(57)【要約】【課題】  空洞若しくは音響反射層上に配設される励振部の結晶性を向上することができ、励振部の容量値のばらつきを減少することができる薄膜圧電共振器及びフィルタを提供する。【解決手段】  薄膜圧電共振器１において、第１の空洞２１及び第２の空洞２３を有する基板２と、第１の空洞２１上に配設され、第１の電極４、第１の圧電体５及び第２の電極６を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部７１と、第２の空洞２３上に配設され、第３の電極４、第２の圧電体５及び第４の電極６を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部７３とを備え、第１の励振部７１端から第１の空洞２１の開口端までの間の平均距離ｄ１に対して、第２の励振部７３端から第２の空洞２３の開口端までの間の平均距離ｄ２が異なる。【選択図】        図１
2006339873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、
前記第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、
前記第１の励振部端から前記第１の空洞の開口端までの間の第１の平均距離に対して、前記第２の励振部端から前記第２の空洞の開口端までの間の第２の平均距離が異なることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第３の電極とが同一層により構成され、前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが同一層により構成され、更に前記第２の電極と前記第４の電極とが同一層により構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３】
前記第１の平均距離に対して、前記第２の平均距離がアライメント余裕寸法よりも長い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】
互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、
前記第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、
前記第１の励振部端から前記第１の空洞の開口端までの間の第１の平均距離に対して、前記第２の励振部端から前記第２の空洞の開口端までの間の第２の平均距離が異なることを特徴とするフィルタ。
【請求項５】
互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、
前記第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、
前記第１の空洞の開口形状と前記第２の空洞の開口形状とが同一であり、かつ前記第１の空洞の開口サイズと前記第２の空洞の開口サイズとが同一であることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項６】
互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、
前記第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、
前記第１の空洞の開口形状と前記第２の空洞の開口形状とが同一であり、かつ前記第１の空洞の開口サイズと前記第２の空洞の開口サイズとが同一であることを特徴とするフィルタ。
【請求項７】
第１の空洞及びこの第１の空洞の周囲に互いに離間配置された複数の第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、
前記複数の第２の空洞上にそれぞれ配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される複数の第２の励振部と、を備え、
前記第１の空洞の開口サイズが、前記複数の第２の空洞のそれぞれの開口サイズに比べて大きいことを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項８】
前記複数の第２の励振部は６以上配設されていることを特徴とする請求項７に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項９】
第１の空洞及びこの第１の空洞の周囲に互いに離間配置された複数の第２の空洞を有する基板と、
前記第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、
前記複数の第２の空洞上にそれぞれ配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部をそれぞれ有する複数の第２の薄膜圧電共振器と、を備え、
前記第１の空洞の開口サイズが、前記複数の第２の空洞のそれぞれの開口サイズに比べて大きいことを特徴とするフィルタ。
【請求項１０】
互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、
前記第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、
前記第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、
前記第１の励振部端から前記第１の音響反射層の輪郭端までの間の第１の平均距離に対して、前記第２の励振部端から前記第２の音響反射層の輪郭端までの間の第２の平均距離が異なることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項１１】
互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、
前記第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、
前記第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、
前記第１の励振部端から前記第１の音響反射層の輪郭端までの間の第１の平均距離に対して、前記第２の励振部端から前記第２の音響反射層の輪郭端までの間の第２の平均距離が異なることを特徴とするフィルタ。
【請求項１２】
互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、
前記第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、
前記第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、
前記第１の音響反射層の輪郭形状と前記第２の音響反射層の輪郭形状とが同一であり、かつ前記第１の音響反射層の輪郭サイズと前記第２の音響反射層の輪郭サイズとが同一であることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項１３】
互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、
前記第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、
前記第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、
前記第１の音響反射層の輪郭形状と前記第２の音響反射層の輪郭形状とが同一であり、かつ前記第１の音響反射層の輪郭サイズと前記第２の音響反射層の輪郭サイズとが同一であることを特徴とするフィルタ。
【請求項１４】
前記請求項１乃至請求項３、請求項５、請求項７、請求項８、請求項１０若しくは請求項１２に記載の薄膜圧電共振器、又は請求項４、請求項６、請求項９、請求項１１若しくは請求項１３に記載のフィルタを備えたことを特徴とする電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜圧電共振器、フィルタ及び電圧制御発振器に関し、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、この薄膜圧電共振器を備えたフィルタ及びこのフィルタが組み込まれた電圧制御発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機或いはその内部の電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：以下、単に「ＶＣＯ」という。）を構築する高周波フィルタ（ＲＦ）や中間周波数（ＩＦ）フィルタには、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、単に「ＳＡＷ」という。）素子が使用されている。ＳＡＷ素子の共振周波数は櫛型電極間距離に反比例するという関係があり、１ＧＨｚを超える周波数領域において櫛型電極間距離は１μｍ以下になる。このため、利用周波数の高周波数化への対応がＳＡＷ素子においては難しくなる傾向にある。
【０００３】
ＳＡＷ素子に代わり、近年注目を集めている共振器として、薄膜圧電体の膜厚方向の縦振動モードを利用した薄膜圧電共振器がある。この薄膜圧電共振器はＦＢＲＡ（Film Bulk Acoustic Resonator）或いはＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子等とも称せられている。この薄膜圧電共振器において、共振周波数は薄膜圧電体の音速及び膜厚によって定まる。通常、薄膜圧電体の膜厚が１μｍ〜２μｍの場合に２ＧＨｚの共振周波数が得られ、薄膜圧電体の膜厚が０．４μｍ〜０．８μｍの場合に５ＧＨｚの共振周波数が得られるので、近年の成膜技術においては数十ＧＨｚまでの高周波数化を実現することができる。
【０００４】
下記非特許文献１には、図３９に示すように、薄膜圧電共振器１０１により構成された梯子型フィルタ１０２を移動体通信機のＲＦフィルタとして利用する技術が開示されている。梯子型フィルタ１０２は、入力端子Ｐinと出力端子Ｐoutとの間に、複数個の薄膜圧電共振器１０１を直並列接続することにより構築されている。また、図４０に示すように、薄膜圧電共振器１０１は、バリキャップ１０４及び増幅器１０５と組み合わせて移動体通信機のＶＣＯ１０３を構築することができる。
【０００５】
下記特許文献１には、現在、最も代表的な薄膜圧電共振器の構造並びにその製造方法が開示されており、この薄膜圧電共振器の製造方法は以下の通りである。まず最初に、シリコン（Ｓｉ）基板表面に異方性エッチングを利用して窪みを形成し、引き続き基板上に犠牲層を形成する。犠牲層には、例えばホウ素及びリンをドープしたシリケートガラス（ＢＰＳＧ）層が使用されている。その後、Ｓｉ基板表面が露出するまで犠牲層の表面を研磨し、犠牲層の表面が平坦化される。この結果、Ｓｉ基板に予め形成した窪みには犠牲層を埋め込み、その周辺にはＳｉ基板表面を露出することができる。引き続き、犠牲層上に下部電極、圧電体膜、上部電極のそれぞれが順次成膜される。その後、犠牲層に達するまで穴が穿けられ、この穴を通じて犠牲層を選択エッチングにより除去することによって、Ｓｉ基板と下部電極との間に予め形成した窪みに相当する空洞（キャビティ）を形成する。これら一連の製造工程が終了すると、薄膜圧電共振器が完成する。
【０００６】
また、下記非特許文献２には、Ｓｉウェハ表面上に上下電極に挟まれる圧電体薄膜を形成し、Ｓｉウェハ裏面からシリコンディープリアクティブイオンエッチング（Si-Deep-ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））法により空洞を形成して、薄膜圧電共振器を製作する技術が開示されている。圧電体薄膜には酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が使用されている。
【０００７】
一方、下記非特許文献３においては、空洞に代えて音響反射層を設けた薄膜圧電共振器が開示されている。この薄膜圧電共振器の製造方法は以下の通りである。まず最初に、Ｓｉ基板表面上に窪みを形成し、この基板表面上に音響インピーダンスの高い膜と低い膜とを交互に積層した音響反射層を形成する。引き続き、音響反射層が基板の窪みに埋設され、かつ基板表面が平坦になるまで音響反射層が研磨される。そして、この窪みに埋設された音響反射層上に下部電極、圧電体薄膜、上部電極のそれぞれを積層することにより、薄膜圧電共振器を完成させることができる。
【特許文献１】特開２０００−６９５９４号公報
【非特許文献１】IEEE TRANSECTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、VOL. 43、 NO.12、p.2933、DECEMBER 1995.
【非特許文献２】Proc. IEEE Ultrasonics Symposium、pp. 969 - 972 (2002).
【非特許文献３】IEEE MTT - S Digest TH5D - 4. pp. 2001 - 2004.
