(57)【要約】【課題】圧電薄膜共振子の副共振を抑制し、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスの特性を向上する。【解決手段】圧電薄膜共振子１は、支持基板１１の上に、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１５、圧電体薄膜１６及び上面電極１７をこの順序で積層した構造を有している。上面電極１７１は、振動部となる対向領域Ｅ１において、圧電体薄膜１６を挟んで下面電極１５と対向している。圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ１の周縁部の固定にあたって、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓによって構成されている部分においては、下面電極１５の平坦面１５ｐの周縁部から、下面電極１５の端面１５ｓを経て、圧電体薄膜１６の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜１３を成膜し、当該範囲を接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１へ固定している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、
前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の外郭のうち、前記第２電極の端面によって構成される第１部分において、前記第２電極の端面から、前記圧電体薄膜の第２主面へ至る連続する範囲を前記支持体に固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項２】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、
前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の外郭のうち、前記第２電極の端面によって構成される第１部分において、前記第２電極の平坦面の周縁部から、前記第２電極の端面を経て、前記圧電体薄膜の第２主面へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項３】
前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第１部分以外の第２部分において、前記第２電極の平坦面の、前記対向領域の外郭から、前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項４】
前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第１部分以外の第２部分において、前記第２電極の平坦面の、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項５】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、
前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備え、
前記第１電極又は前記第２電極は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きい加重部分を前記対向領域の周縁部に有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項６】
前記第１電極、前記圧電体薄膜及び前記第２電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記加重部分に沿って前記加重部分より中央部寄りに有することを特徴とする請求項５に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項７】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、
前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、
前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段と、
を備え、
前記第１電極、前記圧電体薄膜及び前記第２電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記対向領域の外郭に沿って有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）は、下面電極、圧電体薄膜、上面電極を支持基板上に順次成膜し、圧電体薄膜を挟んで上面電極及び下面電極が対向する対向領域の下方にキャビティを形成することにより製造されていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の圧電薄膜共振子では、対向領域から漏洩した振動エネルギーに起因する副共振の影響を受け、期待しないスプリアスが主共振の共振波形に重畳することがある。
【０００５】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電薄膜共振子の副共振を抑制し、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスの特性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の外郭のうち、前記第２電極の端面によって構成される第１部分において、前記第２電極の端面から、前記圧電体薄膜の第２主面へ至る連続する範囲を前記支持体に固定する固定手段とを備える。
【０００７】
請求項２の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の外郭のうち、前記第２電極の端面によって構成される第１部分において、前記第２電極の平坦面の周縁部から、前記第２電極の端面を経て、前記圧電体薄膜の第２主面へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備える。
【０００８】
請求項３の発明は、前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第１部分以外の第２部分において、前記第２電極の平坦面の、前記対向領域の外郭から前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する請求項１又は請求項２に記載の圧電薄膜デバイスである。
【０００９】
請求項４の発明は、前記固定手段が、前記対向領域の外郭のうち、前記第１部分以外の第２部分において、前記第２電極の平坦面の、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る連続する範囲を前記支持体へ固定する請求項１又は請求項２に記載の圧電薄膜デバイスである。
【００１０】
請求項５の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備え、前記第１電極又は前記第２電極は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きい加重部分を前記対向領域の周縁部に有する。
【００１１】
請求項６の発明は、前記第１電極、前記圧電体薄膜及び前記第２電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記加重部分に沿って前記加重部分より中央部寄りに有する。
【００１２】
請求項７の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する第１電極及び第２電極と、前記圧電体薄膜を前記第２主面の側から支持する支持体と、前記対向領域の周縁部から、前記対向領域の外郭を経て、前記対向領域の外縁部へ至る範囲を前記支持体へ固定する固定手段とを備え、前記第１電極、前記圧電体薄膜及び前記第２電極を積層した積層体は、前記対向領域の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さい軽減部分を前記対向領域の外郭に沿って有する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし請求項７の発明によれば、圧電薄膜共振子の副共振を抑制することができ、圧電薄膜デバイスの特性を向上することができる。
【００１４】
請求項３、請求項４又は請求項６の発明によれば、圧電薄膜共振子の副共振をさらに抑制可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、単独の圧電薄膜共振子と、２個の圧電薄膜共振子を組み合わせたラダー型のフィルタ（以下、「圧電薄膜フィルタ」）とを例として、本発明の圧電薄膜デバイスの望ましい実施形態について説明する。しかし、以下の実施形態は、本発明の圧電薄膜デバイスが単独の圧電薄膜共振子及び圧電薄膜フィルタのみに限定されることを意味するものではない。すなわち、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的に言えば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を包含している。ここで、圧電薄膜共振子とは、支持体なくしては自重に耐え得ない薄膜に圧電的に励振されるバルク弾性波による電気的な応答を利用した共振子である。
【００１６】
＜１  第１実施形態＞
図１〜図４は、本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子１の構成を示す模式図である。図１は、圧電薄膜共振子１を斜方から見た斜視図、図２は、圧電薄膜共振子１を上方から見た平面図、図３は、図１のIII-IIIの切断線における圧電薄膜共振子１の断面を示す断面図、図４は、図１のIV-IVの切断線における圧電薄膜共振子１の断面を示す断面図となっている。図１には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００１７】
図１〜図４に示すように、圧電薄膜共振子１は、支持基板１１の上に、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１５、圧電体薄膜１６及び上面電極１７をこの順序で積層した構造を有している。
【００１８】
○圧電体薄膜；
圧電体薄膜１６は、圧電体基板を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜１６は、単独で自重に耐え得る厚み（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板を、単独で自重に耐え得ない膜厚（例えば、１０μｍ以下）まで除去加工で薄肉化することにより得られる。
【００１９】
圧電体薄膜１６を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶（SiO2）、ニオブ酸リチウム(LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）、四ホウ酸リチウム（Li2B4O7）、酸化亜鉛（ZnO）、ニオブ酸カリウム（KNbO3）及びランガサイト（La3Ga3SiO14）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜１６を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜１６の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上することができるからである。
【００２０】
また、圧電体薄膜１６における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜１６における結晶方位は、圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「０」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。
【００２１】
