(57)【要約】【課題】音響ミラーを用いた圧電共振器において高い結晶性と優れた平坦性とを有する圧電膜を用いることを可能にし、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器を実現できるようにする。【解決手段】基板１１の上には、酸化シリコンからなる第１の音響ミラー材料１２とタングステンからなる第２の音響ミラー材料１３とが交互に６周期積層されており、音響ミラー１４が形成されている。音響ミラー１４の上には、金からなる第１の接着層３１と第２の接着層３２とからなる下部電極１６が形成されており、第１の接着層３１と第２の接着層３２との間には接着面１９が形成されている。下部電極１６の上には、窒化アルミニウムからなる圧電膜２３が形成され、圧電膜２３の上にはモリブデンからなる上部電極２４が形成されている。【選択図】  図１
2006191304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられ、第１の音響ミラー材料と、該第１の音響ミラー材料と比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料とが交互に積層された積層構造を有する音響ミラーと、
前記音響ミラーの上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、
前記圧電膜の下に設けられた下部電極とを備え、
前記基板と前記圧電膜との間には、金属膜同士が貼り合わされた接着面が形成されていることを特徴とする圧電共振器。
【請求項２】
前記第１の音響ミラー材料は酸化シリコン、アルミニウム、チタン及び窒化ガリウムのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振器。
【請求項３】
前記第２の音響ミラー材料はタングステン、イリジウム、窒化アルミニウム及びモリブデンのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電共振器。
【請求項４】
前記基板と前記音響ミラーとの間に設けられた金属からなる接着層をさらに備え、
前記接着面は、前記接着層に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電共振器。
【請求項５】
前記接着面は、前記下部電極に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電共振器。
【請求項６】
前記接着面を形成する金属は、金と金、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電共振器。
【請求項７】
前記下部電極と前記音響ミラーとの間の相互拡散を防止する第１のバリアメタル層を、前記下部電極と前記音響ミラーとの間にさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電共振器。
【請求項８】
前記第１のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることを特徴とする請求項７に記載の圧電共振器。
【請求項９】
前記上部電極の上に、前記第１の音響ミラー材料と、前記第２の音響ミラー材料とが交互に積層された積層構造を有する上側音響ミラーをさらに備ていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の圧電共振器。
【請求項１０】
前記上部電極は、金属膜同士が貼り合わされた構造を有していることを特徴とする請求項９に記載の圧電共振器。
【請求項１１】
前記上部電極と前記音響ミラーとの間の相互拡散を防止する第２のバリアメタル層を、前記上部電極と前記上側音響ミラーとの間にさらに備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の圧電共振器。
【請求項１２】
前記第２のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることを特徴とする請求項１１に記載の圧電共振器。
【請求項１３】
第１の基板の上に第１の音響ミラー材料と、該第１の音響ミラーと比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより音響ミラーを形成した後、前記音響ミラーの上に第１の下部電極形成層を形成する工程（ａ）と、
第２の基板の上に圧電膜を形成した後、前記圧電膜の上に第２の下部電極形成層を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の基板の上に形成された前記第１の下部電極形成層と前記第２の基板の上に形成された前記第２の下部電極形成層とを接着することにより下部電極を形成する工程（ｃ）と、
前記圧電膜から前記第２の基板を除去する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする圧電共振器の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の下部電極形成層及び前記第２の下部電極形成層は、いずれも金からなり、
前記工程（ｃ）は、熱圧着法により前記第１の下部電極形成層と前記第２の下部電極形成層とを接着する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の下部電極形成層及び前記第２の下部電極形成層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、
前記工程（ｃ）は、共晶結合法により前記第１の下部電極形成層と前記第２の下部電極形成層とを接着する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）は、前記音響ミラーと前記下部電極との間の相互拡散を防止する第１のバリアメタル層を、前記音響ミラーと前記第１の下部電極形成層との間に形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項１７】
