(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜を挟み、かつ前記圧電体薄膜を介して対向するように配置される第１、第２電極とを有する共振部を備える薄膜共振子であって、
前記共振部は平面形状が略矩形状をなすとともに、前記共振部の各辺のうち少なくとも対向する一対の辺がそれぞれ直線部と切り欠き部とで構成されており、
前記直線部に対して平面方向に直交する仮想直線が、該直線部のいずれの位置においても前記共振部の他の辺に設けた前記切り欠き部と交差するとともに、
前記切り欠き部自体の辺が、該切り欠き部に対向する位置にある前記共振部の辺に対して非平行となっている薄膜共振子。
【請求項２】
前記切り欠き部自体の辺は円弧状の曲線のみで構成されている請求項１記載の薄膜共振子。
【請求項３】
前記第２電極の１つの辺に前記切り欠き部が設けられており、
前記第２電極の前記切り欠き部が設けられた１つの辺に対して厚み方向において対向する前記第１電極の１つの辺の直線部全体に、引き出し電極が接続され、
前記引き出し電極が接続された前記第１電極の１つの辺には前記切り欠き部が設けられていない請求項１または２記載の薄膜共振子。
【請求項４】
前記圧電体薄膜、前記第１電極および前記第２電極が配置される基板をさらに備え、
前記基板は一表面に開口する凹部を有し、
前記共振部は、前記基板の前記凹部を臨む位置に配置され、
前記共振部の周縁部のうち前記切り欠き部の底部に、前記凹部に連通するエッチングホールが形成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜共振子。
【請求項５】
前記共振部の平面形状が非回転対称となるように前記切り欠き部が設けられている請求項１記載の薄膜共振子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の薄膜共振子を、基板上に複数個配置して構成されるフィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載のフィルタを備えて構成されるデュプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜を挟み、かつ前記圧電体薄膜を介して対向するように配置される第１、第２電極とを有する共振部を備える薄膜共振子、フィルタ、およびデュプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信および電気回路に用いられる電気信号の周波数の高周波化に伴い、高周波化された電気信号に対して用いられるフィルタについても高周波数に対応したものが開発されている。特に、無線通信においては２ＧＨｚ近傍のマイクロ波が主流になりつつあり、また既に数ＧＨｚ以上の規格策定の動きもあることから、それらの周波数に対応した、安価で高性能なフィルタが求められている。このようなフィルタとして、圧電性を示す薄膜の厚み縦振動モードを用いた共振子を用いたものが提案されている。
【０００３】
圧電性を示す薄膜（以後、圧電体薄膜と記載する）の厚み縦振動モードを用いた共振子は、入力される高周波の電気信号に対して、圧電体薄膜が厚み縦振動を起こし、その振動が圧電体薄膜の厚さ方向において共振を起こすことによって、そのインピーダンスが変化する。このような圧電体薄膜の厚み縦振動モードを用いた共振子は、薄膜バルク音響波共振子（Film Bulk Acoustic Resonator：略称ＦＢＡＲ）と呼ばれている。ＦＢＡＲは、基板の一表面上に薄膜形成プロセスによって第１電極、圧電体薄膜および第２電極を順次積層して形成される共振部を有する。なお、ここで薄膜とは、通常の薄膜形成プロセスで形成されるものをいう。
【０００４】
薄膜共振子は、ＳｉおよびＧａＡｓなどから成る基板と、ＡｌＮおよびＺｎＯなどから成る圧電体薄膜と、厚み方向の両側から圧電体薄膜を挟む第１および第２電極とを含んで構成される。
【０００５】
このような薄膜共振子では、不要振動が生じてスプリアスが発生するという問題がある。これは、圧電体薄膜の厚み方向に垂直な横方向に伝播する振動波（以下、横モードと呼ぶ）が生じて、共振部の対向する端面で反射され、振動波が元の地点に戻ってくることに起因するものである。すなわち、横モードが、共振部の対向する端面の間で一往復する間の位相の変化が３６０度の整数倍のときに、共振が起こり、スプリアスが発生する。
【０００６】
薄膜共振子では、様々な波数の横モードが存在するため、この薄膜共振子のような構成であれば、必ず横モードの共振が発生する。この横モードの共振周波数は、薄膜共振子の共振周波数とわずかに異なっている。このため直列共振周波数および並列共振周波数の共振ピークの近傍に、不要な共振ピーク（スプリアス）が生じる。
【０００７】
共振特性にスプリアスが存在する薄膜共振子を発振器に使用した場合は、発振周波数の変動およびノイズなどの原因となる。また、このような薄膜共振子を組み合わせてフィルタ装置を構成すると、フィルタ特性にリップルが生じることとなる。
【０００８】
以上のように、不要振動によるスプリアスが生じると、実用上大きな問題となる。このため特許文献１記載の薄膜共振器は、共振部において、圧電体薄膜または、第１および第２電極の全辺を曲線からなるように構成して横モードの影響を減少させている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
