(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動空間または音響反射層を有する基板と、前記振動空間または音響反射層に面するように配置された圧電積層構造体とを含んでなり、該圧電積層構造体は振動空間または音響反射層に近い側から順に配置された下部電極、圧電薄膜および上部電極を少なくとも有する圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極および上部電極のうちの少なくとも一方の電極の外周部の周囲に該電極とは材質の異なるサイドスペーサーが配置されており、
該サイドスペーサーは、前記電極の外周部の端面に接して前記電極との界面を形成する面と、該面の上縁及び下縁にそれぞれ連なる上面及び下面とを有しており、
前記サイドスペーサーと前記電極との界面における段差は２５ｎｍ未満であり、
前記サイドスペーサーは前記上面が前記下面に対して傾斜するスロープ状に形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項２】
前記圧電薄膜は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記窒化アルミニウムからなる圧電薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜であることを特徴とする、請求項２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記サイドスペーサーと前記電極との界面における段差は３ｎｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記サイドスペーサーは前記下面に対する上面の傾斜角が３〜４５度であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記サイドスペーサーの音響インピーダンスは前記電極の音響インピーダンスよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記サイドスペーサーは絶縁体からなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項８】
前記サイドスペーサーは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする絶縁体からなることを特徴とする、請求項７に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項９】
前記サイドスペーサーは導電体からなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１０】
前記サイドスペーサーは、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）およびイリジウム（Ｉｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする導電体からなることを特徴とする、請求項９に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１１】
前記上部電極および下部電極の少なくとも一方はモリブデンからなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１２】
前記上部電極および下部電極の少なくとも一方は、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金および銅からなる群から選ばれる２種類の金属の積層体で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１３】
前記下部電極は厚さｄ１の下側金属層と厚さｄ２の上側金属層との積層体であり、ｄ１／ｄ２＞１であり且つ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１４】
前記下部電極の厚さｄ１の下側金属層はアルミニウムを主成分とする金属薄膜であり、前記下部電極の厚さｄ２の上側金属層はモリブデンを主成分とする金属薄膜であることを特徴とする、請求項１３に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１５】
前記上部電極は厚さｄ３の下側金属層と厚さｄ４の上側金属層との積層体であり、ｄ４／ｄ３＞１であり且つ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１６】
前記上部電極の厚さｄ３の下側金属層はモリブデンを主成分とする金属薄膜であり、前記上部電極の厚さｄ４の上側金属層はアルミニウムを主成分とする金属薄膜であることを特徴とする、請求項１５に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１７】
前記圧電積層構造体の厚み方向に見て、前記下部電極と上部電極とが互いに重なる領域として定義される振動領域は前記振動空間または音響反射層の外周縁より内側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１８】
前記圧電積層構造体の厚み方向に見た前記振動領域の端部と前記振動空間または音響反射層の外周縁との間の距離ｗ、および前記振動領域での圧電積層構造体の厚みと絶縁層の厚みとの合計ｔが、関係式０＜ｗ／ｔ≦２を満たすことを特徴とする、請求項１７に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項１９】
前記圧電積層構造体の上面または下面に絶縁層が付されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項２０】
前記絶縁層は前記下部電極の下面に接して形成されていることを特徴とする、請求項１９に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項２１】
前記絶縁層は前記上部電極の上面に接して形成されていることを特徴とする、請求項１９に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項２２】
前記絶縁層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とするものであることを特徴とする、請求項１９に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振子を複数個組み合せて構成される圧電薄膜デバイス。
【請求項２４】
請求項１に記載の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁層を形成する第１の工程と、
前記下部絶縁層上に前記下部電極を形成する第２の工程と、
前記下部電極および下部絶縁層の露出面に前記下部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記下部電極の上面を露出させ、前記下部電極の外周部の周囲に下部電極用の前記サイドスペーサーを形成する第３の工程と、
前記下部電極、下部電極用サイドスペーサーおよび下部絶縁層の露出面に圧電材料層を形成する第４の工程と、
前記圧電材料層上に前記上部電極を形成する第５の工程と、
前記圧電材料層をパターニングして前記圧電薄膜を形成する第６の工程と、
前記圧電薄膜および上部電極上に上部絶縁層を形成する第７の工程とを有することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
【請求項２５】
前記第５の工程と第６の工程との間に、前記上部電極および圧電材料層の露出面に前記上部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記上部電極の上面を露出させ、前記上部電極の外周部の周囲に上部電極用の前記サイドスペーサーを形成する工程を介在させることを特徴とする、請求項２４に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁層を形成する第１の工程と、
前記下部絶縁層上に前記下部電極をその端部がスロープ状となるように形成する第２の工程と、
前記下部電極および下部絶縁層の露出面に圧電材料層を形成する第３の工程と、
前記圧電材料層上に前記上部電極を形成する第４の工程と、
前記圧電材料層をパターニングして前記圧電薄膜を形成する第５の工程と、
前記上部電極および圧電薄膜の露出面に前記上部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記上部電極の上面を露出させ、前記上部電極の外周部の周囲に上部電極用の前記サイドスペーサーを形成する第６の工程と、
前記圧電薄膜および上部電極上に上部絶縁層を形成する第７の工程とを有することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信機等に利用される薄膜共振器、薄膜ＶＣＯ（電圧制御発振器）、薄膜フィルタ及び送受信切替器や、各種センサーなど、広範な分野で用いられる圧電薄膜共振子と、それを応用した素子である圧電薄膜デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電現象を応用した素子は広範な分野で用いられている。携帯機器の小型化と省力化が進む中で、ＲＦ用およびＩＦ用フィルタとして弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子の使用が拡大している。ＳＡＷフィルタは設計および生産技術の向上によりユーザーの厳しい要求仕様に対応してきたが、利用周波数の高周波数化と共に特性向上の限界に近づき、電極形成の微細化と安定した出力確保の両面で大きな技術革新が必要となってきている。一方、圧電体薄膜の厚み振動を利用した薄膜バルク弾性波共振子（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下ＦＢＡＲ、Ｓｏｌｉｄｌｙ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下ＳＭＲ）、積層型薄膜バルク弾性波共振器およびフィルタ（Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ｗａｖｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｆｉｌｔｅｒｓ：以下ＳＢＡＲ）は、基板に設けられた薄い支持膜の上に、主として圧電体より成る薄膜と、これを駆動する電極を形成したものであり、ギガヘルツ帯での基本共振が可能である。ＦＢＡＲ，ＳＭＲまたはＳＢＡＲでフィルタを構成すれば、著しく小型化でき、かつ低損失・広帯域動作が可能な上に、半導体集積回路と一体化することができるので、将来の超小型携帯機器への応用が期待されている。【０００３】
弾性波を利用した共振器及びフィルタ等に応用されるＦＢＡＲ、ＳＭＲ及びＳＢＡＲなどの圧電体薄膜素子は、以下のようにして製造される。シリコンなどの半導体単結晶からなる基板、及びシリコンウェハー上に多結晶ダイヤモンドを形成してなる基板などの上に、種々の薄膜形成方法によって、誘電体薄膜、導電体薄膜、またはこれらを積層した下地膜を形成する。この下地膜上に圧電体薄膜を形成し、さらに必要に応じた上部構造を形成する。各層の形成後に、または全層を形成した後に、各々の膜に物理的処理または化学的処理を施すことにより微細加工またはパターニングを行う。振動領域の下方に位置する基板部分を異方性エッチングにより除去して浮き構造を作製した後、最後に１素子単位に分離することにより圧電体薄膜素子を得る。【０００４】
例えば、特許文献１に記載された圧電薄膜素子（ＦＢＡＲ）は、基板上に下地膜、下部電極、圧電体薄膜及び上部電極を形成した後に、振動領域となる部分の下にある基板部分を基板裏面側から除去して振動空間を形成することにより、製造されている。圧電薄膜素子用の圧電材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、チタン酸鉛（ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３））、及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３））などを用いることができる。特にＡｌＮは、弾性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜共振器及び薄膜フィルタ用の圧電材料として適している。【０００５】
