(57)【要約】【課題】  良好な性能を得ることができる、圧電薄膜を誘電体薄膜として用いた薄膜キャパシタ、圧電フィルタおよびその製造方法、ならびに分波器、通信機を提供する。【解決手段】  本発明の薄膜キャパシタ１は、圧電性の誘電体薄膜である圧電薄膜５の上下面を一対の上部電極６および下部電極４と対向させて挟む構造のキャパシタ部を基板２の表面上に有する。基板２の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板２の表面と非平行な面を有する凹部７が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を基板の表面上に有する薄膜キャパシタであって、
前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されていることを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項２】
前記圧電性の誘電体薄膜がＺｎＯまたはＡｌＮのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項３】
前記基板の表面と非平行な面を有する凹部は、テーパー状の側壁を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項４】
基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、
前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、
を備えることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項５】
前記薄膜キャパシタにおける基板の表面と非平行な面を有する凹部は、テーパー状の側壁を有することを特徴とする請求項４に記載の圧電フィルタ。
【請求項６】
基板に形成されているテーパー状の側壁を備える開口部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、
前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を、前記開口部におけるテーパー状の側壁が形成されている領域に備える薄膜キャパシタと、
を備えることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項７】
前記薄膜キャパシタの圧電性の誘電体薄膜は、圧電共振子の圧電薄膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の圧電フィルタ。
【請求項８】
前記圧電性の誘電体薄膜がＺｎＯまたはＡｌＮのいずれかであることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の圧電フィルタ。
【請求項９】
前記圧電共振子の上部電極および前記薄膜キャパシタの上部電極の材料と、前記圧電共振子の下部電極および前記薄膜キャパシタの下部電極の材料との少なくとも一方が同じ材料からなることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項に記載の圧電フィルタ。
【請求項１０】
請求項４ないし９のいずれか１項に記載の圧電フィルタを備えたことを特徴とする分波器。
【請求項１１】
請求項４ないし９のいずれか１項に記載の圧電フィルタを備えたことを特徴とする通信機。
【請求項１２】
基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、
前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、
上記圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成することを特徴とする圧電フィルタの製造方法。
【請求項１３】
基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、
前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、
圧電共振子の開口部または凹部と、薄膜キャパシタの凹部とを、同一工程で形成することを特徴とする圧電フィルタの製造方法。
【請求項１４】
基板の形成されているテーパー状の側壁を備える開口部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、
前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を、前記開口部におけるテーパー状の側壁が形成されている領域に備える薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、
上記圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成することを特徴とする圧電フィルタの製造方法。
【請求項１５】
前記圧電共振子の上部電極および前記薄膜キャパシタの上部電極と、前記圧電共振子の下部電極および前記薄膜キャパシタの下部電極との少なくとも一方を、同一の材料にて同一の工程で形成することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の圧電フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜を誘電体薄膜として用いた薄膜キャパシタ、それを用いた圧電フィルタ、およびその製造方法、ならびに分波器、通信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電共振子を用いた圧電フィルタ等の圧電素子では、圧電共振子にキャパシタ等の補助回路を用いてその特性を向上させることが一般的に行われている。上記圧電共振子は、開口部又は凹部を有する基板の開口部または凹部上に、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の対向する上部電極及び下部電極が挟む構造の振動部を有する構成である。上記基板の振動部が形成されている領域がダイヤフラムとなる。
