(57)【要約】【課題】  圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数Ｑが高い、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１２と、一対の電極１４，１５；１７と、一対の電極１４，１５；１７に挟まれた圧電薄膜１６とを含む。基板１２に支持される一方の電極１４，１５は、第１の導電層１４と、第１の導電層１４と圧電薄膜１６との間に配置され、第１の導電層１４より標準単極電位の低い金属からなる極性制御層１５とを含む。極性制御層１５は、圧電薄膜１６側に酸化膜を有する。【選択図】  図３
2006174148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に沿って配置された一対の電極と、
該一対の電極に挟まれた圧電薄膜とを含み、
前記電極の一方が前記基板に支持され、
少なくとも前記圧電薄膜の前記一対の電極に挟まれた部分が、前記基板から音響的に分離された、圧電薄膜共振子であって、
前記一方の前記電極は、
第１の導電層と、
前記第１の導電層と前記圧電薄膜との間に配置され、前記第１の導電層より標準単極電位の低い金属からなる極性制御層とを含み、
該極性制御層は、前記圧電薄膜側に酸化膜を有することを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項２】
前記極性制御層の厚さが、弾性波波長の３％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記圧電薄膜がＡｌＮ膜であり、前記極性制御層が面心立方構造又は六方最密構造を有する導電材料からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記極性制御層がＡｌ又はＴｉであることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記一方の前記電極は、前記第１の導電層と前記基板との間に第２の導電層を有し、
前記第２の導電層の音響インピーダンスが、前記第１の導電層の音響インピーダンスよりも低く、
前記第２の導電層の抵抗率が、前記第１の導電層の抵抗率より小さいことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記第１の導電層がＰｔ、前記第２の導電層がＡｌであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記基板と前記第２の導電層との間、前記第２の導電層と前記第１の導電層との間、前記第１の導電層と前記極性制御層との間の少なくとも一つに、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，ＮｉＣｒ，Ｔａから選ばれたいずれかの密着層を備えたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項８】
前記薄膜部は、前記基板との間に空隙を設けて、前記基板に沿って配置され、
前記一方の前記電極は、前記空隙の周囲において、前記基板に支持されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項９】
前記基板は、少なくとも一方の主面に凹部が形成され、
前記一方の前記電極は、前記凹部の周囲において、前記基板の前記主面に支持され、
前記薄膜部は、前記凹部を介して、前記基板から離れて配置されたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１０】
前記薄膜部と前記基板との間に、交互に配置された音響インピーダンスが相対的に低い層と相対的に高い層とを少なくとも各１層ずつ含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子を用いたことを特徴とする、圧電フィルタ。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子、又は請求項１１に記載の圧電フィルタを用いたことを特徴とする、デュプレクサ。
【請求項１３】
基板と、
該基板に沿って配置された一対の電極と、
該一対の電極に挟まれた圧電薄膜と、
を含み、
前記電極の一方が前記基板に支持され、
少なくとも前記圧電薄膜の前記一対の電極に挟まれた部分が、前記基板から音響的に分離された、圧電薄膜共振子の製造方法であって、
前記一方の電極を、前記基板に支持されるように形成する第１の工程と、
前記一方の電極の上に、前記圧電薄膜を形成する第２の工程と、
前記圧電薄膜の上に、他方の前記電極を形成する工程とを備え、
前記第１の工程は、
