(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、
前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有し、
前記各圧電共振器は、
前記基板に周囲を支持された圧電膜と、
前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、
前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極と、
前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、
前記圧電膜上に形成された上部空間を有する
バンドパスフィルタ装置。
【請求項２】
前記各バンドパスフィルタ素子は、複数のバンドパスフィルタ素子群を有し、
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の一つの個々のバンドパスフィルタ素子は複数の圧電共振器を有していて、各圧電共振器の圧電膜は前記基板の主面に対して平行な１次元方向に長さが変えられていることで異なる共振周波数の共振モードを有し、
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の別の一つの個々のバンドパスフィルタ素子は複数の圧電共振器を有していて、各圧電共振器の圧電膜は前記基板の主面に対して平行な２次元方向に長さが変えられていることで異なる共振周波数の共振モードを有する
請求項１記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項３】
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の一つの個々のバンドパスフィルタ素子は複数の圧電共振器を有していて、各圧電共振器の前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた前記圧電膜の幅が異なって形成されていて、
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の別の一つの個々のバンドパスフィルタ素子は複数の圧電共振器を有していて、各圧電共振器の前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた前記圧電膜の面積が異なって形成されている
請求項２記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項４】
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の一つの第１バンドパスフィルタ素子群はＵＨＦ帯に対応する共振モードを有し、
前記複数のバンドパスフィルタ素子群の別の一つの第２バンドパスフィルタ素子群はＶＨＦ帯に対応する共振モードを有する
請求項２記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項５】
前記圧電共振器の圧電膜は、引張応力膜と圧縮応力膜が積層された積層膜からなり、
異なる共振モードの前記各バンドパスフィルタ素子は、それぞれの共振モードに固有の電気機械結合係数の大きい順に、チャンネル周波数の低周波側から高周波側へ、かつチャンネルの比帯域幅の大きい領域から小さい領域へ順次配列されている
請求項１記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項６】
前記各バンドパスフィルタ素子は、受信する側から順次、ラダー型回路とラティス型回路が縦続接続されている
請求項１記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項７】
前記チャンネルの周波数に応じて連続して前記チャンネルの比帯域幅が変動し、
前記チャンネルの周波数が低周波側から高周波側へ変動するに従い、前記ラダー型回路と前記ラティス型回路のシリーズ共振子の反共振周波数とシャント共振子の共振周波数の周波数差が大きくなる
請求項６記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項８】
前記バンドパスフィルタ素子を構成する圧電共振器の共振子容量は、
前記ラティス型回路の圧電共振子のシリーズ容量とシャント容量の比を１に固定し、
前記ラダー型回路のシリーズ容量とシャント容量の比を変動させる
請求項６記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項９】
前記バンドパスフィルタ素子を構成する圧電共振器の共振子は複数のマイクロ共振子の集合体からなる
請求項１記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項１０】
前記マイクロ共振子の数Ｎは、
前記マイクロ共振子の容量をＣo、前記バンドパスフィルタ素子の中心周波数をｆo、前記バンドパスフィルタの整合インピーダンスをＺとして、
Ｎ＝１／（２π×ｆo×Ｃo×Ｚ）である
請求項９記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項１１】
前記Ｎが整数である
請求項１０記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項１２】
前記複数のバンドパスフィルタ素子の周波数帯域が連続して設定されていて、
前記各バンドパスフィルタ素子のうちからチャンネル選択されたバンドパスフィルタ素子に、該バンドパスフィルタ素子の周波数帯域がチャンネルバンド幅の±１／２に相当する周波数域で変動する電圧を印加する電圧印加源を有する
請求項１記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項１３】
前記電圧印加源は、前記第１電極もしくは前記第２電極に接続され、前記圧電膜への電気的な直列電圧により印加電圧を制御する。
請求項１２記載のバンドパスフィルタ装置。
【請求項１４】
基板の主面上に複数の圧電共振器を形成してバンドパスフィルタ素子を形成し、かつ該バンドパスフィルタ素子を複数形成する工程を有し、
前記各圧電共振器を形成する工程は、
前記基板上に第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層の一部分を覆うように第１電極を形成する工程と、
前記第１電極および前記第１犠牲層を覆う圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の一部分を覆うように前記第１電極と前記圧電膜を挟んで重なる部分を有する第２電極を形成する工程とを備え、
前記圧電膜を形成した後もしくは前記第２電極を形成した後に、前記基板と前記圧電膜との間に形成された第１犠牲膜に通じる第１貫通孔を形成する工程と、
前記第１貫通孔を形成した後、前記圧電膜上に前記第２電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層を覆う上部空間形成膜を形成する工程と、
前記上部空間形成膜を形成した後、前記圧電膜と前記上部空間形成膜との間に形成された第２犠牲膜に通じる第２貫通孔を形成する工程と、
前記第１貫通孔を通して前記第１犠牲層を除去するとともに、前記第２貫通孔を通して前記第２犠牲層を除去する工程とを有する
バンドパスフィルタの製造方法。
【請求項１５】
アンテナによって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチと、
前記各スイッチに対応して設けられたバンドパスフィルタ装置を有し、
前記各バンドパスフィルタ装置は、
基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、
前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有し、
前記各圧電共振器は、
前記基板に周囲を支持された圧電膜と、
前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、
前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極と、
前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、
前記圧電膜上に形成された上部空間を有する
テレビジョンチューナ。
【請求項１６】
アンテナによって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチと、
