(57)【要約】【課題】スプリアスの抑制された信頼性の高い共振器応答が得られ、且つ、比較的製作の容易な薄膜バルク波共振器及びこれを用いた電子部品を提供する。【解決手段】薄膜バルク波共振器１１は、基板２０の上に形成された下部電極２１、圧電薄膜２２、上部電極２３の積層体２５と、基板２０の上面と下部電極２１との間に形成された空隙部２４と、を備え、上部電極２３の表面には、多数の調整孔２３ｃが設けられており、これらの調整孔２３ｃは、いずれの調整孔２３ｃについてもその調整孔２３ｃ（基準孔３１）と当該調整孔に最も近い調整孔２３ｃ（隣接孔３２）とを結ぶ直線及びその延長線（通過線３３）上において規則的な調整孔２３ｃの配列パターンが存在しないように配置されている。【選択図】図７
2009027554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に形成された下部電極、圧電薄膜及び上部電極の積層体と、当該基板の上面と下部電極との間に形成された空隙部と、を備え、前記上部電極または下部電極の電極表面には、前記積層体の実効的な膜厚を調整するための多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、
前記多数の調整孔は、いずれの調整孔についてもその調整孔と当該調整孔に最も近い調整孔とを結ぶ直線及びその延長線上において規則的な調整孔の配列パターンが存在しないように配置されていることを特徴とする薄膜バルク波共振器。
【請求項２】
基板と、この基板上に形成された下部電極、圧電薄膜及び上部電極の積層体と、当該基板の上面と下部電極との間に形成された空隙部と、を備え、前記上部電極または下部電極の電極表面には、前記積層体の実効的な膜厚を調整するための多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、
前記多数の調整孔は、縦線と横線とを多数設定してなるグリッド内の各交点について、当該交点からのずれ量及びずれ方向を示す配置情報をランダムに算出し、算出された前記配置情報に基づいて形成されたものであることを特徴とする薄膜バルク波共振器。
【請求項３】
基板と、この基板上に形成された下部電極、圧電薄膜及び上部電極の積層体と、当該基板の上面と下部電極との間に形成された空隙部と、を備え、前記上部電極または下部電極の電極表面には、前記積層体の実効的な膜厚を調整するための多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、
前記多数の調整孔は、互いに交差しない多数の直線を等間隔に引き、隣り合う調整孔間の距離の平均値が予め決めた値となるように孔間距離をランダムに算出し、算出された孔間距離に基づいて前記の各直線の一端から他端へかけて調整孔を順番に配置する配置情報に基づいて形成されたものであることを特徴とする薄膜バルク波共振器。
【請求項４】
複数の薄膜バルク波共振器が共通の基板上に形成された電子部品であって、
前記複数の薄膜バルク波共振器の少なくとも一つは請求項１ないし３のいずれか一つに記載された薄膜バルク波共振器であることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜を利用した薄膜バルク波共振器及びこの薄膜バルク波共振器を備えた電子部品に関し、特に、これらの機器におけるスプリアスの発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子等と比較して小型化や加工の容易な薄膜バルク波共振器と呼ばれる素子が注目されている。薄膜バルク波共振器１００は、例えばＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）やＡＧＲ（Air-Gap type Resonator）等と呼ばれるいくつかのタイプがあるが、その基本構造は共通しており、例えば図１２（ａ）に示すようにシリコン製の基板１０１上に下部電極１０２、圧電薄膜１０３及び上部電極１０４からなる積層体１０５を設け、基板１０１の上面と下部電極１０２との間に空隙部１０６を形成することで圧電薄膜１０３が基板１０１に拘束されない自由な状態を確保している。そして上部、下部電極１０４、１０２より電気エネルギーを供給すると、圧電薄膜１０３にて電気エネルギーが機械エネルギーに変換され、例えば厚み縦振動や厚みすべり振動等の弾性波が得られる。
