(57)【要約】【課題】圧電体共振部の振動エネルギーが、空洞部の端部で圧電体を支持する部分から基板側に散逸するのを抑制し、薄膜圧電共振器の品質係数であるＱ値を向上させる。【解決手段】本発明の薄膜圧電共振器は、圧電体膜６が下部電極５と上部電極７により挟まれた圧電体共振部１１と、前記圧電体共振部１１と空間を介して前記下部電極５側に対向配置する基板１と、前記基板１及び前記圧電体膜６よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層を少なくとも含み、前記高音響インピーダンス層を介して、前記圧電体共振部１１の端部もしくはその近傍と基板とを接続する環状構造の支持体３とを具備している。【選択図】  図２
2008301453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、前記基板上に離間し
て対向配置された積層体と、
環内に空洞部を有する環状構造に形成されて前記基板と前記圧電体共振部との間に配置さ
れ、前記空洞部上に前記圧電体共振部の大部分が配置され、少なくとも前記圧電体共振部
の端部の一部分と前記基板とを接続する部分を有する支持体と、を備え、
前記支持体のうち、前記圧電共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板及び
前記圧電体膜よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層を少
なくとも含むことを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２】
環内に空洞部を有する環状構造の基板と、
圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、且つ前記圧電体共振
部の大部分が前記基板の空洞部上に配置され、前記圧電体共振部の端部の一部分が、少な
くとも前記基板に重畳配置されて前記基板に支持される積層体と、
少なくとも前記重畳部分の間に配置されて前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続す
る支持体と、を備え、
前記支持体のうち、前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板
及び前記圧電体膜よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層
を少なくとも含むことを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項３】
前記支持体は、前記基板の内側面に沿って形成された環状構造であることを特徴とする
請求項２に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項４】
前記支持体の、前記圧電体共振部と前記基板を接続する部分は、前記高音響インピーダ
ンス層よりも音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピ
ーダンス層を有し、前記圧電体共振部から前記基板に向かって、前記高音響インピーダン
ス層と、前記低音響インピーダンス層の二段構造に形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５】
前記低音響インピーダンス層は、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコンからな
ることを特徴とする請求項４に記載の薄膜圧電共振器
【請求項６】
前記高音響インピーダンス層の厚さは、前記圧電体共振部の共振周波数以上で反共振周
波数以下である設計周波数の音響波長の４分の１の厚さを有することを特徴とする請求項
１乃至５のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項７】
前記支持体の、前記圧電体共振部と前記基板を接続する部分は、前記高音響インピーダ
ンス層よりも音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピーダンス層をさらに有
し、前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層を交互に重ねた音響ミラ
ー層からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
【請求項８】
前記高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層の各々は、前記圧電体共振
部の共振周波数以上で反共振周波数以下である設計周波数の音響波長の４分の１の厚さを
有す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】
請求項１乃至８のいずれか1項に記載の薄膜圧電共振器を用いたフィルタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜圧電共振器及びこれを用いたフィルタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線中心技術は飛躍的な発展を遂げ、さらに高速伝送を目的とした開発が続けら
れている。情報伝達量の増大とともに周波数はさらに高周波化が進み、高周波通信機器に
対して更なる小型化、軽量化の要求が強い。無線機器は一般的に高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉ
ｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を処理するＲＦ部と、ディジタル信号処理を行うベースバンド
（ＢＢ：Ｂａｓｅ  Ｂａｎｄ）部に大別される。
【０００３】
このうち、ＢＢ部は信号の変・復調をディジタル信号処理で行う部分であり、基本的に
はＬＳＩチップによって構成できるため、容易に小型化が可能である。これに対して、Ｒ
Ｆ部は高周波の信号をアナログ信号として増幅や周波数交換等を行う部分であり、ＬＳＩ
チップだけで構成するのは難しく、発振器やフィルタ等の多くの受動部品を含む複雑な構
成となる。
【０００４】
従来、移動体通信機器におけるＲＦ及びＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）フィルタとして、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  
Ｗａｖｅ）素子が一般的に使用されている。しかし、ＳＡＷ素子の共振周波数は、櫛形電
極間の距離に反比例するという関係にあり、１ＧＨｚを超える周波数領域では、櫛形電極
間の距離が１μｍ以下となり、近年求められている利用周波数の高周波数化への対応が難
しくなっている。また、ＬｉＴａＯ３等の特殊な基板を用いるために、基本的に個別部品
であり、小型化にも難点があった。
【０００５】
ＳＡＷ素子に代わり近年注目を集めている共振器として、圧電薄膜の厚み方向の縦振動
モードを利用した薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  
Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）がある。この薄膜圧電共振器はバルク超音波（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では、共
振周波数は、圧電体の音速及び膜厚によって定まり、通常１〜２μｍの膜厚で２ＧＨｚに
、また、０．４〜０．８μｍの膜厚で５ＧＨｚに対応し、数十ＧＨｚまでの高周波化が可
