(57)【要約】【課題】周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくい圧電薄膜デバイスを提供する。【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、下面電極１３、圧電体薄膜１４及び上面電極１５をこの順序で積層した構造を有している。上面電極１５の駆動部１５１と下面電極１３の駆動部１３１とは、圧電体薄膜１４を挟んで対向している。駆動部１５１及び１３１は、細長の２次元形状を有しており、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。【選択図】図１
2008042871.tif 000002
【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、
前記圧電体薄膜の両主面に形成された、前記圧電体薄膜を挟んで対向する駆動部を有する電極と、
を備え、
前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの２倍以上となる細長の２次元形状を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの４倍以上となる細長の２次元形状を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの１０倍以上となる細長の２次元形状を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部は、長手方向の大きさとなる長辺の長さが、短手方向の大きさとなる短辺の長さの２倍以上となる矩形形状を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記電極は、前記駆動部の所定方向の幅を維持したまま前記駆動部を前記所定方向と垂直な方向へ引き出す引出部を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部は、長手方向となる長軸の長さが、短手方向の大きさとなる短軸の長さの２倍以上となる楕円形状を有していることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部の少なくとも一方は、長手方向に伸びる一対の対辺の内側に沿ってのみ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有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記駆動部は、長手方向の大きさとなる長辺の長さが、短手方向の大きさとなる短辺の長さの２倍以上となる矩形形状を有しており、
前記駆動部の少なくとも一方は、前記長辺の内側に沿ってのみ前記加重部分を有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜の材質がニオブ酸リチウムあるいはタンタル酸リチウムであることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜を支持する支持体と、
前記圧電体薄膜を前記支持体に接着する接着層と、
をさらに備え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】
図５９は、従来の圧電薄膜共振子９の主要部の概略構成を示す斜視図である。
【０００３】
図５９に示すように、圧電薄膜共振子９は、圧電体薄膜９１と、圧電体薄膜９１の両主面に形成された上面電極９２及び下面電極９３とを備える。圧電薄膜共振子９においては、上面電極９２の正方形の駆動部９２１と下面電極９３の正方形の駆動部９３１とが圧電体薄膜９１を挟んで対向しており、駆動部９２１及び９３１と電気的に接続されたパット９２３及び９３３に励振信号が印加されると、駆動部９２１と９３１とが対向する励振領域９１１において、圧電体薄膜９１の内部に電界が発生して振動が励振される。なお、駆動部９２１及び９３１の形状は、正方形ではなく、円形とされることもある。
【０００４】
このような圧電薄膜共振子９では、励振された振動が励振領域９１１から漏洩して圧電体薄膜９１の輪郭に起因する副共振が発生することを防止するため、圧電体薄膜９１の膜厚を部分的に変える等の手段により弾性波のカットオフ周波数をずらして励振領域９１１からの振動の漏洩を防止するエネルギー閉じ込め構造が採用されることが多い。
【０００５】
なお、特許文献１は、従来の圧電薄膜共振子に関する先行技術文献である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２４２０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の圧電薄膜共振子では、ニオブ酸リチウムやニオブ酸タンタルのような電気機械結合係数が大きな圧電材料を用いた場合、十分なエネルギー閉じ込め効果を得ることができず、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けやすくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくい圧電薄膜デバイス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】
【０００９】
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、前記圧電体薄膜の両主面に形成された、前記圧電体薄膜を挟んで対向する駆動部を有する電極とを備え、前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの２倍以上となる細長の２次元形状を有している。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの４倍以上となる細長の２次元形状を有している。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部は、長手方向の大きさが短手方向の大きさの１０倍以上となる細長の２次元形状を有している。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部は、長手方向の大きさとなる長辺の長さが、短手方向の大きさとなる短辺の長さの２倍以上となる矩形形状を有している。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記電極は、前記駆動部の所定方向の幅を維持したまま前記駆動部を前記所定方向と垂直な方向へ引き出す引出部を有している。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部は、長手方向となる長軸の長さが、短手方向の大きさとなる短軸の長さの２倍以上となる楕円形状を有している。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部の少なくとも一方は、長手方向に伸びる一対の対辺の内側に沿ってのみ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有する。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記駆動部は、長手方向の大きさとなる長辺の長さが、短手方向の大きさとなる短辺の長さの２倍以上となる矩形形状を有しており、前記駆動部の少なくとも一方は、前記長辺の内側に沿ってのみ前記加重部分を有する。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電体薄膜の材質がニオブ酸リチウムあるいはタンタル酸リチウムである。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電体薄膜を支持する支持体と、前記圧電体薄膜を前記支持体に接着する接着層とをさらに備える。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし請求項１０の発明によれば、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなる。
【００２０】
また、請求項７又は請求項８の発明によれば、加重部分が形成する共振子の共振波形の影響を回避しつつ、圧電薄膜共振子の周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響をより受けにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
＜１  第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）１の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、図１のII-II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である。図１及び図２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。この点は、後述する各図においても同様である。圧電薄膜共振子１は、圧電体薄膜１４に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した共振子となっている。
【００２３】
図１及び図２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、下面電極１３、圧電体薄膜１４及び上面電極１５をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子１において、圧電体薄膜１４の大きさは支持基板１１より小さくなっており、下面電極１３の一部は露出した状態となっている。
【００２４】
圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板を除去加工することにより圧電体薄膜１４を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜１４は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、除去加工に先立って、圧電体基板を含む所定の部材を、支持体となる支持基板１１にあらかじめ接着している。
【００２５】
○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１３が下面に形成され、上面電極１５が上面に形成された圧電体薄膜１４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。
【００２６】
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１４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１４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１４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る。また、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、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い。また圧電材料と同じ材料を同じ方位で用いる場合もある。
【００２７】