【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、前述の薄膜圧電共振器、この薄膜圧電共振器により構成されたフィルタ並びにこのフィルタに構築された電圧制御発振器においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
【０００９】
薄膜圧電共振器は、基板に配設された空洞上又は音響反射層上に下部電極、圧電体、上部電極のそれぞれを順次積層し、これら空洞又は音響反射層、下部電極、圧電体及び上部電極の重複領域を励振部とする構造を採用している。この励振部の平面形状や平面サイズに対する、空洞の開口形状や開口サイズ、又は音響反射層の平面の輪郭形状や輪郭サイズは、薄膜圧電共振器の製造プロセス条件の変化によって影響を受ける。つまり、製造プロセス条件に変化が発生すると、その変化前後に製造された各々の薄膜圧電共振器により構築されたフィルタの周波数通過特性にばらつきが発生する。
【００１０】
前述の図３９に示す梯子型フィルタ１０２において、梯子段数、直並列の接続順序、各々の薄膜圧電共振器１０１の容量値、接続配線長等は、フィルタ機能の設計上重要なパラメータである。フィルタの入出力のインピーダンスは設計される回路の要求に合わせる必要があり、通常は５０オームに設定されている。１つのフィルタを構成する薄膜圧電共振器１０１の個数や個々の容量値は、フィルタの回路設計上の要求から決まる。薄膜圧電共振器１０１の容量値は励振部の平面サイズ（平面面積）に比例し、梯子型フィルタ１０２は様々な励振部の平面サイズを有する薄膜圧電共振器１０１を組み合わせて構成されている。
【００１１】
梯子型フィルタ１０２の設計上、小さい容量値を有する薄膜圧電共振器１０１を組み合わせる場合、小さな平面サイズの励振部を有する薄膜圧電共振器１０１を組み合わせることは良策ではない。励振部の平面サイズが小さい場合、励振部の平面面積に対する周縁長の割合が大きくなる。周縁長の割合の増大は励振部の周辺から振動エネルギが逃げる割合を増大することに繋がり、平面面積が大きい励振部に対して平面面積が小さい励振部においては、エネルギ損失が増大し、共振特性が劣化する傾向にある。このような傾向を避けるためには、２倍の容量値を有する励振部（薄膜圧電共振器１０１）を直列に接続し、１つの薄膜圧電共振器１０１の励振部の平面面積が小さくなり過ぎないように、梯子型フィルタ１０２が設計されている。
【００１２】
逆に、大きい容量値を有する薄膜圧電共振器１０１を必要とする場合、振動エネルギが逃げる割合を小さくすることができるが、空洞上に励振部を支持する薄膜圧電共振器１０１は励振部を支持する機械的強度（膜強度）の不足に伴う破断の危険性や、撓みに伴う共振特性の劣化等を生じる。このような破断の危険性や振動特性の劣化を避けるためには、１／２倍の容量値を有する励振部（薄膜圧電共振器１０１）を並列に接続し、１つの薄膜圧電共振器１０１の励振部の平面面積が大きくなり過ぎないように、梯子型フィルタ１０２が設計されている。ところが、このようにフィルタ特性の設計上の要求や各々の薄膜圧電共振器１０１の特性上の要求に基づき、各々の励振部の容量値調整を行っても、励振部の平面面積にはばらつきが生じる。
【００１３】
薄膜圧電共振器１０１の構造上、空洞の開口サイズ又は音響反射層の輪郭サイズは、励振部の周辺から染み出す振動エネルギを十分に減衰する長さ以上に、励振部の平面サイズに比べて大きくする必要がある。最低限、一定の間隔を隔てて、励振部を取り囲むように、空洞又は音響反射層が設けられる。この場合、複数の薄膜圧電共振器１０１から構築される梯子型フィルタ１０２においては、薄膜圧電共振器１０１毎に開口サイズが異なる空洞又は輪郭サイズが異なる音響反射層を作製する。この結果、以下の問題点が発生する。
【００１４】
前述の特許文献１に開示されている薄膜圧電共振器１０１の製造プロセスにおいては、図４１に示すように、基板１１０の開口サイズが異なる空洞１１１内に犠牲層１１２を埋設する平坦研磨処理後に、開口サイズが大きくなるに従い空洞１１１内の犠牲層１１２の表面の窪みが大きくなるディッシング（dishing）１１３が発生し易い。また、図４２に示すように、開口サイズが小さくなるに従い空洞１１１内の犠牲層１１２及びその周辺の基板１１０表面が浸食されるエロージョン（erosion）１１４が発生し易い。ディッシング１１３やエロージョン１１４は犠牲層１１２の表面（基板１１０の表面）の平坦度を劣化し、犠牲層１１２の表面上に成膜される下部電極及び圧電体の結晶性が劣化する。
【００１５】
更に、犠牲層１１２を除去する工程においては、空洞１１１の開口サイズが異なることに伴い除去される犠牲層１１２の体積が異なるので、犠牲層１１２を取り除くエッチング時間が空洞１１２毎に異なり、エッチングの終点設定が難しい。更に、化学的な反応によりエッチングが進行する場合、梯子型フィルタ１０２のそれぞれの薄膜圧電共振器１０１の配置位置によってエッチャントの供給状況が変化し、薄膜圧電共振器１０１毎に犠牲層１１２のエッチング速度が異なる。具体的には、中心位置に配置された薄膜圧電共振器１０１の犠牲層１１２とその周囲に配置された薄膜圧電共振器１０１の犠牲層１１２との間においては、エッチャントの濃度に局所的なばらつきが発生し、双方の間のエッチング速度が異なる。このエッチング速度のばらつきによっても、エッチングの終点設定が難しく、すべての犠牲層１１２を取り除くためにはエッチングに過剰な時間を要する。
【００１６】
非特許文献２に開示されている薄膜圧電共振器１０１の製造プロセスにおいては、基板１１０に下部電極、圧電体、上部電極を積層し励振部を形成した後、励振部直下の基板１１０の裏面からSi-Deep-ＲＩＥ法により空洞１１１を形成すると、エッチング時のマイクロローディング効果が発生し易い。このマイクロローディング効果は開口サイズが小さい空洞１１１内のエッチング速度が開口サイズが大きい空洞１１１内のエッチング速度に比べて遅くなる現象である。開口サイズが小さい空洞１１１内においてエッチングを完全に終了させる条件に設定した場合、開口サイズが大きい空洞１１１内においてはオーバーエッチング時間が長くなり、図４３に示すように、ストッパ層１１５の真上の横掘れすなわちノッチ１１６が発生し易くなる。
【００１７】
また、ウエットエッチングと同様に空洞１１１の配設密度によってもエッチング速度が変化し、梯子型フィルタ１０２においては、薄膜圧電共振器１０１の空洞１１１内の犠牲層とその周囲に配設された他の薄膜圧電共振器１０１の空洞１１１内の犠牲層との間のエッチング速度が異なる。このような場合においても、空洞１１１の配設位置によってオーバーエッチング時間の増加を招き、他の薄膜圧電共振器１０１の空洞１１１内にノッチ１１６が発生する。ノッチ１１６の発生は空洞１１１の開口サイズを変化させ、励振部（圧電体キャパシタ）に付加される寄生容量値を変化させてしまうので、梯子型フィルタ１０２の周波数特性が変化する。
【００１８】
また、梯子型フィルタ１０２において、複数の薄膜圧電共振器１０１の空洞１１１同士が近接して配置されているため、ノッチ１１６は隣り合う空洞１１１間の壁を薄くし、場合によって壁が破壊され、基板１１０の機械的強度が弱くなる。また、大きなノッチ１１６は空洞１１１の開口端形状を応力集中が発生し易い凸凹に変えてしまうので、励振部の薄膜の破断に対する機械的強度が弱くなる。更に、ノッチ１１６に起因する開口端の凸凹に励振部が接する場合には、共振特性にスプリアスを発生させてしまい、梯子型フィルタ１０２のフィルタ特性を劣化させてしまう。
【００１９】
更に、非特許文献３に開示されている薄膜圧電共振器１０１の製造プロセスにおいては、前述の特許文献１に開示されている薄膜圧電共振器１０１の製造プロセスと同様に、基板に埋設された音響反射層の平坦研磨処理に伴い、ディッシング１１３やエロージョン１１４が発生し易く、音響反射層の表面上に成膜される下部電極及び圧電体の結晶性が劣化する。
【００２０】
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、空洞若しくは音響反射層上に配設される励振部の結晶性を向上することができ、励振部の容量値のばらつきを減少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。
【００２１】
更に、本発明の目的は、フィルタ特性を向上することができる、薄膜圧電共振器により構築されたフィルタ並びに電圧制御発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するため、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、互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、第１の励振部端から第１の空洞の開口端までの間の第１の平均距離に対して、第２の励振部端から第２の空洞の開口端までの間の第２の平均距離が異なることである。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、フィルタにおいて、互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、第１の励振部端から第１の空洞の開口端までの間の第１の平均距離に対して、第２の励振部端から第２の空洞の開口端までの間の第２の平均距離が異なることである。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、薄膜圧電共振器において、互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、第１の空洞の開口形状と第２の空洞の開口形状とが同一であり、かつ第１の空洞の開口サイズと第２の空洞の開口サイズとが同一であることである。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、フィルタにおいて、互いに離間配置された第１の空洞及び第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、第２の空洞上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、第１の空洞の開口形状と第２の空洞の開口形状とが同一であり、かつ前記第１の空洞の開口サイズと前記第２の空洞の開口サイズとが同一であることである。