(57)【要約】【課題】共振部からの振動エネルギーの散逸を抑制することが可能な圧電薄膜共振器およびフィルタを提供すること。【解決手段】本発明は、基板（４１）の空隙（４６）上に設けられた下部電極（４３）と、下部電極（４３）上に設けられた圧電膜（４４）と、圧電膜（４４）を挟み下部電極（４３）と対向する共振部（４７）を有するように圧電膜（４４）上に設けられた上部電極（４５）と、を具備し、下部電極（４３）および上部電極（４５）の少なくとも一方は、空隙（４６）上に共振部（４７）から信号を引き出すための配線部（４８）を有し、下部電極（４３）および上部電極（４５）の少なくとも一方は、配線部（４８）における圧電膜（４４）に接する単位面積当たりの質量が共振部（４７）における単位面積あたりの質量より小さい圧電薄膜共振器およびフィルタである。【選択図】図４
2008109414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の空隙上または基板との間に空隙が形成されるように設けられた下部電極と、
該下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する共振部を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、を具備し、
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記空隙上に前記共振部から信号を引き出すための配線部を有し、
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部における前記圧電膜に接する単位面積当たりの質量が前記共振部における単位面積あたりの質量より小さいことを特徴とする圧電薄膜共振器。
【請求項２】
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方の前記配線部の少なくとも一部の領域の膜厚は前記共振部の膜厚より小さいことを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項３】
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方の前記配線部の少なくとも一部の領域の密度は前記共振部の密度より小さいことを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項４】
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部に開口部を有することを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項５】
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部の少なくとも一部の領域において前記圧電膜と空間を挟み形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項６】
前記圧電膜は（００２）方向を主軸とする配向性を有するＡｌＮまたはＺｎＯであることを特徴とする請求項５記載の圧電薄膜共振器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を有するフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜共振器およびフィルタに関し、特に、圧電膜を挟み上部電極と下部電極とが対向する共振部下に空隙を有する圧電薄膜共振器およびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振器およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体と表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタが使用されてきたが、最近では、特に高周波での特性が良好で、かつ小型化とモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振器およびこれを用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
【０００３】
このような圧電薄膜共振器の一つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプの共振器が知られている。ＦＢＡＲは、基板上に、上部電極と圧電膜と下部電極との積層構造体（複合膜）を有し、上部電極と下部電極とが対向する部分の下部電極下には振動エネルギーの基板への散逸を防ぐためバイアホールあるいはキャビティ（空隙）を有している。なお、下部電極下に誘電体膜を介し空隙が形成されることもある。バイアホールは素子基板として用いられる例えばＳｉ基板を裏面からエッチングすることで形成され、キャビティは基板表面の犠牲層パターン上に複合膜等の共振子を形成し、最後に犠牲層を除去することにより形成される。空隙としてバイアホールおよびキャビティを有する圧電薄膜共振器を以下ではそれぞれバイアホールタイプおよびキャビティタイプと呼ぶ。
【０００４】
