(57)【要約】【課題】  Ｑ値を向上することができ、かつ不要なスプリアス振動を防止することができるとともに、共振器部の機械的強度を向上することができる薄膜圧電共振器を提供する。【解決手段】  薄膜圧電共振器１０において、キャビティ１１を有する基板１と、キャビティ１１上の第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４と、キャビティ１１、第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４の重複部分により構成された共振器部５とを備えている。第２の電極４には第２の引出電極４１が接続され、この第２の引出電極４１は、第２の電極端４２のキャビティ１１に重複する周縁長に対してキャビティ１１の開口周縁に沿う配線幅Ｗ２を長く設定している。そして、共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１は第２の電極端４２により規定される第２の周縁長Ｌ２に対して長く設定されている。【選択図】        図１
2006345170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する基板と、
前記基板上において前記キャビティに重複して配設された第１の電極と、
前記第１の電極上に配設された圧電体と、
前記圧電体上に配設された第２の電極と、
前記キャビティ、前記第１の電極、前記圧電体及び前記第２の電極の重複部分により構成された共振器部と、を備え、
前記第２の電極端の前記キャビティに重複する周縁長に対して前記キャビティの開口周縁に沿う配線幅が長く、前記第２の電極に一体に構成され、前記基板上の前記キャビティに重複しない領域に引き出された第２の引出配線を更に備え、
前記共振器部の前記第１の電極端により規定される第１の周縁長が、前記第２の電極端により規定される第２の周縁長に対して長く設定されていることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記第１の電極端の前記キャビティに重複する周縁長に対して前記キャビティの開口周縁に沿う配線幅が短く、前記第１の電極に一体に構成され、前記基板上の前記キャビティに重複しない領域に引き出された第１の引出電極を更に備えた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】
前記共振器部の周縁全長に対して、前記第１の電極端の第１の周縁長は５０％を越えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
前記圧電体は高域遮断型分散機能を有する圧電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項５】
前記圧電体は窒化アルミニウムを主成分とする圧電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項６】
前記第１の電極端の断面形状は、第１の電極の底面と側面とのなす角度が６０度以下の順テーパ形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
【請求項７】
キャビティを有する基板と、
前記基板上において前記キャビティに重複して配設された第１の電極と、
前記第１の電極上に配設された圧電体と、
前記圧電体上に配設された第２の電極と、
前記キャビティ、前記第１の電極、前記圧電体及び前記第２の電極の重複部分により構成された共振器部と、を備え、
前記第２の電極端の前記キャビティに重複する周縁長に対して前記キャビティの開口周縁に沿う配線幅が５０％を越え、前記第２の電極に一体に構成され、前記基板上の前記キャビティに重複しない領域に引き出された第２の引出配線を更に備え、
前記共振器部の前記第１の電極端により規定される第１の周縁長が、前記共振器部の全周縁長に対して５０％以上に設定されていることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜圧電共振器に関し、特に圧電体薄膜の厚み方向の縦振動を利用する薄膜圧電共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術の発達や新方式への移行に伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要が益々高まっている。更に、移動体無線端末の高性能化や高機能化に伴い、部品点数が大幅に増加しており、部品の小型化、モジュール化等の要求が高まりつつある。移動体無線端末においては、その回路の受動部品中、特にフィルタの占める割合が大きい。従って、回路の小型化を図り、部品点数を削減するには、フィルタの小型化並びにモジュール化は必須である。