【０００３】
ここで、上記圧電共振子の圧電薄膜を誘電体薄膜として用いることにより、圧電共振子と同一基板上に薄膜キャパシタを形成することができれば、圧電素子を小型化・低コスト化などに有効である。
【０００４】
例えば、特許文献１では、圧電薄膜の材料としてチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）を用い、このＰｂＴｉＯ3に分極処理を施すことによって、圧電共振子と薄膜キャパシタとで圧電性の有無を制御している。
【０００５】
しかしながら、チタン酸鉛は、
・３元系（３種類の元素で構成される）の材料であるため組成制御が難しい、
・チタン酸鉛の膜は、高温で形成されるので、他の部材の劣化を防ぐために下地電極としてＰｔ・Ａｕなどの抗酸化貴金属が必要となり、コストがかかる、
・環境負荷物質である鉛を含有する、
・比誘電率が１７９と大きすぎるため、電極の寸法を小さくしなければならず、製造ばらつきが大きくなる、
・生じる弾性バルク波の速度が４．０ｋｍ／ｓであり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の６．１ｋｍ／ｓおよび窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の１１ｋｍ／ｓよりも遅いため、膜厚を薄くする必要があるため、製造ばらつきが大きくなったり、ダイヤフラムが破壊しやすくなる、
等の問題がある。
【０００６】
したがって、圧電薄膜の材料としては、ＺｎＯまたはＡｌＮを用いることが望ましい。
【特許文献１】特許第３３７１０５０号公報（特開平９−１３０２００号公報（公開日：平成９年（1997）５月１６日）に対応）
【特許文献２】特開平７−２２１５８７号公報（公開日：平成７年（1995）８月１８日）
【特許文献３】特開２００３−２２０７４号公報（公開日：平成１５年（2003）１月２４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらＺｎＯ、ＡｌＮは、本質的に圧電性を示すため、ＰｂＴｉＯ3のように分極処理によって圧電性の有無を制御することはできない。つまり、薄膜キャパシタにおいて誘電体薄膜にＺｎＯまたはＡｌＮからなる圧電薄膜を用いた場合、すなわち、薄膜キャパシタを基板（基板のダイヤフラムの以外の領域）上に構成し、上部電極／圧電薄膜（誘電体薄膜）／下部電極／基板という構造にした場合、圧電薄膜で生じた弾性バルク波（振動）が基板の裏面で反射し、基板の裏面と上部電極との間で共振現象が生じて純粋なキャパシタとして用いることができない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な性能を得ることができる、圧電薄膜を誘電体薄膜として用いた薄膜キャパシタ、圧電フィルタおよびその製造方法、ならびに分波器、通信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の薄膜キャパシタは、上記の課題を解決するために、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を基板の表面上に有する薄膜キャパシタであって、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の薄膜キャパシタは、前記圧電性の誘電体薄膜がＺｎＯまたはＡｌＮのいずれかであることが好ましい。
【００１１】
本発明の薄膜キャパシタは、前記基板の表面と非平行な面を有する凹部は、テーパー状の側壁を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の圧電フィルタは、上記の課題を解決するために、基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、を備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明の圧電フィルタは、前記薄膜キャパシタにおける基板の表面と非平行な面を有する凹部は、テーパー状の側壁を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の圧電フィルタは、上記の課題を解決するために、基板に形成されているテーパー状の側壁を備える開口部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を、前記開口部におけるテーパー状の側壁が形成されている領域に備える薄膜キャパシタと、を備えることを特徴としている。
【００１５】
本発明の圧電フィルタは、前記薄膜キャパシタの圧電性の誘電体薄膜は、圧電共振子の圧電薄膜と同じ材料からなることが好ましい。
【００１６】
本発明の圧電フィルタは、前記圧電性の誘電体薄膜がＺｎＯまたはＡｌＮのいずれかであることが好ましい。
【００１７】
本発明の圧電フィルタは、前記圧電共振子の上部電極および前記薄膜キャパシタの上部電極の材料と、前記圧電共振子の下部電極および前記薄膜キャパシタの下部電極の材料との少なくとも一方が同じ材料からなることが好ましい。
【００１８】