圧電体基板の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜１６の品質を向上し、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子１の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜１６の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。なお、圧電体基板の除去加工のより具体的な方法については、後述する実施例において説明する。
【００２２】
このような圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１６をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜１６を構成する圧電材料や圧電体薄膜１６における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜１６を構成する圧電材料や圧電体薄膜１６における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子１では、所望の特性を実現することが容易になっている。
【００２３】
この圧電体薄膜１６には、圧電体薄膜１６の上面と下面との間を貫通し、対向領域Ｅ１以外の領域において圧電体薄膜１６を挟んで対向する上面電極１７２と下面電極１５とを導通させるバイアホールＶＨ１が形成されている。バイアホールＶＨ１は、その内側面に成膜された導電体薄膜により上面電極１７２と下面電極１５とを短絡して直流的に導通させている。
【００２４】
○上面電極及び下面電極；
上面電極１７及び下面電極１５は、それぞれ、圧電体薄膜１６の上面及び下面に導電材料を成膜することにより形成された導電体薄膜である。上面電極１７及び下面電極１５の膜厚は、圧電体薄膜１６への密着性、電気抵抗及び耐電力等を考慮して決定される。なお、圧電体薄膜１６の音速や膜厚のばらつきに起因する圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数のばらつきを抑制するため、上面電極１７及び下面電極１５の膜厚を適宜調整するようにしてもよい。
【００２５】
上面電極１７及び下面電極１５を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）、金（Au）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、タングステン(W)及びタンタル（Ta）等の金属から選択することが望ましい。もちろん、上面電極１７及び下面電極１５を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、上面電極１７及び下面電極１５を形成してもよい。
【００２６】
上面電極１７のうち、上面電極１７１は、振動部となる対向領域Ｅ１において、圧電体薄膜１６を挟んで下面電極１５と対向している。上面電極１７１は、対向領域Ｅ１から−Ｘ方向へ引き出され、引き出された部分は、上面電極１７１へ励振信号を給電する給電部となっている。
【００２７】
一方、下面電極１５は、対向領域Ｅ１から＋Ｘ方向へ引き出され、引き出された部分は、下面電極１５へ励振信号を給電する給電部となっている。
【００２８】
また、上面電極１７のうち、上面電極１７２は、対向領域Ｅ１以外の領域において、圧電体薄膜１６を挟んで下面電極１５の給電部と対向している。上面電極１７２と下面電極１５とはバイアホールＶＨ１によって導通されているので、圧電薄膜共振子１では、外部に露出した上面電極１７２を介して下面電極１５への励振信号の給電が行われる。
【００２９】
対向領域Ｅ１は、細長の２次元形状（図１〜図４では矩形）を有しており、その長手方向の大きさが短手方向の大きさの２倍以上、より望ましくは４倍以上、さらに望ましくは１０倍以上となっている。
【００３０】
ここで、「長手方向の大きさが短手方向の大きさのｎ（ｎ＝２，４，１０）倍以上の細長の２次元形状」とは、典型的には、長手方向の大きさである長辺の長さＬａが短手方向の大きさである短辺の長さＬｂより長く、アスペクト比Ｌａ／Ｌｂがｎ以上となっている矩形であるが（図５において実線で描かれた図形を参照）、長手方向の大きさである長軸の長さＬａが短手方向の大きさである短軸の長さＬｂより長く、アスペクト比Ｌａ／Ｌｂがｎ以上となっている楕円形であってもよい（図６において実線で描かれた図形を参照）。
【００３１】
より一般的に言えば、「長手方向の大きさが短手方向の大きさのｎ倍以上の細長の２次元形状」とは、最も面積が小さい外接矩形（図６〜９において点線で描かれた図形を参照）の長辺の長さＬａが短辺の長さＬｂのｎ倍以上となる２次元形状であり、当該２次元形状が直交する対称軸Ｓａ及びＳｂの両方について軸対称となっている場合、一の対称軸Ｓａの方向の大きさが他の対称軸Ｓｂの方向の大きさのｎ倍以上となっている２次元形状である。
【００３２】
したがって、対向領域Ｅ１は、図７において実線で描かれた長丸形であってもよいし、図８において実線で描かれた頂点を丸めた矩形であってもよいし、図９において実線で描かれた頂点が斜めに落とされた矩形であってもよい。
【００３３】
○支持基板；
支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極１５及びキャビティ形成膜１３が下面に形成された圧電体基板を接着層１２を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造後に、下面電極１５及びキャビティ形成膜１３が下面に形成され、上面電極１７が上面に形成された圧電体薄膜１６を接着層１２を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板１１には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
【００３４】
支持基板１１の材料及び厚さは、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板１１の材料を、圧電体薄膜１６を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜１６を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜１６を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子１の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができ、圧電薄膜共振子１の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、圧電体薄膜１６と支持基板１１とで各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましく、支持基板１１と圧電体薄膜１６とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板１１と圧電体薄膜１６とで結晶方位を一致させることが望ましい。
【００３５】
○接着層；
接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極１５及びキャビティ形成膜１３が下面に形成された圧電体基板を支持基板１１に接着固定する役割を有している。加えて、接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造後に、下面電極１５及びキャビティ形成膜１３が下面に形成され、上面電極１７が上面に形成された圧電体薄膜１６を支持基板１１に接着固定する役割も有している。したがって、接着層１２には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
【００３６】
このような要請を満足する接着層１２の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤（熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤）やアクリル接着剤（光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤）により形成された接着層１２を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、圧電体基板と支持基板１１との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層１２によって圧電体薄膜１６と支持基板１１とが接着固定されることを妨げるものではない。
【００３７】
○キャビティ形成膜；
キャビティ形成膜１３は、絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素（SiO2）等の絶縁材料から選択することが望ましい。
【００３８】
キャビティ形成膜１３は、圧電体薄膜１６の、対向領域Ｅ１以外の領域と対向領域Ｅ１の周縁部とにまたがって形成され、圧電体薄膜１６の対向領域Ｅ１の中心部を支持基板１１から離隔させるキャビティ（空洞）Ｃ１を形成している。ここで、対向領域Ｅ１の周縁部とは、対向領域Ｅ１の外郭に接する部分であり、対向領域Ｅ１の中央部とは、対向領域Ｅ１の外郭から離れ、対向領域Ｅ１の周縁部に囲まれた部分である。
【００３９】
すなわち、圧電薄膜共振子１では、矩形の対向領域Ｅ１の周縁部を、接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１に固定することにより、対向領域Ｅ１に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域Ｅ１から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ１の周縁部の固定にあたって、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓによって構成されている部分においては、下面電極１５の平坦面１５ｐの周縁部から、下面電極１５の端面１５ｓを経て、圧電体薄膜１６の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜１３を成膜し、当該範囲を接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１へ固定している。また、圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ１の周縁部の固定にあたって、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓによって構成されていない部分においては、下面電極１５の平坦面１５ｐの、対向領域Ｅ１の周縁部から、対向領域Ｅ１の外郭を経て、対向領域Ｅ１の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜１３を成膜し、当該範囲を接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１へ固定している。ここで、対向領域Ｅ１の周縁部とは、対向領域Ｅ１の外郭の内側に沿う領域であり、対向領域Ｅ１の外縁部とは、対向領域Ｅ１の外郭の外側に沿う領域である。
【００４０】
ここで、下面電極１５の平坦面１５ｐは、圧電体薄膜１６の下面と平行となっており、下面電極１５の端面１５ｓは、圧電体薄膜１６の下面と非平行（必ずしも垂直とは限らない）となっているので、接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介した対向領域Ｅ１の周縁部の固定は、法線応力（垂直応力）及び接線応力（せん断応力）の両方で圧電体薄膜１６の振動を規制する立体的な固定となっている。このような立体的な固定によれば、励振領域Ｅ１の周縁部において圧電体薄膜１６の振動を強力に規制することができ、対向領域Ｅ１に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域Ｅ１から漏洩することを特に有効に防止することができる。
【００４１】
このような立体的な固定は、圧電体薄膜１６の下面を平坦に研磨して、一定の膜厚を有する下面電極１５を当該下面の一部を覆うように部分電極として成膜し、下面電極１５の平坦面１５ｐと端面１５ｓとが露出した圧電積層体を得ることにより実現される。このような下面電極１５が凸設された圧電積層体は、下面電極、圧電体薄膜及び上面電極をスパッタリング等により成膜する従来の圧電薄膜共振子では得がたいものである。