能である。また、Ｓｉ基板上に形成することが比較的容易であり、小型化の要求に対して
もメリットがある。
【０００６】
この種の薄膜圧電共振器としては、例えば、環内に空洞部を有する基板上に、圧電体が
下部電極及び上部電極で挟まれた圧電体共振部を配置し、圧電体共振部と基板との間にＳ
ｉＯ２などの酸化物材料やＳｉ３Ｎ４などの窒化物材料からなる空洞雛型層を設けた構造
のものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、エアブリッジ型薄膜圧電共振器と称されるもので、基板上に空洞部を介して圧電
体膜が下部電極及び上部電極で挟まれた圧電体共振部を配置し、圧電体共振部と基板との
間に窒化シリコンなどからなる支持層を設けた構造のものがある（例えば、特許文献２参
照。）。
【０００８】
しかし、上記構造の薄膜圧電共振器では、圧電体共振部と基板とを空洞雛型層、支持層
などの支持体により接続しているが、その接続部分から振動エネルギーが基板側に散逸し
てしまい、共振器の品質係数であるＱ値を劣化させる。また、このＱ値の劣化は、薄膜圧
電共振器によりバンドパスフィルタを形成した際に、帯域幅の減少、及び挿入損失の上昇
等の特性劣化を引き起こす。
【特許文献１】特開２００５−２５２８５１
【特許文献２】特開２００５−４５６９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、その目的とするところは、薄膜圧電共振器
において、圧電体共振部の振動エネルギーが、圧電体共振部と基板とを接続する部分から
基板側に散逸するのを抑制し、これにより薄膜圧電共振器の品質係数であるＱ値を向上さ
せることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による薄膜圧電共振器は、圧電体膜が下部電
極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、前記基板上に離間して対向配置された
積層体と、環内に空洞部を有する環状構造に形成されて前記基板と前記圧電体共振部との
間に配置され、前記空洞部上に前記圧電体共振部の大部分が配置され、少なくとも前記圧
電体共振部の端部の一部分と前記基板とを接続する部分を有する支持体と、を備え、前記
支持体のうち、前記圧電共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記基板及び前記
圧電体膜よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダンス層を少なく
とも含むことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の別の態様による薄膜圧電共振器は、環内に空洞部を有する環状構造の基
板と、圧電体膜が下部電極と上部電極により挟まれた圧電体共振部を有し、且つ前記圧電
体共振部の大部分が前記基板の空洞部上に配置され、前記圧電体共振部の端部の一部分が
、少なくとも前記基板に重畳配置されて前記基板に支持される積層体と、少なくとも前記
重畳部分の間に配置されて前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する支持体と、を
備え、前記支持体のうち、前記圧電体共振部の端部と前記基板とを接続する部分は、前記
基板及び前記圧電体膜よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音響インピーダン
ス層を少なくとも含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板及び圧電体膜よりも音響インピーダンスが高い材料からなる高音
響インピーダンス層を少なくとも含んだ支持体で、圧電体共振部と基板とを接続すること
により、この接続部から散逸する振動エネルギーを抑制し、薄膜圧電共振器においてＱ値
の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一般に、圧電体共振部と基板とを支持体で接続する構造の薄膜圧電共振器においては、
圧電体共振部と支持体との接続部分では、圧電体共振部１１の振動エネルギーが支持体を
伝播し、基板に向かって散逸してしまうとともに、圧電体共振部がコンデンサを形成して
いるために、この接続部分は不要な寄生容量となり、これらが共振器としての特性を劣化
させていると考えられる。
【００１４】
薄膜圧電共振器の共振特性には、圧電性の強さの指標である電気機械結合係数ｋｔ２と
、共振の鋭さを表すＱ値（品質係数とも称される）がある。さらにＱ値については、薄膜
圧電共振器の電気的インピーダンスが極小となる共振点におけるＱ値と、電気的インピー
ダンスが極大となる反共振点におけるＱ値がある。
【００１５】
薄膜圧電共振器を組み合わせてフィルタ回路を構成した場合、フィルタ回路の帯域幅は
電気機械結合係数ｋｔ２に比例し、帯域内の挿入損失は電気機械結合係数ｋｔ２とＱ値の
積で表される性能指数に反比例する。電気機械結合係数ｋｔ２は、材料固有の値であり、
結晶の純度を高め分極方向への結晶配向性をよくすること、高音響インピーダンスの電極
材を用いて膜厚を調整して電極による薄膜圧電共振器の共振特性を改善することで、最大
にすることができるが、材料固有の値であるために限界がある。
【００１６】
したがって、フィルタ回路の挿入損失をさらに低減するためにはできるだけ薄膜圧電共
振器のＱ値を高くする必要がある。ここで、フィルタ回路は、基本的にバンドパスフィル
タ単体、もしくはこれを複数個組み合わせたデュプレクサ等であり、フィルタ回路の帯域
と言えば、基本構成である個々のバンドパスフィルタの帯域をさす。
【００１７】
薄膜圧電共振器の共振点のＱ値に影響を及ぼす因子は、圧電体膜の弾性損失と、下部電
極及び上部電極の弾性損失及び直列抵抗であり、一方、反共振点のＱ値に影響を及ぼす因
子は、圧電体膜の弾性損失、下部電極及び上部電極の弾性損失、基板のコンダクタンス、
圧電体膜の誘電損失である。
【００１８】
本発明者らの実験データの解析によれば、共振点のＱ値の起源は、下部電極の直列抵抗
が最も大きな割合を占めており、一方、反共振点のＱ値については、圧電体膜の弾性損失
及び基板への振動エネルギー散逸が支配的であることが判明した。さらに、振動エネルギ
ーの散逸は、下部電極、圧電体膜及び上部電極とからなる圧電体共振部と支持体との接続
部と、この接続部と非接続部（空洞部の領域内）の境界から圧電体共振部の非支持部側に
、数μｍ程度離れた地点までの領域において発生することを見出した。
【００１９】
この知見に基づいて、支持体を圧電体膜、犠牲層及び基板よりも音響インピーダンスが
高い材料（高音響インピーダンス層）で形成することにより、上記の反共振点での振動エ
ネルギーの基板への散逸を以下のように抑制することができることを見出した。
【００２０】
すなわち、圧電体共振部から支持体へ伝播してきた振動は、圧電体共振部と支持体の界
面で一部が圧電体共振部に向かって反射（第１の反射）され、残りは支持体を基板側に向
かって伝播し、支持体と基板の界面で圧電体共振部に向かって反射（第２の反射）される
。ここで、第１の反射と第２の反射は振動の位相が１８０°ずれているために、高音響イ
ンピーダンス層からなる支持体の厚さを、反共振周波数の音響波長の４分の１の厚さとす
ることにより、第１の反射と第２の反射が同位相となり圧電体共振部中で強めあい、上記
圧電体共振部からの振動エネルギーの散逸が抑制されると考えられる。
【００２１】
この結果、支持体のうち、圧電体共振部と基板との接続部分に、高音響インピーダンス
層を設けた薄膜圧電共振器では、従来の薄膜圧電共振器と比較して反共振点のＱ値が向上
する。また、この薄膜圧電共振器を用いてバンドパスフィルタを構成すれば、従来の薄膜
