(57)【要約】【課題】寄生容量による挿入損失の発生がなく、良好な共振特性を得ることが可能な共振装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】共振装置は、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が、支持基板１の上記一表面側において支持基板１の厚み方向に立設された柱状（円柱状）のコア電極３１と、コア電極３１の外周面を被覆した圧電材料部３２と、圧電材料部３２の外周面を被覆した外側電極３３とで構成されている。ここで、共振子３は、支持基板１の厚み方向に直交する断面において、コア電極３１、圧電材料部３２および外側電極３３それぞれの外周形状が円形状であり、コア電極３１と圧電材料部３２と外側電極３３とが同心円状に形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側に形成された共振子とを備え、共振子は、支持基板の前記一表面側において支持基板の厚み方向に立設された柱状のコア電極と、コア電極の外周面を被覆した圧電材料部と、圧電材料部の外周面を被覆した外側電極とで構成されてなることを特徴とする共振装置。
【請求項２】
前記共振子は、前記コア電極と前記圧電材料部と前記外側電極とが前記支持基板の厚み方向に直交する断面において同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
【請求項３】
前記圧電材料部の圧電材料がＫＮＮであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の共振装置の製造方法であって、支持基板の一表面側の全面に圧電材料部の基礎となる圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、圧電材料層をパターニングすることにより圧電材料層の一部からなる柱状の圧電材料部を形成する第１のパターニング工程と、第１のパターニング工程の後で支持基板の前記一表面側の全面にコア電極と外側電極との両方の基礎となる電極材料層を形成する電極材料層形成工程と、電極材料層形成工程の後で電極材料層の表面を圧電材料部の端面と面一になるように平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で電極材料層をパターニングすることによりそれぞれ電極材料層の一部からなるコア電極および外側電極を形成する第２のパターニング工程とを備えることを特徴とする共振装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、１ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能な共振装置として、図４に示すように、支持基板１’と、支持基板１’の一表面側に共振子１３０’が形成されたＢＡＷ（Bulk  Acoustic  Wave）共振器が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ここにおいて、共振子１３０’は、支持基板１’の上記一表面側に形成された下部電極１３１’と、下部電極１３１’における支持基板１’側とは反対側に形成された圧電層（圧電材料部）１３２’と、圧電層１３２’における下部電極１３１’側とは反対側に形成された上部電極１３３’とを有しており、共振周波数が圧電層１３２’の膜厚に反比例し、圧電層１３２’の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。なお、ＢＡＷ共振器としては、ＳＭＲ（Solidly  Mounted  Resonator）やＦＢＡＲ（Film  Bulk  Acoustic  Resonator）が知られており、例えば、ＵＷＢ（Ultra  Wide  Band）用フィルタへの応用などが考えられている。
【０００４】
ところで、図４に示した構成の共振装置は、圧電層１３２’における下部電極１３１’側とは反対側に当該圧電層１３２’のうち上部電極１３３’に接する共振領域１３２ａ’の面積を規定する開孔部４ａ’を有する絶縁膜４’を形成して共振領域１３２ａ’を規定している。なお、圧電層１３２’の圧電材料は、上記特許文献１ではＡｌＮやＺｎＯが採用され、上記特許文献２ではＰＺＴが採用されている。
【特許文献１】特表２００３−５０５９０５号公報（段落〔００４３〕，〔００４５〕および図８ｂ）
【特許文献２】特開２０００−２６１２８１号公報（段落〔００２９〕−〔００３４〕および図１）
【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、図４に示した構成の共振装置では、上部電極１３３’が圧電層１３２’の共振領域１３２ａ’上と絶縁膜４’上とに跨って形成され、上部電極１３３’のうち絶縁膜４’上に形成された周囲電極部分１３３ｂ’と圧電層１３２’との間の絶縁膜４’に起因した寄生容量が生じてしまい、当該寄生容量による挿入損失が生じ、共振特性が低下してしまう。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、寄生容量による挿入損失の発生がなく、良好な共振特性を得ることが可能な共振装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成された共振子とを備え、共振子は、支持基板の前記一表面側において支持基板の厚み方向に立設された柱状のコア電極と、コア電極の外周面を被覆した圧電材料部と、圧電材料部の外周面を被覆した外側電極とで構成されてなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、共振子が、支持基板の一表面側において支持基板の厚み方向に立設された柱状のコア電極と、コア電極の外周面を被覆した圧電材料部と、圧電材料部の外周面を被覆した外側電極とで構成されているので、コア電極と外側電極との間には圧電材料部のみが介在することとなり、寄生容量による挿入損失が発生することがなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記共振子は、前記コア電極と前記圧電材料部と前記外側電極とが前記支持基板の厚み方向に直交する断面において同心円状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記コア電極と前記外側電極との間に介在する前記圧電材料部の厚みが均一化され、共振モードの乱れを生じることなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。