【０００３】
このような圧電体の機械的振動を利用した共振器は、圧電体の振動に起因する等価インダクタンス「Ｌ１」と圧電体自体の等価容量「Ｃ１」とからなるＬＣ直列回路及び、既述の等価インダクタンス「Ｌ１」と電極間の制動容量「Ｃ０」とからなるＬＣ並列回路を含む二重共振回路となっている。このため、共振器に印加する交流電圧の周波数を変化させると、ＬＣ直列回路の共振周波数「ｆｒ」にてインピーダンスが最小となり、ＬＣ並列回路の反共振周波数「ｆａ」にて最大となる図１３（ａ）に示すような共振器応答が得られ、上述の薄膜バルク波共振器もこれと同様の共振器応答を示す。
【０００４】
移動体通信端末等に採用されているフィルタ１は、このような二重共振回路の特性を利用し、例えば直列腕共振器１１と並列腕共振器１２とを図９に示すように接続することにより、予め決められた帯域の信号を通過させるラダー型フィルタとして構成されている。ところで、既述の薄膜バルク波共振器１００は、基板１０１上に電極１０２、１０４や圧電薄膜１０３等の薄膜を積層することにより製造できるので、例えばフォトリソグラフィやエッチングプロセスを組み合わせたパターニングにより共通の基板１０１上に複数の薄膜バルク波共振器１００を同時に作成することができる。このため、フィルタ１の共振器に薄膜バルク波共振器１００を採用すると、図９に示した全ての直列腕共振器１１や並列腕共振器１２を備えたフィルタ１を同一基板１０１上に多数、同時に形成でき、また他のデバイスを同一基板１０１上に形成するモノリシック化も可能となる。
【０００５】
このような薄膜バルク波共振器１００において、例えば圧電薄膜１０３の膜厚と各電極１０２、１０４の実効的な膜厚とは、薄膜バルク波共振器１００の共振周波数を決定する主要な要素となっている。一方、直列腕共振器１１、並列腕共振器１２をフィルタ１として作用させるためには、これらの共振器１１、１２が互いに異なる共振周波数を持たなければならないところ、パターニングによって直列腕共振器１１と並列腕共振器１２とを同時に形成すると、これらの積層体１０５の実効的な膜厚はほぼ等しくなり、互いの共振周波数もほぼ等しいものとなるので、そのままではフィルタ１として使用することができない。そこで従来は、基板１０１上に直列腕共振器１１、並列腕共振器１２を形成した後、例えば周波数を調整したい薄膜バルク波共振器１００の上部電極１０４表面に電極と同じ材料を堆積させたり、この表面をエッチングしたりする再度のパターニングを行うことにより、直列腕共振器１１の共振周波数と並列腕共振器１２の反共振周波数とを夫々調整する作業を行っていた。
【０００６】
このような事情に対して非特許文献１には、直列腕共振器１１、並列腕共振器１２双方の上部電極１０４を同時に形成する際に、図１２（ｂ）に示すように直列腕共振器１１側の上部電極１０４に規則的に配置された多数の孔（以下、調整孔１０４ｃという）をパターニングする技術が記載されている。この技術によれば、調整孔１０４ｃを設けて上部電極１０４の質量を小さくすることにより質量負荷効果が小さくなるので、積層体１０５の実効的な膜厚が薄くなり、薄膜バルク波共振器１００の共振周波数を高くすることができる。この結果、上部電極１０４に対して再度のパターニングを行うことなく共振周波数の異なる直列腕共振器１１、並列腕共振器１２を作り分けることが可能となる。
【０００７】
ところが非特許文献１によれば、上部電極１０４に規則的な調整孔１０４ｃを設けた薄膜バルク波共振器１００では、その共振器応答に図１３（ｂ）に示すようなスプリアスの発生が確認されたこと、これに対して調整孔１０４ｃの大きさや調整孔１０４ｃ同士の間隔を、圧電薄膜１０３にて生じる弾性波の波長より十分小さくすることによりスプリアスの発生が抑えられたことが記載されている。
【０００８】
しかしながら、既述のようにフィルタ１の通過域は薄膜バルク波共振器１００の積層体１０５の実効的な膜厚によって決まるため、例えばＧＨｚ帯といった高周波領域を通過域とする薄膜バルク波共振器１００では上部電極１０４の寸法も例えば２００μｍ程度と小さい。このような小さな上部電極１０４の表面に圧電薄膜１０３内で生じるの弾性波の波長（例えば１．５μｍ程度）よりも小さな調整孔１０４ｃを多数設けるためには、上部電極１０４のパターニングに際して従来よりも高性能な装置が必要となり薄膜バルク波共振器１００の製造コストが高くなってしまう。  
