(57)【要約】【課題】支持基板上に浮かされた薄膜振動体を有する圧電薄膜振動装置において、薄膜振動体の支持基板への所望でない接触を確実に防止することができる圧電薄膜振動装置を得る。【解決手段】支持基板の上面から浮かされて配置されており、薄膜形成法により形成された複数の薄膜を積層してなる積層膜からなる薄膜振動体２を有し、薄膜振動体２が、圧電薄膜と、圧電薄膜の上面及び下面に形成された第１，第２の励振電極とを有し、該薄膜振動体２が矩形形状を有し、対向し合う第１，第２の辺２ａ，２ｂの一部において支持基板に固定されており、該固定される部分を第１，第２の支持部１２，１３としたときに、薄膜振動体２は、第１，第２の辺では、第１，第２の支持部１２，１３が最も下方に位置し、第１，第２の支持部１２，１３を結ぶ方向においても、第１，第２の支持部１２，１３が最も下方に位置するように反っている、圧電薄膜振動装置。【選択図】図２
2008258884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上において、支持基板の上面から浮かされて配置されており、薄膜形成法により形成された複数の薄膜を積層してなる積層膜からなり、平面形状が矩形形状の薄膜振動体と、
前記薄膜振動体の矩形形状の対向し合う第１，第２の辺の一部に連ねられておりかつ前記支持基板に固定されている第１，第２の支持部とを備え、
前記薄膜振動体が、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極と、圧電薄膜の上面に積層された第２の励振電極とを少なくとも有し、
前記第１，第２の辺では第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように、前記薄膜振動体が反らされた形状とされている、圧電薄膜振動装置。
【請求項２】
前記第１，第２の辺では第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている、請求項１に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項３】
前記薄膜振動体が前記第１，第２の辺において前記第１，第２の支持部から外側にいくに連れて上方に位置するように前記薄膜振動体を第１，第２の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている、請求項１または２に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項４】
前記薄膜振動体が前記第１，第２の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第１，第２の引っ張り膜をさらに備え、それによって、前記薄膜振動体が、第１，第２の辺において第１，第２の支持部から外側にいくに連れて上方に位置し、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている、請求項３に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項５】
前記複数の薄膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項６】
前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の１つの薄膜として、前記第１，第２の辺に沿って延びる第１，第２のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第１，第２の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第１，第２の辺において第１，第２の支持部から外側に行くに連れて上方に位置し、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている、請求項３に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項７】
前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆特性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある、請求項６に記載の圧電振動装置。
【請求項８】
前記圧電薄膜を介して積層されている前記第１，第２の励振電極の内、前記圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極が、前記第２の励振電極よりも外側に至っている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動装置。
【請求項９】
支持基板を用意する工程と、
支持基板上に溶剤またはエネルギーの付与により消失され得る材料からなる犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を覆うように、矩形形状の薄膜振動体を、前記矩形形状の対向し合う第１，第２の辺の一部に連ねられておりかつ前記支持基板に固定されている第１，第２の支持部と共に形成する工程と、
前記犠牲層を溶剤によりあるいはエネルギー付与により消失させ、それによって前記薄膜振動体と前記支持基板との間に空隙を設ける工程とを備え、
前記薄膜振動体の形成にあたり、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極と、前記圧電薄膜の上面に積層された第２の励振電極とを少なくとも含む複数の薄膜を順次薄膜形成法により形成し、前記第１，第２の支持部が連ねられている第１，第２の辺において前記第１，第２の支持部が最も下方に位置し、第１，第２の支持部を結ぶ方向において第１，第２の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体を反らせるように前記薄膜振動体を形成することを特徴とする、圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜振動体において、前記第１，第２の辺では、第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体の各薄膜を形成するにあたり、薄膜振動体の各薄膜の膜応力及び膜厚の関係を設定する、請求項９に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１１】
前記薄膜振動体の各薄膜を形成する工程において、前記第１，第２の辺において、前記第１，第２の支持部から外側にいくに連れて前記薄膜振動体が上方に位置するように前記薄膜振動体を第１，第２の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される、請求項１０に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１２】
前記薄膜振動体が前記第１，第２の辺に沿って延びるように配置されたストライプ状の第１，第２の引っ張り膜をさらに備え、それによって、前記薄膜振動体が、第１，第２の辺において第１，第２の支持部から外側にいくに連れて、上方に位置するように、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される、請求項１１に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１３】
前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の内の少なくとも１つの薄膜として、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜を形成する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１４】
前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の１つの薄膜として、前記第１，第２の辺に沿って延びる第１，第２のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜を形成する工程をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第１，第２の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第１，第２の辺において第１，第２の支持部品から外側に行くに連れて上方に位置し、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚関係が設定されている、請求項１１に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１５】