前記第１のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることを特徴とする請求項１６に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｄ）よりも後に、
前記第２の基板が除去された前記圧電膜の上に前記圧電膜の上に上部電極を形成する工程（ｅ）と、
前記上部電極の上に、前記第１の音響ミラー材料と前記第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成する工程（ｆ）とをさらに備えていることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ｄ）よりも後に、
前記第２の基板が除去された前記圧電膜の上に第１の上部電極形成層を形成する工程（ｇ）と、
第３の基板の上に前記第１の音響ミラー材料と前記第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成した後、前記上側音響ミラーの上に第２の上部電極形成層を形成する工程（ｈ）と、
前記第１の上部電極形成層と前記第２の上部電極形成層とを接着することにより上部電極を形成する工程（ｉ）と、
前記上側音響ミラーから前記第３の基板を除去する工程（ｊ）とを含むことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の上部電極形成層及び前記第２の上部電極形成層は、いずれも金からなり、
前記工程（ｉ）は、熱圧着法により前記第１の上部電極形成層と前記第２の上部電極形成層とを接着する工程であることを特徴とする請求項１９に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の上部電極形成層及び前記第２の上部電極形成層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、
前記工程（ｉ）は、共晶結合法により前記第１の上部電極形成層と前記第２の上部電極形成層とを接着する工程であることを特徴とする請求項１９に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２２】
前記工程（ｈ）は、前記上側音響ミラーと前記上部電極との間の相互拡散を防止する第２のバリアメタル層を、前記上側音響ミラーと前記第２の上部電極形成層との間に形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項１９から２１のいずれか１項に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２３】
前記第２のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることを特徴とする請求項２２に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２４】
第１の基板の上に第１の接着層を形成する工程（ａ）と、
第２の基板の上に圧電膜と、下部電極と、第１の音響ミラー材料及び該第１の音響ミラーと比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料が交互に積層された音響ミラーと、第２の接着層とを順次形成する工程（ｂ）と、
前記第１の基板の上に形成された前記第１の接着層と、前記第２の基板の上に形成された第２の接着層とを接着する工程（ｃ）と、
前記圧電膜から前記第２の基板を除去する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする圧電共振器の製造方法。
【請求項２５】
前記第１の接着層及び前記第２の接着層は、いずれも金からなり、
前記工程（ｃ）は、熱圧着法により前記第１の接着層と前記第２の接着層とを接着する工程であることを特徴とする請求項２４に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２６】
前記第１の接着層及び前記第２の接着層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、
前記工程（ｃ）は、共晶結合法により前記第１の接着層と前記第２の接着層とを接着する工程であることを特徴とする請求項２４に記載の圧電共振器の製造方法。
【請求項２７】
前記工程（ｄ）よりも後に、
前記圧電膜の上に上部電極を形成する工程（ｉ）と、
前記上部電極の上に、前記第１の音響ミラー材料と前記第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成する工程（ｊ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２４から２６のいずれか１項に記載の圧電共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路における高周波フィルタ等に使用することができる共振器及びその製造方法に関し、特に圧電体の共振を利用する音響共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な携帯電話の普及により、携帯電話の使用台数が加速度的に増加しており、これに伴い携帯電話機の高性能化が要求されている。携帯電話において、端末と基地局との間の通信に用いられる高周波信号の周波数は、通信方式ごとに規定されている。また、それぞれの通信方式において、基地局から端末に送信される高周波信号の周波数（これを下りの周波数と呼ぶ）と、端末から基地局に送信される高周波信号の周波数（これを上りの周波数と呼ぶ）とは異なっている。また、端末内において信号処理の際には、送受信される高周波信号よりも低い周波数（これを中間周波数と呼ぶ）に一時的に周波数を変換することも行われている。このように、携帯電話においては周波数の異なる複数の高周波信号を処理する必要がある。
【０００３】
これらの各高周波信号を処理する際には、目的とする周波数以外の周波数の高周波信号を除去することが一般に必要となる。例えば、端末において、基地局から送信された高周波信号を受信するフロントエンドと呼ばれる回路においては、下りの周波数以外の周波数の高周波信号を除去することが必ず必要になる。また、下りの周波数を中間周波数に変換する回路においても、中間周波数以外の周波数の高周波信号を除去する必要がある。いま述べたような、不要な周波数の高周波信号を除去し、所望の周波数の高周波信号のみを通過させるために、フィルタと呼ばれる部品が一般に用いられている。
