(57)【要約】      （修正有）【課題】引き出し配線とに起因する下部電極で挟まれた構造に起因する寄生容量を低減し、共振器単体のＱ値を向上させる。【解決手段】基板２と、基板上に配置された下部電極４と、下部電極上に配置された圧電膜５と、圧電膜上に配置された上部電極６と、上部電極、圧電膜および下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜７と、下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線９と、絶縁層間膜上に配置され上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線８とを備え、圧電膜、上部電極および下部電極により共振子が構成される。上部電極の平面形状の領域は、圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、下部電極は、その平面形状の領域が上部引き出し配線の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成される。【選択図】図１Ａ
2008066792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された圧電膜と、
前記圧電膜上に配置された上部電極と、
前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、
前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、
前記絶縁層間膜上に配置され前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、
前記圧電膜、前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成された圧電薄膜共振器において、
前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、
前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振器。
【請求項２】
前記基板は、前記共振子が形成された領域の主面に接して空洞部を備えた請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項３】
前記基板における、前記共振子が形成された領域の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して構成された音響ミラー層をさらに備え、前記音響ミラー層上に前記共振子が配置された請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された圧電膜と、
前記圧電膜上に配置された上部電極と、
前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、
前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、
前記絶縁層間膜上に配置され前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、
前記圧電膜、前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成された圧電薄膜共振器において、
前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、
前記絶縁層間膜は、前記上部引き出し配線と前記下部電極の間に位置する領域において、前記上部電極の上部に位置する領域よりも厚く形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振器。
【請求項５】
前記絶縁層間膜が、有機もしくは無機材料からなる絶縁平坦化膜である請求項４に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項６】
前記絶縁平坦化膜が、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）膜、ＳＯＧ（Spin-on-Glass）膜、またはＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）膜である請求項５に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項７】
前記基板は、前記共振子が形成された領域の主面に接して空洞部を備えた請求項４に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項８】
前記基板における、前記共振子が形成された領域の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して構成された音響ミラー層をさらに備え、前記音響ミラー層上に前記共振子が配置された請求項４に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された圧電膜と、
前記圧電膜上に配置された上部電極と、
前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、
前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、
前記絶縁層間膜上に配置され前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、
前記圧電膜、前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成された圧電薄膜共振器において、
前記上部電極の平面形状の領域は、前記上部引き出し配線と接続された部分が前記圧電膜の平面形状の領域の範囲外に配置され、他の部分は前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、
前記絶縁層間膜は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲外の前記上部引き出し配線の下方領域において、前記上部電極の上部に位置する領域よりも厚く形成されており、
前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振器。
【請求項１０】
前記基板は、前記共振子が形成された領域の主面に接して空洞部を備えた請求項９に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１１】
前記基板における、前記共振子が形成された領域の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して構成された音響ミラー層をさらに備え、前記音響ミラー層上に前記共振子が配置された請求項９に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１２】
基板上に、平面的に離散して形成された直列圧電共振器と並列圧電共振器とを具備する圧電フィルタ装置において、
前記直列圧電共振器は、請求項１、４または９に記載の圧電薄膜共振器により構成され、
前記並列圧電共振器は、
前記基板上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された圧電膜と、
前記圧電膜上に配置された上部電極と、
前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、
前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、