本発明の分波器は、上記の課題を解決するために、上記圧電フィルタを備えたことを特徴としている。
【００１９】
本発明の通信機は、上記の課題を解決するために、上記圧電フィルタを備えたことを特徴としている。
【００２０】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、上記の課題を解決するために、基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であってキャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、上記圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成することを特徴としている。
【００２１】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、上記の課題を解決するために、基板に形成されている開口部または凹部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記基板の表面上に備え、前記基板の裏面であってキャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、圧電共振子の開口部または凹部と、薄膜キャパシタの凹部とを、同一工程で形成することを特徴としている。
【００２２】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、上記の課題を解決するために、基板の形成されているテーパー状の側壁を備える開口部上に、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有する複数の圧電共振子と、前記圧電共振子と同一の基板上に形成されており、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を、前記開口部におけるテーパー状の側壁が形成されている領域に備える薄膜キャパシタと、を備える圧電フィルタの製造方法であって、上記圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成することを特徴としている。
【００２３】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、前記圧電共振子の上部電極および前記薄膜キャパシタの上部電極と、前記圧電共振子の下部電極および前記薄膜キャパシタの下部電極との少なくとも一方を、同一の材料にて同一の工程で形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の薄膜キャパシタは、以上のように、基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に基板の表面と非平行な面を有する凹部が基板の裏面に形成されているので、薄膜部で発生した弾性バルク波（振動）が上記非平行な面によって進行方向が、弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極と基板の裏面との間で共振現象が生じない。したがって、良好な性能を有する薄膜キャパシタを提供することができる。
【００２５】
本発明の圧電フィルタは、以上のように、前記圧電共振子と同一基板上に形成されているとともに、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を前記圧電共振子における基板の表面上に備え、前記基板の裏面であって前記キャパシタ部と対向する箇所に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されている薄膜キャパシタを備えているので、小型化が可能であるという効果を奏する。また、上記薄膜キャパシタは、基板の裏面に、基板の表面と非平行な面を有する凹部が形成されているので、薄膜部で発生した弾性バルク波（振動）が上記非平行な面によって進行方向が、弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極と基板の裏面との間で共振現象が生じない。つまり、薄膜キャパシタでは良好な性能を有するため、良好な性能を有する圧電フィルタを提供することができる。
【００２６】
本発明の圧電フィルタは、以上のように、圧電共振子と同一基板上に形成されているとともに、１層以上の圧電性の誘電体薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極と対向させて挟む構造のキャパシタ部を、圧電共振子の開口部におけるテーパー状の側壁が形成されている領域に備える薄膜キャパシタを備えるので、小型化が可能である。また、上記薄膜キャパシタは、上記テーパー状の側壁において、薄膜部で発生した弾性バルク波（振動）が上記非平行な面によって進行方向が、弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極と基板の裏面との間で共振現象が生じない。つまり、薄膜キャパシタでは良好な性能を有するため、良好な性能を有する圧電フィルタを提供することができる。