前記各スイッチに対応して設けられたバンドパスフィルタ装置を有するテレビジョンチューナを有し、
前記各バンドパスフィルタ装置は、
基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、
前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有し、
前記各圧電共振器は、
前記基板に周囲を支持された圧電膜と、
前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、
前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極と、
前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、
前記圧電膜上に形成された上部空間を有する
テレビジョン受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタ装置、その製造方法、テレビジョンチューナおよびテレビジョン受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン（以下ＴＶと記す）チャンネルチューナの現状のシステムについて説明する。
高品位地上波ＴＶ受信機のチューナのように、幅広い周波数領域から所望のチャンネル（特に一律のバンド幅の場合、広範囲な周波数帯域で比帯域（％）が大きく変動）を選択する方法として、現在、最も広く利用されているのが、外部の部品のコイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）の可変による周波数選択フィルタ（filter）方式である。
このようにＴＶ受信機やラジオ受信機などのチューナの周波数選択フィルタは、コイルとコンデンサを接続した共振回路で構成されている。
共振回路は、コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）が並列接続された回路であり、その共振周波数は、ｆ＝１／(２π√（ＬＣ）)という式で与えられる。（ただし、Ｌの単位はＨ（ヘンリー）、Ｃの単位はＦ（ファラッド）である）。
特にＴＶ受信機の場合、ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯と幅広い周波数領域においてチャンネルを選択することになる。このため、周波数領域ごとに最適なコイル（インダクタンス）の選択が必要となり、多数の外部コイルを採用することが多い。これは、同一コイルを用いて幅広い周波数領域の全てで共振回路を構成すると、周波数領域ごとにチャネルフィルタの通過帯域幅が大きく変動するためである。
【０００３】
次に、ウエハ上にオンチップフィルタを形成する現在の技術を以下に説明する。
上記の様なコイル、コンデンサ等の外部部品を一切使用せず、優れた特性の実現が有望視されている技術がある。その技術に、半導体製造プロセスによるウエハ上で製造可能な「マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）共振子」もしくは「薄膜圧電共振子」を利用したバンドパスフィルタがあげられる。これらのチップ上に形成された共振子を用いて、現在のチューナのチューナブルシステムに代わりに、全てのチャンネルをチップ上に配列し、スイッチ選択する方式の開発が進んでいる。
【０００４】
例えば、フィルタを構成する異なる周波数を有する圧電共振子群を、複数個積層して所望の共振子群を一体化構成する圧電共振子装置などの概念は既に開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
ただし、共振子を複数積層するため、ウエハ上に一括して形成する技術ではない。そのため、工程数が増加し複雑になるので、製造コストの増加が懸念されるため、実用的ではない。
【０００５】
また、フィルタを構成する共振子に直列電圧を印加して共振周波数を変化させて可変フィルタを実現する技術も開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。
しかしながら、共振周波数の変動幅は極めて限られており（数％程度）、実際のＴＶチャンネルの周波数域（ＶＨＦ帯（１７４〜２４０ＭＨｚ）からＵＨＦ帯（４７０〜８６２ＭＨｚ））の全域に対応できる技術ではない。
【０００６】
また一方で、ウエハ上へ形成する共振子やフィルタについて、数多くの事例が開示されている（非特許文献１乃至１６を参照。）。
【０００７】
次に、現状の技術水準について、以下に説明する。
外部部品（例えば、外付けコイル）を利用したフィルタ方式の問題点は、受信性能の要求からは所望のチャネルのみを選択するフィルタ特性が望まれている。
しかしながら、コイルとコンデンサを接続した共振回路によるフィルタの原理的な周波数選択性の特性には限界があり、隣接チャンネルのノイズ信号の影響により高画質の受信の制約を受けている。
また一方で、前述のごとく、コイルとコンデンサの共振回路によるフィルタ方式では、周波数領域ごとにコイルの値が最適化されていないと、以下のような問題が発生する。例えば、チャンネルフィルタの通過帯域幅が大きく変動するため、多数のコイル部品を使用するようになり、製造コストの低減化に大きな障害となる。
【０００８】
また、現在のウエハ上にオンチップフィルタを形成する技術では、優れた選択性を備えたテレビジョンチャンネルフィルタを実現するフィルタ特性の水準が実現できていない。
【０００９】
優れたテレビジョンチャンネルフィルタを経済合理的にウエハオンチップで実現するためには、周波数の異なる多数の共振子を一括して同時形成する必要がある。例えば、６０チャンネル分であれば少なくとも１２０種類の周波数の異なる共振子が必要となる。
このため、横方向の共振モード（マスクの寸法で共振周波数を設計する方式で、代表的に面積振動／すべり振動／伸び振動）を採用することが極めて実用的であることは明らかである（図２９参照）。
【００１０】
しかしながら、現在、横共振モードは、最も開発の進んでいる共振子であっても横電気機械結合係数（k^2）は１％以上が実現できていない。
圧電材料を採用しないＭＥＭＳ共振子では、電気機械結合係数（k^2）は０．５％程度が限界とされている。
またそれらの横方向の共振モードによるフィルタで比帯域幅１．７０％も達成できていない（例えば、非特許文献１乃至１６を参照。）。
【００１１】
以下に、従来の技術だけでは実現できない技術的な問題点を説明する。
ＴＶチャンネル向けのフィルタを半導体製造プロセスによって、ウエハ上の圧電共振子により形成するバンドパスフィルタで実現するためには、下記の問題点が存在する。
幅広い周波数領域（ＶＨＦ帯〜ＵＨＦ帯）へ対応することができていない。および、一定のバンド幅固定のチャンネル選択ができるバンドパスフィルタでは、周波数領域の変動とともに変化する広い比帯域の全域を対象とする共振子素子を、ウエハ上の１チップに一括同時形成するような実用的な方法が提案されず実現できていない。
【００１２】
例えば、表１に示すように、一定のバンド幅として、例えば、６ＭＨｚ、７ＭＨｚ、８ＭＨｚに固定してチャンネル選択ができるバンドパスフィルタが求められている。
このバンドパスフィルタでは、周波数領域の変動とともに変化する比帯域幅（％）は、例えば全世界の地上波デジタル放送では、１１．１％〜０．７４％である。それらの幅広い比帯域の全域対象を実現するには、共振子素子の電気機械結合係数が９．０９％〜０．６０％が必要である。
しかしながら、そのような共振子素子をウエハ上の１チップに一括同時形成するような実用的な方法は実現できていない。ただし、特定の比帯域幅のみを実現することは可能となっている。
【００１３】
【表１】
0005136134.tif 000002
【００１４】
ＵＨＦ帯、ＶＨＦ高域帯（以下、ＶＨＦ−Ｈという）、ＶＨＦ低域帯（以下、ＶＨＦ−Ｌという）の各周波数領域において、電気機械結合係数の異なる共振モードを選択しフィルタ設計する。その上で、それぞれの周波数領域（ＵＨＦ、ＶＨＦ−Ｈ、ＶＨＦ−Ｌ）内で、連続した周波数チャンネル（Channel）が周波数に沿って順次配列されていて、それらの連続した比帯域幅の変動に対応したフィルタを実現する設計ができていない。
一般にこれまでの多くのウエハ上に形成される共振子による電気的な結合によるフィルタ構成では、フィルタを構成している１共振素子を１振動子で全て構成している。これは振動子の設計が共振素子の設計と一致するため、極めてフィルタ設計が簡素化でき、かつ容易であるためである。しかしながら、一方で、インピーダンスの整合（５０Ω〜１５０Ω）が極めて困難な問題を抱えており、その結果としてフィルタの通過領域の大きな損失を招いている。