第１の金属を蒸着して第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層に、前記第１の金属より標準単極電位の低い第２の金属を蒸着して極性制御層を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、前記極性制御層の上に、前記圧電薄膜を形成する圧電薄膜形成工程を含み、
前記第１の工程の後、かつ前記圧電薄膜形成工程の前に、
前記圧電薄膜形成工程における成膜開始前の圧力よりも高い圧力下で前記基板を加熱することにより、前記極性制御層の前記圧電薄膜側に酸化膜を成長させる酸化膜形成工程を含むことを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜が一対の電極に挟まれた薄膜部を基板から音響的に分離して支持する、圧電薄膜共振子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜内のバルク音響波（ＢＡＷ）を利用する圧電薄膜共振子には、圧電薄膜を挟持する一対の電極のうち、一方（下部電極）は、基板に支持される。
【０００３】
この下部電極側について、例えば特許文献１には、ＡｌＮの圧電薄膜側から順にＡｌＮ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕの各層を配置し、Ｍｏと圧電薄膜のＡｌＮとの間に配置するＡｌを下部電極膜厚の０．１倍以下にする構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＡｌＮの圧電薄膜側から順にＡｌＮ／Ｐｔ／Ａｌの各層を配置する構成が開示されている。これは、圧電薄膜側からＡｌＮ／Ａｌ／Ｐｔの各層を配置すると、Ａｌが酸化し易く、ＡｌＮ／Ａｌ境界に非圧電体のＡｌ２Ｏ３が形成され、圧電性を劣化させるからである旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１９８３１９号公報
【特許文献２】特開２００１−１５６５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＢＡＷデバイスの圧電薄膜として代表的なＡｌＮやＺｎＯは、通常の多結晶電極上に成膜すると、分極軸であるｃ軸が基板法線方向に成長する１軸配向膜となる。
【０００６】
圧電薄膜のｃ軸結晶性は、土台の結晶構造や表面粗さに強く影響されるため、土台には圧電薄膜の結晶構造とミスマッチ（格子定数の不整合度合い）が小さいことや、表面粗さが小さいことが要求される。
【０００７】
しかし、一方で、薄膜全体での圧電性などの特性は、必ずしもｃ軸結晶性（通常、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅で表現される。）が良いほど優れいるとはならない場合がある。これは、柱状結晶の極性が混在していることが原因と考えられる。また、ＡｌＮの初期成長層は、その土台表面の状態によって変化し、その圧電性も変化する。
【０００８】
例えば、図１に、（ａ）Ａｌ単層を下部電極とする場合と、（ｂ）Ｐｔ／Ａｌの積層膜を下部電極とする場合について、圧電薄膜共振子の周波数特性の実測データを示す。電気機械結合係数ｋ２（％）は、Ａｌ単層では５．７、Ｐｔ／Ａｌの積層膜では４．９であった。
【０００９】
近年、情報通信において、携帯電話、無線ＬＡＮシステムに要求されるフィルタ特性として、広帯域、低損失、音響的品質係数Ｑが高いことが求められている。これをＢＡＷ共振子で実現するには、圧電薄膜には、よりバルク体のもつ圧電性を引き出すことによって、電気機械結合係数ｋ２を高めることが求められ、電極材料には低抵抗で高Ｑのもの（音響インピーダンスが大きいもの）が要求される。
【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑み、圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数Ｑが高い、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した圧電薄膜共振子を提供する。
【００１２】
圧電薄膜共振子は、基板と、該基板に沿って配置された一対の電極と、該一対の電極に挟まれた圧電薄膜とを含み、前記電極の一方が前記基板に支持され、少なくとも前記圧電薄膜の前記一対の電極に挟まれた部分が、前記基板から音響的に分離されたタイプのものである。前記一方の前記電極は、第１の導電層と、前記第１の導電層と前記圧電薄膜との間に配置され、前記第１の導電層より標準単極電位の低い金属からなる極性制御層とを含む。該極性制御層は、前記圧電薄膜側に酸化膜を有する。