【０００４】
このようなフィルタを構成する部品の一つに共振器がある。近年、フィルタを小型化及び高性能化するために、表面弾性波を用いるＳＡＷ共振器や、バルク弾性波を用いる圧電共振器等によりフィルタを形成することが試みられている。以下に、バルク弾性波を用いる圧電共振器の動作原理について、図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図９は従来の一般的なバルク弾性波を用いた圧電共振器の断面の構造を示している（例えば、特許文献１を参照。）。一般的なバルク弾性波を用いた共振周波数が２ＧＨｚ程度の圧電共振器は、一辺が１００μｍ〜２００μｍの多角形状又は円形状の平面形状を有している。また、断面の構造は図９に示すように、開口部２０５が形成された基板２０４の上に厚さが５００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜２０１が形成されている。圧電膜２０１の上面及び下面には、それぞれ厚さが３００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）からなる上部電極２０２及び下部電極２０３が形成されている。
【０００６】
上部電極２０２と下部電極２０３とに高周波電力を印加すると、圧電膜２０１には高周波の電界が誘起され、圧電膜２０１の圧電性により、電界と同じ周波数の超音波が圧電膜２０１に生じる。誘起された超音波は、通常は圧電膜２０１、上部電極２０２、下部電極２０２及び基板２０４の内部で減衰する。しかし、圧電膜２０１の厚さが、上部電極２０２の厚さと下部電極２０３の厚さに比べて十分大きいとすると、式（１）により表される周波数ｆの超音波は、圧電膜２０１の厚さ方向に形成される定在波となり、減衰しない。
【０００７】
ｆ＝ｎＶ／２ｄ・・・（１）
但し、ｎは１以上の整数、Ｖは圧電膜２０１の厚さ方向の音速、ｄは圧電膜２０１の厚さ、及び上部電極２０２の厚さ、及び下部電極２０３の厚さの合計である。
【０００８】
周波数ｆの超音波は、圧電膜２０１の圧電性により周波数ｆの電界を誘起するため、他の周波数と異なり、周波数ｆの高周波のみが上部電極２０２と下部電極２０３との間を容易に通過することができる。この周波数ｆは共振周波数と呼ばれる。上部電極２０２と下部電極２０３との間のインピーダンスは、共振周波数ｆにおいて極小となるピークを有している。
【０００９】
バルク弾性波を用いた圧電共振器においては、厚さ方向に超音波を誘起させる部分（これを以後キャビティ部と呼ぶ）は縦方向に振動するので、基板や封止材料により縦方向の振動を減衰させないようにすることが必要である。従って、キャビティ部の上部及び下部が何にも接触していない構造を形成しなければならない。
【００１０】
図９に示すように一般的な圧電共振器においては、キャビティ部における上部電極２０２は、上部に何も接触していない構造となっている。また、キャビティ部における下部電極の下側には、開口部２０５が形成されており、基板２０４によって縦方向の振動が減衰することを抑制する構成となっている。
【００１１】
しかし、基板２０４に開口部２０５を形成することは、一般的に容易ではない。基板２０４の下側からエッチングするのが一般的であるが、基板２０４は通常１００μｍ以上あるために、エッチングに多くの時間を要する。さらに、開口部２０５は、開口径が一定になるのが理想であるが、実際には下側の開口径が上側の開口径に比べて大きくなってしまう。そのような欠点を解決する方法として、基板２０４の上面を、キャビティ部だけ一部凹形に削り、下部電極２０３の下面に空洞を形成する方法もある。
【００１２】
これらの形状に共通するのは、キャビティ部が、キャビティ部の周辺部のみに支えられて中空に浮く構造となっていることである。このため、キャビティ部は機械的に非常に脆弱であり、キャビティ部の上部から下向きの力が加わると、キャビティ部が下方に容易に陥没してしまう。従って、製造工程においてキャビティ部が破損しないように考慮する必要があり、工程が複雑になるという問題がある。
【００１３】
キャビティ部が機械的に脆弱であるという欠点を解決するために次のような音響ミラーを用いた圧電共振器が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。図１０は音響ミラーを用いた従来の圧電共振器の断面の構造を示している。
【００１４】
図１０に示すように上部電極３０２及び下部電極３０３が形成された圧電膜３０１が、音響ミラー３０６の上に形成されている。音響ミラー３０６は、基板３０７の上に第１の音響ミラー材料３０４と第２の音響ミラー材料３０５とが交互に数回積層された構造である。
【００１５】
第１の音響ミラー材料３０４と第２の音響ミラー材料３０５とは、音響インピーダンスが互いに大きく異なる材料を組み合わせて選択する。すると、第１の音響ミラー材料３０４と第２の音響ミラー材料３０５との界面で音波の反射が起こる。このとき、音響ミラー材料３０４の厚さと第２の音響ミラー材料３０５の厚さとにより決定される音響ミラー３０６の特性により、音響ミラー３０６により反射される音波の周波数が決定される。この周波数を圧電共振器の共振周波数と一致するように設計すれば、圧電共振器のキャビティ部の下部に空洞や開口を設けた場合と同様の効果が得られる。すなわち、圧電共振器に生じた音波エネルギーを下方に拡散させることなく、キャビティ部にエネルギーを閉じ込めることができる。
【００１６】
図１１は音響ミラーを用いた従来の圧電共振器の製造方法を工程順に示している。まず図１１（ａ）に示すように、基板３０７を用意する。基板３０７の上面に、第１の音響ミラー材料３０４を堆積し、続いて第２の音響ミラー材料３０５を積層する。これを６周期程度繰り返すことにより第１の音響ミラー材料３０４と第２の音響ミラー材料３０５とが交互に積層された音響ミラー３０６を形成する。
【００１７】
次に、図１１（ｂ）に示すように音響ミラー３０６の上にＭｏからなる下部電極３０３を形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように下部電極３０３の上にＡｌＮからなる圧電膜３０１を堆積する。次に、図１１（ｄ）に示すように圧電膜３０１の上に上部電極３０２を形成する。