薄膜共振子は、第１および第２電極と、共通電極とを接続するために、第１および第２電極から共通電極までに引き出し電極を設ける。この引き出し電極は、第１および第２電極の１辺に接続される。しかし、電極の全辺が曲線であるとすると、引き出し電極を１つの辺に接続することが困難である。また、引き出し電極を１つの辺に接続するには、接続する辺を曲線とすることができない。
【００１１】
また、共振部の全辺が曲線であると、たとえば、薄膜共振子を組み合わせてフィルタ装置を構成するときに、隣接する薄膜共振子同士が干渉しないように間隔を空けて配置する必要があり、フィルタ装置など複数の薄膜共振子が設けられる装置を小型化するのが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、スプリアスを抑制するとともに高密度配置が可能な薄膜共振子、フィルタおよびデュプレクサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜を挟み、かつ前記圧電体薄膜を介して対向するように配置される第１、第２電極とを有する共振部を備える薄膜共振子であって、
前記共振部は平面形状が略矩形状をなすとともに、前記共振部の各辺のうち少なくとも対向する一対の辺がそれぞれ直線部と切り欠き部とで構成されており、
前記直線部に対して平面方向に直交する仮想直線が、該直線部のいずれの位置においても前記共振部の他の辺に設けた前記切り欠き部と交差するとともに、
前記切り欠き部自体の辺が、該切り欠き部に対向する位置にある前記共振部の辺に対して非平行となっている薄膜共振子である。
【００１４】
また本発明は、前記切り欠き部自体の辺は円弧状の曲線のみで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記第２電極の１つの辺に前記切り欠き部が設けられており、
前記第２電極の前記切り欠き部が設けられた１つの辺に対して厚み方向において対向する前記第１電極の１つの辺の直線部全体に、引き出し電極が接続され、
前記引き出し電極が接続された前記第１電極の１つの辺には前記切り欠き部が設けられていないことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記圧電体薄膜、前記第１電極および前記第２電極が配置される基板をさらに備え、
前記基板は一表面に開口する凹部を有し、
前記共振部は、前記基板の前記凹部を臨む位置に配置され、
前記共振部の周縁部のうち前記切り欠き部の底部に、前記凹部に連通するエッチングホールが形成されている。
【００１７】
また本発明は、前記共振部の平面形状が非回転対称となるように前記切り欠き部が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上記の薄膜共振子を、基板上に複数個配置して構成されることを特徴とするフィルタである。
【００１９】
また本発明は、上記のフィルタを備えて構成されることを特徴とするデュプレクサである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の薄膜共振子によれば、横モードの共振の発生を抑制して不要振動によるスプリアスを防止することを可能とする。また、薄膜共振子同士を高密度に配置することが可能となる。
【００２１】
また本発明のフィルタによれば、小型でありながらフィルタ特性を向上させることができる。
【００２２】
また本発明のデュプレクサによれば、小型でありながらデュプレクサの特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の一形態である薄膜共振子１０を示す平面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【００２４】
基板１１は、薄膜共振子１０のベース部材である。基板１１上に、共振子本体１２が形成される。基板１１は、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度に選ばれる。基板１１は、略直方体形状を有する。基板１１は、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ＳｉＯ2（酸化シリコン）およびガラスなどによって形成される。基板１１の長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向とする。前記長手方向、短手方向および厚み方向は、互いに直交する。前記長手方向および短手方向は、基板１１の一表面１１ａの各辺に平行または垂直に延びる。
【００２５】
基板１１には、基板１１の一表面１１ａに開口する凹部１３が設けられ、この凹部１３は、共振子本体１２で覆われ、基板１１と共振子本体１２とで囲まれた空洞が形成される。
【００２６】
この凹部１３の内周面は、Ｚ方向に垂直な方向の断面が略矩形状となる筒形状に形成される。凹部１３の内周面のＺ方向の断面の各辺は、Ｚ方向またはＹ方向に沿って延びる。
【００２７】
基板１１の一表面１１ａ上には、絶縁層１００が設けられる。絶縁層１００は、共振子本体１２を構成する第１電極１６および第２電極１７と基板１１とを電気的に絶縁する。絶縁層１００は、その厚みが、たとえば０．１μｍ以上１．２μｍ以下で形成され、基板１１表面を熱酸化して形成される酸化物（ＳｉＯ2）膜やスパッタリングおよびＣＶＤなどの薄膜形成プロセスによって成膜されるＳｉＮ膜などから成る。