前記絶縁層間膜上に配置され前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、
前記圧電膜、前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成され、
前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、
前記圧電膜の平面形状の領域は、前記下部電極の平面形状の領域の範囲内に配置され、
前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域と、前記絶縁層間膜を挟んで重畳する範囲を有することを特徴とする圧電フィルタ装置。
【請求項１３】
前記基板は、前記共振子が形成された領域の主面に接して空洞部を備えた請求項１２に記載のフィルタ装置。
【請求項１４】
前記基板における、前記共振子が形成された領域の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して構成された音響ミラー層をさらに備え、前記音響ミラー層上に前記共振子が配置された請求項１２に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体の共振を利用した圧電薄膜共振器、およびその共振器を用いて構成され高周波の所望の周波数のみを通過させる圧電フィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な携帯電話の普及により、携帯電話の使用台数が加速度的に増加してきた。携帯電話で、端末と基地局間の通信に用いられる高周波の周波数は、それぞれの通信方式で規定されている。また、それぞれの通信方式で、基地局から端末に送信される高周波の周波数（これを下りの周波数と呼ぶ）と、端末から基地局に送信される高周波の周波数（これを上りの周波数と呼ぶ）は異なる。また、端末内で信号処理のために送受信される高周波より低い周波数（これを中間周波数と呼ぶ）に一時変換することも行われる。
【０００３】
これらの周波数の高周波を処理する回路の直前には、これら以外の周波数の高周波は除去することが一般に必要となる。例えば、端末において、基地局から送信された高周波を受信するフロントエンドと呼ばれる回路の直前には、下りの周波数以外の周波数の高周波を除去することが必ず必要になる。また、中間周波数に信号を変換した後にも、中間周波数以外の周波数を除去することが必要となる。いま述べたような、不要な周波数を除去し、所望の周波数のみを通過するために、フィルタと呼ばれる部品が一般に用いられる。
【０００４】
フィルタに用いられる素子として、表面弾性波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）や、薄膜バルク音響波フィルタ（ＦＢＡＲフィルタ）などがある。図１２に代表的なＦＢＡＲフィルタの回路図を示す。図１２において、入力端子３０と出力端子３１間に、直列共振器（ＦＢＡＲ）３２ａ、３２ｂ、３２ｃが直列に配置される。直列共振器３２ａと直列共振器３２ｂ間には、並列共振器３３ａの一端が接続され、他端はグランドに接地される。直列共振器３２ｂと直列共振器３２ｃ間には、並列共振器３３ｂの一端が接続され、他端はグランドに接地される。
【０００５】
並列共振器３３ａ、３３ｂと直列共振器３２ａ〜３２ｃは、互いに異なる共振周波数（ｆｒ１、ｆｒ２）を持ち、これらをラダー型に接続することで、帯域通過型のフィルタが構成されている。図１３に個々の共振器の周波数特性の例を示す。図１３はアドミッタンスの周波数特性をプロットしたものであるが、ＦＢＡＲはこのような共振周波数と反共振周波数を有し、この特性を用いて図１４に示すようなフィルタ特性を得ることができる。図１４（ａ）は、並列共振器３３ａ、３３ｂと直列共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃについて、それぞれインピーダンス特性を重ねてプロットしたものである。ｆｒ１／ｆａ１は並列共振器３３ａ、３３ｂの共振／反共振周波数、ｆｒ２／ｆａ２は直列共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃの共振／反共振周波数である。
【０００６】
図１４（ａ）に示したように、ｆａ１とｆｒ２がほぼ等しくなるように共振周波数を設計することで、図１４（ｂ）に示すように、この周波数帯を通過帯域とするフィルタが実現できる。すなわち、並列共振器の共振周波数ｆｒ１と直列共振器の反共振周波数ｆｒ２を減衰極とし、その間の周波数帯域のみ通過させる帯域通過フィルタとなる。一般にフィルタに対する要求は、通過帯域での挿入損失をできる限り低減することである。この通過帯域の挿入損失は、直列共振器の反共振ピークのＱ値と、並列共振器の共振ピークのＱ値に大きく依存する。
【０００７】
ここで、圧電共振器の基本構造および動作原理について、図面を参照しながら説明する。図１５は、従来の圧電薄膜共振器の断面図を示す。図１５において、４０は基板であり、その上部に下部電極４１と上部電極４２に挟まれた圧電膜４３が設けられている。下部電極４１と上部電極４２を介して圧電膜４３に電界を印加することにより、共振子として機能する。基板上部の共振子に対応する領域には空洞４０ａが設けられている。
【０００８】
この共振器を作製するには、シリコンからなる基板４０上に、通常熱酸化膜などの絶縁体層（図示せず）を形成し、空洞４０ａとなる部分にシリコンの異方性エッチングなどを用いて窪みを形成する。次に、窪みを、犠牲層材料である易溶性の酸化膜やガラスなどにより充填し（図示せず）、平坦化する。その後、下部電極層としてモリブデン（Ｍｏ）などの金属層をスパッタなどにより所定の厚さに堆積し、通常のフォトリソグラフィ手法によりパターン形成し、下部電極４１を形成する。
【０００９】
次に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電材料層を形成し、同様にパターン形成することにより、圧電膜４３を形成する。さらに、下部電極４１と同様、モリブデン（Ｍｏ）などの金属からなる上部電極４２をパターン形成する。最後に、上部電極４２、圧電膜４３、下部電極４１にあらかじめパターン形成されていたエッチング孔（図示せず）より、窪みに充填された犠牲層材料を溶融除去することにより、圧電薄膜共振器を容易に得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図１６は、従来の他の圧電薄膜共振器の構造を用いた圧電フィルタの断面図であり、圧電薄膜共振器を２段積層したフィルタ（ＳＣＦ；Stacked Crystal Filter）の構造を示す。このフィルタにおいては、基板４４上に、互いに音響インピーダンスの異なる音響ミラー材料４５ａ、４５ｂを交互に積層して構成された音響ミラー層４５が形成されている。音響ミラー層４５上に、下部電極４６、圧電膜４７ａ、４７ｂ、中間電極４８、および上部電極４９が形成されている。
【００１１】
この圧電薄膜共振器フィルタでは、圧電振動を効果的に閉じ込めるため、空洞ではなく音響ミラー層４５を使用している。音響ミラー層４５は、基板４４上にスパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより堆積される。通常、高音響インピーダンス層には、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの材料が使用される。一方、低音響インピーダンス層には、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）やＳｉ（シリコン）などが使用される。
【００１２】