【００２７】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、以上のように、圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成するため、薄膜形成の工程を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【００２８】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、以上のように、圧電共振子における薄膜部と、薄膜キャパシタにおける薄膜部とを、同一の材料にて同一工程で形成するため、薄膜形成の工程の工程数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、以上のように、圧電共振子の開口部または凹部と、薄膜キャパシタの凹部とを、同一工程で形成するため、凹部形成の工程の高定数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
本発明の圧電フィルタの製造方法は、以上のように、前記圧電共振子の上部電極および前記薄膜キャパシタの上部電極と、前記圧電共振子の下部電極および前記薄膜キャパシタの下部電極との少なくとも一方を、同一の材料にて同一の工程で形成するため、上部電極または下部電極の形成工程の工程数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる薄膜キャパシタ１は、Ｓｉからなる基板２上（基板２の表面）に、順に、絶縁膜３、下部電極４、圧電薄膜（圧電性の誘電体薄膜）５、上部電極６を備えている。そして、下部電極４と上部電極６とで誘電体薄膜である圧電薄膜５を挟むキャパシタ部を構成している。また、上記基板２の裏面には、基板２の裏面における上記キャパシタ部と対向する箇所に、基板２の表面とは非平行な面を有する凹部７が設けられている。なお、非平行な面とは、基板の表面と平行な辺をほぼ有していない形状の凹部、例えば、テーパー状の側壁を有する凹部（切り込み）、丸みを帯びた形状の凹部、四角錘状の凹部、あるいはラッピングやダイシング等で粗化された面（裏面）であって、圧電薄膜５を有するキャパシタ部において発生した弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向（上部電極４と基板２との間で共振現象が起こる方向）に反射されないようになっている面である。
【００３３】
絶縁膜３としては、ＡｌＮ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等からなる層またはそれらの少なくとも２層を積層したものが挙げられる。また、圧電薄膜５としては、例えば、ＺｎＯ層、ＡｌＮ層が挙げられる。
【００３４】
また、上記凹部７は、例えば、テーパー状の側壁を有する形状や四角錘状等の形状である。
【００３５】
上記薄膜キャパシタ１の製造方法の一例について、図２および図３に基づいて説明する。
【００３６】
図２に示すように、表面の結晶方位が（１，０，０）のＳｉからなる基板２の両面に熱酸化やスパッタリング等により、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜である絶縁膜３・３ａをそれぞれ形成する。続いて、基板２の裏面側の絶縁膜３ａに、（１，１，０）方向に平行な辺を有する方形の窓３ｂを形成し、この窓３ｂを備えた絶縁膜３ａをマスクとして、基板２に対して異方性エッチングを行い、凹部７を形成する。この異方性エッチングは、結晶方位（１，１，１）の面が露出したところでストップし、テーパー状の側壁を有する凹部７が形成される。このとき、基板２の表面（１，０，０）と、凹部７のテーパー状の側壁（１，１，１）のなす角は約５５°である。
【００３７】
次いで、図３に示すように、Ｓｉからなる基板２の表面に、例えば、真空蒸着またはスパッタリングおよびエッチングにより、所定の形状・膜厚で、下部電極４、圧電薄膜５、上部電極６を順に形成することにより薄膜キャパシタ１を製造することができる。なお、基板２の裏面において凹部７が形成されている領域と対向する基板２の表面上に、下部電極４と上部電極６とで圧電薄膜５を挟むキャパシタ部を形成するようにする。上記絶縁膜３、下部電極４、圧電薄膜５および上部電極６は、所定の厚さで形成されるため、基板２の表面と平行になっている。なお、図３（ｂ）では、圧電薄膜５は省略されている。
【００３８】
ここで、上記絶縁膜３としてＡｌＮ層とＳｉＯ2層の積層構造、下部電極４および上部電極６としてＡｌ、ならびに圧電薄膜５としてＺｎＯ層を用いた場合の薄膜キャパシタ１のインピーダンス特性および位相特性を測定した結果を図４に示す。図４では、インピーダンス特性は、複素数の絶対値で示している。この図４からわかるように、１５８０ＭＨｚ〜２０８０ＭＨｚまでは、ほぼ理想的なキャパシタとなっていることがわかる。ここで理想的なキャパシタとは、インピーダンスの位相が全周波数範囲において−９０°になっているものである。これは、基板２の裏面において、弾性バルク波（振動）が上記凹部７のテーパー状の側壁によって進行方向が弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極６と基板２の裏面との間で共振現象が生じないためである。なお、上記薄膜キャパシタ１では、絶縁膜３を形成するＡｌＮとＳｉＯ2の界面で生じる反射によって、共振現象が生じるため、２１７０ＭＨｚ付近でピークが生じる。
【００３９】
ここで、図５に、比較例の薄膜キャパシタ１０１を示す。薄膜キャパシタ１０１は、Ｓｉからなる基板１０２上（基板の表面）に、順に、ＡｌＮ層とＳｉＯ2層の積層構造の絶縁層１０３、Ａｌからなる下部電極１０４、ＺｎＯからなる圧電薄膜１０５およびＡｌからなる上部電極１０６を備える構成である。
【００４０】
この薄膜キャパシタ１０１の特性（インピーダンス特性および位相特性）を測定した結果を図６に示す。この図６に示すように、上記薄膜キャパシタ１０１は、広い周波数範囲において無数の共振ピーク（スプリアス）が観測され、理想的なキャパシタになっていないことがわかる。
【００４１】