【００２８】
共振子本体１２は、基板１１のＺ方向の一表面１１ａ上に絶縁層１００を介して設けられる。共振子本体１２は、圧電体薄膜１５と、圧電体薄膜１５の厚み方向の一表面１５ａ上に少なくとも一部が積層される第１電極１６と、圧電体薄膜１５の厚み方向の他表面１５ｂ上に、少なくとも一部が積層される第２電極１７とを含んで構成される。圧電体薄膜１５の一部と、第１電極１６の一部と、第２電極１７の一部とがＺ方向に重なって形成され、この圧電体薄膜１５の一部と、第１電極１６の一部と、第２電極１７の一部が積層される部分、すなわちＺ方向から見て、圧電体薄膜１５と、第１電極１６と、第２電極１７とがＺ方向に重なる部分のうち、凹部１３によって音響的に絶縁されている部分によって共振部２０が形成される。圧電体薄膜１５と、第１および第２電極１６，１７のそれぞれは、Ｚ方向から見て共振部２０よりも広い範囲に形成される。
【００２９】
共振部２０は、基板１１に形成される凹部１３に臨んで形成される。すなわち共振部２０は、圧電体薄膜１５と、第１電極１６と、第２電極１７とがＺ方向に重なる部分のうち、凹部１３に臨む部分によって形成される。共振部２０の側面は、Ｘ方向またはＹ方向に沿って延びる。
【００３０】
第２電極１７は、基板１１の厚み方向の一表面１１ａ上に形成され、凹部１３を覆って設けられる。第２電極１７は、基板１１のＸ方向の一端部２１からＸ方向の中央部２２にわたって設けられ、基板１１の一表面１１ａの周縁２３に離間して設けられる。第２電極１７は、Ｚ方向から見て略矩形状に形成される。
【００３１】
第２電極１７は、圧電体薄膜１５に高周波電圧を印加する機能を有する部材であり、Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，ＡｌおよびＣｕなどの金属材料を用いて形成される。また第２電極１７は、電極としての機能と同時に、共振部２０を構成する機能も有するので、薄膜共振子１０が必要な共振特性を発揮するために、その厚みは、第２電極１７を形成する材料の固有音響インピーダンスおよび密度、第２電極１７を伝播する音響波の音速および波長などを考慮して、精密に選ぶ必要がある。第２電極１７の最適な厚みは、薄膜共振子１０を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数、共振部２０の設計寸法、圧電体薄膜材料、電極材料によって異なるが、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度に選ばれる。
【００３２】
また第２電極１７のＸ方向の一端部１７ｃは外部接続端子として機能する。
圧電体薄膜１５は、少なくとも一部が第２電極１７の厚み方向の一表面１７ａ上に形成される。本実施の形態では圧電体薄膜１５は、第２電極１７の厚み方向の一表面１７ａ上と基板１１の厚み方向の一表面１１ａ上とにわたって形成され、第２電極１７のＸ方向の他端部よりもＸ方向の他方まで延びる。圧電体薄膜１５は、Ｚ方向から見て矩形状に形成され、Ｘ方向およびＹ方向における中央部２２に形成される。圧電体薄膜１５のＹ方向の長さＬ１は、第２電極１７の短手方向Ｙの長さＬ２よりも大きく選ばれ、圧電体薄膜１５のＹ方向の中央と、第２電極１６のＹ方向の中央とは、Ｙ方向に垂直で同一の仮想一平面上に設けられる。圧電体薄膜１５は、Ｘ方向およびＹ方向において、凹部１３よりも大きく形成される。
【００３３】
圧電体薄膜１５は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電体材料から成り、第１電極１６および第２電極１７によって印加される高周波電圧に応じて伸縮し、電気的な信号を機械的な振動に変換する機能を有する。
【００３４】
薄膜共振子１０が必要な共振特性を発揮するために、圧電体薄膜１５の厚みは、圧電体薄膜１５を形成する材料の固有音響インピーダンスおよび密度、圧電体薄膜１５を伝播する音響波の音速および波長などを考慮して、精密に選ぶ必要がある。圧電体薄膜１５の最適な厚みは、薄膜共振子１０を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数、共振部２０の設計寸法、圧電体薄膜材料、電極材料によって異なるが、０．３μｍ〜２．５μｍ程度に選ばれる。
【００３５】
第１電極１６は、圧電体薄膜１５のうち、第２電極１７に積層される部分の厚み方向の一表面１５ａに積層される。本実施の形態では、第１電極１６は、圧電体薄膜１５の厚み方向の一表面１５ａと、基板１１の厚み方向の一表面１１ａ上とにわたって形成され、圧電体薄膜１５のＸ方向の他端部よりもＸ方向の他方まで延びる。第１電極１６は、Ｚ方向から見て矩形状に形成され、前記中央部２２から基板１１のＸ方向の他端部２４にわたって形成され、基板１１の一表面１１ａの周縁２３に離間して設けられる。
【００３６】
第１電極１６のＹ方向の長さＬ３は、圧電体薄膜１５のＹ方向の長さＬ１よりも短く選ばれ、第１電極１６のＹ方向の中央と、圧電体薄膜１５のＹ方向の中央とは、Ｙ方向に垂直で同一の仮想一平面上に設けられる。第１電極１６のうち、共振部２０以外の部分は、引き出し電極１６ｃとして機能する。引き出し電極１６ｃの部分は、基板１１上に形成され、残余の部分は、凹部１３上に形成される。すなわち第１電極１６のＹ方向の長さＬ３は、凹部１３のＹ方向の大きさ未満に選ばれ、厚み方向Ｚから見て、第１電極１６のＸ方向の一方の端部１６ｄは、凹部１３に臨む基板１１の縁から離間するように形成される。このように第１電極１６が形成されることによって、第１電極１６、圧電体薄膜１５および第２電極１７がＺ方向に重なる部分のうち、凹部１３によって音響的に絶縁されていない部分が作る静電容量、いわゆる寄生容量を低減することができる。寄生容量が大きいほど、薄膜共振子の実効電気機械結合係数が低下するが、このような構成とすることにより、この低下を最小限にできるというという利点がある。