【００１８】
圧電共振器の特性は、圧電膜に大きく依存する。圧電膜の結晶性が劣悪な場合は、圧電膜中に結晶欠陥や、結晶境界が多数存在すると考えられる。従って、圧電膜で生じた超音波は、結晶欠陥や結晶境界で減衰してしまうと考えられ、エネルギーが損失してしまう。これは、圧電共振器の挿入損失の増大原因となり、特性劣化する。また、圧電膜の膜厚が一様でない場合は、圧電共振器の共振周波数に分布が生じてしまい、圧電共振器の周波数選択性が劣化する原因となる。従って、圧電膜は平坦性及び結晶性に優れた基板の上に形成することが望ましい。
【特許文献１】特開平６−２９５１８１
【非特許文献１】"Journal of Material Science", 1993年, 第28巻, p.5088-5091
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の音響ミラーを用いた圧電共振器は、圧電膜３０１を音響ミラー３０６の上に堆積しなければならない。音響ミラー３０６は第１の音響ミラー材料３０４と第２の音響ミラー材料３０５とを少なくとも６周期程度繰り返し積層しなければならないため、音響ミラー３０６の最上面の平坦性を確保することは非常に困難である。また、第１の音響ミラー材料３０４の熱膨張係数と、第２の音響ミラー材料３０５の熱膨張係数とが互いに異なることに起因して、音響ミラー３０６には反りが生じやすい。
【００２０】
平坦性が悪い音響ミラーの上に下部電極３０３を形成し、さらにその上に圧電膜３０１を形成するため、圧電膜３０１の膜厚は不均一になる。また、反りが生じた不平坦な面の上に圧電膜３０１を形成するため、圧電膜３０１の結晶性が悪化する。その結果、従来の音響ミラーを用いた圧電共振器は、挿入損失が増大するという問題と、周波数選択性が劣化するという問題とを有している。
【００２１】
さらに、音響ミラーを用いた圧電共振器においても、圧電共振器が形成された基板をパッケージに実装する際に、キャビティ部上部において縦方向の振動が減衰することを防止するために、キャビティ部の上部に何も接触させないようにすることが必要となる。しかし、安価な実装手段である樹脂封止パッケージにおいてはキャビティ部の上部に樹脂が接触するため、樹脂封止パッケージを圧電共振器の実装に用いることはできない。一方、圧電共振器は外部の水分等により性能が劣化するため、これを防止する必要があり、気密性のあるパッケージに実装しなければならない。このため、高価な気密封止パッケージ等を用いて、キャビティ部の上部に何も接触しない構造にして圧電共振器を実装しなければならないという問題もある。
【００２２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、音響ミラーを用いた圧電共振器において高い結晶性と優れた平坦性とを有する圧電膜を用いることを可能にし、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の目的を達成するため、本発明は圧電共振器を、別の基板の上に形成された圧電膜が音響ミラーの上に貼り合わされている構成とする。
【００２４】
具体的に本発明に係る圧電共振器は、基板と、基板の上に設けられ、第１の音響ミラー材料と、該第１の音響ミラー材料と比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料とが交互に積層された積層構造を有する音響ミラーと、音響ミラーの上に設けられた圧電膜と、圧電膜の上に設けられた上部電極と、圧電膜の下に設けられた下部電極とを備え、基板と圧電膜との間には、金属膜同士が貼り合わされた接着面が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の圧電共振器は、基板と圧電膜との間には、金属同士が貼り合わされた第１の接着面が形成されているため、形成用基板の上に形成された結晶性と平坦性とに優れた圧電膜の下に音響ミラーを配置することができるので、音響ミラーの平坦性が問題とならない。その結果、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器を容易に実現することが可能となる。
【００２６】
本発明の圧電共振器において、第１の音響ミラー材料は酸化シリコン、アルミニウム、チタン及び窒化ガリウムのうちのいずれか１つであることが好ましい。また、第２の音響ミラー材料はタングステン、イリジウム、窒化アルミニウム及びモリブデンのうちのいずれか１つであることが好ましい。このような構成とすることにより音響ミラーを確実に得ることができる。
【００２７】
本発明の圧電共振器は、基板と前記音響ミラーとの間に設けられた金属からなる接着層をさらに備え、接着面は、接着層に形成されていることが好ましい。また、接着面は、下部電極に形成されていてもよい。このような構成とすることにより、音響ミラーを備えた圧電共振器に、結晶性と平坦性とが優れた圧電膜を用いることが可能となる。
【００２８】
本発明の圧電共振器において、第１の接着面を形成する金属は、金と金、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズであることが好ましい。このような構成とすることにより、接着面を確実に形成することができる。
【００２９】
本発明の圧電共振器は、下部電極と音響ミラーとの間の相互拡散を防止する第１のバリアメタル層を、下部電極と音響ミラーとの間にさらに備えていることが好ましい。また、第１のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極と音響ミラーとの間に相互拡散が生じないので、下部電極及び音響ミラーの組成及び構造が変化することを確実に防止できる。
【００３０】
本発明の圧電共振器は、上部電極の上に、第１の音響ミラー材料と、第２の音響ミラー材料とが交互に積層された積層構造を有する上側音響ミラーをさらに備ていることが好ましい。このような構成とすることにより、圧電共振器の上側に何も接触していない構造とする必要がなくなるので、圧電共振器を樹脂パッケージ等に封止することが可能となる。また、上部電極は、金属膜同士が貼り合わされた構造を有していることが好ましい。このようにすれば、貼り合わせにより上側音響ミラーを形成することができる。