【００１５】
バンドパスフィルタによって、全チャンネルをウエハチップ上に配列してテレビジョンチャンネル等を実現する場合、製造プロセス上の共振子精度のばらつきにより、歩留まり低下しやすくなる。また、世界中のデジタルテレビジョン放送向けに対応するためには、国別の仕様に共振素子を作り分ける必要があるために、製造コストがかさみ、製造が煩雑となる。
【００１６】
また、一般のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスと同様に、中空構造を有するため、パッケージを形成するためのコストの増大を招いている。
【００１７】
【特許文献１】特開昭５５−５０７２０号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８９５５号公報
【非特許文献１】“Single-Chip Multiple-Frequency ALN MEMS Filters Based on Contour-Mode Piezoelectric Resonators”  2007／4／Microelectromechanical Systems, Journal of Volume 16,  Issue 2, p319−p328  ２００７年４月
【非特許文献２】“Piezoelectric Aluminum Nitride Vibrating Contour-Mode MEMS Resonators”  2006／12／Microelectromechanical Systems, Journal of Volume 15,  Issue 6, p1406−p1418  ２００６年１２月
【非特許文献３】“Aluminum Nitride Contour-Mode Vibrating RF MEMS”  2006／6／Microwave Symposium Digest, 2006. IEEE MTT-S International p664−p667  ２００６年６月
【非特許文献４】“Behavioral Modeling of RF-MEMS Disk Resonator”  2006／12／MEMS, NANO and Smart Systems, The 2006 International Conference on Dec. 2006  p23−p26  ２００６年１２月
【非特許文献５】“Mechanically Coupled Contour Mode Piezoelectric Aluminum Nitride MEMS Filters”  2006／1／Micro Electro Mechanical Systems, 2006. MEMS 2006 Istanbul. 19th IEEE International Conference on 2006  p906−p909  ２００６年
【非特許文献６】“One and Two Port Piezoelectric Contour-Mode MEMS Resonators for Frequency Synthesis”  2006／9／Solid-State Device Research Conference, 2006. ESSDERC 2006. Proceeding of the 36th European  p182−p185  ２００６年９月
【非特許文献７】“AlN Contour-Mode Vibrating RF MEMS for Next Generation Wireless Communications”  2006／9／Solid-State Circuits Conference, 2006. ESSCIRC 2006. Proceedings of the 32nd European  p62−p65  ２００６年９月
【非特許文献８】“PS-4 GHZ Contour Extensional Mode Aluminum Nitride MEMS Resonators”  2006／10／Ultrasonics Symposium, 2006. IEEE  p24011−p2404  ２００６年１０月
【非特許文献９】“AlN Contour-Mode Vibrating RF MEMS for Next Generation Wireless Communications”  2006／9／Solid-State Device Research Conference, 2006. ESSDERC 2006. Proceeding of the 36th European  p61−p64  ２００６年９月
【非特許文献１０】“High-Q UHF micromechanical radial-contour mode disk resonators”  2005／12／Microelectromechanical Systems, Journal of Volume 14,  Issue 6,  Dec. 2005  p1298−p1310  ２００５年１２月
【非特許文献１１】“Low motional resistance ring-shaped contour-mode aluminum nitride piezoelectric micromechanical resonators for UHF applications”  2005／1／Micro Electro Mechanical Systems, 2005. MEMS 2005. 18th IEEE International Conference on 30 Jan.-3 Feb. 2005  p20−p23  ２００５年
【非特許文献１２】“Finite Element-Based Analysis of Single-Crystal Si Contour-Mode Electromechanical RF Resonators”  2004／8／MEMS, NANO and Smart Systems, 2004. ICMENS 2004. Proceedings. 2004 International Conference on 25-27 Aug. 2004  p461−p465  ２００４年
【非特許文献１３】“Finite element-based analysis of single-crystal si contour-mode electromechanical RF resonators”  2004／8／MEMS, NANO and Smart Systems, 2004. ICMENS 2004. Proceedings. 2004 International Conference on 25-27  p414−p418  ２００４年８月
【非特許文献１４】“Stemless wine-glass-mode disk micromechanical resonators”  2003／1／Micro Electro Mechanical Systems, 2003. MEMS-03 Kyoto. IEEE The Sixteenth Annual International Conference on 19-23 Jan. 2003  p698−p701  ２００３年１月
【非特許文献１５】“1.14-GHz self-aligned vibrating micromechanical disk resonator”  2003／6／Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, 2003 IEEE  p335−p338  ２００３年６月
【非特許文献１６】“A sub-micron capacitive gap process for multiple-metal-electrode lateral micromechanical resonators”  2001／1／Micro Electro Mechanical Systems, 2001. MEMS 2001. The 14th IEEE International Conference on 21-25 Jan 2001  p349−p352  ２００１年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
解決しようとする問題点は、ＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との両方にまたがるような広い周波数帯域に対応できるバンドパスフィルタを同一基板上に形成することが困難な点である。
【００１９】