なお、特許文献１にはＳＡＷフィルタの共振器応答におけるバルク波の発生に基づくスプリアスの発生を抑える技術が記載されているが、上部電極１０４に調整孔１０４ｃを設ける技術とはスプリアスの抑制法が異なり、上述の問題を解決することはできない。
【非特許文献１】第２７回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集：第１３頁左欄２８行目〜３１行目、図１
【特許文献１】特開平０５−１４３６３：第０００７段落〜第０００８段落、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、スプリアスの抑制された信頼性の高い共振器応答が得られ、且つ、比較的製作の容易な薄膜バルク波共振器及びこれを用いた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、既述の非特許文献１に係る薄膜バルク波共振器においてスプリアスが観察される要因を考察し、上部電極に設けられた多数の調整孔が格子状に規則正しく配置されている点に着目した。即ち、このように上部電極に調整孔を設けた場合には、圧電薄膜内を進行する進行波は調整孔の端面にて反射されて反射波を生じ、これらの進行波、反射波により定在波が形成される。このとき多数の調整孔が規則正しく配置されていると、既述の反射波は各調整孔の端面にて周期的に形成されることになり、このようにして次々と周期的に形成される反射波が前述の定在波を強勢して新たな振動モード（インハーモニックオーバトーンあるいは非調和高次モードという）を励振する。非特許文献１に係る薄膜バルク波共振器にて観察されたスプリアスは、このようにして励振されたインハーモニックオーバトーンに基づくもの（以下、インハーモニックスプリアスという）と考えられる。本発明はこのような観点からなされている。
【００１１】
本発明に係わる薄膜バルク波共振器は、基板と、この基板上に形成された下部電極、圧電薄膜及び上部電極の積層体と、当該基板の上面と下部電極との間に形成された空隙部と、を備え、前記上部電極または下部電極の電極表面には、前記積層体の実効的な膜厚を調整するための多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、
前記多数の調整孔は、いずれの調整孔についてもその調整孔と当該調整孔に最も近い調整孔とを結ぶ直線及びその延長線上において規則的な調整孔の配列パターンが存在しないように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また他の発明では、多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、前記多数の調整孔は、縦線と横線とを多数設定してなるグリッド内の各交点について、当該交点からのずれ量及びずれ方向を示す配置情報をランダムに算出し、算出された前記配置情報に基づいて形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
更に別の発明では、多数の調整孔が設けられている薄膜バルク波共振器において、前記多数の調整孔は、互いに交差しない多数の直線を等間隔に引き、隣り合う調整孔間の距離の平均値が予め決めた値となるように孔間距離をランダムに算出し、算出された孔間距離に基づいて前記の各直線の一端から他端へかけて調整孔を順番に配置する配置情報に基づいて形成されたものであることを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明に係る電子部品は、複数の薄膜バルク波共振器が共通の基板上に形成された電子部品であって、
前記複数の薄膜バルク波共振器少なくとも一つは、上述の発明のいずれか一つに係る薄膜バルク波共振器であることを特徴とする