上部電極と下部電極との間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極とに挟まれた圧電膜内部に、逆圧電効果によって励振される弾性波や圧電効果に起因する歪によって生じる弾性波が発生する。そして、これらの弾性波が電気信号に変換される。このような弾性波は、上部電極および下部電極がそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向に主変位をもつ厚み縦振動波となる。この素子構造では、空隙上に形成された上部電極、圧電膜および下部電極からなる積層構造体の合計膜厚Ｈが、弾性波の１／２波長の整数倍（ｎ倍）になる周波数において共振が起こる。弾性波の伝搬速度Ｖは材料によって決まり、共振周波数ＦはＦ＝ｎＶ／２Ｈで与えられる。このような共振現象を利用すると膜厚をパラメータとして共振周波数を制御することが可能であり、所望の周波数特性を有する共振器やフィルタを作製することができる。
【０００５】
上部電極および下部電極としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料あるいはこれらの金属を組み合わせた積層材料を用いることができる。また、圧電膜としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）などを用いることができる。特に、成膜時に（００２）方向に配向軸をもつ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）は圧電膜に好ましい。基板としては、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などを用いることができる。
【０００６】
図１は、非特許文献１に開示されているバイアホールタイプの圧電薄膜共振器（を説明するための断面図である。図１を参照に、熱酸化膜（ＳｉＯ２）１２を有する（１００）Ｓｉ基板１１上に、下部電極１３としてＡｕ−Ｃｒ膜、圧電膜１４としてＺｎＯ膜および上部電極１５としてＡｌ膜が積層構造体を形成している。そして、積層構造体の下方には空隙（バイアホール）１６が形成されている。空隙１６は、（１００）Ｓｉ基板１１の裏面側から、ＫＯＨ水溶液あるいはＥＤＰ水溶液（エチレンジアミンとピロカテコールと水の混合液）を用いた異方性エッチングを用い形成さてれている。
【０００７】
図２は、特許文献１に開示されているキャビティタイプの圧電薄膜共振器を説明するための断面図である。図２を参照に、熱酸化膜（ＳｉＯ２）２２を有する基板２１上に、下部電極２３、圧電膜２４および上部電極２５が形成される積層構造体が設けられている。積層構造体の下方には空隙（キャビティ）２６が形成されている。空隙２６は、基板２１上に、予めアイランド（島）状のＺｎＯの犠牲層パターンを形成しておき、犠牲層パターン上に積層構造体を形成し、積層構造体の下方にある犠牲層を例えば酸等のエッチング液で除去することにより形成される。
【０００８】
これらの圧電薄膜共振器において、圧電膜１４、２４を挟み下部電極１３、２３と上部電極１５、２５とが対向する領域が共振部である。振動エネルギーを共振部内に閉じ込めることによって、高いクオリティファクタＱが実現される。例えば特許文献２には、図３（ａ）から図３(ｃ)を参照に、空隙３６を有する基板３１上に形成された共振部３７周辺の振動媒体（下部電極３３、圧電膜３４および上部電極３５）を除去することにより高いクオリティファクタＱを得る技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−１８９３０７号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８９９３号公報
【非特許文献１】Electron. Lett., １９８１年、１７巻、５０７−５０９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に係る共振器においても、共振部３７の上部電極３５ａから信号を引き出すための配線部３８の上部電極３５ｂおよび上部電極３５ｂ下の圧電膜３４を伝って振動エネルギーが周辺部に散逸してしまう。これによりクオリティファクタＱが低下してしまう。配線部３８の圧電膜３４を除去することにより、共振部３７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。しかしながら、配線部３８の圧電膜３４を除去する場合、圧電薄膜共振器の製造工程が複雑なものとなってしまう。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な製造工程を用い、共振部からの振動エネルギーの散逸を抑制することが可能な圧電薄膜共振器およびフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板の空隙上または基板との間に空隙が形成されるように設けられた下部電極と、該下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する共振部を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、を具備し、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記空隙上に前記共振部から信号を引き出すための配線部を有し、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部における前記圧電膜に接する単位面積当たりの質量が前記共振部における単位面積あたりの質量より小さいことを特徴とする圧電薄膜共振器である。本発明によれば、簡単な製造工程を用い、共振部からの振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【００１３】