圧電体薄膜１４の励振領域１４１に対向する支持基板１１の所定の領域には、陥没（凹部又は掘り込み）１１１が形成されている。陥没１１１は、圧電体薄膜１４の励振領域１４１の下方にキャビティ（空洞）を形成し、圧電体薄膜１４の励振領域１４１を支持基板１１から離隔させ、励振領域１４１に励振された振動が支持基板１１と干渉しないようにする役割を果たしている。
【００２８】
○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１３が下面に形成され、上面電極１５が上面に形成された圧電体薄膜１４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。
【００２９】
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１４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。
【００３０】
○圧電体薄膜；
圧電体薄膜１４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１４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。
【００３１】
圧電体薄膜１４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１４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１４の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上させることができるからである。
【００３２】
また、圧電体薄膜１４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１４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。
【００３３】
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１４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の生産性を向上可能であるとともに、圧電体薄膜１４の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子１の特性を向上可能である。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。
【００３４】
このような圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１４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１４を構成する圧電材料や圧電体薄膜１４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１４を構成する圧電材料や圧電体薄膜１４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。
【００３５】
○上面電極及び下面電極；
以下では、図３を参照しながら、上面電極１５及び下面電極１３について説明する。ここで、図３は、上面電極１５及び下面電極１３のパターンを示す図であり、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、上方から見た場合の上面電極１５及び下面電極１３のパターンを示している。
【００３６】
上面電極１５及び下面電極１３は、導電材料を成膜することにより得られた導電体薄膜である。
【００３７】
上面電極１５及び下面電極１３の膜厚は、圧電体薄膜１４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１４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１５及び下面電極１３の膜厚を適宜調整するようにしてもよい。
【００３８】
上面電極１５及び下面電極１３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１５及び下面電極１３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１５及び下面電極１３を形成してもよい。
【００３９】
上面電極１５は、駆動部１５１、引き出し線１５２及びパット１５３を有している。同様に、下面電極１３も、駆動部１３１、引き出し線１３２及びパット１３３を有している。上面電極１５の駆動部１５１と下面電極１３の駆動部１３１とは、圧電体薄膜１４を挟んで対向している。
【００４０】
圧電体薄膜１４の上面に形成された上面電極１５は、駆動部１５１から引き出し線１５２によって−Ｘ方向に引き出され、その先端は圧電薄膜共振子１の外部と電気的に接続される外部配線の接続用のパット１５３となっている。
【００４１】
圧電体薄膜１４の下面に形成された下面電極１３は、駆動部１３１から引き出し線１３２によって＋Ｘ方向に引き出され、その先端は圧電薄膜共振子１の外部と電気的に接続される外部配線の接続用のパット１３３となっている。
【００４２】
圧電薄膜共振子１では、パット１３３への外部配線の接続を可能ならしめるために、パット１３３の近傍の圧電体薄膜１４（図１において点線で図示した部分）が除去され、パット１３３が露出した状態となっている。このような上面電極１５及び下面電極１３により、圧電薄膜共振子１では、パット１５３及び１３３を介して上面電極１５及び下面電極１３に励振信号が印加されると、駆動部１５１と駆動部１３１とが対向する励振領域１４１において圧電体薄膜１４の内部に電界Ｅが発生して振動が励振される。
【００４３】
駆動部１５１及び１３１は、細長の２次元形状（図１〜図３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。
【００４４】
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４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５において実線で描かれた図形を参照）。
【００４５】
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５〜７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。
【００４６】
したがって、駆動部１５１及び１３１は、図６において実線で描かれた長丸形であってもよいし、図７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８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。
【００４７】
＜２  第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る圧電薄膜共振子２の概略構成を示す斜視図である。圧電薄膜共振子２も、圧電体薄膜２４に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した共振子となっている。
【００４８】
図９に示すように、圧電薄膜共振子２は、支持基板２１の上に、接着層２２、下面電極２３、圧電体薄膜２４及び上面電極２５をこの順序で積層した構造を有している。第２実施形態の圧電薄膜共振子２は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１と類似の構造を有しており、圧電薄膜共振子２の支持基板２１、接着層２２、下面電極２３、圧電体薄膜２４及び上面電極２５は、下面電極２３及び上面電極２５のパターンを除いては、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、下面電極１３、圧電体薄膜１４及び上面電極１５と同様のものとなっている。なお、以下では、圧電薄膜共振子１と同様の点についての重複説明は省略し、圧電薄膜共振子１とは異なる上面電極２５及び下面電極２３のパターンについて特に説明する。
【００４９】
図１０は、上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示す図であり、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ、上方から見た場合の上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示している。
【００５０】
上面電極２５は、駆動部２５１、引出部２５２及びパット２５３を有している。同様に、下面電極２３も、駆動部２３１、引出部２３２及びパット２３３を有している。上面電極２５の駆動部２５１と下面電極２３の駆動部２３１とは、圧電体薄膜２４を挟んで対向している。
【００５１】
圧電体薄膜２４の上面に形成された上面電極２５は、駆動部２５１から引出部２５２によって−Ｘ方向に引き出され、その先端は圧電薄膜共振子２の外部と電気的に接続される外部配線の接続用のパット２５３となっている。
【００５２】
圧電体薄膜２４の下面に形成された下面電極２３は、駆動部２３１から引出部２３２によって＋Ｘ方向に引き出され、その先端は圧電薄膜共振子２の外部と電気的に接続される外部配線の接続用のパット２３３となっている。
【００５３】
この圧電薄膜共振子２においても、駆動部２５１及び２３１は、細長の矩形形状を有しており、その長辺の長さは短辺の長さの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。
【００５４】
引出部２５２は、駆動部２５１の長辺２５１ｓに接続され、上面電極２５は、駆動部２５１から引出部２５２を経てパット２５３に至るまで±Ｙ方向の幅が一定に維持されている。同様に、引出部２３２は、駆動部２３１の長辺２３１ｓに接続され、下面電極２３は、駆動部２３１から引出部２３２を経てパット２３３に至るまで±Ｙ方向の幅が一定に維持されている。すなわち、圧電薄膜共振子２においては、圧電体薄膜２４の上面及び下面に、それぞれ、同方向（±Ｘ方向）に伸びる矩形帯状の上面電極２５及び下面電極２３を形成し、上面電極２５及び下面電極２３の先端部を圧電体薄膜２４を挟んで対向させることにより、励振領域２４１を得ている。
【００５５】
なお、駆動部２５１及び２３１が圧電体薄膜２４を挟んで対向する励振領域２４１の輪郭は、圧電体薄膜２４の拡がり方向に伝播する横モードの弾性波を反射するので、励振領域２４１の輪郭の状態は、圧電薄膜共振子２のスプリアス特性に影響を与える。しかし、圧電薄膜共振子２においては、圧電薄膜共振子１と異なり、駆動部２５１の長辺２５１ｓの全体にわたって引出部２５２が接続され、駆動部２３１の長辺２３１ｓの全体にわたって引出部２３２が接続されるようにしている。このため、圧電薄膜共振子２では、長辺２５１ｓ及び２３１ｓにおいて弾性波の反射が均一に起こり、引き出し線１５２及び１３２が接続されている部分と接続されていない部分とで弾性波の反射の起こり方が不均一になる圧電薄膜共振子１と比較して、反射の不均一性に起因する多数のスプリアスが発生することを有効に防止できている。
【００５６】
さらに、このような上面電極２５及び下面電極２３のパターンを採用すれば、図１１に示すように、上面電極２５及び下面電極２３の形成位置が、それぞれ、あるべき位置から矢印Ａ２５及びＡ２３で示す方向へずれても、上面電極２５と下面電極２３とが対向する励振領域２４１の形状は矩形のままである。すなわち、圧電薄膜共振子２では、上面電極２５及び下面電極２３の形成位置があるべき位置からずれても、圧電体薄膜２４の拡がり方向に伝播する横モードの弾性波をその輪郭において反射する励振領域２４１は単純な矩形のままであるので、上面電極２５及び下面電極２３の形成位置があるべき位置からずれても、そのことが原因となって多数のスプリアスが発生することはない。この点は、図１２に示すように、第１実施形態の圧電薄膜共振子１の上面電極１５及び下面電極１３の形成位置が、それぞれ、あるべき位置から矢印Ａ１５及びＡ１３で示す方向へずれた場合、上面電極１５と下面電極１３とが対向する励振領域１４１は複雑な形状となり、多数のスプリアスの原因となりうることと対比すれば明らかであろう。