圧電共振器を用いたバンドパスフィルタよりも挿入損失の低減が実現できる。なお、上記
第１の反射と第２の反射の強さは、それぞれ、圧電体膜と支持体の間及び支持体と基板の
間の音響インピーダンスの差がそれぞれ大きいほど大きくなる。
【００２２】
以上のように、薄膜圧電共振器において、支持体に高音響インピーダンス層を用いれば
、音響インピーダンス差による反射があるため、従来の薄膜圧電共振器よりもＱ値は改善
される。さらに、この高音響インピーダンス層の厚さを、共振器の反共振周波数の音響波
長の４分の１の厚さとし、圧電体膜と高音響インピーダンス層の間及び高音響インピーダ
ンス層と基板の間のそれぞれの音響インピーダンス差を大きくとるようにすれば、圧電体
共振部から支持体へ漏洩する振動エネルギーに対する反射率をさらに高めることができ、
さらにＱ値が改善される。
【００２３】
なお、圧電体、高音響インピーダンス層、基板のそれぞれの音響インピーダンスの周波
数依存性は、圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の差に対して十分無視できる程度
であるので（各音響インピーダンスはほぼ一定とみなせる）、高音響インピーダンス層の
厚さを設計する際の基準となる周波数（これを設計周波数と定義する）は、上述のように
圧電体共振部の反共振周波数を厳密に指定する必要はない。共振周波数から反共振周波数
の周波数帯域及びその近傍の周波数を用いれば、薄膜圧電共振器の特性に大きな影響はな
い。
【００２４】
また、一例として梯子型フィルタ回路用に薄膜圧電共振器を作成する場合は、作成する
フィルタ回路の通過帯域における中心周波数を設計周波数として、高音響インピーダンス
層３の厚さを設定すればよい。この場合、直並列の各薄膜圧電共振器における共振周波数
から反共振周波数までの周波数帯域から少々外れるが、上記のように各音響インピーダン
スの差は一定とみなせる。
【００２５】
高音響インピーダンス層の設計周波数を振ってＱ値を算出したシミュレーション解析上
では、反共振周波数を中心に圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の４倍
程度の帯域に対しては、十分なＱ値の改善があることを確認した。従って、共振器単体と
して設計する場合およびフィルタを形成する場合の何れにおいても、圧電体共振部の反共
振周波数を中心に、圧電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の４倍程度の帯
域内で、高音響インピーダンス層の設計周波数を設定すれば良い。
【００２６】
本薄膜圧電共振器を用いて梯子型のフィルタ回路を設計する際には、フィルタ回路の直
列共振器と並列共振器にそれぞれ共振周波数をずらした薄膜圧電共振器を用いる。両薄膜
圧電共振器の共振周波数はそれぞれ、フィルタ回路の帯域の中心周波数を中心にして、圧
電体共振部の共振周波数と反共振周波数の周波数差の４倍程度の帯域内で設計される。こ
のため、両薄膜圧電共振器の高音響インピーダンス層の厚さを、フィルタ回路の中心周波
数の音響波長の４分の１となるように設計すれば、従来の薄膜圧電共振器を用いた梯子型
フィルタよりも、両薄膜圧電共振器の反共振点でのＱ値の向上により挿入損失の少ないバ
ンドパスフィルタが得られる。
【００２７】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施例１）
本発明に係る第１の実施例の薄膜圧電共振器の平面図を図１に、同図のＡ−Ａ線の断面
を矢印方向に眺めた断面図を図２に示す。なお、説明の便宜上、図１では、図２の上部電
極保護膜８を省略して示してある。
【００２９】
図１及び図２に示すように、本発明に係る第１の実施例の薄膜圧電共振器は、基板１上
に支持体３が設けられている。この支持体３は環状構造に形成され、その下部が基板１に
一部埋め込まれている。なお、本実施例では支持体３は、後述の空洞部１０をエッチング
形成するためのエッチングビア９を形成するために、四隅が外側に突出した略四角形の環
状構造となっている。この支持体３の形状は、四角形に限るものではない。
【００３０】
この支持体３の外側の基板１上には犠牲層２が形成され、この犠牲層３の上面が支持体
３の上面と略同一平面をなすように形成されている。
【００３１】
支持体３の環状構造内側の基板１上には、支持体３で囲まれた空洞部１０が形成され、
支持体３上を含めた犠牲層２上の全面には空洞部１０を覆うように保護層４が形成されて
いる。この保護層４上には、下部電極５がエッチングビア９の周辺領域を除く空洞部１０
の上方に、支持体３の平面構造を包含するように形成されている、この下部電極５は矩形
状にパターニングされ、その下部電極５の端部がエッチングビア９の周辺を除いて、空洞
部上方に配置されないように形成されている。これは、下部電極５の端部の下方に空洞部
１０が存在すると、下部電極５の端部上に形成された圧電体膜６に亀裂が発生する虞が大
きいためである。また、下部電極５の一部は下部電極を引き出すために基板１の周辺、こ
こでは図１の左側まで延伸している。
【００３２】
この下部電極５上を含めて保護層４上の全面には、圧電体膜６が形成され、この圧電体
膜６上には、矩形状にパターニングされた上部電極７が空洞部１０の領域内に収まるよう
に形成され、その上部電極７の一部は上部電極を引き出すために空洞部１０の領域外、こ
こでは図１の右側まで延伸している。
【００３３】
この上部電極７上を含めた圧電体膜６上の全面には、保護層８が形成されている。また
、エッチングビア９が、下部電極５及び上部電極７が形成されていない支持体３の環状構
造内の四隅に形成されている。このエッチングビア９は、保護層８及び圧電体膜６を貫通
して空洞部１０に通じている。
【００３４】
上記薄膜圧電共振器では、下部電極５、圧電体膜６及び上部電極７からなる積層体１２
が形成されており、この積層体１２が保護層４を介して支持体３と犠牲層２により空洞部
１０上に支持されることにより、下部電極５と上部電極７で圧電体膜６を挟んだ圧電体共
振部１１が空洞部１０の上方に中空に支持されている。ここで、圧電体共振部１１とは、
下部電極５、圧電体膜６及び上部電極７が完全に重なり合ってコンデンサを形成している
部分をさす。
【００３５】
圧電体共振部１１は、その大部分が空洞部１０の上方にあり、且つ中空に支持された構
造となっているが、下部電極５の形成及び上部電極引き出しの都合上、圧電体共振部１１
の少なくとも一部は空洞部１０の端部において、保護膜４を介して環状構造の支持体３の
一部により支持され、基板１と接続される。この圧電体共振部１１の端部と支持体３との
接続部分を、以下、単に接続部分と言う。
【００３６】
本実施例では、上記構造の薄膜圧電共振器において、環状構造の支持体３の全体を、圧
電体膜６、犠牲層２及び基板１よりも音響インピーダンスが高い材料のタングステン（Ｗ
）からなる高音響インピーダンス層で形成し、さらに高音響インピーダンス層からなる支
持体３の厚さを、反共振周波数の音響波長の４分の１の厚さにしていることを特徴として
いる。
【００３７】
なお、Ｗ以外の高音響インピーダンス材料としては、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｉｒ、及びＰｔ等が使用可能である。これらの材料は圧電体膜６や基板１に対してかなり
高い音響インピーダンスを有するので最適である。これらの材料よりも音響インピーダン
スが低い材料であるＣｏ、Ａｕ、ダイアモンド、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＬｉＴａＯ３、Ｓｒ
ＴｉＯ３、ＮｂＮ、ＶＮ、及びＴｉＮに関しても、圧電体膜６や基板１よりも音響インピ