【００１３】
上記構成によれば、極性制御層により圧電薄膜の極性の方向を揃えて圧電性を向上することができる。
【００１４】
好ましくは、前記極性制御層の厚さが、弾性波波長の３％以下である。
【００１５】
上記膜厚範囲内で極性制御層を導入したことにより、電気機械結合係数ｋ２の向上の効果が得られる。
【００１６】
好ましくは、前記圧電薄膜がＡｌＮ膜である。前記極性制御層が、面心立方構造又は六方最密構造を有する導電材料からなる。
【００１７】
上記構成において、ＡｌＮは音速が速いので、２ＧＨｚ〜５ＧＨｚの共振周波数の圧電薄膜共振子を得るのに適している。また、面心立方構造又は六方最密構造の電極材料は、ＡｌＮ膜と格子整合性がよいので、その上に形成されるＡｌＮ膜の配向性を向上できる。
【００１８】
好ましくは、前記極性制御層がＡｌ又はＴｉである。
【００１９】
上記構成によれば、極性制御層のＡｌは面心立方構造の結晶であり、又、Ｔｉは六方最密構造であり、六方最密構造である圧電薄膜との格子整合性がよりよい。
【００２０】
好ましくは、前記一方の前記電極は、前記第１の導電層と前記基板との間に第２の導電層を有する。前記第２の導電層の音響インピーダンスが、前記第１の導電層の音響インピーダンスよりも低い。前記第２の導電層の抵抗率が、前記第１の導電層の抵抗率より小さい。
【００２１】
上記構成によれば、基板に支持される一方の電極の電極抵抗を小さくすることができる。
【００２２】
好ましくは、前記第１の導電層がＰｔ、前記第２の導電層がＡｌである。
【００２３】
上記構成によれば、Ａｌ／Ｐｔの一方の電極は、圧電性を向上することができる。
【００２４】
好ましくは、前記基板と前記第２の導電層との間、前記第２の導電層と前記第１の導電層との間、前記第１の導電層と前記極性制御層との間の少なくとも一つに、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，ＮｉＣｒ，Ｔａから選ばれたいずれかの密着層を備える。
【００２５】
上記構成によれば、密着層によって膜はがれを低減できる。
【００２６】
好ましくは、前記薄膜部は、前記基板との間に空隙を設けて、前記基板に沿って配置される。前記一方の前記電極は、前記空隙の周囲において、前記基板に支持される。
【００２７】
上記構成によれば、空隙によって、薄膜部を基板から音響的に分離することができる。
【００２８】
好ましくは、前記基板は、少なくとも一方の主面に凹部が形成される。前記一方の前記電極は、前記凹部の周囲において、前記基板の前記主面に支持される。前記薄膜部は、前記凹部を介して、前記基板から離れて配置される。
【００２９】
上記構成によれば、凹部によって、薄膜部を基板から音響的に分離することができる。
【００３０】
好ましくは、前記薄膜部と前記基板との間に、交互に配置された音響インピーダンスが相対的に低い層と相対的に高い層とを少なくとも各１層ずつ含む。
【００３１】
上記構成によれば、交互に配置された音響インピーダンスが相対的に低い層と相対的に高い層とによって薄膜部からの音響を反射する。これによって、薄膜部を基板から音響的に分離することができる。
【００３２】
また、本発明は上記いずれかの構成の圧電薄膜共振子を用いた、圧電フィルタを提供する。この圧電フィルタは、圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数Ｑが高い圧電薄膜共振子を用いるので、所望の共振特性にすることが容易である。
【００３３】
また、本発明は上記いずれかの構成の圧電薄膜共振子圧電フィルタを用いた、デュプレクサを提供する。このデュプレクサは、所望の周波数特性にすることが容易である。
【００３４】
また、本発明は、以下の圧電薄膜共振子の製造方法を提供する。
【００３５】
圧電薄膜共振子の製造方法は、基板と、該基板に沿って配置された一対の電極と、該一対の電極に挟まれた圧電薄膜とを含み、前記電極の一方が前記基板に支持され、少なくとも前記圧電薄膜の前記一対の電極に挟まれた部分が、前記基板から音響的に分離されたタイプの圧電薄膜共振子の製造方法である。この圧電薄膜共振子の製造方法は、前記一方の電極を、前記基板に支持されるように形成する第１の工程と、前記一方の電極の上に、前記圧電薄膜を形成する第２の工程と、前記圧電薄膜の上に、他方の前記電極を形成する工程とを備える。前記第１の工程は、第１の金属を蒸着して第１の導電層を形成する工程と、前記第１の導電層に、前記第１の金属より標準単極電位の低い第２の金属を蒸着して極性制御層を形成する工程とを含む。前記第２の工程は、前記極性制御層の上に、前記圧電薄膜を形成する圧電薄膜形成工程を含む。前記第１の工程の後、かつ前記圧電薄膜形成工程の前に、前記圧電薄膜形成工程における成膜開始前の圧力よりも高い圧力下で前記基板を加熱することにより、前記極性制御層の前記圧電薄膜側に酸化膜を成長させる酸化膜形成工程を含む。