上記薄膜キャパシタ１０１では、圧電薄膜１０５において発生した弾性バルク波（振動）が基板２の裏面方向に向って伝播し、基板１０２の裏面にて圧電薄膜１０５の方向、つまり、弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向に反射する。この反射した弾性バルク波（振動）は、上部電極１０６においても反射する。これら反射により、図５に示すように、上部電極１０６と基板１０２の裏面との間で定在波が発生して共振現象が起こる。これにより、図６に示したように、薄膜キャパシタ１００では無数の共振ピークが発生していると考えられる。上記のように、従来のキャパシタ１０１では、基板１０２の裏面における弾性バルク波（振動）の弾性バルク波が伝播してきた方向への反射によって所望の性能が得られないことがわかる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、絶縁膜３を形成したが、これを形成することなく、薄膜キャパシタを形成してもよい。
【００４３】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の一形態の圧電フィルタ（圧電素子）について、図７ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４４】
本実施の形態にかかる圧電フィルタ２１は、図７の回路図に示すように、圧電共振子３１・３２・３３・３４がラダー型に接続され、さらに、整合回路として薄膜キャパシタ３５が接続された構成である。なお、上記圧電フィルタ２１では、圧電共振子３１・３３が並列共振子、圧電共振子３２・３４が直列共振子となっている。
【００４５】
ここで、上記圧電フィルタ２１について図８に基づいてより詳細に説明する。図８（ａ）は、圧電フィルタ２１の断面図、図８（ｂ）は圧電フィルタ２１の平面図である。
【００４６】
圧電共振子３２は、Ｓｉからなる基板２２に形成された開口部２８（基板２２の表面）上に、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3あるいはそれらの積層物等からなる絶縁膜２３、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉあるいはそれらの積層物等からなる下部電極２４ａ、ＺｎＯ、ＡｌＮあるいはそれらの積層物等からなる圧電薄膜２５、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉあるいはそれらの積層物等からなる上部電極２６ａを順に積層した構成となっている。そして、上記絶縁膜２３が、開口部２８においてダイヤフラムを形成している。他の圧電共振子３１・３３・３４についても基本的に同様の構成である。
【００４７】
また、薄膜キャパシタ３５は、上記基板２の表面上に形成されたＳｉＯ2、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3あるいはそれらの積層物等からなる絶縁膜２３上に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉあるいはそれらの積層物等からなる下部電極２４ｂ、誘電体薄膜としてのＺｎＯ、ＡｌＮあるいはそれらの積層物等からなる圧電薄膜２５、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉあるいはそれらの積層物等からなる上部電極２６ｂを順に積層したキャパシタ部を有する構成となっている。また、上記基板２の裏面には、基板２の表面のキャパシタ部が形成されている領域と対向する領域に凹部２７が設けられている。この薄膜キャパシタ３５は、実施の形態１における薄膜キャパシタ１と同様の構成である。
【００４８】
また、図８に示すように、直列共振子３２および並列共振子３１の上部電極が一体化されて上部電極２６ａとなっている。また、並列共振子３１の下部電極は、下部電極２４ｃとなっている。直列共振子３２・３４および並列共振子３３の下部電極が一体化されて下部電極２４ａとなっている。並列共振子３３の上部電極は、上部電極２６ｃとなっている。直列共振子３４および薄膜キャパシタ３５の上部電極が一体化されて上部電極２６ｂとなっている。薄膜キャパシタ３５の下部電極は、下部電極２４ｂとなっている。
【００４９】
ここで、上記圧電フィルタ２１の製造方法について、図９に基づいて説明する。
【００５０】
まず、図９（ａ）に示すように、表面の結晶方位が（１，０，０）のＳｉからなる基板２２の両面に熱酸化やスパッタリング等により、絶縁膜としての二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜２３、２３ａをそれぞれ形成する。
【００５１】
続いて、基板２２の裏面側のＳｉＯ2膜２３ａに、（１，１，０）方向に平行な辺を有する方形の窓２３ｂ・２３ｃを形成する。
【００５２】
次いで、図９（ｂ）に示すように、上記窓２３ｂ・２３ｃを備えたＳｉＯ2膜３ａをマスクとして、基板２２に対して異方性エッチングを行う。異方性エッチングでは、基板２２の（１，０，０）面のエッチングが進行するが、（１，１，１）面のエッチング速度が極めて遅いため、（１，１，１）面が露出する。そのため、図９（ｃ）に示すように、大きさの小さい窓２３ｃでは、（１，１，１）面が露出したところでエッチングがほぼストップして、テーパー状の側壁を有する四角錘状の凹部２７が形成される。また、窓２３ｂでは、さらに（１，０，０）面のエッチングが進行する。
【００５３】
そして、図９（ｄ）に示すように、窓２３ｂでは絶縁膜２３まで達して開口部２８を形成することができ、窓２３ｃでは絶縁膜２３まで達しない凹部２７を同時に形成した基板２２を製造することができる。