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、共振周波数を調整することを目的として電極表面に多数の調整孔を設けた薄膜バルク波共振器において、これら多数の調整孔が電極表面に不規則に配置されているので、圧電薄膜の上面と下面とを反射しながら横方向に進行している多数の進行波や反射波により形成される定在波の強勢励振を抑制することができる。すなわち、インハーモニックオーバトーンの励振が抑制され、調整孔を規則的に配置した場合と比較してスプリアスの小さな高品質の薄膜バルク波共振器を製造することが可能となる。また非特許文献１記載の従来技術によれば、実験検討の結果としてインハーモニックスプリアスを避けるには調整孔の大きさやこれらの間隔を波長より十分小さくする必要があるとの提案がなされているが、本発明ではこのような微細化を行う必要がない。このため、１回のパターニングで共振周波数の異なる直列腕共振器、並列腕共振器を作り分けることができるという従来技術の効果に加えて、パターニングに関してより高性能の装置を必要とせず、比較的低コストで薄膜バルク波共振器を製造できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施の形態に係る薄膜バルク波共振器及びこれを利用した電子部品の説明に入る前に、背景技術にて述べた従来タイプの薄膜バルク波共振器１００においてインハーモニックスプリアスが発生するメカニズムを図１、図２を参照しながら説明しておく。図１は規則的に配置された調整孔１０４ｃを備えた従来タイプの薄膜バルク波共振器１１０を模式的に示した縦断面図であり、図２はインハーモニックスプリアス発生時の薄膜バルク波共振器１１０の様子を模式的に表した説明図である。なお図１、図２では基板１０１の表示を省略してある。
【００１７】
薄膜バルク波共振器１１０の上部、下部電極１０２、１０４に電気エネルギーを供給すると、例えば図１に示すように圧電薄膜１０３の水平面に沿って変位する厚みすべり振動波等が得られる。このとき薄膜バルク波共振器１１０の共振周波数は、圧電薄膜１０３及び上部、下部電極１０２、１０４の厚みによりほぼ決定され、また反共振周波数については圧電薄膜１０３の電気機械結合係数や制動容量により決定される。ここで図１中の拡大図に示すように圧電薄膜１０３内には、当該圧電薄膜１０３の上面と下面とを反射しながら横方向へ進行する厚みすべり振動等の進行波１１１が多数形成されている。またこれらの進行波１１１はエネルギー閉込めの効果により上部電極１０２の端部にて全反射されるため、この圧電薄膜１０３内には多数の反射波１１２も形成されている。そしてこれら進行波１１１や反射波１１２が合成されて定在波が形成されることにより振動モードが励振されるが、そのうち最も次数の低い振動モードは主振動として利用される一方で、より次数の高い振動モードはインハーモニックオーバトーン（非調和高次モード）と呼ばれ、共振器応答において不要なスプリアス（以下、インハーモニックスプリアスという）となる。そこで通常の薄膜バルク波共振器においては、例えば圧電薄膜の厚さや電極サイズを調整することにより、このようなインハーモニックオーバトーンが主振動近傍の周波数領域に形成されないような設計がなされている。
【００１８】
ところが、図１に示すように例えば上部電極１０４に調整孔１０４ｃを設けたタイプの薄膜バルク波共振器１１０では、例えば図２（ａ）、図２（ｂ）に示すようにこれらの調整孔１０４ｃの端面においても進行波１１１ａ、１１１ｂが反射され、夫々の端面にて反射波１１２ａ、１１２ｂが形成される。特に従来型の薄膜バルク波共振器１１０のように調整孔１０４ｃが規則正しく配列されていると、これらの進行波１１１ａ、１１１ｂ、反射波１１２ａ、１１２ｂより形成される定在波が強勢されてしまい新たなインハーモニックオーバトーンを生じ得ることになる。
【００１９】
ここで定在波が強勢されるメカニズムについて説明すると、いま、例えば図２（ａ）に示すように各調整孔１０４ｃの左側の端面間の距離が「Ｌ１」であり、圧電薄膜１０３の上面で反射された進行波１１１が下面で反射された後、再び上面に到達するまでの横方向の距離が「Ｌ２」であったとする。このとき圧電薄膜１０３内に存在する多数の進行波１１１の中には「Ｌ２＝Ｌ１」であるものも存在し、この進行波１１１ａの中には圧電薄膜１０３の上面にてちょうど調整孔１０４ｃの左側の端面に到達し、この端面で反射されて新たな反射波１１２ａを形成するものがある。
【００２０】