音響ミラー層４５上に、必要に応じて絶縁体層（図示せず）を形成した後、Ｍｏなどからなる下部電極４６をパターン形成し、ＡｌＮなどからなる圧電膜４７ａを堆積する。次いで、Ｍｏからなる中間電極４８、さらに圧電膜４７ｂ、上部電極４９を順次パターン形成して、圧電薄膜共振器フィルタを得ることができる。（例えば、特許文献２参照）
以上のように、基板上に圧電薄膜共振器の構成要素である、電極および圧電膜を順次パターン形成して、圧電薄膜共振器を容易に作製することができる。
【特許文献１】特開２００２−３１４３６８号公報
【特許文献２】米国特許第５，８２１，８３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図１５や図１６に示す従来の構成では、下部電極をパターン形成した後、圧電膜を堆積するため、下部電極のパターン形成時、すなわち、下部電極のエッチングやレジスト除去工程などで導入される、電極表面の酸化や粗面化などにより、圧電膜の結晶性が劣化する。
【００１４】
そこで、本発明者らは、下部電極形成用の下部電極層、圧電膜形成用の圧電材料層、上部電極形成用の上部電極層を一括して成膜した後に、順次、上部電極層を所定の形状にパターニングして上部電極を形成し、圧電材料層を所定の形状にパターニングして圧電膜を形成し、下部電極層を所定の形状にパターニングして下部電極を形成することを検討した。それにより、下部電極層にパターン形成などの加工を施さない状態で圧電材料層を成膜するため、下部電極層の表面状態が劣化することなく、続いて成膜される圧電材料層の結晶性を損なうことがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電材料層が形成されるため、結晶性に優れた圧電材料層を得ることができる。
【００１５】
図１７は、上述のように検討された方法により作製される圧電薄膜共振器を用いた圧電フィルタ装置を模式的に示した上面図である。図１８は、図１７のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図である。図１７中の面積の小さい共振器３２が、図１２に示した直列共振器３２ａ〜３２ｃに相当する。また、図１７中の面積の大きい共振器３３が、図１２に示した並列共振器３３ａ、３３ｂに相当する。図１８に示すように、基板５０上に、高音響インピーダンス層５１ａと低音響インピーダンス層５１ｂを交互に積層して音響ミラー層５１が形成され、その上に下部電極５２、圧電膜５３、および上部電極５４が順次されている。下部電極５２、圧電膜５３、および上部電極５４は、上述のように、下部電極層、圧電材料層、上部電極層を一括して成膜した後に、順次、所定の形状にパターニングして形成される。
【００１６】
さらに、音響ミラー層５１、下部電極５２、圧電膜５３、および上部電極５４を被覆して絶縁層間膜５５が形成され、絶縁層間膜５５を通して上部電極５４に対する引き出し配線５６が形成されている。
【００１７】
図１９は、上記直列共振器または並列共振器の単体構造の等価回路を示す。Ｃｅｘｔは引き出し配線５６、絶縁層間膜５５および下部電極５２による寄生容量である。この寄生容量が増加すると、反共振周波数がこの寄生容量に依存して大きくなり、Ｑ値が劣化してしまう。ところで、圧電薄膜共振器を用いてフィルタを形成する場合、図１７に示したように、ラダー型に接続して用いる直列共振器と並列共振器の共振周波数を、共振器の面積を異ならせることで異ならせる。この場合、直列共振器の面積は小さく設定されるので、Ｑ値が劣化し易い。これは、単体の圧電薄膜共振器の本質的な容量成分に対して、引き出し配線に起因する寄生容量（Ｃｅｘｔ）の割合が、共振器面積が小さくなればなるほど大きくなり、反共振周波数が大きくなって、結果としてＱ値が劣化するためである。
【００１８】
つまり、共振器の面積が小さい直列共振器においては、Ｑ値の劣化が大きいため、配線による寄生容量（Ｃｅｘｔ）を、如何にして効果的に低減するかが課題となる。
【００１９】
一方、並列共振器においては、共振器面積が大きいので、Ｑ値の劣化はほとんどないが、チップ面積が増大するという別の課題が存在する。
【００２０】
したがって、本発明は、引き出し配線とに起因する下部電極で挟まれた構造に起因する寄生容量を低減し、共振器単体のＱ値を向上させることを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、寄生容量を低減させるように改良された圧電薄膜共振器（直列共振器）と、チップ面積が増大しないように改良された圧電薄膜共振器（並列共振器）とを備えたフィルタを作成し、フィルタ特性にすぐれ、面積の小さいフィルタ装置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】
【００２２】
本発明の圧電薄膜共振器の基本構成は、基板と、前記基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に配置された圧電膜と、前記圧電膜上に配置された上部電極と、前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、前記絶縁層間膜上に配置され前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、前記圧電膜、前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成される。
【００２３】
上記課題を解決するために本発明の第１の構成の圧電薄膜共振器は、上記基本構成において、前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
なお、本発明において平面形状とは、基板の主面に対する投影形状をいう。
【００２５】
本発明の第２の構成の圧電薄膜共振器は、上記基本構成において、前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、前記絶縁層間膜は、前記上部引き出し配線と前記下部電極の間に位置する領域において、前記上部電極の上部に位置する領域よりも厚く形成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第３の構成の圧電薄膜共振器は、上記基本構成において、前記上部電極の平面形状の領域は、前記上部引き出し配線と接続された部分が前記圧電膜の平面形状の領域の範囲外に配置され、他の部分は前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、前記絶縁層間膜は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲外の前記上部引き出し配線の下方領域において、前記上部電極の上部に位置する領域よりも厚く形成されており、前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の圧電フィルタ装置は、基板上に、平面的に離散して形成された直列圧電共振器と並列圧電共振器とを具備し、前記直列圧電共振器は、上記いずれかの構成の圧電薄膜共振器により構成される。前記並列圧電共振器は、前記基板上に直接または間接的に支持された下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記上部電極、前記圧電膜および前記下部電極を被覆して形成された絶縁層間膜と、前記下部電極と電気的に接続された下部引き出し配線と、前記絶縁層間膜上に設けられ前記上部電極と電気的に接続された上部引き出し配線とを備え、前記圧電膜とその両面に設けられた前記上部電極および前記下部電極により共振子が構成される。前記上部電極の平面形状の領域は、前記圧電膜の平面形状の領域の範囲内に配置され、前記圧電膜の平面形状の領域は、前記下部電極の平面形状の領域の範囲内に配置され、前記下部電極は、その平面形状の領域が前記上部引き出し配線の平面形状の領域と、前記絶縁層間膜を挟んで重畳する範囲を有する。