前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある、請求項１４に記載の圧電薄膜振動装置の製造方法。
【請求項１６】
前記薄膜振動体の形成にあたり、前記第１の励振電極及び前記圧電薄膜を形成した後に、前記圧電薄膜を介して第１の励振電極に対向される前記第２の励振電極を、前記第１の励振電極よりも外側に至らないように形成することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の圧電振動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板上に空隙を隔てて浮かされた薄膜振動体を有する圧電薄膜振動装置に関し、より詳細には、薄膜積層体からなる薄膜振動体の形状が改良された圧電薄膜振動装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発振器や共振器を構成するのに、圧電薄膜を利用した圧電薄膜共振子が知られている。圧電薄膜共振子では、圧電薄膜を用いた薄膜振動体が支持基板上から間隙を隔てて浮かされた状態で配置されている。従って、圧電セラミックチップなどを用いた圧電共振子に比べて、高周波化及び薄型化を図ることができる。
【０００３】
この種の圧電薄膜を用いた圧電薄膜振動装置の一例が、下記の特許文献１に開示されている。図１４は、特許文献１に開示されている圧電薄膜振動装置を示す斜視図である。
【０００４】
圧電薄膜振動装置５０１は、支持基板５０２を有する。支持基板５０２の上面から間隔を隔てて浮かされた状態で、矩形の平面形状を有する薄膜振動体５０３が配置されている。薄膜振動体５０３は、Ｓｉからなるベース５０４と、ベース５０４上に積層された下部電極５０５と、下部電極５０５上に積層された圧電薄膜５０６と、圧電薄膜５０６上に積層された上部電極５０７とを有する。
【０００５】
図１４では、ベース５０４及び圧電薄膜５０６などは比較的厚く図示されているが、実際には、０．１〜１０μｍ程度の膜厚を有する薄膜である。すなわち、薄膜振動体は、複数の薄膜を積層した構造を有する。なお、圧電薄膜５０６は、下部電極５０５及び上部電極５０７から交番電圧を印加した場合に、拡がり振動モードで振動するように分極している。すなわち、上記薄膜振動体５０３は、矩形の平面形状の振動体の拡がり振動モードを利用した圧電共振子である。
【０００６】
上記薄膜振動体５０３を支持基板５０２の上面から浮かせるために、ベース５０３の一対の側面が、傾斜支持部５０８，５０９にそれぞれ連結されている。傾斜支持部５０８，５０９の外側端部は、支持基板５０２上に固定された支持部５１０，５１１に連結されている。
【０００７】
他方、下記の特許文献２には、図１５に示す圧電薄膜共振子及びその製造方法が開示されている。ここでは、圧電薄膜共振子６０１は、支持基板６０２上において、空隙６０３を介して浮かされた薄膜振動体６０４を有する。薄膜振動体６０４は、圧電薄膜６０５と、圧電薄膜６０５の下面に積層された下部電極６０６と、上面に設けられた上部電極６０７とを有する。圧電薄膜６０５が、下部電極６０６及び上部電極６０７で挟まれた部分が圧電効果により共振する共振部分となる。
【０００８】
下部電極６０６の下面には、誘電体膜６０８が設けられている。圧電薄膜共振子６０１の製造に際しては、先ず支持基板上の空隙６０３が配置される位置に犠牲層を形成する。次に、上記誘電体膜６０８、下部電極６０６、圧電薄膜６０５及び上部電極６０７を、それぞれ、薄膜形成法により順次形成し、しかる後、犠牲層を除去している。
【特許文献１】特開平８−１８６４６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の薄膜を薄膜形成方法により順次形成し、積層して薄膜振動体を得た場合、各薄膜は内部応力として面方向の膜応力を有することとなる。すなわち、各薄膜は、膜応力として、面方向において縮もうとする応力、または面方向において拡がろうとする圧縮応力を内部応力として有する。この複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、薄膜振動体が撓むことがあった。
【００１０】
例えば、圧電共振子６０１では、誘電体膜６０８、下部電極６０６、圧電薄膜６０５及び上部電極６０７が引っ張り応力あるいは圧縮応力となる膜応力を有する状態で成膜されることになる。そのため、これらの薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、支持基板６０２から浮かされて構成されている薄膜振動体６０４が反ることがあった。特に、薄膜振動体６０４部分において、中央部分が上方に凸になるように反りが生じた場合、図１６に略図的に斜視図で示すように、矩形の薄膜振動体６０４のコーナー部分が支持基板６０２に接触することがあった。
【００１１】
また、支持基板６０２に接触しがちであるが、支持基板６０２から浮かされていることが必要である薄膜振動体６０４では、コーナー部分だけでなく、薄膜振動体６０４の中央部分などの他の部分についても、支持基板６０２に接触されてはならない。圧電薄膜振動体６０４が支持基板６０２に接触すると、拡がり振動モードを利用した振動特性や電気的特性が大きく損なわれることになる。
【００１２】
また、圧電薄膜共振子を実装基板上に搭載する際のリフロー半田付けなどの熱が加えられる工程にさらされた際には、各薄膜を構成する材料の熱膨張係数差によっても薄膜振動体に反りが生じることがあった。従って、上記膜応力及び膜厚の関係により生じた反りがさらに拡大し、振動特性が大きく損なわれるおそれがあった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数の薄膜を薄膜形成法により順次積層してなる薄膜振動体部分を備える圧電薄膜振動装置であって、支持基板に薄膜振動体が接触し難く、従って目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることを可能とする圧電薄膜振動装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、支持基板と、前記支持基板上において、支持基板の上面から浮かされて配置されており、薄膜形成法により形成された複数の薄膜を積層してなる積層膜からなり、平面形状が矩形形状の薄膜振動体と、前記薄膜振動体の矩形形状の対向し合う第１，第２の辺の一部に連ねられており、かつ前記支持基板に固定されている第１，第２の支持部とを備え、前記薄膜振動体が、圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極と、圧電薄膜の上面に積層された第２の励振電極とを少なくとも有し、前記第１，第２の辺では第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように、前記薄膜振動体が反らされた形状とされている、圧電薄膜振動装置が提供される。
【００１５】
本発明においては、薄膜振動体が第１，第２の辺では第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、第１，第２の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体が反らされた形状とされていることが必要であるが、このような薄膜振動体が反らされた形状を実現する手段は特に限定されるものではないが、特に好ましくは、前記第１，第２の辺では第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。この場合には、薄膜振動体を構成する各薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、確実に、薄膜振動体を上記のように反らされた形状とすることができる。
【００１６】
本発明の圧電薄膜振動装置の他の特定の局面では、前記薄膜振動体が前記第１，第２の辺において前記第１，第２の支持部から外側にいくに連れて上方に位置するように前記薄膜振動体を第１，第２の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。従って、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、第１，第２の辺において、第１，第２の支持部から外側にいくに連れて薄膜振動体が上方に位置されるようになるため、矩形の薄膜振動体のコーナー部分を確実に支持基板の上面から遠ざけることができる。よって、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。