【０００３】
誘電体フィルタ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ、ＬＣフィルタ等がフィルタとして一般的であるが、小型化、モジュール化の観点から薄膜バルク弾性波共振器（薄膜圧電共振器）を利用したフィルタが最も有望である。このタイプのフィルタは圧電体振動の共振現象を利用しているので、フィルタ同士を互いに近接して配置しても電磁波のように干渉することがない。従って、薄膜圧電共振器により構成されるフィルタは誘電体フィルタやＬＣフィルタに比べて小型化し易い。
【０００４】
また、無線通信に使用する帯域が高周波数化していることから、表面波を利用しているＳＡＷフィルタにおいてはサブミクロンレベルの微細加工が必要であり、安価に製作することが難しい。これに対して、薄膜圧電共振器により構成されるフィルタは、圧電体の厚み方向の縦振動を利用しているので、圧電体の厚みを薄くすれば動作帯域の高周波数化を容易に実現することができる。このタイプのフィルタにおいては、平面方向の加工寸法が１μｍレベルあれば充分なので、高周波数化に伴う製造コストの上昇を招くことがない。また、薄膜圧電共振器を製作する基板にはＳＡＷフィルタにおいて多用されている圧電性基板を使用する必要がないので、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板を利用し製作することができ、ＬＳＩチップとフィルタとをモノリシック構造として構築することができる。
【０００５】
このように構成される薄膜圧電共振器においては、励振した弾性振動のエネルギを閉じ込める必要があるので、共振器部分の上部及び下部を空気層に接する構造が採用されている。共振子を構成する圧電体やこの圧電体に電圧を印加する電極の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとの間の数値は数桁程度異なるので、弾性振動は電極と空気との間の界面において効率的に反射され、弾性波のエネルギは共振器部分に閉じ込められる。共振器の上部の空気層は構造上自然に構成することができるので、共振器の下部の空気層（キャビティ）を如何に形成するかが、薄膜圧電共振器において重要な技術的課題である。
【０００６】
下記特許文献１には、基板表面部分に犠牲層を埋め込み、基板表面上に下部電極、圧電体、上部電極のそれぞれを形成した後、犠牲層をエッチングにより除去することによりキャビティを形成する薄膜圧電共振器の製造方法が開示されている。また、下記特許文献２には、基板表面上に共振器を形成した後、基板裏面から、エッチングにより基板の一部を除去してキャビティを形成する薄膜圧電共振器の製造方法が開示されている。ところが、特許文献１、特許文献２のそれぞれに開示された、キャビティを用いた中空構造を有する薄膜圧電共振器においては、キャビティ上（キャビティの開口領域内）に下部電極、圧電体、上部電極を積層した共振器が浮いた状態に支持されているので、構造上、機械的強度が弱い。
【０００７】
そこで、下記特許文献３には、キャビティの全面を覆う下部電極を形成するとともに、キャビティとの重複領域内において下部電極の段差が生じない薄膜圧電共振器が開示されている。しかしながら、この特許文献３に開示された薄膜圧電共振器においては、下部電極の平面面積が増大し、下部電極と上部電極との間に生成される寄生容量が増大するので、共振器の実効的電気機械結合係数が低下してしまう。下記特許文献４には、膜の残留応力を制御して下部電極をキャビティとの重複領域内において加工し、寄生容量を生じない構造を実現した薄膜圧電共振器が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−０６９５９４号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５９８５号公報
【特許文献３】特開２００２−１４００７５号公報