特許文献２には、エアーブリッジ式のＦＢＡＲ／ＳＢＡＲデバイスの構成と製造方法が記載されている。同公報によれば、最初に、シリコンウェハーの上に犠牲層（Ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ）として燐石英ガラス（ＰＳＧ）を堆積し、ＣＭＰ研磨後、この犠牲層の上に圧電共振器を製作する。ＰＳＧは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈Ｈ２Ｏ：ＨＦ溶液で非常に高いエッチング速度でエッチングされる。したがって、プロセスの終点または終点近くに、犠牲層をエッチングにより除去して、振動領域を形成する。処理はすべてウェハー前面で行なわれるから、この方法は、ウェハー両面におけるパターンの整列および大面積のウェハー裏面側開口部を必要としない。【０００６】
空気／結晶境界面を設ける代わりに、適切な音響ミラーを設ける方法もある。この方法では、例えば特許文献３に記載のように、下部電極、圧電体薄膜及び上部電極より構成される挟み込み構造の下に音響的ブラッグ反射鏡からなる大きな音響インピーダンスが作り出される。ブラッグ反射鏡は、音響インピーダンスの高い材料の層と音響インピーダンスの低い材料の層とを交互に積層することにより作られる。各層の厚さは共振周波数の波長の１／４に固定される。十分な層数の積層膜を形成することにより、圧電体／電極境界面における有効インピーダンスを、素子の音響インピーダンスよりはるかに高くすることができ、したがって、圧電体内の音波を有効に閉じ込めることができる。低音響インピーダンス層は酸化シリコンまたはアルミニウムから構成することができ、高音響インピーダンス層はタングステン、プラチナ、モリブデンまたは金から構成することができる。この方法により得られる音響共振器は、挟み込み構造の下に空隙が存在しないので、固体音響ミラー取付け共振器（ＳＭＲ）と呼ばれる。【０００７】
前記のいずれの圧電薄膜共振子の構造および製造法においても、下部電極、圧電体薄膜および上部電極が、この順番に形成されていることに変わりは無い。また、下部電極の下側および上部電極の上側に絶縁体層を設け、半導体基板上に絶縁体層／下部電極／圧電体薄膜／上部電極／絶縁体層より成る５層構造を実現することも一般的に採用されている。さらに、下部電極の下側に設けた絶縁体層を結晶成長のためのシード層として利用することや上部電極の上側に設けた絶縁体層を保護層として利用することも知られている。【０００８】
圧電体薄膜として利用されるＡｌＮ及びＺｎＯなどの薄膜を形成する方法には種々の改良が試みられており、電気機械結合係数、音響的品質係数（Ｑ値）及び周波数温度係数などの圧電特性に優れた、高配向性で均質な圧電薄膜の形成が望まれている。反応性スパッタリング法などの薄膜形成方法により成膜されるＡｌＮ薄膜の品質は、ＡｌＮが堆積する下地層の性状に強い影響を受けることが知られている。本発明者らによる特許文献４によれば、ＡｌＮ薄膜形成においては、下地層となる下部電極の表面の高さのＲＭＳ変動を５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下に制御して、下部電極表面を著しく平坦なものとすることにより、高配向性のＡｌＮ薄膜を堆積させることができる。得られたＡｌＮ薄膜のＸ線回折測定によれば、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は３．０゜未満であり、良好な圧電特性を示す。【０００９】
特許文献４には、リフトオフ法により下部電極のパターン形成を行うことが記載されている。これによれば、必然的に、下部電極の外周部に緩やかな傾斜たとえば１０°未満のテーパー角を有する傾斜が生ずる。ここで、テーパー角とは、下部電極外周部の上面が下面（即ち、下地絶縁層と接する面であってシリコン基板に平行な面）と為す角度（傾斜角）である。【００１０】
一方、湿式エッチングにより電極のパターン形成を行う場合には、その外周部はテーパー角７０°以上の急峻な傾斜を生ずる。電極外周部の傾斜角が急峻な圧電薄膜共振子の一例を、図１Ａ〜１Ｃに示す。図１Ａは圧電薄膜共振子の一例を示す模式的平面図であり、図１ＢはそのＸ−Ｘ断面図であり、図１Ｃは図１Ｂにおける点線で囲った部分の拡大図である。これらの図において、圧電薄膜共振子１０は、基板１１、該基板１１の上面上に形成された絶縁体層１２，１３および該絶縁体層１２の一部を除去して形成した振動空間２０を跨ぐよう形成された圧電積層構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は、絶縁体層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成された圧電薄膜１６および該圧電薄膜１６の上面上に形成された上部電極１７からなる。基板１１上には、振動空間を形成する空洞２０が形成されている。絶縁体層１３の一部は振動空間２０に向けて露出している。【００１１】
下部電極外周部の傾斜角が４５度を超えて急峻になると、図１Ｃに示すように下部電極外周部のエッジで圧電薄膜であるＡｌＮの異常成長（分離成長）が起こり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥３０を生ずる。このクレータ状欠陥はＡｌＮ膜の破壊の原因となり、圧電薄膜共振子の信頼性が損なわれることとなる。【００１２】
同様に、傾斜角がほぼ９０°に近い上部電極外周部のエッジからも上部絶縁体層として使用するＡｌＮの異常成長が起こり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥３１を生ずる。【００１３】
図２Ａは前記と異なる別の圧電薄膜共振子の一例を示す模式的平面図であり、図２Ｂおよび図２ＣはそれぞれそのＸ−Ｘ断面図およびＹ−Ｙ断面図である。これらの図においては、上記図１Ａ〜図１Ｃにおけるものと同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。【００１４】
これらの図においては、圧電薄膜共振子１０は、基板１１、該基板１１の上面上に形成された絶縁体層１３および該絶縁体層１３の上面上に形成された圧電積層構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は、絶縁体層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成された圧電薄膜１６および該圧電薄膜１６の上面上に形成された上部電極１７からなる。【００１５】
下部電極外周部の傾斜角が９０°（垂直）に近い急峻度であるために、図２Ｃに示すように下部電極外周部のエッジでＡｌＮの異常成長が起こり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥３０を生ずる。このクレータ状欠陥はＡｌＮ膜の破壊の原因となり、圧電薄膜共振子の信頼性が損なわれることとなる。【００１６】
Ｒｕｂｙらによる特許文献５には、エッチングガスとして酸素（Ｏ２）および六フッ化イオウ（ＳＦ６）を用いたドライエッチング法により下部電極端部に傾斜を設けて、テーパー角を６０°以下に制御する方法が開示されている。同公報によれば、テーパー角を６０°以下に制御することで、その上に堆積・成長させるＡｌＮ薄膜のエッジ（下部電極端部）近傍におけるボイド及び不連続境界の発生を抑制できることが記載されている。しかしながら、同公報においては、ＡｌＮ薄膜中のボイド及び不連続境界の低減の効果として、絶縁耐力（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、耐電力特性（Ｐｏｗｅｒ  ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）および静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＥＳＤ））の改善効果が挙げられているに過ぎない。【００１７】
同様に、Ｇｉｎｓｂｕｒｇらによる特許文献６にも、ドライエッチング法により下部電極端部に傾斜を設けて、テーパー角を３０°以下に制御する方法が開示されている。同公報によれば、テーパー角を３０°以下に制御することで、その上に堆積・成長させるＡｌＮ薄膜のエッジ近傍におけるクラックの発生を抑制できることが記載されている。しかしながら、同公報においても、ＡｌＮ薄膜中のクラック低減の効果として、圧電薄膜共振子となるダイの製造歩留りが１５〜８０％改善されることが報告されているのみである。【００１８】
以上の公知文献等から明らかなように、圧電薄膜共振子の製造においては、下部電極の外周部に緩やかな傾斜を設けて、圧電薄膜の分離成長によるクレータ状の欠陥の発生を防止することが重要である。【００１９】
図２Ａ〜２Ｃに示した圧電薄膜共振子において、下部電極外周部の断面形状を変更し緩やかな傾斜を設けて、ＡｌＮ薄膜成長に際して電極外周部のエッジから発生するクレータ状の分離成長を防止した例を、図３に示す。下部電極１５の外周部における上面の下面に対する傾斜角θを３０°以下にすることによって、クレータ状の分離成長が防止される。なお、図２Ａ〜２Ｃおよび図３のそれぞれに示した圧電薄膜共振子においては、上部電極端部の傾斜角はほぼ９０°に近く、しかも上部電極外周部は振動空間２０の上にあるメンブラン２１の外周縁を超えて外側に広がっており、絶縁体層１３を介して厚い基板１１により支えられた位置にある。【００２０】
【特許文献１】特開昭６０−１４２６０７号公報
【特許文献２】特開２０００−６９５９４号公報
【特許文献３】特開平６−２９５１８１号公報
【特許文献４】特開２００５−２３６３３７号公報
【特許文献５】米国特許出願公開２００３０１４１９４６号公報
【特許文献６】米国特許出願公開２００４０２６３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
これまで、ＡｌＮ薄膜をＦＢＡＲ、ＳＭＲまたはＳＢＡＲに適用するために、種々の検討が行われてきた。しかしながら、未だ、ギガヘルツ帯域で十分な性能を発揮する圧電薄膜共振器および圧電薄膜フィルタは得られておらず、共振器の音響的品質係数（Ｑ値）および挿入損失の改善が望まれている。音響的品質係数（Ｑ値）の改善には、高配向性で均質なＡｌＮ薄膜を形成する必要がある。このため、基板上に形成される下部電極の外周部に緩やかな傾斜を設けて、ＡｌＮ薄膜の成長におけるクレータ状の分離成長を防止する方法が採用されてきた。【００２２】
しかしながら、下部電極外周部に傾斜を設けるということは、共振子の中央部と外周部とで弾性波の振動状態が微妙に異なってくるということを意味する。その結果、下部電極外周部の傾斜が過度に緩やかなものになると、傾斜部の水平距離が長くなり過ぎて、圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）が著しく低下するという問題がある。また、インピーダンス特性における共振ピーク付近に数多くのノイズが発生するようになる。このように、圧電特性に種々の影響を生ずるので好ましくない。また、上部電極外周部の傾斜についても、同様の影響が認められる。【００２３】
そこで、本発明は、下部電極または上部電極の外周部に傾斜を設けることに付随する以上のような特性面の問題点を解決することによって、ＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数（Ｑ値）に優れ、挿入損失などの特性面で従来に比べて著しく高性能な圧電薄膜共振子、及びそれを用いた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】
【００２４】
本発明者らは、ＦＢＡＲ、ＳＭＲまたはＳＢＡＲの共振特性に大きく影響を与える窒化アルミニウム薄膜の性状が、下部電極または上部電極の外周部の形状や材質によってどのように影響を受けるかについて鋭意検討を行った。その結果、下部電極または上部電極の外周部に隣接して、前記下部電極または上部電極とは異なる材質のサイドスペーサーを設け、該サイドスペーサーと前記下部電極または上部電極の外周部との界面における段差を２５ｎｍ未満とすることで、下部電極及び上部電極の間に形成される窒化アルミニウム薄膜をクレータ状の分離成長の無い高結晶性でロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）２．０゜以下の高配向性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜とすることができ、下部電極または上部電極の外周部の傾斜に起因する圧電特性への悪影響を解消できることを突き止めた。さらに、下部電極または上部電極を構成する金属薄膜を特定の材質、構造および結晶相となるように調製することによって、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜の、さらに配向性及び結晶性に優れたｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを見出した。そして、このような高配向性及び高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を使用することにより、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数（Ｑ値）が大きく、低損失で、高性能なＦＢＡＲ、ＳＭＲまたはＳＢＡＲを実現できることを見出し、本発明に到達した。【００２５】