【００３１】
本発明の圧電共振器において、上部電極と音響ミラーとの間の相互拡散を防止する第２のバリアメタル層を、上部電極と上側音響ミラーとの間にさらに備えていることが好ましい。また、第２のバリアメタル層は、ニッケル又は白金からなることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第１の圧電共振器の製造方法は、第１の基板の上に第１の音響ミラー材料と、該第１の音響ミラーと比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより音響ミラーを形成した後、音響ミラーの上に第１の下部電極形成層を形成する工程（ａ）と、第２の基板の上に圧電膜を形成した後、圧電膜の上に第２の下部電極形成層を形成する工程（ｂ）と、第１の基板の上に形成された第１の下部電極形成層と第２の基板の上に形成された第２の下部電極形成層とを接着することにより下部電極を形成する工程（ｃ）と、圧電膜から第２の基板を除去する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
【００３３】
第１の圧電共振器の製造方法によれば、下第１の基板の上に形成された第１の下部電極形成層と第２の基板の上に形成された第２の下部電極形成層とを接着することにより下部電極を形成する工程を備えているため、圧電膜を音響ミラーの上に形成する必要がなく、音響ミラーの平坦性を考慮する必要がないので、非常に容易に挿入損失が低く且つ周波数選択性に優れた圧電共振器を製造することが可能となる。
【００３４】
第１の圧電共振器の製造方法において、第１の下部電極形成層及び第２の下部電極形成層は、いずれも金からなり、工程（ｃ）は、熱圧着法により第１の下部電極形成層と第２の下部電極形成層とを接着する工程であることが好ましい。また、第１の下部電極形成層及び第２の下部電極形成層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、工程（ｃ）は、共晶結合法により第１の下部電極形成層と第２の下部電極形成層とを接着する工程であってもよい。このような構成とすれば、第１の下部電極形成層と第２の下部電極形成層とを確実に接着することができる。
【００３５】
第１の圧電共振器の製造方法において、工工程（ａ）は、音響ミラーと下部電極との間の相互拡散を防止する第１のバリアメタル層を、音響ミラーと第１の下部電極形成層との間に形成する工程を含んでいることが好ましい。また、第１のバリアメタル層は、ニッケル又は白金であることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極と音響ミラーとの間に相互拡散が生じないので、下部電極及び音響ミラーの組成及び構造が変化することを確実に防止できる。
【００３６】
第１の圧電共振器の製造方法は、工程（ｄ）よりも後に、第２の基板が除去された圧電膜の上に上部電極を形成する工程（ｅ）と、上部電極の上に、第１の音響ミラー材料と第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成する工程（ｆ）とをさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、圧電共振器の上側に何も接触していない構造とする必要がなくなるので、圧電共振器を樹脂パッケージ等に封止することが可能となる。
【００３７】
第１の圧電共振器の製造方法は、工程（ｄ）よりも後に、第２の基板が除去された圧電膜の上に第１の上部電極形成層を形成する工程（ｇ）と、第３の基板の上に第１の音響ミラー材料と第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成した後、上側音響ミラーの上に第２の上部電極形成層を形成する工程（ｈ）と、第１の上部電極形成層と第２の上部電極形成層とを接着することにより上部電極を形成する工程（ｉ）と、上側音響ミラーから第３の基板を除去する工程（ｊ）とを含んでいてもよい。このような構成とすることにより、上側音響ミラーを確実に形成することが可能となる。
【００３８】
この場合において、第１の上部電極形成層及び第２の上部電極形成層は、いずれも金からなり、工程（ｉ）は、熱圧着法により第１の上部電極形成層と第２の上部電極形成層とを接着する工程であることが好ましい。また、第１の上部電極形成層及び第２の上部電極形成層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、工程（ｉ）は、共晶結合法により第１の上部電極形成層と第２の上部電極形成層とを接着する工程であってもよい。
【００３９】
また、工程（ｈ）は、上側音響ミラーと上部電極との間の相互拡散を防止する第２のバリアメタル層を、上側音響ミラーと第２の上部電極形成層との間に形成する工程を含んでいることが好ましい。この場合において、第２のバリアメタル層は、ニッケル又は白金であることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る第２の圧電共振器の製造方法は、第１の基板の上に第１の接着層を形成する工程（ａ）と、第２の基板の上に圧電膜と、下部電極と、第１の音響ミラー材料及び該第１の音響ミラーと比べて音響インピーダンスが高い第２の音響ミラー材料が交互に積層された音響ミラーと、第２の接着層とを順次形成する工程（ｂ）と、第１の基板の上に形成された第１の接着層と、第２の基板の上に形成された第２の接着層とを接着する工程（ｃ）と、圧電膜から第２の基板を除去する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
【００４１】
第２の圧電共振器の製造方法によれば、音響ミラーの上に第２の接着層を形成する工程を備えているため、下部電極を接着可能な材料により形成する必要がないので、下部電極の材料を自由に選択することが可能となる。
【００４２】