本発明は、ＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との両方にまたがるような広い周波数帯域に対応できるバンドパスフィルタを同一基板上に形成することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のバンドパスフィルタ装置は、基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有する。前記各圧電共振器は、前記基板に周囲を支持された圧電膜と、前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極とを有する。さらに、前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、前記圧電膜上に形成された上部空間を有する。
【００２１】
本発明のバンドパスフィルタ装置は、各バンドパスフィルタ素子に上記圧電膜構造が採用される。すなわち、第１電極および第２電圧で挟まれた圧電膜の１次元方向に長さ（長さの共振モード）もしくは２次元方向に長さ（面積共振モード）を変えることで、所望の周波数帯を通過させるバンドパスフィルタ素子を構成する圧電共振器になる。また、各バンドパスフィルタ素子は、それぞれが周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応している。このことから、テレビジョンの周波数帯、例えばＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との両方に合わせた複数のバンドパスフィルタ素子を同一基板上に設けることが可能になる。
【００２２】
本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法は、基板の主面上に複数の圧電共振器を形成してバンドパスフィルタ素子を形成し、かつ該バンドパスフィルタ素子を複数形成する工程を有する。前記各圧電共振器を形成する工程は、前記基板上に第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層の一部分を覆うように第１電極を形成する工程と、前記第１電極および前記第１犠牲層を覆う圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の一部分を覆うように前記第１電極と前記圧電膜を挟んで重なる部分を有する第２電極を形成する工程とを備えている。また、前記圧電膜を形成した後もしくは前記第２電極を形成した後に、前記基板と前記圧電膜との間に形成された第１犠牲膜に通じる第１貫通孔を形成する工程を有する。そして前記第１貫通孔を形成した後、前記圧電膜上に前記第２電極を覆う第２犠牲層を形成する工程と、前記第２犠牲層を覆う上部空間形成膜を形成する工程とを有する。さらに、前記上部空間形成膜を形成した後、前記圧電膜と前記上部空間形成膜との間に形成された第２犠牲膜に通じる第２貫通孔を形成する工程と、前記第１貫通孔を通して前記第１犠牲層を除去するとともに、前記第２貫通孔を通して前記第２犠牲層を除去する工程とを有する。
【００２３】
本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法は、各バンドパスフィルタ素子に上記圧電膜構造を形成することで、第１電極および第２電極で挟まれた圧電膜の１次元方向に長さ（長さの共振モード）もしくは２次元方向に長さ（面積共振モード）を変えられる。このため、所望の周波数帯を通過させるバンドパスフィルタ素子を構成する圧電共振器が形成される。また、各バンドパスフィルタ素子は、それぞれが周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応できる。このことから、テレビジョンの周波数帯、例えばＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との両方に合わせた複数のバンドパスフィルタ素子を同一基板上に設けることが可能になる。
【００２４】
本発明のテレビジョンチューナは、アンテナによって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチと、前記各スイッチに対応して設けられたバンドパスフィルタ装置を有する。前記各バンドパスフィルタ装置は、基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有する。前記各圧電共振器は、前記基板に周囲を支持された圧電膜と、前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極とを有する。さらに、前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、前記圧電膜上に形成された上部空間を有する。
【００２５】
本発明のテレビジョンチューナは、本発明のバンドパスフィルタ装置を有することから、従来のＬＣ回路により構成されていた外付けのバンドパスフィルタ装置と比較して、一つの基板に広い周波数帯域のバンドパスフィルタ装置が形成されたものとなる。
【００２６】
本発明のテレビジョン受信機は、アンテナによって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチと、前記各スイッチに対応して設けられたバンドパスフィルタ装置を有するテレビジョンチューナを有する。前記各バンドパスフィルタ装置は、基板の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子を有し、前記各バンドパスフィルタ素子のそれぞれが、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応し、かつ複数の圧電共振器を有する。前記各圧電共振器は、前記基板に周囲を支持された圧電膜と、前記圧電膜の下面に形成された第１電極と、前記圧電膜の上面に形成され、前記圧電膜を挟んで前記第１電極の少なくとも一部とオーバラップする状態に形成された第２電極とを有する。さらに、前記基板と前記圧電膜との間に形成された下部空間と、前記圧電膜上に形成された上部空間を有する。
【００２７】
本発明のテレビジョン受信機は、本発明のテレビジョンチューナを有することから、従来のＬＣ回路により構成されていた外付けのバンドパスフィルタ装置を有するテレビジョンチューナと比較して、一つの基板に広い周波数帯域のバンドパスフィルタ装置が形成されたものとなる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバンドパスフィルタ装置は、いわゆる１チップで広い周波数帯域と比帯域（％）に対応できる。例えばＶＨＦ帯からＵＨＦ帯まで対応できる。このため、従来のコイルとコンデンサによる共振回路によるフィルタ特性に比べ、１チャンネルの通過帯外の隣接チャネルを含む素子周波数領域を極めて急峻に減衰できる優れたフィルタ特性を実現できる。よって、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となるという利点がある。
【００２９】
本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法は、いわゆる１チップで広い周波数帯域と比帯域（％）に対応できるバンドパスフィルタ装置を形成することができる。例えばＶＨＦ帯からＵＨＦ帯まで対応できる。このため、従来のコイルとコンデンサによる共振回路によるフィルタ特性に比べ、１チャンネルの通過帯外の隣接チャネルを含む素子周波数領域を極めて急峻に減衰できる優れたフィルタ特性を実現できる。よって、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となるという利点がある。
【００３０】
本発明のテレビジョンチューナは、本発明のバンドパスフィルタ装置を用いているため、極めて広い周波数領域において、急峻な減衰ができる優れたフィルタ特性を実現できる。また、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となるという利点がある。
【００３１】
本発明のテレビジョン受信機は、本発明のテレビジョンチューナを用いているため、極めて広い周波数領域において、急峻な減衰ができる優れたフィルタ特性を実現できる。また、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のバンドパスフィルタ装置に係る一実施の形態を、図１の模式的な平面レイアウト図によって説明する。
【００３３】