【００１７】
好ましくは、本発明に係る圧電薄膜振動装置では、薄膜振動体が第１，第２の辺において下方に凸に反るように、第１，第２の辺に沿って延びる部分の複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を設定するために、第１，第２の辺に沿って延びるように、膜応力が引っ張り応力である引っ張り膜が形成されている。この場合には、引っ張り膜の形成により、薄膜振動体を第１，第２の辺において確実に下方に凸に反らせることができる。
【００１８】
本発明に係る圧電薄膜振動装置では、好ましくは、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜が備えられている。温度特性調整膜が設けられることにより、圧電薄膜振動装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。従って、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。
【００１９】
本発明では、好ましくは、前記薄膜振動体が、前記複数の薄膜の１つの薄膜として、前記第１，第２の辺に沿って延びる第１，第２のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第１，第２の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第１，第２の辺において第１，第２の支持部品から外側に行くに連れて上方に位置し、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。より、好ましくは、前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数と逆特性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある。
【００２０】
本発明では、好ましくは、前記圧電薄膜を介して積層されている前記第１，第２の励振電極の内、前記圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極が、前記第２の励振電極よりも外側に至っている。
【００２１】
本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法は、支持基板を用意する工程と、支持基板上に溶剤またはエネルギーの付与により消失され得る材料からなる犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層を覆うように、矩形形状の薄膜振動体を、前記矩形形状の対向し合う第１，第２の辺の一部で前記支持基板に固定されて第１，第２の支持部が設けられるように形成する工程と、前記第１，第２の支持部が設けられている第１，第２の辺において前記第１，第２の支持部が最も下方に位置し、第１，第２の支持部を結ぶ方向において第１，第２の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体を反らせるように、前記薄膜振動体を形成し、前記犠牲層を溶剤により、あるいはエネルギー付与により消失させ、それによって前記薄膜振動体と前記支持部との間に空隙を設ける工程とを備え、前記薄膜振動体の形成にあたり、少なくとも圧電薄膜と、圧電薄膜の下面に積層された第１の励振電極と、前記圧電薄膜の上面に積層された第２の励振電極とを少なくとも含む複数の薄膜を順次薄膜形成法により形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る製造方法のある特定の局面では、前記薄膜振動体において、前記第１，第２の辺では、第１，第２の支持部が最も下方に位置し、かつ前記第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、前記第１，第２の支持部が最も下方に位置するように前記薄膜振動体が反らされた形状となるように、前記薄膜振動体の各薄膜を形成するにあたり、薄膜振動体の各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される。この場合には、薄膜振動体を構成する各薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、確実に、薄膜振動体を上記のように反らされた形状とすることができる。
【００２３】
本発明に係る製造方法の他の特定の局面では、前記薄膜振動体の各薄膜を形成する工程において、前記第１，第２の辺において、前記第１，第２の支持部から外側にいくに連れて前記薄膜振動体が上方に位置するように前記薄膜振動体を第１，第２の辺において下方に凸に反るように、前記薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定される。従って、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を調整するだけで、第１，第２の辺において、第１，第２の支持部から外側にいくに連れて薄膜振動体が上方に位置されるようになるため、矩形の薄膜振動体のコーナー部分を確実に支持基板の上面から遠ざけることができる。よって、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。
【００２４】
好ましくは、本発明の製造方法では、薄膜振動体が第１，第２の辺において下方に凸に反るように、第１，第２の辺に沿って延びる部分の複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係を設定するために、第１，第２の辺に沿って延びるように、膜応力が引っ張り応力である引っ張り膜が形成される。この場合には、引っ張り膜の形成により、薄膜振動体を第１，第２の辺において確実に下方に凸に反らせることができる。
【００２５】
本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、好ましくは、前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の内の少なくとも１つの薄膜として、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜が形成される。温度特性調整膜が設けられることにより、圧電薄膜振動装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。従って、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。
【００２６】
本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、好ましくは、前記薄膜振動体の形成に際し、前記複数の薄膜の１つの薄膜として、前記第１，第２の辺に沿って延びる第１，第２のストライプ状領域間の中央領域に膜応力が圧縮応力である応力調整膜を形成する工程をさらに備え、それによって、薄膜振動体が第１，第２の辺を結ぶ方向において中央が上方に凸に反るように、かつ、第１，第２の辺において第１，第２の支持部品から外側に行くに連れて上方に位置し、第１，第２の辺において下方に凸に反るように、該薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が設定されている。
【００２７】
本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、前記応力調整膜が、前記圧電薄膜の周波数温度係数とは逆極性の周波数温度係数を有する材料からなる温度特性調整膜でもある。
【００２８】
本発明に係る圧電薄膜振動装置の製造方法では、前記薄膜振動体の形成にあたり、前記第１の励振電極及び前記圧電薄膜を形成した後に、前記圧電薄膜を介して第１の励振電極に対向される前記第２の励振電極を、前記第１の励振電極よりも外側に至らないように形成する。
【００２９】