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、薄膜圧電共振器において、第１の空洞及びこの第１の空洞の周囲に互いに離間配置された複数の第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、複数の第２の空洞上にそれぞれ配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される複数の第２の励振部と、を備え、第１の空洞の開口サイズが、複数の第２の空洞のそれぞれの開口サイズに比べて大きいことである。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る第６の特徴は、フィルタにおいて、第１の空洞及びこの第１の空洞の周囲に互いに離間配置された複数の第２の空洞を有する基板と、第１の空洞上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、複数の第２の空洞上にそれぞれ配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部をそれぞれ有する複数の第２の薄膜圧電共振器と、を備え、第１の空洞の開口サイズが、複数の第２の空洞のそれぞれの開口サイズに比べて大きいことである。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る第７の特徴は、薄膜圧電共振器において、互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、第１の励振部端から第１の音響反射層の輪郭端までの間の第１の平均距離に対して、第２の励振部端から第２の音響反射層の輪郭端までの間の第２の平均距離が異なることである。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る第８の特徴は、フィルタにおいて、互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、第１の励振部端から第１の音響反射層の輪郭端までの間の第１の平均距離に対して、第２の励振部端から第２の音響反射層の輪郭端までの間の第２の平均距離が異なることである。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る第８の特徴は、薄膜圧電共振器において、互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部と、第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部と、を備え、第１の音響反射層の輪郭形状と前記第２の音響反射層の輪郭形状とが同一であり、かつ第１の音響反射層の輪郭サイズと第２の音響反射層の輪郭サイズとが同一であることである。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る第９の特徴は、フィルタにおいて、互いに離間配置された第１の音響反射層及び第２の音響反射層を有する基板と、第１の音響反射層上に配設され、第１の電極、第１の圧電体及び第２の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第１の励振部を有する第１の薄膜圧電共振器と、第２の音響反射層上に配設され、第３の電極、第２の圧電体及び第４の電極を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される第２の励振部を有する第２の薄膜圧電共振器と、を備え、第１の音響反射層の輪郭形状と第２の音響反射層の輪郭形状とが同一であり、かつ第１の音響反射層の輪郭サイズと第２の音響反射層の輪郭サイズとが同一であることである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、空洞若しくは音響反射層上に配設される励振部の結晶性を向上することができ、励振部の容量値のばらつきを減少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。
【００３３】
更に、本発明によれば、フィルタ特性を向上することができる、薄膜圧電共振器により構築されたフィルタ並びに電圧制御発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】
【００３４】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
［薄膜圧電共振器の構造］
図１及び図２に示すように、第１の実施の形態に係るフィルタ（薄膜圧電共振器フィルタ）１は、互いに離間配置された空洞（第１の空洞）２１、２２、２４、２６、２７及び空洞（第２の空洞）２３、２５を有する基板２と、空洞２１、２２、２４、２６、２７上に配設され、下層電極（第１の電極）４、圧電体（第１の圧電体）５及び上層電極（第２の電極）６を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される励振部（第１の励振部）７１、７２、７４、７６、７７を有する薄膜圧電共振器（第１の薄膜圧電共振器）３１、３２、３４、３６、３７と、空洞２３、２５上に配設され、下層電極（第３の電極）４、圧電体（第２の圧電体）５及び上層電極（第４の電極）６を順次積層し、これらの重複領域により周囲の輪郭が規定される励振部（第２の励振部）７３、７５を有する薄膜圧電共振器（第２の薄膜圧電共振器）３３、３５と、を備えている。そして、このフィルタ１において、励振部７１、７２、７４、７６、７７端から空洞２１、２２、２４、２６、２７の開口端までの間の平均距離（第１の平均距離）ｄ１に対して、励振部７３、７５端から空洞２３、２５の開口端までの間の平均距離（第２の平均距離）ｄ２が異なり、平均距離ｄ１に対して平均距離ｄ２が少なくともアライメント余裕寸法よりも長く設定されている。
【００３６】
第１の実施の形態に係るフィルタ１は、この配列個数に限定されるものではないが、図１中、中央部に薄膜圧電共振器３４を配置し、薄膜圧電共振器３４の周囲であって右側に薄膜圧電共振器３１〜３３を配置し、薄膜圧電共振器３４の周囲であって左側に薄膜圧電共振器３５〜３７を配置しており、合計７個の薄膜圧電共振器３１〜３７を組み合わせ構成されている。
【００３７】
薄膜圧電共振器３１〜３７（総称して説明する場合は符号３を使用する。）は圧電体５の厚み方向の縦振動の共振を利用している。圧電体５の振動を閉じ込める下層電極４直下の空洞２１〜２７（総称して説明する場合は符号２Ｈを使用する。また、後述する実施の形態においては音響反射層に相当する。）は下層電極４と上層電極６と双方に重複する圧電体５とにより構成された励振部７１〜７７（総称して説明する場合は符号７を使用する。）端から振動が漏れる長さλ以上の大きさを最低限必要としている。すなわち、励振部７端から空洞２Ｈまでの間の平均距離ｄは励振部７の全周辺（１つの励振部の全周囲）においてｄ＞λに設定されている。ここで、励振部７は、空洞２Ｈ（又は音響反射層）、下層電極４、圧電体５及び上層電極６のすべての重複領域により構築されている。
【００３８】
図３には、１つの薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈと励振部７との平面的な位置関係を、双方の平面形状を単純な四角形とした場合において示す。長さλは１μｍ〜２μｍの範囲内に見積もることができるので、平均距離ｄは、長さλに製造上のアライメント余裕寸法を加算した値に基づき設定されている。ここで、アライメント余裕寸法とは、空洞２Ｈの配置位置に対する励振部７の配置位置の、製造装置のアライメントずれ（製造上のマスク合わせずれ）に対する余裕寸法である。複数の異なる大きさを有する共振器を組み合わせた一般的なフィルタにおいては、個々の共振器の大きさに関わらず、空洞の開口端と励振部端との間の距離は一定である。この場合、前述のような問題が発生するので、製造プロセスにおいて厳しい管理が要求される。そこで、製造プロセスがロバストとなる下記頑強設計手法（robust design method）において、第１の実施の形態に係るフィルタ１の空洞２Ｈ（又は音響反射層）が製作されている。
【００３９】
（１）第１の設計手法
この第１の設計手法は、基板２の空洞２Ｈ内に予め埋設された犠牲層をエッチングを行って除去する製造プロセスの採用を前提とした手法である。まず初めに、フィルタ１を構成する薄膜圧電共振器３中、最も容量が大きい励振部（最も平面サイズが大きい）を有する薄膜圧電共振器３において、空洞２Ｈの開口サイズと開口形状とが平均距離ｄ＞長さλの関係を満たすデザインがなされる。次に、他の薄膜圧電共振器３において、先にデザインした最も大きい空洞２Ｈの開口サイズ及び開口形状と同一の開口サイズ及び開口形状を有する空洞２Ｈがデザインされる。その後、薄膜圧電共振器３と他の薄膜圧電共振器３との間の配置位置並びに配線レイアウト（下層電極４の引出配線及び上層電極６の引出配線のパターン）を考慮し、空洞２Ｈの開口サイズ及び開口形状のデザインが若干調整される。空洞２Ｈの開口サイズと励振部７の平面サイズとの間の差が大きくなり過ぎると、空洞２Ｈの製造時に励振部７の膜強度が低下するので、下層電極４、圧電体５及び上層電極６のそれぞれの応力設計に基づき、膜強度を保つ範囲内において調整がなされる。
【００４０】
このような設計手法に基づき製作されたフィルタ１においては、少なくとも１つの薄膜圧電共振器３の励振部７端と空洞２Ｈの開口端との間の平均距離ｄが、他の薄膜圧電共振器３の励振部７端と空洞２Ｈの開口端との間の平均距離ｄに対して異なる。空洞２Ｈの開口サイズ若しくは開口形状は、励振部端から空洞の開口端までの間の距離が一定の場合に比べて、分布が狭くなり揃っていることから、基板平坦化工程において発生するディッシング（図４１中、符号１１３。）やエロージョン（図４２中、符号１１４。）を抑制することができる。基板平坦度は特に下層電極４及び圧電体５の結晶性や表面モフォロジー（morphology）に影響を及ぼし、平坦な下地は結晶性の良い平坦な圧電体５を成膜することができる。圧電体５の結晶性及び平坦度は、薄膜圧電共振器３の性能を示す機械結合係数及びＱ値に対して大きな相関を持っており、高性能の薄膜圧電共振器３を製作する上において重要なパラメータである。