【００４２】
その一方で、圧電薄膜共振子１では、スペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜１３により、対向領域Ｅ１の大部分を占める中心部を支持基板１１から離隔させ、対向領域Ｅ１に励振される振動が支持基板１１と干渉することを回避している。
【００４３】
なお、図１〜図４では、副共振を効果的に抑制するために、キャビティＣ１の横幅（±Ｘ方向の長さ）Ｘａ及び縦幅（±Ｙ方向の長さ）Ｙａを、それぞれ、対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂ及び縦幅Ｙｂより狭くし（Ｘａ≦Ｘｂ、Ｙａ≦Ｙｂ）、上方から見てキャビティＣ１が対向領域Ｅ１に内包されるようにすることにより、対向領域Ｅ１の外郭の全体を固定するようにした例を示したが、対向領域Ｅ１の外郭の全体を固定することは必須ではなく、その一部のみを固定するようにしてもよい。
【００４４】
例えば、図１０の平面図に示すように、キャビティＣ１の横幅Ｘａを対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂより狭くする（Ｘａ≦Ｘｂ）一方で、キャビティＣ１の縦幅Ｙａを対向領域Ｅ１の縦幅Ｙｂより広げる（Ｙａ＞Ｙｂ）ことにより、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓを固定するようにしても、実用上十分な副共振の抑制効果を得ることができる。
【００４５】
又は、図１１の平面図に示すように、キャビティＣ１の縦幅Ｙａを対向領域Ｅ１の縦幅Ｙｂより狭くする（Ｙａ≦Ｙｂ）一方で、キャビティＣ１の横幅Ｘａを対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂより広げる（Ｘａ＞Ｘｂ）ことにより、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓを固定するようにしても、実用上十分な副共振の抑制効果を得ることができる。
【００４６】
なお、キャビティＣ１の横幅Ｘａを対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂより狭くする（Ｘａ≦Ｘｂ）ことは、図１２の断面図に示すように、キャビティＣ１の横幅Ｘａと対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂとを同じにすることも含まれる。この点は、キャビティＣ１の縦幅Ｙａと対向領域Ｅ１の縦幅Ｙｂとの関係についても同様である。すなわち、圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ１の外郭の固定にあたって、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓによって構成されている部分においては、下面電極１５の端面１５ｓから、圧電体薄膜１６の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜１３を成膜し、当該範囲を接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１へ固定するようにしてもよい。また、圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ１の外郭の固定にあたって、対向領域Ｅ１の外郭のうち、下面電極１５の端面１５ｓによって構成されていない部分においては、対向領域Ｅ１の外郭から、対向領域Ｅ１の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜１３を成膜し、当該範囲を接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１へ固定するようにしてもよい。
【００４７】
ここで、キャビティＣ１の横幅Ｘａを対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂより狭くする場合、横幅Ｘａを横幅Ｘｂの７０％以上１００％以下とすることが望ましく、キャビティＣ１の縦幅Ｙａを対向領域Ｅ１の縦幅Ｙｂより狭くする場合、縦幅Ｙａを縦幅Ｙｂの７０％以上１００％以下とすることが望ましい。さらに好ましくは、横幅Ｘａを横幅Ｘｂの８０％以上１００％以下とすることが望ましく、キャビティＣ１の縦幅Ｙａを対向領域Ｅ１の縦幅Ｙｂより狭くする場合、縦幅Ｙａを縦幅Ｙｂの８０％以上１００％以下とする方がよい。なぜならば、横幅Ｘａ又は縦幅Ｙａがこの範囲を下回ると、圧電薄膜共振子１の主共振に影響を与えるからであり、横幅Ｘａ又は縦幅Ｙａがこの範囲を上回ると、副共振の抑制効果が低下するからである。
【００４８】
また、本発明は、対向領域Ｅ１が矩形である場合以外にも適用可能である。例えば、対向領域Ｅ１が円形である場合にも、対向領域Ｅ１以外の領域と対向領域Ｅ１の周縁部とにまたがってキャビティ形成膜１３を成膜することにより、キャビティＣ１の直径Ｒａを対向領域Ｅ１の直径Ｒｂより短くし（Ｒａ≦Ｒｂ）、上方から見てキャビティＣ１が対向領域Ｅ１に内包されるようにすれば、効果的に副共振を抑制することができる。
【００４９】
＜２  第２実施形態＞
図１３〜図１７は、本発明の第２実施形態に係る圧電薄膜フィルタ２の構成を示す模式図である。図１３は、圧電薄膜フィルタ２を斜方から見た斜視図、図１４は、圧電薄膜フィルタ２を上方から見た平面図、図１５は、図１３のXV-XVの切断線における圧電薄膜フィルタ２の断面を示す断面図、図１６は、図１３のXVI-XVIの切断線における圧電薄膜フィルタ２の断面を示す断面図、図１７は、圧電薄膜フィルタ２に含まれる２個の圧電薄膜共振子Ｒ２１及びＲ２２の電気的な接続を示す回路図となっている。なお、図１３には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００５０】
図１３〜図１７に示すように、圧電薄膜フィルタ２は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１と同様の手順で製造することができ、支持基板２１の上に、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２５、圧電体薄膜２６及び上面電極２７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板２１、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２５、圧電体薄膜２６及び上面電極２７は、それぞれ、第１実施形態の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１５、圧電体薄膜１６及び上面電極１７と同様の材料で構成することができる。
【００５１】
ここで、第１実施形態の圧電薄膜共振子１とは異なっている上面電極２７及び下面電極２５のパターンについて説明する。
【００５２】
上面電極２７のうち、上面電極２７１は、対向領域Ｅ２１において、圧電体薄膜２６を挟んで下面電極２５と対向し、圧電薄膜共振子（直列共振子）Ｒ２２を構成している。上面電極２７１は、対向領域Ｅ２１から＋Ｙ方向へ引き出された後に延伸方向が＋Ｘ方向及び−Ｙ方向へ順次折り曲げられ、引き出された部分は、上面電極２７１へ励振信号を給電する給電部となっている。この給電部の一部は、外部への配線が接続されるパットＰ２３となっている。
【００５３】
上面電極２７２は、対向領域Ｅ２２において、圧電体薄膜２６を挟んで下面電極２５と対向し、圧電薄膜共振子（並列共振子）Ｒ２１を構成している。上面電極２７２は、対向領域Ｅ２２から−Ｙ方向へ引き出された後に延伸方向が−Ｘ方向及び＋Ｙ方向へ順次折り曲げられ、引き出された部分は、上面電極２７２へ励振信号を給電する給電部となっている。この給電部の一部は、外部への配線が接続されるパットＰ２２及びＰ２４となっている。
【００５４】
上面電極２７３は、対向領域Ｅ２１及びＥ２２以外の領域において、圧電体薄膜２６を挟んで下面電極２５と対向している。上面電極２７３と下面電極２５とはバイアホールＶＨ２によって導通されているので、圧電薄膜フィルタ２では、外部に露出した上面電極２７３を介して下面電極２５へ励振信号が給電される。上面電極２７３の一部は、外部への配線が接続されるパットＰ２１となっている。
【００５５】
このような上面電極２７及び下面電極２５により、圧電薄膜フィルタ２は、圧電薄膜共振子Ｒ２１及びＲ２２をモノリシックに一体化したラダー型のバンドパスフィルタとなっている。
【００５６】
キャビティ形成膜２３は、第１実施形態のキャビティ形成膜１３と同様に、圧電体薄膜２６の、対向領域Ｅ２１及びＥ２２以外の領域と対向領域Ｅ２１及びＥ２２の周縁部とにまたがって形成され、圧電体薄膜２６の対向領域Ｅ２１及びＥ２２の中心部を支持基板２３から離隔させるキャビティＣ２１及びＣ２２を形成している。
【００５７】
すなわち、圧電薄膜フィルタ２でも、矩形の対向領域Ｅ２１及びＥ２２の周縁部を、接着層２２及びキャビティ形成膜２３を介して支持基板に固定することにより、対向領域Ｅ２１及びＥ２２に励振された振動に係る振動エネルギーが対向領域Ｅ２１及びＥ２２から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制するとともに、圧電薄膜共振子Ｒ２１及びＲ２２が干渉することを防止している。圧電薄膜フィルタ２では、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の周縁部の固定にあたって、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の外郭のうち、下面電極２５の端面２５ｓによって構成されている部分においては、下面電極２５の平坦面２５ｐの周縁部から、下面電極２５の端面２５ｓを経て、圧電体薄膜２６の下面へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜２３を成膜し、当該範囲を接着層２２及びキャビティ形成膜２３を介して支持基板２１へ固定している。また、圧電薄膜共振子１では、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の周縁部の固定にあたって、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の外郭のうち、下面電極２５の端面２５ｓによって構成されていない部分においては、下面電極２５の平坦面２５ｐの、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の周縁部から、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の外郭を経て、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の外縁部へ至る連続する範囲を覆うようにキャビティ形成膜２３を成膜し、当該範囲を接着層２２及びキャビティ形成膜２３を介して支持基板２１へ固定している。
【００５８】
その一方で、圧電薄膜フィルタ２では、スペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜２３により、対向領域Ｅ２１及びＥ２２の大部分を占める中心部を支持基板１１から離隔させ、対向領域Ｅ２１及びＥ２２に励振される振動が支持基板１１と干渉することを回避している。
【００５９】
なお、圧電薄膜フィルタ２においても、キャビティＣ２１（Ｃ２２）の横幅と対向領域Ｅ２１（Ｅ２２）の横幅との関係や、キャビティＣ２１（Ｃ２２）の縦幅と対向領域Ｅ２１（Ｅ２２）の縦幅との関係は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１と同様とすることができ、対向領域Ｅ２１及び／又はＥ２２を矩形以外とすることもできる。
【００６０】
＜３  第３実施形態＞
図１８〜図２１は、本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子３の構成を示す模式図である。図１８は、圧電薄膜共振子３を斜方から見た斜視図、図１９は、圧電薄膜共振子３を上方から見た平面図、図２０は、図１８のXX-XXの切断線における圧電薄膜共振子３の断面を示す断面図、図２１は、図１８のXXI-XXIの切断線における圧電薄膜共振子３の断面を示す断面図である。図１８には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００６１】