【００３６】
上記方法によれば、酸化膜形成工程において極性制御層の圧電薄膜側に酸化層を成長させることにより、圧電薄膜の極性が均一に揃いやすくなり、圧電性を向上させることができる。酸化膜形成工程は、工程の複雑化を伴わずに導入することができる
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数Ｑが高い、圧電薄膜共振子およびその製造方法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】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態として実施例を、図２〜図１３を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施例１）
実施例１の圧電薄膜共振子１０について、図３、図９、図１０を参照しながら説明する。
【００４０】
図３は、圧電薄膜共振子１０の構造を模式的に示す要部断面図である。圧電薄膜共振子１０は、基板１２の上に、下部電極層１４、極性制御層１５、圧電薄膜１６、上部電極１７、上部厚付け電極（図示せず）、保護層１８が順に積層されている。
【００４１】
基板１２には、Ｓｉ基板を用いる。基板１２には、電極１４，１５；１７が対向して圧電薄膜１６を挟持する振動部に隣接して、空洞１３が形成され、振動部が基板１２と音響的に分離されるようになっている。空洞１３は、基板１２に各層を積層した後に形成される。
【００４２】
圧電薄膜共振子１０は、以下のように製造する。
【００４３】
まず、基板１２の上に、下部電極層１４を、蒸着法、スパッタ法などの成膜方法で、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ等の電極材料（合金、多層膜を含む。）を用いて形成する。
【００４４】
次に、下部電極層１４の上に、極性制御層１５として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ等の表面に酸化膜を作り易い導電材料（合金を含む。）を形成する。パターニング方法としては、リフトオフ、ドライエッチング、ウェットエッチング等の方法を用いる。
【００４５】
極性制御層１５の膜厚は、圧電薄膜共振子１０の動作周波数における弾性波波長の３％程度以下が好ましい。弾性波波長；λは、固体（極性制御層１５）中の音速をｖ、圧電薄膜共振子１０の動作周波数をｆとすると、次の（１）式で定義される。
λ＝ｖ／ｆ  （１）
【００４６】
例えば、極性制御層１５がＡｌ、圧電薄膜共振子１０の動作周波数；ｆ＝５．４ＧＨｚのとき、Ａｌの音速；Ｖ＝６２９５ｍ／秒であり、弾性波波長；λ＝１．１６６μｍとなる。極性制御層１５に用いる材料とその音速は、Ａｌ以外を例示すると、Ｔｉ；６３３７ｍ／秒）、Ｔａ；３９６５ｍ／秒、Ｎｉ；５３３１ｍ／秒、ＮｉＣｒ（６：４）；５９４７ｍ／秒である。
【００４７】
図９に示すように、弾性波波長に対する極性制御層１５の膜厚比が大きくなるほど、圧電薄膜共振子１０の電気機械結合係数が低下する。弾性波波長に対する極性制御層１５の膜厚が３％程度であれば、極性制御層１５を設けない場合の最大電気機械結合係数（図９において、点線で示す。）と同程度となる。弾性波波長に対する極性制御層１５の膜厚が３％以下であれば、極性制御層１５を設けることにより、電気機械結合係数の向上を図ることができる。
【００４８】
なお、極性制御層１５は、下部電極層１４上の一部分に形成してもよいが、少なくとも、振動部となる部分には形成する。
【００４９】
極性制御層１５の材料には、下部電極層１４の電極材料よりも、標準単極電位が小さいものが好ましい。標準単極電位は、金属イオン濃度を１モル／リットルとした場合の単極電位であり、温度は２５℃を標準とする。例えば、Ａｌの標準単極電位（２５℃）は、＋１．６７ボルトである。Ｐｔの標準単極電位（２５℃）は、−１．２ボルトである。
【００５０】
特に好ましい具体例では、フォトレジストによって基板１２にレジストパターンを形成した後、下部電極層１４及び極性制御層１５として、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌを順に蒸着法によって堆積する。その後、レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状を持った下部電極１４，１５を形成する。Ｔｉは層間の結合を強化する密着層である。Ｔｉ膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度、Ｐｔ膜厚は１ｎｍから５００ｎｍ程度、Ａｌ膜厚は１ｎｍから５０００ｎｍ程度を用いる。