上記複数の薄膜を形成する薄膜形成方法は、特に限定されず、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、メッキ等の公知の薄膜形成方法を用いることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る圧電薄膜振動装置では、薄膜形成方法により形成された複数の薄膜を積層してなる薄膜振動体が支持基板の上面から浮かされて配置されているが、上記薄膜振動体が矩形形状を有し、支持基板に固定されている第１，第２の支持部が、第１，第２の辺において最も下方に位置し、第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、第１，第２の支持部が最も下方に位置するように薄膜振動体が反っている。従って、矩形形状の薄膜振動体のコーナー部分は第１，第２の支持部よりも上方に位置することとなる。また、矩形形状の薄膜振動体の中央部分も第１，第２の支持部よりも上方に位置することとなる。
【００３１】
従来の圧電薄膜振動装置において、矩形形状の薄膜振動体が支持基板に接触しがちなのは、主として、コーナー部分であった。これに対して、本発明によれば、上記コーナー部分が上方に位置するように薄膜振動体が反らされているため、薄膜振動体の支持基板への接触を防止することができる。
【００３２】
また、薄膜振動体が平坦になるように設計されていたとしても、成膜条件のばらつきなどの原因で下に凸になることがある。その場合、薄膜振動体の中央部が、支持基板に接触するおそれがある。しかしながら、本発明においては、上記のように、矩形形状の薄膜振動体の中央部分もまた、第１，第２の支持部よりも上方に位置するように、薄膜振動体が反らされているので、薄膜振動体の中央部分の支持基板への接触も確実に防止することができる。
【００３３】
よって、本発明に係る圧電薄膜振動装置によれば、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることが可能となる。
【００３４】
特に、薄膜振動体を形成した際の各薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、上記コーナー部分や中央部分が支持基板に接触し難いだけでなく、リフロー半田付け等の加熱工程にさらされた際に、各薄膜の熱膨張係数差による歪みが生じたとしても、上記薄膜振動体の支持基板への接触を防止することができる。よって、目的とする振動特性や電気的特性をより一層確実に発揮させることが可能となる。
【００３５】
本発明に係る製造方法では、薄膜振動体の形成にあたり、複数の薄膜を順次薄膜形成方法により形成するが、第１，第２の支持部が連ねられている第１，第２の辺において、第１，第２の支持部が最も下方に位置し、第１，第２の支持部を結ぶ方向において、第１，第２の支持部が最も下方に位置するように、薄膜振動体を反らせるように薄膜振動体が形成されるため、各薄膜振動体のコーナー部分及び中央部分の支持基板への接触を確実に抑制することができる。加えて、組立工程や実使用時に熱が加えられたとしても、各薄膜の熱膨張係数差による歪みによる薄膜振動体の支持基板への接触も生じ難い。すなわち、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることを可能とする、本発明の圧電薄膜振動装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体部分を示す断面図であり、図２（ａ）は、圧電薄膜振動装置の平面図である。なお、図１に示されている断面は、図２（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ線に沿う断面である。
【００３８】
本実施形態の圧電薄膜振動装置１の薄膜振動体２は、後述するように、支持基板３から浮かされた状態で配置されている部分である。薄膜振動体２は、最下層から温度特性調整膜４、第１の励振電極５、圧電薄膜６、第２の励振電極７、応力緩和膜８、温度特性調整膜９及び引っ張り膜１０，１１を積層した構造を有する。これらの各膜は、薄膜形成法により順次成膜することにより形成されている。これらの各薄膜の詳細は以下の通りである。
【００３９】
温度特性調整膜４：ＳｉＯ２からなり、膜厚は１．７μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【００４０】
第１の励振電極５：Ｐｔからなり、その膜厚は０．１μｍ。
【００４１】
第２の励振電極７：Ｐｔからなり、膜厚は０．１μｍ。第１，第２の励振電極５，７は、膜厚が非常に薄く、励振電極５，７の膜応力が反りに及ぼす影響は無視することができる。
【００４２】
圧電薄膜６：ＡｌＮからなり、分極方向は厚み方向であり、膜厚は１．６μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−８０ＭＰａ。
【００４３】
応力緩和膜８：ＡｌＮからなり、膜厚は０．８μｍ、膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【００４４】
温度特性調整膜９：ＳｉＯ２からなり、膜厚は３．３μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【００４５】
引っ張り膜１０，１１：ＡｌＮからなり、膜厚は０．８μｍ、その膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【００４６】
なお、膜応力とは、上記圧電薄膜６、応力緩和膜８、引っ張り膜１０，１１及び温度特性調整膜４，９のような薄膜を、ある程度の厚みの薄膜をスパッタリング等の薄膜形成法により形成した場合に、各薄膜が、それ自身の内部応力として有する面方向への応力をいうものとする。
【００４７】
ただし、薄膜振動体を構成する各薄膜における膜応力を測定するのは困難である。従って、後に詳述するように、上に記した膜応力の値は円形のＳｉ基板上にそれぞれの薄膜を単独で形成した状態で測定・算出したものである。圧電薄膜振動装置の薄膜振動体は、支持基板から浮かれた状態で配置されているので、求められた膜応力の値は薄膜振動体を構成している薄膜における膜応力そのものではない。しかし、これらの値は薄膜振動体を構成している薄膜における膜応力と対応するものである。つまり、これらの値の相対関係、すなわち符号を含めた大小関係は、実際の薄膜振動体を構成する各薄膜における膜応力の相対関係と同じであるので、薄膜を積層してなる薄膜振動体における膜応力の関係に説明に用いることができることを指摘しておく。
【００４８】
下地上に薄膜が形成されると、下地内に生じたモーメントと、薄膜内部に生じたモーメントが釣り合うこととなる。この場合に、薄膜内部のモーメントを生じる力が、膜の内部応力すなわち膜応力である。
【００４９】
下地と薄膜とが釣り合っている場合に、全応力をＳ、内部応力すなわち膜応力をσ、膜厚をｄとしたとき、Ｓ＝σ×ｄである。
【００５０】
上記膜応力は、薄膜が縮もうとする内部応力すなわち引っ張り応力である場合と、薄膜が拡がろうとする内部応力すなわち圧縮応力である場合とがある。引っ張り応力であるか、あるいは圧縮応力であるか、並びに膜応力の大きさは、薄膜を形成する材料や形成条件によって調整することができる。
【００５１】
上記薄膜の内部応力が引っ張り応力である場合及び圧縮応力である場合の挙動を図７（ａ），（ｂ）を参照して模式的に説明する。
【００５２】
図７（ａ）は、下地としての基板２１上に、薄膜２２が形成されている場合に、薄膜２２の膜応力が引っ張り応力である場合の挙動を示す。図７（ａ）に示すように、薄膜２２が、基板２１上に成膜され、基板２１内に生じたモーメントと、薄膜内部に生じたモーメントとが釣り合っている場合に、薄膜２２の膜応力が引っ張り応力である場合には、矢印で示すように薄膜２２が縮もうとしている。その結果、基板２１が、下方に凸となるように反っている。
【００５３】
他方、図７（ｂ）は、基板２１上に、薄膜２３が形成され、両者の内部のモーメントが釣り合った場合に、薄膜２３内の膜応力が圧縮応力である場合の挙動を示す。ここでは、薄膜２３は、矢印で示すように基板２１を拡げる方向に作用している。従って、基板２１は、薄膜２３が形成されている領域において、薄膜２３側に凸となるように反ることとなる。
【００５４】
すなわち、薄膜形成法により、複数の薄膜を順次形成した場合、各薄膜の膜応力及び膜厚の関係により、複数の薄膜からなる積層体が下方に凸に反ったり、あるいは上方に凸に反ったりすることがわかる。なお、本願出願以前より、薄膜形成法により薄膜を形成した場合、薄膜が上記内部応力としての膜応力を有すること、また膜応力が、薄膜形成材料や薄膜形成条件を調整することにより、調整され得ることは知られていた。
【００５５】
なお、膜応力σの測定は、Ｓｉからなり、かつ円形の基板上に円形の薄膜を成膜した際の基板の曲がりを触針式膜厚計により測定し、該曲がり量に基づいて下記の式（１）により求めた。
【００５６】