本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、
振動空間または音響反射層を有する基板と、前記振動空間または音響反射層に面するように配置された圧電積層構造体とを含んでなり、該圧電積層構造体は振動空間または音響反射層に近い側から順に配置された下部電極、圧電薄膜および上部電極を少なくとも有する圧電薄膜共振子であって、
前記下部電極および上部電極のうちの少なくとも一方の電極の外周部の周囲に該電極とは材質の異なるサイドスペーサーが配置されており、該サイドスペーサーと前記電極との界面における段差は２５ｎｍ未満であることを特徴とする圧電薄膜共振子、
が提供される。【００２６】
本発明の一態様においては、前記圧電薄膜は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。本発明の一態様においては、前記窒化アルミニウムからなる圧電薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜である。【００２７】
本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーと前記電極との界面における段差は３ｎｍ未満である。本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは上面が下面に対してスロープ状に形成されている。本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは前記下面に対する上面の傾斜角が３〜４５度である。本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーの音響インピーダンスは前記電極の音響インピーダンスよりも大きい。【００２８】
本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは絶縁体からなる。本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする絶縁体からなる。【００２９】
本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは導電体からなる。本発明の一態様においては、前記サイドスペーサーは、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）およびイリジウム（Ｉｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする導電体からなる。【００３０】
本発明の一態様においては、前記上部電極および下部電極の少なくとも一方はモリブデンからなる。本発明の一態様においては、前記上部電極および下部電極の少なくとも一方は、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金および銅からなる群から選ばれる２種類の金属の積層体で構成されている。【００３１】
本発明の一態様においては、前記下部電極は厚さｄ１の下側金属層と厚さｄ２の上側金属層との積層体であり、ｄ１／ｄ２＞１であり且つ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍである。本発明の一態様においては、前記上部電極は厚さｄ３の下側金属層と厚さｄ４の上側金属層との積層体であり、ｄ４／ｄ３＞１であり且つ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍである。【００３２】
本発明の一態様においては、前記圧電積層構造体の厚み方向に見て、前記下部電極と上部電極とが互いに重なる領域として定義される振動領域は前記振動空間または音響反射層の外周縁より内側に位置する。本発明の一態様においては、前記圧電積層構造体の厚み方向に見た前記振動領域の端部と前記振動空間または音響反射層の外周縁との間の距離ｗ、および前記振動領域での圧電積層構造体の厚みと絶縁層の厚みとの合計ｔが、関係式０＜ｗ／ｔ≦２を満たす。【００３３】
本発明の一態様においては、前記圧電積層構造体の上面または下面に絶縁層が付されている。本発明の一態様においては、前記絶縁層は前記下部電極の下面に接して形成されている。本発明の一態様においては、前記絶縁層は前記上部電極の上面に接して形成されている。本発明の一態様においては、前記絶縁層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とするものである。【００３４】
本発明の一態様においては、前記下部電極の下面に接して形成される下部絶縁層の厚さｄ５が２５〜３００ｎｍである。本発明の一態様においては、前記上部電極の上面に接して形成される上部絶縁層の厚さｄ６が４０〜６００ｎｍである。本発明の一態様においては、状部絶縁層の厚さｄ６と下部絶縁体層の厚さｄ５との比率ｄ６／ｄ５が関係式１≦ｄ６／ｄ５＜４を満たす。【００３５】
さらに本発明の一態様においては、前記圧電薄膜共振子は、インピーダンス曲線における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が１０００以上である。【００３６】
また、本発明によれば、上記の圧電薄膜共振子を複数個組み合せて構成される圧電薄膜デバイスが提供される。前記圧電薄膜共振子は、積層型圧電薄膜共振子も含む。圧電薄膜デバイスとしては、以上のような圧電薄膜共振子や積層型圧電薄膜共振子を用いて構成されるＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器などが挙げられるがこれに限定されるものではない。このような圧電薄膜デバイスでは、１ＧＨｚ以上の高い周波数での特性を著しく向上させることができる。【００３７】
更に、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、
上記の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁層を形成する第１の工程と、
前記下部絶縁層上に前記下部電極を形成する第２の工程と、
前記下部電極および下部絶縁層の露出面に前記下部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記下部電極の上面を露出させ、前記下部電極の外周部の周囲に下部電極用の前記サイドスペーサーを形成する第３の工程と、
前記下部電極、下部電極用サイドスペーサーおよび下部絶縁層の露出面に圧電材料層を形成する第４の工程と、
前記圧電材料層上に前記上部電極を形成する第５の工程と、
前記圧電材料層をパターニングして前記圧電薄膜を形成する第６の工程と、
前記圧電薄膜および上部電極上に上部絶縁層を形成する第７の工程とを有することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法、
が提供される。【００３８】
本発明の一態様においては、前記第５の工程と第６の工程との間に、前記上部電極および圧電材料層の露出面に前記上部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記上部電極の上面を露出させ、前記上部電極の外周部の周囲に上部電極用の前記サイドスペーサーを形成する工程を介在させる。【００３９】
更にまた、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、
上記の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁層を形成する第１の工程と、
前記下部絶縁層上に前記下部電極をその端部がスロープ状となるように形成する第２の工程と、
前記下部電極および下部絶縁層の露出面に圧電材料層を形成する第３の工程と、
前記圧電材料層上に前記上部電極を形成する第４の工程と、
前記圧電材料層をパターニングして前記圧電薄膜を形成する第５の工程と、
前記上部電極および圧電薄膜の露出面に前記上部電極とは材質の異なる絶縁体または導電体を堆積させた後、エッチバックにより前記上部電極の上面を露出させ、前記上部電極の外周部の周囲に上部電極用の前記サイドスペーサーを形成する第６の工程と、
前記圧電薄膜および上部電極上に上部絶縁層を形成する第７の工程とを有することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法、
が提供される。
【発明の効果】
【００４０】
基板上に配置された下部電極、圧電薄膜および上部電極を少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記下部電極および上部電極のうちの少なくとも一方の電極の外周に該電極とは異なる材質のサイドスペーサーを設け、該サイドスペーサーと電極との界面の段差が２５ｎｍ未満となるように加工方法を制御して作製された上下部電極の間に窒化アルミニウム薄膜を形成することにより、クレータ状の分離成長の無い高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られる。さらに、該電極を構成する金属薄膜を特定の材質、構造または結晶相となるように調製することによって、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下、好ましくは０．８〜１．６°である高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を形成できる。【００４１】
ここで、前記のサイドスペーサーは電極外周部の側壁に接して、該電極の周囲に形成されるものである。【００４２】
前記のサイドスペーサーを設けることにより、従来の圧電薄膜共振子で問題となっていた下部電極また上部電極端部の傾斜に起因する圧電特性への悪影響を解消でき、更に電気機械結合係数ｋｔ２と音響品質係数（Ｑ値）に優れた高性能かつ高信頼性の圧電薄膜共振子が提供できる。したがって、それを用いて構成されるＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器等の圧電薄膜デバイスにおいて１ＧＨｚ以上の高い周波数での特性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】圧電薄膜共振子の一例を示す模式的平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＸ−Ｘ断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂにおける点線で囲った部分の拡大図である。
【図２Ａ】圧電薄膜共振子の一例を示す模式的平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＸ−Ｘ断面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＹ−Ｙ断面図である。
【図３】図２Ａ〜２Ｃの圧電薄膜共振子において、下部電極外周部の断面形状を変更し緩やかな傾斜を設けた例を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＸ−Ｘ断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂにおける点線で囲った部分の拡大図である。
【図５Ａ】下部電極の側壁の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。
【図５Ｂ】下部電極の側壁の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。
【図６Ａ】下部電極の側壁の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。
【図６Ｂ】下部電極の側壁の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。
【図７Ａ】本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＸ−Ｘ断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＹ−Ｙ断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃにおける点線で囲った部分の拡大図である。
【図８Ａ】本発明による積層型圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＸ−Ｘ断面図である。
【図９】本発明の圧電薄膜デバイスの一実施形態としての薄膜圧電フィルタの模式的平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  圧電薄膜共振子
１１  単結晶または多結晶からなる基板
１２  基板絶縁層
１３  下部絶縁体層（下部絶縁層）
１４  圧電積層構造体
１５  下部電極
１５ａ  下部電極主体部
１５ｂ  下部電極端子部
１６，１６−１，１６−２  圧電体薄膜（圧電薄膜）