ーダンスが高いので、使用可能である。
【００３８】
本実施例の薄膜圧電共振器の製造工程の一例を図３を用いて説明する。なお、同図は図
１のＡ−Ａ断面を矢印方向に眺めた断面図である。
【００３９】
同図（ａ）に示したように、高抵抗のＳｉ（１００）基板１上の全面に、ＳＯＧ（Ｓｐ
ｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法により塗布されるガラス、またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されるＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈ
ｏｘｙｓｉｌａｎｅ）膜（ＳｉＯ２）を犠牲層２（以後の説明ではＴＥＯＳ膜として扱う
）として厚さ０．５μｍとなるように形成し、フォトリソグラフィによるパターニング及
び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によ
り、底部にＳｉ基板１が露出するまでエッチングし、図１に示した四隅で突出した略四角
形の環状構造のトレンチ３１を形成する。この四隅の突出部は、後にエッチングビア９を
形成するために設けられる。トレンチ３１の底部の形状は、図中では平坦で示してあるが
、平坦形状のみならず曲面形状であってもよい。
【００４０】
なお、犠牲層２の厚さ及びトレンチ３１の深さは、後にトレンチ３１に支持体３として
埋め込まれる高音響インピーダンス層の音速と薄膜圧電共振器の反共振周波数により、高
音響インピーダンス層の厚さが最適の厚さとなるように設定する。高音響インピーダンス
層の最適な厚さは、薄膜圧電共振器の反共振周波数の音響波長の４分の１の厚さとするこ
とで、最も振動エネルギーの反射特性が向上し、圧電体共振部１１を支持する支持体３の
支持部で振動エネルギーの散逸を抑制できる。
【００４１】
本実施例では、後述のように高音響インピーダンス層３としてタングステン（Ｗ）を用
い、２．０ＧＨｚの薄膜圧電共振器を作成するためには、高音響インピーダンス層の最適
厚さが０．６５μｍとなるので、トレンチ３１の深さを０．６５μｍとした。また、犠牲
層２の厚さは０．５μｍとしたが、トレンチ３１の底部にＳｉ基板１が露出するように形
成するので、犠牲層２の膜厚はトレンチ３１の深さよりも薄ければよい。ただし、後に形
成される空洞部１０の高さは犠牲層２の厚さと同じになるので、犠牲層２が薄すぎると空
洞部１０の高さが低くなりすぎて、圧電体共振部１１がたわみにより基板１に一部接する
不具合が生ずる。圧電体膜６に用いる材料や薄膜圧電共振器の設計により、空洞部１０の
最低必要な高さが決まるので、犠牲層２の厚さはこれ以上に設定すればよい。
【００４２】
この後、コールドウオールのＬＰＣＶＤ装置により、六弗化タングステン（ＷＦ６）及
びシラン（ＳｉＨ４）を用いて、Ｗの選択成長を行う。この際、基板１表面の犠牲層２の
ＴＥＯＳ膜上には成長しないで、トレンチ３１底部の基板１のＳｉ上にだけ成長が選択的
に行われ、トレンチ３１内にのみに選択的にＷからなる高音響インピーダンス層が埋め込
み形成され、トレンチ３１の環状構造を反映した略四角形の環状構造の支持体３が形成さ
れる。これにより、トレンチ３１の深さが高音響インピーダンス層の厚さとなる。高音響
インピーダンス層として、Ｗ以外の材料を用いる場合は、その材料の音速に応じてトレン
チ３１の深さを適宜変更すればよい。
【００４３】
ここでは、Ｗを選択成長したが、通常のＣＶＤ法もしくはスパッタ法により、トレンチ
３１内にＷの埋め込み成長を行った後に、トレンチ３１以外の不要のＷ部分をＣＭＰ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により研磨して平坦化
する方法も可能である。無論、上記選択成長の場合でも、トレンチ３１上部にＷの埋め込
み層が突出した場合には、ＣＭＰ法による平坦化処理を行なう。また、選択成長が難しい
Ｗ以外の高音響インピーダンス材料を用いる場合には、この方法により形成可能である。
【００４４】
なお、ここでは、トレンチ３１内に直接Ｗを埋め込んでいるが、図４に示すように、予
めトレンチ３１内壁にＴｉもしくはＴｉ／ＴｉＮの積層体を密着層５１として形成した後
に、Ｗを埋め込んで支持体３を形成してもよい。これにより、基板２とＷの支持体３との
密着性を増強することができる。
【００４５】
上記Ｗの埋め込み後、図３（ｂ）に示すように環状構造の支持体３上を含む犠牲層２上
の全面に、多結晶シリコンからなる保護層４をＣＶＤ法により形成する。ここでは、保護
層４として多結晶シリコンを用いているが、アモルファスシリコン等も用いることができ
る。また、保護層４として犠牲層２とエッチングの選択比がとれる絶縁体材料、例えば、
ＳｉＣＮやＡｌ２Ｏ３等を用いてもよい。なお、基板１、犠牲層２、支持体３、保護層４
に用いる材料は、犠牲層２だけが選択的にエッチングされるように、適宜変更して用いれ
ばよい。
【００４６】
次に、保護層４の全面上にＲＦスパッタリング法により、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜を成
膜する。その後、このＡｌ膜をリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
りパターニングし、下部電極５を形成する。この下部電極５は、図１及び図３（ｃ）に示
したように、エッチングビア９の周辺領域を除いて、環状構造の支持体３の上方を包含す
るような矩形形状に形成され、その一部は下部電極を引き出すために基板１の周辺まで延
伸している。
【００４７】
この下部電極５上を含めた保護層４上の全面には、Ａｒ及びＮ２ガスを用いた反応性ス
パッタリング法により厚さ１．７μｍのＡｌＮ膜を圧電体膜６として成膜する。その後、
スパッタリング法などにより、厚さ２５０ｎｍのＭｏ膜を、圧電体膜６上の全面に成膜し
、このＭｏ膜をフォトリソグラフィ及びフッ素系ガスを用いたＲＩＥによりパターニング
し、上部電極７を形成する。この上部電極７は、環状構造の支持体３で囲まれた犠牲層２
の上方の圧電体膜６の領域上に納まるような矩形状に形成される。また、上部電極７の一
部は、配線引き出しのために支持体３の環状構造で囲まれた内部から支持体３を横断して
外部に達するように形成される。
【００４８】
この上部電極７上と圧電体膜６上を覆うように、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍ
のＳｉＮ膜を上部電極保護層８として全面に形成する。
【００４９】
この後、フォトリソグラフィ及びＲＩＥを用いて、上部電極保護層８、圧電体膜６を開
口して、図示していないが、下部電極５と上部電極７の取り出し部を形成する。
【００５０】
図１に示したように、支持体３で囲まれた犠牲層２の四隅の突出部上方に、上部電極保
護層８、圧電体膜６及び保護層４を貫通して犠牲層２に達する犠牲層除去用のエッチング
ビア９を形成する。本実施例の場合は、エッチングビア９は４箇所に形成したが、支持体
３の環状構造の形状に応じて適宜、１箇所または複数箇所に形成してもよく、あるいは、
スリット状のエッチングビアとしてもよい。
【００５１】
次に、エッチングビア９を介して、バッファード弗酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いたウエ
ットエッチングにより、支持体３で囲まれた領域の犠牲層２を選択的に除去する。このウ
エットエッチングの際、基板１及び保護層４のＳｉ及び支持体３のＷはほとんどエッチン
グされない。これにより、図２に示したように支持体３で囲まれた領域に空洞部１０が形
成され、薄膜圧電共振器が完成する。
【００５２】