【００５１】
次に、極性制御層１５の酸化膜の上に、圧電薄膜１６として、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛などを蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜方法で形成する。特に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて、ＡｌＮを成膜する。ＡｌＮ膜厚は１０ｎｍ程度から３０００ｎｍ程度を用いる。圧電薄膜１６は、少なくとも、極性制御層１５の上に形成する。
【００５２】
次に、下部電極層１４又は極性制御層１５のパッド部分を取り出すため、圧電薄膜１６に窓を開ける。窓開けの方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、犠牲層を用いたリフトオフ等の方法を用いる。例えば、ウェットエッチングでは、エッチャントとしてＴＭＡＨ，ＫＯＨ，ＮａＯＨ等の強アルカリを用いる。Ｃｌ２を主成分とする反応性ガスによるドライエッチングを用いてもよい。マスク材料には、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ等の単体金属又は多層金属、合金、フォトレジスト、有機樹脂を用いる。特に、ＺｎＯを犠牲層材料としてリフトオフや金属や樹脂をマスクとして強アルカリ水溶液でウェットエッチングする方法が望ましい。
【００５３】
次に、上部電極１７を、下部電極層１４と同様の手法で形成する。
【００５４】
次に、配線の抵抗を下げるために、振動部以外の配線部分に、上部厚付け電極（図示せず）として、ＡｌやＣｕ等を主成分とする金属を堆積する。上部厚付け電極は、酸化や拡散を防ぐために、Ａｌ、Ｔｉ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ等の材料で多層化し、特にＡｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ等の構成が望ましい。
【００５５】
次に、保護層１８として、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等の成膜法で、ＳｉＯ２、ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどの膜を形成する。その後、パッド部分を取り出すために、ウェットエッチング、ドライエッチングの手法を用いて窓開けを行う。特に、ＲＦマグネトロンスパッタ法によってＳｉＯ２を形成し、フォトリソグラフィーの手法を用いて窓開け部分以外をレジストで保護し、ＨＦを主成分とするエッチャントでウェットエッチングする方法で行う。ＳｉＯ２の膜厚は１０ｎｍから３μｍ程度を用いる。ＳｉＯ２膜は、素子の耐湿性向上や、正の温度係数を持つための周波数温度特性の改善効果や、素子完成後にＲＩＥやミリングやウェットエッチングによって削り、動作周波数の調整に利用できる。
【００５６】
次に、基板１２の振動部に隣接する部分を、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの手法で除去し、空洞１３を形成する。ウェットエッチングの場合には、ＳｉＯ２やＳｉＮをマスクとして、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、フッ硝酸などのエッチャントでエッチングする。ドライエッチングの場合には、フォトレジスト、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉなどをマスクとして、ＳＦ６、ＣＦ４などの単体ガスや、ＳＦ６やＣＦ４にＯ２やＣＨＦ３を混合したガスを反応性ガスとして用い、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−ＲＩＥ、ＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）−ＲＩＥ等の方法を用いる。
【００５７】
空洞１３の形成方法は、素子形成前に２０ｎｍ程度のＳｉを残すようにウェットエッチングし、素子形成後にドライエッチングによって残りのＳｉをエッチングする方法、素子形成後にＩＣＰ−ＲＩＥを用いてＳｉをエッチングする方法、素子形成後に素子面を樹脂や金属で保護してＴＭＡＨやＫＯＨによってウェットエッチングする方法とウェットエッチングとドライエッチングを組み合わせる方法が望ましい。
【００５８】
次に、極性制御層１５に酸化膜を形成する方法について説明する。
【００５９】