図１に示すように、バンドパスフィルタ装置１０は、基板１１の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子２０を有している。各バンドパスフィルタ素子２０のそれぞれは、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応している。そして各バンドパスフィルタ素子２０は、例えば複数の圧電共振器２１〜２６で構成されている。図面に示した一例は、例えば、６０チャンネル分のバンドパスフィルタ素子２０を設けたものである。図面では、その一部を示している。
【００３４】
次に、上記バンドパスフィルタ素子２０について、その構成を図２の回路図、図３の模式的な斜視図および図４の模式的な断面図によって説明する。
【００３５】
図２および図３に示すように、バンドパスフィルタ素子２０は、圧電共振器２１〜２３を有するラダー回路（１×１）と圧電共振器２４〜２６を有するラティス回路（２×２）の基本回路構成を有する。
【００３６】
上記バンドパスフィルタ素子２０に用いられる圧電共振器２１〜２６を図４および図５によって説明する。図４および図５では、代表して圧電共振器２１を示す。その他の圧電共振器２２〜２６も圧電共振器２１と基本的には同一構成である。なお、図５は、圧電膜とその上下に設けられた電極を主に示す図面である。
【００３７】
図４および図５に示すように、圧電共振器２１は、基板１１０上に下部空間１２１を形成するように圧電膜１１１が形成されている。この圧電膜１１１は、例えば窒化アルミニウム膜で形成されている。
また、この圧電膜１１１の下面に接する第１電極１１２と、圧電膜１１１の上面に接し、上記第１電極１１２と重なる部分を有する第２電極１１３とを有している。上記第１電極１１２、第２電極１１３は、例えばモリブデン膜で形成されている。
上記圧電膜１１１は、複数に分割されていてもよい。各分割された圧電膜１１１の部分が、それぞれマイクロ共振子２７となる。
これらの第１電極１１２および第２電極１１３を含む上記圧電膜１１１の傾斜面を有する領域には上記下部空間１２１に通じる第１貫通孔１１４が形成されている。また上記圧電膜１１１の上面側傾斜面には、上部空間１２２を形成するもので、上部空間１２２に通じる第２貫通孔１１６が形成された上部空間形成膜１１５が形成されている。
さらに、上記第１貫通孔１１４を塞ぐように第１封止層１１７が形成され、上記第２貫通孔１１６を塞ぐように第２封止層１１８が形成されている。この第１封止層１１７は、その一部が上記第１貫通孔１１４を通じて下地の基板１１０に接触するように形成されている。また、この第２封止層１１８は、その一部が上記第２貫通孔１１６を通じて下地の圧電膜１１１に接触するように形成されている。
【００３８】
上記上部空間形成膜１１５上には層間絶縁膜１３１、平坦化膜１３２等が形成され、第１電極１１２、第２電極１１３に接続するコンタクト部１３３、１３４が形成されている。このコンタクト部１３３、１３４に接続する配線１３５、１３６が形成され、また別の配線１３７等が形成されている。
さらに上記配線１３５〜１３７を被覆する絶縁膜１３８、１３９が形成されている。この絶縁膜１３８、１３９には、上記コンタクト１３３、１３４に接続する配線１３５、１３６に通じる接続孔１４０、１４１が形成されている。
【００３９】
上記マイクロ共振子２７の１次元方向の長さをかえることで、共振モードを変化させることができる。例えば図面の矢印方向に、例えば個々のマイクロ共振子の長さを変えることで、圧電共振器２１（２２〜２６）の共振モードを変化させることができる。
【００４０】
また、図６に示すように、上記マイクロ共振子２７の２次元方向の長さを変えることで、共振モードを変化させることができる。例えば図面の矢印方向に、例えば個々のマイクロ共振子２７の長さを変えることで、圧電共振器２１（２２〜２６）の共振モードを変化させることができる。
【００４１】
上記バンドパスフィルタ装置１０を用いることで、現在のテレビジョンの全チャンネルに対応したそれぞれ異なった共振周波数を有する薄膜で形成される圧電共振器からなる多数のバンドパスフィルタを提供することができる。
【００４２】
次に、日本国内の地上波デジタル放送向けのテレビジョンチャンネルフィルタを例に具体的な実施例を説明する。
【００４３】
例えば、４７６ＭＨｚを中心周波数にもち、かつ、チャンネルバンド幅が６ＭＨｚを構成する具体的バンドパスフィルタ素子２０の回路例およびその回路を構成するマイクロ共振子の設計値を、図７、図８によって説明する。
【００４４】
図７に示すように、圧電共振器２１〜２６は３種の容量Ｃｘ，Ｃｙ、Ｃｏを有する。この場合、例えば、圧電共振器２１はＣｘ，圧電共振器２４はＣｙ，圧電共振器２２、２３、２５、２６はＣｏの容量を有する。例えば、Ｃｘ＝９．５４ｐｆ、Ｃｙ＝４．７７ｐｆ、Ｃｏ＝６．７５ｐｆとする。この３種の容量は、共振子の１次元方向長さを調整することでかえることができる。
【００４５】
また図８に示すように、圧電共振器２１〜２６は２種の共振周波数ｆｒＸ，ｆｒＹを有する。この場合、例えば、圧電共振器２１、２２、２３はｆｒＸ、圧電共振器２４、２５、２６はｆｒＹの共振周波数を有する容量に形成されている。例えば、ｆｒＸは、ｆｒ＝４７１．８０ＭＨｚ、ｆａ＝４７４．８０ＭＨｚ、ｆｒＹは、ｆｒ＝４７７．３０ＭＨｚ、ｆａ＝４８０．４ＭＨｚとなる容量に形成されている。この２種の共振周波数は、共振子の１次元方向の長さ（矢印方向の長さ）を調整することで変えることができる。
例えば、圧電共振器２１、２２、２３は共振モードの長さが例えばｆｒ＝４７７．３０ＭＨｚで、窒化アルミニウムからなる圧電膜長Ｌ＝８．７３６μｍ、容量面積（＝マイクロ共振子２７の総面積）ＳＣ＝８９７７２．９μｍ2、窒化アルミニウムからなる圧電膜１１１の厚さｔａ＝１０００ｎｍ、圧電膜上部のモリブデンからなる第１電極１１２の膜厚ｔ１＝３３４ｎｍ、圧電膜下部のモリブデンからなる第２電極１１３の膜厚ｔ２＝３３４ｎｍのように設計される。
また、圧電共振器２４、２５、２６は共振モードの長さが例えばｆｒ＝４７１．８ＭＨｚで、窒化アルミニウムからなる圧電膜長Ｌ＝８．８６４μｍ、容量面積（＝マイクロ共振子２７の総面積）ＳＣ＝１２６９５８．１μｍ2、窒化アルミニウムからなる圧電膜の厚さｔa＝１０００ｎｍ、圧電膜上部のモリブデンからなる第１電極１１２の膜厚ｔ１＝３３４ｎｍ、圧電膜下部のモリブデンからなる第２電極１１３の膜厚ｔ２＝３３４ｎｍのように設計される。
【００４６】
上記構成のバンドパスフィルタ素子２０は、チャンネルの周波数が低周波側から高周波側へ変動するに従い、上記ラダー型回路と上記ラティス型回路の圧電共振器２１〜２３のシリーズ共振子の反共振周波数と、圧電共振器２１〜２３のシャント共振子の共振周波数の周波数差が大きくなる。
【００４７】
そして、上記バンドパスフィルタ素子２０を構成する圧電共振器２１〜２６の共振子容量は、例えば上記ラティス型回路の圧電共振子のシリーズ容量とシャント容量の比を１に固定し、上記ラダー型回路のシリーズ容量とシャント容量の比を変動させることで、共振周波数を変更することができる。
【００４８】
上記圧電共振器２１〜２６は、図９〜図１１に示すような共振子特性を有する。
図９はフィルタを構成する長さモードの共振子の共振特性を示し、それらにより回路構成されたフィルタ帯域通過特性を図１０に示し、さらに図１１に隣接チャンネル（Channel）の減衰特性を示す。また図１０、図１１に示すように、隣接した周波数の周波数特性は、さらに広域の周波数であっても、同様な周波数特性を示す。すなわち、バンド幅だけずらした状態で同様な波形を得る。
上記周波数特性は、中心周波数ｆｏ＝４７６ＭＨｚ，バンド幅＝６ＭＨｚ、リップル＝１．６ｄＢ、挿入損＝５．２ｄＢ、隣接チャンネルの減衰量（各チャンネルの中央位置）＝２０ｄＢ、ｆｏ＝±１００ＭＨｚ減衰＞６０ｄＢとして求めている。
【００４９】
次に、共振モードを共振子の面積で変化させる構成について、図１２〜図１４によって説明する。
【００５０】
図１２に示すように、バンドパスフィルタ素子２０は、圧電共振器２１〜２３を有するラダー回路（１×１）と圧電共振器２４〜２６を有するラティス回路（２×２）の基本回路構成を有する。
上記マイクロ共振子２７の２次元方向の長さを変えることで、共振モードを変化させることができる。例えば図面の矢印方向に、例えば所定のマイクロ共振子２７の面積を変えることで、圧電共振器２１（２２〜２６）の共振モードを変化させることができる。
【００５１】
上記バンドパスフィルタ素子２０を用いることでも、前記バンドパスフィルタ装置１０を構成することができる。このバンドパスフィルタ装置を用いることで、現在のテレビジョンの全チャンネルに対応したそれぞれ異なった共振周波数を有する薄膜で形成される圧電共振器からなる多数のバンドパスフィルタを提供することができる。
【００５２】