【００３７】
第１電極１６は、第２電極１７とともに、圧電体薄膜１５に高周波電圧を印加する機能を有する部材であり、Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，ＡｌおよびＣｕなどの金属材料を用いて形成される。また第１電極１６は、電極としての機能と同時に、共振部２０を構成する機能も有するので、薄膜共振子１０が必要な共振特性を発揮するために、その厚みは、第１電極１６を形成する材料の固有音響インピーダンスおよび密度、第１電極１６を伝播する音響波の音速および波長などを考慮して、精密に選ぶ必要がある。第１電極１６の最適な厚みは、薄膜共振子１０を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数、共振部２０の設計寸法、圧電体薄膜材料および電極材料によって異なるが、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度に選ばれる。
【００３８】
共振部２０の厚みは、おおむねλ／２（λは使用する信号の周波数での音響波の波長）となるように設計される。また共振部２０のＺ方向に垂直な断面における面積は、薄膜共振子１０のインピーダンスを決定する要素となるので、厚みと同様に精密に設計する必要がある。５０Ωのインピーダンス系で薄膜共振子１０を使用する場合は、共振部２０の電気的なキャパシタンスが、使用する信号の周波数でおおむね５０Ωのリアクタンスを持つように選ばれる。本実施の形態では共振部２０のＺ方向に垂直な断面のＸ方向およびＹ方向の長さは等しく選ばれ、共振部２０の前記断面における面積は、たとえば２ＧＨｚの薄膜共振子１０の場合であれば、２００μｍ×２００μｍ程度に選ばれる。
【００３９】
また、凹部１３を形成する際に、共振子本体１２形成後に基板１１をエッチングするため、共振子本体１２を積層方向に貫通し、凹部１３と連通するエッチングホール１４（貫通孔）が設けられている。エッチングホール１４は、凹部１３をエッチングする際にエッチング剤を基板に向けて進入させるための空孔であり、第１電極１６の周縁部、すなわちＺ方向からみたときに、共振部２０の周縁部に複数箇所形成される。エッチングホール１４は、共振部２０の周縁部の任意の位置に形成可能であるが、犠牲層を効率良くエッチングする観点から切り欠き部３０の最も深くなる底部に設けておくことが好ましい。
【００４０】
共振部２０のＺ方向から見た形状、すなわち平面形状は、略矩形状であるが、その矩形の辺のうち少なくとも１つの辺には、切り欠き部３０が設けられる。切り欠き部３０を設けることによって、共振部２０の対向する辺において平行部分が少なくなり横モードの共振の発生を抑制することができる。
【００４１】
横モードの共振は、共振部２０の対向する２辺の間で発生するものであるから、対向する２辺が平行関係にある場合に共振が発生する。したがって、切り欠き部３０を設けることで、対向する２辺の平行関係を崩し、横モードの共振の発生を抑制して不要振動によるスプリアスを防止することを可能とする。
【００４２】
切り欠き部３０は、圧電体薄膜１５、第１電極１６、第２電極１７のいずれに設けてもよく、図１に示した例では、第１電極１６の各辺に切り欠き部３０が設けられており、各辺の直線部に対して平面（ＸＹ平面）方向に直交する仮想直線が、他の辺に設けた切り欠き部３０と交差している。例えば、図１において第１電極１６の左側の辺の直線部に対して直交する仮想直線Ａ−Ａ’は、隣接する第１電極１６の上側の辺に設けた切り欠き部３０と交差し、第１電極１６の左側の辺の直線部に対して直交する仮想直線Ｂ−Ｂ’は、対向する第１電極１６の右側の辺に設けた切り欠き部３０と交差している。このように切り欠き部３０を設けることによって共振部２０の対向する辺が非平行となるか、間に切り欠き部３０が介在された状態となり、横モードの共振が発生するのをより抑えることができる。
【００４３】
また共振部２０の平面形状が非回転対称となるように切り欠き部３０を設けることによって回転対称モードの振動が発生するのを抑えることができるため、発生するスプリアスをより少なくすることができる。したがって共振部２０の平面形状は非回転対称となるような形状、例えば、図１に示すような形状にすることが好ましい。
【００４４】
横モードの共振の発生を抑制するという観点から、切り欠き部３０の形状は、切り欠き部３０が設けられた辺に対向する辺と、切り欠き部３０の全ての辺とが、非平行となることが重要である。対向する辺同士に切り欠き部３０が設けられていた場合は、矩形の辺および切り欠き部３０の辺を含めて、対向する辺同士で、全ての辺が非平行となるように切り欠き部３０を設ける。
【００４５】
言い換えれば、共振部２０において、Ｚ方向から見た形状が略矩形状をなすとともに、共振部２０の各辺の一部に切欠き部を有しており、矩形の各辺の直線部に直交する仮想直線が、交差切り欠き部と９０度以外の角度で交わるように、切り欠き部が設けられる。こうすることで、共振部２０の対向する辺において平行関係となる部分がなくなるので、横モードの共振の発生を抑制することができる。