【特許文献４】特開平９−１３０２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献４に開示された薄膜圧電共振器においては、下部電極の平面サイズに対して上部電極の平面サイズが小さいか、若しくは双方の平面サイズが同一に設定されていた。このため、下部電極と上部電極との間を対向させ双方の間に圧電体を介在した共振器部において、励振された圧電振動が圧電体を伝わって共振器部周辺に染み出してしまうので、Ｑ値が劣化し、又不要なスプリアス振動が生じてしまうという点について配慮がなされていなかった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、Ｑ値を向上することができ、かつ不要なスプリアス振動を防止することができるとともに、共振器部の機械的強度を向上することができる薄膜圧電共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、薄膜圧電共振器において、キャビティを有する基板と、基板上においてキャビティに重複して配設された第１の電極と、第１の電極上に配設された圧電体と、圧電体上に配設された第２の電極と、キャビティ、第１の電極、圧電体及び第２の電極の重複部分により構成された共振器部と、を備え、第２の電極端のキャビティに重複する周縁長に対してキャビティの開口周縁に沿う配線幅が長く、第２の電極に一体に構成され、基板上のキャビティに重複しない領域に引き出された第２の引出配線を更に備え、共振器部の第１の電極端により規定される第１の周縁長が、第２の電極端により規定される第２の周縁長に対して長く設定されている。
【００１１】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、薄膜圧電共振器において、キャビティを有する基板と、基板上においてキャビティに重複して配設された第１の電極と、第１の電極上に配設された圧電体と、圧電体上に配設された第２の電極と、キャビティ、第１の電極、圧電体及び第２の電極の重複部分により構成された共振器部と、を備え、第２の電極端のキャビティに重複する周縁長に対してキャビティの開口周縁に沿う配線幅が５０％を越え、第２の電極に一体に構成され、基板上の前記キャビティに重複しない領域に引き出された第２の引出配線を更に備え、共振器部の第１の電極端により規定される第１の周縁長が、共振器部の全周縁長に対して５０％以上に設定されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｑ値を向上することができ、かつ不要なスプリアス振動を防止することができるとともに、共振器部の機械的強度を向上することができる薄膜圧電共振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［薄膜圧電共振器の構造］
図１及び図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０の基本構造は、中央部にキャビティ１１を有する基板１と、基板１上においてキャビティ１１に重複して配設された第１の電極（下部電極）２と、第１の電極２上に配設された圧電体３と、圧電体３上に配設された第２の電極（上部電極）４と、キャビティ１１、第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４の重複部分により構成された共振器部５と、を備え、第２の電極端４２のキャビティ１１に重複する周縁長Ｌ３に対してキャビティ１１の開口１１Ａ周縁（１１ａ−１１ｂ−１１ｃ−１１ｄ間）に沿う配線幅Ｗ２が長く、第２の電極に一体に構成され、基板１上のキャビティ１１に重複しない領域に引き出された第２の引出配線４１を更に備え、共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１が、第２の電極端４２により規定される第２の周縁長Ｌ２に対して長く設定されている。共振器部５の周縁全長（Ｌ１＋Ｌ２）に対して第１の電極端２２の第１の周縁長Ｌ１は５０％を越えて設定されており、共振器部５の全周縁長の半分以上が第１の電極端２２によって規定されている。また、第２の引出電極４１の配線幅Ｗ２もキャビティ１１の開口１１Ａの周縁全長に対して５０％を越えて設定されている。
【００１５】
更に、第１の電極２には、基板１の表面上周辺部であってキャビティ１１に重複しない領域に引き出された第１の引出電極２１が一体に構成されかつ電気的に接続され、第１の引出電極２１のキャビティ１１の開口１１Ａの周縁（１１ａ−１１ｂ間）に沿う配線幅Ｗ１は、共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１に対して短く設定されている。
【００１６】