【００４１】
また、製造プロセス中において開口サイズが小さい空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層や分布が狭い犠牲層をエッチングにより除去する場合、複数の薄膜圧電共振器３毎のエッチング時間のばらつきが少なく、製造プロセスの工程管理が容易になる。更に、薄膜圧電共振器３の周囲を他の薄膜圧電共振器３が取り囲むレイアウトにおいて構築される、例えば７個以上の薄膜圧電共振器３を組み合わせた構築されるフィルタ１においては、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層のエッチング速度は、周囲に配置される他の薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層のエッチング速度に対して、エッチング液の濃度が局所的に不均一になるために遅くなる。このような現象を考慮して、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の犠牲層の大きさを周辺に配置される他の薄膜圧電共振器３の犠牲層の大きさに比べて小さくデザインすることにより、犠牲層のエッチング終点時間をフィルタ１内において均一に揃えることができる。このようなデザインを採用するフィルタ１おいては、製造プロセスの基板平坦化工程により発生するディッシングやエロージョンを抑制することができる。
【００４２】
（２）第２の設計手法
この第２の設計手法は、基板２裏面から表面に向かってDeep-RIE法によるエッチングを行って空洞２Ｈを形成する製造プロセスの採用を前提とした手法である。まず初めに、フィルタ１を構成する薄膜圧電共振器３中、最も容量が大きい励振部を有する薄膜圧電共振器３において、空洞２Ｈの開口サイズと開口形状とが平均距離ｄ＞長さλの関係を満たすデザインがなされる。次に、他の薄膜圧電共振器３において、先にデザインした最も大きい空洞２Ｈの開口サイズ及び開口形状と同一の開口サイズ及び開口形状を有する空洞２Ｈがデザインされる。その後、薄膜圧電共振器３と他の薄膜圧電共振器３との間の配置位置並びに配線レイアウトを考慮し、空洞２Ｈの開口サイズ及び開口形状のデザインが若干調整される。空洞２Ｈの開口サイズと励振部７の平面サイズとの間の差が大きくなり過ぎると、空洞２Ｈの製造時に励振部７の膜強度が低下するので、下層電極４、圧電体５及び上層電極６のそれぞれの応力設計に基づき、膜強度を保つ範囲内において調整がなされる。
【００４３】
このような設計手法に基づき製作されたフィルタ１においては、少なくとも１つの薄膜圧電共振器３の励振部７端と空洞２Ｈの開口端との間の平均距離ｄが、他の薄膜圧電共振器３の励振部７端と空洞２Ｈの開口端との間の平均距離ｄに対して異なる。空洞２Ｈの開口サイズ若しくは開口形状は、励振部端から空洞の開口端までの間の距離が一定の場合に比べて、分布が狭くなり揃っていることから、Deep-RIE工程において基板２のエッチング速度のばらつきを抑制することができ、すべての薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈが完成するまでのオーバーエッチング時間を短縮することができる。オーバーエッチング時間の短縮はノッチ（図４３中、符号１１６。）の発生を抑制するができ、この結果、薄膜圧電共振器３に付加される寄生容量の見積もりマージンを減少することができ、フィルタ１のフィルタ特性を向上することができる。また、フィルタ１においては、隣接して配置される薄膜圧電共振器３間の距離をノッチが抑制することができる分近づけることができるので、配線長を短くすることができ、配線抵抗を低減することができる。
【００４４】
更に、Deep-RIE工程後に行われるストッパ除去工程（基板２と下層電極４との間に配設されたエッチングストッパ層を除去する工程）においては、空洞２Ｈの内壁面をノッチが存在しない平面として形成することができる。すなわち、空洞２Ｈ内において、ドライエッチング時のノッチによる影の生成やウエットエッチング時のノッチによる袋小路形状が無くなり、犠牲層の残査を無くすことができるので、共振特性上のスプリアスの発生を防止することができ、フィルタ特性を向上することができる。
【００４５】
１つの薄膜圧電共振器３を中心としてその周囲に４５度毎に８つの薄膜圧電共振器３を配設した合計９個、若しくはそれ以上の個数の薄膜圧電共振器３により構築されるフィルタ１の製造プロセスにおいて、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈを形成するRIEのエッチング速度は、周囲に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈを形成するRIEのエッチング速度に対して、ローディング効果により遅くなる。このような現象を考慮して、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈの開口サイズを、周囲に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈの開口サイズに比べて大きくデザインすることによって、フィルタ１においてすべての薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈのエッチング終点時間を揃えることができ、基板２のオーバーエッチング時間を短縮することができる。
【００４６】
（３）空洞の開口端と励振部端との間の平均距離
ここで、薄膜圧電共振器３において、空洞２Ｈの開口端と励振部７端との間の平均距離ｄについて説明する。この平均距離ｄの定義は、後述する音響反射層の輪郭と励振部７端との間の平均距離ｄについても同様である。
【００４７】
図４に示すように、空洞２Ｈの開口形状が四角形、励振部７の平面形状（平面の輪郭形状）が開口形状に対して非相似形状に設定されかつ一回り小さい四角形の場合、平均距離ｄは、空洞２Ｈの開口形状並びに励振部７の平面形状（輪郭形状）に関係なく、空洞２Ｈの開口端から励振部７端に向かって法線を引き、空洞２Ｈの開口端と、それに対向する励振部７端と、これらの間において最大の離間距離となる２本の法線とにより囲まれた領域内の面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の合計の面積Ｓを、励振部７端の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の合計の周囲長Ｌにより割った値（ｄ＝Ｓ／Ｌ）である。
【００４８】
また、図５に示すように、空洞２Ｈの開口形状が円形、励振部７の平面形状が空洞２Ｈ内に収まる平面サイズを有する四角形の場合、平均距離ｄは、空洞２Ｈの開口面積から励振部７の平面面積を差し引いた面積Ｓを、励振部７端の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の合計の周囲長Ｌにより割った値（ｄ＝Ｓ／Ｌ）である。
【００４９】
更に、図６に示すように、空洞２Ｈの開口形状が四角形、励振部７の平面形状が四角形であって（図４に示す場合同様）、開口形状の一部（一辺）と励振部７端の一部（一辺）とが重複した位置関係にある場合、平均距離ｄは、その重複部分を除き、空洞２Ｈの開口端と、それに対向する励振部７端と、これらの間において最大の離間距離となる２本の法線とにより囲まれた領域内の面積Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の合計の面積Ｓを、励振部７端の長さＬ１、Ｌ２及びＬ３の合計の周囲長Ｌにより割った値（ｄ＝Ｓ／Ｌ）である。
【００５０】
［第１の実施例］
次に、前述の薄膜圧電共振器３及びそれにより構築されるフィルタ１の具体的な第１の実施例を説明する。
【００５１】
（１）空洞の開口サイズに対するノッチ量の変化に関する評価
フィルタ１を構築する薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈは、ボッシュ方式を採用するICP-RIE装置（Inductively Coupled Plasma - Reactive ion etching）を使用し、基板２の裏面から表面に向かってエッチングすることにより製作した。ボッシュ方式とは、エッチングガスにＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスとを使用し、ＳＦ6は基板２具体的にはシリコンをエッチングする役割を担い、Ｃ4Ｆ8はエッチング穴の側壁にポリマーの保護膜を生成する役割を担い、エッチングと保護膜の生成プロセスとを交互い行いながら垂直にかつ深くＳｉをエッチングする方式である。
【００５２】
図７には、正方形状の開口形状を有する空洞２Ｈの製作において、空洞２Ｈの開口サイズとエッチング時間との関係を示す。基板２には２００μｍの厚さを有するＳｉ基板が使用される。図７中、横軸は空洞２Ｈの開口サイズ（一辺の長さ：μｍ）であり、縦軸はエッチング時間（分）である。エッチングのストッパ層にはＳｉ熱酸化（ＳｉＯ2）膜を用いた。
【００５３】
図７に示すように、４つのエッチング条件（条件１〜条件４）において各々エッチング時間を測定したが、エッチング条件に関わらず、空洞２Ｈの開口サイズが変化すればエッチング時間が変化し、開口サイズが大きくなるに従い、エッチング時間は短くなる傾向が見られる。更に、エッチング時間が短く、製造プロセス上有利な条件ほどエッチング時間の分布が大きくなっている。例えば、空洞２Ｈの開口サイズが１００μｍ×１００μｍ〜２００μｍ×２００μｍの範囲内の薄膜圧電共振器３を組み合わせてフィルタ１を製作する場合、オーバーエッチング時間は、最低４分間、長くて３０分ほど必要である。基板２として例えば６インチサイズのウェハが使用される場合には、ウェハの中心から端部までの間においてエッチング状態が変化し、この変化に相当するエッチング時間差分がオーバーエッチング時間のマージンとして必要になる。製造装置の特性にも依存するが、オーバーエッチング時間のマージンはおよそ１分３０秒〜２分程度である。一方、基板２の裏面からのエッチングが開始されてから基板２の表面上のストッパ層に達し、この後にノッチが成長する速度は１分間当たりおよそ２μｍである。第１の実施例に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１は、このようなDeep-RIEの評価結果に基づき製作されている。