【発明の効果】
【００２８】
上記構成の圧電薄膜共振器によれば、絶縁層間膜が、引き出し配線と下部電極で挟まれることによって生じる寄生容量を低減させ、共振器単体のＱ値を向上することができる。
【００２９】
第３の構成の圧電薄膜共振器によればさらに、下部電極の面積を拡大し圧電膜の領域をより有効に活用しながら、下部電極の面積を拡大したことによる寄生容量の増大を回避することができる。
【００３０】
上記構成の圧電フィルタ装置によれば、直列共振器においては、上述と同様の効果が得られ、並列共振器においては、絶縁層間膜が上部引き出し配線と下部電極で挟まれることによって、所望の寄生容量を得ることができ、並列共振器に関わるチップ面積を小さくすることができる。したがって、不都合な寄生容量を低減させ、共振器単体のＱ値を向上させることと、全体のチップ面積を低減することを最適化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の第２の構成の圧電薄膜共振器において、前記絶縁層間膜が、有機もしくは無機材料からなる絶縁平坦化膜であることが好ましい。また前記絶縁平坦化膜としては、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）膜、ＳＯＧ（Spin-on-Glass）膜、またはＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）膜を用いることができる。
【００３２】
本発明の圧電薄膜共振器、または圧電フィルタ装置において、前記基板は、前記共振子が形成された領域の主面に接して空洞部を備えた構成とすることができる。
【００３３】
あるいは、前記基板における、前記共振子が形成された領域の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して構成された音響ミラー層をさらに備え、前記音響ミラー層上に前記共振子が配置された構成とすることができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器について、図面を参照しながら説明する。図中、同一の構成要素をについては、同じ参照符号を付して説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における圧電薄膜共振器について、図面を用いて説明する。
【００３６】
図１Ａは本発明の実施の形態１における圧電薄膜共振器１ａの断面図、図１Ｂは平面図である。図１Ａの断面図は、図１ＢにおけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す。
【００３７】
圧電薄膜共振器１ａを支持するための基板２の上面には、音響ミラー層３が形成されている。音響ミラー層３の上部には、下部電極４が形成されている。下部電極４の上面には、圧電膜５が形成されている。圧電膜５の上面には、上部電極６が形成されている。音響ミラー層３、下部電極４、圧電膜５及び上部電極６を被覆して、絶縁層間膜７が形成されている。さらに、絶縁層間膜７上に、上部電極６との電気的導通を図る上部引き出し配線８と、下部電極４との導通を図る下部引き出し配線９が形成されている。
【００３８】
音響ミラー層３は、第１の音響ミラー材料３ａと第２の音響ミラー材料３ｂが交互に積層された構造を有する。第１の音響ミラー材料３ａは、音響インピーダンスが低いシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）などの適当な材料からなり、第２の音響ミラー材料３ｂは、音響インピーダンスが高いモリブデン（Ｍｏ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの適当な材料からなる。
【００３９】
圧電膜５、上部電極６および下部電極４により共振子が形成され、上部電極６および下部電極４に電界を印加することにより、共振振動が発生する。上部電極６の平面形状の領域は、圧電膜５の平面形状の領域の範囲内に配置されている。平面形状とは、基板２の主面に対する投影形状をいう。下部電極４の平面形状の領域は、上部引き出し配線８の平面形状の領域とは重複する範囲を持たないように形成されている。このように構成することにより、絶縁層間膜７が、引き出し配線８と下部電極４で挟まれることによって生じる寄生容量を消失させることができ、共振器単体のＱ値を向上することができる。
【００４０】
以下、上記構成の圧電薄膜共振器の製造方法について、図２（ａ）−（ｆ）を参照して説明する。
【００４１】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２を用意する。基板２の上面に、第１の音響ミラー材料３ａまたは第２の音響ミラー材料３ｂのいずれか一方を成膜する。その上面に、他方の音響ミラー材料を積層し、以下順次、第１の音響ミラー材料３ａと第２の音響ミラー材料３ｂを交互に積層して、音響ミラー層３を構成する。上述のように、第１の音響ミラー材料３ａは、音響インピーダンスが低いシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）などの適当により形成し、第２の音響ミラー材料３ｂは、音響インピーダンスが高いモリブデン（Ｍｏ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの適当な材料で形成する。
【００４２】
音響ミラー層３の上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる下部電極層４ｘを形成する。さらに、下部電極層４ｘの上面に連続して、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電材料層５ｘを積層する。さらに、圧電材料層５ｘの上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる上部電極層６ｘを形成する。そして最後に、上部電極層６ｘの上面に連続して、例えば酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜層を形成する（図示せず）。
【００４３】
次に、デバイスの形成工程に入る。先ず、通常のフォトリソグラフィ手法により、パッシベーション膜層及び上部電極層６ｘをパターン加工し、図２（ｂ）に示すように、上部電極６を形成する。次いで、圧電材料層５ｘ、下部電極層４ｘを同様にパターン加工し、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、圧電膜５、下部電極４を形成する。この下部電極４は、後述の上部引き出し配線８に対して、平面形状の領域が重複する範囲を持たないように形成される。そのため、下部電極４のパターン加工は、等方的なエッチングが可能なウェットエッチング法により行うことが望ましい。
【００４４】
次に、図２（ｅ）に示すように、絶縁層間膜７を形成する。その後、図２（ｆ）に示すように、上部電極６と導通を図るための上部引き出し配線８、及び下部電極４との導通を図るための下部引き出し配線９を形成する。絶縁層間膜７には、シリコン窒化膜や、シリコン酸化膜、窒化アルミニウム膜などを用いることが好ましい。また、引き出し配線の電極材料には何ら制約はないが、圧電薄膜共振器を形成する上下部電極４、６よりも厚く設定することが好ましい。
【００４５】
以上の製造方法によれば、図２（ａ）に示した工程では、下部電極層４ｘにパターン形成などの加工を施さないため、下部電極層４ｘの表面粗さは劣化することなく、続いて成膜される圧電材料層５ｘの結晶性を損なうことがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電材料層５ｘが形成されるため、結晶性に優れた圧電材料層５ｘを得ることができる。