１７  上部電極
１７ａ  上部電極主体部
１７ｂ  上部電極端子部
１７’  内部電極
１８  積層型圧電薄膜共振子における上部電極
１８ａ  積層型圧電薄膜共振子における上部電極の主体部
１８ｂ  積層型圧電薄膜共振子における上部電極の端子部
１９  エッチング用のビアホール
２０  エッチングによって基板に形成した振動空間
２１  振動空間上方に位置するメンブラン
２３  上部絶縁体層（上部絶縁層）
２５  サイドスペーサー形成のために堆積された薄膜
２６  電極外周部に隣接して形成されたサイドスペーサー
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００４６】
図４Ａは本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図であり、図４ＢはそのＸ−Ｘ断面図である。図４Ｃは図４Ｂにおける点線で囲った部分の拡大図である。これらの図において、圧電薄膜共振子１０は、基板１１、該基板１１の上面上に形成された絶縁層１２、下部絶縁層１３、および絶縁層１２の一部を除去して形成した空洞からなる振動空間２０を跨ぐよう形成された圧電積層構造体１４を有する。なお、基板１１と絶縁層１２とからなる部材により本発明でいう基板が構成されるものと見なすことができる。この意味で、絶縁層１２を基板絶縁層という。かくして、本発明でいう基板に、振動空間２０が形成されている。圧電積層構造体１４は、下部絶縁層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして下部絶縁層１３の上面上に形成された圧電薄膜１６、および該圧電薄膜１６の上面上に形成された上部電極１７を含んでなる。下部絶縁層１３の一部は振動空間２０に向けて露出している。この下部絶縁層１３の露出部分、およびこれに対応する圧電積層構造体１４の部分がメンブラン（振動メンブラン）２１を構成する。尚、以上のように圧電積層構造体１４と振動空間２０との間には下部絶縁層１３が介在するのであるが、このような形態をも含めて、圧電積層構造体１４が振動空間２０に面しているものとする。また、下部電極１５および上部電極１７は、メンブラン２１に対応する領域内に形成された主体部１５ａ，１７ａ、および該主体部１５ａ，１７ａと外部回路との接続のための端子部１５ｂ，１７ｂを有する。端子部１５ｂ，１７ｂはメンブラン２１に対応する領域外に位置する。【００４７】
基板１１としては、Ｓｉ（１００）単結晶などの単結晶、またはＳｉ単結晶などの基材の表面にシリコン、ダイヤモンドその他の多結晶膜を形成したものを用いることができる。基板１１としては、その他の半導体さらには絶縁体からなるものを用いることも可能である。基板１１の固有抵抗値は、たとえば３ｋΩ・ｃｍ以上、好ましくは５ｋΩ・ｃｍ以上、さらに好ましくは７ｋΩ・ｃｍ以上である。振動空間２０の形成方法としては、前記圧電積層構造体の各層および下部絶縁層１３を貫通するビアホール１９を開け、ビアホール１９からフッ酸水溶液などのエッチング液を注入して、基板絶縁層１２の一部を含む前記圧電積層構造体の下方領域の一部を湿式エッチングにより除去する方法が挙げられる。後述するように、基板１１の下面側からの深堀りエッチング（Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ）により振動空間を形成しても良い。なお、振動空間は、メンブラン２１の振動を許容するものであれば、どのような形状の空洞または凹部であってもよい。さらに、以上のような振動空間を形成してエアーギャップタイプの圧電薄膜共振子とする代わりに、高音響インピーダンス材料層と低高音響インピーダンス材料層とを交互に積層することにより音響反射層（音響的ブラッグ反射鏡）を形成して音響ミラータイプの圧電薄膜共振子とすることも可能である。シリコンからなる基板１１を用いる場合には、基板絶縁層１２としては、基板１１の表面の熱酸化により形成される酸化シリコン膜を使用することができる。【００４８】
下部絶縁層１３としては、弾性率の高い材料からなるものが好ましい。下部絶縁層１３としては、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を主成分とする誘電体膜、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）を主成分とする誘電体膜、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする誘電体膜、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）を主成分とする誘電体膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする誘電体膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主成分とする誘電体膜、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主成分とする誘電体膜、およびこれらの誘電体膜を重ね合わせた積層膜を用いることができる。この下部絶縁層１３の材質について、主成分とは、誘電体膜中の含有量が５０当量％以上である成分を指す。誘電体膜は単層からなるものであっても良いし、積層体であっても良い。さらに、密着性を高めるための層などを付加した複数層からなるものであってもよい。【００４９】
下部絶縁層１３を形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法およびＣＶＤ法などが例示される。また、本発明においては、エッチングにより、メンブラン２１に対応する領域の下部絶縁層１３を総て除去して、下部電極１５が振動空間２０に向けて露出した構造（すなわちメンブランが下部絶縁層１３を含まない構造）の圧電薄膜共振子も採用することができる。このように、メンブラン２１に対応する領域の絶縁層１３を総て除去することにより、共振周波数の温度特性は若干悪化するものの、電気機械結合係数が向上するという利点がある。【００５０】
下部電極１５は、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属薄膜、ルテニウム（Ｒｕ）を主成分とする金属薄膜、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属薄膜、イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする金属薄膜、コバルト（Ｃｏ）を主成分とする金属薄膜、ニッケル（Ｉｒ）を主成分とする金属薄膜、白金（Ｐｔ）を主成分とする金属薄膜、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属薄膜から選ばれる少なくとも１種類の金属薄膜、及びモリブデンを主成分とする金属薄膜とルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金および銅からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を主成分とする金属薄膜との積層体からなる。ここで、例えば、モリブデンを主成分とする金属薄膜とは、９０％以上のモリブデンを含有していることを意味する。下部電極１５は、また、必要に応じて、以上のような金属薄膜と下部絶縁層１３との間に形成される密着金属層（密着層）を積層したものであっても良い。密着金属層以外の下部電極の部分を下部電極主層という。下部電極１５の厚さは、１５０〜４５０ｎｍが好ましい。【００５１】
また、本発明においては、下部電極１５として、厚さｄ２の金属薄膜（第２金属層：上側金属層）と厚さｄ１の金属薄膜（第１金属層：下側金属層）との積層体を用いることができる。上側金属層または下側金属層としては、モリブデンを主成分とする金属薄膜や、ルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金または銅からなる群から選ばれる１種類の金属を主成分とする金属薄膜が例示できる。ここで、下側金属層と下部絶縁層１３との間に密着層を有している場合には、厚さｄ１は密着層の厚さを含んだ値である。上側金属層の厚さｄ２と下側金属層の厚さｄ１との関係として、ｄ１／ｄ２＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍとなるような膜厚構成を採用するのが好ましい。これは、とくに、下側金属層（例えばアルミニウムを主成分とする金属薄膜）と圧電薄膜との間に音響インピーダンスが高くて高配向性の上側金属層（例えばモリブデンを主成分とする金属薄膜）を介在させる場合に、好ましい。これにより、得られる圧電薄膜共振子の電極ロス［挿入損失］（Ｉ．Ｌ．）や音響品質係数（Ｑ値）を向上させることができる。特に、インピーダンス特性における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が改善され、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせて作製される圧電薄膜フィルタの通過帯域の高域側におけるロール・オフ特性が向上する。【００５２】
圧電薄膜１６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるものが好ましく、その厚さは、例えば０．５〜３．０μｍである。１ＧＨｚ程度の周波数で使用する場合には膜厚を厚くし、５ＧＨｚ付近の高周波数で使用する場合には膜厚を薄くする。【００５３】
上部電極１７は、下部電極１５と同様に、モリブデンを主成分とする金属薄膜の他に、ルテニウムを主成分とする金属薄膜、アルミニウムを主成分とする金属薄膜、イリジウムを主成分とする金属薄膜、コバルトを主成分とする金属薄膜、ニッケルを主成分とする金属薄膜、白金を主成分とする金属薄膜、銅を主成分とする金属薄膜から選ばれる少なくとも１種類の金属薄膜、及びモリブデンを主成分とする金属薄膜とルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金および銅からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を主成分とする金属薄膜との積層体を用いることができる。また、上部電極１７は、必要に応じて、以上のような金属薄膜と圧電薄膜１６との間に形成される密着金属層（密着層）を積層したものであっても良い。密着金属層以外の上部電極の部分を上部電極主層という。上部電極１７の厚さは、１５０〜４５０ｎｍが好ましい。【００５４】
また、本発明においては、上部電極１７として、厚さｄ３の金属薄膜（第３金属層：下側金属層）と厚さｄ４の金属薄膜（第４金属層：上側金属層）との積層体を用いることができる。下側金属層または上側金属層としては、モリブデンを主成分とする金属薄膜や、ルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金または銅からなる群から選ばれる１種類の金属を主成分とする金属薄膜が例示できる。ここで、下側金属層と圧電薄膜１６との間に密着層を有している場合には、厚さｄ３は密着層の厚さを含んだ値である。また、上側金属層に密着層が付されている場合には、厚さｄ４は密着層の厚さを含んだ値である。下側金属層の厚さｄ３と上側金属層の厚さｄ４との関係として、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍとなるような膜厚構成を採用するのが好ましい。これは、とくに、上側金属層（例えばアルミニウムを主成分とする金属薄膜）と圧電薄膜との間に音響インピーダンスが高くて高配向性の下側金属層（例えばモリブデンを主成分とする金属薄膜）を介在させる場合に、好ましい。これにより、得られる圧電薄膜共振子の電極ロス［挿入損失］（Ｉ．Ｌ．）や音響品質係数（Ｑ値）を向上させることができる。特に、インピーダンス特性における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が改善され、複数の圧電薄膜共振子を組み合わせて作製される圧電薄膜フィルタの通過帯域の高域側におけるロール・オフ特性が向上する。【００５５】
本発明においては、必要に応じて、上部電極１７の上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする上部絶縁層２３を積層する。この場合、メンブラン２１は、下部絶縁層１３の露出部分、ならびにこれに対応する圧電積層構造体１４および上部電極層２３の部分により構成される。【００５６】
本発明者らは、これらの図に示した構成の圧電薄膜共振子において、その共振特性が、下部電極の材質、形状、結晶性、あるいはＡｌＮ薄膜の配向性、結晶性などの性状にどのように依存するかについて検討した。【００５７】