上記した実施例の薄膜圧電共振器では、以下のような効果が得られた。すなわち、比較
例として、支持体３を高音響インピーダンス層とせずに、多結晶シリコンで埋め込んだ上
記実施例と同じ構造の薄膜圧電共振器を製作し、共振特性をベクトルネットワークアナラ
イザを用いて評価した結果、この比較例においては、共振周波数は２．０ＧＨｚ、共振点
における品質係数Ｑは９５０、電気機械結合係数ｋｔ２は６．７％、反共振点での品質係
数Ｑは４００であった。
【００５３】
これに対して本実施例の薄膜圧電共振器では、共振周波数が約２．０ＧＨｚ、電気機械
結合係数ｋｔ２は６．７％、共振点の品質係数Ｑは９５０で、比較例と同じ値であるが、
反共振点の品質係数は８００と比較例の２倍で、共振特性が改善された。
【００５４】
なお、本実施例において、トレンチ３１はその側壁が図面上は基板１に対して垂直に形
成されているが、多少の傾きあるいは曲面を有していてもよく、また、上方に向かって開
口幅が広がるようなテーパー形状を有していても、上記本実施例と同様の効果が得られる
。
【００５５】
また、本実施例では、保護層４により、空洞部１０をエッチング形成する際に、下部電
極５及び圧電体膜６がエッチングされないように保護している。しかし、下部電極５及び
圧電体膜６がエッチングによりダメージを受けない材料からなるか、あるいはこれらがエ
ッチングされないようなエッチング液を用いる場合には、この保護層４は必ずしも必要な
い。なお、保護層４が薄く形成されていれば、保護層４の有無は薄膜圧電共振器の共振特
性に大きな影響を与えない。
【００５６】
本実施例では、一例として、図２の断面図に示すように、高音響インピーダンス層から
なる支持体３は、圧電体共振部１１の下部電極５の端部（図２中右側の端部）より空洞部
１０側に配置されているが、下部電極５の端部から基板１に下ろした垂線の位置まで支持
体３で覆われていることが好ましい。下部電極５の端部から支持体３までの平面内の距離
が増すほど、圧電体共振部１１が支持体３で支持されていない面積が増え、圧電体共振部
１１から基板１への振動エネルギーの漏洩が増すためである。
【００５７】
本実施例では、圧電体膜としてＡｌＮを用いているが、これに代えてＺｎＯやその他の
圧電性を有する圧電体膜であれば、本実施例と同様に効果が得られる。
【００５８】
（実施例１の変形例）
第１の実施例の変形例に係る薄膜圧電共振器の平面図を図５に示す。なお、図５は図１
同様に上部電極保護層８を省略してある。また、図中Ａ−Ａ線で矢印方向に眺めた断面は
、図２に示す上記第１の実施例の断面と同じである。この変形例が上記第１の実施例と異
なる点は、上記第１の実施例のエッチングビア９に代えて、図５に示すようなスリット状
のエッチングビア６２にしたことにある。また、これに応じて、空洞部１０と支持体３の
平面形状を四角形にしたことにある。
【００５９】
本変形例の構造とすることにより、エッチングビア６２を介して犠牲層２をエッチング
して空洞部１０を形成する際に、上記実施例１に比べてエッチング時間が短縮され、エッ
チング工程が容易となる。また、本変形例の薄膜圧電共振器においても、上記実施例と同
様の効果が得られる。
【００６０】
（実施例１の別の変形例）
第１の実施例の別の変形例の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図を図６に示す。図
６は、図１のＡ−Ａ線での断面を矢印方向に眺めた断面図に相当する。本変形例が上記第
１の実施例と異なる点は、基板１に環状構造の支持体３を埋め込み形成し、支持体３で囲
まれた内部に窪み４０を形成して、その窪み内に犠牲層４１を埋め込んで薄膜圧電共振器
を作成することにある。また、本変形例により得られる薄膜圧電共振器の平面図は、図１
の第１の実施例と同様であり、環状構造の支持体３の外側における基板１上の犠牲層２が
基板１に置き換わった点で異なる。
【００６１】
図６（ａ）に示したように、リソグラフィ及びＲＩＥにより、Ｓｉ基板１上に第１の実
施例と同様の形状の環状構造のトレンチ３１を形成し、ＣＶＤによりＷからなる高音響イ
ンピーダンス層を環状構造のトレンチ３１内に埋め込んだ後、ＣＭＰ法によりＷを削り基
板１のＳｉが露出するまで平坦化する。これによりＷからなる環状構造の支持体３が基板
１中に形成される。
【００６２】
次に、同図（ｂ）に示したように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより環状構造の支
持体３に沿って支持体３の内側に窪み４０を形成する。この窪み４０が最終的に空洞部１
０となる。同図では、この窪み４０は、支持体３の底部に達しない深さとなっているが、
設計に応じて空洞部１０に必要な高さとなるように深さを調節する。また、この窪み４０
の深さは支持体３の底部より深くなっても、この後この窪み４０に埋め込む犠牲層の選択
エッチングに不具合を生じることはない。
【００６３】
この窪み４０内を埋め込むように、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌ
ａｓｓ）等を犠牲層４１として形成し、ＣＭＰ法により基板１が露出するまで余分なＰＳ
Ｇを削り平坦化し、ＰＳＧからなる犠牲層４１及び支持体３上を含む基板1の上面上の全
面に、ＣＶＤにより厚さが５０ｎｍの多結晶シリコンからなる保護層４を成膜する。
【００６４】
この後は、同図（ｃ）に示すように、第１の実施例と同様に下部電極５、圧電体膜６、
上部電極７、上部電極保護層８及びエッチングビア９を形成した後に、エッチングビア９
を通じてＰＳＧからなる犠牲層４１をエッチングして空洞部１０を形成する。
【００６５】
本変形例による薄膜圧電共振器においても、第１の実施例と同様の共振特性が得られる
。
【００６６】
（実施例２）
本発明に係る第２の実施例の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図を図７に示す。本
実施例が上記実施例１と異なる点は、図７（ｃ）に示したように、犠牲層２が厚い点、ト
レンチ３１が深い点、支持体３が高音響インピーダンス層３ｂと低音響インピーダンス層
３ａからなる二段構造になっている点、及び空洞部１０の高さが高い点である。なお、実
施例１と同一箇所は同一符号で示す。また、本実施例の薄膜圧電共振器の平面図は図１と
同じである。
【００６７】
図７（ａ）に示したように、上記実施例１と同様にして犠牲層２中に環状構造のトレン
チ３１を形成し、このトレンチ３１内に低音響インピーダンス層３ａとして多結晶シリコ
ンをＣＶＤにより埋め込んだ後、多結晶シリコンの不要の部分をＣＭＰ法により研磨し、
基板１の表面を平坦化する。ここでは、上記実施例１に比べて、犠牲層２の厚さは２μｍ
と厚く、トレンチ３１の深さは２．５μｍと深く形成した。
【００６８】
この後、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、犠牲層２の
ＳｉＯ２をエッチングすることなく、トレンチ３１内の低音響インピーダンス層３ａの上
端部だけを選択的にエッチングして、トレンチ３１の底部に環状構造の低音響インピーダ
ンス層３ａを残す。、この選択的エッチングは、犠牲層２の表面からの低音響インピーダ
ンス層３ａの上面までの深さが、上記実施例１と同様の０．６５μｍとなるように行う。
実施例１同様にこの深さが、後に埋め込む高音響インピーダンス層の厚さとなる。
【００６９】
このようなＳｉＯ２をエッチングせずにＳｉだけを選択的にエッチングする方法は、Ｃ
ＤＥ法以外にも、ＫＯＨ溶液やＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ
Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液をエッチャントとしたウエットエッチングでも可能である。