このような場合に既述のように調整孔１０４ｃが規則的に配置されていると、当該進行波１１１ａが圧電薄膜１０３の上面に到達する間隔「Ｌ２」と調整孔１０４ｃの左側の端面の間隔「Ｌ１」とが同期していることにより、進行波１１１ａが圧電薄膜１０３上面へと到達する度に新たな反射波１１２ａが形成されることになる。更には、このようにして形成された反射波１１２ａについても圧電薄膜１０３の上面に到達する間隔は「Ｌ２」であるので、当該反射波１１２ａが圧電薄膜１０３上面へと到達する度に既述の進行波１１１ａと同じ方向へと新たな振動波が形成されることになる。
【００２１】
また調整孔１０４ｃが規則的に配列されている場合においては、図２（ｂ）に示すように調整孔１０４ｃの右側の端面の間隔も「Ｌ１」となるので、既述の場合と同様のメカニズムにより各調整孔１０４ｃの右側の端面にて進行波１１１ｂ、反射波１１２ｂが次々と形成されることになる。このようにして形成された進行波１１１ａ、１１１ｂ、反射波１１２ａ、１１２ｂが合成されて定在波となり、これらの振動波１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂが次々と周期的に形成されることによりこの定在波が強勢されて新たなインハーモニックオーバトーンが励振されてしまうものと考えられる。
【００２２】
以上に説明したメカニズムにより、上部電極１０４に調整孔１０４ｃを規則的に配置した薄膜バルク波共振器１１０の圧電薄膜１０３には、図３に模式的に示したように主振動に基づく振動モードに加え、調整孔１０４ｃを設けたことに起因するインハーモニックオーバトーンが形成され、このインハーモニックオーバトーンが図１３（ｂ）に示したインハーモニックスプリアスの原因となっているものと考えられる。ここで図３は、それぞれ主振動及びインハーモニックオーバトーンにより形成される定在波の水平方向への変位の分布を模式的に表現したものであり、破線が主振動の変位分布１１３に相当し、実線がインハーモニックオーバトーンの変位分布１１４に相当する。なおインハーモニックオーバトーンは図３に実線で表したものに限られず更に高次のモードも存在し、この結果図１３（ｂ）に示したように複数のインハーモニックスプリアスが表れたものと考えられる。
【００２３】
なお、非特許文献１に記載された薄膜バルク波共振器１１０においては、調整孔１０４ｃを微細化することにより、インハーモニックスプリアスの発生を抑えている。これは調整孔１０４ｃを微細化することによって各調整孔１０４ｃで形成される進行波１１１や反射波１１２が重なり合わないようにすることにより、スプリアスが顕在化するほどにはインハーモニックオーバトーン応答が大きくならないためであると考えられる。
【００２４】
本実施の形態に係る薄膜バルク波共振器は、調整孔１０４ｃを規則的に配置することに起因するインハーモニックスプリアスの発生メカニズムに関するこのような考察に基づいてなされたものであり、例えば上部電極の表面に調整孔を不規則に配置することで、上述したインハーモニックオーバトーンの強勢を避けている。そこで以下、これら調整孔の配置パターンについて、図４〜図５を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る薄膜バルク波共振器の上部電極２３を模式的に表した平面図であり、２３ｃは調整孔を示している。
【００２５】
本実施の形態に係る薄膜バルク波共振器においては、図１、図２を用いて説明した副振動の定在波が強勢されないようにするため、図４に示すように多数の調整孔２３ｃが上部電極２３の表面に不規則且つ均一に配置されている。
【００２６】
ここで一つめのポイントである「不規則な配置」とは、例えば図４に示すように、上部電極２３上の任意の調整孔２３ｃ（基準孔３１と呼ぶ）を一つ選び、この基準孔３１と当該基準孔３１に最も近い調整孔２３ｃ（隣接孔３２と呼ぶ）とを結ぶ直線及びその延長線（通過線３３と呼ぶ）上に他の調整孔２３ｃが位置している場合に、この通過線３３上にある複数の調整孔２３ｃ間に規則的な配列パターンが存在せず、理想的にはこの条件が上部電極２３上の全ての調整孔２３ｃについて満たされていることである。ここで規則的な配列パターンとは、例えば通過線３３上に一定間隔毎に調整孔２３ｃが配置されている場合等が考えられる。
【００２７】