【００５４】
次いで、基板２２の表面に、例えば、真空蒸着またはスパッタリングおよびエッチングにより、所定の形状・膜厚で、下部電極２４ａ・２４ｂ・２４ｃ、圧電薄膜２５、上部電極２６ａ・２６ｂ・２６ｃを順に形成することにより圧電フィルタ２１を製造することができる。なお、上記下部電極２４ａ・２４ｂ・２４ｃおよび上部電極２６ａ・２６ｂ・２６ｃはそれぞれ同一の工程で形成することができる。これにより、圧電フィルタの製造を低コスト化することができる。
【００５５】
ここで、本実施の形態に係る圧電フィルタ２１の圧電共振子において、実施の形態１と同様に、上記絶縁膜としてＡｌＮ層とＳｉＯ2層の積層構造、下部電極および上部電極としてＡｌ層、ならびに圧電薄膜としてＺｎＯ層を用いた場合のインピーダンス特性を測定した結果を図１０に示す。この図１０からわかるように、上記圧電フィルタ２１における各圧電共振子３１〜３４の共振子周波数は、１９５０ＭＨｚであることがわかる。これは、図８に示すように、圧電共振子において、上部電極と絶縁膜の下端との間で、圧電薄膜で生じた弾性バルク波（振動）が閉じこもり、共振するためである。
【００５６】
また、実施の形態１における薄膜キャパシタ１に相当する圧電フィルタ２１における薄膜キャパシタ３５では、図８に示すように、基板２２の裏面において圧電薄膜２５で生じた弾性バルク波（振動）が、上記凹部２７のテーパー状の側壁によって進行方向が弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極２６ｂと基板２２の裏面との間で共振現象が生じない。さらに、実施の形態１における薄膜キャパシタ１に相当する、圧電フィルタ２１の薄膜キャパシタ３５では、図４に示したように、絶縁膜２３を形成するＡｌＮとＳｉＯ2との界面で生じる反射によって共振現象が生じるため、２１７０ＭＨｚ付近でピークが生じる。しかしながら、この２１７０ＭＨｚ付近のピークは、上記各圧電共振子３１〜３４における共振周波数よりも高周波数側に位置している。つまり、薄膜キャパシタ３５は、各圧電共振子３１〜３４の共振周波数付近では、ほぼ純粋なキャパシタとして機能することがわかる。
【００５７】
以上のように、上記の構成によれば、薄膜キャパシタを同一の基板上に圧電共振子と同一の工程で形成して、圧電フィルタを製造することができる。そのため、整合用のキャパシタを外部部品として接続する必要がなく、圧電フィルタの小型化・低コスト化を達成することができる。また、上記薄膜キャパシタは、容量の精度を極めて高く製造することができるため、歩留まりも向上させることができる。
【００５８】
本実施の形態では、圧電共振子の振動部は、基板の開口部上に設けらているが、この開口部に代えて、基板に形成された凹部上に設けられていてもよい。また、本実施の形態では、絶縁膜２３を形成したが、これを形成することなく圧電フィルタを構成してもよい。
【００５９】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１１および図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１および２にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態にかかる圧電フィルタ４１は、図１１、図１２に示すように、実施の形態２における圧電フィルタ２１において、薄膜キャパシタ３５を、薄膜キャパシタのキャパシタ部が、基板２２の表面における各圧電共振子３１〜３４の開口部２８のテーパー状の側壁に相当する領域に形成されている薄膜キャパシタ３５ａに代えた構成である。つまり、実施の形態２の圧電フィルタ２１における凹部２７を形成していない構成である。
【００６１】
上記の構成によれば、実施の形態２と同様に、薄膜キャパシタ３５ａでは、基板２２の裏面において圧電薄膜２５で生じた弾性バルク波（振動）が、上記開口部２８におけるテーパー状の側面によって進行方向が弾性バルク波（振動）が伝播してきた方向とは異なる方向に変えられて反射するため、上部電極２６ｂと基板２２の裏面との間で共振現象が生じない。
【００６２】
また、薄膜キャパシタ３５ａは圧電共振子の開口部２８を利用して形成されているため、実施の形態２のように、凹部２７を形成することがなく、さらに小型化することができる。
【００６３】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について図１３および図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１ないし３にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００６４】
図１３に示すように、本実施の形態の圧電フィルタ５１は、圧電共振子６１・６２・６３・６４・６５がラダー型に接続され、さらに、整合回路として薄膜キャパシタ６６が接続された構成である。なお、上記圧電フィルタ５１では、圧電共振子６１・６３・６５が並列共振子、圧電共振子６２・６４が直列共振子となっている。
【００６５】
上記各圧電共振子６１〜６５は、実施の形態２および実施の形態３で示した共振子と同様に、開口部または凹部を有する基板と、前記開口部または凹部上に形成されている少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する構成である。
【００６６】
また、薄膜キャパシタ６６は、実施の形態２と同様に、基板２２における上記圧電共振子の開口部２８のテーパー状の側壁に相当する領域に形成されている。
【００６７】