【００４６】
従来のように、下部電極層をパターン形成した後圧電膜を形成した場合には、圧電材料層の結晶性を示す指標であるＸ線回折のロッキングカーブの半値幅が１．３°程度であったのに対して、本実施の形態により連続して圧電材料層５ｘを形成した場合には、その値が１．１°程度と向上した。また、同一の真空成膜装置を用いれば、大気に触れることなく圧電材料層５ｘを形成できるため、下部電極層４ｘの表面酸化を防止することができ、下部電極４の抵抗率が増大することを防止できる。
【００４７】
上部電極層６ｘ上にパッシベーション膜層（図示せず）を形成すれば、上部電極層６ｘの表面酸化を防止することができ、上部電極６の抵抗を低減することができる。
【００４８】
また、上記製造方法によれば、基板２上に下部電極層４ｘ、圧電材料層５ｘ、上部電極層６ｘを連続して成膜することができる。したがって、各層を成膜する間に、パターン形成等の工程が入らないため、一括で同一の成膜装置内で、大気に曝すことなく成膜することができ、製造工程を大幅に短縮することができるとともに、外来異物などの混入がなく品質の高い多層膜を得ることができる。
【００４９】
本実施の形態では、圧電膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いる場合を示したが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など、他の圧電薄膜を用いても同様のデバイスを作製して同様の効果を得ることができる。また、上下部電極としてモリブデン（Ｍｏ）を用いる場合を示したが、これに限るものではない。また、基板としてシリコン基板を用いる場合を示したが、サファイア基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層した音響ミラー層３を用いた共振器について示したが、図３に示すように、共振子を形成した後、基板２の裏面より基板２をエッチングして、空洞２ａを形成した構造を用いることもできる。この場合、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどの手法を用いると、空洞２ａを垂直に形成することができる。また、図４に示すように、犠牲層エッチングにより形成した空洞２ｂを備えた共振器についても、同様の効果が得られる。
【００５１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における圧電薄膜共振器について、図面を用いて説明する。
【００５２】
図５Ａは、本発明の実施の形態２における圧電薄膜共振器１ｂの断面図である。同図において、図１に示した実施の形態１における圧電薄膜共振器１ａと同一の要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを一部省略する。
【００５３】
圧電薄膜共振器１ｂを支持するための基板２の上面には、音響ミラー層３が形成されている。音響ミラー層３の上側には、下部電極１０が形成されている。下部電極１０の上面には、圧電膜５が形成されている。圧電膜５の上面には、上部電極６が形成されている。音響ミラー層３、下部電極１０、圧電膜５及び上部電極６を被覆して絶縁層間膜１１が形成されている。さらに、絶縁層間膜１１上に、上部電極６との電気的導通を図る上部引き出し配線１２と、下部電極１０との導通を図る下部引き出し配線１３が形成されている。
【００５４】
本実施の形態では、絶縁層間膜１１の膜厚は、上部引き出し配線１２と下部電極１０の間に位置する部分において、上部電極６の上部に位置する部分よりも厚くなるように形成される。この構成により、絶縁層間膜１１が、上部引き出し配線１２と下部電極１０で挟まれることによって生じる寄生容量を低減させることができ、共振器単体のＱ値を向上することができる。
【００５５】
以下、上記構成の圧電薄膜共振器の製造方法について、図６（ａ）−（ｆ）を参照して説明する。
【００５６】
先ず、図６（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２を用意する。基板２の上面に、第１の音響ミラー材料３ａまたは第２の音響ミラー材料３ｂのいずれか一方を成膜する。その上面に、他方の音響ミラー材料を積層し、以下順次、第１の音響ミラー材料３ａと第２の音響ミラー材料３ｂを交互に積層して、音響ミラー層３を構成する。
【００５７】
音響ミラー層３の上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる下部電極層１０ｘを形成する。さらに、下部電極層１０ｘの上面に連続して、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電材料層５ｘを積層する。さらに、圧電材料層５ｘの上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる上部電極層６ｘを形成する。そして最後に、上部電極層６ｘの上面に連続して、例えば酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜層を形成する（図示せず）。
【００５８】
次に、デバイスの形成工程に入る。先ず、通常のフォトリソグラフィ手法により、パッシベーション膜層及び上部電極層６ｘをパターン加工し、図６（ｂ）に示すように、上部電極６を形成する。次いで、圧電材料層５ｘ、下部電極層１０ｘを同様にパターン加工し、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、圧電膜５、下部電極１０を形成する。このような工程によれば、上部電極６より順次パターン形成していくため、各パターン形状は、より下方にあるパターン形状に対して、その平面形状の領域の範囲内に形成される。したがって、例えば圧電膜５の段差を交差して、上部電極６と下部電極１０が導通するといった不具合を未然に防止できる。また、上部電極６が圧電膜５に比べて薄い場合や、圧電膜５の断面形状が急峻な場合においても、カバレッジが不十分になるなどの問題が発生しない。
【００５９】
次に、図６（ｅ）に示すように、絶縁層間膜１１を形成し、その後、図６（ｆ）に示すように、上部電極６と導通を図るための上部引き出し配線１２、及び下部電極１０との導通を図るための下部引き出し配線１３を形成する。引き出し配線の電極材料には何ら制約はないが、圧電薄膜共振器を形成する上下部電極１０、６よりも厚く設定することが好ましい。
【００６０】
ここで、本実施の形態では、絶縁層間膜１１の膜厚を、上部引き出し配線１２と下部電極１０の間に位置する部分において、上部電極６の上部に位置する部分よりも厚くなるように形成するため、絶縁層間膜１１は、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）膜、ＳＯＧ（Spin on Glass）膜、あるいはＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）膜などの、段差に対して被覆性が良好な絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
【００６１】
以上の製造方法によれば、図６（ａ）に示した工程では、下部電極層１０ｘにパターン形成などの加工を施さないため、下部電極層１０ｘの表面粗さは劣化することなく、続いて成膜される圧電材料層５ｘの結晶性を損なうことがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電材料層５ｘが形成されるため、結晶性に優れた圧電材料層５ｘを得ることができる。
【００６２】