次に、上記バンドパスフィルタ素子２０を用いた場合の日本国内の地上波デジタル放送向けのテレビジョンチャンネルフィルタについて、具体的な実施例を説明する。
【００５３】
例えば、４７６ＭＨｚを中心周波数にもち、かつ、チャンネルバンド幅が６ＭＨｚを構成する具体的バンドパスフィルタ素子２０の回路例およびその回路を構成する共振子の設計値を図１３および図１４によって説明する。
【００５４】
図１３および図１４に示すように、圧電共振器２１〜２６は２種のマイクロ共振子総面積ＳＣ１、ＳＣ２を有する。この場合、例えば、圧電共振器２１、２２、２３はマイクロ共振子総面積ＳＣ１、圧電共振器２４、２５、２６はマイクロ共振子総面積ＳＣ２を有する。例えば、マイクロ共振子総面積ＳＣ１＝２３９９７０．９μｍ2、マイクロ共振子総面積ＳＣ２＝５５８３０３．３μｍ2に形成されている。この２種のマイクロ共振子総面積は、マイクロ共振子の２次元方向の長さ（矢印方向の長さ）を調整することで変えることができる。
例えば、圧電共振器２１、２２、２３は、マイクロ共振子２７の窒化アルミニウムからなる圧電膜長Ｌ＝２７３１５ｎｍ、容量面積（＝マイクロ共振子２７の総面積）ＳＣ１＝２３９９７０．９μｍ2、窒化アルミニウムからなる圧電膜１１１の厚さｔａ＝１０００ｎｍ、圧電膜上部のモリブデンからなる第１電極１１２の膜厚ｔ１＝３３４ｎｍ、圧電膜下部のモリブデンからなる第２電極１１３の膜厚ｔ２＝３３４ｎｍのように設計される。
また、圧電共振器２４、２５、２６は、マイクロ共振子２７の窒化アルミニウムからなる圧電膜長Ｌ＝２８３５０ｎｍ、容量面積（＝マイクロ共振子２７の総面積）ＳＣ２＝５５８３０３．３μｍ2、窒化アルミニウムからなる圧電膜１１１の厚さｔａ＝１０００ｎｍ、圧電膜上部のモリブデンからなる第１電極１１２の膜厚ｔ１＝３３４ｎｍ、圧電膜下部のモリブデンからなる第２電極１１３の膜厚ｔ２＝３３４ｎｍのように設計される。
【００５５】
上記圧電共振器２１〜２６は、図１５〜図１７に示すような共振子特性を有する。
図１５はフィルタを構成する面積モードの共振子の共振特性を示し、それらにより回路構成されたフィルタ帯域通過特性を図１６に示し、さらに図１７に隣接チャンネル（Channel）の減衰特性を示す。また図１６、図１７に示すように、隣接した周波数の周波数特性は、さらに広域の周波数であっても、同様な周波数特性を示す。すなわち、バンド幅だけずらした状態で同様な波形を得る。
上記周波数特性は、中心周波数ｆｏ＝１７４ＭＨｚ，バンド幅＝７ＭＨｚ、リップル＝１．６ｄＢ、挿入損＝５．０ｄＢ、隣接チャンネルの減衰量（各チャンネルの中央位置）＝１８ｄＢ、ｆｏ＝±１００ＭＨｚ減衰＞６０ｄＢとして求めている。
【００５６】
次に、本発明のバンドパスフィルタ装置の適用例の一例を、図１８の模式的な平面レイアウト図によって説明する。図１８はＶＨＦ帯とＵＨＦ帯に適用した一例を示した斜視図である。
【００５７】
図１８に示すように、バンドパスフィルタ装置１０は、基板１１の主面上に複数のバンドパスフィルタ素子２０を有している。各バンドパスフィルタ素子２０のそれぞれは、周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応している。そして各バンドパスフィルタ素子２０は、例えば複数の圧電共振器２１〜２６で構成されている。図面に示した一例は、例えば、６０チャンネル分のバンドパスフィルタ素子２０を設けたものである。図面では、その一部を示している。上記バンドパスフィルタ素子２０は、上記説明したものと同様なものを用いることができる。
【００５８】
上記バンドパスフィルタ装置１０では、複数のバンドパスフィルタ素子２０で構成される第１バンドパスフィルタ素子群２０−１はＶＨＦ帯に対応する共振モードを有する。
複数のバンドパスフィルタ素子２０で構成される第２バンドパスフィルタ素子群２０−２はＵＨＦ帯に対応する共振モードを有する。
【００５９】
例えば、日本国内の地上波デジタル放送向けのＵＨＦ帯の高周波側のチャンネルフィルタの通過特性は、例えば図１９、図２０に示したようになる。
また、欧州の地上波デジタル放送向けのＵＨＦ帯の低周波帯のチャンネルフィルタの通過特性は、例えば図２１、図２２に示したようになる。また高周波側のチャンネルフィルタの通過特性は、例えば前記図１９、図２０に示したようになる。
【００６０】
上記説明した圧電共振器２１〜２６の圧電膜１１１は、引張応力膜と圧縮応力膜が積層された積層膜で形成されていることが好ましい。そして、異なる共振モードの各バンドパスフィルタ素子２０は、それぞれの共振モードに固有の電気機械結合係数（ｋ）の大きい順に、チャンネル周波数の低周波側から高周波側へ、かつチャンネルの比帯域幅の大きい領域から小さい領域へ順次配列されている。この配列は、前記図１に示したバンドパスフィルタ素子２０の配列に適用することができる。
上記のような相反ストレス圧電膜構造（同一膜構造において圧縮応力膜と引張応力膜を相互に積層し膜全体として双方の応力を均衡させる構造）により、現在のところ不可能な横方向電気機械結合係数（keff）を実現することが可能になる。
【００６１】
また、前記図５、図６等によって説明したように、圧電膜１１１は、複数に分割されていてもよい。すなわち複数のマイクロ共振子２７が形成されていてもよい。
上記マイクロ共振子２７の数Ｎは、マイクロ共振子２７の容量をＣo、バンドパスフィルタ素子の中心周波数をｆo、バンドパスフィルタの整合インピーダンスをＺとして、Ｎ＝１／（２π×ｆo×Ｃo×Ｚ）である。上記Ｎが整数である。
【００６２】
例えば、全て小数点以下に相当する容量領域の共振子においては共振周波数が目的の周波数より変動するため（寸法により共振周波数が規定されるため）、その変動を抑制するためにＮが整数であることが好ましい。
前記Ｎが小数点以下を有する数の場合、小数点以下に相当する容量領域の共振子の振動を変化させてＮを整数にする。例えば、圧電共振器が長さ振動をする場合は、圧電共振器の共振子の長さを短くして振動を抑制する構造にする。圧電共振器が面積振動をする場合は、圧電共振器の共振子の面積を小さくする。例えば、圧電共振器の共振子の周部にスリットを形成することにより、共振子の外周を分離し、その分離した外周部分によって振動を抑制する。
【００６３】
これにより、共振子の容量とフィルタのインピーダンス整合を独立して設定することがフィルタの整合が容易に実現できる。長さ共振モード、面積共振モードからなるマイクロ共振子２７を高密度に、並列電気接続し、１素子をマルチ共振子で実現することができる。
【００６４】
上記バンドパスフィルタ装置１０の複数のバンドパスフィルタ素子２０は、その周波数帯域が連続して設定されていて、各バンドパスフィルタ素子２０のうちからチャンネル選択されたバンドパスフィルタ素子に、該バンドパスフィルタ素子の周波数帯域がチャンネルバンド幅の±１／２に相当する周波数域で変動する電圧を印加する電圧印加源を有する。
このように、チャンネルバンドフィルタをスイッチで切り替え、さらに、チャンネルバンド幅の１／２に相当する周波数域を電圧で変動させることで、連続して並ぶバンドパスフィルタ素子２０のいずれかで所望のチャンネルが選択される。
【００６５】
上記電圧印加源は、上記第１電極１１２もしくは上記第２電極１１３に接続され、圧電膜１１１への電気的な直列電圧により印加電圧を制御するものである。
【００６６】
上記バンドパスフィルタ装置１０によれば、例えばＶＨＦ〜ＵＨＦ帯まで広い周波数領域と比帯域（％）に対応できる。また、１チップフィルタの実現が可能となり、従来まで必要であった多数の外部部品（コイルとコンデンサ）を削減することが可能になる。
また、従来のコイルとコンデンサによる共振回路によるフィルタ特性にくらべ、薄膜圧電共振子によるフィルタ構成によって、１チャンネルの通過帯外の隣接チャネルを含む素子周波数領域を極めて急峻に減衰できる優れたフィルタ特性を実現でき、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となる。
さらに、従来から提案されている、ウエハ上に配列されたフィルタ群を単にスイッチで選択するだけのシステムでなく、周波数軸に連続して配列したチャネルフィルタ構成において、そのフィルタを構成する薄膜圧電共振子に直流電圧制御による共振周波数の変動をチャネルバンドの±１／２変化させることで、特定のチャネル周波数向けに製造されたチップが、スイッチと電圧制御を組み合わせることで、全世界の全てのチャネル周波数を選択可能となり、国別の煩雑な個別の設計が不要となり低コストの実現可能となる。
【００６７】
次に、本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法に係る一実施の形態を、図２３〜図２６の模式的な断面図によって説明する。
【００６８】