上記構成において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方の前記配線部の少なくとも一部の領域の膜厚は前記共振部の膜厚より小さい構成とすることができる。また、上記構成において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方の前記配線部の少なくとも一部の領域の密度は前記共振部の密度より小さい構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部に開口部を有する構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は、前記配線部の少なくとも一部の領域において前記圧電膜と空間を挟み形成されている構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記圧電膜は（００２）方向を主軸とする配向性を有するＡｌＮまたはＺｎＯである構成とすることができる。この構成によれば、良好な共振特性を有する圧電薄膜共振器を提供することができる。
【００１５】
本発明は上記構成の圧電薄膜共振器を有するフィルタである。本発明によれば、簡単な製造工程を用い、共振部からの振動エネルギーの散逸を抑制することができる。よって、高性能なフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単な製造工程を用い、共振部からの振動エネルギーの散逸を抑制することが可能な圧電薄膜共振器およびフィルタ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】
【００１７】
以下、図面を参照に本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図４（ａ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照に、空隙４６を有するシリコン基板４１上にＲｕからなる下部電極４３、下部電極４３上にＡｌＮからなる圧電膜４４、圧電膜４４上にＲｕからなる上部電極４５がそれぞれ設けられている。圧電膜４４を挟み下部電極４３と上部電極４５とが対向する領域が共振部４７である。下部電極４３および上部電極４５は、空隙４６上に共振部４７から信号を引き出すための配線部４８を有している。配線部４８の上部電極４５ｂの膜厚ｔ２は共振部４７の上部電極４５ａの膜厚ｔ１より薄い。下部電極４３の厚さは約２５０ｎｍ、圧電膜４４の厚さは約１μｍ、共振部４７の上部電極４５ａの厚さは約２５０ｎｍ、配線部４８の上部電極４５ｂの厚さは約７５ｎｍである。共振部４７の大きさは例えば５０〜２００μｍ、配線部４８は例えば１〜２０μｍとすることができる。
【００１９】
次に、実施例１の製造方法について説明する。図５（ａ）から図７（ｂ）は、断面の模式図である。図５（ａ）を参照に、（１００）カットのＳｉからなる基板４１を準備する。図５（ｂ）を参照に、基板４１上に、Ｒｕからなり膜厚が約２５０ｎｍの下部電極４３を０．６〜１．２ＰａのＡｒガス雰囲気中のスパッタリングで形成する。図５(ｃ)を参照に、露光技術とエッリング技術を用い、下部電極４３を所定の形状とする。図５（ｄ）を参照に、下部電極４３および基板４１上に、（００２）方向を主軸とするＡｌＮ膜からなり膜厚が約１μｍの圧電膜４４を、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ２混合ガス雰囲気中のスパッタリングで形成する。
【００２０】
図６（ｅ）を参照に、圧電膜４４上に、Ｒｕからなり膜厚が約２５０ｎｍの上部電極４３を０．６〜１．２ＰａのＡｒガス雰囲気中のスパッタリングで形成する。図６（ｆ）を参照に、露光技術とエッチング技術を用い、上部電極４５を所定の形状とする。圧電膜４４を挟み下部電極４３と上部電極４５とが重なる領域が共振部４７である。図６（ｇ）を参照に、共振部４７以外の上部電極４３をエッチングし、厚さを約７５ｎｍとする。
【００２１】
図７（ｈ）を参照に、露光技術とエッチング技術を用い圧電膜４４を所定の形状とする。図７（ｉ）を参照に、基板４１を背面からドライエッチングし、共振部４７を含むように基板４１に空隙４６を形成する。これにより、共振部４７の周辺の空隙４６上の下部電極４３および上部電極４５が、共振部４７から信号を引き出すための配線部４８となる。
【００２２】
図５（ａ）において、基板４１は、実施例１で用いたＳｉ基板以外にも例えば石英基板、ガラス基板、ＧａＡｓ基板等を用いることができる。図５（ｂ）および図６（ｅ）において、下部電極４３および上部電極４５としては、実施例１で用いたＲｕ以外にも背景技術において例示した金属を用いることができる。
【００２３】
図８に実施例１と測定を比較する比較例１の断面を模式的に示す。図８を参照に、比較例１に係る圧電薄膜共振器は上部電極４５の膜厚が共振部４７および配線部４８とも約２５０ｎｍであり、同じである。その他の構成は実施例１と同じである。
【００２４】
比較例１および実施例１に係る圧電薄膜共振器についてインピーダンスを測定した。なお、測定した圧電薄膜共振器の共振部４７の大きさは約６２μｍ×８７μｍ、配線部４８の長さは約２μｍである。図９（ａ）および図９（ｂ）は比較例１に係る圧電薄膜共振器の周波数に対するインピーダンスのそれぞれ大きさ｜Ｚ｜および角度∠Ｚを示している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の周波数に対するインピーダンスのそれぞれ大きさおよび角度を示している。図９（ａ）を参照に、比較例１においては、共振周波数のクオリティファクタＱｒは８２４に対し反共振周波数のクオリティファクタＱａは１５３と小さい。一方、図１０（ａ）を参照に、実施例１においては、共振周波数のＱｒは８２６、反共振周波数のＱａは７６２である。このように、実施例１は比較例１に対し、｜Ｚ｜のＱａが改善している。これにともない、図９（ｂ）および図１０（ｂ）を参照に、比較例１に対し実施例１の反共振周波数の∠Ｚの変化が急峻になっている。以上のように、実施例１によれば、反共振周波数のクオリティファクタＱａを改善することができた。