上述のように調整孔２３ｃを不規則に配置したとしても、直列腕上部電極２３Ａ上の特定の領域に多数の調整孔２３ｃが集中していたり、反対に殆ど調整孔２３ｃの配置されていない領域があったりすると、均一な質量負荷効果を得ることができずに直列腕共振器１１の共振周波数を設計通りに調整できなくなってしまうおそれがある。そこで二つ目のポイントとして、これら多数の調整孔２３ｃは、直列腕上部電極２３Ａの表面に均一に配置されている。「不規則且つ均一な配置」の指標としては、例えば直列腕上部電極２３Ａ表面を複数の単位面積に分割し、単位面積あたりに存在する調整孔２３ｃの数をカウントしたとき、この調整孔数の分布の標準偏差が予め決めた値、例えば０．８よりも小さくなるようにする場合等が考えられる。
【００２８】
このように多数の調整孔２３ｃを不規則且つ均一に配置する手法としては、フォトリソグラフィプロセスの露光時に使用するマスクに予め上述の条件を満たすパターンを配置しておく場合が考えられる。マスクパターンの製作にあたっては、例えば図５（ａ）に示すように上部電極２３の表面に相当する領域に、例えば等間隔で縦線と横線とを多数設定してなるグリッドを形成し、このグリッド内の各交点について当該交点からのずれ量「ｒ」及びずれ方向（例えば各交点の右手横線からの回転角「θ」）を示す配置情報をそれぞれランダムに算出し、算出された配置情報に基づいて調整孔２３ｃに相当するマスクパターンを形成する場合が考えられる。
【００２９】
ここでグリッドの設定にあたっては、薄膜バルク波共振器の共振周波数の変化量と上部電極２３の質量負荷効果との関係を予め把握しておき、当該上部電極２３の面積を何％小さくする必要があるかを算出しておく。そして、予め決められたのサイズを有する調整孔２３ｃをいくつ上部電極２３上に配置する必要があるかを求め、必要な調整孔２３ｃの数とほぼ等しい数だけグリッドの交点が形成されるように縦線、横線を設定するとよい。更にまた調整孔２３ｃのずれ量は、最大でも隣り合う２つの調整孔２３ｃが重ならない程度の値としておくことが好ましい。
【００３０】
また他の配置法として、図５（ｂ）に示すように、上部電極２３の表面に相当する領域に、互いに交差しない多数の直線を等間隔で引き、次いで隣り合う調整孔２３ｃ間の距離の平均値が予め決めた値とるように、各直線の一端から他端へかけて順番に調整孔２３ｃを不規則に配置していく配置法も考えられる。この場合においても図５（ａ）にて説明した場合と同様に、上部電極２３上に必要な個数の調整孔２３ｃを配置できるように、直線の配置間隔と、調整孔２３ｃ間の平均距離を設定するとよい。また隣り合う調整孔２３ｃ同士が重ならないように調整孔２３ｃ間の距離の最小値を設定しておくことが好ましい。
【００３１】
このように、上部電極２３Ａ表面に多数の調整孔２３ｃが不規則且つ均一に配置された直列腕共振器１１の作用としては、複数の調整孔２３ｃが同一直線上に並んでいる確率が小さく、また、並んでいたとしても調整孔２３ｃ同士の孔間距離がばらばらになっており、規則的な配列パターンとなっていない。このため、定在波の周期と調整孔２３ｃの周期とが同調せず、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明した定在波の強勢が起きにくく、図６に示すようにインハーモニックスプリアスの抑制された共振器応答が得られると考えられる。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る薄膜バルク波共振器を用いた電子部品の一例として、当該薄膜バルク波共振器を用いたラダー型のフィルタ１について図７〜図９を参照しながら説明する。ここで図７、図８は実施の形態に係るフィルタ１の構成を示す平面図、縦断面図及び斜視図であり、図９はこのフィルタ１の回路図である。
【００３３】
本実施の形態に係るフィルタ１は、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、２本の空隙部２４が溝状に形成された基板２０と、この圧電薄膜２２の下面側と上面側とにそれぞれ形成された下部電極２１、上部電極２３とを備えた例えば５個の薄膜バルク波共振器１１、１２から構成されている。夫々の薄膜バルク波共振器１１、１２は、図７（ｂ）に示すように空隙部２４上に下部電極２１、圧電薄膜２２、上部電極２３からなる積層体２５を設けた構造となっていて、図７（ａ）の平面図における上段側３つの薄膜バルク波共振器を直列腕共振器１１、下段側の２つを並列腕共振器１２として、図９に示す周知のラダー型のフィルタを構成するように接続されている。
【００３４】