バンドパスフィルタ装置は、圧電共振器の集合体であるバンドパスフィルタ素子からなるので、ここでは圧電共振器の製造方法について説明する。
【００６９】
図２３（１）に示すように、絶縁性シリコンやガラスなどを使用した絶縁性の基板１１０を用意する。この基板１１０は、例えば、抵抗率σが１０００Ωｃｍ以上の厚さが６００μｍのシリコン（Ｓｉ）基板である。この基板１１０上に第１犠牲層１５１を形成する。この第１犠牲層１５１は、例えば、リン（Ｐ）をドーピングした非晶質シリコンを、例えば６００ｎｍ〜１２００ｎｍを堆積して形成する。この成膜には、例えば化学的気相成長方を用いることができる。その後、リソグラフィ技術および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術によって、パターニングして、第１犠牲膜１５１を形成した。この際のエッチングでは、エッチングガスにテトラフルオロメタン（ＣＦ4）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、酸素（Ｏ2）を用い、搬送ガスにアルゴン（Ａｒ）を用いた。エッチング雰囲気の圧力は例えば１０Ｐａに設定し、プラズマ発生供給電力を例えば１５００Ｗに設定した。
【００７０】
次に、第１電極１１２を形成した後、圧電膜１１１を形成し、さらに圧電膜１１１上に第２電極１１３を形成する。第２電極１１３は第１電極１１２に対して圧電膜１１１を挟んで少なくとも一部がオーバラップするように形成される。
【００７１】
次に、図２３（２）に示すように、圧電膜１１１の一部には、第１犠牲層１５１を選択エッチングにより除去するための、第１犠牲層１５１に通じる第１貫通孔１１４を形成する。
【００７２】
次に、図２３（３）に示すように、上記第１貫通孔１１４を通じて、上記第１犠牲層１５１〔前記図２３（２）参照〕のみを選択的に除去する。このエッチングでは、例えばウエットエッチングを用いる。そのエッチャントには、例えば１０％ｗｔフッ酸溶液（液温＝３０℃）を用いる。なおドライエッチングで行う場合には、フッ化水素ガスをエッチングガスに用いる。このエッチングの結果、圧電膜１１１と基板１１０との間に下部空間１２１が形成された。
【００７３】
次に、図２３（４）に示すように、まず、圧電膜１１１、第１電極１１２、第２電極１１３とで構成される共振子もしくはその共振子から構成されている回路（図示せず）による共振周波数もしくは周波数フィルタを計測し、その計測した共振周波数もしくは周波数フィルタを調整する。この周波数調整は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）もしくはイオンビーム法などにより上記圧電膜１１１の照射処理をすることで行う。このように、周波数調整がプロセス中に行えることから、歩留りの向上、信頼性の向上が図れる。
【００７４】
次に、図２４（５）に示すように、上記第２電極１１３を含む圧電膜１１１上に、上記第１貫通孔１１４を通じて基板１１０表面に達するように、第１封止層１１７を形成する。この第１封止層１１７は、例えば純アルミニウム金属もしくはアルミニウムを主成分とする化合物で形成する。アルミニウム化合物としては、例えばＡｌ-３％Ｃｕ、やＡｌ−３％Ｃｕ−１％Ｓｉがある。この成膜には、スパッタ法を用いることができ、その成膜条件は、例えばスパッタリング雰囲気中にアルゴン（Ａｒ）ガスを例えば１５０ｃｍ3／ｍｉｎの流量で供給し、ステージ温度を３００℃、ＤＣバイアスパワーを１．５ｋＷに設定した。この第１封止層１１７は、第１貫通孔１１４を覆い塞ぐような十分な膜厚に形成される。例えば、アルミニウム膜の場合には１０００μｍとしたが、下部空間１２１の高さと圧電膜１１１の膜厚に合わせて５００〜２５００ｎｍの膜厚を採用することができる。
【００７５】
次に、図２４（６）に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、上記第１封止層１１７のパターニングを行い、第１貫通孔１１４の内部およびその周囲に第１封止層１１７を残し、それ以外の第１封止層１１７を除去した。この反応性イオンエッチングでは、エッチングガスに一例として３塩化ホウ素（ＢＣｌ3）と塩素（Ｃｌ2）との混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を１６Ｐａ、基板バイアスを６０Ｗに設定した。上記設定により、入射イオンエネルギーを利用して垂直加工を行った。
【００７６】
次に、図２４（７）に示すように、第２電極１１３を含む圧電膜１１１上に、上記第１封止層を覆うように、第２犠牲層１５２を形成する。
【００７７】
次いで、図２５（８）に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより第２犠牲層１５２のパターニングを行う。このパターニングのエッチング条件は、上記第１犠牲層１５１のエッチング条件と同様である。
【００７８】
次いで、図２５（９）に示すように、上記第２犠牲層１５２を被覆するように上部空間形成膜１１５を成膜する。この成膜には、例えばスパッタ法を用い、例えば窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜で形成する。例えば、窒化アルミニウム膜の場合には、１５００ｎｍの厚さに成膜する。この際のスパッタ条件は、プロセスガスにアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）との混合ガスを用い、ＤＣバイアスを２．５ｋＷに設定した。
【００７９】
次に、図２５（１０）に示すように、上部空間形成膜１１５の一部に、第２犠牲層１５２を選択エッチングにより除去するための、第２犠牲層１５２に通じる第２貫通孔１１６を形成する。
【００８０】
次に、図２６（１１）に示すように、第２犠牲層１５２〔前記図２５（１０）参照〕のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを使用して、第２貫通孔１１６から第２犠牲層１５２を選択溶解除去する。このエッチング方法としては、希釈率を１０：１としたフッ酸溶液を採用する。もしくは、フッ化水素（ＨＦ）ガスを用いたドライエッチングにより除去することも可能である。この結果、圧電膜１１１、第１電極１１２、第２電極１１３とで構成される共振子となる圧電膜１１１上に上部空間１２２が形成された。
【００８１】
次に、図２６（１２）に示すように、上記上部空間形成膜１１５上に、上記第２貫通孔１１６を通じて圧電膜１１１表面に達するように、第２封止層１１８を形成する。この第２封止層１１８は、例えば純アルミニウム金属もしくはアルミニウムを主成分とする化合物で形成する。アルミニウム化合物としては、例えばＡｌ-３％Ｃｕ、やＡｌ−３％Ｃｕ−１％Ｓｉがある。この成膜には、スパッタ法を用いることができ、その成膜条件は、例えばスパッタリング雰囲気中にアルゴン（Ａｒ）ガスを例えば１５０ｃｍ3／ｍｉｎの流量で供給し、ステージ温度を３００℃、ＤＣバイアスパワーを１．５ｋＷに設定した。
【００８２】
次に、図２６（１３）に示すように、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、上記第２封止層１１８のパターニングを行い、第２貫通孔１１６の内部およびその周囲に第２封止層１１８を残し、それ以外の第２封止層１１８を除去した。この反応性イオンエッチングでは、エッチングガスに一例として３塩化ホウ素（ＢＣｌ3）と塩素（Ｃｌ2）との混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を１６Ｐａ、基板バイアスを６０Ｗに設定した。上記設定により、入射イオンエネルギーを利用して垂直加工を行った。
【００８３】
以上説明したように、共振子の共振部の上下に上部空間１２２、下部空間１２１を形成して封止した圧電共振器１２１の製造方法では、第１犠牲膜１５１、第２犠牲膜１５２の除去処理が従来よりも極めて短時間で可能となるとともに、さらにその形成プロセス中に周波数を調整する工程を有することが可能となる。さらに、これらの工程を簡略なプロセスで実現することが可能となる。また従来の場合と同様に高価なアルミナパッケージ等に気密封止する必要が無くなる。これにより、容易に作成可能で高歩留まりの安価な共振器を得ることができる。また、アルミナパッケージ等に気密封止する必要も無くなるため、本実施例の共振器は従来同様に、薄型に形成することができる。
【００８４】
上記製造方法により圧電共振器が形成され、この圧電共振器を同一の基板１１０上に、前記説明したような回路構成にとるように形成することでバンドパスフィルタ素子２０が形成される。さらに、このバンドパスフィルタ素子２０を、各チャンネルの周波数帯域に対応させて、同一の基板１１０に形成することで、バンドパスフィルタ装置１０が形成される。