σ＝Ｅｔ２／｛６（１−ν）ｒｄ｝  …式（１）
なお、式（１）において、Ｅは基板のヤング率であり、νは基板のポアソン比であり、ｔは基板の厚さであり、ｄは薄膜の膜厚であり、ｒは基板の曲率半径を示す。この曲率半径ｒは、薄膜形成後の基板の曲がり量に対応した値であり、上記触診式膜厚計により求めた基板の曲がり量をδとした場合、ｒ＝Ｌ２／（８δ）により求められる。なお、Ｌは、円形の基板の直径である。
【００５７】
本明細書における各薄膜の膜応力値は、上記基板の曲がり量を測定する方法で得られた値であるが、この場合の基板としては、Ｓｉからなり、３８０μｍの厚みを有し、直径が３０ｍｍであるものを用いた。この場合、ヤング率は１２７ＧＰａであり、ポアソン比は０．３である。該基板上に１つの薄膜を上述した実施形態の場合の厚みとなるようにスパッタリングにより成膜した場合の基板の曲がり量を測定し、上述した式（１）に基づき、基板上に成膜した薄膜の膜応力を求めた。
【００５８】
上記方法によれば、基板のヤング率やポアソン比が既知である限り、薄膜の結晶性を問わずに基板の曲がり量を測定するだけで、膜応力を容易に測定することができる。
【００５９】
なお、膜応力は、基板上に形成される薄膜の材料種だけでなく、例えばスパッタリングの場合には、ＲＦパワー、スパッタリングに際してのガス圧及びガス流量、さらに基板材料によって変化する。また、上記膜応力の値は、ＲＦパワー、ガス圧あるいはガス流量などを変更することにより調整することができる。
【００６０】
薄膜形成法としては、スパッタリングに代えて、蒸着やＣＶＤ法を用いてもよい。
【００６１】
本実施形態の圧電薄膜振動装置１では、上記薄膜振動体が上述した複数の薄膜を積層した積層膜により構成されており、各薄膜が上述した膜応力及び膜厚の関係を有するため、特に、引っ張り膜１０，１１を設けたことにより、図２（ｂ）に略図的斜視図で示すように、矢印Ｃ１〜Ｃ４で示すコーナー部分が上方に位置するように反ることとなる。なお、図２（ｂ）では、平面形状が矩形の薄膜振動体２は、対向し合う第１の辺２ａ及び第２の辺２ｂを有する。そして、第１の辺２ａの中央に第１の支持部１２が連結されており、第２の辺２ｂの中央に支持部１３が連結されている。支持部１２，１３は、支持基板３に固定される部分である。薄膜振動体２は、支持基板３に固定されている部分を除いて支持基板上に間隔を隔てて浮かされている。
【００６２】
上記引っ張り膜１０，１１は、第１，第２の辺２ａ，２ｂに沿うように、かつ平行に延ばされたストライプ状の形状を有している。この引っ張り膜１０，１１が形成されているストライプ状の領域を、第１，第２のストライプ状領域とする。本実施形態では、この第１，第２のストライプ状の領域において、薄膜振動体２を構成している各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、第１，第２の支持部が連ねられている部分が下方に凸になるように反らされている。より具体的には、引っ張り膜１０，１１の引っ張り応力により、薄膜振動体２が、引っ張り膜１０，１１の中央、すなわち第１，第２の辺２ａ，２ｂの中央であって第１，第２の支持部１２，１３が連ねられている部分が下方に凸となるように反ることとなる。
【００６３】
よって、図２（ｂ）の矢印Ｃ１〜Ｃ４で示すコーナー部分は、第１，第２の支持部１２，１３よりも上方に位置することとなる。よって、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４が支持基板３に接触し難い。
【００６４】
また、本実施形態では、薄膜振動体２は、以下の理由により、第１，第２の支持部１２，１３を結ぶ方向においては、中央が上向きに凸となるように反る。すなわち、薄膜振動体２では、励振電極５，７を無視すると、下方から、ＳｉＯ２からなる温度特性調整膜４、圧電薄膜６、応力緩和膜８、温度特性調整膜９が積層されている。なお、引っ張り膜１０，１１は、前述したように、第１，第２の辺２ａ，２ｂに沿うように設けられているものであるため、第１，第２の支持部１２，１３を結ぶ方向における反りを考慮する際には、省くこととする。
【００６５】
そして、下方の温度特性調整膜４の膜厚は１．７μｍであり、膜応力は−１８０ＭＰａであり、圧電薄膜６の膜厚は１．６μｍであり、膜応力は−８０ＭＰａである。これに対して、薄膜振動体２の上方部分の大部分を占める温度特性調整膜９は、膜厚が３．３μｍであり、膜応力は−１８０ＭＰａである。薄膜振動体２の反りは、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係で、決定されることになる。ここでは、上方に配置されたＳｉＯ２からなる温度特性調整膜の膜応力が−１８０ＭＰａであり、膜厚が上記のように非常に厚く３．３μｍとされているため、薄膜振動体２を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係は、第１，第２の支持部１２，１３を結ぶ方向において、第１，第２の支持部１２，１３が最も下方に位置するように反ることとなる。
【００６６】
なお、上記応力緩和膜８は、第１，第２の支持部１２，１３を結ぶ方向における反りを調整するために設けられているものではなく、薄膜振動体２を支持部により支持した構造では、後述する製造方法から明らかなように、犠牲層上に薄膜振動体を形成した後に、犠牲層が除去される。この場合、犠牲層が除去された際に、薄膜振動体２から支持部に応力が加わるが、この応力を小さくするために、応力緩和膜８が配置されている。
【００６７】
本実施形態では、薄膜振動体２を構成している各薄膜の膜応力及び膜厚の関係が上記のように設定されているので、図２（ｂ）に示すように、薄膜振動体２は、第１，第２の辺２ａ，２ｂにおいては、第１，第２の支持部１２，１３が最も下方に位置するように、第１，第２の支持部１３，１４を結ぶ方向では、第１，第２の支持部１２，１３が最も下方に位置するように反ることとなる。
【００６８】
従って、薄膜振動体２の中央部分もまた、支持基板３に接触し難くされている。よって、本実施形態によれば、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４及び中央部分のいずれもが支持基板３に接触し難いため、支持基板３への接触による振動特性や電気的特性の劣化が生じ難い。
【００６９】
加えて、リフロー半田に際し、加熱されたとしても、あるいは実使用時に高温下におかれたとしても、薄膜振動体２を構成している各薄膜部分の熱膨張係数の差により歪みが生じたとしても、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４や中央部分が支持基板３に接触し難い。よって、目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることができる。
【００７０】
次に、図３〜図６を参照して、第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造方法を説明することにより、圧電薄膜振動装置全体の構造を明らかにする。
【００７１】
先ず、図３（ａ）に示すように、支持基板３を用意する。支持基板３としては、本実施形態では、Ｓｉ基板が用いられる。もっとも、Ｓｉ基板に代えて、ガラス、誘電体セラミックス、有機材料あるいは金属等を用いてもよい。もっとも、金属などの導電性材料により支持基板３を構成する場合には、後述する励振電極等との短絡を防止する必要がある。
【００７２】
支持基板３上に、ＺｎＯからなる犠牲層１４を厚さ１．０μｍとなるようにスパッタリングにより成膜する。なお、図３（ｂ）〜図５（ｂ）に示す工程により、薄膜振動体２が形成されるが、同時に薄膜振動体２に連なる第１，第２の支持部１２，１３も後述するように形成されることとなる。
【００７３】
次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲層１４を覆うように、温度特性調整膜４を形成する。すなわち、ＳｉＯ２をスパッタリングにより膜厚１．７μｍとなるように成膜し、パターニングすることにより、温度特性調整膜４を形成する。
【００７４】
しかる後、図３（ｃ）に示すように、Ｐｔを膜厚０．１μｍとなるように蒸着により成膜し、エッチング及びリフトオフなどによりパターニングし、第１の励振電極５を形成する。
【００７５】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＡｌＮを厚み１．６μｍとなるようにスパッタリングにより成膜し、エッチング及びリフトオフなどによりパターニングし、圧電薄膜６を成膜する。
【００７６】
しかる後、図４（ａ）に示すように、再度Ｐｔを０．１μｍの厚みに蒸着により成膜し、パターニングすることにより、第２の励振電極７を形成する。