また、この発明によれば、前記共振子は、前記支持基板の厚み方向に直交する断面において、前記コア電極、前記圧電材料部および前記外側電極それぞれの外周形状が円形状であるので、外周形状に角部が存在しないから、角部に起因する共振モードの乱れを生じることがなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記圧電材料部の圧電材料がＫＮＮであることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記圧電材料部の圧電材料がＡｌＮである場合に比べて電気機械結合係数を大きくでき、ＡｌＮに比べて電気機械結合係数が大きなＰＺＴなどの鉛系圧電材料である場合に比べて環境負荷を低減することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の共振装置の製造方法であって、支持基板の一表面側の全面に圧電材料部の基礎となる圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、圧電材料層をパターニングすることにより圧電材料層の一部からなる柱状の圧電材料部を形成する第１のパターニング工程と、第１のパターニング工程の後で支持基板の前記一表面側の全面にコア電極と外側電極との両方の基礎となる電極材料層を形成する電極材料層形成工程と、電極材料層形成工程の後で電極材料層の表面を圧電材料部の端面と面一になるように平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で電極材料層をパターニングすることによりそれぞれ電極材料層の一部からなるコア電極および外側電極を形成する第２のパターニング工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、支持基板の一表面側の全面に圧電材料部の基礎となる圧電材料層を形成してから、圧電材料層をパターニングすることにより圧電材料層の一部からなる柱状の圧電材料部を形成するので、結晶性の良い圧電材料部を寸法精度良く形成することができ、圧電材料部を形成した後に、支持基板の前記一表面側の全面にコア電極と外側電極との両方の基礎となる電極材料層を形成してから、電極材料層の表面を圧電材料部の端面と面一になるように平坦化し、その後、電極材料層をパターニングすることによりそれぞれ電極材料層の一部からなるコア電極および外側電極を形成するので、コア電極および外側電極を圧電材料部に対して位置精度良く且つ寸法精度良く同時に形成することができ、結果的に、支持基板の前記一表面側に、支持基板の厚み方向に立設された柱状のコア電極と、コア電極の外周面を被覆した圧電材料部と、圧電材料部の外周面を被覆した外側電極とで構成される共振子を簡便に且つ大量に形成することができるから、寄生容量による挿入損失が発生することがなく良好な共振特性を得ることが可能な共振装置を低コストで提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明では、寄生容量による挿入損失が発生することがなく、良好な共振特性を得ることが可能となるという効果がある。
【００１６】
請求項４の発明では、寄生容量による挿入損失が発生することがなく良好な共振特性を得ることが可能な共振装置を低コストで提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本実施形態の共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が、支持基板１の上記一表面側において支持基板１の厚み方向に立設された柱状（本実施形態では、円柱状）のコア電極３１と、コア電極３１の外周面を被覆した圧電材料部３２と、圧電材料部３２の外周面を被覆した外側電極３３とで構成されている。なお、本実施形態では、コア電極３１と外側電極３３とが、圧電材料部３２を挟む一対の電極を構成している。
【００１８】
ここにおいて、本実施形態の共振装置では、圧電材料部３２の圧電材料として鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用しており、支持基板１として、シリコン酸化膜からなる絶縁膜が一表面側に形成されたシリコン基板を用いているが、支持基板１は、このようなシリコン基板に限らず、ＭｇＯ基板や、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ３）基板などを用いてもよい。ここで、本実施形態では、圧電材料部３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているが、ＰＺＴに限らず、共振子３に要求される共振特性などに応じて、他の鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ−ＰＭＴや適宜の不純物を添加したＰＺＴなど）や、ＡｌＮ、ＺｎＯなどを採用してもよい。また、圧電材料部３２の圧電材料として、鉛フリーのＫＮＮ（二オブ酸カリウムナトリウム）を採用してもよく、ＫＮＮを採用すれば、圧電材料がＡｌＮである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができ、しかも、鉛系圧電材料を採用する場合に比べて環境負荷を低減できる。ＫＮＮの組成は、ＫｘＮａ１−ｘＮｂＯ３なる化学式で表され、例えば、ｘ＝０．５とすればよいが、この値は一例であって特に限定するものではない。また、ＫＮＮについては、例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなどの不純物を添加してもよい。
【００１９】
また、共振子３は、コア電極３１および外側電極３３の材料としてＰｔを採用しているが、Ｐｔに限らず、例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕなどを採用してもよい。
【００２０】
本実施形態の共振装置では、共振子３が、支持基板１の上記一表面側において支持基板１の厚み方向に立設された柱状のコア電極３１と、コア電極３１の外周面を被覆した圧電材料部３２と、圧電材料部３２の外周面を被覆した外側電極３３とで構成されているので、コア電極３１と外側電極３３との間には圧電材料部３２のみが介在することとなり、寄生容量による挿入損失が発生することがなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００２１】