ここで、キャビティ１１とは、本実施の形態において、基板１の表面からそれに対向する裏面までの間において正方形状の平面形状が連続する貫通穴、更に基板１の表面から深さ方向に向かって正方形状の平面形状が途中まで連続する止め穴のいずれも含む意味において使用される。従って、開口１１Ａは正方形状の平面形状を有する。また、キャビティ１１と第１の電極２との重複等、ここで使用される重複とは、基板１の表面を真上から見て互いに重なり合うことを意味する。従って、第１の電極２の平面範囲つまり第１の電極２として実効的に機能する範囲はキャビティ１１との重複領域内である。同様に、第２の電極４の平面範囲つまり第２の電極４として実効的に機能する範囲はキャビティ１１との重複領域内である。キャビティ１１に重複しない領域はキャビティ１１外であり、この領域には第１の引出電極２１及び第２の引出電極４１が配設されるようになっている。共振器部５は、第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４の積層体とキャビティ１１（厳密には第２の電極４上の空間も含む。）とを備え、これらのキャビティ１１、第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４の重複領域内において構築されている。
【００１７】
本実施の形態において、第１の電極２、第１の引出電極２１のそれぞれは、同一層かつ同一材料により一体に構成されているが、開口１１Ａの輪郭に一致する領域を境界として分離され、第１の電極２はキャビティ１１と重複して配設され、第１の引出電極２１はキャビティ１１と重複しない領域に引き出されている。同様に、第２の電極４、第２の引出電極４１のそれぞれは、同一層かつ同一材料により一体に構成されているが、開口１１Ａの輪郭を境界として分離され、第２の電極４はキャビティ１１と重複して配設され、第２の引出電極４１はキャビティ１１と重複しない領域に引き出されている。
【００１８】
共振器部５の周縁の輪郭形状は、第１の電極２の第１の電極端２２と第２の電極４の第２の電極端４２とによって規定されている。第１の電極端２２は、第１の引出電極２１に一体化された部分を除く、開口１１Ａの輪郭からその内側に、例えばアライメント余裕分、離間された、第１の電極２の終端である。同様に、第２の電極端４２は、第２の電極４に一体化された部分を除く、開口１１Ａの輪郭からその内側に、例えばアライメント余裕分、離間された、第２の電極４の終端である。
【００１９】
特に、図２に示すように、第１の電極２上に圧電体３が形成されているので、圧電体３には第１の電極端２２においてそれを乗り越える段差が生成される。一方、圧電体３上に第２の電極４が形成されているので、圧電体３には第２の電極端４２において段差が生成されない。第１の電極２はその周囲の少なくとも１カ所において第１の引出電極２１に電気的に接続される取り出し部を必要としているので、第１の電極２の周縁全域を第１の電極端２２とすることができない。同様に、第２の電極４はその周囲の少なくとも１カ所において第２の引出電極４１に電気的に接続される取り出し部を必要としているので、第２の電極４の周縁全域を第２の電極端４２とすることができない。
【００２０】
図３には、共振器部５の第１の周縁長Ｌ１と第２の周縁長Ｌ２との割合がＱ値に及ぼす影響を示す。図３において、横軸は共振器部５の周縁を規定する第１の電極端２２の第１の周縁長Ｌ１の第２の電極端４２の第２の周縁長Ｌ２に対する割合を示し、縦軸は反共振のＱ値を示す。第１の周縁長Ｌ１の割合が５０％を越えると、反共振のＱａ値は増加傾向にある。第１の周縁長Ｌ１の割合が７０％を越えると、反共振のＱａ値は最大１．５倍増加する。
【００２１】
本願発明者は、共振器部５からその周辺部に振動が伝搬する際に、第２の電極端４２において圧電体３は連続している（段差が存在しない）が、第１の電極端２２において圧電体３には段差が存在し、この段差部分において周辺部に伝搬される振動の一部が反射されるために、Ｑ値が増加すると考察している。Ｑ値は第１の電極２や第２の電極４の抵抗、圧電体３の膜質や表面粗さ等によっても大きな影響を受けるが、第１の電極２や第２の電極４の電極面積が小さい場合には共振器部５の周囲からの振動の放射によるＱ値の劣化も無視することができない。本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０は高いＱ値を有するので、例えばラダー型フィルタに薄膜圧電共振器１０を組み込んだ場合には、通過帯域内の挿入損失が小さいフィルタ特性を実現することができ、又通過帯域端において急峻性に優れたフィルタ特性を実現することができる。
【００２２】