【００４６】
切り欠き部３０は、上記のように、図１に示すように円弧状の曲線のみで構成されていても、直線と曲線と組み合わされていてもよい。また、図３に示すように切り欠き部３０の平面形状が略三角形状をなすような直線のみで構成される態様であってもよい。また、切り欠き部が一辺に複数個あってもよい。
【００４７】
図４は、共振部２０のＺ方向から見た平面形状の他の例を示す図である。ここに示す平面形状の例では、切り欠き部３０の切り欠き形状が、曲線からなる円または楕円の一部となっている。
【００４８】
また、切り欠き部３０は、矩形状共振部２０の辺の少なくとも１つの辺に設けられていれば効果が発揮されるので、実施の形態としては、図４（ａ）に示すように、１つの辺のみに設けられている形状、図４（ｂ）に示すように、２つの辺に設けられている形状、図４（ｃ）に示すように、３つの辺に設けられている形状、図４（ｄ）に示すように、４つの辺全てに設けられている形状であってもよい。
【００４９】
図５は、共振部２０のＺ方向から見た平面形状について、切り欠き部３０の寸法を説明するための図である。
【００５０】
切り欠き部３０は、共振部２０を矩形としたときの対向する２辺の平行関係を崩すことで、横モードの共振を抑えることができるが、切り欠き部３０を大きく設け、共振部２０の平面形状が矩形状から著しく離れてしまうと、共振部２０の特性に影響を及ぼすことが懸念される。
【００５１】
切り欠き部３０の幅については、切り欠き部３０が設けられている辺の長さＬに対して、３０％以上８０％以下となるように切り欠き部３０を設けることが好ましい。切り欠き部３０の幅をＬに対して３０％以上にすることで、横モードの共振を十分に抑えることができる。また切り欠き部３０の幅をＬに対して８０％以下にすることで、第１の電極１６と第２の電極１７との間に十分な大きさの容量を確保できる。
【００５２】
また、切り欠き部３０の深さＣについては、切り欠き部３０が設けられる辺に直交する辺の長さＬに対して、０．１〜５０％となるように切り欠き部３０を設けることが好ましく、特に好ましくは１〜３０％である。切り欠き部３０の深さＣをＬに対して０．１％以上とすることによって、横モードの共振を十分に抑えることができる。また切り欠き部３０の深さＣをＬに対して５０％以下にすることによって振動モードが大きく変わることがなく、第１の電極１６と第２の電極１７との間に十分な大きさの容量を形成することができる。
【００５３】
第１電極１６には、引き出し電極１６ｃが設けられるが、本発明のように切り欠き部３０を設ける場合、引き出し電極１６ｃを設ける共振部２０の矩形状の１辺は、切り欠き部３０を設けた部分以外の直線部分で引き出し電極１６ｃと接続されている。したがって、引き出し電極１６ｃを設ける第１電極１６の共振部２０の矩形状の１辺においても、共振部２０の形状を維持しながら切り欠き部３０を設けることが可能である。
【００５４】
また、切り欠き部３０は、共振部２０のいずれの層に設けてもよいので、引き出し電極１６ｃを設ける辺については、第１電極１６に切り欠き部３０を設けずに、引き出し電極１６ｃを設けた辺に、厚み方向に対向する第２電極１７の辺に切り欠き部３０を設けるようにしてもよい。こうすることで、第１電極１６においては、辺全体にわたって、引き出し電極１６ｃと接続することができ、第１電極１６の配線抵抗を低くすることができる。
【００５５】
図６Ａ〜図６Ｃは、薄膜共振子１０の製造方法を示す工程図である。本発明の製造方法は、大きくは以下のように３つの工程からなる。
【００５６】
第１工程では、一表面１１ａに形成され、開口部を有する絶縁層と、開口部を埋める犠牲層と、この犠牲層を覆うように設けられる共振子本体１２と、犠牲層まで連通するようにして設けられるエッチングホールと、を備える共振体形成基板を準備する。
【００５７】
第２工程では、エッチングホールを介して犠牲層をエッチングすることにより、共振子本体と絶縁層と露出した基板１１の一表面１１ａの一部で囲まれるエッチング空間を形成する。
【００５８】
第３工程では、第２工程で形成したエッチング空間をエッチング剤で満たすようにして、基板１１をエッチングし凹部１３を形成する。
【００５９】
・第１工程
（ａ）基板１１準備および絶縁層１００形成工程
薄膜共振子１０に用いられる基板１１は、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度の板状部材で、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ＳｉＯ2（酸化シリコン）およびガラスなどによって形成される。
【００６０】
本実施形態では、これらの中でシリコン基板を用いた例について説明する。
基板１１の一表面１１ａの全面にわたって絶縁層１００を形成する。絶縁層１００は、その厚みが０．１μｍ以上１．２μｍ以下で形成され、ＳｉＯ2などの絶縁膜からなる。
【００６１】
ＳｉＯ2絶縁膜は、シリコン基板１１の表面を加熱処理し、熱酸化させることで形成することができる。ＳｉＯ2絶縁膜の厚みは、加熱処理の処理条件、加熱温度、加熱時間などにより制御することが可能であり、上記のような好適な範囲で設ける。
【００６２】
加熱処理条件の一例としては、加熱温度１０５０℃で、４０〜９０分間の加熱時間により０．３μｍ厚みの酸化絶縁膜を形成することができる。
【００６３】
（ｂ）絶縁層１００パターニング工程