ところで、共振子３は、コア電極３１と圧電材料部３２と外側電極３３とが支持基板１の厚み方向に直交する断面において同心円状に形成されているので、コア電極３１と外側電極３３との間に介在する圧電材料部３２の厚みが均一化され、共振モードの乱れを生じることなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００２２】
ここで、共振子３は、支持基板１の厚み方向に直交する断面において、コア電極３１、圧電材料部３２および外側電極３３それぞれの外周形状が円形状となっており、外周形状に角部が存在しないから、角部に起因する共振モードの乱れを生じることがなく、良好な共振特性を得ることが可能となる。なお、本実施形態では、コア電極３１と外側電極３３とがコア電極３１の径方向において圧電材料部３２を挟む形で配置されている。また、本実施形態の共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、コア電極３１の径方向における圧電材料部３２の厚さを３００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であって特に限定するものではなく、また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電材料部３２の厚さは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で適宜設定すればよい。
【００２３】
以下、本実施形態の共振装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電材料部３２の基礎となる圧電材料層３２ａを例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。
【００２５】
その後、圧電材料層３２ａをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより圧電材料層３２ａの一部からなる柱状の圧電材料部３２を形成する第１のパターニング工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。
【００２６】
次に、支持基板１の上記一表面側の全面にコア電極３１と外側電極３３との両方の基礎となる電極材料層３０を例えばスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより形成する電極材料層形成工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、電極材料層３０の厚さは、上述の圧電材料層３２ａの厚さよりも厚く設定されている。
【００２７】
上述の電極材料層形成工程の後、電極材料層３０の表面を圧電材料部３２の端面と面一になるように平坦化する平坦化工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。ここにおいて、平坦化工程では、例えば、エッチバック法もしくはＣＭＰ法により、電極材料層３０の表面を圧電材料部３２の端面と面一になるように平坦化すればよい。
【００２８】
その後、電極材料層３０をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることによりそれぞれ電極材料層３０の一部からなるコア電極３１および外側電極３３を形成する第２のパターニング工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造の共振子３を得ることができる。
【００２９】
上述の共振装置の製造方法によれば、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電材料部３２の基礎となる圧電材料層３２ａを形成してから、圧電材料層３２ａをパターニングすることにより圧電材料層３２ａの一部からなる柱状の圧電材料部３２を形成するので、結晶性の良い圧電材料部３２を寸法精度良く形成することができ、圧電材料部３２を形成した後に、支持基板１の上記一表面側の全面にコア電極３１と外側電極３３との両方の基礎となる電極材料層３０を形成してから、電極材料層３０の表面を圧電材料部３２の端面と面一になるように平坦化し、その後、電極材料層３０をパターニングすることによりそれぞれ電極材料層３０の一部からなるコア電極３１および外側電極３３を形成するので、コア電極３１および外側電極３３を圧電材料部３２に対して位置精度良く且つ寸法精度良く同時に形成することができ、結果的に、支持基板１の上記一表面側に、支持基板１の厚み方向に立設された柱状のコア電極３１と、コア電極３１の外周面を被覆した圧電材料部３２と、圧電材料部３２の外周面を被覆した外側電極３３とで構成される共振子３を簡便に且つ大量に形成することができるから、寄生容量による挿入損失が発生することがなく良好な共振特性を得ることが可能な共振装置を低コストで提供することができる。なお、上述の製造方法によれば、半導体製造プロセスを利用して共振子３を形成することができるので、共振子３を簡便に且つ大量に形成することができ、図３に示すように共振子３を集積化することもできる。
【００３０】
ところで、上述の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ（Ultra  Wide  Band）用フィルタとして応用する場合には、複数個の共振子３を支持基板１の上記一表面側に形成し、これら複数個の共振子３をラダー型フィルタを構成するように接続すれば、ＵＷＢ用フィルタの低コスト化および小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態の共振装置を示し、（ａ）は一部破断した概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】同上の他の構成例を示す概略平面図である。
【図４】従来例を示す共振装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  支持基板
３  共振子
３０  電極材料層
３１  コア電極
３２  圧電材料部
３２ａ  圧電材料層
３３  外側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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