【００５７】
なお、上述の説明では、望ましい例として、駆動部２５１から引出部２５２を経てパット２５３に至るまで±Ｙ方向の幅を一定に維持するとともに、駆動部２３１から引出部２３２を経てパット２３３に至るまで±Ｙ方向の幅を一定に維持する例を示した。しかし、励振領域２４１へのエネルギー閉じ込めが十分に行われている場合、励振領域２４１から離れるにしたがって、上面電極２５及び下面電極２３が圧電薄膜共振子２の周波数インピーダンス特性に与える影響は小さくなるので、例えば、図１３に示すように、駆動部２５１に近い部分のみ引出部２５２の±Ｙ方向の幅を駆動部２５１と同じにしたり、駆動部２３１に近い部分のみ引出部２３２の±Ｙ方向の幅を駆動部２３１と同じにしたりすることも許容される。ここで、図１３は、上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示す図であり、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ、上方から見た場合の上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示している。
【００５８】
＜３  第３実施形態＞
図１４は、本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子３の概略構成を示す斜視図である。また、図１５は、図１４のXV-XV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。圧電薄膜共振子３も、圧電体薄膜３４に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した共振子となっている。
【００５９】
図１４及び図１５に示すように、圧電薄膜共振子３は、支持基板３１の上に、接着層３２、下面電極３３、圧電体薄膜３４及び上面電極３５をこの順序で積層した構造を有している。第３実施形態の圧電薄膜共振子３は、第２実施形態の圧電薄膜共振子２と類似の構造を有しており、圧電薄膜共振子３の支持基板３１、接着層３２、下面電極３３、圧電体薄膜３４及び上面電極３５は、上面電極３５の駆動部３５１が加重部分３５１Ｗを有することを除いては、それぞれ、圧電薄膜共振子２の支持基板２１、接着層２２、下面電極２３、圧電体薄膜２４及び上面電極２５と同様のものとなっている。なお、以下では、圧電薄膜共振子２と同様の点についての重複説明は省略し、圧電薄膜共振子２とは異なる加重部分３５１Ｗについて特に説明する。
【００６０】
図１６は、上面電極３５及び下面電極３３のパターンを示す図であり、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ、上方から見た場合の上面電極３５及び下面電極３３のパターンを示している。
【００６１】
上面電極３５は、駆動部３５１、引出部３５２及びパット３５３を有している。同様に、下面電極３３も、駆動部３３１、引出部３３２及びパット３３３を有している。駆動部３５１と駆動部３３１とは、圧電体薄膜３４を介して対向している。圧電薄膜共振子３の上面電極３５及び下面電極３３のパターンは、駆動部３５１が加重部分３５１Ｗを有することを除いては、圧電薄膜共振子２の上面電極２５及び下面電極２３のパターンと同様である。
【００６２】
圧電薄膜共振子３では、下面電極３３は、略均一な膜厚の導電体薄膜となっているが、上面電極３５は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、駆動部３５１の長手方向に伸びる一対の対辺である長辺３５１Ｌの内側に沿う領域ＲＧ３１に導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。図１６においてハッチングを付された加重部分３５１Ｗは、上面電極３５の膜厚を領域ＲＧ３１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。
【００６３】
加重部分３５１Ｗは、膜厚が略均一となっている駆動部３５１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ＲＧ３１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、駆動部３５１及び３３１が圧電体薄膜３４を挟んで対向する対向領域３４１において励振された振動の振動エネルギーが対向領域３４１から漏洩することを防止し、圧電体薄膜３４の輪郭形状に依存する副共振を抑制している。
【００６４】
なお、長辺３５１Ｌの内側に沿ってのみ加重部分３５１Ｗを設け、短手方向に伸びる一対の短辺３５１Ｓの内側に沿って加重部分３５１Ｗを設けないのは、加重部分３５１Ｗが形成する共振子の共振波形の影響を回避しつつ、圧電薄膜共振子３の周波数インピーダンス特性がスプリアス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３５１Ｗが占める領域ＲＧ３１の面積を減らすことができるので、中央部が形成する共振子の共振波形の低周波側に重畳する別の共振波形の強度を抑制することができるからである。また、消極的理由としては、細長の２次元形状を有する駆動部３５１及び３３１を採用した場合、横モードの弾性波が主に長辺３５１Ｌを横切る方向に向かって伝播するため、短辺３５１Ｓの内側に沿って加重部分３５１Ｗを設けなくても、対向領域３４１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。
【００６５】
領域ＲＧ３１の幅Ｗ３１は、駆動部３５１の幅Ｗ３２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Ｗ３１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ためである。ここで、駆動部３５１の幅Ｗ３１とは、駆動部３５１の形状が矩形である場合には、短辺３５１ｓの長さである。
【００６６】
上面電極３５及び下面電極３３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３５１Ｗと加重部分３５１Ｗ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。
【００６７】
上面電極３５は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分３５１Ｗ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３５１Ｗ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。
【００６８】
なお、図１５には、上面電極３５の駆動部３５１に加重部分３５１Ｗを配置する例を示したが、上面電極３５の駆動部３５１に代えて下面電極３３の駆動部３３１に加重部分を配置してもよいし、上面電極３５の駆動部３５１及び下面電極３３の駆動部３３１の両方に加重部分を配置してもよい。また、駆動部３５１の膜厚を部分的に厚くすることにより加重部分３５１Ｗを形成すれば、加重部分３５１Ｗを容易に形成することができるが、このことは、駆動部３５１の膜厚を部分的に厚くすることに代えて、又は、駆動部３５１の膜厚を部分的に厚くすることに加えて、駆動部３５１の比重を部分的に大きくすることにより、加重部分３５１Ｗを形成することを妨げるものではない。
【００６９】
また、駆動部３５１に隣接する引出部３５２の膜厚を加重部分３５１Ｗにあわせて厚くすることも望ましい。引出部３５２の電気抵抗を減らすことができるからである。
【００７０】
さらに、図１７に示すように、図１４〜図１６に示した加重部分３５１Ｗの内側に、さらに別の加重部分３５１Ｗを配置することも考えられる。
【００７１】
これらの他、駆動部３５１の中央部から離れるにつれて加重部分３５１Ｗの膜厚が厚くなり、加重部分３５１Ｗ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３５１Ｗには、加重部分３５１Ｗ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。
【００７２】
例えば、図１８の断面図には、加重部分３５１Ｗ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状となっている例が示されている。なお、図１８には、加重部分３５１Ｗが２段の階段形状となっている例が示されているが、加重部分３５１Ｗが３段以上の階段形状となっていてもよい。又は、図１９の断面図に示すように、膜厚が連続的に厚くなる坂道形状の加重部分３５１Ｗを駆動部３５１に配置してもよい。
【００７３】
＜４  第４実施形態＞
図２０〜図２２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２０は、圧電薄膜共振子４を斜方から見た斜視図、図２１は、圧電薄膜共振子４を上方から見た平面図、図２２は、図２０のXXII-XXII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となっている。図２０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。
【００７４】
図２０〜図２２に示すように、圧電薄膜共振子４は、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。圧電薄膜共振子４の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板を除去加工することにより圧電体薄膜４６を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜４６は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子４の製造にあたっては、除去加工に先立って、下面電極４５及びキャビティ形成膜４３を形成した圧電体基板を支持体となる支持基板４１にあらかじめ接着している。
【００７５】
○支持基板；
支持基板４１は、圧電薄膜共振子４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４５及びキャビティ形成膜４３が下面に形成された圧電体基板を接着層４２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４１は、圧電薄膜共振子４の製造後に、下面電極４５及びキャビティ形成膜４３が下面に形成され、上面電極４７が上面に形成された圧電体薄膜４６を接着層４２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４１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４の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
【００７６】