【００５４】
（２）薄膜圧電共振器の製造方法
次に、第１の実施例に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１の具体的な製造方法を説明する。
【００５５】
まず最初に、基板２を準備する。基板２には、例えば１ｋΩ・ｃｍ以上の高抵抗値を有する（１００）結晶面を有するＳｉ基板が使用される。この基板２の表面上に下地層２０１を形成する（図８参照。）。下地層２０１には２００ｎｍの膜厚を有するＳｉ熱酸化膜が使用される。下地層２０１は、下層電極４の下地として使用されるとともに、空洞２Ｈを形成する際のエッチングストッパ層として使用される。
【００５６】
図８に示すように、薄膜圧電共振器３の形成領域において、下地層２０１上に下層電極４を形成する。下層電極４には例えば２００ｎｍ〜２５０ｎｍの膜厚のＡｌ又はＡｌ合金膜が使用される。下層電極４は、スパッタリング法等により基板２の表面全域に成膜された後に、リソグラフィによりマスクを形成し、このマスクを使用してRIE等のエッチングによりパターンニングされる。
【００５７】
図９に示すように、薄膜圧電共振器３の形成領域において、下層電極４上に圧電体５が形成される。圧電体５には例えば１５００ｎｍ〜３０００ｎｍの膜厚のＡｌＮが使用される。圧電体５は、スパッタリング法等により基板２の表面全域に成膜された後に、リソグラフィによりマスクを形成し、このマスクを使用してRIE等のエッチングによりパターンニングされる。また、圧電体５には、ＡｌＮに代えて、同様の六方晶系結晶構造を有するＺｎＯを使用することができる。
【００５８】
図１０に示すように、薄膜圧電共振器３の形成領域において、圧電体５上に上層電極６を形成する。上層電極６には例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚のＡｌ、Ａｌ合金、Ｍｏ等が使用される。上層電極６は、スパッタリング法等により基板２の表面全域に成膜された後に、リソグラフィによりマスクを形成し、このマスクを使用してRIE等のエッチングによりパターンニングされる。
【００５９】
次に、並列型フィルタ１においては、図示しないが、上層電極６上に共振周波数をずらすための質量負荷層が形成される。引き続き、図１１に示すように、基板２の裏面上において、空洞２Ｈの形成領域が開口されたマスク１０を形成する。マスク１０は例えばリソグラフィにより形成される。
【００６０】
図１２に示すように、マスク１０を使用し、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEを行い、基板２の薄膜圧電共振器３の形成領域に空洞２Ｈを形成する。この空洞２Ｈの形成に際して、下地層２０１はエッチングストッパ層として機能する。
【００６１】
そして、空洞２Ｈ内において露出する下地層２０１を例えばウエットエッチングにより除去し、引き続きマスク１０を除去することにより、前述の図２に示す第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器３及びこの薄膜圧電共振器３により構築されたフィルタ１を製作することができる。
【００６２】
（３）フィルタ及び薄膜圧電共振器の具体的な構造
図１３に示すように、第１の実施例に係るフィルタ１は、薄膜圧電共振器３２、３４、３６を電気的に直列に接続し、薄膜圧電共振器３１、３３、３５、３７を電気的に並列に接続した構造を採用し、合計７個の薄膜圧電共振器３１〜３７により構築されている（図１参照。）。フィルタ１を構築する薄膜圧電共振器３１〜３７のそれぞれの容量比は図１４に示すように割り振られている。
【００６３】
薄膜圧電共振器３１〜３７のそれぞれにおいては、励振部７１〜７７の大きさ（容量値の大きさ）に関わらず、すべての空洞２１〜２７の開口サイズは同一である。薄膜圧電共振器３１は、励振部７１の平面形状を一辺１６５μｍの正方形形状に設定し、この励振部７１端から空洞２１の開口端までの間の平均距離ｄ１を１０μｍに設定し、空洞２１の開口サイズを決定している。他の薄膜圧電共振器３２〜３７の空洞２２〜２７の開口サイズは薄膜圧電共振器３１の空洞２１の開口サイズと同一に設定されている。つまり、フィルタ１においては、平均距離ｄは、容量比が同一の薄膜圧電共振器３１及び３７の平均距離ｄ１と、この平均距離ｄ１とは異なる薄膜圧電共振器３２〜３６の平均距離ｄ２（複数の値を持つ。）とを備えている。具体的には、平均距離ｄは、１０μｍ〜３５μｍの範囲内において分布を持っている。
【００６４】
下層電極４は薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈをすべて覆うように（空洞２Ｈ上の全域に）配設されている。基板２の表面上において下層電極４と上層電極６とが対向し、双方の間に寄生容量が発生するが、空洞２Ｈ上において下層電極４の段差が無いレイアウトになり、空洞２Ｈの開口周縁の全域に沿って下層電極４が基板２の表面に支持されている。つまり、下層電極４（励振部７）は空洞２Ｈ上に中空状態になっているが、下層電極４の膜の機械的強度は強く、下層電極４は破断に対して強い構造である。
【００６５】
このようなデザインが採用されるフィルタ１は、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す「条件４」に基づきエッチングを行うと、図１５に示すように、エッチング時間はおよそ４３分である。基板２に６インチウェハが使用される場合、ウェハ面内においてエッチング量の均一性を確保するために、エッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が加えられる。オーバーエッチング時に発生するノッチ量は最大３μｍ程度である。アライメント装置のアライメント余裕寸法（アライメントずれ量）が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の平面サイズは８μｍ以上大きく設定される。空洞２Ｈを最低限のサイズ以上にデザインしても、ノッチ量を抑制することができるので、隣接する空洞２Ｈ同士の間隔を狭くすることができ、フィルタ１の小型化を実現することができる。ノッチによる寄生容量の変化は１つの薄膜圧電共振器３に対して最大２．５％程度である。スプリアスの発生は抑制されている。
【００６６】
［第１の比較例］
図１６に第１の比較例を示し、この第１の比較例に係るフィルタ１Ａの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３７において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば１０μｍに設定されている。従って、空洞２Ｈは、一辺が１３５μｍ〜１８５μｍまでの間の開口サイズを有する正方形形状の開口形状により構成されている。
【００６７】
このようなデザインが採用されるフィルタ１Ａは、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す面積分布が少ない「条件２」に基づきエッチングを行うと、図１５に示すように、最も開口サイズが小さい空洞２３及び２５のエッチングに必要な時間はおよそ６８分である。６インチウェハの使用を前提として、このエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。この場合、開口サイズが最も大きい空洞２１及び２７においては８分程度オーバーエッチングがなされ、ノッチ量は最大１６μｍに達する。アライメント装置のアライメント余裕寸法が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の平面サイズは２１μｍ以上大きく設定しなくてはならない。ノッチ量が増大することから、隣接する空洞２Ｈの内壁間は基板２の機械的強度を確保するために離間する必要が生じ、フィルタ１Ａの小型化を実現することが難しい。ノッチによる寄生容量の変化は１つの薄膜圧電共振器３に対して最大１０％程度に達する。更に、空洞２Ｈの開口端の形状の乱れに起因して共振特性にスプリアスが発生し、フィルタ特性の劣化が観測された。更に、励振部７の破断に対する膜強度の低下が観測された。
【００６８】
［第２の実施例］
第１の実施の形態の第２の実施例に係るフィルタ１は、図１７及び図１８に示すように、薄膜圧電共振器３２、３３、３４、３６を電気的に直列に接続し、薄膜圧電共振器３１、３５を電気的に並列に接続した構造を採用し、合計６個の薄膜圧電共振器３１〜３６により構築されている。フィルタ１を構築する薄膜圧電共振器３１〜３６のそれぞれの容量比は図１９に示すように割り振られている。
【００６９】
薄膜圧電共振器３１〜３６のそれぞれにおいては、励振部７１〜７６の大きさ（容量値の大きさ）に関わらず、すべての空洞２１〜２６の開口サイズは同一である。薄膜圧電共振器３１は、励振部７１の平面形状を一辺１６５μｍの正方形形状に設定し、この励振部７１端から空洞２１の開口端までの間の平均距離ｄ１を１０μｍに設定し、空洞２１の開口サイズを決定している。他の薄膜圧電共振器３２〜３６の空洞２２〜２６の開口サイズは薄膜圧電共振器３１の空洞２１の開口サイズと同一に設定されている。つまり、フィルタ１においては、平均距離ｄは、薄膜圧電共振器３１の平均距離ｄ１と、この平均距離ｄ１とは異なる薄膜圧電共振器３２〜３６の平均距離ｄ２（複数の値を持つ。）とを備えている。具体的には、平均距離ｄは、１０μｍ〜４４μｍの範囲内において分布を持っている。
【００７０】
各薄膜圧電共振器３１〜３６においては、下層電極４の空洞２Ｈを覆う面積を減少し、かつ下層電極４と上層電極６との重複をできる限り避け、寄生容量の発生を減少するようになっている。結果的に、共振特性において、空洞２Ｈ端の加工形状に起因するスプリアスの影響を減少することができる。このようにデザインされた薄膜圧電共振器３においては、下層電極４端の一部が空洞２Ｈの開口内に存在し、下層電極４の基板２の表面における支持領域が減少して、下層電極４（励振部７）の膜の機械的強度は低下する。下層電極４端の断面形状を十分に角度の低いテーパ形状に加工すれば、下層電極４上の圧電体５の応力を減少することができ、励振部７の全体としての機械的強度は十分に確保することができる。下層電極４端の断面形状は、下層電極４の基板２側の底面と端面とがなす角度を鋭角例えば約２０度に設定したテーパ形状とする。