従来のように、下部電極層をパターン形成した後圧電材料層を形成した場合には、圧電材料層の結晶性を示す指標であるＸ線回折のロッキングカーブの半値幅が１．３°程度であったのに対して、本実施の形態により連続して圧電材料層５ｘを形成した場合には、その値が１．１°程度と向上した。また、同一の真空成膜装置を用いれば、大気に触れることなく圧電材料層５ｘを形成できるため、下部電極層１０ｘの表面酸化を防止することができ、下部電極１０の抵抗率が増大することを防止できる。
【００６３】
同様に、上部電極層６ｘ上にパッシベーション膜層（図示せず）を形成すれば、上部電極層６ｘの表面酸化を防止することができ、上部電極６の抵抗を低減することができる。
【００６４】
また、上記製造方法によれば、基板２上に下部電極層１０ｘ、圧電材料層５ｘ、上部電極層６ｘを連続して成膜することができる。したがって、各層を成膜する間に、パターン形成等の工程が入らないため、一括で同一の成膜装置内で、大気に曝すことなく成膜することができ、製造工程を大幅に短縮することができるとともに、外来異物などの混入がなく品質の高い多層膜を得ることができる。
【００６５】
本実施の形態では、圧電膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いる場合を示したが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など、他の圧電薄膜を用いても同様のデバイスを作製して同様の効果を得ることができる。また、上下部電極としてモリブデン（Ｍｏ）を用いる場合を示したが、これに限るものではない。また、基板としてシリコン基板を用いる場合を示したが、サファイア基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００６６】
また、本実施の形態では音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層した音響ミラー層３を用いた共振器について示したが、実施の形態１の図３に示したように、共振子を形成した後、基板２の裏面より基板２をエッチングして、空洞２ａを形成した構造を用いることもできる。この場合、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどの手法を用いると、空洞２ａを垂直に形成することができる。また、実施の形態１の図４に示したように、犠牲層エッチングにより形成した空洞２ｂを備えた共振器についても、同様の効果が得られる。
【００６７】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における圧電薄膜共振器について、図面を用いて説明する。
【００６８】
図７は本発明の実施の形態３における圧電薄膜共振器１ｃの断面図である。同図において、図１に示した実施の形態１における圧電薄膜共振器１ａと同一の要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを一部省略する。
【００６９】
圧電薄膜共振器１ｃを支持するための基板２の上面には、音響ミラー層３が形成されている。音響ミラー層３の上側には、下部電極１４が形成されている。下部電極１４の上面には、圧電膜５が形成されている。圧電膜５の上面には、上部電極１５が形成されている。音響ミラー層３、下部電極１４、圧電膜５及び上部電極１５を被覆して絶縁層間膜１６が形成されている。さらに、絶縁層間膜１６上に、上部電極１５との電気的導通を図る上部引き出し配線１７と、下部電極１４との導通を図る下部引き出し配線１８が形成されている。
【００７０】
本実施の形態では、上部電極１５の平面形状の領域における上部引き出し配線１７と接続された部分が圧電膜５の平面形状の領域の範囲外に張り出して配置され、他の部分は圧電膜５の平面形状の領域の範囲内に配置されている。絶縁層間膜１６は、上部引き出し配線１７における圧電膜５の平面形状の範囲外に張り出した部分の下方領域において、上部電極１５の上部に位置する領域よりも厚く形成されている。下部電極１４は、その平面形状の領域が上部引き出し配線１７の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成されている。
【００７１】
この構成によれば、図１に示した構造に比べて下部電極１４の面積が拡大されて、圧電膜５の領域をより有効に活用することができる。しかも、上部電極１５における上部引き出し配線１７と接続された部分を圧電膜５の平面形状の領域外に配置することにより、下部電極１４が上部引き出し配線１７と平面形状において重畳範囲を持たないように形成される。したがって、下部電極１４の面積を拡大したことによる容量の増大を回避することができる。以上のとおり、絶縁層間膜１６が上部引き出し配線１７と下部電極１４で挟まれることによって生じる寄生容量を低減させることに加えて、上部引き出し配線１７の下部に圧電膜５が存在しないことにより、共振器単体のＱ値を向上し、不要共振を低減することができる。
【００７２】
以下、上記構成の圧電薄膜共振器の製造方法について、図８（ａ）−（ｆ）を参照して説明する。
【００７３】
先ず、図８（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２を用意する。基板２の上面に、第１の音響ミラー材料３ａと第２の音響ミラー材料３ｂを交互に積層して、音響ミラー層３を構成する。
【００７４】
音響ミラー層３の上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる下部電極層１４ｘを形成する。さらに、下部電極層１４ｘの上面に連続して、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電材料層５ｘを積層する。さらに、圧電材料層５ｘの上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる上部電極層１５ｘを形成する。そして最後に、上部電極層１５ｘの上面に連続して、例えば酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜層を形成する（図示せず）。
【００７５】
次に、デバイスの形成工程に入る。先ず、通常のフォトリソグラフィ手法により、パッシベーション膜層及び上部電極層１５ｘをパターン加工し、図８（ｂ）に示すように、上部電極１５を形成する。次いで、圧電材料層５ｘを同様にパターン加工し、図８（ｃ）に示すように、圧電膜前駆層５ｙを形成する。
【００７６】
さらに、上部電極１５をマスクにして、上部電極１５がエッチングされずに圧電膜材料のみがエッチングされる薬液で圧電膜前駆層５ｙの一部をパターン加工し、図８（ｄ）に示すように、圧電膜５を形成する。これにより、上部電極１５における後述の工程で上部引き出し配線１７と接続される部分が、圧電膜５の平面形状の領域の範囲外に配置され、他の部分では上部電極１５が圧電膜５の平面形状の領域の範囲内に配置された構造を形成することができる。
【００７７】
さらに下部電極層１４ｘを通常のフォトリソグラフィ法でパターン加工し、圧電膜５、下部電極１４を完成する（図８（ｄ））。この下部電極１４は、その平面形状の領域が、後述の上部引き出し配線１７の平面形状の領域とは重畳範囲を持たないように形成される。そのため、下部電極１４のパターン加工は、等方的なエッチングが可能なウェットエッチング法で行うことが望ましい。
【００７８】
次に、図８（ｅ）に示すように、絶縁層間膜１６を形成し、その後、図８（ｆ）に示すように、上部電極１５と導通を図るための上部引き出し配線１７、及び下部電極１４との導通を図るための下部引き出し配線１８を形成する。引き出し配線の電極材料には何ら制約はないが、圧電薄膜共振器を形成する上下部電極１４、１５よりも厚く設定することが好ましい。