【００２５】
実施例１において、反共振周波数のクオリティファクタＱａが改善した理由を以下に説明する。比較例１および実施例１について、弾性波の振動モードの分散特性を計算した。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は比較例１のそれぞれ共振部４７および配線部４８における弾性波の振動モードの分散特性を示す模式図である。縦軸は励振周波数、横軸は各振動モードの横方向への振動の伝搬定数を波数（ｋ）で示している。横軸は２つの象限を示しており、右側が実数域、左側が虚数域を示している。振動モードの伝搬定数が実数域にある周波数の弾性波は伝搬または散逸することを示し、虚数域にある周波数の弾性波は反射し伝搬または散逸しないことを示している。
【００２６】
図１１（ａ）を参照に、共振部４７において、伝搬定数が実数域と虚数域の間の０となる点Ａの周波数が共振周波数である。一方、反共振周波数は点Ａ´である。図１１(ｂ）を参照に、配線部４８においては、下部電極４３が設けられていないため分散特性が共振部４７と若干異なっており、共振部４７の共振周波数近傍の弾性波の伝搬定数は実数域のＣにある。よって、共振部４７で共振した弾性波の振動エネルギーは配線部４８を介し周辺に散逸してしまう。このため、クオリティファクタＱは低下する。
【００２７】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は実施例１のそれぞれ共振部４７および配線部４８における弾性波の振動モードを示す模式図である。図１２（ａ）を参照に、共振部４７の分散特性は比較例１の図１１（ａ）と同じである。図１２（ｂ）を参照に、配線部４８においては、上部電極４５の膜厚が共振部４７に比べ薄い。このため、下側の振動モードの分散特性が高周波側にまで及ぶ。つまり、実施例１は比較例１に比べ遮断周波数Ｂ点が高周波側となる。遮断周波数Ｂが共振周波数Ａより高周波側になると、共振部４７の共振周波数近傍の弾性波の伝搬定数は虚数域Ｄとなる。よって、共振部４７で共振した弾性波の振動エネルギーは配線部４８で反射され周辺に散逸しない。このため、クオリティファクタＱの低下を抑制することができる。
【００２８】
図１１（ａ）および図１２（ａ）の共振周波数Ａ点においては、角周波数ωＡは数式１の関係がある。
【数１】
2008109414.tif 000003
【００２９】
一方、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）の遮断周波数Ｂ点において、角周波数ωＢは数式２の関係がある。
【数２】
2008109414.tif 000004
【００３０】
数式１、数式２において、ｈは圧電膜４４の厚さ、ρは圧電膜４４の密度、ｃ３３、ｃ４４は圧電膜４４のスティフネス、ｅ３３は圧電膜４４の圧電係数、ε３３は圧電膜４４の誘電率である。また、Ｍ´、Ｍ´´はそれぞれ共振部４７および配線部４８において、圧電膜４４に負荷される単位面積当たりの下部電極４３および上部電極４５の質量である。上部電極４５が単層の場合、上部電極４５の密度ρ´とし、共振部４７での上部電極４５ａの膜厚をｔ１、配線部３８での上部電極４５ｂの膜厚をｔ２とする。このときＭ´＝ρ´ｔ１、Ｍ´´＝ρ´ｔ２となる。
【００３１】
前述のように、クオリティファクタＱの低下を抑制するためには、共振周波数Ａ点より遮断周波数Ｂ点が高周波側にあること、つまりωＡ＜ωＢが条件となる。配線部４８の上部電極４５ｂの膜厚ｔ２が共振部４７の上部電極４５ａの膜厚ｔ１より小さいことは、数式１および数式２では、Ｍ´＜Ｍ´´であることに相当する。
【００３２】
以上のように、実施例１において、配線部４８の上部電極４５ａの膜厚ｔ２が共振部４７の上部電極４５ｂの膜厚ｔ１より小さい場合にＱが改善した理由は、上部電極４５の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が上部電極４５の共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいことによる。このような構成より、簡単な製造工程を用い共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができ、クオリティファクタＱの低下を抑制することができる。なお、配線部４８の少なくとも一部の領域における上部電極４５ａの圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量が共振部４７における単位面積当たりの質量より小さければ、上記効果を奏する。
【実施例２】
【００３３】
図１３を参照に、実施例２に係る圧電薄膜共振器においては、実施例１のように基板４１には空隙は形成されておらず、共振部４７の下部電極４３は基板４１との間に空隙４６ａが形成されるように設けられている。空隙４６ａはドーム上に設けられている。その他の構成は実施例１の図４（ｂ）と同じであり説明を省略する。実施例２においても、上部電極４５の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいため、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【実施例３】
【００３４】