【００７１】
このようなデザインが採用されるフィルタ１は、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す「条件４」に基づきエッチングを行うと、図１５に示すように、エッチング時間はおよそ４３分である。６インチウェハの使用を前提として、このエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。オーバーエッチング時に発生するノッチ量は最大３μｍ程度である。アライメント装置のアライメント余裕寸法が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の空洞２Ｈを跨ぐ部分の平面サイズは８μｍ以上大きく設定される。空洞２Ｈを最低限のサイズ以上にデザインしても、ノッチ量を抑制することができるので、隣接する空洞２Ｈ同士の間隔を狭くすることができ、フィルタ１の小型化を実現することができる。ノッチによる寄生容量の変化は１つの薄膜圧電共振器３に対して０％程度である。スプリアスの発生は抑制されている。
【００７２】
［第２の比較例］
図２０に第２の比較例を示し、この第２の比較例に係るフィルタ１Ｂの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３６において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば１０μｍに設定されている。従って、空洞２Ｈは、一辺が１１６μｍ〜１８５μｍまでの間の開口サイズを有する正方形形状の開口形状により構成されている。
【００７３】
このようなデザインが採用されるフィルタ１Ｂは、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す面積分布が少ない「条件２」に基づきエッチングを行うと、図１５に示すように、最も開口サイズが小さい空洞２５のエッチングに必要な時間はおよそ７２分である。６インチウェハの使用を前提として、このエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。この場合、開口サイズが最も大きい空洞２１においては１０分程度オーバーエッチングがなされ、ノッチ量は最大２３μｍに達する。アライメント装置のアライメント余裕寸法が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の平面サイズは２８μｍ以上大きく設定しなくてはならない。ノッチ量が増大することから、隣接する空洞２Ｈの内壁間は基板２の機械的強度を確保するために離間する必要が生じ、フィルタ１Ｂの小型化を実現することが難しい。ノッチによる寄生容量の変化はなく、共振特性において空洞２Ｈの開口端の形状の乱れに起因するスプリアスの発生も観測されなかったが、ノッチ量の増大に起因して励振部７の破断に対する膜強度の低下が観測された。
【００７４】
［第３の実施例］
第１の実施の形態の第３の実施例に係るフィルタ１は、基本的には前述の図１及び図１３に示すフィルタ１と同様であるが、図２１に示すように、容量値が小さい（平面サイズが小さい）励振部７３を有する薄膜圧電共振器３３の下層電極４端の一部を空洞２３の開口内に配置し、同様に容量値が小さい励振部７５を有する薄膜圧電共振器３５の下層電極４端の一部を空洞２５の開口内に配置し、それ以外の薄膜圧電共振器３１、３２、３４、３６及び３７においては空洞２Ｈの開口の全域を覆うように下層電極４を配置している。薄膜圧電共振器３１〜３７のそれぞれの容量比は前述の図１４に示すように割り振られている。
【００７５】
容量値が小さい薄膜圧電共振器３３及び３５においては、励振部７端と空洞２Ｈの開口端との間の平均距離ｄが大きくなるので、圧電体５の膜応力による破断に対して下層電極４の機械的強度が強く、下層電極４端が空洞２Ｈの開口内に存在していても下層電極４の機械的な膜強度を保つことができる。
【００７６】
このようにデザインされるフィルタ１は、ノッチ量の変化に基づく寄生容量の変化率を減少することができる。また、並列型の薄膜圧電共振器３において、共振特性をスプリアスの影響を受けない状態にすることができるので、フィルタ１のスカート特性を急峻にすることができる。フィルタ１は、前述の第１の実施例と同様の手順において、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作しているが、ノッチによる寄生容量の変化は１つの薄膜圧電共振器３に対して最大１．８％程度である。
【００７７】
［第３の比較例］
図２２に第３の比較例を示し、この第３の比較例に係るフィルタ１Ｃの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３７において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば１０μｍに設定されている。従って、空洞２Ｈは、一辺が１３５μｍ〜１８５μｍまでの間の開口サイズを有する正方形形状の開口形状により構成されている。
【００７８】
このようなデザインが採用されるフィルタ１Ｃは、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す面積分布が少ない「条件２」に基づきエッチングを行うと、図１５に示すように、最も開口サイズが小さい空洞２５のエッチングに必要な時間はおよそ６５分である。６インチウェハの使用を前提として、このエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。この場合、開口サイズが最も大きい空洞２１及び２７においては１０分程度オーバーエッチングがなされ、ノッチ量は最大１６μｍに達する。アライメント装置のアライメント余裕寸法が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の平面サイズは２１μｍ以上大きく設定しなくてはならない。ノッチ量が増大することから、隣接する空洞２Ｈの内壁間は基板２の機械的強度を確保するために離間する必要が生じ、フィルタ１Ｃの小型化を実現することが難しい。ノッチによる寄生容量の変化は１つの薄膜圧電共振器３に対して最大１０％程度に達する。更に、空洞２Ｈの開口端の形状の乱れに起因して共振特性にスプリアスが発生し、フィルタ特性の劣化が観測された。更に、励振部７の破断に対する膜強度の低下が観測された。
【００７９】
［第１の実施の形態の効果］
前述の図１５に示す第１の実施例〜第３の実施例及び第１の比較例〜第３の比較例のそれぞれの測定結果に基づき、薄膜圧電共振器３の励振部７から空洞２Ｈの開口端までの平均距離ｄを一定にせず、空洞２Ｈの開口サイズの大きさの分布を抑制するようにデザインすることにより、エッチング時間の短縮、ノッチ量の抑制、寄生容量マージンの低減等を実現することができ、量産性に優れ、安定したフィルタ特性を備えたフィルタ１を製作することができる。
【００８０】
更に、薄膜圧電共振器３の下層電極４と空洞２Ｈとの間の双方の位置関係に基づき寄生容量の有無をデザインする場合においても、励振部７の平面サイズの大きさに関わらず、空洞２Ｈの開口をデザインし、フィルタ１のフィルタ特性を向上することができる。
【００８１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る、基板２に裏面から表面に向かって空洞２Ｈを製作する、薄膜圧電共振器３及びフィルタ１において、空洞２Ｈの配置密度に対するエッチング速度の変化を評価し、その結果に基づき薄膜圧電共振器３及びフィルタ１を製作する例を説明するものである。
【００８２】
（１）空洞の配置密度に対するエッチング速度の変化
第２の実施の形態に係るフィルタ１は、後に詳細に説明するが、合計９個の薄膜圧電共振器３を規則的に配置して構築されており、図２３に示すように、薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈは基板２において行方向に３個、列方向に３個、合計９個配置されている。それぞれの空洞２Ｈは、いずれも同一開口形状を有し、正方形状において製作されている。表現を代えれば、基板２には、中央部に配置された１つの空洞２Ｈと、その周囲に４５度毎に配置された８つの空洞２Ｈとが配置されている。
【００８３】
図２４には、図２３に示す空洞２Ｈの開口サイズとエッチング時間との関係を示す。基板２には２００μｍの厚さを有するＳｉ基板が使用され、空洞２ＨはDeep-RIEにより製作される。空洞２Ｈのエッチング時には、基板２の表面に形成した下地層２０１（図８参照。Ｓｉ熱酸化膜）をエッチングストッパ層として使用した。隣接する空洞２Ｈの離間寸法は３０μｍに設定される。図２４中、横軸は空洞２Ｈの開口サイズ（一辺の長さ：μｍ）であり、縦軸はエッチング時間（分）である。
【００８４】
図２４に示すように、中央部に配置された空洞２Ｈのエッチング時間は、周辺に配置された空洞２Ｈのエッチング時間に対して長い。この傾向は、空洞２Ｈの開口サイズが小さくなるに従って顕著になる結果が得られた。
【００８５】
（２）フィルタ及び薄膜圧電共振器の具体的な構造
第２の実施の形態に係るフィルタ１は、図２５に示すように、薄膜圧電共振器３４、３５、３６を電気的に直列に接続し、薄膜圧電共振器３１、３７、３８、３２、３３、３９を電気的に並列に接続した構造を採用し、合計９個の薄膜圧電共振器３１〜３９により構築されている。フィルタ１を構築する薄膜圧電共振器３１〜３９のそれぞれの容量比は図２６に示すように割り振られている。
【００８６】
［実施例］
第２の実施の形態の実施例に係るフィルタ１は、前述の図２４に示す結果に基づき作製されたものであって、図２７に示すように、薄膜圧電共振器３１、３２、３３、３７、３８、３９の励振部７１、７２、７３、７７、７８、７９は一辺を１６５μｍとする正方形状の平面形状において構成されている。これらの薄膜圧電共振器３１等の空洞２１等の開口は一辺を１８５μｍとした正方形状の開口形状において構成されており、平均距離ｄは１０μｍに設定されている。薄膜圧電共振器３４、３６の励振部７４、７６の一辺を１３５μｍとする正方形状の平面形状において構成されている。これらの薄膜圧電共振器３４等の空洞２４等の開口は一辺を１８５μｍとした正方形状の開口形状において構成されており、平均距離ｄは２５μｍに設定されている。