例えば、極性制御層１５のＡｌ膜を１０ｎｍ厚さで成膜後、真空槽内で、圧電薄膜１６となるＡｌＮの成膜を開始するまでの真空引きの時間中、ＡｌＮの成膜開始圧力（背圧）よりも高い圧力にした１Ｐａ〜５×１０−４Ｐａの圧力範囲において、基板加熱を２５０℃、２時間程度行う。これにより、極性制御層１５のＡｌ膜表面にＡｌ酸化膜を５ｎｍ程度の厚さに成長させる。この後、５×１０−４Ｐａより低い圧力に達するまで真空引きする。次に、例えば、ガス圧力０．２ＰａにしてＡｌＮを成膜する。このＡｌ酸化膜形成工程は、基板を真空チャンバー内に投入し、成膜開始圧力まで真空引きする間に行うことで、新たな工程を導入しなくても済む。
【００６０】
図１０は、Ａｌ極性制御層のＴＥＭ写真である。Ａｌ極性制御層１５は、その表面に酸化膜（膜厚５ｎｍ）が形成され、この酸化膜を介してＡｌＮの圧電薄膜１６が形成されている。ＡｌＮ成膜時に飛来するＡｌ，Ｎの粒子（ここでは、イオン、ラジカル、中性粒子のすべてを指す。）が基板表面に到達したとき、その表面にはＡｌ極性制御層１５の酸化膜が形成されているので、まずＡｌ粒子が結合し、次にＮ粒子、次にＡｌ粒子と結合していき、規則的は成長が起こりやすく、その結果、極性が揃うものと推測される。
【００６１】
別の方法によっても、極性制御層１５に酸化膜を形成し、同様の効果を得られる。例えば、ＡｌＮの成膜前に低真空度でＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置等で加熱する。あるいは、ＡｌＮロードロック方式の成膜装置を用い、成膜チャンバーに試料を入れた後、真空度を下げ、酸素ガスを導入して加熱を行う。
【００６２】
ＡｌＮのｃ軸配向膜は、ロッキングカーブ半値幅が同じ膜であっても、必ずしも同一の配向性を示すとは限らない。これは、膜を構成する柱状結晶の極性が正逆混在しているためである。実施例１では、柱状結晶の極性を揃える手段として、下部電極側について、圧電薄膜側からＡｌＮ／Ａｌ／Ｐｔ（圧電薄膜／卑金属／貴金属）の構成とした。この場合、ＡｌＮ成膜前に、Ａｌ表面に酸化層を形成することができ、この上に成長させたＡｌＮの極性を揃えることができる。
【００６３】
ＡｌＮのｃ軸方向の極性が揃うことで、厚み縦方向の圧電性が向上するため、電気機械結合係数ｋ２が大きく、音響的品質係数Ｑが高く、広帯域、低損失の共振特性が得られ、通過帯域幅の広いフィルタを作製できる。
【００６４】
（変形例）
実施例１の変形例の圧電薄膜共振子１０ａについて、図２及び図１３を参照しながら説明する。
【００６５】
圧電薄膜共振子１０ａは、大略、実施例１の圧電薄膜と同様に構成される。以下では、同じ構成部分には同じ符号を用い、相違点を中心に説明する。
【００６６】
図１３に示すように、基板１２上に形成される下部電極が２つの導電層１４ａ，１４ｂを含む。圧電薄膜１６側の第１の導電層１４ａとＳｉ基板１２との間に、第２の導電層１４ｂを配置している。第２の導電層１４ｂの抵抗率を、第１の導電層１４ａの抵抗率より小さくし、下部電極の電極抵抗を小さくする。例えば、第１の導電層１４ａにＰｔ、第２の導電層１４ｂにＡｌ、極性制御層１５にＡｌ、圧電薄膜１６にＡｌＮを用いる。
【００６７】
特に好ましい具体例では、フォトレジストによって基板１２にレジストパターンを形成した後、導電層１４ｂ，１４ａ及び極性制御層１５として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌを順に蒸着法によって堆積する。その後、レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状を持った下部電極１４，１５を形成する。Ｔｉは層間の結合を強化する密着層である。Ｔｉ膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度、Ｐｔ膜厚は１ｎｍから５００ｎｍ程度、Ａｌ膜厚は１ｎｍから５０００ｎｍ程度を用いる。
【００６８】
図２に、圧電薄膜のＸ線ロッキングカーブの測定結果を示す。図２（ｃ）において、符号（ａ）で示した曲線は図２（ａ）の構成の比較例２、符号（ｂ）で示した曲線は図２（ｂ）の構成の変形例を、それぞれ示す。図２（ａ）の比較例２では、Ｓｉ基板に、Ａｌ（膜厚７０ｎｍ）、Ｐｔ（膜厚３０ｎｍ）、ＡｌＮ（膜厚５００ｎｍ）を形成している。図２（ｂ）の変形例では、比較例２にＡｌ極性制御層（１０ｎｍ）を追加している。図示していないが、層間には、膜厚１０ｎｍのＴｉ密着層を形成している。図２（ｃ）から、半値幅は、比較例２では３．５°、変形例では２．９°であり、Ａｌ極性制御層によってＡｌＮの配向性が向上することが分かる。
【００６９】