図１４を参照に、実施例３に係る圧電薄膜共振器は、上部電極４５の膜厚は共振部４７と配線部４８とで同じであり、配線部４８における下部電極４３ｂが共振部４７における下部電極４３ａより薄い。その他の構成は実施例１の図４（ｂ）と同じである。実施例１および実施例３のように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいければ、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【実施例４】
【００３５】
図１５を参照に、実施例４に係る圧電薄膜共振器は、配線部４８の下部電極４３ｂは、共振部４７に比べ密度の低い材料５５を含んでいる。同様に、配線部４８の上部電極４３ａは密度の低い材料５５を含んでいる。材料５５としては例えばＡｌ（アルミニウム）を用いることができる。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８の少なくとも一部の領域の密度が共振部４７の密度より小さいことにより、上部電極４５の少なくとも一方の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【実施例５】
【００３６】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照に、実施例５に係る圧電薄膜共振器においては、上部電極４５ｂは配線部４８に開口部５０を有する。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方が配線部４８に開口部５０を有することにより、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。なお、開口部５０の大きさが弾性波の波長より小さい場合、開口部が機械振動を妨げる効果が小さくなる。よって、開口部５０の大きさｄは弾性波の波長以上であることが好ましい。
【実施例６】
【００３７】
図１７を参照に、実施例５に係る圧電薄膜共振器においては、配線部４８の上部電極４５ｂが圧電膜４４に接していない。これにより、圧電膜４４と上部電極４５との間に空間５８が形成されている。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方は、配線部４８の少なくとも一部の領域において圧電膜４４と空間５８を挟み形成されている。これにより、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部３８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【００３８】
実施例１から実施例６は、下部電極４３および上部電極４５とも共振部４７から信号を引き出す領域が空隙４６上に設けられ配線部４８を形成している。空隙４６上に設けられる配線部４８は下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方に有していれば良い。仮に、共振部と空隙４６とが一致している場合、製造時の下部電極４３、上部電極４５および空隙４６を形成する精度を考慮すると、共振部４７の一部が基板の直上に接してしまう可能性がある。そうすると、共振部４７の振動が抑制されるため、特性が劣化してしまう。よって、空隙４６は共振部を含むように形成されることが好ましい。つまり、下部電極４３および上部電極４５とも空隙４６上に配線部４８が形成されていることが好ましい。
【００３９】
さらに、下部電極４３上の配線部４８には圧電膜４４を形成しないことも考えられる。しかしながら、この場合、空隙４６上に下部電極４３のみが設けられる領域が存在することとなる。そうすると、機械的強度が低下する。よって空隙４６上には圧電膜４４が設けられていることが好ましい。
【００４０】
実施例１から実施例６において、圧電膜４４として、（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウム、または酸化亜鉛を用いることにより、良好な共振特性を有する圧電薄膜共振器を提供することができる。
【実施例７】
【００４１】
実施例７は、実施例２に係る圧電薄膜共振器が複数組み合わせて構成たフィルタの例である。図１８（ａ）は実施例７に係るフィルタの上面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ´−Ａ´断面図である。基本的な構成は実施例２の図１３と同様であり、実施例２と同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。図１８（ａ）を参照に、実施例７のフィルタは、ラダー型フィルタであり、直列腕共振器Ｓ１からＳ４が入出力パッド５２ａおよび５２ｂ間に直列に接続され、並列腕共振器Ｐ1からＰ３がグランドパッド５２ｃとの間に接続される。図１８（ｂ）を参照に、各共振器とも、共振部４７の周辺の配線部４８の上部電極４５ｂの膜厚が共振部４７の上部電極４５ａの膜厚より小さい。
【００４２】
実施例７によれば、圧電薄膜共振器のクオリティファクタＱの低下が抑制される。よって、高性能なフィルタを提供することができる。実施例７は実施例２に係る圧電薄膜共振器を有するフィルタの例であったが、実施例１、実施例３から実施例６のいずれかに係る圧電薄膜共振器を用いることもできる。また、フィルタの少なくとも１つの共振器に実施例１から実施例７いずれかの圧電薄膜共振器を用いることにより上記効果を奏するが、全ての共振器を実施例１から実施例７いずれかの圧電薄膜共振器とすることが好ましい。さらに、ラダー型フィルタ以外のフィルタに実施例１から実施例７に係る圧電薄膜共振器を用いることもできる。