本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０の圧電体３は高域遮断型分散機能（高域遮断型分散関係）を有する。ここで、「分散」とは横方向に振動する振動の波長と周波数との関係を表しており、「高域遮断型」とは共振点以上において振動が伝搬しない（遮断される）ことを意味する。分散機能を有する圧電体３によって共振器部５を構築することにより、共振−反共振間の周波数においてＬａｍｂ波が横方向に伝搬するので、Ｑ値の増加傾向を高めることができる。この種の圧電体材料には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン鉛（ＰｂＴｉＯ3）、酸化チタンバリウム（ＢａＴｉＯ3）のいずれかを実用的に使用することができる。特に、ＡｌＮは、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの配線材料として多用されているＡｌを含む圧電体材料であり、半導体デバイスの製造プロセスに対する適合性が高く、実用的である。なお、ＺｎＯ等の低域遮断型分散機能を有する圧電体材料においては、自然に振動が共振器部５に閉じ込められるモードが存在するので、本実施の形態に係る手法を採用しなくてもＱ値を向上することができる。
【００２３】
更に、薄膜圧電共振器１０においては、図２に示すように、共振器部５の周縁を規定する第１の電極２の第１の電極端２２の断面形状が順テーパ形状により構成されている。順テーパ形状とは、第１の電極２の底面と側面（終端面）とのなす角度が鋭角であるという意味において使用されており、本実施の形態においてはテーパ角が６０度以下、更に好ましくは３０度以下に設定されている。第１の電極端２２の断面形状を順テーパ形状に構成することにより、第１の電極２上に配設され第１の電極端２２を乗り越える圧電体３にクラックやボイドが生成されることを防止することができ、共振器部５の機械的強度を向上することができる。第１の電極端２２のテーパ角度を小さくするに従い、圧電体３に生成されるクラックやボイドの生成確率を減少することができるが、逆に第１の電極端２２において生成される圧電体３の段差部分による振動の反射効率が減少してしまい、Ｑ値を増加することができないので、テーパ角度は５度以上に設定することが適切である。
【００２４】
更に、薄膜圧電共振器１０においては、図１及び図２に示すように、第２の電極端４２の周縁長Ｌ３に対して配線幅Ｗ２が大きい第２の引出配線４１を第２の電極４に一体に構成することにより、第２の電極４を第２の引出電極４１によって支える領域が増加するので、より一層の共振器部５の機械的強度を向上することができる。本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０においては、例えば膜厚２μｍ、周縁全長６００μｍ〜８００μｍ（平面正方形の一辺１５０μｍ〜２００μｍ）の、平面面積に比べて非常に薄い共振器部５を構成し、この共振器部５はキャビティ１１上に浮いた状態である。共振器部５の機械的な破壊を防ぐためには、共振器部５を構築する各層の応力をできる限り小さく制御するか、若しくは共振器部５の全体の応力をできる限り小さく制御する。そして、第１の電極２においては、共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１を積極的に稼ぎＱ値を増加するようにしていることから、第２の電極４及びそれに一体に構成された第２の引出電極４１による架橋構造の機械的強度を積極的に確保する。第１の電極２、圧電体３及び第２の電極４の各層の応力の和がゼロとなっている場合、キャビティ１１上の第２の電極４が存在しない領域の応力のバランスが崩れており、キャビティ１１の角部や第１の電極２の第１の引出電極２１との一体化部分にクラックの原因となる応力集中が発生し易い。すなわち、第２の電極４の周縁の大半を第２の引出電極４１に一体に構成する（第２の電極４の周縁の大半を基板１の表面上まで引き延ばす）ことにより、第２の電極４が存在しない領域の応力を低く制御することができるので、応力集中を著しく減少することができる。
【００２５】
開口１１Ａの平面サイズに対する共振器部５の平面サイズは特に限定されるものではないが、開口１１Ａの平面サイズが大きくなると、キャビティ１１の角部や第１の電極２の第１の引出電極２１との一体化部分にクラックの原因となる応力集中が発生し易い。従って、面積比において、開口１１Ａの面積に対して少なくともその６０％以上は共振器部５の面積により占有されることが好ましい。
【００２６】
［構造の比較例］
薄膜圧電共振器１０の第１の比較例は、図４に示すように、共振器部５を構築する第１の電極２の平面サイズ並びに平面形状と第２の電極４の平面サイズ並びに平面形状とを同一としたものである。更に、第１の比較例は、第２の引出電極４１の配線幅Ｗ２を共振器部５の一辺の周縁長に対して短く設定したものである。このように構成される第１の比較例においては、第２の電極４と第２の引出電極４１とを電気的に接続する直列抵抗が増大するだけでなく、共振器部５の機械的強度を減少し、更に第１の電極２と第２の電極４との僅かなアライメントずれにより不要なスプリアス振動が発生する。
【００２７】