工程（ａ）にて好適な厚みで、基板１１の一表面１１ａの全面にわたって形成した絶縁層１００に対して、パターニングにより開口部１００ａを設ける。この開口部１００ａは、第２工程において基板エッチングするためのエッチング空間に相当し、この開口部１００ａは、後工程で犠牲層によって充填される。
【００６４】
絶縁層１００のパターニングは、半導体製造プロセスにおける酸化絶縁膜の公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。パターニングの一例としては、絶縁層１００上にポジレジストをスピンコートなどにより塗布し、露光、現像してレジストをパターンニングしてマスクを形成する。そののち液温２３℃のＢＨＦ（バッファードフッ酸）に、浸漬し、開口部１００ａを形成する。
【００６５】
上記のように開口部１００ａは、エッチング空間に相当するものであるから、その開口形状および開口寸法は、エッチングにより形成される凹部１３に必要とされる形状および寸法で形成される。凹部１３は、さらに共振子本体１２を音響的に絶縁することで共振部２０を規定するのであるから、凹部１３の形状および寸法は、薄膜共振子１０が必要な共振特性を発揮するために、共振子本体１２の大きさや材質、薄膜共振子１０を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数などによって決定される。
【００６６】
（ｃ）犠牲層形成工程
工程（ｂ）にて設けられた開口部１００ａを埋めるべく、絶縁層１００上に犠牲層１０１を形成する。
【００６７】
犠牲層１０１の材料としては、燐石英ガラス（ＰＳＧ）、ＢＰＳＧ（Boron-Phosphor-
Silicate-Glass：ボロン、燐、シリコン、ガラス）またはスピン・ガラスのような他の形態のガラスを利用できる。他に基板上に堆積できるポリビニール、ポリプロピレン、およびポリスチレンのような樹脂材料がある。これらの犠牲層は、有機除去材あるいはＯ2プラズマエッチングによって除去することができる。
【００６８】
本実施形態では、エッチングの容易さなどからＰＳＧを犠牲層１０１として設ける。ＰＳＧの成膜方法は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの公知の成膜方法によって形成することができる。
【００６９】
犠牲層に必要な膜厚みは、開口部１００ａを埋める程度の厚みであるので、工程（ａ）で形成した絶縁層厚みと同じ厚みとなる。
【００７０】
絶縁層厚み、すなわち形成すべき犠牲層厚みは０．１μｍ以上１．２μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以上０．８μｍ以下とする。
【００７１】
（ｄ）研磨工程
工程（ｃ）で犠牲層１０１を成膜したのち、研磨によって不要な犠牲層１０１を除去する。研磨工程によって、絶縁層１００表面を露出させ、犠牲層１０１が開口部１００ａのみに充填された状態となる。
【００７２】
本工程における研磨は、半導体製造プロセスにおいて利用される研磨技術を利用することができ、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いることが好ましい。
【００７３】
（ｅ）第２電極成膜工程
工程（ｄ）の研磨工程によって露出した絶縁層１００上に全面にわたって第２電極１７となる金属膜１０２を成膜する。
【００７４】
第２電極となる金属膜１０２は、Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，ＴｉおよびＣｕなどの金属材料を用いて形成される。金属膜１０２の成膜方法は、半導体製造プロセスにおいて利用される成膜技術を利用することができ、たとえばスパッタリングおよびＣＶＤなどの薄膜形成プロセスによって成膜することができる。
【００７５】
（ｆ）第２電極パターニング工程
工程（ｅ）において、成膜した金属膜１０２に対して、パターニングにより第２電極１７を設ける。第２電極１７は、共振子本体１２を構成し、後に凹部１３となる犠牲層１０１の充填部分を覆うようにパターニングされる。
【００７６】
金属膜１０２のパターニングは、半導体製造プロセスにおける公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
【００７７】
第２電極１７に切り欠き部３０を設ける場合は、本工程において予め定める大きさと形状の切り欠き部３０を設ける。
【００７８】
（ｇ）圧電体薄膜および第１電極成膜工程
工程（ｆ）において、パターニングして得られた第２電極１７上および絶縁層１００上に、基板全面にわたって、圧電体層１０３および金属膜１０４を順次形成する。
【００７９】
圧電体薄膜１５となる圧電体層１０３は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電体材料から成り、第１電極１６および第２電極１７によって印加される高周波電圧に応じて伸縮し、電気的な信号を機械的な振動に変換する機能を有する。
【００８０】
圧電体薄膜１５となる圧電体層１０３は、半導体製造プロセスにおいて利用される成膜技術を利用することができ、たとえばスパッタリングおよびＣＶＤなどの薄膜形成プロセスによって、第２電極１７の厚み方向の一表面１７ａ上と基板１１の厚み方向の一表面１１ａ上に所定の厚さで形成する。
【００８１】