このフィルタ１においては、直列腕共振器１１の共振周波数「ｆｒｓ」を並列腕共振器１２の反共振周波数「ｆａｐ」とほぼ一致させるため、図７、図８に示すように直列腕共振器１１の上部電極２３Ａ表面に、多数の調整孔２３ｃが形成されている。そして、これら多数の調整孔２３ｃは、図４〜図５を用いて説明した手法により不規則且つ均一に配置されている。以下、当該フィルタ１の製造工程について図１０を参照しながら簡単に説明しておく。
【００３５】
フィルタ１は例えば予め酸化処理をして表面に絶縁膜の形成された例えば直径３インチ、厚さ０．３８ｍｍのシリコン製の基板２０を、例えば縦０．５ｍｍ×横０．５ｍｍの多数のフィルタ形成領域（以下の製造工程の説明においては、このフィルタ形成領域を基板２０という）に区画する。そして、図１０（ａ）に示すように、空隙部２４に相当する、例えば幅７０μｍの２本の溝部をフォトリソグラフィによって基板２０表面に形成した後、この基板２０の表面に例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にてＢＰＳＧ（Boro-phospho silicate glass）膜を堆積させ溝内にＢＰＳＧを犠牲材料２４ａとして埋め込み、次いでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により基板２０表面を研磨して余分なＢＰＳＧを取り除く。
【００３６】
続いて図１０（ｂ）に示すように、犠牲材料２４ａの埋め込まれた基板２０の表面に例えばＭｏ（モリブデン）からなり、例えば各々の大きさが縦１５０μｍ×横１００μｍ×厚さ２μｍの電極パターン（直列腕下部電極２１Ａ、並列腕上部電極２１Ｂ）をパターニングする。そして例えば亜鉛（Ｚｎ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）を酸素ガス（Ｏ２）雰囲気下でスパッタリングすることによりＺｎＯを堆積させ、前記の電極パターン２１Ａ、２１ＢをＺｎＯ層にて覆い、このＺｎＯ層を例えば基板２０よりひとまわり小さな矩形状にパターニングして圧電薄膜２２を形成する（図１０（ｃ））。
【００３７】
この後、図１０（ｄ）に示すように、下層にパターニングされている下部電極２１Ａ、２１Ｂに対応する位置の圧電薄膜２２表面に、例えばこれらの下部電極２１Ａ、２１Ｂとほぼ同じ大きさ、同じ材料からなる電極パターン（直列腕上部電極２３Ａ、並列腕上部電極２３Ｂ）をパターニングする。ここで直列腕上部電極２３Ａ表面に形成される調整孔２３ｃは、直列腕上部電極２３Ａの形成と同時にパターニングされ、またこれらの調整孔２３ｃの配置パターンは、例えば図４、図５を用いて説明した手法により、予めマスクにパターニングしてある。なお本実施の形態中に示した各図では、便宜上調整孔２３ｃを数個だけ表示してあるが、実際には、例えば１辺が約数μｍのほぼ正方形の調整孔２３ｃが直列腕上部電極２３Ａ上に数十〜数千個程度配置されている。
【００３８】
最後に、例えばフッ酸（ＨＦ）からなるエッチャントにより犠牲材料２４ａを除去して、図８の拡大斜視図に示した空隙部２４を形成する。なお空隙部２４は圧電薄膜２２によって覆われていない露出面を介して除去される。
【００３９】
以上の工程により、基板２０上には図９に示した回路構成を備えたフィルタ１が形成される。フィルタ１は、図９中に破線で示す領域（以下、セクション１０という）内の直列腕共振器１１と並列腕共振器１２とによって、所望の通過域にある周波数の信号のみを通過させるフィルタとして機能する。図９に示したフィルタ１において、同じ構成を有する２つのセクション１０が直列に接続され、また右端にはセクション１０に含まれていないの直列腕共振器１１が接続されているのは、保証減衰量と選択度とを向上させるためである。
【００４０】
実施の形態に示した薄膜バルク波共振器（直列腕共振器１１）によれば、図６に示すようにインハーモニックスプリアスを小さくすることができ、高品質の薄膜バルク波共振器を提供することが可能となる。また、調整孔２３ｃを設けない場合に従来行われていたように、直列腕共振器１１または並列腕共振器１２の周波数調整を行うための工程（エッチング等）を行う必要がなくなるだけでなく、調整孔２３ｃを規則的に配置する従来技術と比較してもインハーモニックスプリアスを抑制することのみを目的として調整孔２３ｃのサイズを更に微細化する必要がなく、パターニングに際してより高性能の装置を必要とすることによる製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４１】