本発明においては、圧電積層構造体１４は、前記下部電極１５および上部電極１７のうちの少なくとも一方の電極の外周部の周囲に形成され、当該電極とは材質の異なるサイドスペーサー２６を有している。サイドスペーサー２６は、絶縁体または導電体からなり、スロープ形状に形成されている。また、サイドスペーサー２６に用いる絶縁体または導電体は、嵩密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましく、樹脂以外の材質を用いるのが好ましい。【００５８】
以上のような絶縁体または導電体より成るサイドスペーサー２６を形成する方法としては、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型トランジスターのゲート電極、ゲート絶縁膜（ゲート酸化膜）の側壁層形成に一般的に適用されているサイドウォールスペーサー技術を採用することができる。サイドウォールスペーサー技術により電極の外周部の周囲に絶縁体より成るサイドスペーサーを形成する方法の概要は、以下の通りである。【００５９】
図５Ａ，図５Ｂは、下部電極の外周部（側壁）の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。サイドスペーサー形成においては、まず、図５Ａに示されているように、パターニングされた下部電極１５を覆うようにして下部絶縁層１３の全面に低圧ＣＶＤ法により酸化シリコン（ＳｉＯ２）（ＬＰ−ＴＥＯＳ）からなる絶縁膜２５を３００〜９００ｎｍの厚さに堆積させる。絶縁膜形成の他の手法としては、低圧ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ（ＬＰ−ＳｉＮｘ）膜形成、低圧ＣＶＤ法によるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜形成、さらに、ＬＰ−ＳｉＮｘ膜上にＬＰ−ＴＥＯＳ膜を積層したＳｉＯ２／ＳｉＮｘ積層膜形成などを例示することができる。【００６０】
その後、図５Ｂに示されているように、ＩＣＰプラズマを用いた異方性ドライエッチング法で、下部電極１５の上面が露出し該上面とＳｉＯ２膜の表面とが平滑に繋がるようになるまでエッチバックすることにより、下部電極１５の側壁の周囲のみにＳｉＯ２膜を残して、サイドスペーサー２６を形成する。サイドスペーサー２６の傾斜角を緩やかにするために、異方性ドライエッチングと表面研磨法（ＣＭＰ）とを併用することも可能である。【００６１】
図６Ａ，図６Ｂも、下部電極の側壁の周囲にサイドスペーサーを形成する工程を説明するための模式的断面図である。サイドスペーサー形成においては、まず、図６Ａに示されているように、パターニングされた下部電極１５を覆うようにして下部絶縁層１３の全面に低温ＣＶＤ法によりタングステン（Ｗ）（ＬＴ−Ｗ）からなる導電膜２５を３００〜９００ｎｍの厚さに堆積させる。導電膜形成の他の手法としては、低温ＣＶＤ法によるモノシラン系のＷＳｉｘ（ＬＴ−ＷＳｉｘ）膜形成を例示することができる。【００６２】
その後、図６Ｂに示されているように、ＥＣＲプラズマを用いた異方性ドライエッチング法または表面研磨法（ＣＭＰ）とドライエッチング法との併用により、下部電極１５の上面が露出し該上面とＳｉＯ２膜の表面とが平滑に繋がるようになるまでエッチバックすることにより、下部電極１５の側壁の周囲のみにＷ膜を残して、サイドスペーサー２６を形成する。【００６３】
前記のサイドスペーサー形成において重要なことは、電極とサイドスペーサーとの界面における段差が２５ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、さらに好ましくは３ｎｍ未満となるようにエッチバックの条件を制御することである。両者の界面の段差が２５ｎｍ以上になると、該段差に起因するＡｌＮの異常成長が起こりやすくなり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥を生ずることがある。このクレータは、ＡｌＮ膜の破壊の原因となり、圧電薄膜共振子としての信頼性を損なうこととなるので好ましくない。【００６４】
下部電極の下面に接して形成される下部絶縁層１３の厚さｄ５は、２５〜３００ｎｍ、好ましくは３０〜２００ｎｍであることが望ましい。下部絶縁層１３の厚さが２５ｎｍ未満になると、その上に堆積するモリブデン、ルテニウム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金、銅などを主成分とする金属薄膜の結晶配向性が悪化しやすくなり、対応するＸ線回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が広くなりがちである。下部電極となる金属薄膜のロッキング・カーブ半値幅の広がりは、その上面に堆積するＡｌＮ薄膜の結晶配向性の低下をもたらす。下部絶縁層１３の厚さが３００ｎｍを超えると、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数が低下しやすくなり、圧電特性が悪化しがちである。【００６５】
また、上部電極の上面に接して形成される上部絶縁層２３の厚さｄ６は、４０〜６００ｎｍであることが好ましい。さらに、下部電極の下面に接して形成される下部絶縁層１３の厚さｄ５と上部電極の上面に接して形成される上部絶縁層２３の厚さｄ６との比率ｄ６／ｄ５が、１≦ｄ６／ｄ５≦４という関係を満足するように、厚さｄ５および厚さｄ６を制御することが好ましい。【００６６】
上部電極の上面に接する上部絶縁層２３を形成することにより、得られる圧電薄膜共振子の共振ピーク付近におけるスプリアスが減少する。特に、ｄ６／ｄ５が、１≦ｄ６／ｄ５≦４という関係を満足する場合に、スプリアスの低減効果が大きい。上部絶縁層２３の厚さｄ６が４０ｎｍ未満になると、スプリアス抑制効果が著しく低下しがちである。逆に、上部絶縁層２３の厚さｄ６が６００ｎｍを超えると、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数および音響品質係数（Ｑ値）などの圧電特性が悪化しがちである。また、上部絶縁層２３は化学的に安定な材質で構成されており、得られる圧電薄膜共振子の耐環境性が向上するという効果もある。以上のようなスプリアス低減効果および耐環境性改善効果を高めるには、上部電極の上面に接して形成される上部絶縁層２３の結晶配向性を向上させることが重要である。本発明においては、上部電極１７を構成するモリブデンなどの金属薄膜のロッキング・カーブ半値幅を３°以下となるように制御することにより、高配向性の上部絶縁層を形成して、良好なスプリアス低減効果と優れた耐環境性を実現することができる。【００６７】
振動空間２０の形成は、次のようにして行うことができる。すなわち、基板１１の上面に基板絶縁層１２を形成した後に、該基板絶縁層１２の振動空間形成領域上にパターン状の犠牲層を形成する。その上に、下部絶縁層１３および圧電積層構造体１４（および上部絶縁層２３）を形成する。ビアホール１９は、深堀りエッチング（Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ））により、図中の上側から（上部絶縁層２３および）圧電積層構造体１４を構成する層および絶縁体層１３を貫通し犠牲層に達する穴を開けたものであり、このビアホール１９からエッチング液を注入して、振動空間形成領域の犠牲層および基板絶縁層１２を除去して、空洞からなる振動空間２０を形成する。振動空間２０の上にて積層された薄膜がメンブラン２１を構成している。この圧電薄膜共振子において、振動空間２０上のＡｌＮ薄膜１６と、これを挟む下部電極１５および上部電極１７とが、圧電積層構造体１４を構成し、前記のように、圧電積層構造体１４の少なくとも一方には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする絶縁層１３，２３が存在している。【００６８】
下部電極１５および上部電極１７に使用されるモリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）および銅（Ｃｕ）から成る群から選ばれる少なくとも１種類の金属を主成分とする金属薄膜を形成する方法としては、スパッタリング法および真空蒸着法などが例示される。【００６９】
これらの金属を主成分とした薄膜は、通常はＤＣマグネトロンスパッタ法やＲＦマグネトロンスパッタ法により容易に形成できる。しかし、真空蒸着法を用いる場合は、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）については、融点が高いため（ルテニウムの融点２３１０℃、モリブデンの融点２６２０℃、タングステンの融点３４１０℃）、抵抗加熱蒸着法では薄膜作製が困難であるので、電子ビーム蒸着法を用いることが必要である。結晶相としては、ルテニウムは六方晶系、モリブデン、アルミニウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、白金および銅は立方晶系であることが知られている。従来技術によりこれらの金属結晶相の薄膜を形成した場合には、Ｘ線回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０°以下というような高配向性の金属結晶膜を堆積させることは困難であった。【００７０】
本発明においては、下部電極の材質、厚さ及び結晶配向性に着目し、該金属薄膜上に形成した窒化アルミニウム薄膜の結晶配向性との相関を詳細に検討した。その結果、下地層となる絶縁膜の厚さと微細構造（結晶配向性、表面粗さ）を制御すると共に、超高真空のスパッタリング装置（到達真空度：１０−６Ｐａ以下、好ましくは４ｘ１０−７Ｐａ以下）を使用し、成膜圧力、成膜温度、ＤＣ出力またはＲＦ出力などの成膜条件を最適化することにより、高配向性の金属結晶膜を堆積させることが可能となった。この他に、成膜前の熱処理やソフトエッチングなどの前処理を施すことによりその結晶配向性を向上させることも可能である。【００７１】
さらに、本発明者らは、下部電極１５として使用される金属薄膜の成膜条件を制御して、結晶配向性を向上させた後、前記の金属薄膜または金属薄膜積層体上に窒化アルミニウム薄膜を形成することにより、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜である高配向性および高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを見出した。高配向性および高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を使用することにより、低損失で、帯域幅および周波数温度特性に優れた高性能なＦＢＡＲ、ＳＭＲまたはＳＢＡＲを実現できる。【００７２】
下部電極１５は、必要に応じて堆積される密着金属層、および前記の各種金属から成る群から選ばれる少なくとも１種類の金属を主成分とする金属薄膜をこの順に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、これらの金属薄膜を所定の形状にパターニングすることで形成される。ＡｌＮ薄膜１６は、下部電極１５を形成した下部絶縁層１３の上面に反応性スパッタリング法により形成できる。上部電極１７は、前記の各種金属から成る群から選ばれる少なくとも１種類の金属を主成分とする金属薄膜を形成した後、下部電極１５と同様にフォトリソグラフィ技術を用いて、これらの金属薄膜を所定の形状（例えば、円形に近い形状）にパターニングすることで形成される。上部電極のパターニング後に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ薄膜１６の振動空間２０上の部分を除く領域の一部分をエッチング除去することにより、ＡｌＮ薄膜１６を所定の形状にパターニングする。【００７３】
下部電極１５の端部の傾斜角が急峻になると、図２Ｃに示したように下部電極端部のエッジ部でＡｌＮの異常成長が起こり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥を生ずる。このクレータはＡｌＮ膜の破壊の原因となり、圧電薄膜共振子としての信頼性を損なうこととなる。このため、図３に示したように、下部電極端部における金属薄膜と窒化アルミニウム薄膜とが接する面の基板に対する傾斜を緩やかにして、クレータ状分離成長を防止する必要がある。しかしながら、下部電極端部の傾斜角が緩やかなものになると、傾斜部の水平距離が長くなり過ぎて、圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）が低下して、インピーダンス特性における共振ピーク付近に数多くのノイズが発生するようになるという問題がある。【００７４】
本発明者らは、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、下部電極１５または上部電極１７の外周部の周囲に該電極とは異なる材質のサイドスペーサー２６を設け、該サイドスペーサー２６をスロープ状の形状に形成すると共に、電極とサイドスペーサー２６との界面の段差が２５ｎｍ未満となるように加工方法を制御することによって作製された上下部電極の間に窒化アルミニウム薄膜を形成することにより、クレータ状の分離成長の無い高配向性および高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られ、下部電極また上部電極の端部の傾斜に起因する圧電特性への悪影響を解消できることを見出した。【００７５】