第２の圧電共振器の製造方法において、第１の接着層及び第２の接着層は、いずれも金からなり、工程（ｃ）は、熱圧着法により第１の接着層と第２の接着層とを接着する工程であることが好ましい。また、第１の接着層及び第２の接着層は、金とスズ、金とゲルマニウム又は鉛とスズの組み合わせからなり、工程（ｃ）は、共晶結合法により第１の接着層と第２の接着層とを接着する工程であってもよい。
【００４３】
第２の圧電共振器の製造方法において、工程（ｄ）よりも後に、圧電膜の上に上部電極を形成する工程（ｉ）と、上部電極の上に、第１の音響ミラー材料と、第２の音響ミラー材料とを交互に積層することにより上側音響ミラーを形成する工程（ｊ）をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、音響ミラーを用いた圧電共振器において高い結晶性と優れた平坦性とを有する圧電膜を用いることを可能にし、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器及びその製造方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器の断面構成を示している。図１に示すように本実施形態の圧電共振器は、音響ミラーを備えた圧電共振器である。
【００４６】
シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１の上には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第１の音響ミラー材料１２とタングステン（Ｗ）からなる第２の音響ミラー材料１３とが交互に４周期積層されており、音響ミラー１４が形成されている。第１の音響ミラー材料１２及び第２の音響ミラー材料１３の厚さはそれぞれ共振周波数の１／４波長となるように設定されており、例えば共振周波数が２ＧＨｚの場合には２００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００４７】
音響ミラー１４の上には、それぞれ厚さが約１５０ｎｍの金（Ａｕ）からなる第１の接着層３１と第２の接着層３２とからなる下部電極１６が形成されており、第１の接着層３１と第２の接着層３２との間には接着面１９が形成されている。
【００４８】
下部電極１６の上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる厚さが約５００ｎｍの圧電膜２３が形成され、圧電膜２３の上には厚さが約３００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）からなる上部電極２４が形成されている。なお、上部電極２４、圧電膜２３、下部電極１６及び音響ミラー１４のそれぞれの厚さは、共振器の共振周波数に応じて設定する。
【００４９】
音響ミラー１４は音響インピーダンスが小さな材料と大きな材料とを交互に４〜８周期積層すればよく、第１の音響ミラー材料１２には、ＳｉＯ2の他にアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等のうちのいずれかを用いることができ、第２の音響ミラー材料１３には、Ｗの他にイリジウム（Ｉｒ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はモリブデン（Ｍｏ）等のうちのいずれかを用いることができる。また、第１の音響ミラー材料１２と第２の音響ミラー材料１３とは交互に並んでいればよく、積層する順序は逆であってもよい。
【００５０】
以下に本実施形態の圧電共振器の製造方法について説明する。図２は本実施形態の圧電共振器の製造方法の各工程における断面の状態を工程順に示している。図２（ａ）に示すようにまず、シリコンからなる基板１１の上に、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ2からなる第１の音響ミラー材料１２と、厚さが３００ｎｍのＷからなる第２の音響ミラー材料１３とを交互に６周期積層して、音響ミラー１４を形成する。続いて、音響ミラー１４の上に厚さが１５０ｎｍのＡｕを堆積して、第１の接着層３１を形成する。
【００５１】
一方、図２（ｂ）に示すようにサファイアからなる形成用基板２１の上に厚さが１００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層２２を形成し、バッファ層２２の上にＡｌＮをエピタキシャル成長させて厚さが５００ｎｍの圧電膜２３を形成する。続いて、圧電膜２３の上に厚さが１５０ｎｍのＡｕを堆積して、第２の接着層３２を形成する。
【００５２】
次に、図２（ｃ）に示すように第１の接着層３１と第２の接着層３２とが密着するように、基板１１と形成用基板２１とを上下方向から１〜３ＭＰａの圧力で加圧する。この状態において３５０℃の温度で１０分間の加熱を行うことにより、第１の接着層３１と第２の接着層３２とを熱圧着法により接着して、下部電極１６を形成する。
【００５３】
次に、図２（ｄ）に示すように形成用基板２１の側からバッファ層２２にレーザ光を照射するレーザリフトオフ法により、形成用基板２１を除去する。
【００５４】
次に、図２（ｅ）に示すように圧電膜２３の上に厚さが３００ｎｍのＭｏからなる上部電極２４を形成する。
【００５５】
挿入損失が小さい特性の優れた共振器を得るためには、結晶性及び平坦性に優れた圧電膜２３を形成する必要がある。本実施形態の圧電共振器の製造方法によれば、圧電膜をサファイア基板の上にエピタキシャル成長によって形成した後、音響ミラー１４と貼り合わせている。このため、音響ミラー１４及び下部電極１６の平坦性及び結晶性に関わりなく膜質の優れた圧電膜２３を得ることができるので、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器を容易に製造することが可能である。
【００５６】
なお、エピタキシャル成長法に代えて、Ｓｉからなる基板の上にスパッタにより平坦性の良いＭｏ等の金属層を形成した後、金属層の上にスパッタ等によりＡｌＮを堆積することによって圧電膜２３を形成してもよい。
【００５７】
また、第１の接着層３１又は第２の接着層３２をスズ（Ｓｎ）により形成して、第１の接着層３１と第２の接着層３２とを金−スズの共晶結合法により接着してもよい。同様に、鉛（Ｐｂ）とスズ（Ｓｎ）等を用いて共晶結合させることも可能である。
【００５８】