【００７９】
ここで、本実施の形態では、絶縁層間膜１６は、圧電膜５の平面形状の領域の範囲外の上部引き出し配線１７の下方領域において、上部電極１５の上部に位置する領域よりも厚く形成するため、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）膜、ＳＯＧ（Spin on Glass）膜、あるいはＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）膜などを用いて形成する。
【００８０】
以上の製造方法によれば、図８（ａ）に示した工程では、下部電極層１４ｘにパターン形成などの加工を施さないため、下部電極層１４ｘの表面粗さは劣化することなく、続いて成膜される圧電材料層５ｘの結晶性を損なうことがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電材料層５ｘが形成されるため、結晶性に優れた圧電材料層５ｘを得ることができる。
【００８１】
従来のように、下部電極層をパターン形成した後圧電膜を形成した場合には、圧電材料層の結晶性を示す指標であるＸ線回折のロッキングカーブの半値幅が１．３°程度であったのに対して、本実施の形態により連続して圧電膜を形成した場合には、その値が１．１°程度と向上した。また、同一の真空成膜装置を用いれば、大気に触れることなく圧電材料層５ｘを形成できるため、下部電極層１４ｘの表面酸化を防止することができ、下部電極１４の抵抗率が増大することを防止できる。
【００８２】
同様に、上部電極層１５ｘ上にパッシベーション膜層（図示せず）を形成すれば、上部電極層１５ｘの表面酸化を防止することができ、上部電極１５の抵抗を低減することができる。
【００８３】
また、上記製造方法によれば、基板２上に下部電極層１４ｘ、圧電材料層５ｘ、上部電極層１５ｘを連続して成膜することができる。したがって、各層を成膜する間に、パターン形成等の工程が入らないため、一括で同一の成膜装置内で、大気に曝すことなく成膜することができ、製造工程を大幅に短縮することができるとともに、外来異物などの混入がなく品質の高い多層膜を得ることができる。
【００８４】
本実施の形態では、圧電膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いる場合を示したが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など、他の圧電薄膜を用いても同様のデバイスを作製して同様の効果を得ることができる。また、上下部電極としてモリブデン（Ｍｏ）を用いる場合を示したが、これに限るものではない。また、基板としてシリコン基板を用いる場合を示したが、サファイア基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００８５】
また、本実施の形態では音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層した音響ミラー層３を用いた共振器について示したが、実施の形態１の図３に示したように、共振子を形成した後、基板２の裏面より基板２をエッチングして、空洞２ａを形成した構造を用いることもできる。この場合、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどの手法を用いると、空洞２ａを垂直に形成することができる。また、実施の形態１の図４に示したように、犠牲層エッチングにより形成した空洞２ｂを備えた共振器についても、同様の効果が得られることは自明である。
【００８６】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４における圧電フィルタ装置について、図面を用いて説明する。
【００８７】
図９は、本実施の形態における圧電フィルタ装置を示す断面図である。この圧電フィルタ装置は、それぞれ圧電薄膜共振器からなる直列共振器２０と並列共振器２１を備える。すなわち、基板２２上に音響ミラー層２３を介して直列共振器２０と並列共振器２１が形成され、上部引き出し配線２８により互いに接続されている。
【００８８】
このように、平面方向に展開された個々の圧電薄膜共振器は、互いに分離して形成されることになり、互いに圧電振動が漏れ伝わることがなく、高周波特性に優れたフィルタを得ることができる。本実施の形態では、不要スプリアスの影響がなく、圧電薄膜共振器の特性も向上するとともに、配線電極の抵抗率の劣化がないため、フィルタの通過損失として２ＧＨｚにおいて０．３ｄＢの改善が見られた。
【００８９】
本実施の形態において、直列共振器２０は、上記いずれかの実施の形態に記載された構成を有する。一方、並列共振器２１は、図１０に記載された構成を有する。
【００９０】
図１０は、並列共振器２１を構成する圧電薄膜共振器を示す断面図である。基板２２の上面に設けられ、第１の音響ミラー材料２３ａと第２の音響ミラー材料２３ｂを交互に積層して構成された音響ミラー層２３上に、下部電極２４が形成されている。下部電極２４の上面には、圧電膜２５が形成されている。圧電膜２５の上面には、上部電極２６が形成されている。音響ミラー層２３、下部電極２４、圧電膜２５及び上部電極２６を被覆して、絶縁層間膜２７が形成されている。さらに、絶縁層間膜２７上に、上部電極２６との電気的導通を図る上部引き出し配線２８と、下部電極２４との導通を図る下部引き出し配線２９が形成されている。
【００９１】
圧電膜２５と、上部電極２６および下部電極２４により共振子が形成され、上部電極２６および下部電極２４に電界を印加することにより、共振振動が発生する。上部電極２６の平面形状の領域は、圧電膜２５の平面形状の領域の範囲内に配置されている。
【００９２】
本実施の形態の並列共振器では、下部電極２４の平面形状の領域は、上部引き出し配線２８の平面形状の領域との重畳部分を有し、その重畳面積を最適化することで、寄生容量、すなわち、図１９のＣｅｘｔを適宜設定することができる。この構成により、所望の寄生容量が得られるように容易に調整でき、並列共振器に関わるチップ面積を小さくすることができる。
【００９３】
以下、上記構成の圧電薄膜共振器の製造方法について、図１１（ａ）−（ｆ）を参照して説明する。
【００９４】
先ず、図１１（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２２を用意する。基板２２の上面に、第１の音響ミラー材料２３ａと第２の音響ミラー材料２３ｂを交互に積層して音響ミラー層２３を構成する。第１の音響ミラー材料２３ａは、音響インピーダンスが低いシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）などの適当により形成し、第２の音響ミラー材料２３ｂは、音響インピーダンスが高いモリブデン（Ｍｏ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの適当な材料で形成する。
【００９５】
音響ミラー層２３の上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる下部電極層２４ｘを形成する。さらに、下部電極層２４ｘの上面に連続して、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電材料層２５ｘを積層する。さらに、圧電材料層２５ｘの上面に、連続して、例えばモリブデン（Ｍｏ）単体及びその混合物などの適当な材料からなる上部電極層２６ｘを形成する。そして最後に、上部電極層２６ｘの上面に連続して、例えば酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜層を形成する（図示せず）。
【００９６】
