(57)【要約】【課題】優れた圧電特性を有する圧電薄膜の製造方法を提供するとともに、それを用いた優れた圧電特性を備える高周波に対応した圧電共振子を提供する。【解決手段】圧電共振子５０は、基板１と、真空成膜装置３ｂとを備える。圧電薄膜２と励振用電極３ａ、３ｂにより圧電素子を構成する。基板１は、裏面側に空洞部４を備え、その上面に基板の一部から構成される薄膜支持部５を有する。圧電薄膜２は、真空成膜装置の成膜中の水分圧が２×１０-5Ｐａ以上で形成する。【選択図】  図１
2005101569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空成膜装置を用い、圧電酸化物を主成分とする圧電薄膜の製造方法において、前記圧電薄膜は、前記真空成膜装置の成膜中の水分圧が２×１０-5Ｐａ以上で形成されることを特徴とする圧電薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記成膜中の水分圧が３×１０-5Ｐａより大きく３×１０-3Ｐａより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜の製造方法。
【請求項３】
真空成膜装置を用い、圧電酸化物を主成分とする圧電薄膜の製造方法において、前記圧電薄膜は、前記真空成膜装置の成膜中の窒素分圧が１×１０-4Ｐａより小さい範囲で形成されることを特徴とする、請求項２に記載の圧電薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記圧電薄膜は、ＺｎＯを主成分とすることを特徴とする、前記請求項１乃至３に記載の圧電薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか一項により形成された圧電薄膜を用いることを特徴とする圧電共振子。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電共振子を少なくとも一つ用いることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電フィルタを用いることを特徴とするデュプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波領域で用いるダイヤフラム型圧電共振子に関し、特に圧電共振子に用いる圧電薄膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板の厚み縦振動を利用した圧電共振子の共振周波数は、圧電基板の厚さに反比例する。このため、高周波領域で用いる時には、その周波数に対応させ、圧電基板をきわめて薄く加工する必要がある。しかしながら、圧電基板自身の厚みを薄くすることは、その機械的強度の問題から、基本モードでは、数１００ＭＨｚが実用上の高周波領域の限界とされてきた。
【０００３】
そこで、このような課題を解決するために、次のような圧電共振子が提案されている。この方法によれば、絶縁材料からなる基板の一部を裏面側からエッチングすることによって、基板の表面の一部に薄膜支持部を形成する。薄膜支持部上に一層もしくは複数の圧電薄膜層と電極層を形成してなる圧電共振子である。
【０００４】
薄膜支持部は、微細加工技術を用いて薄くすることができる。また、圧電薄膜層も真空成膜装置を用いて薄く形成することができるので、数１００ＭＨｚ〜数１０００ＭＨｚまで高周波特性を延ばし得る圧電共振子である（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１２１８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に説明した従来技術による圧電共振子には、以下の問題が存在する。
【０００６】
特許文献１においては、圧電薄膜としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＣＶＤ法等の真空薄膜形成方法により、ＺｎＯ膜が形成される。
【０００７】
この圧電薄膜における圧電特性は、その形成された圧電薄膜の配向性や結晶性等により顕著な影響を受ける。真空薄膜形成法においては、形成する膜の配向性や結晶性等を精度良くコントロールすることが困難であり、そのため、形成された圧電薄膜の圧電特性がばらつくとの課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決すべく本発明の圧電薄膜の製造方法および圧電共振子は、真空成膜装置を用い、圧電酸化物を主成分とする圧電薄膜の製造方法において、圧電薄膜は、真空成膜装置の成膜中の水分圧が２×１０-5Ｐａ以上で形成されることを特徴とする圧電薄膜の製造方法である。また、成膜中の水分圧が３×１０-5Ｐａより大きく３×１０-3Ｐａより小さいことを特徴とする。また、成膜中の窒素分圧が１×１０-4Ｐａより小さいことを特徴とする。また、圧電薄膜は、ＺｎＯを主成分とすることを特徴とする。