例えば、５ＧＨｚ帯で動作する圧電薄膜共振子の膜構成は、空気側から基板１２側へ、Ａｌ（３０ｎｍ）／Ｔｉ（ｌ０ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（１５ｎｍ）／ＡｌＮ（５００ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ｐｔ（３０ｎｍ）／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（７０ｎｍ）／Ｔｉ（１０ｎｍ）とする。Ｔｉ（１０ｎｍ）は、密着層として使用する。
【００７０】
以下、他の実施例について説明する。以下の他の実施例においても、実施例１と同様の効果が得られる。また、以下の実施例についても、実施例１の変形例と同様に、下部電極を構成してもよい。
【００７１】
（実施例２）
図４を参照しながら、実施例２の圧電薄膜共振子２０について説明する。
【００７２】
圧電薄膜共振子２０は、エアーギャップ型である。Ｓｉ基板２２上にＳＯＧ、Ｇｅ、ポーラスシリコン、ポリシリコン、Ｚｎ０、Ｃｕ、Ａｌ等の犠牲層材料を形成し、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの手法で、振動部の下の空隙２３となる部分を形成し、エッチング、研磨等の手法を用いて平坦化し、実施例１と同様の方法で、下部電極層２４、極性制御層２５、圧電薄膜２６、上部電極２７、ＳｉＯ２膜２８を形成する。最後に、犠牲層材料をウェットエッチングやドライエッチングによって取り除くことで、振動部の下に空隙２３を形成する。
【００７３】
（実施例３）
図５を参照しながら、実施例３の圧電薄膜共振子３０について説明する。
【００７４】
圧電薄膜共振子３０は犠牲層型である。Ｓｉ基板３２上に、異方性エッチング、ドライエッチング、サンドブラスト等の方法で、空隙３３となる凹部３３を形成し、その凹部３３に対してＳＯＧ、Ｇｅ、ポーラスシリコン、ポリシリコン、ＺｎＯ、Ｃｕ、Ａｌ等の犠牲層材料を埋め込み、ＣＭＰ等の研磨手法を用いて、基板表面と同じ高さにする。その後、実施例１と同様の方法で、下部電極層３４、極性制御層３５、圧電薄膜３６、上部電極３７、ＳｉＯ２膜３８を形成する。最後に、凹部３３に埋め込んだ材料を、ウェットエッチングやドライエッチングによって取り除くことで、振動部が浮いた状態とし、Ｓｉ基板３２から音響的に分離する。
【００７５】
（実施例４）
図６を参照しながら、実施例４の圧電薄膜共振子４０について説明する。
【００７６】
圧電薄膜共振子４０は、絶縁材料音響反射型である。Ｓｉ基板４２上に、振動部をＳｉ基板から音響的に分離する音響反射構造として、音響インピーダンスの高い材料の層４３ａ，４３ｂと、音響インピーダンスの低い材料の層４３ｓ，４３ｔを交互に、少なくとも各１層以上形成する。特に、音響インピーダンスの高い材料としてＷ、低い材料としてＳｉＯ２を用いる。その後、実施例１と同様の方法で、下部電極層４４、極性制御層４５、圧電薄膜４６、上部電極４７、ＳｉＯ２膜４８を形成する。
【００７７】
（実施例５）
図７を参照しながら、実施例５の圧電薄膜共振子５０について説明する。
【００７８】
圧電薄膜共振子５０は、導電材料音響反射型である。Ｓｉ基板５２上に、音響反射構造として、音響インピーダンスの高い材料の層５３ａ，５３ｂと、音響インピーダンスの低い材料の層５３ｓ，５３ｔを交互に、少なくとも各１層以上形成する。特に、音響インピーダンスの高い材料としてＰｔ、低い材料としてＡｌを用いる。この導電材料の音響反射層５３ａ，５３ｂ，５３ｓ，５３ｔは、下部電極の役割も担う。その後、実施例１と同様の方法で、下部電極層５４、極性制御層５５、圧電薄膜５６、上部電極５７を形成する。
【００７９】
（実施例６）
図８を参照しながら、実施例６の圧電薄膜共振子６０について説明する。
【００８０】
圧電薄膜共振子６０は、上下導電材料音響反射型である。Ｓｉ基板６２上に、音響反射構造として、音響インピーダンスの高い材料の層６３ａ，６３ｂと、音響インピーダンスの低い材料の層６３ｓ，６３ｔを交互に、少なくとも各１層以上形成する。特に、音響インピーダンスの高い材料としてＰｔ、低い材料としてＡｌを用いる。この導電材料の音響反射層６３ａ，６３ｂ，６３ｓ，６３ｔは、下部電極の役割も担う。その後、実施例１と同様の方法で、下部電極層６４、極性制御層６５、圧電薄膜６６、上部電極６７を形成する。次に、音響インピーダンスの高い導電材料の層６８ａ，６８ｂと、音響インピーダンスの低い導電材料の層６８ｓ，６８ｔとを交互に少なくとも各１層以上形成し、上部音響反射層とする。
【００８１】
以上に説明した実施例１〜６（変形例を含む。）の圧電薄膜共振子１０，２０，３０，４０，５０，６０は、圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数を大きく、音響的品質係数Ｑを高くすることができる。