また、薄膜圧電共振器１０の第２の比較例は、図５に示すように、共振器部５を構築する第１の電極２の平面形状に対して第２の電極４の平面形状を相似形状にし、第１の電極２の平面サイズに対して第２の電極４の平面サイズを小さく設定したものである。更に、第２の比較例は、第１の比較例と同様に、第２の引出電極４１の配線幅Ｗ２を共振器部５の一辺の周縁長に対して短く設定したものである。このように構成される第２の比較例においては、共振器部５の機械的強度が減少するだけでなく、第１の電極２の中央部分に共振器部５が構築され、圧電体３の段差部分による振動の閉じ込めが不十分になり、更に不要なスプリアス振動が発生する。
【００２８】
［薄膜圧電共振器の製造方法］
次に、本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０の具体的な製造方法について説明する。まず最初に、基板１を準備し、図６に示すように、この基板１の表面上に絶縁膜１５を形成する。基板１には例えばシリコン（Ｓｉ）基板が使用され、絶縁膜１５には例えば熱酸化シリコン膜が使用される。熱酸化シリコン膜の膜厚は１００ｎｍである。
【００２９】
図７に示すように、第１の引出電極４１とそれに接続される配線（図１４中、第１の配線８Ａ）との接続部分であって、圧電体３の輪郭に相当する部分において、絶縁膜１５上に中継配線７を形成する。中継配線７には、導電性を有することは勿論のこと、圧電体３のパターンニングの際に第１の引出電極４１に断線を生じさせることなく、圧電体３との間において十分なエッチング選択比を確保することができる、例えばモリブデン（Ｍｏ）を使用することができる。Ｍｏは例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により４００ｎｍの膜厚において成膜される。中継配線７は、Ｍｏを成膜後、フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、エッチングによりＭｏをパターンニングすることにより形成される。第１の引出配線２１のステップカバレッジを向上するために、中継配線７の端部の断面形状は順テーパ形状において形成される。
【００３０】
図８に示すように、中継配線７上を含む、基板１の表面上の全面に第１の電極形成層２３を形成する。本実施の形態において、第１の電極形成層２３は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により順次積層された、２０ｎｍの膜厚の非晶質金属（Ａｌ0.4Ｔａ0.6）、３００ｎｍの膜厚のアルミニウム（Ａｌ）及び５０ｎｍの膜厚のＡｌＮの３層構造において形成されている。最上層のＡｌＮは、圧電体３の結晶性を向上する下地層として使用されており、圧電体３の一部として使用することもできる。第１の電極形成層２３は、基板１を大気に晒すことなく、連続して各層を成膜することにより形成する。
【００３１】
フォトリソグラフィ技術により形成したマスク（図９中、符号２５を付け、破線において示す。）を使用し、第１の電極形成層２３をエッチングによりパターンニングし、図９に示すように、第１の電極２及び第１の引出電極２１を形成する。エッチングには塩化物系ガスを使用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法が使用され、第１の電極形成層２３の各層が一括してパターンニングされる。更に、マスクの端面形状に予め順テーパ形状を形成し、異方性エッチングによりパターンニングが行われているので、第１の電極端２２の断面形状を順テーパ形状において形成することができる。
【００３２】
図１０に示すように、第１の電極２上及び第１の引出電極２１上を含む、基板１の表面上の全面に圧電体３を形成する。圧電体３は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により２２５０ｎｍの膜厚において成膜されたＡｌＮ圧電体である。なお、第１の電極２及び第１の引出電極２１のパターンニング後、圧電体３の成膜前に、少なくとも第１の電極２の表面層特にＡｌＮ層に逆スバッタ法によるクリーニングを行い、圧電体３の結晶性を向上するようにしてもよい。
【００３３】
フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、図１１に示すように、圧電体３をエッチングによりパターンニングする。エッチングには塩化物系ガスを使用する反応性イオンエッチング法が使用される。このとき、圧電体３の一部は中継配線７の領域内においてパターンニングされる。圧電体３と中継配線７との間には十分なエッチング選択比を確保することができ、圧電体３のパターンニングによって中継配線７が断線することはない。