【００８５】
また、上記バンドパスフィルタ装置１０は、例えば、図２７のウエハのレイアウト平面図に示すように、ウエハ２００上に複数のバンドパスフィルタ装置１０として形成することができる。
【００８６】
本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法は、各バンドパスフィルタ素子２０に上記圧電膜構造を形成することで、第１電極１１２および第２電極１１３で挟まれた圧電膜１１１の１次元方向に長さ（長さの共振モード）もしくは２次元方向に長さ（面積共振モード）を変えられる。このため、所望の周波数帯を通過させるバンドパスフィルタ素子２０を構成する圧電共振器２１〜２６が形成される。また、各バンドパスフィルタ素子２０は、それぞれが周波数領域で分割された複数のチャンネルのそれぞれに対応できる。このことから、テレビジョンの周波数帯、例えばＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との両方に合わせた複数のバンドパスフィルタ素子２０を同一基板上に設けることが可能になる。
【００８７】
上記製造方法によれば、本発明のバンドパスフィルタ装置であるフィルタバンクシステム構成を採用し半導体プロセスでウエハ上に形成することができる。
チューナブル選択フィルタの代わりにフィルタバンクシステム方式を採用し、全チャンネルをチップ上に配列しスイッチで選択する構成とすることで、現在主流の外部部品（コイル）を削減することができる。かつＬＣフィルタでは原理的に実現できないフィルタ特性（６〜８ＭＨｚのチャンネルバンド（Channel Band）のみを限定して選択）を実現することができる。
【００８８】
幅広い周波数領域（ＶＨＦ〜ＵＨＦ）に対応する共振子を一括形成（１マスク）することができる。
これにより、チャネルの選択をスイッチとＤＣバイアスで行えるようになり、世界のテレビ仕様全てに対応する。
チャンネルバンドフィルタ（Channel Band filter）をスイッチで切り替え、チャンネルバンド（Channel Band）幅の１／２に相当する周波数域を電圧で変動させ、連続して並ぶフィルタのいずれかで所望のチャンネル（Channel）を選択することができる。
これにより製造ばらつきによる周波数のシフトによる歩留まり低減の改善による低コスト化と、１つのチャンネルバンドフィルタ（Channel Band filter）仕様で世界中の地上波デジタルＴＶの周波数チャネル全ての選局が電気的な操作により可能となる。よって、製造コストの低減が、実現可能となる。
【００８９】
低コストパッケージ（ＰＫＧ）として、上記製造方法で説明したようなＦＢＡＲプロセスで製造できるインラインパッケージ技術を採用することができる。
多くのＭＥＭＳデバイスと同様にチャンネルバンドフィルタバンクシステムでは、共振子をウエハ上に形成する構成のため、中構造のパッケージがこれまで必要でこの中空構造のパッケージの採用が製造コストの増大を招いていた。そこで、半導体の製造プロセスによりチップ自身の内部に中空構造を形成し、通常の安価なパッケージを採用可能にするインラインパッケージにて、低コストのパッケージを実現することができる。
【００９０】
次に、本発明のテレビジョンチューナに係る一実施の形態を、図２８の模式的な回路図によって説明する。
【００９１】
図２８に示すように、テレビジョンチューナ３００には、アンテナ３１０によって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチ３２０が設けられていて、各スイッチ３２０対応してバンドパスフィルタ装置１０が設けられている。
具体的には、各スイッチ３２０に対応してバンドパスフィルタ装置１０のバンドパスフィルタ素子２０が所定の抵抗素子３３０を介して接続されている。当然、バンドパスフィルタ素子２０の入力側がアンテナ３１０側に説明され、バンドパスフィルタ素子２０で特定に周波数帯域のテレビジョン信号が選局され、バンドパスフィルタ素子２０の出力側より出力される。
上記各バンドパスフィルタ装置２０は、前記図１〜図１７等によって説明した本発明のバンドパスフィルタ装置１０が用いられる。
【００９２】
本発明のテレビジョンチューナ２０は、本発明のバンドパスフィルタ装置１０を有することから、従来のＬＣ回路により構成されていた外付けのバンドパスフィルタ装置と比較して、一つの基板に広い周波数帯域のバンドパスフィルタ装置１０が形成されたものとなる。
【００９３】
次に、本発明のテレビジョン受信機に係る一実施の形態を以下に説明する。
【００９４】
本発明のテレビジョン受信機は、本発明のテレビジョンチューナを有している。
【００９５】
すなわち、前記図２８によって説明した、アンテナによって受信したテレビジョン信号を選局する複数のスイッチと、各スイッチに対応して設けられたバンドパスフィルタ装置を有するテレビジョンチューナを有している。そして、上記テレビジョンチューナに用いられているバンドパスフィルタ装置は、本発明のバンドパスフィルタ装置１０が用いられている。
【００９６】
したがって、上記テレビジョン受信機は、本発明のテレビジョンチューナを有することから、従来のＬＣ回路により構成されていた外付けのバンドパスフィルタ装置を有するテレビジョンチューナと比較して、一つの基板に広い周波数帯域のバンドパスフィルタ装置が形成されたものとなる。
【００９７】
よって、上記テレビジョン受信機は、極めて広い周波数領域において、急峻な減衰ができる優れたフィルタ特性を実現できる。また、受信チャンネルのノイズを大幅に低減でき高品質の受信が可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明のバンドパスフィルタ装置に係る一実施の形態を示した模式的な平面レイアウト図である。
【図２】バンドパスフィルタ素子を示した回路図である。
【図３】バンドパスフィルタ素子を示した模式的な斜視図である。
【図４】圧電共振器を示した模式的な断面図である。
【図５】圧電共振器を示した模式的な斜視図である。
【図６】圧電共振器を示した模式的な斜視図である。
【図７】バンドパスフィルタ素子を示した回路図である。
【図８】バンドパスフィルタ素子を説明する回路図および模式的な斜視図である。
【図９】周波数特性図である。
【図１０】周波数特性図である。
【図１１】周波数特性図である。
【図１２】バンドパスフィルタ素子を説明する回路図および模式的な斜視図である。
【図１３】圧電共振器および共振子を示した模式的な斜視図である。
【図１４】圧電共振器および共振子を示した模式的な斜視図である。
【図１５】周波数特性図である。
【図１６】周波数特性図である。
【図１７】周波数特性図である。
【図１８】本発明のバンドパスフィルタ装置に係る一実施の形態を示した模式的な平面レイアウト図である。
【図１９】周波数特性図である。
【図２０】周波数特性図である。
【図２１】周波数特性図である。
【図２２】周波数特性図である。
【図２３】本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法に係る圧電共振器の製造方法の一実施の形態を示した製造工程断面図である。
【図２４】本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法に係る圧電共振器の製造方法の一実施の形態を示した製造工程断面図である。
【図２５】本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法に係る圧電共振器の製造方法の一実施の形態を示した製造工程断面図である。
【図２６】本発明のバンドパスフィルタ装置の製造方法に係る圧電共振器の製造方法の一実施の形態を示した製造工程断面図である。
【図２７】ウエハに形成されたバンドパスフィルタ装置の平面図である。
【図２８】本発明のテレビジョンチューナに係る一実施の形態を示した回路図である。
【図２９】圧電共振子の共振モードと電気機械結合係数の例を示した図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０…バンドパスフィルタ装置、２０…バンドパスフィルタ素子、圧電共振器…２１（（２２〜２６）、１１１…圧電膜、１１２…第１電極、１１３…第２電極、１２１…下部空間、１２２…上部空間
【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】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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