図１８〜図２１に示すように、圧電薄膜共振子３は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１と類似の手順で製造することができ、支持基板３１の上に、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７（３７１，３７２）は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１５、圧電体薄膜１６及び上面電極１７（１７１，１７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子３でも、圧電薄膜共振子１と同様に、上面電極３７２は、上面電極３７１と下面電極３５とが圧電体薄膜３６を挟んで対向する対向領域Ｅ３１の外側の非対向領域Ｅ３２において圧電体薄膜１６を挟んで下面電極３５と対向し、バイアホールＶＨ３によって下面電極３５と接続されている。
【００６２】
キャビティ形成膜３３は、キャビティ形成膜１３と同様に、対向領域Ｅ３１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ３１と非対向領域Ｅ３２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ３１の中央部において圧電体薄膜３６を支持基板３１から離隔させるキャビティＣ３を形成している。圧電薄膜共振子３においても、キャビティＣ３の横幅と対向領域Ｅ３１の横幅との関係や、キャビティＣ３の縦幅と対向領域Ｅ３１の縦幅との関係は、圧電薄膜共振子１と同様とすることができ、対向領域Ｅ３１を矩形以外とすることもできる。この点は、以下で説明する圧電薄膜共振子４〜８でも同様である。
【００６３】
すなわち、圧電薄膜共振子３でも、圧電薄膜共振子１と同様に、領域ＲＧ３１及び非対向領域Ｅ３２において接着層３２及びキャビティ形成膜３３を介して圧電体薄膜３６を支持基板３１に固定し、対向領域Ｅ３１の周縁部から、対向領域Ｅ３１の外郭を経て、対向領域Ｅ３１の外縁部へ至る連続する範囲を支持基板３１に固定することにより、対向領域Ｅ３１に励振された振動の振動エネルギーが対向領域Ｅ３１から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。
【００６４】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子３と違いは、圧電薄膜共振子３では、上面電極３７２及び下面電極３５は、上面電極１７２及び下面電極１５と同様に、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極３７１は、上面電極１７１と異なり、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ３１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ３２と対向領域Ｅ３１に隣接する矩形の領域ＲＧ３３とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している点にある。図１９においてハッチングを付された加重部分３７１Ｗは、上面電極３７１の膜厚を領域ＲＧ３２及びＲＧ３３において不可避的な変動を超えて部分的に厚くすることにより形成されている。
【００６５】
加重部分３７１Ｗは、膜厚が略均一となっている対向領域Ｅ３１の中央部よりも単位面積あたりの質量が大きくなっており、領域ＲＧ３２及びＲＧ３３において弾性波のカットオフ周波数を低下させる役割を果たしている。圧電薄膜共振子３では、このカットオフ周波数の低下により、対向領域Ｅ３１に励振された振動の振動エネルギーが対向領域Ｅ３１から漏洩することを防止し、圧電体薄膜３６の輪郭形状に依存する副共振を抑制している。
【００６６】
対向領域Ｅ３１の中央部を縁取る領域ＲＧ３２の幅ｗ２は、対向領域Ｅ３１の幅ｗ１の１％以上３０％以下とすることが望ましく、５％以上２０％以下とすることがさらに望ましい。これは、幅ｗ１がこの範囲を外れると、振動エネルギーの閉じ込め効果が低下するからである。ここで、対向領域Ｅ３１の幅ｗ１とは、対向領域Ｅ３１の形状が矩形である場合には、短辺の長さであり、対向領域Ｅ３１の形状が楕円形である場合には、短軸の長さである。
【００６７】
上面電極３７及び下面電極３５の膜厚は、構成する導電材料に応じて決定すべきであるが、導電材料としてタングステンを選択した場合、７００オングストローム以上とすることが望まれる。なぜならば、タングステン膜の膜厚が７００オングストロームを下回ると、その電気抵抗が上昇し、圧電薄膜共振子３の共振抵抗が顕著に上昇するからである。また、加重部分３７１Ｗと加重部分３７１Ｗ以外との膜厚の差は、典型的には、５００オングストローム程度とすれば、圧電薄膜共振子３の副共振を良好に抑制することができる。
【００６８】
このように、対向領域Ｅ３１の周縁部を支持基板３１に固定するのに加えて、上面電極３７１の単位面積あたりの質量が対向領域Ｅ３１の中央部より大きくなる加重部分３７１Ｗを周縁部に設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のＱ値を大幅に向上することができる。
【００６９】
上面電極３７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分３７１Ｗとなるべき部分に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより形成することもできるし、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分３７１Ｗとなるべき部分以外を薄肉化することにより形成することもできる。
【００７０】
なお、図１８〜図２１には、上面電極３７１に加重部分３７１Ｗを配置する例を示したが、上面電極３７１に代えて下面電極３５に加重部分を配置してもよいし、上面電極３７１及び下面電極３５の両方に加重部分を配置してもよい。また、上面電極３７１の膜厚を部分的に厚くすることにより加重部分３７１Ｗを形成すれば、加重部分３７１Ｗを容易に形成することができるが、このことは、上面電極３７１の膜厚を部分的に厚くすることに代えて、又は、上面電極３７１の膜厚を部分的に厚くすることに加えて、上面電極３７１の比重を部分的に大きくすることにより、加重部分３７１Ｗを形成することを妨げるものではない。
【００７１】
また、領域Ｒ３２だけでなく給電部となる領域ＲＧ３３にも加重部分３７１Ｗを配置したのは、給電部の電気抵抗を減らすためである。ただし、このことは、領域Ｒ３２だけに加重部分３７１Ｗを配置し、領域ＲＧ３３には加重部分３７１Ｗを配置しないようにすることを妨げるものではない。
【００７２】
さらに、加重部分３７１Ｗの別例を説明すると、加重部分３７１Ｗが配置される領域ＲＧ３２の幅が一定であることも必須ではなく、例えば、図２２の平面図に示すように、楕円形の開口部を有する額縁形の領域ＲＧ３２と矩形の領域ＲＧ３３とにまたがって加重部分３７１Ｗを配置してもよい。
【００７３】
この他、対向領域Ｅ３１の中央部から離れるにつれて加重部分３７１Ｗの膜厚が厚くなり、加重部分３７１Ｗの単位面積あたりの質量が大きくなってゆくようにしても、圧電薄膜共振子３の副共振を良好に抑制することができる。また、このような加重部分３７１Ｗには、加重部分３７１Ｗの形状が若干変化しても副共振の抑制効果に大きな影響がないという利点もある。
【００７４】
例えば、図２３の断面図には、加重部分３７１Ｗが、膜厚が相対的に厚い部分と膜厚が相対的に薄い部分とを有する階段形となっている例が示されている。なお、図２３には、加重部分３７１Ｗが２段の階段形となっている例が示されているが、加重部分３７１Ｗが３段以上の階段形状となっていてもよい。又は、図２４の断面図に示すように、膜厚が連続的に厚くなる坂道形の加重部分３７１Ｗを上面電極３７１に配置してもよい。
【００７５】
＜４  第４実施形態＞
図２５〜図２８は、本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子４の構成を示す模式図である。図２５は、圧電薄膜共振子４を斜方から見た斜視図、図２６は、圧電薄膜共振子４を上方から見た平面図、図２７は、図２５のXXVII-XXVIIの切断線における圧電薄膜共振子４の断面を示す断面図、図２８は、図２５のXXVIII-XXVIIIの切断線における圧電薄膜共振子４の断面を示す断面図である。図２５には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００７６】
図２５〜図２８に示すように、圧電薄膜共振子４は、第３実施形態の圧電薄膜共振子３と類似の手順で製造することができ、支持基板４１の上に、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４５、圧電体薄膜４６及び上面電極４７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板４１、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４５、圧電体薄膜４６及び上面電極４７（４７１，４７２）は、それぞれ、第３実施形態の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７（３７１，３７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子４でも、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極４７２は、上面電極４７１と下面電極４５とが圧電体薄膜４６を挟んで対向する対向領域Ｅ４１の外側の非対向領域Ｅ４２において圧電体薄膜４６を挟んで下面電極４５と対向し、バイアホールＶＨ４によって下面電極４５と接続されている。
【００７７】
キャビティ形成膜４３は、キャビティ形成膜３３と同様に、対向領域Ｅ４１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ４１と非対向領域Ｅ４２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ４１の中央部において圧電体薄膜４６を支持基板３１から離隔させるキャビティＣ４を形成している。
【００７８】
また、圧電薄膜共振子４では、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極４７２及び下面電極４５は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極４７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ４１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ４２と対向領域Ｅ４１に隣接する矩形の領域ＲＧ４３とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
【００７９】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子４との違いは、領域ＲＧ３２よりも領域ＲＧ４２の方が狭縁となっている点にある。すなわち、圧電薄膜共振子３では、支持基板３１に固定された額縁形の領域ＲＧ３１の幅よりも、加重部分３７１Ｗが配置された額縁形の領域ＲＧ３２の幅の方が広くなっているが、圧電薄膜共振子４では、支持基板４１に固定された額縁形の領域ＲＧ４１の幅よりも、加重部分４７１Ｗが配置された額縁形の領域ＲＧ４２の幅の方が狭くなっている。
【００８０】
このような圧電薄膜共振子４でも、圧電薄膜共振子３と同様に、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のＱ値を大幅に向上することができる。
【００８１】
＜５  第５実施形態＞
図２９〜図３２は、本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜共振子５の構成を示す模式図である。図２９は、圧電薄膜共振子５を斜方から見た斜視図、図３０は、圧電薄膜共振子５を上方から見た平面図、図３１は、図２９のXXXI-XXXIの切断線における圧電薄膜共振子５の断面を示す断面図、図３２は、図２９のXXXII-XXXIIの切断線における圧電薄膜共振子５の断面を示す断面図である。図２９には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００８２】