【００７７】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＡｌＮを０．８μｍの厚みに成膜し、応力緩和膜８を形成する。
【００７８】
しかる後、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２を厚み３．３μｍとなるようにスパッタリングにより成膜し、パターニングすることにより、温度特性調整膜９を形成する。
【００７９】
最後に、ＡｌＮを厚み０．８μｍとなるようにスパッタリングにより成膜し、パターニングすることにより、図５（ａ）に示す引っ張り膜と１０，１１を形成する。
【００８０】
図５（ｂ）は、上記のようにして得られた支持基板上の薄膜積層体を示す模式的平面図である。なお、図５（ａ）は、図５（ｂ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００８１】
しかる後、犠牲層１４を、酢酸を用いたウェットエッチングにより除去し、図６に示すように空隙１５を形成する。このようにして、図６に示す圧電薄膜振動装置１が得られる。
【００８２】
なお、上記製造方法では、ＺｎＯからなる犠牲層１４を形成した後に、薄膜振動体２を構成する各薄膜を形成し、最後に犠牲層１４が除去されている。この場合、ＺｎＯからなる犠牲層１４が下方に存在している場合の各薄膜の膜応力と、犠牲層１４が存在しない場合の各薄膜の膜応力の絶対値は異なる。
【００８３】
しかしながら、薄膜間における膜応力の関係は相対的なものであり、従って、犠牲層１４が存在している場合と、犠牲層１４が除去された後においても、薄膜振動体２を構成している複数の薄膜の膜応力の相対的な関係は同様のまま維持されることとなる。よって、Ｓｉ基板上において測定された膜応力に基づく各薄膜間の膜応力の関係は、犠牲層１４が除去された薄膜振動体２においても、同様の膜応力の関係となる。
【００８４】
なお、図６では、引っ張り膜１０，１１が設けられている部分、すなわち薄膜振動体２の第１の辺２ａ及び第２の辺２ｂの近傍では、複数の薄膜が第１，第２の支持部１２，１３側に近づくように傾斜している。しかしながら、実際には、図１に示したように、薄膜振動体２が構成されている部分では、複数の薄膜は支持部１２，１３近傍において傾斜しておらず、図１の一点鎖線で示すように、支持部１２，１３が薄膜振動体２を構成している薄膜積層部分の側方に傾斜して連なっている。図６では、犠牲層１４を用いた製造方法を図示する関係上、引っ張り膜１０，１１の下方において既に圧電薄膜６などがあたかも傾斜されるように図示されているだけである。実際には、図１に一点鎖線で示すように、傾斜している支持部が薄膜振動体の側方に連ねられている。
【００８５】
なお、上記製造方法では、犠牲層１４はＺｎＯにより形成されていたが、ＺｎＯ以外に、溶剤やエネルギーの付与で除去され得る適宜の材料で犠牲層を形成することができる。このような犠牲層１４を形成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、有機材料などを挙げることができる。
【００８６】
また、犠牲層１４をウェットエッチングにより除去する際に用いる溶剤としては、犠牲層がＺｎＯの場合には、酢酸、硝酸などを用いることができ、犠牲層を構成する材料に応じて適宜の溶剤を用いることができる。
【００８７】
本実施形態の圧電薄膜振動装置１では、上記のように、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４及び中央部分が、第１，第２の支持部１２，１３よりも上方に位置するように薄膜振動体２が反っているため、薄膜振動体２が支持基板３に接触し難く、従って目的とする振動特性や電気的特性を確実に得ることができる。
【００８８】
加えて、上記圧電薄膜６は、ＡｌＮからなり、負の周波数温度係数ＴＣＦを有する。これに対して、上記ＳｉＯ２からなる温度特性調整膜４，９は、正の周波数温度係数ＴＣＦを有する。従って、ＡｌＮからなる圧電薄膜と、ＳｉＯ２からなる温度特性調整膜４，９との組み合わせにより、温度変化による特性の変化を小さくすることが可能となる。
【００８９】
本実施形態では、圧電薄膜６の上方に温度特性調整膜９が、下方位置に温度特性調整膜４が配置されている。もっとも、本発明においては、温度特性調整膜は、圧電薄膜の上方位置または下方位置の一方にのみ配置されていてもよい。
【００９０】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の要部である薄膜振動体を部分模式的に示す断面図であり、第１の実施形態について示した図１に相当する図である。
【００９１】
第２の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体４１では、下から順に温度特性調整膜４２、第１の励振電極４３、圧電薄膜４４、第２の励振電極４５、温度特性調整膜４６、応力調整膜４７、温度特性調整膜４８及び引っ張り膜４９，５０が積層されている。各膜の材料、厚み、及び膜応力は以下の通りである。
【００９２】
引っ張り膜４９，５０：ＡｌＮ、膜厚０．８μｍ、膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【００９３】
温度特性調整膜４８：ＳｉＯ２、膜厚３．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【００９４】
応力調整膜４７：ＡｌＮ、膜０．８μｍ、膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【００９５】
温度特性調整膜４６：ＳｉＯ２、膜厚２．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【００９６】
第２の励振電極４５：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【００９７】
圧電薄膜４４：ＡｌＮ、膜厚１．６μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−８０ＭＰａ。
【００９８】
第１の励振電極４３：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【００９９】
温度特性調整膜４２：ＳｉＯ２、膜厚０．１μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【０１００】
このように、薄膜振動体の積層形態は、第１の実施形態のものに限らず、温度特性調整膜や応力調整膜を適宜積層することにより、温度特性や薄膜積層体の反りの大きさを調整することが可能である。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、引っ張り膜４９，５０が第１，第２の辺に沿う前述した第１，第２のストライプ領域に設けられているので、第１，第２の辺においては、第１，第２の支持部が連ねられる部分が最も下方に位置するように薄膜振動体が下方に凸となるように反ることとなる。
【０１０１】
また、本実施形態においても、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係による内部応力が、上記応力調整膜４７を含む各薄膜が上記のように積層されているので、薄膜振動体を厚み方向に上方部分と下方部分とに区別した場合、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係による内部応力が上方部分に比べて、下方部分が相対的に小さくされている。よって、第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、中央が上方に位置し、第１，第２の支持部が最も下方に位置するように反るように設定されている。
【０１０２】
従って、本実施形態においても、薄膜振動体を支持基板に第１，第２の支持部により確実に固定し支持することができるだけでなく、薄膜振動体の支持基板への所望でない接触を確実に防止することができる。
【０１０３】
また、第２の実施形態では、上記温度特性調整膜４２，４６，４８が積層されている。すなわち、温度特性調整膜４２，４６，４８が、いずれもＳｉＯ２からなり、正の周波数温度係数ＴＣＦを有する。従って、温度特性調整膜４２，４６，４８の周波数温度係数ＴＣＦと、ＡｌＮからなる圧電薄膜４４の周波数温度係数ＴＣＦとが相殺される。よって、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。
【０１０４】