支持基板４１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４１の材料を、圧電体薄膜４６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４６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４６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４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４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４６と支持基板４１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４１と圧電体薄膜４６とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板４１と圧電体薄膜４６とで結晶方位を一致させることが望ましい。
【００７７】
○接着層；
接着層４２は、圧電薄膜共振子４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４５及びキャビティ形成膜４３が下面に形成された圧電体基板を支持基板４１に接着固定する役割を有している。加えて、接着層４２は、圧電薄膜共振子４の製造後に、下面電極４５及びキャビティ形成膜４３が下面に形成され、上面電極４６が上面に形成された圧電体薄膜４５を支持基板４１に接着固定する役割も有している。したがって、接着層４２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４の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
【００７８】
このような要請を満足する接着層４２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４２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４１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４２によって圧電体薄膜４５と支持基板４１とが接着固定されることを妨げるものではない。
【００７９】
○キャビティ形成膜；
キャビティ形成膜４３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４３は、圧電体薄膜４６の、対向領域Ｅ４以外の領域の下面に形成され、圧電体薄膜４６の対向領域Ｅ４を支持基板４１から離隔させるキャビティＣ４を形成している。このようなスペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜４３により、圧電体薄膜４６の対向領域Ｅ４が支持基板４１と干渉しなくなり、対向領域Ｅ４における振動の励振が阻害されることがなくなる。
【００８０】
キャビティ形成膜４３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。
【００８１】
○圧電体薄膜；
圧電体薄膜４６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４６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。
【００８２】
圧電体薄膜４６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４６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４６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。
【００８３】
また、圧電体薄膜４６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４６における結晶方位は、圧電薄膜共振子４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。
【００８４】
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４６の品質を向上し、圧電薄膜共振子４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４の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜４６の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子４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。
【００８５】
このような圧電薄膜共振子４では、圧電体薄膜４６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４６を構成する圧電材料や圧電体薄膜４６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４６を構成する圧電材料や圧電体薄膜４６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４では、所望の特性を実現することが容易になっている。
【００８６】
この圧電体薄膜４６には、圧電体薄膜４６の上面と下面との間を貫通し、対向領域Ｅ４以外の領域において圧電体薄膜４６を挟んで対向する上面電極４７２と下面電極４５とを導通させるバイアホールＶＨ４が形成されている。バイアホールＶＨ４は、その内側面に成膜された導電体薄膜により上面電極４７２と下面電極４５とを短絡して直流的に導通させている。
【００８７】
○上面電極及び下面電極；
上面電極４７及び下面電極４５は、それぞれ、圧電体薄膜４６の平坦に研磨された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。ここで、圧電体薄膜４６の上面及び下面が「平坦」であるとは、研磨後に不可避的に残存する表面粗さを超えるような凹凸がない状態をいう。
【００８８】
上面電極４７及び下面電極４５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４７及び下面電極４５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４７及び下面電極４５を形成してもよい。
【００８９】
上面電極４７のうち、上面電極４７１は、対向領域Ｅ４において、圧電体薄膜４６を挟んで下面電極４５と対向している。上面電極４７１は、対向領域Ｅ４から−Ｘ方向へ引き出され、引き出された部分は、上面電極４７１へ励振信号を給電する給電部となっている。
【００９０】
一方、下面電極４５は、対向領域Ｅ４から＋Ｘ方向へ引き出され、引き出された部分は、下面電極４５へ励振信号を給電する給電部となっている。
【００９１】
また、上面電極４７のうち、上面電極４７２は、対向領域Ｅ４以外の領域において、圧電体薄膜４６を挟んで下面電極４５の給電部と対向している。上面電極４７２と下面電極４５とはバイアホールＶＨ４によって導通させられているので、圧電薄膜共振子４では、外部に露出した上面電極４７２を介して下面電極４５への励振信号の給電が行われる。
【００９２】
圧電薄膜共振子４では、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Ｅ４の外郭の内側に沿う額縁状の領域（対向領域Ｅ４の周縁部）ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡る導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。上面電極４７１は、領域ＲＧ４１及びＲＧ４２に重ねた導電体薄膜の存在により、対向領域Ｅ４の外郭であって、下面電極４５の輪郭線ＯＬ４１を上面電極４７１に射影した射影輪郭線ＰＬ４１となっている部分の両側に跨って、質量を付加する加重部分４７１Ｗを配置した構造ともなっている。図２１においてハッチングを付された加重部分４７１Ｗは、上面電極４７１の膜厚を領域ＲＧ４１及びＲＧ４２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。
【００９３】
加重部分４７１Ｗは、膜厚が略均一となっている対向領域Ｅ４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ＲＧ４１及びＲＧ４２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４では、このカットオフ周波数の低下により、対向領域Ｅ４において励振された振動の振動エネルギーが対向領域Ｅ４から漏洩することを防止し、圧電体薄膜４６の輪郭形状に依存する副共振を抑制している。
【００９４】
また、圧電薄膜共振子４では、圧電体薄膜４６の上面及び下面が平坦であり、対向領域Ｅ４の外側には給電部を除いて下面電極４５が形成されていない。このため、圧電薄膜共振子４では、対向領域Ｅ４の周縁部と励振領域Ｅ４の外側とで、上面電極４７、圧電体薄膜４６及び下面電極４５を含む積層体の厚さの差、すなわち、単位面積あたりの質量の差を大きくとることができ、対向領域Ｅ４から対向領域Ｅ４の外側へわずかに漏れ出した弾性波が圧電体薄膜４６の端面で反射して励振領域Ｅ４へ戻ってくることを防止することができる。また、圧電薄膜共振子４では、上面電極４７１及び下面電極４５の両方が主面の一部を覆う部分電極となっているので、圧電体薄膜４６の端面における振動の励振や弾性波の反射を防ぐこともできる。加えて、圧電体薄膜４６の上面及び下面が平坦であることには、上面電極４７及び下面電極４５を高い寸法精度でパターニング可能になるという利点もある。
【００９５】
圧電薄膜共振子４のこれらの利点は、下面電極、圧電体薄膜及び上面電極を順次成膜することにより作成される従来の圧電薄膜共振子では、圧電体薄膜の両主面を平坦にするとともに上面電極及び下面電極の両方を部分電極とすることができないので、実現することができないものである。
【００９６】
その一方で、圧電薄膜共振子４では、加重部分４７１Ｗが上面電極４７１の一部となっているので、主共振が加重部分４７１Ｗの影響を受けて特性が劣化することは回避できる。ここで、対向領域Ｅ４の周縁部とは、対向領域Ｅ４の外郭に接する部分であり、対向領域Ｅ４の中央部とは、対向領域Ｅ４の外郭から離れ、対向領域Ｅ４の周縁部に囲まれた部分である。
【００９７】
膜厚が略均一となっている対向領域Ｅ４の中央部を縁取る領域ＲＧ４１の幅ｗ４１は、対向領域Ｅ４の幅ｗ４２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ｗ４１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Ｅ４の幅ｗ４２とは、対向領域Ｅ４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Ｅ４の形状が円形である場合には、直径の長さである。
【００９８】
上面電極４７及び下面電極４５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４の共振抵抗が顕著に上昇するからである。また、加重部分４７１Ｗと加重部分４７１Ｗ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４の副共振を良好に抑制することができる。
【００９９】
対向領域Ｅ４の部分がトレー形となった上面電極４７１は、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分４７１Ｗ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４７１Ｗ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。