【００８７】
中央に配置された薄膜圧電共振器３５の空洞２５の一辺は、一辺が１８５μｍの空洞２１等と同一のエッチング時間になるように１９３μｍに設定され、このサイズの正方形状の平面形状において空洞２５が構成されている。薄膜圧電共振器３５の平均距離ｄは２９μｍに設定されている。そして、すべての薄膜圧電共振器３１〜３９において、下層電極４端の一部を空洞２５Ｈの開口内に配置し、下層電極４に付加される寄生容量値を「ゼロ」に調整した。
【００８８】
このようなデザインが採用されるフィルタ１は、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、エッチング時間はおよそ４３分である。６インチウェハの使用を前提として、このエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。オーバーエッチング時に発生するノッチ量は最大３μｍ程度である。アライメント装置のアライメント余裕寸法が例えば最大５μｍであれば、空洞２Ｈの開口サイズに対して、下層電極４の空洞２Ｈを跨ぐ部分の平面サイズは８μｍ以上大きく設定される。空洞２Ｈを最低限のサイズ以上にデザインしても、ノッチ量を抑制することができるので、励振部７の全体としての機械的強度は十分に確保することができた。
【００８９】
［比較例］
図２８に第２の実施の形態の比較例を示し、この比較例に係るフィルタ１Ｄの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３９において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば１０μｍに設定されている。従って、空洞２Ｈは、一辺が１５５μｍ〜１８５μｍまでの間の開口サイズを有する正方形形状の開口形状により構成されている。
【００９０】
このようなデザインが採用されるフィルタ１Ｄは、基板２の裏面から表面に向かってDeep-RIEにより空洞２Ｈを製作している。エッチングする基板２の厚さが２００μｍ、前述の図７に示す面積分布が少ない「条件２」に基づきエッチングを行うと、図２４に示すように、周辺部に配置された薄膜圧電共振器３の、一辺１５５μｍの開口サイズを有する空洞２Ｈのエッチングに必要な時間はおよそ６７分である。周辺部に配置された薄膜圧電共振器３の、大きな開口サイズを有する空洞２Ｈのエッチングには更に４分間のオーバーエッチング時間が必要である。中央に配置された薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈのエッチングには更に５分間のオーバーエッチング時間が必要である。そして、６インチウェハの使用を前提として、これらのエッチング時間にオーバーエッチング時間の１分３０秒が更に加えられる。すなわち、オーバーエッチング時間は合計１０分３０秒になり、ノッチ量は２１μｍを観測した。この大きなノッチの発生により、空洞２Ｈの開口端に凸凹形状が発生し、この部分に応力集中による励振部７の膜の破断が基板２の一部において観測された。
【００９１】
［第２の実施の形態の効果］
第２の実施の形態に係るフィルタ１においては、空洞２Ｈの配置密度によるエッチング速度の変化が７個以上の薄膜圧電共振器３を配列した場合に観察されたので、Deep-RIEのエッチング特性に適合するように空洞２Ｈの配列数、開口サイズ等を調節することにより、オーバーエッチング時間を短縮することができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、基板２に配設される空洞２Ｈの断面構造が異なる薄膜圧電共振器３及びフィルタ１に適用した例を説明するものである。
【００９３】
（１）薄膜圧電共振器の製造方法
第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１の製造方法は、まず最初に基板２に空洞（窪み若しくは凹部）２Ｈを形成する（図２９参照。）。前述の第１及び第２の実施の形態に係る空洞２Ｈは基板２の裏面から表面に突き抜ける貫通穴を使用していたが、第３の実施の形態に係る空洞２Ｈは基板２の表面から一定の深さを有する止め穴を使用する。
【００９４】
図２９に示すように、基板２の表面上の全面に犠牲層２０２を成膜する。犠牲層２０２には例えばCVD法若しくはスパッタリング法により成膜されたＳｉ酸化膜やＡｌ等の柔らかい材料を使用することができる。
【００９５】
図３０に示すように、基板平坦化技術（CMP：chemical mechanical polishing）を用い、基板２の表面が露出するまで犠牲層２０２を研磨するとともに、空洞２Ｈ内に犠牲層２０２を埋設させる。
【００９６】
次に、前述の第１の実施の形態に係る、図８乃至図１０に示す工程と同様に、空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層２０２上に下層電極４、圧電体５、上層電極６のそれぞれを形成するとともに、これらの重複領域に励振部７を形成する。
【００９７】
図３１に示すように、犠牲層２０２を選択的に例えばウエットエッチングにより除去することにより、空洞２Ｈ内を空にすることができる。そして、この工程が終了すると、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１を完成させることができる。
【００９８】
前述のCMPにおいて、犠牲層２０２は基板２よりも柔らかい材料を使用する場合が多く、基板２の表面を露出したときに空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層２０２の表面に窪みが生じるディッシングが発生し易い（図４１参照。）。ディッシング量は犠牲層２０２の面積に依存し、様々な大きさの犠牲層２０２を埋め込んだ場合、犠牲層２０２の面積が大きい方がディッシング量は大きくなる傾向がある。また、犠牲層２０２の配置密度（空洞２Ｈの配置密度）によっては、研磨面が窪むエロージョン（図４２参照。）が発生し易い。CMPにおいては、同一パターン（同一開口サイズ）を有する空洞２Ｈ内に犠牲層２０２を埋め込む方が、多種類のパターン（多種類の開口サイズ）を有する空洞２Ｈ内に犠牲層２０２を埋め込む場合に比べて、研磨条件のウインドウが広い。そこで、様々なデザインを有するフィルタ１を製作する場合、薄膜圧電共振器３の励振部７の平面サイズに関わらず、CMPの仕上げ研磨面の平坦度が得られるようにデザインすることにより、フィルタ１のフィルタ特性を向上することができる。
【００９９】
［実施例］
第３の実施の形態の実施例に係るフィルタ１は、前述の図１３に示す回路構成と同様であり、前述の図１４に示すように薄膜圧電共振器３のそれぞれに容量値が割り振られている。
【０１００】
図３２に示すように、フィルタ１は、薄膜圧電共振器３の励振部７の平面サイズに関わらず、CMPにおいて最も平坦な研磨面が得られるように、犠牲層２０２の平面サイズ（空洞２Ｈの開口サイズと等価である。）を設定している。その結果、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設される犠牲層２０２の平面サイズに対して、周辺に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設される犠牲層２０２の平面サイズは±５％の範囲内に設定される。
【０１０１】
CMP後にディッシング及びエロージョンを観察したところ、基板２の表面からその深さ方向に向かって窪みは最大３００ｎｍの範囲内に止めることができた。空洞２Ｈ内に埋設された犠牲層２０２の表面上に下層電極４を成膜し、更にこの下層電極４上に圧電体５としてＡｌＮ圧電体薄膜を成膜し、このＡｌＮ圧電体薄膜をＸ線回折によるＡｌＮ（０００２）ピークのロッキングカーブ半値幅を測定した結果、１．４°であった。
【０１０２】
圧電体５上に更に上層電極６及び負荷電極を成膜し、その後に犠牲層２０２を除去した場合、薄膜圧電共振器３の電気機械結合係数ｋ2を測定すると６．７％以上の数値が得られた。更に、帯域幅は７０MHzに達し、良好なフィルタ特性を有するフィルタ１を実現することができた。
【０１０３】
［比較例］
図３３に第３の実施の形態の比較例を示し、この比較例に係るフィルタ１Ｅの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端（犠牲層２０２の輪郭）までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３７において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば５μｍに設定されている。この結果、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設された犠牲層２０２の平面サイズに対して、周辺部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに配設された犠牲層２０２の平面サイズは±１６％の範囲内になった。
【０１０４】
CMP後にディッシング及びエロージョンを観察したところ、基板２の表面からその深さ方向に向かって窪みは最大２μｍに達した。前述の実施例と同様に、Ｘ線回折によるＡｌＮ（０００２）ピークのロッキングカーブ半値幅を測定した結果、４．３°であった。また、電気機械結合係数ｋ2を測定すると３．７％であり、フィルタ１に要求される十分な帯域幅は得られなかった。
【０１０５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、基板２に音響反射層を配設し薄膜圧電共振器３及びフィルタ１に適用した例を説明するものである。
【０１０６】
（１）薄膜圧電共振器の製造方法
第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１の製造方法は、まず最初に基板２に空洞（窪み若しくは凹部）２Ｈを形成する（図３４参照。）。
【０１０７】