また、基板１１として、Ｓｉ基板に代えてＧａＡｓ基板又はサファイア基板を用いてもよい。
【００５９】
（第１の実施形態の一変形例）
図３は第１の実施形態の一変形例に係る圧電共振器の断面の状態を示している。図３において図１と同一の構成要素については同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００６０】
図３に示すように基板１１の上には金からなる第３の接着層３３及び第４の接着層３４が形成されている。第４の接着層３４の上には、ＳｉＯ2からなる第１の音響ミラー材料１２と、Ｗからなる第２の音響ミラー材料１３とが交互に６周期積層された音響ミラー１４が形成されている。音響ミラー１４の上には、厚さが３００ｎｍのＭｏからなる下部電極１６が形成されており、下部電極１６の上にはＡｌＮからなる圧電膜２３とＭｏからなる上部電極２４とが形成されている。
【００６１】
図４は本変形例の圧電共振器の各製造工程における断面の状態を工程順に示している。まず、図４（ａ）に示すようにＳｉからなる基板１１の上に、厚さが１５０ｎｍのＡｕからなる第３の接着層３３を形成する。
【００６２】
次に、図４（ｂ）に示すように、サファイアからなる形成基板２１の上にＧａＮからなるバッファ層２２、ＡｌＮからなる圧電膜２３及びＭｏからなる下部電極１６を順次形成する。続いて、上部電極２４の上に、ＳｉＯ2からなる第１の音響ミラー材料１２とＷからなる第２の音響ミラー材料とを交互に６周期積層して音響ミラー１４を形成した後、厚さが１５０ｎｍのＡｕからなる第４の接着層３４を形成する。
【００６３】
次に、図４（ｃ）に示すように、第３の接着層３３と第４の接着層３４とが密着するように、基板１１と形成用基板２１とを上下から加圧し、３５０℃の温度で１０分間の加熱を行い、第３の接着層３３と第４の接着層３４とを接着する。
【００６４】
次に、図４（ｄ）に示すように、レーザリフトオフ法により形成用基板２１を剥離した後、圧電膜２３の上にＭｏからなる上部電極２４を形成する。
【００６５】
本変形例の圧電共振器は、下部電極と接着層とが別に設けられているため、下部電極の材質を自由に選択することができる。本変形例においては下部電極に硬度の高いＭｏを用いたが、音響インピーダンスに優れたタングステン（Ｗ）やイリジウム（Ｉｒ）を用いることにより共振器の選択度（Ｑ値）を向上させることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器について図を参照して説明する。図５は本実施形態の圧電共振器の断面の構造を示している。図５において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００６７】
図５に示すように本実施形態の圧電共振器は、第１の実施形態の圧電共振器の上部電極２４の上に上側音響ミラー１５が形成されている。圧電膜２３の上に形成された上部電極２４は、それぞれ厚さが１５０ｎｍのＡｕからなる第５の接着層３５及び第６の接着層３６からなり、第５の接着層３５と第６の接着層３６との間には接合面３５が形成されている。上部電極２４の上には、第１の音響ミラー材料１２と第２の音響ミラー材料１３とが交互に６周期積層された上側音響ミラー１５が形成されている。
【００６８】
本実施形態の圧電共振器は、上部電極２４の上にさらに上側音響ミラー１５が形成されているため、圧電共振器の上側に何も接触していない構造とする必要がない。従って、圧電共振器を安価な樹脂パッケージに封止することが可能となる。
【００６９】
図６は本実施形態の圧電共振器の各製造工程における断面の状態を工程順に示している。形成用基板２１をレーザリフトオフ法により剥離するまでは第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００７０】
図６（ａ）に示すようにレーザリフトオフ法により形成用基板２１を剥離した圧電膜２３の上に厚さが１５０ｎｍのＡｕからなる第５の接着層３５を形成する。
【００７１】
次に、図６（ｂ）に示すように、Ｓｉからなる上側音響ミラー形成用の基板４１の上に、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ2からなる第１の音響ミラー材料１２と厚さが３００ｎｍのＷからなる第２の音響ミラー材料１３とを交互に６周期積層して、上側音響ミラー１５を形成する。続いて、上側音響ミラー１５の上に厚さが１５０ｎｍのＡｕからなる第６の接着層３６を形成する。
【００７２】
次に、図６（ｃ）に示すように、第５の接着層３５と第６の接着層３６とが密着するように、基板１１と基板４１とを上下方向から加圧する。この状態において、温度が３５０℃で１０分間の加熱を行うことにより、第５の接着層３５と第６の接着層３６とを接着して、上部電極２４を形成する。
【００７３】
次に、図６（ｄ）に示すように、研磨等を行うことにより基板４１を除去する。
【００７４】
なお、本実施形態においては第１の接着層３１及び第２の接着層３２と第５の接着層３５及び第６の接着層３６とをいずれもＡｕとし、第１の接着層３１及び第２の接着層３２と第５の接着層３５及び第６の接着層３６とを熱圧着法によりそれぞれ接着する例を示したが、共晶結合法により接着してもよい。その場合において、第１の接着層３１及び第２の接着層３２に金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ、共晶点：約３６０℃）を用い、第５の接着層３５及び第６の接着層にＡｕ−Ｇｅと比べて融点（共晶点）が低い金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ、共晶点約２８０℃）を用いれば、上側音響ミラー４４を接着する際に第１の接着層３１と第２の接着層３２との接着面に影響を与えることがない。
【００７５】
また、第１の実施形態と同様にしてＭｏからなる上部電極を形成した後、上部電極の上に直接ＳｉＯ2からなる第１の音響ミラー材料１２と、Ｗからなる第２の音響ミラー材料１３とを交互に堆積して、上側音響ミラー１５を形成してもよい。
【００７６】
なお、本実施形態においては、第１の実施形態の圧電共振器の上に上側音響ミラーを形成したが、第１の実施形態の一変形例に示した圧電共振器の上に上側音響ミラーを形成してもよい。
