以外は実施例１と同様にして、薄膜圧電共振器を作製した。即ち、比ａ／ｂは１．０４であり、比ｃ／ｄは０．３５であった。【００４７】
得られた薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性を図８（ａ）に示す。図８（ａ）より明らかなように、横音響モードによるノイズが発生しており、実施例１で得られた薄膜圧電共振器に比べて、ノイズ抑制が不十分であることがわかる。【００４８】
以上のようにして６個の薄膜圧電共振器を作製し、これらを用いて図６に示す形態の薄膜圧電フィルタを作製した。図８（ｂ）に作製した薄膜圧電フィルタの通過特性を示す。通過帯域内および通過帯域外に多数のノイズが発生しており、横音響モードによるフィルタ特性の劣化が起こっていることが分かる。【００４９】
（比較例２）
ＡｌＮからなる圧電層の厚みを１４００ｎｍとし且つ上部誘電体層を形成しないこと以外は実施例１と同様にして、薄膜圧電共振器を作製した。即ち、比ａ／ｂは１．３であり、比ｃ／ｄは０．２１であった。【００５０】
得られた薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性を図９（ａ）に示す。図９（ａ）より明らかなように、横音響モードによるノイズが発生しており、実施例１で得られた薄膜圧電共振器に比べて、横音響モードによるノイズの発生が大きく、ノイズ抑制が不十分であることがわかる。【００５１】
以上のようにして６個の薄膜圧電共振器を作製し、これらを用いて図６に示す形態の薄膜圧電フィルタを作製した。図９（ｂ）に作製した薄膜圧電フィルタの通過特性を示す。通過帯域内に多数のノイズが発生しており、あまり良くないフィルタ特性を示すことがわかる。【００５２】
（実施例２）
振動領域の形状が長径１４８μｍ且つ短径８８μｍの楕円形であること以外は実施例１と同様にして、薄膜圧電共振器を作製した。即ち、比ａ／ｂは１．６８であり、ｃ／ｄは０．３５であった。【００５３】
得られた薄膜圧電共振器のインピーダンスおよび位相特性を図１０に示す。図１０より明らかなように、横音響モードによるノイズの発生が抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られている。また、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数における負荷Ｑ値は、５００であり高い値を示した。【００５４】
（実施例３）
実施例１と同様にして、比ｃ／ｄを０．３５とし、但し振動領域の面積を一定に維持しながら比（楕円比）ａ／ｂを変化させて、複数の薄膜圧電共振器を作製した。【００５５】
得られた薄膜圧電共振器の振幅特性におけるノイズレベルの変化を図１１において実線で示す。これから、比ａ／ｂはスプリアス強度に関連することが認められ、スプリアス強度を実用上要求される値である０．２ｄＢ以下にするためには、比ａ／ｂを１．１以上且つ１．７以下とすることが有効であることがわかる。【００５６】
また、比較例２と同様にして、比ｃ／ｄを０．２１とし、但し振動領域の面積を一定に維持しながら比（楕円比）ａ／ｂを変化させて、複数の薄膜圧電共振器を作製した。【００５７】
得られた薄膜圧電共振器の振幅特性におけるノイズレベルの変化を図１１において破線で示す。これから、スプリアス強度を０．２ｄＢ以下にするためには、特許文献３から示唆されるように、比ａ／ｂを本発明の範囲より更に大きな値にすることが必要であることがわかる。【００５８】
更に、以上のように、実施例１と同様にして、但し比ａ／ｂを変化させた場合の品質係数レベルの変化を図１２に示す。比ａ／ｂが本発明の範囲より更に大きなると、品質係数が更に劣化することがわかる。【００５９】
（実施例４）
実施例１と同様にして、比ａ／ｂを１．３とし、但し比（膜厚比）ｃ／ｄを変化させて、複数の薄膜圧電共振器を作製した。ここで、比ｃ／ｄが０．２１以下の場合には上部誘電体層を形成せず、比ｃ／ｄが０．２１を超える場合には上部電極厚みを３００ｎｍに維持しながら上部誘電体層を形成し且つその厚みを変化させることで比ｃ／ｄを変化させた。【００６０】
得られた薄膜圧電共振器の電気機械結合係数の変化を図１３に示す。これから、比ｃ／ｄが大きくなると電気機械結合係数の値が低くなることがわかる。電気機械結合係数は圧電共振器を用いてフィルタを構成する場合の通過帯域幅を決定する重要な因子である。この通過帯域幅の値が５．７％以下では実用上要求されるフィルタを構成することが難しくなる。従って、比ｃ／ｄは０．４５以下であることが必要であることが分かる。【００６１】
（実施例５）
上部電極をＭｏ（ヤング率＝３．２×１０１１Ｎ／ｍ２）とＡｌ（ヤング率＝０．７×１０１１Ｎ／ｍ２）の積層電極とした以外は、実施例４と同様とし、比ａ／ｂを１．３とし、比（膜厚比）ｃ／ｄを変化させて複数の薄膜圧電共振器を作製した。ここで、上部電極において、Ｍｏ層は厚み１５０ｎｍ、Ａｌ層は厚み１５０ｎｍとし、圧電層と接する側にＭｏ層を配置し、上部誘電体層と接する側にＡｌ層を配置した。【００６２】
得られた薄膜圧電共振器の電気機械結合係数の変化を図１４に示す。図１４に示された電気機械結合係数は、図１３のそれに比べて大きいことがわかる。これから、ヤング率が比較的大きなＭｏを圧電層側とした積層電極とすることにより、より大きな電気機械結合係数が得られることがわかる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月24日(2008.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と該圧電層を挟んで互いに対向するように形成された上部電極及び下部電極とを有する圧電共振スタックと、該圧電共振スタックを支持する基板とを含んでなる薄膜圧電共振器であって、
前記圧電共振スタックは、前記上部電極と下部電極とが前記圧電層を介して互いに対向し且つ１次厚み縦振動が可能な振動領域と、前記基板により支持される支持領域とを有しており、
前記振動領域は、長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．１以上且つ１．７以下の楕円形状をなしており、
前記圧電共振スタックは、更に前記上部電極上に形成された上部誘電体層を有しており、前記上部誘電体層は前記圧電層と同一の材料からなり、
前記振動領域における前記上部電極の厚みおよび前記上部誘電体層の厚みの合計ｃと前記振動領域における前記圧電層の厚みｄとの比ｃ／ｄが０．２５以上０．４５以下であることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記圧電共振スタックは、更に前記下部電極の下に形成された下部誘電体層を有していることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項３】
前記振動領域に対応して、前記基板には前記振動領域の１次厚み縦振動を可能となすようにエアーギャップまたは音響インピーダンス変換器が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
請求項１に記載の複数の薄膜圧電共振器をフィルタ回路を形成するように接続してなる薄膜圧電フィルタ。
【国際調査報告】
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