【０１００】
なお、図２０〜図２２には、上面電極４７１に加重部分４７１Ｗを配置する例を示したが、上面電極４７１に代えて下面電極４５に加重部分を配置してもよいし、上面電極４７１及び下面電極４５の両方に加重部分を配置してもよい。また、上面電極４７１の膜厚を部分的に厚くすることにより加重部分４７１Ｗを形成すれば、加重部分４７１Ｗを容易に形成することができるが、このことは、上面電極４７１の膜厚を部分的に厚くすることに代えて、又は、上面電極４７１の膜厚を部分的に厚くすることに加えて、上面電極４７１の比重を部分的に大きくすることにより、加重部分４７１Ｗを形成することを妨げるものではない。
【０１０１】
○加重部分の他の例；
続いて、加重部分４７１Ｗの他の例について説明する。ただし、以下で説明する加重部分４７１Ｗは、あくまで例示であって、本発明の範囲を限定することを目的とするものではない。
【０１０２】
図２０〜図２２では、圧電薄膜共振子４の副共振を効果的に抑制するために、加重部分４７１Ｗが対向領域Ｅ４の中央部を包囲するようにしたが、このことは、対向領域Ｅ４の外郭の一部の内側に沿う領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置すること、例えば、図２３の平面図に示すように、対向領域Ｅ４の一対の対辺の内側に沿う領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置することを妨げるものではない。
【０１０３】
また、加重部分４７１Ｗが配置される領域ＲＧ４１の幅ｗ４１が一定であることも必須ではなく、例えば、図２４の平面図に示すように、対向領域Ｅ４の外郭の内側に沿う、楕円形の開口部を有する領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置してもよい。
【０１０４】
又は、図２５の平面図に示すように、対向領域Ｅ４の外郭の内側に沿う領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の全体を占める矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置してもよい。
【０１０５】
さらに、図２６の平面図に示すように、図２０〜図２２に示した加重部分４７１Ｗの内側に、さらに別の加重部分４７１Ｗを配置することも考えられる。
【０１０６】
これらの他、対向領域Ｅ４の中央部から離れるにつれて加重部分４７１Ｗの膜厚が厚くなり、加重部分４７１Ｗ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４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４７１Ｗには、加重部分４７１Ｗ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。
【０１０７】
例えば、図２７の平面図及び図２８の断面図には、加重部分４７１Ｗ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状となっている例が示されている。なお、図２７及び図２８には、加重部分４７１Ｗが２段の階段形状となっている例が示されているが、加重部分４７１Ｗが３段以上の階段形状となっていてもよい。又は、図２９の断面図に示すように、膜厚が連続的に厚くなる坂道形状の加重部分４７１Ｗを上面電極４７１に配置してもよい。
【０１０８】
＜５  第５実施形態＞
図３０〜図３３は、本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜フィルタ５の構成を示す模式図である。図３０は、圧電薄膜フィルタ５を斜方から見た斜視図、図３１は、圧電薄膜フィルタ５を上方から見た平面図、図３２は、図３０のXXXII-XXXIIの切断線における圧電薄膜フィルタ５の断面を示す断面図、図３３は、圧電薄膜フィルタ５に含まれる２個の圧電薄膜共振子Ｒ５１及びＲ５２の電気的な接続を示す回路図となっている。なお、図３０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。
【０１０９】
図３０〜図３３に示すように、圧電薄膜フィルタ５は、第４実施形態の圧電薄膜共振子４と同様に、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は、それぞれ、第４実施形態の支持基板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と同様の材料で構成することができる。
【０１１０】
ここで、第４実施形態の圧電薄膜共振子４とは異なっている上面電極５７及び下面電極５５のパターンについて説明する。
【０１１１】
上面電極５７のうち、上面電極５７１は、対向領域Ｅ５１において、圧電体薄膜５６を挟んで下面電極５５と対向し、圧電薄膜共振子（直列共振子）Ｒ５２を構成している。上面電極５７１は、対向領域Ｅ５１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５７１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Ｐ５３となっている。
【０１１２】
上面電極５７２は、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、圧電薄膜共振子（並列共振子）Ｒ５１を構成している。上面電極５７２は、対向領域Ｅ５２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５７２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Ｐ５２及びＰ５４となっている。
【０１１３】
上面電極５７３は、対向領域Ｅ５１及びＥ５２以外の領域において、圧電体薄膜５６を挟んで下面電極５５と対向している。上面電極５７３と下面電極５５とはバイアホールＶＨ５によって導通させられているので、圧電薄膜フィルタ５では、外部に露出した上面電極５７３を介して下面電極５５へ励振信号が給電される。上面電極５７３の一部は、外部への配線が接続されるパットＰ５１となっている。
【０１１４】
図３２の断面図に示すように、対向領域Ｅ５１及びＥ５２の下方には、対向領域Ｅ５１及びＥ５２を支持基板５１から離隔させるキャビティＣ５１及びＣ５２が形成されている。
【０１１５】
このような上面電極５７及び下面電極５５により、圧電薄膜フィルタ５は、圧電薄膜共振子Ｒ５１及びＲ５２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。
【０１１６】
圧電薄膜フィルタ５においても、第４実施形態の圧電薄膜共振子４と同様に、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の外郭の内側に沿う額縁状の領域ＲＧ５１１と対向領域Ｅ５１に隣接する給電部の全体を占める領域ＲＧ５１２とに渡って導電体薄膜をさらに重ねた構造を有しており、上面電極５７２は、略均一な膜厚の導電体薄膜の上に、対向領域Ｅ５２の外郭の内側に沿う額縁状の領域ＲＧ５２１と対向領域Ｅ５１に隣接する給電部の全体を占める領域ＲＧ５２２とに渡って導電体薄膜をさらに重ねた構造を有している。上面電極５７１は、領域ＲＧ５１１及びＲＧ５１２に重ねた導電体薄膜の存在により、対向領域Ｅ５１及びＥ５２の外郭であって、下面電極５５の輪郭線ＯＬ２１を上面電極５７１及び２７２に射影した射影輪郭線ＰＬ５１１及びＰＬ５１２となっている部分の両側に跨って、質量を付加する加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗを配置した構造ともなっている。もちろん、第４実施形態の「加重部分の他の例」で説明したような加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗを圧電薄膜フィルタ５において採用してもよい。
【０１１７】
このような圧電薄膜フィルタ５では、圧電薄膜共振子Ｒ５１及びＲ５２において、圧電体薄膜５６の輪郭形状に依存する副共振を抑制することができるので、濾波特性がスプリアスの影響を受けにくくなっている。
【０１１８】
＜６  その他＞
なお、本願は、以下の［１］〜［５］の発明を包含している。
【０１１９】
［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、平坦な第１主面及び第２主面を有する圧電体薄膜と、前記第１主面の一部を覆う第１部分電極と、前記第２主面の一部を覆う第２部分電極と、を備え、前記第１部分電極は、前記第１電極及び前記第２電極が前記圧電体薄膜を挟んで対向する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、前記対向領域の外郭であって、前記第２部分電極の輪郭線を前記第１部分電極に射影した射影輪郭線となっている部分の両側に跨って有することを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【０１２０】
［２］前記加重部分が前記中央部を包囲することを特徴とする［１］に記載の圧電薄膜デバイス。
【０１２１】
［３］前記第１部分電極は、前記中央部を包囲する前記加重部分の内側に、さらに別の前記加重部分を有することを特徴とする［２］に記載の圧電薄膜デバイス。
【０１２２】
［４］電極の膜厚を厚くすることにより、前記加重部分が形成されることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【０１２３】
［５］前記加重部分は、前記中央部から離れるにつれて単位面積あたりの質量が大きくなってゆくことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【実施例】
【０１２４】
以下では、本発明の望ましい実施形態に係る実施例と本発明の範囲外の比較例とについて説明する。
【０１２５】
［実施例１］
実施例１は、駆動部１５１及び１３１の形状が矩形であり、当該矩形の長辺の長さＬａが短辺の長さＬｂの２倍となっている圧電薄膜共振子１に関する実施例である。
【０１２６】
実施例１では、支持基板１１及び圧電体薄膜１４を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層１２を構成する材料としてエポキシ接着剤、下面電極１３を構成する導電材料としてモリブデン及びタンタル、上面電極１５を構成する導電材料としてクロム及び金を用いて、圧電薄膜共振子１を作製した。
【０１２７】
実施例１の圧電薄膜共振子１は、図３４の断面図に示すように、製造原価の低減のために、多数の圧電薄膜共振子１を一体化した集合体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。なお、図８には、３個の圧電薄膜共振子１が集合体Ｕ１に含まれる例が示されているが、集合体Ｕ１に含まれる圧電薄膜共振子１の数は、４個以上であってもよく、典型的に言えば、集合体Ｕ１には、数１００個〜数１０００個の圧電薄膜共振子１が含まれる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
続いて、図３５及び図３６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。なお、図３５（Ａ）〜図３５（Ｄ）及び図３６（Ｅ）〜図３６（Ｇ）は、図１のII-IIの切断面における製造途上の圧電薄膜共振子１の断面図となっている。