【０００９】
更に、上記に記載の製造方法により形成された圧電薄膜を用いることを特徴とする圧電共振子である。また、該圧電共振子を少なくとも一つ用いることを特徴とする圧電フィルタである。また、該圧電フィルタを用いることを特徴とするデュプレクサである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明の圧電薄膜の製造方法によれば、圧電薄膜の配向性および結晶性のばらつきが小さい圧電薄膜の形成ができ、圧電特性の向上した圧電特性ばらつきの小さい圧電薄膜の形成が可能となる。
【００１１】
また、本発明の圧電薄膜の製造方法で形成された圧電薄膜を圧電共振子に、またこの圧電共振子を圧電フィルタに、更にこの圧電フィルタをデュプレクサに用いることで、高周波に対応した圧電特性が優れ、圧電特性ばらつきの小さい圧電共振子、圧電フィルタおよびデュプレクサを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例について添付図に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の圧電共振子の一実施例における概略断面図を示す。
【００１５】
図１において、圧電共振子５０は、基板１と、圧電薄膜２と、圧電薄膜２の一方主面側に励振用電極３ａと、圧電薄膜２の他方主面に励振用電極３ｂとを備える。圧電薄膜２と励振用電極３ａ、３ｂにより圧電素子を構成する。基板１は、裏面側に空洞部４を有し、その上面に基板の一部から構成される薄膜支持部５を備える。
【００１６】
上記した本発明の圧電共振子の製造方法の詳細を図２に示す概略プロセスフローを用いて説明する。
【００１７】
先ず、図２（ａ）に示すように基板１、例えばＳｉ基板の上面にフォトリソ技術を用いて、レジストパターン６を形成する。具体的には、レジストをスピンコーター等により、所定の膜厚に塗布する。次に、所望するパターンが形成されたフォトリソマスクを介して、レジストを露光し、現像処理することによりレジストパターン６が形成される。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように基板１上に励振用電極３ａを形成する。具体的には、レジストパターン６が形成された基板１上に電極用金属膜を蒸着法等により形成する。次に、レジストパターン６およびレジストパターン６上の不要な金属膜を同時に剥離するリフトオフ法により、励振用電極３ａが形成される。
【００１９】
次に、図２（ｃ）に示すように励振用電極３ａが形成された基板１上に、所望する周波数に対応した所定の膜厚の圧電薄膜２を形成する。圧電薄膜２は、例えばＺｎＯを用いる。圧電薄膜２は、所望する圧電特性に対応し、ＢａＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3、Ｔａ2Ｏ5等を用いることもある。
【００２０】
また、圧電薄膜２は、メタルマスク等を用い、スパッタリング法やＣＶＤ法等の真空薄膜形成法により形成される。この際、圧電薄膜２は、成膜中の真空成膜装置内の水分圧が２×１０-5Ｐａ以上で形成される。すなわち水分圧が３×１０-5Ｐａ以上の場合には圧電特性Ｋ2（電気機械結合係数）が２％以上確保できるので、広帯域フィルタを作製することができる。また水分圧が３×１０-3Ｐａ以上の場合には、ＺｎＯ膜にクラックがはいり、ＺｎＯ膜の不良率が高くなる。このため水分圧は、３×１０-5より大きく３×１０-3Ｐａより小さいことが好ましい。また、成膜中の真空成膜装置内の水分圧は、背圧の水分圧による制御でも構わないが、より好ましくは成膜中の真空成膜装置内の水分圧を制御することである。成膜中における真空成膜装置内の水分圧を分圧計、質量分析計等でモニターし、上記した所望する水分圧になるように、所定の経路から水成分を導入することで制御される。さらに、成膜中の真空装置内の窒素分圧は、圧電特性の劣化を防ぐために、１×１０-4Ｐａより小さいことが好ましい。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように圧電薄膜２上に励振用電極３ｂを形成する。励振用電極３ｂは、励振電極３ａと同様の方法により形成されることから詳細な説明は省略する。