また、第１電極１６となる金属膜１０４は、金属膜１０２と同じくＷ，Ｍｏ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，ＴｉおよびＣｕなどの金属材料を用いて形成される。金属膜１０４の成膜方法は、半導体製造プロセスにおいて利用される成膜技術を利用することができ、たとえばスパッタリングおよびＣＶＤなどの薄膜形成プロセスによって成膜することができる。
【００８２】
（ｈ）圧電体薄膜および第１電極パターニング工程
工程（ｇ）において、成膜した圧電体層１０３および金属膜１０４に対して、パターニングにより圧電体薄膜１５および第１電極１６を設ける。圧電体薄膜１５および第１電極１６は、共振子本体１２を構成し、第２電極１７上にパターニングされる。
【００８３】
圧電体層１０３および金属膜１０４のパターニングは、半導体製造プロセスにおける公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
【００８４】
圧電体薄膜１５および第１電極１６に切り欠き部３０を設ける場合は、本工程において予め定める大きさと形状の切り欠き部３０を、圧電体薄膜１５および第１電極１６に設ける。
【００８５】
さらに本工程では、共振子本体１２にエッチングホール１４を形成する。エッチングホール１４は、共振子本体１２を積層方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔で、犠牲層１０１上方に犠牲層１０１まで連通するように設けられる。
【００８６】
このエッチングホール１４により、犠牲層１０１の一部表面がエッチングホール１４を介して外部に対して露出した状態となる。後工程である第２工程では、このエッチングホール１４内にエッチング剤を進入させて犠牲層１０１をエッチングにより除去することができる。
【００８７】
エッチングホール１４の形成方法は、半導体製造プロセスにおけるビア形成技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
【００８８】
エッチングホール１４は、たとえば略円柱状をなす貫通孔として形成され、その径は５μｍ〜３０μｍに設定される。またエッチングホール１４は、Ｚ方向から平面視したときの犠牲層１０１の外周部に沿って４〜８個程度形成される。さらにエッチングホール１４は、犠牲層１０１の外周部のうち、少なくとも犠牲層１０１の中心部から最短距離に位置する部分に配置しておくことが好ましく、例えば、切り欠き部３０の最も深くなる底部に設けておくことが好ましい。
【００８９】
以上のような工程（ａ）〜工程（ｈ）によって、薄膜共振子１０の前駆体である共振体形成基板が形成される。
【００９０】
・第２工程
（ｉ）犠牲層エッチング工程
工程（ｈ）で形成されたエッチングホール１４を介して、犠牲層１０１をエッチングで除去することにより、共振子本体１２の第２電極１７と絶縁層１００と基板１１の一表面１１ａで囲まれる、基板エッチングのためのエッチング空間１０５を形成する。エッチング空間１０５は、絶縁層１００に設けられた開口部１００ａに相当する。
【００９１】
エッチング空間１０５は、高さが絶縁層１００の厚みと同一であり、開口部１００ａの開口面積と同じ底面積を有する空洞である。
【００９２】
犠牲層１０１のエッチングは、半導体製造プロセスにおけるエッチング技術を利用することができ、犠牲層の材質に応じたエッチング剤を用いて容易に行うことができる。エッチング剤は、エッチング液またはエッチングガスで、種々のエッチング条件に応じてウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかを選択すればよい。
【００９３】
本実施形態では、犠牲層であるＰＳＧをウェットエッチングにより除去する。エッチング剤としてフッ酸水溶液を用い、温度２３℃の条件でエッチングを行う。
【００９４】
このようにして、犠牲層１０１をエッチングにより除去してエッチング空間１０５を形成し、このエッチング空間１０５に臨むように基板１１の一表面１１ａの一部を露出させる。
【００９５】
・第３工程
（ｊ）基板エッチング工程
工程（ｉ）で形成されたエッチング空間１０５に、エッチングホール１４を介してエッチング剤を進入させ、エッチング空間１５をエッチング剤で満たすようにして、基板１１のエッチング空間１０５に臨む表面から厚み方向（Ｚ方向）にエッチングして凹部１３を形成する。
【００９６】
基板１１のエッチングは、半導体製造プロセスにおけるエッチング技術を利用することができ、基板の材質に応じたエッチング剤を用いて容易に行うことができる。エッチング剤は、エッチング液またはエッチングガスで、種々のエッチング条件に応じてウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかを選択すればよい。
【００９７】
本実施形態では、基板１１をウェットエッチングにより一部除去して凹部１３を形成する。
【００９８】
このようにして凹部１３が形成されることで、薄膜共振子１０が得られる。
次に、上記の薄膜共振子１０を、基板上に複数個配置した本発明にかかるフィルタの一実施形態を説明する。
【００９９】
図７は、本発明の他の実施形態であるフィルタの構成を示す平面図であり、上述の薄膜共振子１０を、基板４３に複数個配置することにより構成されている。
【０１００】