【０１３０】
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の単結晶の円形ウエハ（３６度カットＹ板）を支持基板１１及び圧電体基板１７として準備した。
【０１３１】
そして、陥没１１１を形成すべき領域が開口部となっているマスク（クロム膜と金膜とからなる積層膜）Ｍ１を支持基板１１の上面に形成し（図３５（Ａ））、温度６０℃の１：１バッファードフッ酸溶液に支持基板１１を浸漬することにより、陥没１１１が形成された支持基板１１を得た（図３５（Ｂ））。
【０１３２】
その後、圧電体基板１７の下面に、厚さ０．０５７μｍのモリブデン膜と厚さ０．０２μｍのタンタル膜とをスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより、図３（Ｂ）に示すパターンを有する下面電極１３を得た（図３５（Ｃ））。
【０１３３】
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、圧電体基板１７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１７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１７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１７とを接着した（図３５（Ｄ））。
【０１３４】
支持基板１１と圧電体基板１７との接着が完了した後、圧電体基板１７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の下面を炭化ケイ素（SiC）で作製した研磨治具に固定し、圧電体基板１７の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板１７の厚さを５０μｍまで薄肉化した。さらに、圧電体基板１７の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板１７の厚さを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１７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１７の仕上げ研磨を行い、厚さが１μｍの圧電体薄膜１４を得た（図３６（Ｅ））。
【０１３５】
続いて、圧電体薄膜１４の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、厚さ０．０２μｍのクロム膜と厚さ０．０５１５μｍの金膜とをスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより、図３（Ａ）に示すパターンを有する上面電極１５を得た（図３６（Ｆ））。
【０１３６】
さらに、圧電体薄膜１４の、下面電極１３のパット１３３を被覆する部分をフッ酸によるエッチングで除去し、パット１３３が露出された圧電薄膜共振子１を得た（図３６（Ｇ））。
【０１３７】
このようにして得られた圧電薄膜共振子１について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図３７に示すように、スプリアスの影響が少ない共振波形を観察することができた。
【０１３８】
また、駆動部における振動の振幅の分布をレーザ変位計で計測したところ、図４０に示すように、範囲Ｄ１で示された駆動部の中心付近で振幅が大きく、駆動部の中心から離れるにつれて振幅が小さくなっており、長辺方向への振動の伝搬範囲は、駆動部の短辺の長さＬｂと同程度の長さしかないことがわかった。
【０１３９】
このような振幅の分布は、駆動部の中心から広がる弾性波の２次元的な波面が、駆動部１５１の短辺方向の電界の分布の影響を強く受け、駆動部の中心付近への強力なエネルギー閉じ込め効果が発生し、振動の漏洩が強力に抑制されることによるものと考えられる。
【０１４０】
［実施例２］
実施例２は、駆動部１５１及び１３１の形状が矩形であり、当該矩形の長辺の長さＬａが短辺の長さＬｂの４倍となっている圧電薄膜共振子１に関する実施例である。実施例２では、上面電極１５及び下面電極１３のパターンを変更した以外は、実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子１を作製した。
【０１４１】
このようにして得られた圧電薄膜共振子１について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図３８に示すように、スプリアスの影響がほとんどない単一共振波形を観察することができた。
【０１４２】
［比較例１］
比較例１は、駆動部１５１及び１３１の形状が円形である、本発明の範囲外の圧電薄膜共振子に関する。比較例１では、上面電極及び下面電極のパターンを変更した以外は、実施例１と同様の手順で圧電薄膜共振子を作製した。
【０１４３】
このようにして得られた圧電薄膜共振子について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図３９に示すように、スプリアスが多数重畳した共振波形しか観察することができなかった。
【０１４４】
また、駆動部における振動の振幅の分布をレーザ変位計で計測したところ、図４１に示すように、範囲Ｄ２で示された駆動部の全体にわたってブロードに振動が分布していることがわかった。
【０１４５】
［実施例１〜２及び比較例１の対比］
実施例１〜２及び比較例１から明らかなように、駆動部の形状を細長とすることにより、駆動部の長手方向への振動の伝搬を抑制することができ、駆動部の中心付近に大部分のエネルギーが集中するエネルギー閉じ込め型の圧電薄膜共振子を実現することができる。このような強いエネルギー閉じ込めにより、実施例１〜２の圧電薄膜共振子１では、ニオブ酸リチウムという電気機械結合係数が大きな圧電材料を用いており、圧電体薄膜１４の端部まで弾性波が伝搬してしまうという不利な条件にも関わらず、圧電体薄膜１４の輪郭に起因する副共振が抑制され、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなっている。
【０１４６】
なお、このようなスプリアスの抑制効果は、駆動部が細長形状であれば得られ、図４〜図８に例示した形状を採用することは必ずしも必須ではない。
【０１４７】
［実施例３］
実施例３は、 駆動部３５１及び３３１の形状が矩形であり、当該矩形の長辺の長さＬａが短辺の長さＬｂの１０倍となっている圧電薄膜共振子３に関する実施例である。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３５１Ｗ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３５１Ｗを形成している。
【０１４８】
実施例３では、圧電体薄膜３４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、接着層３２を構成する材料としてエポキシ接着剤、上面電極３５及び下面電極３３を構成する導電材料としてタングステンを用いて、圧電薄膜共振子３を作製した。
【０１４９】
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と類似の製造方法を用いて製造することができる。ただし、圧電薄膜共振子３の製造にあたっては、上面電極３５及び下面電極３３としてタングステン膜を成膜する点と、上面電極３５に加重部分３５１Ｗを形成する点とが、圧電薄膜共振子１と異なっている。
【０１５０】
加重部分３５１Ｗの形成にあたっては、まず、圧電体薄膜３４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ープロセスを用いてパターニングを行い、上面電極３５の加重部分３５１Ｗとなるべき部分にのみ、タングステン膜３５１ａを残した（図４２）。
【０１５１】
さらに、圧電体薄膜３４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重ねて成膜し、一般的なフォトリソグラフィープロセスを用いてパターニングを行い、図１４〜図１６に示すパターンを有するとともに加重部分３５１Ｗが設けられた上面電極３５を得た（図４３）。
【０１５２】
このようにして得られた圧電薄膜共振子３について、ネットワークアナライザ及びプローバを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図４４に示すように、２．２ＧＨｚ付近の主共振に近接するスプリアスの影響が少ない共振波形を観察することができた。
【０１５３】
［実施例４］
実施例４は、実施例３の圧電薄膜共振子３に、駆動部３５１の短辺３５１Ｓの内側に沿う加重部分３５１Ｗを追加した圧電薄膜共振子に関する実施例である。
【０１５４】
実施例４の圧電薄膜共振子について、ネットワークアナライザ及びプローバを用いて周波数インピーダンス特性を評価したところ、図４５に示すように、２．０ＧＨｚ付近の主共振に近接するスプリアスの影響が少ない共振波形を観察することができた。ただし、実施例４の圧電薄膜共振子では、加重部分３５１Ｗが形成する共振子の共振波形が１．６ＧＨｚ付近に重畳している。
【０１５５】
［実施例５］
実施例５では、実施例３の圧電薄膜共振子３において、短辺の長さＬｂに対する長辺の長さＬａの長さの辺比Ｌａ／Ｌｂを１〜１００の間で変化させた場合に、主共振に近接するスプリアスの共振波形の強度（以下では、「スプリアス強度」という）Ｉａ及び加重部分３５１Ｗが形成する共振子の低周波共振波形の強度（以下では、「低周波共振波形強度」）Ｉｂがどのように変化するのかを調べた。その結果を、図４６及び図４７に示す。
【０１５６】
なお、「スプリアス強度Ｉａ」とは、図４８に示すように、スプリアスの共振波形の共振抵抗と反共振抵抗との幅を指し、「低周波共振波形強度Ｉｂ」とは、図４９に示すように、低周波共振波形の共振抵抗と反共振抵抗との幅を指す。また、図４６及び図４７では、実施例４の圧電薄膜共振子において辺比Ｌａ／Ｌｂを１としたもの（枠様ゾーン４辺）を基準として、辺比Ｌａ／Ｌｂを１〜１０を変化させたもの（枠様ゾーン２辺）のスプリアス強度Ｉａ及び低周波共振波形強度Ｉｂの相対値を示している。
【０１５７】
図４６及び図４７から明らかなように、辺比Ｌａ／Ｌｂを１とした場合、長辺３５１Ｌの内側に沿ってのみ加重部分３５１Ｗを設けてもスプリアス強度Ｉａを低下させることはできないが、辺比Ｌａ／Ｌｂを２以上、望ましくは４以上、さらに望ましくは１０以上とすれば、長辺３５１Ｌの内側に沿ってのみ加重部分３５１Ｗを設けてもスプリアス強度Ｉａを十分に低下させることができる。一方、辺比Ｌａ／Ｌｂを１以上４０以下とすれば、長辺３５１Ｌの内側に沿ってのみ加重部分３５１Ｗを設けた場合、低周波共振波形強度Ｉｂを十分に低下させることができる。
【０１５８】
［実施例６］
以下では、本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子４に関する実施例６について説明する。実施例６では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分４７１Ｗ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４７１Ｗを形成している。
【０１５９】
実施例６では、圧電体薄膜４６及び支持基板４１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４７及び下面電極４５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４３を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素及び接着層４２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４を作製した。