【００２２】
次に、基板１に、空洞部４を形成することで図１に示す圧電共振子５０が形成される。空洞部４は、マスク等を用いてウェットエッチング、またはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により、基板１の裏面側から部分的にエッチングすることにより形成される。それにより、圧電基板１の一部に薄膜支持部５が形成される。
【００２３】
ここで図３に、成膜中の真空成膜装置内の水分圧と形成された圧電薄膜２の圧電特性Ｋ2との関係を示す。図３より、真空成膜装置内の水分圧が上昇することにより圧電特性Ｋ2の良好になる傾向が明確に確認できる。真空成膜装置内の水分圧が２×１０-5Ｐａで圧電特性Ｋ2は、１％以上の値を示す。また、真空成膜装置内の水分圧が３×１０-3Ｐａより大きくなると、圧電特性Ｋ2は、２％以上の値を示す。また、図３には図示しないが、その再現性も確認されおり、圧電特性のばらつきが低減されている。さらに、真空成膜装置内の水分圧が２×１０-3Ｐａのとき、窒素分圧が２．８×１０-7Ｐａでは圧電特性Ｋ2は４．５％と大きい値を示す。しかし同じ水分圧において、窒素分圧を１×１０-4Ｐａにすると、圧電特性Ｋ2は０．４％と小さくなる。このように真空成膜装置内の窒素分圧を低くすることにより、圧電特性の劣化を防ぐことができる。この圧電特性Ｋ2の値は、通信システム用の高い周波数帯にも対応が可能な圧電特性の値である。
【００２４】
また、圧電酸化物を主成分とする圧電薄膜における成膜中の水分圧による効果は、例えば、成膜中の水分圧が１×１０-5Ｐａでは認められず、本発明の条件により認められる膜中のＯＨ基の存在であることからも確認されている。
【００２５】
以上のような本発明の圧電薄膜の製造方法によれば、圧電薄膜の配向性および結晶性のばらつきが小さい圧電薄膜の形成ができ、圧電特性の向上したばらつきの小さい圧電薄膜の形成が可能となる。
【００２６】
また、本発明の圧電薄膜の製造方法で形成された圧電薄膜を圧電共振子に用いることで、高周波に対応した圧電特性が優れ、圧電特性ばらつきの小さい圧電共振子を提供すること可能となる。
【実施例２】
【００２７】
図４は、本発明の圧電共振子の別の実施例における概略断面図を示す。
【００２８】
図４において、圧電共振子６０は、基板１と、絶縁性薄膜７と、圧電薄膜２と、圧電薄膜２の一方主面側に励振用電極３ａと、圧電薄膜２の他方主面に励振用電極３ｂとを備える。圧電薄膜２と励振用電極３ａ、３ｂにより圧電素子を構成する。基板１は、裏面側に空洞部４を備え、その上面に絶縁性薄膜７の一部から構成される薄膜支持部８を有する。
【００２９】
上記した本発明の圧電共振子の製造方法の詳細を図５に示す概略プロセスフローを用いて説明する。
【００３０】
先ず、図５（ａ）に示すように基板１、例えばＳｉ基板の上面に絶縁性薄膜７を形成する。絶縁性薄膜７は、例えばスパッタリング法や熱酸化法等を用いてＳｉＯ2薄膜を形成すればよい。絶縁性薄膜７は、ＳｉＯ2薄膜に限定するものではなく、電子ビーム法やスパッタリング法で形成された酸化アルミニウム薄膜または窒化アルミニウム薄膜を用いても構わない。また、絶縁性薄膜７は、単層に限定するものではなく、ＳｉＯ2薄膜、酸化アルミニウム薄膜および窒化アルミニウム薄膜のうち、少なくとも２つ以上で、その順序を任意とした積層構造としても構わない。
【００３１】
次に図５（ｂ）に示すように、絶縁性薄膜７上に、励振用電極３ｂ、圧電薄膜２、励振用電極３ｂを形成する。これは、図２（ａ）〜（ｄ）に示した内容でと同様であることから詳細の記載を省略する。次に、基板１に空洞部４を形成することで、図４に示す圧電共振子６０が形成される。空洞部４は、マスク等を用いてウェットエッチング、またはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により、基板１の裏面側から部分的にエッチングすることにより形成される。それにより、絶縁性薄膜７の一部に薄膜支持部８が形成される。
【００３２】
圧電薄膜２は、成膜中の真空成膜装置内の水分圧を２×１０-5Ｐａ以上で形成される。すなわち水分圧が３×１０-5Ｐａ以上の場合には圧電特性Ｋ2が２％以上確保できるので、広帯域フィルタを作製することができる。また水分圧が３×１０-3Ｐａ以上の場合には、ＺｎＯ膜にクラックがはいり、ＺｎＯ膜の不良率が高くなる。このため水分圧は、３×１０-5より大きく３×１０-3Ｐａより小さいことが好ましい。成膜中の真空成膜装置内の水分圧は、背圧の水分圧による制御でも構わないが、より好ましくは成膜中の真空成膜装置内の水分圧を制御することである。成膜中における真空成膜装置内の水分圧を分圧計、質量分析計等でモニターし、上記した所望する水分圧になるように、所定の経路から水成分を導入することで制御される。さらに、成膜中の真空装置内の窒素分圧は、圧電特性の劣化をなくすために１×１０-4Ｐａより小さいことが好ましい。