【００７０】
なお、上記エッチングの代わりに、低音響インピーダンス層３ａとしての多結晶シリコ
ンをＣＶＤにてトレンチ３１内に埋め込む際に、犠牲層２表面からの深さが上記０．６５
μｍとなるようにトレンチ３１底部に多結晶シリコンが堆積した時点で成膜を停止する。
犠牲層２上に堆積した不要な多結晶シリコンは、予めＣＭＰ法により除去しておいてもよ
く、続けて高音響インピーダンス層３ｂの多結晶シリコンをトレンチ３１内の低音響イン
ピーダンス層３ａ上に埋め込んだ後、犠牲層２上に堆積した不要な高音響インピーダンス
層３ｂの多結晶シリコンをＣＭＰにより除去する際、一緒に除去するようにしてもよい。
これにより、トレンチ３１の底部に多結晶シリコンによる環状構造の低音響インピーダン
ス層３ａを形成することでも可能である。
【００７１】
この後、上記実施例１と同様にＷを高音響インピーダンス層３ｂとしてトレンチ３１内
の低音響インピーダンス層３ａの上に埋め込んで、犠牲層２上に堆積した不要なＷはＣＭ
Ｐ法による平坦化により除去することで、トレンチ３１内に埋め込まれた環状構造の高音
響インピーダンス層３ｂが形成される。
【００７２】
上記したように、犠牲層２上に堆積した不要な低音響インピーダンス層３ａ
の多結晶シリコンを除去せずに、高音響インピーダンス層３ｂの多結晶シリコンをトレン
チ３１内に埋め込み形成した場合には、犠牲層２上の不要な高音響インピーダンス層３ｂ
の多結晶シリコンをＣＭＰにより除去する際に、一緒に犠牲層２上の不要な低音響インピ
ーダンス層３ａの多結晶シリコンは除去される。
【００７３】
この環状構造の低音響インピーダンス層３ａと、その上に形成された環状構造の高音響
インピーダンス層３ｂにより、環状構造の支持体３が形成される。その後、図７（ｂ）に
示すように、保護層４を環状構造の高音響インピーダンス層３ｂ上を含む犠牲層２上の全
面に形成する。
【００７４】
後は、上記実施例１と同様にして下部電極５、圧電体膜６、上部電極７、上部電極保護
層８、エッチングビア９及び空洞部１０を形成し、図７（ｃ）に示した薄膜圧電共振器が
得られる。ここで、犠牲層２をエッチングして空洞部１０を形成する際に、環状構造の支
持体３のうち環状構造の低音響インピーダンス層３ａがエッチング液に晒されるが、低音
響インピーダンス層３ａは多結晶シリコンで、犠牲層２とのエッチング選択比が高く、エ
ッチングされることはない。
【００７５】
本実施例では、上記実施例１に対して空洞部１０の高さが高く、犠牲層２が厚く形成さ
れているが、高音響インピーダンス層３ｂの厚さは上記実施例１と同じであり、高音響イ
ンピーダンス層３ｂの上部及び下部を占める材料も上記実施例１と同じであるので、上記
実施例１と同様の効果が得られる。
【００７６】
なお、本実施例は、空洞部の高さを高くした薄膜圧電共振器を作成する際に、特に有用
である。
【００７７】
また、本実施例では、低音響インピーダンス層３ａとして多結晶シリコンを用いている
が、上記実施例１の保護層４と同様に、アモルファスシリコンを用いることも可能である
。また、これらの材料に限らず、犠牲層２とエッチング選択比が高く、高音響インピーダ
ンス層３ｂよりも音響インピーダンスが低い材料であれば、他の材料でも可能である。
【００７８】
（実施例３）
本発明に係る第３の実施例の薄膜圧電共振器の製造工程を図８及び図９を用いて説明す
る。図８は図９のＡ−Ａ断面を矢印方向に眺めた断面図であり、図９は最表面の上部電極
保護層８を省略してある。
【００７９】
本実施例は、上記実施例１のように、エッチングビア９を形成して犠牲層２をエッチン
グし、空洞部１０を形成するのではなく、基板１の下部から保護層４に達するまでエッチ
ングを行い、基板１を貫通する開口部７２と、これに連続し支持体３で囲まれた空洞部１
０を形成している点で上記実施例１とは異なる。なお、上記実施例１と同一箇所は同一符
号を付して本実施例の特徴部分のみ説明する。
【００８０】
まず、図８（ａ）に示すように、高抵抗のＳｉ（１００）基板１に熱酸化膜（ＳｉＯ２
）７１を０．５μｍ形成する。この後、上記実施例１と全く同様にして、０．６５μｍの
厚さのＷからなる環状構造の高音響インピーダンス層を支持体３として埋め込み、保護層
４を支持体３の上面を含む熱酸化膜７１上の全面に形成する。
【００８１】
さらに、同図（ｂ）に示したように、下部電極５、圧電体膜６、上部電極７及び上部電
極保護層８も上記実施例１と全く同様にして形成し、その後、Ｓｉ基板１の下部をバック
グラインド及びドライポリッシュによりＳｉ基板１の厚さが０．２μｍとなるように研磨
する。
【００８２】
同図（ｃ）に示すように、この研磨面にフォトリソグラフィにより、支持体３の環状構
造に沿った開口部を有するマスクパターンを形成し、この開口部から弗化物系のガスを用
いたＲＩＥにより圧電体膜６に向かってＳｉ基板１をエッチングし、熱酸化膜７１でエッ
チングを停止させることにより、Ｓｉ基板１にＳｉ基板１を貫通する開口部７２を形成す
る。その後、Ｓｉ基板１の開口部７２に露出した熱酸化膜７１をウエットエッチング及び
弗化物系のガスを用いたＲＩＥを併用して、支持体３の内表面に沿ってエッチング除去し
て多結晶シリコンからなる保護層４でエッチングを停止させ、Ｓｉ基板１の開口部７２と
連続し、支持体３で囲まれた空洞部１０が形成される。この後、Ｓｉ基板１の下部のマス
クを除去する。
【００８３】
本実施例で、支持体３の高音響インピーダンス層にＷ、Ｔａ、及びＭｏ等を用いること
は可能であるが、より好ましくは弗化物系のドライエッチングに耐えうる材料、例えば、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔ等を用いて形成することが望ましい。これにより、高
音響インピーダンス層からなる支持体３が、基板１の下部からエッチングして開口部７２
を形成した後、空洞部１０を形成する際のガイドとして作用し、基板１下部の表面パター
ンからの位置ずれを抑制することが可能となる。
【００８４】
このようにして得られた薄膜圧電共振器について共振特性をベクトルネットワークアナ
ライザを用いて評価した結果、共振周波数が約２．０ＧＨｚであり、電気機械結合係数は
６．７％、品質係数Ｑは共振点で９４０、反共振点で８２０であり、実施例１とほぼ同様
の特性が得られた。
【００８５】
本実施例では、基板の下部から空洞部を形成するために、図９の平面図に示したとおり
、エッチングビアは必要なく簡潔な平面構造となる。
【００８６】
（実施例３の変形例）
次に、上記実施例３の変形例を図１０に示す。上記実施例３の図８（ａ）に示した工程
で、基板１上に形成した熱酸化膜７１の厚さを５０ｎｍ程度に薄くし、上部の保護層４を
設けずに、その後、上記実施例３と同様の工程を経ることにより、図１０に示した薄膜圧
電共振器が得られる。ここで、空洞部１０を形成する際は、基板１の下部から基板１をド
ライエッチングまたはウエットエッチングすることにより、支持体３の底部に達し支持体
３の環状構造に沿った形状の開口部７２を形成する。そのままエッチングを継続して、支
持体３内表面に沿って基板１をさらにエッチングして熱酸化膜７１でエッチングを停止す
る。その後、バッファード弗酸等により熱酸化膜７１をエッチングして下部電極５に達し
た時点でエッチングを停止させることにより、支持体３の環状構造内に開口部７２と連続
した空洞部１０を形成する。
【００８７】
上記のような変形例においても、上記実施例３と同様の効果が得られる。なお、上記変
形例において、下部電極５及び圧電体膜６が熱酸化膜７１をエッチングする際にエッチン
グの虞がある材料の場合は、このまま熱酸化膜７１を残した構造としてもよい。熱酸化膜
７１は、厚さを５０ｎｍ程度に薄くしているので、この場合でも薄膜圧電共振器の特性は
変わらない。