【０１６０】
実施例６の圧電薄膜共振子４は、製造原価の低減のために、図５０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４を一体化した集合体Ｕ４を作製した後に、集合体Ｕ４をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子４へ分離することによって得られている。
【０１６１】
以下では、便宜上、集合体Ｕ４に含まれる１個の圧電薄膜共振子４に着目して説明を進めるが、集合体Ｕに含まれる他の圧電薄膜共振子４も着目した圧電薄膜共振子４と同時平行して製造されている。
【０１６２】
続いて、図５１〜図５２の断面図を参照しながら、実施例６に係る圧電薄膜共振子４の製造方法を説明する。
【０１６３】
圧電薄膜共振子４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４９及び支持基板４１として準備した。
【０１６４】
そして、圧電体基板４９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２０及び図２１に示すパターンを有する下面電極４５を得た（図５１（Ａ））。
【０１６５】
続いて、圧電体基板４９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４６において対向領域Ｅ４となるべき領域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４６において対向領域Ｅ４となるべき領域以外の領域にキャビティ形成膜４３が形成されたことになる（図５１（Ｂ））。
【０１６６】
さらに続いて、支持基板４１の上面に接着層４２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板４１の上面と、下面電極４５及びキャビティ形成膜４３が形成された圧電体基板４９の下面とを張り合わせた。そして、支持基板４１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４２の厚みを０．５μｍとした。しかる後に、張り合わせた支持基板４１及び圧電体基板４９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４１と圧電体基板４９を接着した。これにより、圧電体基板４９の、圧電体薄膜４６において対向領域Ｅ４となるべき領域の下方に、深さが約０．５μｍのキャビティＣ４が形成された（図５１（Ｃ））。
【０１６７】
支持基板４１と圧電体基板４９との接着が完了した後、圧電体基板４９を支持基板４１に接着した状態を維持したまま、支持基板４１の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板４９の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板４９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４９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４９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４９の仕上げ研磨を行い、厚みが１．００μｍの圧電体薄膜４６を得た（図５１（Ｄ））。
【０１６８】
次に、圧電体薄膜４６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４６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４６の、バイアホールＶＨ４を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスクＭ４を得た（図５２（Ｅ））。
【０１６９】
エッチングマスクＭ４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４６のエッチングを行い、圧電体薄膜４６の上面と下面との間を貫通するバイアホールＶＨ４を形成して下面電極４５を露出させるとともに、エッチングマスクＭ４をエッチングにより除去した（図５２（Ｆ））。
【０１７０】
続く上面電極４７の形成工程においては、まず、圧電体薄膜４６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４７の加重部分４７１Ｗとなるべき部分にのみ、タングステン膜４７１ａを残した（図５２（Ｇ））。
【０１７１】
さらに、圧電体薄膜４６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２０及び図２１に示すパターンを有するとともに加重部分４７１Ｗが設けられた上面電極４７を得た（図５２（Ｈ））。このとき、バイアホールＶＨ４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４７２と下面電極４５との導通が確保される。
【０１７２】
このようにして得られた圧電薄膜共振子４の周波数−インピーダンス特性を測定して、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、反共振抵抗は１３２６Ωであった。
【０１７３】
［実施例７］
以下では、本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜フィルタ５に関する実施例７について説明する。実施例７では、略均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗとなるべき部分以外を薄肉化することにより加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗを形成している。なお、実施例７では、上面電極５７の形成工程以外は実施例６と同様の手順で圧電薄膜フィルタ５を製造しているので、以下では、上面電極５７の形成工程についてのみ説明を行う。
【０１７４】
図５３の断面図を参照しながら、上面電極５７の形成工程について説明すると、まず、圧電体薄膜５６の上面の全面に膜厚が１２００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３０及び図３１に示すパターンを有する上面電極５７を得た（図５３（Ａ））。このとき、バイアホールＶＨ５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５７３と下面電極５５との導通が確保される。
【０１７５】
さらに、上面電極５７１及び２７２の加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗとなるべき部分をメタルマスクで保護しつつ、残余の部分をイオンビームＩＢでエッチングすることにより、加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗを形成した（図５３（Ｂ））。
【０１７６】
このような上面電極５７の形成工程を経て得られた圧電薄膜フィルタ５の周波数−減衰量特性を測定して、濾波波形を評価したところ、図５６において実線に示す波形が観察された。
【０１７７】
［実施例８］
実施例８においては、上面電極４７１に加重部分４７１Ｗを配置しなかった点、すなわち、上面電極４７１の膜厚を略均一とした点以外は、実施例６と同様の手順で圧電薄膜共振子を製造した。このようにして得られた圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性を測定して、厚み縦振動の共振特性を評価したところ、図５５に示す波形が観察され、反共振抵抗は６１７Ωであった。
【０１７８】
［実施例９］
実施例９においては、上面電極５７１及び２７２に加重部分５７１Ｗ及び５７２Ｗを配置しなかった点、すなわち、上面電極５７１及び２７２の膜厚を略均一とした点以外は、実施例７と同様の手順で圧電薄膜フィルタを製造した。このようにして得られた圧電薄膜フィルタの周波数−減衰量特性を測定して、濾波波形を評価したところ、図５６において点線で示す波形が観察された。
【０１７９】
［実施例６〜９の対比］
図５４及び図５５から明らかなように、圧電薄膜共振子の上面電極に加重部分を配置することにより、主共振には影響を与えないで、圧電薄膜共振子の共振波形に重畳するスプリアスを減らすことができるとともに、反共振抵抗を上昇させて反共振周波数におけるＱ値を上昇させることができる。
【０１８０】
また、図５６から明らかなように、圧電薄膜フィルタの上面電極に加重部分を配置することにより、図５６において矢印で示したような帯域内リップルを減少させ、通過損失を減少させることができる。
【０１８１】
このような圧電薄膜デバイスの特性の向上は、「加重部分の他の例」で示した様々な加重部分又はこれらをさらに変形した加重部分でも得られることはもちろんのこと、上面電極に代えて下面電極に加重部分を配置した場合や、上面電極及び下面電極の両方に加重部分を配置した場合でも得ることができる。
【０１８２】
また、第４実施形態では、図２２に示すように、キャビティＣ４の幅が励振領域Ｅ４の幅ｗ４１よりも広くなっており、キャビティＣ４の外郭が励振領域Ｅ４の外側に位置する圧電薄膜共振子４について説明したが、このことは、圧電薄膜共振子４において、キャビティＣ４の外郭の一部又は全部が励振領域Ｅ４の内側に位置するような構造を採用することを妨げるものではない。
【０１８３】
例えば、図５７の断面図に示すような、矩形のキャビティＣ４の対辺の一方が励振領域Ｅ４の内側に位置していている圧電薄膜共振子４、又は、図５８の断面図に示すような、矩形のキャビティＣ４の対辺の両方が励振領域Ｅ４の内側に位置している圧電薄膜共振子４において、加重部分４７１Ｗを上面電極４７に設けても、副共振を効果的に抑制することができる。
【０１８４】
キャビティ形成膜４３が励振領域Ｅ４の外郭の両側に跨って形成された当該圧電薄膜共振子４では、励振領域Ｅ４の外郭の内側に沿う周縁部から励振領域Ｅ４の外郭の外側に沿う外縁部へ至る連続する範囲が、キャビティ形成膜４３及び接着層４２を介して支持基板４１に固定される。そして、当該圧電薄膜共振子４では、上面電極４７１に加えて下面電極４５にも、キャビティ形成膜４３及び接着層４２等の膜厚等に対応する加重分が加わり、副共振を効果的に抑制することができる。なお、当該範囲に下面電極４５の端面が含まれる場合は、励振領域Ｅ４の外郭の内側に沿う周縁部から下面電極４５の端面を経て励振領域Ｅ４の外郭の外側に沿う外縁部へ至る連続する範囲が立体的に支持基板４１に固定されることも、圧電薄膜共振子４における効果的な副共振の抑制に寄与している。
【０１８５】
＜変形例＞
また、上述の説明では、圧電体薄膜に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した圧電薄膜共振子について説明したが、厚み縦振動以外のモード、例えば、厚みすべり振動等も利用可能である。
【０１８６】
第１実施形態〜第５実施形態で説明した技術的事項は適宜組み合わせて用いることができる。例えば、圧電薄膜共振子１において、下面電極１３の引き出しをバイアホールにより行ってもよいし、圧電薄膜フィルタ５において、圧電薄膜共振子１のキャビティ構造を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の望ましい実施形態に係る圧電薄膜共振子１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図のII-II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である。