【００３３】
よって、圧電薄膜２の圧電特性が向上した、圧電特性ばらつきの小さい圧電薄膜の形成される。
【００３４】
本発明の圧電薄膜の製造方法によれば、圧電薄膜の配向性および結晶性のばらつきが小さい圧電薄膜の形成ができ、圧電特性の向上したばらつきの小さい圧電薄膜の形成が可能となる。また、本発明の圧電薄膜の製造方法で形成された圧電薄膜を圧電共振子に用いることで、高周波に対応した圧電特性が優れ、圧電特性ばらつきの小さい圧電共振子を提供すること可能となる。
【実施例３】
【００３５】
また、本発明の圧電共振子を用いて圧電フィルタを構成してもよい。
【００３６】
図６は、本発明の圧電共振子をラダー接続した圧電フィルタの概略等価回路図を示す。
【００３７】
図６（ａ）にＴ型ラダーフィルタ、図６（ｂ）、図６（ｃ）にＬ型ラダーフィルタの等価回路図を示す。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、Ｔ型ラダーフィルタは、３つの圧電共振子８を含む。３つの圧電共振子８は、それらの一端が互いに接続される。また、そのうち１つの圧電共振子８の他端が入力端子ＩＮに接続され、他の１つの圧電共振子８の他端は接地され、残りの１つの圧電共振子８の他端が出力端子ＯＵＴに接続される。また、π型ラダーフィルタを構成しても構わない。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、Ｌ型ラダーフィルタは、４つの圧電共振子８を含む。２つの直列側の圧電共振子８と、２つの圧電共振子８の並列接続から構成されている。また、図６（ｃ）に示すように、２つの圧電共振子８で構成されることもある。よって、本発明の圧電特性が優れ、圧電特性ばらつきの小さい圧電共振子をラダー型フィルタに用いることで、フィルタ特性に優れ、フィルタ特性ばらつきの小さいラダーフィルタを提供すること可能となる。
【実施例４】
【００４０】
また、本発明の圧電フィルタを用いてデュプレクサを構成してもよい。
図７は、本発明の圧電フィルタを用いたデュプレクサの一実施例における概略ブロック図を示す。図７に示すように、デュプレクサ８０は、送信機用フィルタおよび受信用フィルタを含む。送信側フィルタには、圧電フィルタとして、図６（ａ）で示したＴ型ラダーフィルタ７０が用いられる。また、同様に受信側フィルタにのもＴ型ラダーフィルタ７０が用いられる。よって、本発明のフィルタ特性に優れ、フィルタ特性ばらつきの小さいラダーフィルタをデュプレクサに用いることで、デュプレクサ特性に優れ、デュプレクサ特性ばらつきの小さいデュプレクサを提供すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の圧電共振子の一実施例における概略断面図である。（実施例１）
【図２】本発明の圧電共振子の製造方法の一実施例における概略製造プロセスフローである。（実施例１）
【図３】本発明の効果を示すグラフである。（実施例１）
【図４】本発明の圧電共振子の別の実施例における概略断面図である。（実施例２）
【図５】本発明の圧電共振子の製造方法の別の実施例における概略製造プロセスフローである。（実施例２）
【図６】本発明の圧電共振子を用いた圧電フィルタの一実施例における概略回路図である。（実施例３）
【図７】本発明の圧電フィルタを用いたデュプレクサの一実施例における概略ブロック図である。（実施例４）
【符号の説明】
【００４２】
１    基板
２    圧電薄膜
３ａ、３ｂ    励振用電極
４    空洞部
５、８    圧電薄膜支持部
６    レジストパターン
７    絶縁性薄膜
８、５０、６０    圧電共振子
７０    Ｔ型ラダーフィルタ
８０    デュプレクサ
【図１】
2005101569.tif 000003
【図２】
2005101569.tif 000004
【図３】
2005101569.tif 000005
【図４】
2005101569.tif 000006
【図５】
2005101569.tif 000007
【図６】
2005101569.tif 000008
【図７】
2005101569.tif 000009