薄膜共振子１０を複数配置するにあたって、共振部２０の平面形状が略矩形状をなすとともに、該共振部２０の少なくとも一つの辺が直線部と切り欠き部３０とで構成されていることから、外方に突出する部分などがなく、薄膜共振子１０同士の間隔を小さくすることができ、高密度配置が可能となる。それぞれの薄膜共振子１０においてスプリアスの発生が抑制されるので、小型でありながらフィルタ特性も向上させることができる。
【０１０１】
図８は、本発明にかかるデュプレクサの一実施形態を示す等価回路図であり、図７に示すような構成を有するフィルタを２個（送信用フィルタ４１，受信用フィルタ４２）基板上に実装することにより構成されている。
【０１０２】
図８に示すようにデュプレクサは、アンテナ共用器、分波器と呼ばれ、１つのアンテナに接続され、分岐回路と、送信用フィルタおよび受信用フィルタとを備える。
【０１０３】
デュプレクサ５０は、入出力ポートとして、アンテナに接続するアンテナポートＰ１と送信器に接続する送信ポートＰ２と、受信器に接続する受信ポートＰ３とを備え、アンテナポートＰ１と送信ポートＰ２との間に、送信用のＴｘフィルタ４１を接続し、アンテナポートＰ１と受信ポートＰ３との間に、受信用のＲｘフィルタ４２を接続して構成される。
【０１０４】
上記のように、送信用のＴｘフィルタ４１、受信用のＲｘフィルタ４２は、薄膜共振子１０を高密度に配置することで小型化が可能であり、これらのフィルタを実装して得られるデュプレクサ５０も小型化可能である。それぞれのフィルタに設けられた薄膜共振子１０においてスプリアスの発生が抑制されるので、小型でありながらデュプレクサ５０の特性も向上させることができる。
【実施例】
【０１０５】
図１に示したように、第２電極１６の全辺に、曲線状の切り欠き部３０を設けた構成について薄膜共振子１０を作製した。
【０１０６】
第１電極１６、第２電極１７は、それぞれ厚み０．３μｍのＭｏからなる金属膜を設けてパターニングした。圧電体薄膜１５は、厚み１．４μｍのＡｌＮからなる圧電層を設けてパターニングした。
【０１０７】
共振部２０は、１辺の長さＬが１００μｍの正方形であり、切り欠き３０の幅は、Ａ＝Ｂ＝５０μｍ、すなわちＡ＋Ｂが辺の長さＬに対して１００％となるようにした。また、切り欠き３０の深さＣ＝１２．５μｍであり、Ｃが辺の長さＬに対して１２．５％となるようにした。
【０１０８】
また、比較例として共振部に切り欠き部３０を設けず正方形状の第１電極を設けた薄膜共振子を作製した。なお、比較例の第１電極の面積が、実施例の第１電極１６と同じになるように第１電極を設けた。
【０１０９】
実施例および比較例の薄膜共振子に対して、共振特性をネットワークアナライザにて測定した。
【０１１０】
測定装置は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製ネットワークアナライザ８７５３Ｄを用いて、高周波プローブを用いポート数１で測定した。
【０１１１】
図９は、実施例および比較例の測定結果を示すグラフである。図９（ａ）は実施例の測定結果を示し、図９（ｂ）は比較例の測定結果を示す。縦軸はインピーダンスを示し、横軸は入力される信号の周波数を示す。入力される信号は電圧信号である。
【０１１２】
測定結果からわかるように、比較例では、反共振点付近でスプリアスによる波形の乱れが見られた。これに対して実施例では、スプリアスは抑制され、滑らかな波形が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の一形態である薄膜共振子１０を示す平面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図３】共振部２０のＺ方向から見た平面形状の例を示す図である。
【図４】共振部２０のＺ方向から見た平面形状の他の例を示す図である。
【図５】共振部２０のＺ方向から見た平面形状について、切り欠き部３０の寸法を説明するための図である。
【図６Ａ】薄膜共振子１０の製造方法を示す工程図である。
【図６Ｂ】薄膜共振子１０の製造方法を示す工程図である。
【図６Ｃ】薄膜共振子１０の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の他の実施形態であるフィルタの構成を示す平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態であるデュプレクサ５０の構成を示す等価回路図である。
【図９】実施例および比較例の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  薄膜共振子
１１  基板
１４  エッチングホール
１５  圧電体薄膜
１６  第１電極
１７  第２電極
２０  共振部
３０  切り欠き部
【図１】
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【図２】
0005184179.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
0005184179.tif 000007
【図６Ｂ】
0005184179.tif 000008
【図６Ｃ】
0005184179.tif 000009
【図７】
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【図８】
0005184179.tif 000011
【図９】
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