図３４に示すように、基板２の表面上の全面に音響反射層２０３を成膜する。音響反射層２０３は、低音響インピーダンス層２０３Ａと高音響インピーダンス層２０３Ｂとを、所望の共振周波数の１／４波長分の膜厚において、交互に複数積層した複合膜である。低音響インピーダンス層２０３Ａには例えばＳｉ酸化膜を使用することができ、高音響インピーダンス層２０３ＢにはＷを使用することができる。
【０１０８】
図３５に示すように、CMPを用い、基板２の表面が露出するまで音響反射層２０３を研磨するとともに、空洞２Ｈ内に音響反射層２０３を埋設させる。
【０１０９】
次に、前述の第１の実施の形態に係る、図８乃至図１０に示す工程と同様に、図３６に示すように、空洞２Ｈ内に埋設された音響反射層２０３上に下層電極４、圧電体５、上層電極６のそれぞれを形成するとともに、これらの重複領域に励振部７を形成する。そして、この工程が終了すると、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器３及びフィルタ１を完成させることができる。
【０１１０】
前述のCMPにおいて、音響反射層２０３は基板２よりも柔らかい材料を使用する場合が多く、基板２の表面を露出したときに空洞２Ｈ内に埋設された音響反射層２０３の表面に窪みが生じるディッシングが発生し易い（図４１参照。）。ディッシング量は音響反射層２０３の面積に依存し、様々な大きさの音響反射層２０３を埋め込んだ場合、音響反射層２０３の面積が大きい方がディッシング量は大きくなる傾向がある。また、音響反射層２０３の配置密度（空洞２Ｈの配置密度）によっては、研磨面が窪むエロージョン（図４２参照。）が発生し易い。CMPにおいては、同一パターン（同一開口サイズ）を有する空洞２Ｈ内に音響反射層２０３を埋め込む方が、多種類のパターン（多種類の開口サイズ）を有する空洞２Ｈ内に音響反射層２０３を埋め込む場合に比べて、研磨条件のウインドウが広い。そこで、様々なデザインを有するフィルタ１を製作する場合、薄膜圧電共振器３の励振部７の平面サイズに関わらず、CMPの仕上げ研磨面の平坦度が得られるようにデザインすることにより、フィルタ１のフィルタ特性を向上することができる。
【０１１１】
ディッシングやエロージョンにより、音響反射層２０３の層厚さが変化してしまうと、圧電振動の反射率の低下を招き、薄膜圧電共振器３のＱ値が低下する。このため、十分なフィルタ特性を得ることができない。
【０１１２】
［実施例］
第４の実施の形態の実施例に係るフィルタ１は、前述の図１３に示す回路構成と同様であり、前述の図１４に示すように薄膜圧電共振器３のそれぞれに容量値が割り振られている。
【０１１３】
図３７に示すように、フィルタ１は、薄膜圧電共振器３の励振部７の平面サイズに関わらず、CMPにおいて最も平坦な研磨面が得られるように、音響反射層２０３の平面サイズ（空洞２Ｈの開口サイズと等価である。）を設定している。その結果、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設される音響反射層２０３の平面サイズに対して、周辺に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設される音響反射層２０３の平面サイズは±５％の範囲内に設定される。
【０１１４】
CMP後にディッシング及びエロージョンを観察したところ、基板２の表面からその深さ方向に向かって窪みは最大３００ｎｍの範囲内に止めることができた。空洞２Ｈ内に埋設された音響反射層２０３の表面上に下層電極４を成膜し、更にこの下層電極４上に圧電体５としてＡｌＮ圧電体薄膜を成膜し、このＡｌＮ圧電体薄膜をＸ線回折によるＡｌＮ（０００２）ピークのロッキングカーブ半値幅を測定した結果、１．４°であった。
【０１１５】
圧電体５上に更に上層電極６及び負荷電極を成膜し、フィルタ１を製作した場合、薄膜圧電共振器３の電気機械結合係数ｋ2を測定すると５．５％以上の数値が得られた。更に、Ｑ値が７００程度となり、フィルタの通過帯域減衰が２ｄＢに達し、良好なフィルタ特性を有するフィルタ１を実現することができた。
【０１１６】
［比較例］
図３８に第４の実施の形態の比較例を示し、この比較例に係るフィルタ１Ｆの薄膜圧電共振器３においては、励振部７端から空洞２Ｈの開口端（音響反射層２０３の輪郭）までの間の平均距離ｄがすべての薄膜圧電共振器３１〜３７において同一であり、すべて平均距離ｄ１例えば５μｍに設定されている。この結果、中央部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに埋設された音響反射層２０３の平面サイズに対して、周辺部に配置される薄膜圧電共振器３の空洞２Ｈに配設された音響反射層２０３の平面サイズは±１６％の範囲内になった。
【０１１７】
CMP後にディッシング及びエロージョンを観察したところ、基板２の表面からその深さ方向に向かって窪みは最大２μｍに達した。前述の実施例と同様に、Ｘ線回折によるＡｌＮ（０００２）ピークのロッキングカーブ半値幅を測定した結果、４．３°であった。また、電気機械結合係数ｋ2を測定すると２．７％以上の数値が得られた。更に、Ｑ値が３００程度となり、フィルタの通過帯域減衰、帯域減衰量はいずれも不適格であった。
【０１１８】
なお、本発明は前述の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、薄膜圧電共振器やフィルタに限定されるものではなく、フィルタを更に組み込んだ装置、具体的には電圧制御発振器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２】図１に示すＦ２−Ｆ２切断線において切断した薄膜圧電共振器及びフィルタの断面図である。
【図３】図１に示す薄膜圧電共振器において空洞と励振部との間の位置関係を説明する要部平面図である。
【図４】図１に示す薄膜圧電共振器において平均距離を説明する模式的な要部平面図である。
【図５】図１に示す薄膜圧電共振器において平均距離を説明する模式的な要部平面図である。
【図６】図１に示す薄膜圧電共振器において平均距離を説明する模式的な要部平面図である。
【図７】第１の実施の形態の第１の実施例に係る、空洞の開口サイズとエッチング時間との関係を示す図である。
【図８】第１の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図９】第２の工程断面図である。
【図１０】第３の工程断面図である。
【図１１】第４の工程断面図である。
【図１２】第５の工程断面図である。
【図１３】第１の実施例に係るフィルタの回路図である。
【図１４】第１の実施例に係るフィルタの各薄膜圧電共振器の容量比を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態の第１の実施例〜第３の実施例に係る薄膜圧電共振器のデザイン項目、エッチング条件並びに効果を示す図である。
【図１６】第１の実施の形態の第１の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図１７】第１の実施の形態の第２の実施例に係るフィルタの回路図である。
【図１８】第２の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図１９】第２の実施例に係るフィルタの各薄膜圧電共振器の容量比を示す図である。
【図２０】第１の実施の形態の第２の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２１】第１の実施の形態の第３の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２２】第１の実施の形態の第３の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係るフィルタにおいて薄膜圧電共振器の空洞の配置レイアウトを示す平面図である。
【図２４】第２の実施の形態に係る、空洞の開口サイズとエッチング時間との関係を示す図である。
【図２５】第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２６】図２５に示すフィルタの各薄膜圧電共振器の容量比を示す図である。
【図２７】第２の実施の形態の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２８】第２の実施の形態の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図３０】第２の工程断面図である。
【図３１】第３の工程断面図である。
【図３２】第３の実施の形態の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図３３】第３の実施の形態の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図３４】本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図３５】第２の工程断面図である。
【図３６】第３の工程断面図である。
【図３７】第４の実施の形態の実施例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図３８】第４の実施の形態の比較例に係る薄膜圧電共振器及びフィルタの平面図である。
【図３９】先行技術に係る梯子型フィルタの回路図である。
【図４０】先行技術に係るＶＣＯの回路図である。
【図４１】先行技術に係る課題を説明する薄膜圧電共振器の要部断面図である。
【図４２】先行技術に係る課題を説明する薄膜圧電共振器の要部断面図である。
【図４３】先行技術に係る課題を説明する薄膜圧電共振器の要部断面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  フィルタ
２  基板
２Ｈ、２１〜２９  空洞
２０１  下地層
２０２  犠牲層
２０３  音響反射層
３、３１〜３９  薄膜圧電共振器
４  下層電極
５  圧電体
６  上層電極
７  励振部
【図１】
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【図２】
2006339873.tif 000004
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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