【００７７】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る圧電共振器について図を参照して説明する。図７は本実施形態の圧電共振器の断面の状態を示している。図７において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００７８】
図７に示すように本実施形態の圧電共振器は、音響ミラー１４と下部電極１６との間に厚さが５０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）からなるバリアメタル５１を有している。
【００７９】
一般に、ある金属ともう一つの別の金属を接触させると、この２つの金属同士が相互拡散する現象が起こる。この相互拡散の生じやすさは接触している金属の種類、温度条件等により大きく変わる。例えばＴｉとＡｕとの間にはかなり大きな相互拡散が生じることが知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。ＴｉとＡｕとを積層した後２５０℃の温度で加熱すると、ＴｉとＡｕとの界面が不明瞭となり、さらに表面に凹凸が生じるという現象が認められ、相互拡散によりＴｉとＡｕとの組成及び膜厚等の構造に変化が生じる。
【００８０】
このため、下部電極１６にＡｕを用い音響ミラー１４の最上層の第１の音響ミラー材料１２にＴｉを用いる場合には、下部電極１６と第１の音響ミラー材料１２との間に相互拡散が発生し、下部電極１６及び第１の音響ミラー材料１２の組成及び膜厚等に変化が生じる。これにより、圧電共振器の共振周波数が変化してしまうので、圧電共振器の周波数特性が大きく劣化する。
【００８１】
本実施形態においては、音響ミラー１４の最上層に形成されたＴｉからなる第１の音響ミラー材料１２と下部電極１６との間にＮｉからなるバリアメタル層５１が設けられている。ＡｕとＮｉ及びＴｉとＮｉの間の相互拡散はＡｕとＴｉとの相互拡散と比べて非常に小さい。従って、下部電極１６及び第１の音響ミラー材料１２の組成及び膜厚等にはほとんど変化が生じず、圧電共振器の周波数特性の劣化を防止することができる。
【００８２】
なお、本実施形態においてバリアメタル層５１の材質及び厚さは、下部電極１６と第１の音響ミラー材料１２の材質に応じて変更する必要があるが、下部電極１６と第１の音響ミラー材料１２がそれぞれＡｕとＴｉの場合にはバリアメタル層５１に白金（Ｐｔ）を用いてもよい。
【００８３】
また、本実施形態においては、音響ミラー１４の最上層が第１の音響ミラー材料１２である場合の例を示したが、音響ミラー１４の最上層が第２の音響ミラー１３である場合には同様の方法により下部電極１６と第２の音響ミラー材料１３との間の相互拡散を防止することが可能である。
【００８４】
（第３の実施形態の一変形例）
図８は第３の実施形態の一変形例に係る圧電共振器の断面の状態を示している。図８において図７と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００８５】
図８に示すように本変形例においては上部電極２４の上にバリアメタル層５２が形成され、バリアメタル層５２の上に上側音響ミラー１５が形成されている。
【００８６】
本変形例の圧電共振器によれば、上部電極２４と上側音響ミラー１５を構成する第１の音響ミラー材料との間の相互拡散を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の圧電共振器及びその製造方法は、音響ミラーを用いた圧電共振器において高い結晶性と優れた平坦性とを有する圧電膜を用いることを可能にし、挿入損失が小さく且つ周波数選択性が高い圧電共振器及びその製造方法を実現できるため、電子回路における高周波フィルタ等に使用することができる共振器及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器の製造工程を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る圧電共振器を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る圧電共振器の製造工程を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器の製造工程を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る圧電共振器を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の一変形例に係る圧電共振器を示す断面図である。
【図９】従来の一般的な圧電共振器を示す断面図である。
【図１０】従来の音響ミラーを用いた圧電共振器を示す断面図である。
【図１１】従来の音響ミラーを用いた圧電共振器の製造工程を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１１    基板（第１の基板）
１２    第１の音響ミラー材料
１３    第２の音響ミラー材料
１４    音響ミラー
１５    上側音響ミラー
１６    下部電極
１９    接合面
２１    形成用基板（第２の基板）
２２    バッファ層
２３    圧電膜
２４    上部電極
３１    第１の接着層
３２    第２の接着層
３３    第３の接着層
３４    第４の接着層
３５    第５の接着層
３６    第６の接着層
４１    基板（第３の基板）
５１    バリアメタル層
５２    バリアメタル層
【図１】
2006191304.tif 000003
【図２】
2006191304.tif 000004
【図３】
2006191304.tif 000005
【図４】
2006191304.tif 000006
【図５】
2006191304.tif 000007
【図６】
2006191304.tif 000008
【図７】
2006191304.tif 000009
【図８】
2006191304.tif 000010
【図９】
2006191304.tif 000011
【図１０】
2006191304.tif 000012
【図１１】
2006191304.tif 000013