前記サイドスペーサー２６は、絶縁体または導電体で形成される。絶縁体からなるサイドスペーサー２６は、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする絶縁体で形成することができる。【００７６】
導電体からなるサイドスペーサー２６は、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）およびイリジウム（Ｉｒ）からなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする導電体で形成することができる。【００７７】
絶縁体または導電体より成るサイドスペーサー２６はスロープ状に形成されており、スロープ上面の下面に対する傾斜角は３〜４５°であるのが好ましい。傾斜角が３°よりも小さくなると、スロープ長が長くなり過ぎ、圧電薄膜共振子を構成する各層の平面方向の寸法精度を確保することが難しくなり、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数および音響的品質係数（Ｑ値）などの圧電特性が悪化する傾向にある。傾斜角が４５°を超えると、電極とサイドスペーサー２６との境界部またはサイドスペーサー２６外周端縁から窒化アルミニウム薄膜のクレータ状の分離成長が起こる傾向にある。【００７８】
また、サイドスペーサー２６と接する電極端部の形状については、電極側壁面の電極下面に対する傾斜角が７０〜９０°（即ち大略垂直）であることが好ましい。傾斜角を７０〜９０°とすることにより、得られる圧電薄膜共振子の音響的品質係数（Ｑ値）が向上し、挿入損失、ロール・オフの急峻性および遮断特性などの特性に優れた高性能な圧電薄膜共振子を製造することができる。【００７９】
即ち、本発明の圧電薄膜共振子は、上記のような共振子であり、振動空間または音響反射層を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の振動空間または音響反射層に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム圧電薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記下部電極および上部電極のうちの少なくとも一方の電極は、その外周部に材質の異なる別の層を有し、電極（電極本体）とその周囲に配置されたサイドスぺーサーとの界面の段差が２５ｎｍ未満であることを特徴とする。【００８０】
このような圧電積層構造体は、圧電特性に優れ、信頼性も高くて、これを使用した圧電薄膜共振子は、低損失の優れた周波数特性を有する。【００８１】
また、本発明の圧電薄膜共振子の圧電積層構造体１４は、下部電極１５と上部電極１７とが厚み方向で（即ち、圧電積層構造体１４の厚み方向に見て）互いに重なる領域として定義される振動領域が、メンブラン２１の端縁（即ち、振動空間２０の外周縁）よりも内側にあるのが好ましい。このような位置関係を保持することにより、圧電薄膜共振子のＱ値を大きくすることが可能である。前記振動領域が前記メンブラン端縁よりも外側に広がると、圧電薄膜共振子のＱ値が低下する傾向にある。【００８２】
さらに、前記振動領域の端部（端縁）と前記メンブラン端縁（振動空間の外周縁に対応）との間隔をｗとし、前記振動領域の圧電積層構造体１４の厚みと絶縁層（下部絶縁層および上部絶縁層）の厚みとの合計をｔとしたときに、ｗ／ｔの値を０＜ｗ／ｔ≦２の範囲内とすることにより、電気機械結合係数が大きく、高いＱ値を有する圧電薄膜共振子を実現することができる。また、このような位置関係の圧電薄膜共振子においては、通過帯域におけるスプリアスの発生が抑制されている。ｗ／ｔ＞２の範囲においては、不要な横音響モードによるスプリアスが発生する傾向にある。【００８３】
下部電極１５および上部電極１７の抵抗は、共振特性の損失に影響する。このため、本発明においては、入力信号の損失の要因となる下部電極および上部電極の比抵抗が十分に小さな値となるように金属薄膜の形成条件を制御するのが好ましい。例えば、電極の比抵抗が５〜２０μΩ・ｃｍとなるように制御する。比抵抗がこの範囲の値となるようにすることで、入力される高周波信号の損失を低減し、良好な共振特性を実現することができる。【００８４】
図４Ａおよび図４Ｂに示す構成の圧電薄膜共振子では、圧電薄膜１６の上下の電極１５，１７に電圧を印加することでバルク弾性波を励振させている。この為、下部電極１５を、端子電極とすべく露出させることが必要である。この構成をもつ共振子を用いてフィルタを構成するには、２個以上の共振子を組み合わせ接続する必要がある。この場合、金属薄膜の電気抵抗が大きい場合には、接続配線に起因する損失が生ずる。このため、本発明においては、入力信号の損失の要因となる下部電極１５および上部電極１７の比抵抗が十分に小さな値となるように、金属薄膜の形成条件を制御する。例えば、電極の比抵抗が５〜２０μΩ・ｃｍとなるように制御することで、入力される高周波信号の損失を低減し、良好なフィルタ性能を実現することができる。【００８５】
図７Ａは本発明による圧電薄膜共振子の別の実施形態を示す模式的平面図であり、図７Ｂおよび図７ＣはそれぞれそのＸ−Ｘ断面図およびＹ−Ｙ断面図である。図７Ｄは図７Ｃにおける点線で囲った部分の拡大図である。これらの図においては、上記図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃにおけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。【００８６】
本実施形態では、圧電薄膜共振子１０は、基板１１、該基板１１の上面上に形成された下部絶縁層１３および該下部絶縁層１３の上面上に形成された圧電積層構造体１４更には該圧電積層構造体１４の上面上に形成された上部絶縁層２３を有する。圧電積層構造体１４は、絶縁体層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして下部絶縁層１３の上面上に形成された圧電薄膜１６および該圧電薄膜１６の上面上に形成された上部電極１７を含んでなる。下部電極１５は矩形に近い形状をなしており、主体部１５ａおよび該主体部１５ａと外部回路との接続のための端子部１５ｂとを有する。【００８７】
上部電極１７は、振動空間２０に対応する領域内に形成された主体部１７ａと、該主体部１７ａと外部回路との接続のための端子部１７ｂとを有する。端子部１５ｂ，１７ｂは振動空間２０に対応する領域外に位置する。【００８８】
下部電極１５および上部電極１７の少なくとも一方はモリブデンを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜で形成されている。例えば、下部電極１５は、モリブデンを主成分とする金属薄膜で構成され、その厚さは１５０〜４５０ｎｍである。上部電極１７は、モリブデンを主成分とする厚さｄ３の金属薄膜とアルミニウムを主成分とする厚さｄ４の金属薄膜との積層体であり、それぞれの金属薄膜の厚さｄ３，ｄ４は、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍという関係を満足している。音響インピーダンスが高くて、高配向性のモリブデン薄膜を主成分とする厚さｄ３の金属薄膜は、アルミニウムを主成分とする厚さｄ４の金属薄膜と圧電薄膜との間に介在させることが好ましい。また、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする下部絶縁層１３が下部電極の下面に接して形成され、同様に、必要に応じて、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする上部絶縁層２３が上部電極の上面に接して形成されている。【００８９】
以上のようにして圧電積層構造体１４を形成した基板１１の下面のＳｉＯ２層を、フォトリソグラフィーにより所定の形状にパターン化し、必要に応じて、さらに、マイクロマシン加工用フォトレジストを塗布して、フォトリソグラフィーにより基板下面ＳｉＯ２マスクと同一形状のレジストマスクを形成する。マスクを形成した基板１１をＤｅｅｐ  ＲＩＥ（深彫り型反応性イオンエッチング）仕様のドライエッチング装置に装入し、装置内部にＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入してエッチングと側壁保護とを繰り返すことにより、側面と底面とのエッチング速度比を制御して、側壁を垂直に立てた深い角柱状または円柱状の振動空間２０を形成する。その結果、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、メンブラン２１と基板裏面の開口部とがほぼ等しい平面形状および寸法となる振動空間を得ることができる。【００９０】
本発明においては、下部電極または上部電極の外周部の周囲に該電極とは異なる材質のサイドスペーサーを設け、該サイドスペーサーをスロープ状の形状に形成すると共に、該電極と該サイドスペーサーとの界面における段差が２５ｎｍ未満となるように加工方法を制御することによって作製された上下部電極の間に窒化アルミニウム圧電薄膜を形成することにより、クレータ状の分離成長の無い高配向性および高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られ、下部電極また上部電極の端部の傾斜に起因する圧電特性への悪影響を解消できる。【００９１】
図７Ｄに示したように、前記電極本体端部における上面の下面に対する傾斜角をθ２と定義し、スロープ状に形成されたサイドスペーサーにおけるスロープ上面の下面に対する傾斜角をθ１と定義する。前記のサイドスペーサーのスロープ上面の下面に対する傾斜角θ１は３〜４５°である。傾斜角θ１が３°よりも小さくなると、スロープ長が長くなり過ぎ、圧電薄膜共振子を構成する各層の平面方向の寸法精度を確保することが難しくなり、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数および音響的品質係数（Ｑ値）などの圧電特性が悪化する。傾斜角θ１が４５°を超えると、電極本体とサイドスペーサーとの境界部またはサイドスペーサー端部から窒化アルミニウム圧電薄膜のクレータ状の分離成長が起こりやすくなる傾向にある。【００９２】
また、サイドスペーサーと接する電極本体端部の形状については、電極本体上面の下面に対する傾斜角θ２が７０〜９０°（即ち垂直）であることが好ましい。傾斜角θ２を７０〜９０°とすることにより、得られる圧電薄膜共振子の音響的品質係数（Ｑ値）が向上し、挿入損失、ロール・オフの急峻性および遮断特性などの特性に優れた高性能な圧電薄膜共振子を製造することができる。【００９３】
本発明の圧電薄膜共振子の構成を利用して、本発明の圧電薄膜共振子を有する積層型圧電薄膜共振子を作製することができる。即ち、本発明の積層型圧電薄膜共振子は、図８Ａおよび８Ｂに示したように、振動空間２０を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板１１と、該基板上にて、少なくとも振動空間２０に面する領域を含む領域に、順に配置された下部絶縁層１３および圧電積層構造体を有する。該圧電積層構造体は、下部電極１５、第１の窒化アルミニウム圧電薄膜１６−１、内部電極１７’、第２の窒化アルミニウム圧電薄膜１６−２、および上部電極１８を有する。下部電極１５、内部電極１７’および上部電極１８のうちの少なくとも１つの電極は、その外周部の周囲に材質の異なる別の層であるサイドスペーサー２６を有し、電極本体部とサイドスペーサー２６との界面における段差が２５ｎｍ未満である。【００９４】
本実施形態は、図７〜図７Ｄに記載の実施形態の圧電積層構造体を２つ積層したものに相当する圧電積層構造体を有するＳＢＡＲである。即ち、下部絶縁層１３上に下部電極１５、第１の圧電薄膜１６−１、内部電極１７’、第２の圧電薄膜１６−２および上部電極１８がこの順に形成されている。内部電極１７’は、第１の圧電薄膜１６−１に対する上部電極としての機能と第２の圧電薄膜１６−２に対する下部電極としての機能を有する。即ち、本発明の積層型圧電薄膜共振子（ＳＢＡＲ）は、本発明の下部電極、圧電体層、および上部電極の構成を含む構造を有しているとともに、本発明の圧電薄膜共振子の一実施形態である。【００９５】
本実施形態では、下部電極１５と内部電極１７’との間に入力電圧を印加し、該内部電極１７’と上部電極１８との間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、これ自体を多極型フィルタとして使用することができる。このような構成の多極型フィルタを通過帯域フィルタの構成要素として使用することにより、阻止帯域の減衰特性が良好となり、フィルタとしての周波数応答性が向上する。【００９６】