【００３４】
圧電体３上を含む、基板１の表面上の全面に第２の電極形成層（図１２参照。）を形成する。第２の電極形成層は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により３００ｎｍの膜厚において成膜されたＡｌである。フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、第２の電極形成層をエッチングによりパターンニングし、図１２に示すように、第２の電極４及び第２の引出電極４１（図１及び図２参照。）を形成する。エッチングには塩化物系ガスを使用する反応性イオンエッチング法が使用される。
【００３５】
圧電体３上において、基板１の表面上の配線を形成しない領域にリフトオフ法を使用して予めマスクを形成しておき、マスク上を含む、基板１の表面上の全面に配線形成層を形成する。配線形成層は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により１μｍの膜厚において成膜されたＡｌである。引き続き、マスクを選択的に除去し、マスク上の配線形成層を除去するとともに、図１３に示すように、マスク以外の領域において、中継配線７に電気的に接続される第１の配線８Ａ及び第２の引出電極４１に電気的に接続される第２の配線８Ｂを形成する。第１の配線８Ａは、中継配線７を通して第１の引出配線２１に電気的に接続されている。
【００３６】
次に、基板１の表面上の全面を樹脂、レジスト等の保護膜により被覆した後に、基板１の厚さが２００μｍ以下となるまで研磨を行う。研磨には例えばけケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）法を使用することができる。引き続き、基板１の裏面上にフォトリソグラフィ技術を使用してマスクを形成し、このマスクを使用して基板１の裏面から表面に向かって基板１をエッチングすることにより、図１４に示すように、キャビティ１１を形成する。エッチングには、ＳＦ6とＣ4Ｆ8とを交互に供給しながら基板１の裏面に対してキャビティ１１の側面を垂直にエッチングする、いわゆるＢＯＳＣＨプロセスが使用される。ＢＯＳＣＨプロセスにおいては、基板１のみが選択的にエッチングされ、基板１を貫通した時点において絶縁膜１５が露出し、この絶縁膜１５がエッチングストッパとして機能し、エッチングの進行を停止することができる。更に、弗化物系ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を併用し、キャビティ１１内を通して絶縁膜１５及び第１の電極２の最下層の非晶質金属を除去する。キャビティ１１の側面が垂直にエッチングされることから、基板２の表面側から見てキャビティ１１の側面の輪郭形状は開口１１Ａの平面形状に一致する。結果的に、開口１１Ａが形成された領域内において共振器部５が形成されることになる。
【００３７】
これら一連の製造工程が終了すると、本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０を完成させることができる。
【００３８】
［薄膜圧電共振器の特性評価］
前述の製造方法により製造された薄膜圧電共振器１０において、共振特性を、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて評価した。その結果、共振周波数は約１．９ＧＨｚ、電気機械結合定数は６．７％、共振のＱ値は７５０、反共振のＱ値は７００であり、良好な共振特性が得られた。
【００３９】
この共振特性が得られた薄膜圧電共振器１０は、前述の図１に示すように、共振器部５の３辺（５ａ−５ｂ辺、５ｂ−５ｃ辺及び５ｃ−５ｄ辺）を第１の電極２の第１の電極端２２により規定し、共振器部５の残りの１辺（５ｄ−５ａ辺）を第２の電極４の第２の電極端４２により規定している。すなわち、共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１は共振器部５の周縁全長の７５％に相当し、第１の電極端２２において圧電体３に生成される段差部分からの振動の反射効率を向上することができるので、結果として、高いＱ値を得ることができた。
【００４０】
［比較例の特性評価］
本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０の第３の比較例を図１５に示す。第３の比較例は、前述の薄膜圧電共振器１０と同様のプロセス条件において製造したものであるが、共振器部５の周縁を規定する第１の周縁長Ｌ１と第２の周縁長Ｌ２との割合を反転したものである。すなわち、共振器部５の１辺（５ｂ−５ｃ辺）を第１の電極２の第１の電極端２２により規定し、共振器部５の残りの３辺（５ａ−５ｂ辺、５ｃ−５ｄ辺及び５ｄ−５ａ辺）を第２の電極４の第２の電極端４２により規定している。共振器部５の第１の電極端２２により規定される第１の周縁長Ｌ１は共振器部５の周縁全長の２５％に相当する。