また、本実施形態においても、温度特性調整膜が配置されているため、温度変化による特性変化の少ない圧電薄膜振動装置を提供することができる。
【０１０５】
図９は、本発明の第３の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図である。
【０１０６】
第３の実施形態では、薄膜振動体５１は、下方から第１の励振電極５２、圧電薄膜５３、第２の励振電極５４、温度特性調整膜５５及び引っ張り膜５６，５７を積層した構造を有する。各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りである。
【０１０７】
引っ張り膜５６，５７：ＡｌＮ、膜厚０．８μｍ、膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【０１０８】
温度特性調整膜５５：ＳｉＯ２、膜厚５．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【０１０９】
第２の励振電極５４：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【０１１０】
圧電薄膜５３：ＡｌＮ、膜厚１．６μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−８０ＭＰａ。
【０１１１】
第１の励振電極５２：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【０１１２】
第３の実施形態では、圧電薄膜５３と第１，第２の励振電極５２，５４とが積層されている積層体に、１層の温度特性調整膜５５と、上記引っ張り膜５６，５７のみが積層されている。この場合においても、引っ張り膜５６，５７が、第１，第２の辺に沿う、第１，第２のストライプ領域に設けられているので、第１の実施形態の場合と同様に、第１，第２の支持部が第１，第２の辺において最も下方に位置するように薄膜振動体５３は、第１，第２の辺において、第１，第２の支持部が設けられている部分が最も下方となるように、下方に凸になるように反ることとなる。
【０１１３】
本実施形態においても、第１，第２のストライプ領域間では、複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、第１，第２の支持部を結ぶ方向において上方に反るように設定されている。従って、本実施形態においても、薄膜振動体は、第１，第２の支持部を結ぶ方向中央が上方に凸に反ることとなる。
【０１１４】
従って、本実施形態においても、薄膜振動体５１のコーナー部分が支持基板に接触し難い。加えて、温度特性調整膜５５の存在により、温度変化による特性の変化も小さくされ得る。
【０１１５】
図１０は、第４の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図である。第４の実施形態では、薄膜振動体６１は、第３の実施形態と薄膜の積層数は同一である。もっとも、各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りとなる。
【０１１６】
引っ張り膜６６，６７：Ｐｔ、膜厚０．８μｍ、蒸着により形成された薄膜であり、その膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【０１１７】
温度特性調整膜６５：ＳｉＯ２、膜厚５．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【０１１８】
第１，第２の励振電極６２，６４：それぞれＰｔからなり、膜厚０．１μｍ。
【０１１９】
圧電薄膜６３：ＺｎＯからなり、膜厚１．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−５０ＭＰａ。
【０１２０】
第４の実施形態においても、Ｐｔからなる第１，第２の励振電極６２，６４及び引っ張り膜６６，６７が蒸着により形成されていることを除いては、残りの薄膜はスパッタリングにより形成されている。そして、本実施形態においても、引っ張り膜６６，６７の膜応力及びＳｉＯ２からなる温度特性調整膜６５、及び圧電薄膜６４の膜応力が上記の値とされているため、第３の実施形態の場合と同様に、第１，第２の辺において、第１，第２の支持部が最も下方に位置するように、かつ第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、第１，第２の支持部が最も下方に、すなわち中央が上方になるように圧電薄膜振動体６１が反ることとなる。従って、コーナー部分の支持基板への接触を確実に防止することができる。
【０１２１】
上記第１の実施形態〜第４の実施形態から明らかなように、本発明においては、薄膜振動体を構成する薄膜の積層数、薄膜の材料、膜厚及び膜応力を適宜調整すればよく、それによって、薄膜振動体を、図２（ｂ）に示したように反らせ、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４の支持基板への接触を確実にかつ容易に防止することができる。
【０１２２】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体の模式的断面図及び該圧電薄膜振動装置の模式的平面図である。
【０１２３】
第５の実施形態では、薄膜振動体７１は、下方から第１の励振電極７２、圧電薄膜７３、第２の励振電極７４、引っ張り膜７５及び温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜７６を積層した構造を有する。ここでは、第１の励振電極７２、圧電薄膜７３、第２の励振電極７４及び引っ張り膜７５は、矩形形状の薄膜振動体７１の矩形の全領域に至るように形成されている。薄膜振動体７１の平面形状は矩形形状であり、第１，第２の辺７１ａ，７１ｂは、短辺方向に延びる一対の辺である。これに対して、温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜７６は、第１の辺７１ａ及び第２の辺７１ｂと第１，第２のストライプ状領域Ｇ，Ｇを隔てて中央領域にのみ形成されている。もっとも、応力調整膜７６は、矩形形状の薄膜振動体７１の幅方向、すなわち短辺方向の全幅に至るようには形成されている。
【０１２４】
言い換えれば、第１〜第４の実施形態において設けられていた引っ張り膜が設けられている第１，第２のストライプ状の領域には、引っ張り膜が形成されず、該引っ張り膜が形成されていた第１，第２のストライプ状の領域間の中央領域に、圧縮応力を有する応力調整膜７６が設けられている。
【０１２５】
従って、第１，第２の辺７１ａ，７１ｂに沿うストライプ状の領域においては、引っ張り膜７５の上方に応力調整膜７６は存在しない。
【０１２６】
各薄膜の材料、膜厚及び膜応力は以下の通りである。
【０１２７】
応力調整膜７６：ＳｉＯ２、膜厚５．０μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−１８０ＭＰａ。
【０１２８】
引っ張り膜７５：ＡｌＮ、膜厚０．８μｍ、膜応力は引っ張り応力であり、値は１００ＭＰａ。
【０１２９】
第２の励振電極７４：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【０１３０】
圧電薄膜７３：ＡｌＮ、膜厚１．６μｍ、膜応力は圧縮応力であり、値は−８０ＭＰａ。
【０１３１】
第１の励振電極７２：Ｐｔ、膜厚０．１μｍ。
【０１３２】
本実施形態においても、膜厚０．１μｍのＰｔからなる第１，第２の励振電極の膜応力は、厚みが薄いため、無視することができる。
【０１３３】
本実施形態では、上記膜応力の圧電薄膜７３、引っ張り膜７４及び応力調整膜７６が積層されており、全面に形成されている引っ張り膜７４上においては、第１，第２の辺７１ａ，７１ｂに沿うストライプ状の領域Ｇ，Ｇ上に応力調整膜７６が存在しない。
【０１３４】
従って、本実施形態では、ＡｌＮからなる引っ張り膜７４の挙動は、ＳｉＯ２からなる大きな厚みの応力調整膜７６が存在する中央部分と、存在しない第１，第２のストライプ状領域とで異なることとなる。
【０１３５】
より具体的には、中央領域では、薄膜振動体を厚み方向に二分した場合の上方部分における膜応力の総和は圧縮応力となる。すなわち、薄膜振動体を構成している複数の薄膜の膜応力及び膜厚の関係が、前述した第１，第２の実施形態と同様に、第１，第２の支持部を結ぶ方向において中央が上方に凸になるように設定されている。よって、薄膜振動体は、第１，第２の支持部を結ぶ方向においては、中央が上方に凸に反ることとなる。
【０１３６】