以上のような圧電薄膜共振子において、マイクロ波プローバーを使用して測定したインピーダンス特性における共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａと電気機械結合係数ｋｔ２との間には、以下の関係がある。
ｋｔ２＝φｒ／Ｔａｎ（φｒ）
φｒ＝（π／２）（ｆｒ／ｆａ）
簡単のため、電気機械結合係数ｋｔ２は、次式から算出した。
ｋｔ２＝４．８（ｆａ−ｆｒ）／（ｆａ＋ｆｒ）【００９７】
図４Ａ〜４Ｃ、図７Ａ〜７Ｄならびに図８Ａおよび８Ｂに示した構成の圧電薄膜共振子または積層型圧電薄膜共振子において、１．５〜２．５ＧＨｚの範囲における共振周波数と反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数ｋｔ２は６．０％以上である。電気機械結合係数ｋｔ２が６．０％未満になると、これらの圧電薄膜共振子を組み合わせて作製される圧電薄膜フィルタの帯域幅が小さくなり、高周波域で使用する圧電薄膜デバイスとして実用に供することが難しくなる傾向にある。【００９８】
本発明によれば、本発明の圧電薄膜共振子およびその一形態である、積層型圧電薄膜共振子を使用して、ＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器などの圧電薄膜共振子を有する優れた圧電薄膜デバイスを提供することができる。【００９９】
図９に、本発明の圧電薄膜デバイスの一実施形態としての薄膜圧電フィルタの模式的平面図を示す。本実施形態では、共通の基板を用いて、５つの圧電薄膜共振子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０が形成されている。これらの圧電薄膜共振子は、いずれも上記図７Ａおよび７Ｂの実施形態のものである。圧電薄膜共振子２１０、２２０および２４０の下部電極端子部１５ｂ同士が接続されており、圧電薄膜共振子２２０、２３０および２５０の上部電極端子部１７ｂ同士が接続されている。圧電薄膜共振子２１０の上部電極端子部および圧電薄膜共振子２３０の下部電極端子部が入出力端子とされ、圧電薄膜共振子２４０の上部電極端子部および圧電薄膜共振子２５０の下部電極端子部が接地される。なお、図９では、圧電薄膜共振子２２０についてのみ圧電積層構造体１４が図示されているが、他の圧電薄膜共振子についても同様である。また、図９でにはサイドスぺーサーが図示されていないが、図７Ａおよび７Ｂに関し説明したような上部電極用および下部電極用のサイドスぺーサーが設けられている。【０１００】
本発明の圧電薄膜デバイスは、圧電薄膜共振子およびその一形態である積層型圧電薄膜共振子を有していれば特に上記のデバイスに限定されない。
【実施例】
【０１０１】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例および比較例においては、エアーギャップタイプの圧電薄膜共振子を作製しているが、音響ミラータイプの圧電薄膜共振子も、同様の技術で作製することができる。【０１０２】
（実施例１）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。【０１０３】
即ち、熱酸化法により、厚さ６２５μｍのＳｉウェハの両面に、厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ２層を形成した後、Ｓｉウェハ上面上のＳｉＯ２層上に犠牲層となる厚さ５０ｎｍのＴｉ薄膜を堆積して、フォトリソグラフィにより、所望のエアーブリッジ形状（すなわち所望の振動空間に対応する形状）にパターン形成した。次に、反応性スパッタリング法により、犠牲層およびＳｉＯ２層の露出面上に、表１に記載した厚さの下部絶縁層（下部絶縁体層）となるＡｌ２Ｏ３薄膜を形成した。この下部絶縁層上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、表１に記載した厚さのＭｏ薄膜を堆積して下部電極（下部電極層：下部電極本体）を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。続いて、ＴＥＯＳ（Tera-ethoxy silane）を原料とする低圧ＣＶＤ法により、下部電極および下部絶縁層の露出面上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を厚さ３００〜９００ｎｍに堆積させた。ＩＣＰプラズマを用いた異方性ドライエッチングで、下部電極の表面が露出し、下部電極側壁に接したＳｉＯ２膜の表面が下部電極表面と平滑に繋がるまでエッチバックすることにより、パターニングされた下部電極の側壁の周囲のみにＳｉＯ２膜を残して、所望の構造のサイドスペーサーを形成した。【０１０４】
Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは２．３ｄｅｇであった。下部Ｍｏ電極およびサイドスペーサーならびにＡｌ２Ｏ３薄膜の露出面上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表３に記載の条件で、圧電薄膜（圧電体薄膜）としての厚さ１．０μｍのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表３に示すごとく、そのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．６゜であった。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、圧電体薄膜上に表２に記載した厚さのＭｏ薄膜を堆積して上部電極（上部電極層：上部電極本体）を形成し、フォトリソグラフィにより、図４Ａに示すごとく平面寸法１５０×１７０μｍの矩形に近い形状（対辺は若干非平行）にパターン化した。次に、ドライエッチングにより、圧電体薄膜を所定の形状にパターン化した。下部電極およびそのサイドスペーサー、圧電体薄膜、上部電極、ならびに下部絶縁層の露出面上に、上部絶縁層（上部絶縁体層）となる表２に記載した厚さのＡｌ２Ｏ３薄膜を堆積して、パターン形成した。次に、下部電極およびそのサイドスペーサー、圧電体薄膜、上部電極、上部絶縁層、ならびに下部絶縁層の露出面上に、フォトレジストを塗布し、図４Ｂに示した振動空間を形成するためのビアホールに対応した位置にビアホールパターンを形成し、Ｃｌ２とＡｒとの混合ガスを用いたドライエッチングによりビアホールを開けた。フォトレジストを剥離することなく、Ｓｉウェハの下面側のＳｉＯ２層もフォトレジストで被覆した。エッチング液として希釈フッ酸水溶液を用い、ビアホールを通じたエッチング液の循環により、Ｔｉ犠牲層とその下方に位置する厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ２層とをエッチング除去した。酸素プラズマ中でのアッシングによりレジストを除去して、図４Ｂに示した振動空間２０を作製した。以上の製造工程により、図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１０５】
表１および表２に、サイドスペーサーの端面の傾斜角θ１および電極本体の端面の傾斜角θ２を記載した。これらは、それぞれ、図７Ｄに図示された各層の端部表面（端面または上面）と下面との為す角度である。【０１０６】
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記圧電薄膜共振子の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定してスキャッタリング・パラメータを求めると共に、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａの測定値から、電気機械結合係数ｋｔ２を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１０７】
（実施例２）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁層および上部絶縁層の材質と厚さ、下部電極の形成条件および厚さ、サイドスペーサーの材質と傾斜角、ＡｌＮ圧電薄膜の形成条件および厚さ、ならびに上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１と同様な方法を用い、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１０８】
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記圧電薄膜共振子の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定してスキャッタリング・パラメータを求めると共に、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａの測定値から、電気機械結合係数ｋｔ２を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１０９】
（実施例３）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、熱酸化法により、厚さ６２５μｍのＳｉウェハの両面に、厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ２層を形成した後、Ｓｉウェハ上面上のＳｉＯ２層上に犠牲層となる厚さ８０ｎｍのＴｉ薄膜を堆積して、フォトリソグラフィにより、所望のエアーブリッジ形状にパターン形成した。次に、反応性スパッタリング法により、犠牲層およびＳｉＯ２層の露出面上に、表１に記載した材質と厚さの下部絶縁層を形成した。この下部絶縁層上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、表１に記載した厚さのＭｏ薄膜を堆積して下部電極を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。パターン形成に際しては、意図的にデフォーカスさせた紫外光でレジストを露光し、現像して、レジストの形状をなだらかな蒲鉾型形状にした。レジスト端面になだらかな傾斜を持たすことで、ドライエッチング時に、電極パターン端面（側壁）の傾斜角θ２を制御することに注力した。【０１１０】
Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．５ｄｅｇであった。この下部Ｍｏ電極および下部絶縁層の露出面上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表３に記載の条件で、圧電体薄膜としてのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ圧電体薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表３に示すごとくそのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．０゜であった。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、圧電体薄膜上に表２に記載した厚さのＭｏ薄膜を堆積して上部電極を形成し、フォトリソグラフィにより、図４Ａに示すごとく平面寸法１５０×１７０μｍの矩形に近い形状（対辺は若干非平行）にパターン化した。【０１１１】
続いて、下部電極、圧電体薄膜、上部電極および下部絶縁層の露出面上に、低圧ＣＶＤ法により酸窒化ケイ素（Ｓｉ２ＯＮ２）膜を３００〜９００ｎｍ堆積させた。ＩＣＰプラズマを用いた異方性ドライエッチングで、上部電極の表面が露出し、上部電極側壁に接したＳｉ２ＯＮ２膜の表面が上部電極表面と平滑に繋がるまでエッチバックすることにより、パターニングされた上部電極の側壁の周囲のみにＳｉ２ＯＮ２膜を残して、所望の構造のサイドスペーサーを形成した。【０１１２】
次に、ドライエッチングとそれに続くウェットエッチングにより、圧電体薄膜を所定の形状にパターン化した。下部電極、圧電体薄膜、上部電極およびそのサイドスペーサー、ならびに下部絶縁層の露出面上に、上部絶縁層となる表２に記載した材質と厚さの薄膜を堆積して、パターン形成した。次に、下部電極、圧電体薄膜、上部電極およびそのサイドスペーサー、上部絶縁層、ならびに下部絶縁層の露出面上に、フォトレジストを塗布し、図４Ｂに示した振動空間を形成するためのビアホールに対応した位置にビアホールパターンを形成し、Ｃｌ２とＡｒとの混合ガスを用いたドライエッチングによりビアホールを開けた。フォトレジストを剥離することなく、Ｓｉウェハの下面側のＳｉＯ２層もフォトレジストで被覆した。エッチング液として希釈フッ酸水溶液を用い、ビアホールを通じたエッチング液の循環により、Ｔｉ犠牲層とその下方に位置する厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ２層とをエッチング除去した。酸素プラズマ中でのアッシングによりレジストを除去して、図４Ｂに示した振動空間２０を作製した。以上の製造工程により、図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１１３】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１１４】