図２９〜図３２に示すように、圧電薄膜共振子５は、第３実施形態の圧電薄膜共振子３と類似の手順で製造することができ、支持基板５１の上に、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５５、圧電体薄膜５６及び上面電極５７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板５１、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５５、圧電体薄膜５６及び上面電極５７（５７１，５７２）は、それぞれ、第３実施形態の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７（３７１，３７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子５でも、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極５７２は、上面電極５７１と下面電極５５とが圧電体薄膜５６を挟んで対向する対向領域Ｅ５１の外側の非対向領域Ｅ５２において圧電体薄膜５６を挟んで下面電極５５と対向し、バイアホールＶＨ５によって下面電極５５と接続されている。
【００８３】
キャビティ形成膜５３は、キャビティ形成膜３３と同様に、対向領域Ｅ５１の周縁部の領域ＲＧ５１と非対向領域Ｅ５２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ５１の中央部において圧電体薄膜５６を支持基板５１から離隔させるキャビティＣ５を形成している。
【００８４】
また、圧電薄膜共振子５では、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極５７２及び下面電極５５は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極５７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ５１の周縁部の領域ＲＧ５２と対向領域Ｅ５１に隣接する矩形の領域ＲＧ５３とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
【００８５】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子５との違いは、圧電薄膜共振子３の上面電極３７１に配置された加重部分３７１Ｗは、矩形の対向領域Ｅ３１の長手方向に伸びる一対の対辺である長辺及び短手方向に伸びる一対の対辺である短辺の両方に沿って配置されているが、圧電薄膜共振子５の上面電極５７１に配置された加重部分５７１Ｗは、矩形の対向領域Ｅ５１の長辺に沿って配置されており、矩形の対向領域Ｅ５１の短辺に沿って配置されていない点にある。換言すれば、加重部分３７１Ｗは、対向領域Ｅ３１の中央部を縁取る額縁形になっており、中央部を完全に包囲しているが、加重部分５７１Ｗは、対向領域Ｅ５１の中央部を縁取る額縁形の一部を取り除いた形になっており、中央部を完全に包囲していない。
【００８６】
長辺に沿ってのみ加重部分５７１Ｗを設け、短辺に沿って加重部分５７１Ｗを設けないのは、加重部分５７１Ｗが形成する共振子の共振の影響を回避しつつ、副共振の影響を受けにくくするためである。すなわち、積極的理由としては、中央部より共振周波数が低い共振子を形成する加重部分５７１Ｗが占める領域ＲＧ５２の面積を減らすことができるので、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができるからである。また、消極的理由としては、対向領域Ｅ５１を細長の２次元形状とした場合、横モードの弾性波が主に長辺を横切る方向に向かって伝播するため、短辺に沿って加重部分５７１Ｗを配置しなくても、対向領域Ｅ５１からの振動エネルギーの漏洩を十分に防止できるからである。
【００８７】
＜６  第６実施形態＞
図３３〜図３６は、本発明の第６実施形態に係る圧電薄膜共振子６の構成を示す模式図である。図３３は、圧電薄膜共振子６を斜方から見た斜視図、図３４は、圧電薄膜共振子６を上方から見た平面図、図３５は、図３３のXXXV-XXXVの切断線における圧電薄膜共振子６の断面を示す断面図、図３６は、図３３のXXXVI-XXXVIの切断線における圧電薄膜共振子６の断面を示す断面図である。図３３には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００８８】
図３３〜図３６に示すように、圧電薄膜共振子６は、第３実施形態の圧電薄膜共振子３と類似の手順で製造することができ、支持基板６１の上に、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６５、圧電体薄膜６６及び上面電極６７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板６１、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６５、圧電体薄膜６６及び上面電極６７（６７１，６７２）は、それぞれ、第３実施形態の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７（３７１，３７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子６でも、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極６７２は、上面電極６７１と下面電極６５とが圧電体薄膜６６を挟んで対向する対向領域Ｅ６１の外側の非対向領域Ｅ６２において圧電体薄膜６６を挟んで下面電極６５と対向し、バイアホールＶＨ６によって下面電極６５と接続されている。
【００８９】
キャビティ形成膜６３は、キャビティ形成膜３３と同様に、対向領域Ｅ６１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ６１と非対向領域Ｅ６２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ６１の中央部において圧電体薄膜６６を支持基板６１から離隔させるキャビティＣ６を形成している。
【００９０】
また、圧電薄膜共振子６では、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極６７２及び下面電極６５は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極６７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ６１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ６２と対向領域Ｅ６１に隣接する矩形の領域ＲＧ６３とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
【００９１】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子６との第１の違いは、圧電薄膜共振子３では、領域ＲＧ３２に配置された加重部分３７１Ｗで対向領域Ｅ３１の中央部を包囲したが、圧電薄膜共振子６では、領域ＲＧ６２１に配置された加重部分６７１１Ｗに加えてその内側の領域ＲＧ６２２に配置された加重部分６７１２Ｗで二重に対向領域Ｅ６１の中央部を包囲した点にある。
【００９２】
また、圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子６との第２の違いは、圧電薄膜共振子３では、上面電極３７１の中央部の膜厚と下面電極３５の膜厚とがほぼ同じで、上面電極３７１の加重部分３７１Ｗの膜厚が下面電極３５の膜厚より厚くなっているのに対して、圧電薄膜共振子６では、上面電極６７１の加重部分６７１１Ｗ，６７１２Ｗの膜厚と下面電極６５の膜厚とがほぼ同じで、上面電極６７１の中央部の膜厚が下面電極６５の膜厚より薄くなっている点にある。
【００９３】
このような圧電薄膜共振子６でも、圧電薄膜共振子３と同様に、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のＱ値を向上することができ、加重部分６７１Ｗが形成する共振子の共振の影響を回避し、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
【００９４】
＜７  第７実施形態＞
図３７〜図４０は、本発明の第７実施形態に係る圧電薄膜共振子７の構成を示す模式図である。図３７は、圧電薄膜共振子７を斜方から見た斜視図、図３８は、圧電薄膜共振子７を上方から見た平面図、図３９は、図３７のXXXIX-XXXIXの切断線における圧電薄膜共振子７の断面を示す断面図、図４０は、図３７のXXXX-XXXXの切断線における圧電薄膜共振子７の断面を示す断面図である。図３７には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【００９５】
図３７〜図４０に示すように、圧電薄膜共振子７は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１と類似の手順で製造することができ、支持基板７１の上に、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７５、圧電体薄膜７６及び上面電極７７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板７１、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７５、圧電体薄膜７６及び上面電極７７（７７１，７７２）は、それぞれ、第１実施形態の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１５、圧電体薄膜１６及び上面電極１７（１７１，１７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子７でも、圧電薄膜共振子１と同様に、上面電極７７２は、上面電極７７１と下面電極７５とが圧電体薄膜７６を挟んで対向する対向領域Ｅ７１の外側の非対向領域Ｅ７２において圧電体薄膜７６を挟んで下面電極７５と対向し、バイアホールＶＨ７によって下面電極７５と接続されている。
【００９６】
キャビティ形成膜７３は、キャビティ形成膜３３と同様に、対向領域Ｅ７１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ７１と非対向領域Ｅ７２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ７１の中央部において圧電体薄膜７６を支持基板７１から離隔させるキャビティＣ７を形成している。
【００９７】
すなわち、圧電薄膜共振子７でも、圧電薄膜共振子１と同様に、領域ＲＧ７１及び非対向領域Ｅ７２において接着層７２及びキャビティ形成膜７３を介して圧電体薄膜７６を支持基板７１に固定し、対向領域Ｅ７１の周縁部から、対向領域Ｅ７１の外郭を経て、対向領域Ｅ７１の外縁部へ至る連続する範囲を支持基板７１に固定することにより、対向領域Ｅ７１に励振された振動の振動エネルギーが対向領域Ｅ７１から漏洩することを防止し、期待しない副共振を抑制している。
【００９８】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子７と違いは、圧電薄膜共振子７では、上面電極７７２及び下面電極７５は、上面電極１７２及び下面電極１５と同様に、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極７７１は、上面電極１７１と異なり、対向領域Ｅ７１の周縁部の外郭に沿う軽減部分７７１Ｌを形成した構造を有している点にある。図３８においてハッチングを付された軽減部分７７１Ｌは、上面電極７７１の膜厚を領域ＲＧ７５において不可避的な変動を超えて部分的に薄くし、対向領域Ｅ７１の外郭から一定の距離を置いて溝を形成することにより形成されている。このような溝状の軽減部分７７１Ｌの幅は、対向領域Ｅ７１の幅の１％以上３０％以下とすることが望ましく、５％以上１５％以下とすることがさらに望ましい。また、軽減部分７７１Ｌの位置については、対向領域Ｅ７１の外郭から軽減部分の外側までの距離が、対向領域Ｅ７１の幅の５％以上３０％以下とすることが望ましく、さらに１０％以上２０％以下とすることが望ましい。