【００８８】
（実施例４）
本発明に係る第４の実施例の薄膜圧電共振器を図１１に示す。同図（ａ）はその平面図
であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ断面を矢印方向に眺めた断面図である。
【００８９】
本実施例４と上記実施例１が異なる点は、上記実施例１では、空洞部１０の側壁を形成
している支持体３は全て高音響インピーダンス層で形成されていたが、本実施例では図１
１に示したように、環状構造の支持体３のうち、圧電体共振部１１とＳｉ基板１を接続す
る部分が高音響インピーダンス層３ｂで形成され、それ以外の部分は高音響インピーダン
ス層３ｂより音響インピーダンスが低い材料からなる低音響インピーダンス層３ｃから形
成されている点である。この低音響インピーダンス層３ｃは、上記実施例２の低音響イン
ピーダンス層と同じ材料である多結晶シリコンやアモルファスシリコンで形成してもよい
し、違う材料で形成してもよい。また、本実施例における低音響インピーダンス層３ｃは
、単に支持体３を高音響インピーダンス層と違う材料で埋め込むためのものであり、空洞
部１０をエッチングにより作成する際に、エッチングストップ層の機能を果たせば足りう
る。
【００９０】
上記実施例１との製造工程での違いは、以下の点である。上記実施例１と同様に、図３
（ａ）に示したように犠牲層２にＳｉ基板１に達して、深さが０．６５μｍの環状構造の
トレンチ３１を形成した後に、上記実施例１とは違い、ＣＶＤ等により環状構造のトレン
チ３１の内部全域を埋め込むように犠牲層２上に多結晶シリコン膜を成膜する。その後、
犠牲層２が露出するまでＣＭＰにより余分な多結晶シリコンを研磨し犠牲層２の表面を平
坦化することにより、多結晶シリコンからなる環状構造の低音響インピーダンス層３ｃが
トレンチ３１内に埋め込み形成される。
【００９１】
その後、図１１（ａ）の平面図に示す、高音響インピーダンス層３ｂを形成する領域が
開口部となるように、マスクパターンを形成する。ＣＤＥ、あるいはＫＯＨ溶液もしくは
ＴＭＡＨ溶液を用いたウエットエッチングなどにより、開口部に露出した上記低音響イン
ピーダンス層３ｃだけを選択的にエッチングしトレンチ３１の内表面を一部露出させた後
に、このトレンチ３１内表面の露出部を埋め込むようにＷからなる高音響インピーダンス
層をＣＶＤ等により犠牲層２上の全面に成膜し、ＣＭＰ法により余分なＷを研磨し犠牲層
２表面を平坦化させる。
【００９２】
なお、上記実施例２のようにトレンチ３１の深さが０．６５μｍより深く形成する必要
がある場合は、このトレンチ３１内に埋め込まれた低音響インピーダンス層３ｃの上記選
択エッチングは、エッチングされた低音響インピーダンス層３ｃの上面が犠牲層２の表面
から０．６５μｍの深さとなった時点でエッチングを停止すればよい。
【００９３】
これ以後は、上記実施例１と同様の工程を経ることにより図１１に示すような、圧電体
共振部１１の端部とＳｉ基板１を接続する部分が高音響インピーダンス層３ｂで、その他
の部分が低音響インピーダンス層３ｃからなる、環状構造の支持体３を有する薄膜圧電共
振器が得られる。ここで、埋め込まれたＷからなる高音響インピーダンス層３ｂの厚さは
トレンチ３１の深さで決まり、実施例１同様に０．６５μｍとなる。
【００９４】
上記の薄膜圧電共振器においては、支持体３のうち圧電体共振部１１と基板１を接続し
ていない部分には、もともと圧電体１１から基板への振動エネルギーの漏洩はほとんど発
生しないので、高音響インピーダンス層３ｂを配置せず、支持体３のうち振動エネルギー
が漏洩する圧電体共振部１１と基板１を接続する部分を高音響インピーダンス層で構成し
ているので、圧電体共振部１１から支持体３を介して基板１に漏洩する振動エネルギーを
抑えることができる。したがって、本実施例においても、上記実施例１と同様の効果を得
ることができる。
【００９５】
（実施例５）
本発明に係る第５の実施例の薄膜圧電共振器を図１２に示す。同図（ｂ）が平面図で、
そのＡ−Ａ断面を矢印方向に眺めた断面図が同図（ａ）である。本実施例は、図８（ｃ）
に示す上記実施例３の薄膜圧電共振器において、支持体３のうちの圧電体１１から基板へ
の振動エネルギーの漏洩がほとんど発生しない、圧電体共振部１１と基板１を接続してい
ない部分の支持体３を削除するとともに、振動エネルギーが漏洩する圧電体共振部１１と
基板１を接続する部分に低音響インピーダンス層８１ａと高音響インピーダンス層８１ｂ
との積層構造の支持体８１を設けたものである。以下、上記実施例３と同一箇所には同一
符号を付して本実施例の特徴部分のみを説明する。
【００９６】
すなわち、図１２に示したように、四角形状の開口部７２がＳｉ基板１の下部に形成さ
れ、Ｓｉ基板１中に埋め込まれ、且つこの開口部７２の一辺に沿って基板１上方に向かっ
て延びる支持体８１が形成されており、この支持体８１に沿って開口部７２からＳｉ基板
１内の上方に向かって空洞部１０が形成されている。支持体８１を除いてＳｉ基板１上面
には熱酸化膜７１（ＳｉＯ２）が支持体８１上面と略同一面をなすように形成されている
。上記空洞部１０、支持体８１上面及び熱酸化膜７１の上面を覆うように、保護膜４、下
部電極５、圧電体膜６、上部電極７及び保護膜８が順次形成され、下部電極５、圧電体膜
６及び上部電極７からなる圧電体共振部１１は、その端部の一部（下部電極５の端部）が
下方で支持体８１で支持されていることを除いて、空洞部１０の平面領域内に全て包含さ
れるように形成されている。
【００９７】
支持体８１は厚さ０．７３μｍのＳｉＯ２からなる低音響インピーダンス層８１ａと厚
さ０．６５μｍのＷからなる高音響インピーダンス層８１ｂをそれぞれ上層及び下層とし
て交互に二周期積層した音響ミラー層からなる。両層の厚さは、薄膜圧電共振器の反共振
周波数の音響波長の１／４となる厚さに設定されており、圧電体共振部１１から伝播して
きた振動をブラッグ反射層の原理で効率よく圧電体共振部１１に向かって反射させる。本
実施例によっても、本発明の効果により、共振特性の良好な薄膜圧電共振器が得られる。
【００９８】
また、本実施例では支持体８１は、低音響インピーダンス層８１ａと高音響インピーダ
ンス層８１ｂの二周期構造の音響ミラー層としたが、一周期でも上記ブラッグ反射層とし
ての効力があるので、一周期構造の音響ミラー層とすることも可能である。あるいは、二
周期以上の音響ミラー層とすることも可能である。ただし、周期を増やしても音響ミラー
層としての反射能力は飽和するので、薄膜圧電共振器の構造とプロセス上の都合で、上記
音響ミラー層の周期数を適当に選択すればよい。
【００９９】
なお、製造工程は一例として実施例３にしたがって作成すればよく、実施例３では熱酸
化膜（ＳｉＯ２）７１を貫通して基板１に達するトレンチの深さは、Ｗからなる高音響イ
ンピーダンス層の厚さと同じであったが、本実施例の場合は、図１２（ａ）に示したよう
に前述の音響ミラー層の各層の厚さの総和となる。
【０１００】
また、トレンチ内部に低音響インピーダンス層８１ａと高音響インピーダンス層８１ｂ
を交互に埋め込むには、それぞれＣＶＤやスパッタ法などの成膜技術を用い、設計厚さに
達した時点で各層の成膜を停止して、それぞれ交互に積層する。トレンチ周辺に堆積した
余分な層は、各層の堆積後逐次もしくはすべての層の堆積後にＣＭＰ法により研磨し平坦
化すればよい。この場合、図１２中には示していないが、高音響インピーダンス層の積層
構造はトレンチ内表面（支持体８１の側面）にも形成されるが、支持体８１の面内方向の
幅に対して無視できる程度であり、薄膜圧電共振器への影響はほぼ無視できる。
【０１０１】
また、上記以外にも、Ｓｉ基板１上に先に音響ミラー層を形成後、支持体８１に相当す
る部分を除いてこの音響ミラー層を除去した後に、Ｓｉ基板１上の全面にＳｉＯ２等を堆