次に、デバイスの形成工程に入る。先ず、通常のフォトリソグラフィ手法により、パッシベーション膜層及び上部電極層２６ｘをパターン加工し、図１１（ｂ）に示すように、上部電極２６を形成する。次いで、圧電材料層２５ｘ、下部電極層２４ｘを同様にパターン加工し、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように、圧電膜２５、下部電極２４を形成する。このような工程によれば、上部電極２６より順次パターン形成していくため、各パターン形状は、より下方にあるパターン形状に対して、その平面形状の領域の範囲内に形成される。したがって、例えば圧電膜２５の段差を交差して、上部電極２６と下部電極２４が導通するといった不具合を未然に防止できる。また、上部電極２６が圧電膜２５に比べて薄い場合や、圧電膜２５の断面形状が急峻な場合においても、カバレッジが不十分になるなどの問題が発生しない。
【００９７】
次に、図１１（ｅ）に示すように、絶縁層間膜２７を形成する。その後、図１１（ｆ）に示すように、上部電極６と導通を図るための上部引き出し配線２８及び、下部電極２４との導通を図るための下部引き出し配線２９を形成する。また、引き出し配線の電極材料には何ら制約はないが、圧電薄膜共振器を形成する上下部電極２４、２６よりも厚く設定することが好ましい。
【００９８】
以上の製造方法によれば、図１１（ａ）に示した工程では、下部電極層２４ｘにパターン形成などの加工を施さないため、下部電極層２４ｘの表面粗さは劣化することなく、続いて成膜される圧電材料層２５ｘの結晶性を損なうことがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電材料層２５ｘが形成されるため、結晶性に優れた圧電材料層２５ｘを得ることができる。
【００９９】
従来のように、下部電極層をパターン形成した後圧電膜を形成した場合には、圧電材料層の結晶性を示す指標であるＸ線回折のロッキングカーブの半値幅が１．３°程度であったのに対して、本実施の形態により連続して圧電材料層を形成した場合には、その値が１．１°程度と向上した。また、同一の真空成膜装置を用いれば、大気に触れることなく圧電材料層２５ｘを形成できるため、下部電極層２４ｘの表面酸化を防止することができ、下部電極２４の抵抗率が増大することを防止できる。
【０１００】
同様に、上部電極層２６ｘ上にパッシベーション膜層（図示せず）を形成すれば、上部電極層２６ｘの表面酸化を防止することができ、上部電極２６の抵抗を低減することができる。
【０１０１】
また、上記製造方法によれば、基板２２上に下部電極層２４ｘ、圧電材料層２５ｘ、上部電極層２６ｘを連続して成膜することができる。したがって、各層を成膜する間に、パターン形成等の工程が入らないため、一括で同一の成膜装置内で、大気に曝すことなく成膜することができ、製造工程を大幅に短縮することができるとともに、外来異物などの混入がなく品質の高い多層膜を得ることができる。
【０１０２】
本実施の形態では、圧電膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いる場合を示したが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など、他の圧電薄膜を用いても同様のデバイスを作製して同様の効果を得ることができる。また、上下部電極としてモリブデン（Ｍｏ）を用いる場合を示したが、これに限るものではない。また、基板としてシリコン基板を用いる場合を示したが、サファイア基板やガラス基板などを用いてもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態では音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層した音響ミラー層２３を用いた共振器について示したが、図３に示したように、共振子を形成した後、基板２２の裏面より基板２２をエッチングして、空洞を形成した構造を用いることもできる。この場合、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどの手法を用いると、空洞を垂直に形成することができる。また、図４に示したように、犠牲層エッチングにより形成した空洞を備えた共振器についても、同様の効果が得られることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の圧電薄膜共振器は、圧電膜の結晶性に優れ、寄生容量が低減されて共振器単体のＱ値が向上するので、低損失で小型な圧電振動デバイスや、フィルタ、共用器、アクチュエータ、メカニカルスイッチなどの機能デバイスに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における圧電薄膜共振器の断面図
【図１Ｂ】同圧電薄膜共振器の平面図
【図２】同圧電薄膜共振器の製造方法を示す工程断面図
【図３】同圧電薄膜共振器の変形例を示す断面図
【図４】同圧電薄膜共振器の他の変形例を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２における圧電薄膜共振器の断面図
【図６】同圧電薄膜共振器の製造方法を示す工程断面図
【図７】本発明の実施の形態３における圧電薄膜共振器の断面図
【図８】同圧電薄膜共振器の製造方法を示す工程断面図
【図９】本発明の実施の形態４における圧電フィルタ装置の断面図
【図１０】同圧電フィルタ装置に含まれる並列共振器を構成する圧電薄膜共振器の断面図
【図１１】同圧電薄膜共振器の製造方法を示す工程断面図
【図１２】従来例のＦＢＡＲフィルタの回路図
【図１３】圧電薄膜共振器の周波数特性の例を示す図
【図１４】ＦＢＡＲフィルタのフィルタ特性を示し、（ａ）はインピーダンス特性、（ｂ）は通過特性を示す図
【図１５】従来例の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図
【図１６】他の従来例の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図
【図１７】改良された圧電薄膜共振器を用いた圧電フィルタ装置を模式的に示した上面図
【図１８】図１７のＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図１９】図１７の圧電フィルタ装置に用いられた圧電薄膜共振器の等価回路図
【符号の説明】
【０１０６】
１ａ、１ｂ、１ｃ  圧電薄膜共振器
２、２２  基板
２ａ、２ｂ  空洞
３、２３  音響ミラー層
３ａ、２３ａ  第１の音響ミラー材料
３ｂ、２３ｂ  第２の音響ミラー材料
４、１０、１４、２４  下部電極
４ｘ、１０ｘ、１４ｘ、２４ｘ  下部電極層
５、２５  圧電膜
５ｘ、２５ｘ  圧電体層
５ｙ  圧電膜前駆層
６、１５、２６  上部電極
６ｘ、１５ｘ、２６ｘ  上部電極層
７、１１、１６、２７  絶縁層間膜
８、１２、１７、２８  上部引き出し配線
９、１３、１８、２９  下部引き出し配線
２０  直列共振器
２１  並列共振器
３０、３１  入出力端子
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  直列共振器
３３ａ、３３ｂ  並列共振器
４０、４４、５０  基板
４０ａ  空洞
４１、４６、５２  下部電極
４２、４９、５４  上部電極
４３、５３  圧電膜
４５、５１  音響ミラー層
４５ａ、４５ｂ、５１ａ、５１ｂ  音響ミラー材料
４７ａ、４７ｂ  圧電膜
４８  中間電極
５５  絶縁層間膜
５６  上部引き出し配線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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