【００９９】
上面電極７７及び下面電極７５の膜厚は、構成する導電材料に応じて決定すべきであるが、導電材料としてタングステンを選択した場合、７００オングストローム以上とすることが望まれる。なぜならば、タングステン膜の膜厚が７００オングストロームを下回ると、その電気抵抗が上昇し、圧電薄膜共振子７の共振抵抗が顕著に上昇するからである。また、軽減部分７７１Ｌと軽減部分７７１Ｌ以外との膜厚の差は、タングステン膜で形成する場合、典型的には、１５０オングストローム程度とすれば、圧電薄膜共振子７の副共振を良好に抑制することができる。
【０１００】
軽減部分７７１Ｌは、膜厚が略均一となっている対向領域Ｅ７１の中央部よりも単位面積あたりの質量が小さくなっており、励振領域Ｅ７１の中央部から外郭へ至る途上で共振周波数をいったん上昇させる役割を果たしている。
【０１０１】
このように、対向領域Ｅ７１の周縁部を支持基板７１に固定するのに加えて、上面電極７７１、圧電体薄膜７６及び下面電極７５を積層した積層体の単位面積あたりの質量が対向領域Ｅ７１の中央部より小さくなる軽減部分を対向領域Ｅ７１の外郭に沿って設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のＱ値を大幅に向上することができ、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
【０１０２】
上面電極７７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分７７１Ｌとなるべき部分以外に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより形成することもできるし、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分７７１Ｌを薄肉化することにより形成することもできる。
【０１０３】
また、図５〜図９に示したように対向領域Ｅ７１が直交する対称軸Ｓａ及びＳｂについて軸対称となっている場合、軽減部分７７１Ｌも対称軸Ｓａ及びＳｂについて軸対象とすることが望ましい。そうすれば、非対称モードの励振を抑制することができるからである。
【０１０４】
なお、図３７〜図４０には、上面電極７７１に軽減部分７７１Ｌを配置する例を示したが、図４１の断面図に示すように、上面電極７７１に代えて下面電極７５に軽減部分７５Ｌを配置してもよいし、図４２の断面図に示すように上面電極７７１及び下面電極７５の両方に軽減部分７７１Ｌ及び７５Ｌを配置してもよい。
【０１０５】
また、上面電極７７１の膜厚を部分的に薄くすることにより軽減部分７７１Ｌを形成すれば、軽減部分７７１Ｌを容易に形成することができるが、このことは、上面電極７７１の膜厚を部分的に薄くすることに代えて、又は、上面電極７７１の膜厚を部分的に薄くすることに加えて、上面電極７７１の比重を部分的に小さくすることにより、軽減部分７７１Ｌを形成することを妨げるものではない。さらに、上面電極７７１や下面電極７５に軽減部分を配置することにより積層体の単位面積あたりの質量を小さくことも必須ではなく、図４３の断面図に示すように、圧電体薄膜７６に軽減部分７６Ｌを配置することにより積層体の単位面積あたりの質量を小さくするようにしてもよい。
【０１０６】
加えて、図３７〜図４０には、領域ＲＧ７５が領域ＲＧ７１よりも中央部寄りにあり、領域ＲＧ７５と領域ＲＧ７１とが重なり合わない例を示したが、図４４の断面図に示すように、領域ＲＧ７５と領域ＲＧ７１とが重なり合う場合すなわち軽減部分７７１Ｌの下方で圧電体薄膜７６が支持基板７１に固定されていても同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
＜８  第８実施形態＞
図４５〜図４８は、本発明の第８実施形態に係る圧電薄膜共振子８の構成を示す模式図である。図４５は、圧電薄膜共振子８を斜方から見た斜視図、図４６は、圧電薄膜共振子８を上方から見た平面図、図４７は、図４５のXLVII-XLVIIの切断線における圧電薄膜共振子８の断面を示す断面図、図４８は、図４５のXLVIII-XLVIIIの切断線における圧電薄膜共振子８の断面を示す断面図である。図４５には、説明の便宜上、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。
【０１０８】
図４５〜図４８に示すように、圧電薄膜共振８は、第３実施形態の圧電薄膜共振子３と類似の手順で製造することができ、支持基板８１の上に、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８５、圧電体薄膜８６及び上面電極８７をこの順序で積層した構造を有している。支持基板８１、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８５、圧電体薄膜８６及び上面電極８７（８７１，８７２）は、それぞれ、第３実施形態の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３５、圧電体薄膜３６及び上面電極３７（３７１，３７２）に対応し、これらと同様の材料で構成することができる。また、圧電薄膜共振子８でも、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極８７２は、上面電極８７１と下面電極８５とが圧電体薄膜８６を挟んで対向する対向領域Ｅ８１の外側の非対向領域Ｅ８２において圧電体薄膜８６を挟んで下面電極８５と対向し、バイアホールＶＨ８によって下面電極４５と接続されている。
【０１０９】
キャビティ形成膜８３は、キャビティ形成膜３３と同様に、対向領域Ｅ８１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ８１と非対向領域Ｅ８２とにまたがって形成され、対向領域Ｅ８１の中央部において圧電体薄膜８６を支持基板８１から離隔させるキャビティＣ８を形成している。
【０１１０】
また、圧電薄膜共振子８では、圧電薄膜共振子３と同様に、上面電極８７２及び下面電極８５は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極８７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ８１の周縁部の額縁形の領域ＲＧ８２と対向領域Ｅ８１に隣接する矩形の領域ＲＧ８３とにまたがって導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。
【０１１１】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子８との違いは、圧電薄膜共振子８では、上面電極８７１は、加重部分８７１Ｗに沿う加重部分８７１Ｗよりも中央部寄りの領域ＲＧ８５に溝状の軽減部分８７１Ｌを形成した構造を有している点にある。この軽減部分８７１Ｌは、圧電薄膜共振子７の上面電極７７１に配置された軽減部分７７１Ｌと同様に形成することができる。
【０１１２】
このように、対向領域Ｅ８１の周縁部を支持基板８１に固定するのに加えて、上面電極８７１の単位面積あたりの質量が対向領域Ｅ８１の中央部より大きくなる加重部分を周縁部に設け、さらにその内側に、上面電極８７１、圧電体薄膜８６及び下面電極８５を積層した積層体の単位面積あたりの質量が対向領域Ｅ８１の中央部より小さくなる軽減部分８７１Ｌを対向領域Ｅ７１の外郭に沿って設けると、副共振を効果的に抑制することができるだけでなく、主共振のＱ値を特に大幅に向上することができ、主共振の低周波数側に重畳する副共振の強度を低下させることができる。
【０１１３】
＜９  その他＞
上述の第１実施形態〜第８実施形態で説明した技術手段は、様々に組み合わせて用いることができる。例えば、第４実施形態における加重部分４７１Ｗや第６実施形態における加重部分６７１Ｗや第８実施形態における加重部分８７１Ｗを第５実施形態における加重部分５７１Ｗと同様に２辺化することも可能である。また、第７実施形態における軽減部分７７１Ｌや第８実施形態における軽減部分８７１Ｌを第５実施形態における加重部分５７１Ｗと同様に２辺化することも可能である。
【実施例】
【０１１４】
＜実施例１＞
以下では、本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子１に関する実施例１について説明する。実施例１の圧電薄膜共振子１では、Ｘａ＝１８μｍ、Ｘｂ＝２０μｍ、Ｙａ＝２４６μｍ、Ｙｂ＝２５０μｍとなっており、キャビティＣ１の横幅Ｘａ及び縦幅Ｙａが、それぞれ、対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂ及び縦幅Ｙｂより小さく（Ｘａ＜Ｘｂ、Ｙａ＜Ｙｂ）なっている。
【０１１５】
実施例１では、圧電体薄膜１６及び支持基板１１を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、上面電極１７及び下面電極１５を構成する導電材料としてタングステン、キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層１２を構成する材料としてエポキシ接着剤を用いて圧電薄膜共振子１を作製した。
【０１１６】
実施例１の圧電薄膜共振子１は、製造原価の低減のために、図４９に示すように、多数（典型的には、数１００個〜数１０００個）の圧電薄膜共振子１を一体化した集合体（マザー基板）Ｕ１を作製した後に、集合体Ｕ１をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離することによって得られている。
【０１１７】
以下では、便宜上、集合体Ｕ１に含まれる１個の圧電薄膜共振子１に着目して説明を進めるが、集合体Ｕ１に含まれる他の圧電薄膜共振子１も着目した圧電薄膜共振子１と同時平行して製造されている。
【０１１８】
続いて、図５０〜図５１の断面図を参照しながら、実施例１に係る圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する。
【０１１９】
圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、最初に、厚み０．５ｍｍ、直径３インチのニオブ酸リチウム単結晶の円形ウエハ（４５度カットＹ板）を圧電体基板１９及び支持基板１１として準備した。
【０１２０】
そして、圧電体基板１９の下面の全面に膜厚１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図１及び図２に示すパターンを有する下面電極１５を得た（図５０（Ａ））。
【０１２１】
続いて、圧電体基板１９の下面の全面に膜厚０．５μｍの二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、圧電体基板１９を除去加工して得られる圧電体薄膜１６において対向領域Ｅ１となるべき領域の中心部に成膜された二酸化ケイ素の膜をフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去した。これにより、圧電体薄膜１６において対向領域Ｅ１となるべき領域の中心部以外の領域にキャビティ形成膜１３が形成されたことになる（図５０（Ｂ））。
【０１２２】
さらに続いて、支持基板１１の上面に接着層１２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板１１の上面と、下面電極１５及びキャビティ形成膜１３が形成された圧電体基板１９の下面とを張り合わせた。そして、支持基板１１及び圧電体基板１９に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層１２の厚みを０．５μｍとした。しかる後に、張り合わせた支持基板１１及び圧電体基板１９とを２００℃の環境下で１時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板１１と圧電体基板１９を接着した。これにより、圧電体基板１９の、圧電体薄膜１６において対向領域Ｅ１となるべき領域の中心部の下方に、深さが約０．５μｍのキャビティＣ１が形成された（図５０（Ｃ））。