他方、第１，第２のストライプ領域では、上記引っ張り膜７４と、圧電薄膜７３とを含む積層体における膜応力及び膜厚の関係により、薄膜振動体７１の第１，第２の辺７１ａ，７１ｂの中央は下方に凸に反ることとなる。
【０１３７】
従って、本実施形態においても、薄膜振動体７１のコーナー部分及び中央部分の支持基板３への接触を確実に防止することができる。
【０１３８】
また、本実施形態においては、温度特性調整膜を兼ねる応力調整膜７６の存在により、温度変化による特性の変化を小さくすることができる。
【０１３９】
なお、図１に示した薄膜振動体２では、薄膜振動体の側面において、各薄膜の位置が揃えられていたが、本発明においては、例えば、第４の実施形態のように、薄膜振動体の側面において、各薄膜の位置は揃っていなくともよい。このような薄膜振動体の側面における薄膜の位置が揃っていない他の変形例を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）に示す変形例では、薄膜振動体２の側面における薄膜の位置が揃っていないことを除いては、第１の実施形態の薄膜振動体２と同様である。
【０１４０】
なお、図１２（ａ）に示す変形例では、第１の励振電極５上に圧電薄膜６が積層されており、第２の励振電極７は、その外側端縁が、第１の励振電極よりも内側に位置するように形成されていた。このように、本発明においては、第１，第２の励振電極５，７は、その外側端縁が異なる位置に存在していてもよい。
【０１４１】
図１２（ｂ）に示すように、第１の励振電極５が、第２の励振電極７よりも外側端縁が内側に位置するように設けられていてもよい。逆に、図１２（ｃ）に示すように、第２の励振電極７の外側端縁よりも、圧電薄膜６の下面に形成された第２の励振電極７の外側端縁よりも、圧電薄膜６の下面に形成された第１の励振電極５の外側端縁が外側に至っていてもよい。
【０１４２】
もっとも、図１２（ｂ）に示した変形例よりも、図１２（ｃ）に示した変形例が好ましい。これは、薄膜振動体を形成するに際し、第１の励振電極５を形成した後、圧電薄膜６を積層し、第２の励振電極７が形成される。図１２（ｂ）では、第１の励振電極５の厚みにより、矢印Ｑで示す段差が圧電薄膜６に生じることとなる。そして、この段差Ｑにおいて、上方の第２の励振電極７と、第１の励振電極５との間に電圧が印加されることになり、段差Ｑにおいて、圧電薄膜６にクラックが生じたり、圧電特性が変化することがあった。
【０１４３】
これに対して、図１２（ｃ）に示す構造では、第１の励振電極５を製膜した後に、圧電薄膜６を形成すると、段差Ｑが生じるものの、第２の励振電極７の外側端縁が、第１の励振電極５の外側端縁よりも内側に位置しているので、第１，第２の励振電極５，７間に電圧が印加されたとしても、段差Ｑにおいて電圧が印加され難い。従って、段差Ｑにおいてクラックが生じ難く、また圧電特性の劣化を生じ難い。
【０１４４】
よって、本発明の圧電薄膜振動装置の製造方法においても、好ましくは、第１の励振電極５及び圧電薄膜６を形成した後に、第２の励振電極７の外側端縁が第１の励振電極５の外側端縁の内側に位置するように第２の励振電極７を形成することが望ましい。
【０１４５】
また、図１３は、本発明の圧電薄膜振動装置を製品化した際のパッケージ構造の一例を示す模式的正面断面図である。パッケージ構造８１では、圧電薄膜振動装置１上に、Ｓｉ、ガラス、誘電体セラミックス、有機材料、または金属等からなるケース基板８２がバンプ８３ａ〜８３ｄを用いて接合されている。この場合、ケース基板８２の下面と、圧電薄膜振動装置１の薄膜振動体２の上面との間に十分な隙間を設けることが必要である。さもなければ、薄膜振動体２が、ケース基板８２の下面に接触することとなる。
【０１４６】
他方、第１の実施形態の薄膜振動体２では、前述したように、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４が支持部に連ねられている部分よりも上方に位置している。従って、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４と、ケース基板８２の下面との接触を確実に防止するには、コーナー部分Ｃ１〜Ｃ４を丸めておくことが望ましい。
【０１４７】
なお、上述してきた各実施形態及び変形例では、圧電薄膜としてＡｌＮを用いたが、ＡｌＮに限らず、様々な他の圧電材料からなる圧電薄膜を用いることができる。
【０１４８】
また、電極材料についてもＰｔに限らず、Ａｕ、Ｃｕまたはこれらの合金などの適宜の金属材料を用いることができる。
【０１４９】
さらに、温度特性調整膜についても、ＳｉＯ２に限らず、圧電薄膜の周波数温度係数ＴＣＦと極性や大きさが異なる適宜の材料からなる薄膜を用いることができる。
【０１５０】
また、上記引っ張り膜を構成する材料についても、ＡｌＮに限らず、Ｃｕ、Ａｕなどの適宜の無機材料や有機材料を用いることができる。
【０１５１】
また、応力緩和膜についても、同様に、ＡｌＮの他、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの適宜の無機材料や有機材料を用いることができる。
【０１５２】
さらに、上述した第１〜第５の実施形態では、各薄膜は主にスパッタリングにより形成したが、ＰＶＤやＣＶＤなどの適宜の蒸着法、あるいはイオンプレーティングなどにより形成されてもよい。そして、薄膜の製膜条件を変更することにより、上記実施形態と同様に、膜応力を適宜調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す断面図であり、図２（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態における圧電薄膜振動装置の模式的平面図、（ｂ）は、薄膜振動体が反っている状態を示す模式的斜視図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造方法を説明するための各模式的正面断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造工程を説明するための各模式的正面断面図。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の製造工程を説明するための正面断面図であり、（ｂ）は、その模式的平面図。
【図６】第１の実施形態の圧電薄膜振動装置の正面断面図。
【図７】（ａ）は、基板上に薄膜が成膜され、薄膜の膜応力が引っ張り応力である場合の反りの状態を示す模式的正面図、（ｂ）は、薄膜の膜応力が圧縮応力である場合の反りの状態を示す模式的正面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る圧電薄膜振動装置の薄膜振動体を模式的に示す正面断面図及び該圧電薄膜振動装置の模式的平面図。
【図１２】（ａ）は第１の実施形態における圧電薄膜振動装置の薄膜振動体の変形例を示す模式的正面断面図、（ｂ）及び（ｃ）は、第１の実施形態における圧電薄膜振動装置の振動体のさらに他の変形例を説明するための各部分切欠正面断面図。
【図１３】第１の実施形態の圧電薄膜振動装置を含むパッケージ構造を示す模式的正面断面図。
【図１４】従来の圧電薄膜振動装置を示す斜視図。
【図１５】従来の圧電薄膜共振子の一例を示す模式的正面断面図。
【図１６】従来の圧電薄膜共振子の一例の問題点を示すための略図的斜視図。
【符号の説明】
【０１５４】
１…圧電薄膜振動装置
２…薄膜振動体
２ａ，２ｂ…第１，第２の辺
３…支持基板
４…温度特性調整膜
５…第１の励振電極
６…圧電薄膜
７…第２の励振電極
８…応力緩和膜
９…温度特性調整膜
１０，１１…引っ張り膜
１２，１３…第１，第２の支持部
１４…犠牲層
２１…基板
２２…薄膜
２３…薄膜
４１…薄膜振動体
４２…温度特性調整膜
４３…第１の励振電極
４４…圧電薄膜
４５…第２の励振電極
４６…温度特性調整膜
４７…応力調整膜
４８…温度特性調整膜
４９，５０…引っ張り膜
５１…薄膜振動体
５２…第１の励振電極
５３…圧電薄膜
５４…第２の励振電極
５５…温度特性調整膜
５６，５７…引っ張り膜
６１…薄膜振動体
６２…第１の励振電極
６３…圧電薄膜
６４…第２の励振電極
６５…温度特性調整膜
６６，６７…引っ張り膜
７１…薄膜振動体
７２…第１の励振電極
７３…圧電薄膜
７４…第２の励振電極
７５…引っ張り膜
７６…応力調整膜
８１…パッケージ構造
８２…ケース基板
８３ａ〜８３ｄ…バンプ
Ｇ，Ｇ…ストライプ状の領域
【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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