【００４１】
この第３の比較例の共振特性を、同じくベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて評価した。その結果、共振周波数は約１．９ＧＨｚ、電気機械結合定数は６．７％、共振のＱ値は７５０、反共振のＱ値は５５０であり、本実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０に比較して反共振のＱ値が劣化していた。
【００４２】
［薄膜圧電共振器の応用例］
前述の薄膜圧電共振器１０においては、例えば図１６に示す高周波フィルタ１００、図１７に示す電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator）２００に備えることができる。図１６に示す高周波フィルタ１００は、入力端子Ｐ１及びＰ２と、出力端子Ｐ３及びＰ４と、直列的に挿入される薄膜圧電共振器１０（１）及び１０（２）と、並列的に挿入される薄膜圧電共振器１０（３）及び１０（４）とを備えている。
【００４３】
図１７に示す電圧制御発振器２００は、薄膜圧電共振器１０と、インバータ２０１と、抵抗素子２０２及び２０３と、容量素子２０４と、可変容量素子２０５とを備えている。
【００４４】
高周波フィルタ１００、電圧制御発振器２００のいずれにおいても、前述の薄膜圧電共振器１０を備えているので、共振特性を向上することができるとともに、小型化を実現することができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係る薄膜圧電共振器１０においては、Ｑ値を向上することができ、かつ不要なスプリアス振動を防止することができるとともに、共振器部５の機械的強度を向上することができる。
【００４６】
なお、本発明は前述の一実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、変更可能である。例えば、本発明は、基板１のキャビティ１１を止め穴とし、このキャビティ１１内部に音響反射層を備えた薄膜圧電共振器に適用することができる。
【００４７】
更に、本発明は、基板１のキャビティ１１の平面形状が正方形形状に限定されるものではなく、キャビティ１１の平面形状を長方形形状、三角形形状、五角形以上の多角形形状（不定角形状を含む）、楕円形状、真円形状等に構成してもよい。また、本発明は、第１の電極２、第２の電極４のそれぞれの平面形状をキャビティ１１の平面形状に対して相似形にすることだけに限定されるものではなく、双方の間の平面形状を相違させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜圧電共振器の平面図である。
【図２】図１に示す薄膜圧電共振器の断面図（Ｆ２−Ｆ２切断線において切断した断面図）である。
【図３】図１に示す薄膜圧電共振器の共振器部の周縁長とＱ値との関係を示す図である。
【図４】図１に示す薄膜圧電共振器の第１の比較例の平面図である。
【図５】図１に示す薄膜圧電共振器の第２の比較例の平面図である。
【図６】図１に示す薄膜圧電共振器の製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図７】第２の工程断面図である。
【図８】第３の工程断面図である。
【図９】第４の工程断面図である。
【図１０】第５の工程断面図である。
【図１１】第６の工程断面図である。
【図１２】第７の工程断面図である。
【図１３】第８の工程断面図である。
【図１４】第９の工程断面図である。
【図１５】図１に示す薄膜圧電共振器の第３の比較例の平面図である。
【図１６】図１に示す薄膜圧電共振器を組み込んだ高周波フィルタの回路図である。
【図１７】図１に示す薄膜圧電共振器を組み込んだ高周波発信器の回路図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板
１０  薄膜圧電共振器
１１  キャビティ
２  第１の電極
２１  第１の引出電極
２２  第１の電極端
３  圧電体
４  第２の電極
４１  第２の引出電極
４２  第２の電極端
５  共振器部
７  中継配線
８Ａ  第１の配線
８Ｂ  第２の配線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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