【０１２３】
支持基板１１と圧電体基板１９との接着が完了した後、圧電体基板１９を支持基板１１に接着した状態を維持したまま、支持基板１１の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板１９の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板１９の厚みを５０μｍまで薄肉化した。さらに、圧電体基板１９の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板１９の厚みを２μｍまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板１９に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板１９の仕上げ研磨を行い、厚みが１．００μｍの圧電体薄膜１６を得た（図５０（Ｄ））。
【０１２４】
次に、圧電体薄膜１６の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、膜厚が２００オングストロームのクロム膜と膜厚が２０００オングストロームの金膜とを圧電体薄膜１６の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜１６の、バイアホールＶＨ１を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスクＭ１を得た（図５１（Ｅ））。
【０１２５】
エッチングマスクＭ１の形成後、６５℃に加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜１６のエッチングを行い、圧電体薄膜１６の上面と下面との間を貫通するバイアホールＶＨ１を形成して下面電極１５を露出させるとともに、エッチングマスクＭ１をエッチングにより除去した（図５１（Ｆ））。
【０１２６】
さらに、圧電体薄膜１６の上面の全面に厚み１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図１〜図４に示すパターンを有する上面電極１７を得た（図５１（Ｇ））。このとき、バイアホールＶＨ１の内側面にもタングステン膜が形成されるので、上面電極１７１と下面電極１５との導通が確保される。
【０１２７】
このようにして得られた圧電薄膜共振子１の周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図５２に示す波形が観察された。
【０１２８】
＜実施例２＞
以下では、本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子１に関する実施例２について説明する。実施例２では、Ｘａ＝２０μｍ、Ｘｂ＝２０μｍ、Ｙａ＝２５０μｍ、Ｙｂ＝２５０μｍとし、キャビティＣ１の横幅Ｘａ及び縦幅Ｙａを、それぞれ、対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂ及び縦幅Ｙｂと同じに（Ｘａ＝Ｘｂ、Ｙａ＝Ｙｂ）した点以外は実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子１を製造した。
【０１２９】
このようにして製造された圧電薄膜共振子１を実施例１と同様の手順で製造し、周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図５３に示す波形が観察された。
【０１３０】
＜比較例１＞
以下では、本発明の範囲外の圧電薄膜共振子に関する比較例１について説明する。比較例では、Ｘａ＝４０μｍ、Ｘｂ＝２０μｍ、Ｙａ＝２９０μｍ、Ｙｂ＝２５０μｍとし、キャビティＣ１の横幅Ｘａ及び縦幅Ｙａを、それぞれ、対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂ及び縦幅Ｙｂより広げた（Ｘａ＞Ｘｂ、Ｙａ＞Ｙｂ）点以外は実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子を製造した。
【０１３１】
このようにして製造された圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性及び周波数−位相特性をインピーダンスアナライザを用いて測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図５４に示す波形が観察された。
【０１３２】
＜実施例１，２及び比較例１の対比＞
図５２〜図５４より明らかなように、キャビティＣ１の横幅Ｘａ及び縦幅Ｙａを、それぞれ、対向領域Ｅ１の横幅Ｘｂ及び縦幅Ｙｂ以下とし（Ｘａ≦Ｘｂ、Ｙａ≦Ｙｂ）、対向領域Ｅ１の外郭における立体的な固定を採用すれば、図５４において矢印で示したような主共振に重畳するスプリアスを著しく減らすことができる。また、このような圧電薄膜共振子１を単独で又は組み合わせて用いることにより、特性が良好な圧電薄膜デバイス、例えば、リップルが少ない圧電薄膜フィルタを得ることができる。
【０１３３】
＜実施例３＞
以下では、本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子３に関する実施例３について説明する。実施例３では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分３７１Ｗとなるべき部分に導電体薄膜をさらに重ねて成膜することにより加重部分３７１Ｗを形成している。
【０１３４】
実施例３では、圧電体薄膜３６及び支持基板３１を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、上面電極３７及び下面電極３５を構成する導電材料としてタングステン、キャビティ形成膜３３を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層３２を構成する材料としてエポキシ接着剤を用いて圧電薄膜共振子３を作製した。
【０１３５】
実施例３の圧電薄膜共振子３は、実施例１の圧電薄膜共振子１と同様に、多数の圧電薄膜共振子３を一体化した集合体を作製した後に、集合体をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子３へ分離することによって得られている。
【０１３６】
以下では、便宜上、集合体に含まれる１個の圧電薄膜共振子３に着目して説明を進めるが、集合体に含まれる他の圧電薄膜共振子３も着目した圧電薄膜共振子３と同時平行して製造されている。
【０１３７】
続いて、図５５〜図５６の断面図を参照しながら、実施例３に係る圧電薄膜共振子３の製造方法を説明する。
【０１３８】
圧電薄膜共振子３の製造にあたっては、最初に、厚み０．５ｍｍ、直径３インチのニオブ酸リチウム単結晶の円形ウエハ（４５度カットＹ板）を圧電体基板３９及び支持基板３１として準備した。
【０１３９】
そして、圧電体基板３９の下面の全面に膜厚１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図３３及び図３４に示すパターンを有する下面電極３５を得た（図５５（Ａ））。
【０１４０】
続いて、圧電体基板３９の下面の全面に膜厚０．５μｍの二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、領域ＲＧ３１及び非対向領域Ｅ３２以外に成膜された二酸化ケイ素の膜をフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去した。これにより、領域ＲＧ３１及び非対向領域Ｅ３２にキャビティ形成膜３３が形成されたことになる（図５５（Ｂ））。
【０１４１】
さらに続いて、支持基板３１の上面に接着層３２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板３１の上面と、下面電極３５及びキャビティ形成膜３３が形成された圧電体基板３９の下面とを張り合わせた。そして、支持基板３１及び圧電体基板３９に圧力を印加してプレス圧着を行い、接着層３２の厚みを０．５μｍとした。しかる後に、張り合わせた支持基板３１及び圧電体基板３９とを２００℃の環境下で１時間放置してエポキシ接着剤を硬化させ、支持基板３１と圧電体基板３９を接着した。これにより、圧電体基板３９の、圧電体薄膜３６において対向領域Ｅ３１となるべき領域の下方に、深さが約０．５μｍのキャビティＣ３が形成された（図５５（Ｃ））。
【０１４２】
支持基板３１と圧電体基板３９との接着が完了した後、圧電体基板３９を支持基板３１に接着した状態を維持したまま、支持基板３１の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板３９の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板３９の厚みを５０μｍまで薄肉化した。さらに、圧電体基板３９の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板３９の厚みを２μｍまで薄肉化した。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板３９に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板３９の仕上げ研磨を行い、厚みが１．００μｍの圧電体薄膜３６を得た（図５５（Ｄ））。
【０１４３】
次に、圧電体薄膜３６の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、膜厚が２００オングストロームのクロム膜と膜厚が２０００オングストロームの金膜とを圧電体薄膜３６の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜３６の、バイアホールＶＨ３を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスクＭ３を得た（図５６（Ｅ））。
【０１４４】
エッチングマスクＭ３の形成後、６５℃に加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜３６のエッチングを行い、圧電体薄膜３６の上面と下面との間を貫通するバイアホールＶＨ３を形成して下面電極３５を露出させるとともに、エッチングマスクＭ３をエッチングにより除去した（図５６（Ｆ））。
【０１４５】
続く上面電極３７の形成工程においては、まず、圧電体薄膜３６の上面の全面に膜厚が５００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極３７の加重部分３７１Ｗとなるべき部分にのみ、タングステン膜３７１ａを残した（図５６（Ｇ））。
【０１４６】
さらに、圧電体薄膜３６の上面の全面に膜厚が１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、図３３及び図３４に示すパターンを有するとともに加重部分３７１Ｗが設けられた上面電極３７を得た（図５６（Ｈ））。このとき、バイアホールＶＨ３の内側面にもタングステンの膜が形成されるので、上面電極３７２と下面電極３５との導通が確保される。
【０１４７】
このような工程を経て、図３３〜図３７に示す圧電薄膜共振子３を作製することができる。
【０１４８】
＜実施例４＞
以下では、本発明の第７実施形態に係る圧電薄膜共振子７に関する実施例４について説明する。実施例４では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分７７１Ｌとなるべき部分を薄肉化することにより軽減部分７７１Ｌを形成している。
【０１４９】
なお、実施例７では、上面電極７７の形成工程以外は実施例３と同様の手順で圧電薄膜フィルタ７を製造しているので、以下では、上面電極７７の形成工程についてのみ説明を行う。
【０１５０】
図５７の断面図を参照しながら、上面電極７７の形成工程について説明すると、まず、圧電体薄膜７６の上面の全面に膜厚が２００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極７７を形成すべき領域のうち軽減部分７７１Ｌとなるべき部分以外にタングステン膜７７ａを形成した（図５７（Ａ））。このとき、バイアホールＶＨ７の内側面にもタングステン膜が形成されるので、上面電極７７２と下面電極７５との導通が確保される。
【０１５１】