【００４３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は従来例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図２】図２は従来例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図３】図３（ａ）は従来例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造工程を示す断面の模式図（その１）である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造工程を示す断面の模式図（その２）である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造工程を示す断面の模式図（その３）である。
【図８】図８は比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は比較例１の周波数に対するインピーダンスを示した図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は実施例１の周波数に対するインピーダンスを示した図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は比較例１の弾性波の分散特性を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は実施例１の弾性波の分散特性を示す模式図である。
【図１３】図１３は実施例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１４】図１４は実施例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１５】図１５は実施例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は実施例５に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１６（ｂ）は断面図である。
【図１７】図１７は実施例６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１８】図１８（ａ）は実施例７に係るフィルタの平面図、図１８（ｂ）はＡ´―Ａ´断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１、２１、３１、４１    基板
１３、２３、３３、４３    下部電極
１４、２４，３４、４４    圧電薄膜
１５、２５、３５、４５    上部電極
１６、２６、３６、４６    空隙
４７                      共振部
４８                      配線部
５０                      開口部
５８                      空間
【図１】
2008109414.tif 000005
【図２】
2008109414.tif 000006
【図３】
2008109414.tif 000007
【図４】
2008109414.tif 000008
【図５】
2008109414.tif 000009
【図６】
2008109414.tif 000010
【図７】
2008109414.tif 000011
【図８】
2008109414.tif 000012
【図９】
2008109414.tif 000013
【図１０】
2008109414.tif 000014
【図１１】
2008109414.tif 000015
【図１２】
2008109414.tif 000016
【図１３】
2008109414.tif 000017
【図１４】
2008109414.tif 000018
【図１５】
2008109414.tif 000019
【図１６】
2008109414.tif 000020
【図１７】
2008109414.tif 000021
【図１８】
2008109414.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図６（ｅ）を参照に、圧電膜４４上に、Ｒｕからなり膜厚が約２５０ｎｍの上部電極４３を０．６〜１．２ＰａのＡｒガス雰囲気中のスパッタリングで形成する。図６（ｆ）を参照に、露光技術とエッチング技術を用い、上部電極４５を所定の形状とする。圧電膜４４を挟み下部電極４３と上部電極４５とが重なる領域が共振部４７である。図６（ｇ）を参照に、共振部４７以外の上部電極４５をエッチングし、厚さを約７５ｎｍとする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
数式１、数式２において、ｈは圧電膜４４の厚さ、ρは圧電膜４４の密度、ｃ３３、ｃ４４は圧電膜４４のスティフネス、ｅ３３は圧電膜４４の圧電係数、ε３３は圧電膜４４の誘電率である。また、Ｍ´、Ｍ´´はそれぞれ共振部４７および配線部４８において、圧電膜４４に負荷される単位面積当たりの下部電極４３および上部電極４５の質量である。上部電極４５が単層の場合、上部電極４５の密度ρ´とし、共振部４７での上部電極４５ａの膜厚をｔ１、配線部４８での上部電極４５ｂの膜厚をｔ２とする。このときＭ´＝ρ´ｔ１、Ｍ´´＝ρ´ｔ２となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