（実施例４）
本実施例では、以下のようにして、図７Ａおよび７Ｂに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。
即ち、熱酸化法により、厚さ３００μｍの（１００）Ｓｉ基板の両面に、厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ２層を形成した後、Ｓｉ基板下面上のＳｉＯ２層上に所望の振動空間２０の形状に対応したマスクパターンを形成し、該パターンに対応した領域のＳｉＯ２層をエッチング除去した。同時に、Ｓｉ基板上面上のＳｉＯ２層を総てエッチング除去した。次に、反応性スパッタリング法により、Ｓｉ基板上面上のＳｉＯ２層上に、表１に記載した材質と厚さの下部絶縁層を形成した。この下部絶縁層上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、表１に記載した材質と厚さのＣｒ密着層とＭｏ薄膜を順番に堆積して下部電極を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。パターン形成に際しては、意図的にデフォーカスさせた紫外光でレジストを露光し、現像して、レジストの形状をなだらかな蒲鉾型形状にした。レジスト端面になだらかな傾斜を持たすことで、ドライエッチング時に、電極パターン端面（側壁）の傾斜角θ２を制御することに注力した。【０１１５】
Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．８ｄｅｇであった。下部Ｍｏ電極および下部絶縁層の露出面上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表３に記載の条件で、圧電体薄膜としてのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ圧電体薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表３に示すごとく、そのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．３゜であった。【０１１６】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、圧電体薄膜上に表２に記載した厚さのＭｏ薄膜とＡｌ薄膜を順番に堆積させて上部電極を形成し、フォトリソグラフィにより、図７Ａに示すごとく平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状（対辺は若干非平行）にパターン化した。続いて、下部電極、圧電体薄膜、上部電極、ならびに下部絶縁層の露出面上に、プラズマＣＶＤ法により酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を３００〜９００ｎｍ堆積させた。ＩＣＰプラズマを用いた異方性ドライエッチングで上部電極の表面が露出し、上部電極側壁に接したＳｉＯ２膜の表面が下部電極表面と平滑に繋がるまでエッチバックすることにより、パターニングされた下部電極の外周部側壁の周囲のみにＳｉＯ２膜を残して、サイドスペーサーを形成した。次に、ドライエッチングにより、圧電体薄膜を所定の形状にパターン化した。【０１１７】
さらに、下部電極、圧電体薄膜、上部電極およびそのサイドスペーサー、ならびに下部絶縁層の露出面上に、反応性スパッタリング法により、上部絶縁層となる表２に記載した材質と厚さの薄膜を堆積して、リフトオフ法によってパターン形成した。【０１１８】
下部電極、圧電体薄膜、上部電極およびそのサイドスペーサー、上部絶縁層、ならびに下部絶縁層の露出面を、プロテクトワックスで被覆し、Ｓｉ基板下面上のパターニングされたＳｉＯ２層をマスクとして、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に用いて深堀エッチングを行うＤｅｅｐ  ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、メンブランに対応した領域のＳｉ基板をエッチング除去して、振動空間を形成し、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部Ｍｏ／Ｃｒ積層電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ圧電体薄膜の形成条件およびロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１１９】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１２０】
（実施例５および６）
本実施例では、以下のようにして、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と形成条件と厚さ、ＡｌＮ圧電薄膜の形成条件を変え、下部電極および上部電極の双方につき外周端部の周囲にサイドスペーサーを設けた以外は、実施例４と同様な方法を用い、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１２１】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１２２】
【表１】
0004688070.tif 000002
【０１２３】
【表２】
0004688070.tif 000003
【０１２４】
【表３】
0004688070.tif 000004
【０１２５】
（実施例７）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層として低圧ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ層を使用し、上下部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の形成条件と材質と厚さ、ＡｌＮ圧電薄膜の形成条件を変え、下部電極および上部電極の双方につき外周端部の周囲にサイドスペーサーを設けた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１２６】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１２７】
（実施例８および９）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の形成条件と材質と厚さ、サイドスペーサーの材質と傾斜角、ＡｌＮ圧電薄膜の形成条件を変え、下部電極および上部電極の双方につき外周端部の周囲にサイドスペーサーを設けた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１２８】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１２９】
（実施例１０および１１）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、実施例３と同様な方法で、但し下部電極および上部電極の双方につき外周端部の周囲にサイドスペーサーを設け、下部絶縁体層、下部電極、サイドスペーサーおよびＡｌＮ薄膜を形成しパターン化した後、上部電極、サイドスペーサーおよび上部絶縁体層を形成することにより、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１３０】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１３１】
（実施例１２〜１４）
本実施例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質、形成条件および厚さ、サイドスペーサーの材質と傾斜角、ＡｌＮ圧電薄膜の形成条件、ならびに上部電極の材質と厚さを変え、下部電極および上部電極の双方につき外周端部の周囲にサイドスペーサーを設けた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１３２】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１３３】
（比較例１）
本比較例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造との比較のための圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層として低圧ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ層を、下部電極密着層としてＣｒを、下部電極主層としてＭｏを使用するなど、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変え、サイドスペーサーを設けなかった以外は、実施例３記載の方法で図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造に似た構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１３４】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１３５】
（比較例２）
本比較例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造との比較のための圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、比較例１と同様な方法で、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造に似た構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１３６】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１３７】
（比較例３〜６）
本比較例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造との比較のための圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、比較例１と同様な方法で、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造に似た構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１３８】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。【０１３９】
（比較例７）
本比較例では、以下のようにして、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変えたことに加え、下部電極本体部とその外周端部の周囲に形成するサイドスペーサーとの界面の段差が３０ｎｍという大きな値となるようにした以外は、実施例１記載の方法で、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１〜表３に振動領域の各層の材質と厚みを、表１に下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３に圧電体薄膜の形成条件とロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）等の結晶性状を記載した。【０１４０】
また、実施例１と同様のインピーダンス特性測定により、圧電薄膜共振子の高周波特性および共振特性を評価した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ２、音響品質係数Ｑ、挿入損失最小値（順方向伝送係数、Ｓ２１の共振点における値）およびスプリアス特性は、表３に示す通りであった。
【図１Ａ】
0004688070.tif 000005
【図１Ｂ】
0004688070.tif 000006
【図１Ｃ】
0004688070.tif 000007
【図２Ａ】
0004688070.tif 000008
【図２Ｂ】
0004688070.tif 000009
【図２Ｃ】
0004688070.tif 000010
【図３】
0004688070.tif 000011
【図４Ａ】
0004688070.tif 000012
【図４Ｂ】
0004688070.tif 000013
【図４Ｃ】
0004688070.tif 000014
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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