【００８２】
（実施例７）
図１１は、実施例７の圧電フィルタの回路図である。
【００８３】
圧電フィルタ７０は、実施例１〜６（変形例を含む。）の圧電薄膜共振子を用いて構成する。図１１に示すように、圧電フィルタ７０は、１つの直列圧電薄膜共振子７２と、１つの並列圧電薄膜共振子７４とをＬ型にラダー接続したＬ型ラダーフィルタである。
【００８４】
フィルタ７０は、圧電薄膜の配向性を向上し、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数Ｑが高い圧電薄膜共振子７２，７４を用いるので、所望の共振特性にすることが容易である。
【００８５】
（実施例８）
図１２は、実施例８のデュプレクサ８０の回路図である。
【００８６】
デュプレクサ８０には、アンテナ端子８２、受信側端子８４および送信側端子８６が設けられている。デュプレクサ８０は、受信側端子８４とアンテナ端子８２との間に、受信周波数帯域のみ通過させ、送信周波数帯域を減衰させる圧電フィルタを備える。また、送信側端子８６とアンテナ端子８２との間に、送信周波数帯域のみ通過させ、受信周波数帯域を減衰させる圧電フィルタを備える。デュプレクサ８０が備えるこれらの圧電フィルタは、実施例１〜６（変形例を含む。）のいずれかの圧電薄膜共振子で構成する。デュプレクサ８０は、所望の共振特性にすることが容易である圧電フィルタを用いるので、所望の周波数特性とすることが容易である。
【００８７】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々変更を加え得て実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】周波数特性のグラフである。
【図２】（ａ）、（ｂ）は測定対象の構成図、（ｃ）はＸ線ロッキングカーブである。（比較例、変形例）
【図３】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例１）
【図４】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例２）
【図５】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例３）
【図６】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例４）
【図７】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例５）
【図８】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例６）
【図９】極性制御層の膜厚と電気機械結合係数の関係を示すグラフである。（実施例１）
【図１０】圧電薄膜と極性制御層との界面近傍のＴＥＭ写真である。（実施例１）
【図１１】ラダーフィルタの回路図である。（実施例８）
【図１２】デュプレクサの回路図である。（実施例９）
【図１３】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（変形例）
【符号の説明】
【００８９】
１０  圧電薄膜共振子
１２  基板
１３  空洞
１４  下部電極層（一方の電極）
１５  極性制御層（一方の電極）
１６  圧電薄膜
１７  上部電極
２０  圧電薄膜共振子
２２  基板
２３  空隙
２４  下部電極層（一方の電極）
２５  極性制御層（一方の電極）
２６  圧電薄膜
２７  上部電極
３０  圧電薄膜共振子
３２  基板
３３  凹部
３４  下部電極層（一方の電極）
３５  極性制御層（一方の電極）
３６  圧電薄膜
３７  上部電極
４０  圧電薄膜共振子
４２  基板
４３ａ，４３ｂ，４３ｓ，４３ｔ  音響反射層
４４  下部電極層（一方の電極）
４５  極性制御層（一方の電極）
４６  圧電薄膜
４７  上部電極
５０  圧電薄膜共振子
５２  基板
５３ａ，５３ｂ，５３ｓ，５３ｔ  音響反射層
５４  下部電極層（一方の電極）
５５  極性制御層（一方の電極）
５６  圧電薄膜
５７  上部電極
６０  圧電薄膜共振子
６２  基板
６３ａ，６３ｂ，６３ｓ，６３ｔ  音響反射層
６４  下部電極層（一方の電極）
６５  極性制御層（一方の電極）
６６  圧電薄膜
６７  上部電極
６８ａ，６８ｂ，６８ｓ，６８ｔ  音響反射層
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１０】
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