また、図１４に示すように、直列共振子６２および並列共振子６１の上部電極が一体化されて上部電極５６ａとなっている。また、並列共振子６１の下部電極は、下部電極５４ｂとなっている。直列共振子６２・６４および並列共振子６３の下部電極が一体化されて下部電極５４ａとなっている。並列共振子６３の上部電極は、上部電極５６ｂとなっている。直列共振子６４、並列共振子６５、および薄膜キャパシタ６６の上部電極が一体化されて上部電極５６ｃとなっている。並列共振子６５の下部電極は、下部電極５４ｃとなっている。薄膜キャパシタ６６の下部電極は、下部電極５４ｄとなっている。
【００６８】
上記のように、圧電フィルタにおける、圧電共振子の構成、数は、任意に変更することができる。さらに、それに合わせて薄膜キャパシタを接続する位置、数も任意に変更することができる。例えば、図１５に示すように、各圧電共振子にキャパシタを接続することにより、圧電フィルタの特性を調整することができる。これらの薄膜キャパシタを、各圧電共振子と同一の基板に形成することができる。
【００６９】
〔実施の形態５〕
本実施の形態では、上記圧電フィルタを用いたデュプレクサ（分波器）について、図１６に基づいて説明する。
【００７０】
本実施の形態のデュプレクサ７０は、ＡＮＴ（アンテナ）に接続された整合回路７１と、整合回路７１と送信側端子（Ｔｘ）との間に設けられた送信側フィルタ７２と、整合回路７１と受信側端子（Ｒｘ）との間に設けられた受信側フィルタ７３とを有している。送信側フィルタ７２および受信側フィルタ７３は、通過帯域が互いに相違するように設定されている。
【００７１】
上記整合回路７１は、キャパシタ７１ａ・７１ｂ・７１ｃおよびインダクタ７１ｄを備えている。
【００７２】
上記送信側フィルタ７２は、並列共振子７２ａ・７２ｃと直列共振子７２ｂ・７２ｄとをラダー型に備え、各並列共振子７２ａ・７２ｃにインダクタ７２ｅ・７２ｆを接続した圧電フィルタである。
【００７３】
上記受信側フィルタ７３は、並列共振子７３ａ・７３ｃ・７３ｅ・７３ｇと直列共振子７３ｂ・７３ｄ・７３ｆとをラダー型に備える圧電フィルタである。
【００７４】
実施の形態４に示したように、圧電フィルタは、圧電フィルタを構成する圧電薄膜共振子と組み合わせて任意の構成とすることができる。つまり、整合回路７１におけるキャパシタ７１ａ、並びに送信側フィルタ７２における並列共振子７２ａ・７２ｃおよび直列共振子７２ｂ・７２ｄを同一の基板に形成した１つのチップとすることができる。また、整合回路７１におけるキャパシタ７１ｂ・７１ｃ、並びに受信側フィルタ７３における並列共振子７３ａ・７３ｃ・７３ｅ・７３ｇおよび直列共振子７３ｂ・７３ｄ・７３ｆを同一の基板に形成した１つのチップとすることができる。
【００７５】
上記のように整合回路に用いるキャパシタを各圧電フィルタの基板に形成することにより、デュプレクサをより小型化・低コスト化することが可能となる。さらに、通信機において、実施の形態２〜４の圧電フィルタ、実施の形態５のデュプレクサを搭載することにより、性能を向上させることができる。
【００７６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
良好な性能を有する薄膜キャパシタは、圧電フィルタ、分波器、通信機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の一形態に係る薄膜キャパシタの概略の断面図である。
【図２】上記薄膜キャパシタの製造工程を説明する断面図である。
【図３】上記薄膜キャパシタの製造工程を説明する断面図である。
【図４】上記薄膜キャパシタの特性を示すグラフである。
【図５】比較例にかかる薄膜キャパシタの概略の断面図である。
【図６】上記比較例にかかる薄膜キャパシタの特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の一形態に係る圧電フィルタの回路図である。
【図８】上記圧電フィルタの断面図および平面図である。
【図９】上記圧電フィルタの製造工程を説明する断面図である。
【図１０】上記圧電フィルタにおける圧電共振子の特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る圧電フィルタの回路図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る圧電フィルタの断面図および平面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る圧電フィルタの回路図である。
【図１４】上記圧電フィルタの平面図である。
【図１５】上記圧電フィルタの一例を示す回路図である。
【図１６】本発明の実施の形態にかかるデュプレクサの回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    薄膜キャパシタ
２    基板
３    絶縁膜
４    下部電極
５    圧電薄膜
６    上部電極
２１    圧電フィルタ（圧電薄膜素子）
２２    基板
２３    絶縁膜
２４ａ・２４ｂ・２４ｃ    下部電極
２５    圧電薄膜
２６ａ・２６ｂ・２６ｃ    上部電極
【図１】
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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】
2005093465.tif 000009
【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】
2005093465.tif 000017
【図１６】
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