【図３】上面電極１５及び下面電極１３のパターンを示す図である。
【図４】駆動部１５１及び１３１の形状例を示す図である。
【図５】駆動部１５１及び１３１の形状例を示す図である。
【図６】駆動部１５１及び１３１の形状例を示す図である。
【図７】駆動部１５１及び１３１の形状例を示す図である。
【図８】駆動部１５１及び１３１の形状例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る圧電薄膜共振子２の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示す図である。
【図１１】形成位置があるべき位置からずれた上面電極２５及び下面電極２３を上方から見た図である。
【図１２】形成位置があるべき位置からずれた上面電極１５及び下面電極１３を上方から見た図である。
【図１３】駆動部２５１及び２３１に近い部分のみ引出部２５１及び２３１の±Ｙ方向の幅を駆動部２５１及び２３１と同じにした上面電極２５及び下面電極２３のパターンを示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る圧電薄膜共振子３の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４のXV-XV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１６】上面電極３５及び下面電極３３のパターンを示す図である。
【図１７】加重部分３５１Ｗの内側に、さらに別の加重部分３５１Ｗを形成した上面電極３５のパターンを示す図である。
【図１８】階段形状の加重部分３５１Ｗを配置した圧電薄膜共振子３を示す断面図である。
【図１９】坂道形状の加重部分３５１Ｗを配置した圧電薄膜共振子３を示す断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子４の斜視図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る圧電薄膜共振子４の平面図である。
【図２２】図２０のXXII−XXII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２３】矩形の対向領域Ｅ４の一対の対辺の内側に沿う領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す平面図である。
【図２４】矩形の対向領域Ｅ４の内側に沿う楕円形の開口部を有する領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す平面図である。
【図２５】対向領域Ｅ４の外郭の内側に沿う領域ＲＧ４１と対向領域Ｅ４に隣接する給電部の全体を占める矩形の領域ＲＧ４２とに渡って加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す平面図である。
【図２６】加重部分４７１Ｗの内側にさらに別の加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す平面図である。
【図２７】階段形状の加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す平面図である。
【図２８】階段形状の加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す断面図である。
【図２９】坂道形状の加重部分４７１Ｗを配置した圧電薄膜共振子４を示す断面図である。
【図３０】本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜フィルタ５の斜視図である。
【図３１】本発明の第５実施形態に係る圧電薄膜フィルタ５の平面図である。
【図３２】図のXIII−XIIIの切断線における圧電薄膜フィルタ５の断面を示す断面図である。
【図３３】圧電薄膜フィルタ５に含まれる２個の圧電薄膜共振子Ｒ５１及びＲ５２の電気的な接続を示す回路図である。
【図３４】多数の圧電薄膜共振子１を一体化した集合体Ｕ１を切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離する様子を示す断面図である。
【図３５】圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する図である。
【図３６】圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する図である。
【図３７】実施例１の圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性を示す図である。
【図３８】実施例２の圧電薄膜共振子１の周波数インピーダンス特性を示す図である。
【図３９】比較例の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４０】実施例１の圧電薄膜共振子１の駆動部における振動の振幅の分布を示す図である。
【図４１】比較例の圧電薄膜共振子の駆動部における振動の振幅の分布を示す図である。
【図４２】実施例３の圧電薄膜共振子３の製造方法を説明する断面図である。
【図４３】実施例３の圧電薄膜共振子３の製造方法を説明する断面図である。
【図４４】実施例３の圧電薄膜共振子３の周波数インピーダンス特性を示す図である。
【図４５】実施例４の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４６】スプリアス強度の辺比Ｌａ／Ｌｂに対する依存性を示す図である。
【図４７】低周波共振波形強度の辺比Ｌａ／Ｌｂに対する依存性を示す図である。
【図４８】スプリアス強度Ｉａの定義を説明する図である。
【図４９】低周波共振波形強度Ｉｂの定義を説明する図である。
【図５０】多数の圧電薄膜共振子４を一体化した集合体Ｕ４を切断して個々の圧電薄膜共振子４へ分離する様子を示す図である。
【図５１】実施例６に係る圧電薄膜共振子４の製造方法を説明する図である。
【図５２】実施例６に係る圧電薄膜共振子４の製造方法を説明する図である。
【図５３】実施例７に係る圧電薄膜フィルタ５の上面電極５７の形成工程を説明する図である。
【図５４】実施例６に係る圧電薄膜共振子４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８に係る圧電薄膜共振子４の周波数−インピーダンス特性を示す図である。
【図５６】実施例７及び実施例９に係る圧電薄膜フィルタの周波数−減衰量特性を示す図である。
【図５７】矩形のキャビティＣ４の対辺の一方が励振領域Ｅ４の内側に位置している圧電薄膜共振子４を示す断面図である。
【図５８】矩形のキャビティＣ４の対辺の両方が励振領域Ｅ４の内側に位置している圧電薄膜共振子４を示す断面図である。
【図５９】従来の圧電薄膜共振子の主要部の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１，２  圧電薄膜共振子
１１，２１  支持基板
１２，２２  接着層
１３，２３  下面電極
１３１，２３１  駆動部
１４，２４  圧電体薄膜
１５，２５  上面電極
１５１，２５１  駆動部
１７  圧電体基板
１４１，２４１  励振領域
４  圧電薄膜共振子
４１  支持基板
４２  接着層
４３  キャビティ形成膜
４５  下面電極
４６  圧電体薄膜
４７，４７１，４７２  上面電極
４７１Ｗ  加重部分
Ｅ４  対向領域
ＯＬ４１  輪郭線
ＰＬ４１  射影輪郭線
５  圧電薄膜フィルタ
５１  支持基板
５２  接着層
５３  キャビティ形成膜
５５  下面電極
５６  圧電体薄膜
５７，５７１，５７２，５７３  上面電極
５７１Ｗ，５７２Ｗ  加重部分
Ｅ５  対向領域
ＯＬ５１  輪郭線
ＰＬ５１１，ＰＬ５１２  射影輪郭線
【図１】
2008042871.tif 000003
【図２】
2008042871.tif 000004
【図３】
2008042871.tif 000005
【図４】
2008042871.tif 000006
【図５】
2008042871.tif 000007
【図６】
2008042871.tif 000008
【図７】
2008042871.tif 000009
【図８】
2008042871.tif 000010
【図９】
2008042871.tif 000011
【図１０】
2008042871.tif 000012
【図１１】
2008042871.tif 000013
【図１２】
2008042871.tif 000014
【図１３】
2008042871.tif 000015
【図１４】
2008042871.tif 000016
【図１５】
2008042871.tif 000017
【図１６】
2008042871.tif 000018
【図１７】
2008042871.tif 000019
【図１８】
2008042871.tif 000020
【図１９】
2008042871.tif 000021
【図２０】
2008042871.tif 000022
【図２１】
2008042871.tif 000023
【図２２】
2008042871.tif 000024
【図２３】
2008042871.tif 000025
【図２４】
2008042871.tif 000026
【図２５】
2008042871.tif 000027
【図２６】
2008042871.tif 000028
【図２７】
2008042871.tif 000029
【図２８】
2008042871.tif 000030
【図２９】
2008042871.tif 000031
【図３０】
2008042871.tif 000032
【図３１】
2008042871.tif 000033
【図３２】
2008042871.tif 000034
【図３３】
2008042871.tif 000035
【図３４】
2008042871.tif 000036
【図３５】
2008042871.tif 000037
【図３６】
2008042871.tif 000038
【図３７】
2008042871.tif 000039
【図３８】
2008042871.tif 000040
【図３９】
2008042871.tif 000041
【図４０】
2008042871.tif 000042
【図４１】
2008042871.tif 000043
【図４２】
2008042871.tif 000044
【図４３】
2008042871.tif 000045
【図４４】
2008042871.tif 000046
【図４５】
2008042871.tif 000047
【図４６】
2008042871.tif 000048
【図４７】
2008042871.tif 000049
【図４８】
2008042871.tif 000050
【図４９】
2008042871.tif 000051
【図５０】
2008042871.tif 000052
【図５１】
2008042871.tif 000053
【図５２】
2008042871.tif 000054
【図５３】
2008042871.tif 000055
【図５４】
2008042871.tif 000056
【図５５】
2008042871.tif 000057
【図５６】
2008042871.tif 000058
【図５７】
2008042871.tif 000059
【図５８】
2008042871.tif 000060
【図５９】
2008042871.tif 000061