積して、最後にＣＭＰ法により音響ミラー層の上面が露出するまでＳｉＯ２を研磨して平
坦化するなどの方法によっても上記構造を実現することができる。
【０１０２】
（実施例６）
本発明に係る第６の実施形態の薄膜圧電共振器の断面図を図１３に示す。本実施例は、
図８（ｃ）に示した上記実施例３と同じ薄膜圧電共振器の構造において、トレンチに高音
響インピーダンス層を埋め込むようにして支持体３が形成されていることに代えて、図１
３に示したように、圧電体共振部１１の下部電極５の端部において、圧電体共振部１１と
Ｓｉ基板１との間に支持体８２を配置させたことを特徴とする。支持体８２は実施例３と
同様に厚さ０．６５μｍのＷからなる高音響インピーダンス層である。
【０１０３】
本実施例では、実施例３で示した、基板１上の熱酸化膜７１にトレンチを形成してその
中にＷからなる高音響インピーダンス層を埋め込み成長し、その後熱酸化膜７１が露出す
るまでＣＭＰ法による余分なＷを除去して表面を平坦化し保護層４を形成する工程に代え
て、基板１上の熱酸化膜７１の上に保護層４を形成後に、図１３に示したようにＷからな
る高音響インピーダンス層を所望の形状にパターニングして形成して支持体８２を形成す
る工程としている。これ以後の工程は実施例３と全く同じである。
【０１０４】
本実施例においても、高音響インピーダンス層で形成される支持体８２による振動エネ
ルギーの反射により、圧電体共振部１１から基板１に向かっての振動エネルギーの漏洩を
抑制することができ、良好な共振特性をもつ薄膜圧電共振器を作成できる。
【０１０５】
（実施例７）
本発明の実施例１による薄膜圧電共振器を用いて梯子形バンドパスフィルタを形成した
一形態を図１４に示す。
【０１０６】
図１４（ａ）は薄膜圧電共振器Ｆ１乃至Ｆ７で形成した梯子型フィルタ回路１０１のチ
ップの平面図である。平面状のパターンは略式化して示しており、簡略化のため、回路の
説明上必要な、基板１、下部電極５、圧電体膜６、及び上部電極７のみを示した。また、
簡単のため、各電極は圧電体膜６の外側に引き出して基板１上に露出して示した。各薄膜
圧電共振器は図中の圧電体膜６が下部電極５と上部電極６で挟まれた領域を指し、それぞ
れＦ１乃至Ｆ７とする。
【０１０７】
個々の薄膜圧電共振器は実施例１に示したとおりであり、フィルタ回路の設計に応じて
、各薄膜圧電共振器の各層の厚さおよびパターン形状等は微調節されている。同図（ｂ）
は同図（ａ）の梯子型フィルタ回路の回路図を示す。
【０１０８】
同図（ａ）に示した梯子型フィルタ回路と同図（ｂ）の回路図との各電極の対応関係を
示す。入力端子１０２及び１０３にそれぞれ薄膜圧電共振器Ｆ２の上部電極７と下部電極
５が接続され、薄膜圧電共振器Ｆ２の上部電極７と薄膜圧電共振器Ｆ１の上部電極７が接
続される。薄膜圧電共振器Ｆ１の下部電極５は薄膜圧電共振器Ｆ３及びＦ４のそれぞれの
下部電極５と接続され、薄膜圧電共振器Ｆ３の上部電極７は薄膜圧電共振器Ｆ５及びＦ６
のそれぞれの上部電極７と接続され、薄膜圧電共振器Ｆ５の下部電極５は薄膜圧電共振器
Ｆ７の下部電極５と接続されるように、同一基板１上にモノリシックに構成されている。
【０１０９】
そして、薄膜圧電共振器Ｆ５の下部電極５に出力端子１０４が接続され、薄膜圧電共振
器Ｆ７の上部電極７に出力端子１０５が接続される。Ｆ２の下部電極５、Ｆ４の上部電極
７、Ｆ６の下部電極５及びＦ７の上部電極７はともに接続される。
【０１１０】
本発明の一形態である実施例１の薄膜圧電共振器を用いて前述のような３．５段構成の
梯子型フィルタを構成し、ベクトルネットワークアナライザにてフィルタ特性を計測した
ところ、中心周波数２．０ＧＨｚで、８０ＭＨｚの帯域幅にわたり挿入損失が−１．０ｄ
Ｂである良好なフィルタ特性が得られることがわかった。
【０１１１】
本実施例によるフィルタ回路の構成はあくまでも一例であり、上述の各実施例及び変形
例の薄膜圧電共振器を用い、また、本実施例に示した梯子型フィルタ回路に限られること
無く、他の構成の梯子型フィルタ回路、ラティス型フィルタ回路、及びこれらを用いたデ
ュプレクサ、ＲＦフィルタ回路、及びＩＦフィルタ回路にも応用可能である。また、その
他の応用としては、基準振動子や電圧制御発振器（ＶＣＯ）等にも応用可能である。
【０１１２】
以上、本発明に係る発明の形態を上記各実施例及びその変形例を用いて説明したが、こ
れらの実施例と変形例をそれぞれ組み合わせること、また、各実施例及び変形例に示した
構成に限られること無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各構成材料、各層の厚さ
及びパターン形状等を変更してもよいことは勿論である。
【０１１３】
なお、実施例７の音響ミラー層を他の実施例及びその変形例の支持体全体に、あるいは
、支持体のうち圧電体共振部と基板とを接続する部分に用いることは勿論可能であり、そ
の際に音響ミラー層の周期数を適宜設計に応じて設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の平面図。
【図２】本発明の実施例１の薄膜圧電共振器の断面図。
【図３】本発明の実施例１の薄膜共振器の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１にて密着層を用いてＷを埋め込む例を示した断面図。
【図５】本発明の実施例１の変形例での薄膜圧電共振器の平面図。
【図６】本発明の実施例１の別の変形例での薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図。
【図７】本発明の実施例２の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図。
【図８】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の製造工程を示す断面図。
【図９】本発明の実施例３の薄膜圧電共振器の平面図。
【図１０】本発明の実施例３の変形例の薄膜圧電共振器の断面図。
【図１１】本発明の実施例４の薄膜圧電共振器の平面図と断面図。
【図１２】本発明の実施例５の薄膜圧電共振器の平面図と断面図。
【図１３】本発明の実施例６の薄膜圧電共振器の断面図。
【図１４】本発明の実施例７の薄膜圧電共振器を用いたフィルタ回路を示す図。
【符号の説明】
【０１１５】
１  基板、
２、４１  犠牲層
３、８１、８２  支持体
３ａ、３ｃ、８１ａ  低音響インピーダンス層
３ｂ、８１ｂ  高音響インピーダンス層
４  保護層
５  下部電極
６  圧電体膜
７  上部電極
８  上部電極保護層
９、６２  エッチングビア
１０  空洞部
１１  圧電体共振部
１２  積層体
３１  トレンチ
４０  窪み
５１  密着層
７１  熱酸化膜
７２  開口部
１０１  梯子型フィルタ回路
１０２、１０３  入力端子
１０４、１０５  出力端子
【図１】
2008301453.tif 000003
【図２】
2008301453.tif 000004
【図３】
2008301453.tif 000005
【図４】
2008301453.tif 000006
【図５】
2008301453.tif 000007
【図６】
2008301453.tif 000008
【図７】
2008301453.tif 000009
【図８】
2008301453.tif 000010
【図９】
2008301453.tif 000011
【図１０】
2008301453.tif 000012
【図１１】
2008301453.tif 000013
【図１２】
2008301453.tif 000014
【図１３】
2008301453.tif 000015
【図１４】
2008301453.tif 000016