以上のように、実施例１において、配線部４８の上部電極４５ａの膜厚ｔ２が共振部４７の上部電極４５ｂの膜厚ｔ１より小さい場合にＱが改善した理由は、上部電極４５の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が上部電極４５の共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいことによる。このような構成より、簡単な製造工程を用い共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができ、クオリティファクタＱの低下を抑制することができる。なお、配線部４８の少なくとも一部の領域における上部電極４５ａの圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量が共振部４７における単位面積当たりの質量より小さければ、上記効果を奏する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図１３を参照に、実施例２に係る圧電薄膜共振器においては、実施例１のように基板４１には空隙は形成されておらず、共振部４７の下部電極４３は基板４１との間に空隙４６ａが形成されるように設けられている。空隙４６ａはドーム状に設けられている。その他の構成は実施例１の図４（ｂ）と同じであり説明を省略する。実施例２においても、上部電極４５の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいため、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図１４を参照に、実施例３に係る圧電薄膜共振器は、上部電極４５の膜厚は共振部４７と配線部４８とで同じであり、配線部４８における下部電極４３ｂが共振部４７における下部電極４３ａより薄い。その他の構成は実施例１の図４（ｂ）と同じである。実施例１および実施例３のように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´が共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さいければ、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図１５を参照に、実施例４に係る圧電薄膜共振器は、配線部４８の下部電極４３ｂは、共振部４７に比べ密度の低い材料５３を含んでいる。同様に、配線部４８の上部電極４５ｂは密度の低い材料５５を含んでいる。材料５３と５５としては例えばＡｌ（アルミニウム）を用いることができる。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８の少なくとも一部の領域の密度が共振部４７の密度より小さいことにより、下部電極４３と上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照に、実施例５に係る圧電薄膜共振器においては、上部電極４５ｂは配線部４８に開口部５０を有する。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方が配線部４８に開口部５０を有することにより、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。なお、開口部５０の大きさが弾性波の波長より小さい場合、開口部が機械振動を妨げる効果が小さくなる。よって、開口部５０の大きさｄは弾性波の波長以上であることが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図１７を参照に、実施例５に係る圧電薄膜共振器においては、配線部４８の上部電極４５ｂが圧電膜４４に接していない。これにより、圧電膜４４と上部電極４５との間に空間５８が形成されている。このように、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方は、配線部４８の少なくとも一部の領域において圧電膜４４と空間５８を挟み形成されている。これにより、下部電極４３および上部電極４５の少なくとも一方の配線部４８における圧電膜４４に接する単位面積当たりの質量Ｍ´´を共振部４７における単位面積あたりの質量Ｍ´より小さくすることができる。よって、共振部４７の振動エネルギーの散逸を抑制することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
実施例７によれば、圧電薄膜共振器のクオリティファクタＱの低下が抑制される。よって、高性能なフィルタを提供することができる。実施例７は実施例２に係る圧電薄膜共振器を有するフィルタの例であったが、実施例１、実施例３から実施例６のいずれかに係る圧電薄膜共振器を用いることもできる。また、フィルタの少なくとも１つの共振器に実施例１から実施例６いずれかの圧電薄膜共振器を用いることにより上記効果を奏するが、全ての共振器を実施例１から実施例７いずれかの圧電薄膜共振器とすることが好ましい。さらに、ラダー型フィルタ以外のフィルタに実施例１から実施例６に係る圧電薄膜共振器を用いることもできる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2008109414.tif 000023
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2008109414.tif 000024
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2008109414.tif 000025
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2008109414.tif 000026
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2008109414.tif 000027