なお実施の形態においては、積層体２５の実効的な膜厚を調整する調整孔２３ｃを直列腕上部電極２３Ａに形成する場合について説明したが、このような調整孔を直列腕下部電極２１Ａ側に設けたり、直列腕下部電極２１Ａ、直列腕上部電極２３Ａの双方に設けたりするようにしてもよい。また、調整孔２３ｃの形状も実施の形態中に示した矩形状のものに限定されず、例えば円形や三角形等としてもよい。
【００４２】
また電極の形状も実施の形態中に示した矩形状のものに限定されない。例えば図１１に示す上部電極２３Ｄのように五角形としてもよい。既述の振動エネルギーの閉込め現象により、上部電極２３Ｄ下部の圧電薄膜内を伝播する副振動の進行波や反射波は上部電極２３Ｄの設けられた領域内に閉込められている。このため図１１に矢印で示すように、例えば上部電極２３Ｄの任意の端辺上の点を基点として、この端辺より垂直方向に伝播してきた進行波１１１は、当該端辺に対向する端辺にて全反射されて反射波１１２となる。このとき、上部電極２３Ｄの形状を例えば五角形としておくことで、前述の２つの端辺は平行となっておらず、進行波１１１と反射波１１２とはそれぞれ違う向きに伝播するのでこれらの２波間では定在波が形成されない。実際には圧電薄膜内には様々な方向に多数の進行波１１１や反射波１１２が伝播しているので、定在波の発生を完全に抑えることは困難であるが、上部電極２３Ｄをこのような形状とすることで、定在波の発生やその強勢を抑制することができると考えられる。このような効果は、例えば三角形や正七角形等、平行な２辺を有さない多角形においても得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来型の薄膜バルク波共振器の共振器応答にスプリアスが発生するメカニズムを説明するための縦断面図である。
【図２】上記メカニズムを模式的に表した説明図である。
【図３】従来の薄膜バルク波共振器に形成される振動モードの変位分布模式的に表現した説明図である。
【図４】上記ラダー型フィルタの直列腕共振器に設けられた直列腕上部電極の構成を示す平面図である。
【図５】上記直列腕上部電極に多数設けられた調整孔の配置方法を示す説明図である。
【図６】上記ラダー型フィルタの共振器応答を示す説明図である。
【図７】実施の形態に係るラダー型フィルタの平面図及び縦断面図である。
【図８】上記ラダー型フィルタの一部を拡大した斜視図である。
【図９】上記ラダー型フィルタの回路図である。
【図１０】上記ラダー型フィルタの製造工程図を示す平面図である。
【図１１】直列腕上部電極の変形例を示す平面図である。
【図１２】薄膜バルク波共振器の従来例を示す説明図である。
【図１３】従来の薄膜バルク波共振器の共振器応答を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１          フィルタ
１０        セクション
１１        直列腕共振器
１２        並列腕共振器
２０        基板
２１        下部電極
２１Ａ      直列腕下部電極
２１Ｂ      並列腕下部電極
２２        圧電薄膜
２３        上部電極
２３Ａ      直列腕上部電極
２３Ｂ      並列腕上部電極
２３ｃ      調整孔
２３Ｄ      上部電極
２４        空隙部
２４ａ      犠牲材料
２５        積層体
３１        基準孔
３２        隣接孔
３３        通過線
１００      薄膜バルク波共振器
１０１      基板
１０２      下部電極
１０３      圧電薄膜
１０４      上部電極
１０４ｃ    調整孔
１０５      積層体
１０６      空隙部
１１０      薄膜バルク波共振器
１１１、１１１ａ、１１１ｂ
進行波
１１２、１１２ａ、１１２ｂ
反射波
１１３      主振動の変位分布
１１４      インハーモニックオーバトーンの変位分布
【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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