さらに、タングステン膜７７ａの上に膜厚１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィプロセスを経て、軽減部分７７１Ｌを有する上部電極７７を形成した（図５７（Ｂ））。
【０１５２】
このような工程を経て、図３７〜図４０に示す圧電薄膜共振子７を作製することができる。
【０１５３】
＜実施例５＞
以下では、本発明の第８実施形態に係る圧電薄膜共振子８に関する実施例５について説明する。実施例５では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、軽減部分８７１Ｌとなるべき部分を薄肉化することにより軽減部分８７１Ｌを形成し、加重部分８７１Ｗとなるべき部分を厚肉化することにより加重部分８７１Ｗを形成している。
【０１５４】
なお、実施例８では、上面電極８７の形成工程以外は実施例３と同様の手順で圧電薄膜フィルタ８を製造しているので、以下では、上面電極８７の形成工程についてのみ説明を行う。
【０１５５】
低コストに有利なウェットのフォトリソグラフィプロセスを用いて軽減部分８７１Ｌ及び加重部分８７１Ｗの両方を有する上面電極８７１を形成しようとすると、選択的なエッチングを行う必要があるので、複数の導電材料で上面電極８７１を構成することが必要になる。例えば、軽減部分８７１Ｌとなるべき部分を薄肉化したタンタル膜の上に加重部分８７１Ｗとなるべき部分を厚肉化したタングステン膜を重ねることにより上面電極８７１を構成することができる。
【０１５６】
この場合、まず、膜厚２００オングストロームのタンタル膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極８７を形成すべき領域のうち軽減部分８７１Ｌとなるべき部分以外にタンタル膜８７ａを形成する（図５８（Ａ））。
【０１５７】
さらに、タンタル膜８７ａの上に膜厚５００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、加重部分８７１となるべき部分にタングステン膜８７ｂが残るようにパターニングをする（図５８（Ｂ））。
【０１５８】
そして、タンタル膜８７ａ及びタングステン膜８７ｂの上に膜厚が１０００オングストロームのタングステン膜をスパッタリングにより重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、軽減部分８７１Ｌおよび加重部分８７１Ｗが設けられた上面電極８７を得る（図５９）。
【０１５９】
このような工程を経て、図４５〜図４８に示す圧電薄膜共振子８を作製することができる。なお、ドライのフォトリソグラフィプロセスを用いれば、コスト高になるが、ここで説明したような複数の金属を用いずに、同一の導電材料で軽減部分８７１Ｌおよび加重部分８７１Ｗを構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３】図１のIII-IIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面を示す断面図である。
【図４】図１のIV-IVの切断線における圧電薄膜共振子の断面を示す断面図である。
【図５】対向領域の形状例を示す図である。
【図６】対向領域の形状例を示す図である。
【図７】対向領域の形状例を示す図である。
【図８】対向領域の形状例を示す図である。
【図９】対向領域の形状例を示す図である。
【図１０】対向領域の外郭の一部が支持基板に固定された圧電薄膜共振子の平面図である。
【図１１】対向領域の外郭の一部が支持基板に固定された圧電薄膜共振子の平面図である。
【図１２】キャビティの横幅Ｘａと対向領域の横幅Ｘｂとを同じにした圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る圧電薄膜フィルタの斜視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る圧電薄膜フィルタの平面図である。
【図１５】図８のX-Xの切断線における圧電薄膜フィルタの断面を示す断面図である。
【図１６】図８のXI-XIの切断線における圧電薄膜フィルタの断面を示す断面図である。
【図１７】圧電薄膜フィルタに含まれる２個の圧電薄膜共振子の電気的な接続を示す回路図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図２０】図１８のXX-XXの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２１】図１８のXXI-XXIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２２】加重部分の別例を示す平面図である。
【図２３】加重部分の別例を示す断面図である。
【図２４】加重部分の別例を示す断面図である。
【図２５】本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図２６】本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図２７】図２５のXVII-XXVIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２８】図２５のXXVIII-XXVIIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２９】本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図３０】本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３１】図２９のXXXI-XXXIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図３２】図２９のXXXII-XXXIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図３３】本発明の第６実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図３４】本発明の第６実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３５】図３３のXXXV-XXXVの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図３６】図３３のXXXVI-XXXVIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図３７】本発明の第７実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図３８】本発明の第７実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３９】図３７のXXXIX-XXXIXの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４０】図３７のXXXX-XXXXの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４１】軽減部分の別例を示す断面図である。
【図４２】軽減部分の別例を示す断面図である。
【図４３】軽減部分の別例を示す断面図である。
【図４４】軽減部分の別例を示す断面図である。
【図４５】本発明の第８実施形態に係る圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図４６】本発明の第８実施形態に係る圧電薄膜共振子の平面図である。
【図４７】図４５のXLVII-XLVIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４８】図４５のXLVIII-XLVIIIの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４９】多数の圧電薄膜共振子を一体化した集合体を切断して個々の圧電薄膜共振子へ分離する様子を示す図である。
【図５０】実施例１に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５１】実施例１に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５２】実施例１に係る圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性を示す図である。
【図５３】実施例２に係る圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性を示す図である。
【図５４】比較例１に係る圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性を示す図である。
【図５５】実施例２に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５６】実施例３に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５７】実施例４に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５８】実施例５に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【図５９】実施例５に係る圧電薄膜共振子の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１，２，３，４，５，６，７，８  圧電薄膜共振子
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１  支持基板
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２  接着層
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３  キャビティ形成膜
１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５  下面電極
１６，２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６  圧電体薄膜
１７，２７，３７，４７，５７，６７，７７，８７  上面電極
Ｅ１，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ４１，Ｅ５１，Ｅ６１，Ｅ７１，Ｅ８１  対向領域
【図１】
2008042878.tif 000003
【図２】
2008042878.tif 000004
【図３】
2008042878.tif 000005
【図４】
2008042878.tif 000006
【図５】
2008042878.tif 000007
【図６】
2008042878.tif 000008
【図７】
2008042878.tif 000009
【図８】
2008042878.tif 000010
【図９】
2008042878.tif 000011
【図１０】
2008042878.tif 000012
【図１１】
2008042878.tif 000013
【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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【図１７】
2008042878.tif 000019
【図１８】
2008042878.tif 000020
【図１９】
2008042878.tif 000021
【図２０】
2008042878.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2008042878.tif 000030
【図２９】
2008042878.tif 000031
【図３０】
2008042878.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2008042878.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2008042878.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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