(57)【要約】【課題】パターニング時の線幅のばらつきが振動子の周波数精度に与える影響を低減することができる、付加膜を備えた圧電振動子を提供する。【解決手段】圧電膜１６と圧電膜１６の両主面にそれぞれ配置された第１及び第２の電極１５，１７とを含む圧電膜部は、膜厚方向から透視したときに第１及び第２の電極１５，１７が圧電膜１６を介して重なり合う圧電振動部２０が基板から浮いた状態で、支持部が基板に支持される。第２の電極１７に、膜厚方向から透視したときに圧電振動部２０に重なる付加膜１８が配置される。圧電振動部２０の拡がり振動モードを利用するタイプであり、膜厚方向から透視したときに、圧電膜１６及び付加膜１８が、圧電振動部２０の支持部に連続する部分以外の部分の周縁よりも外側まで延在し、かつ、付加膜１８が圧電膜１６よりも外側まで延在する。【選択図】図３
2009033593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
圧電膜と前記圧電膜の両主面にそれぞれ配置された第１及び第２の電極とを含み、前記圧電膜の膜厚方向から透視したときに前記第１及び第２の電極が前記圧電膜を介して重なり合う圧電振動部が前記基板から浮いた状態で、前記圧電振動部以外の支持部が前記基板に支持された、圧電膜部と、
前記第１及び第２の電極のうち前記基板から遠い前記第２の電極の前記基板から遠い側の主面に、前記膜厚方向から透視したときに前記圧電振動部に重なるように配置された、付加膜と、
を備え、
前記圧電振動部の拡がり振動モードを利用する、圧電振動子であって、
前記膜厚方向から透視したときに、前記圧電膜及び前記付加膜が、前記圧電振動部の前記支持部に連続する部分以外の部分の周縁よりも外側まで延在し、かつ、前記付加膜が前記圧電膜よりも外側まで延在することを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
基板と、
圧電膜と前記圧電膜の両主面にそれぞれ配置された第１及び第２の電極とを含み、前記圧電膜の膜厚方向から透視したときに前記第１及び第２の電極が前記圧電膜を介して重なり合う圧電振動部が前記基板から浮いた状態で、前記圧電振動部以外の支持部が前記基板に支持された、圧電膜部と、
前記第１及び第２の電極のうち前記基板から遠い前記第２の電極の前記基板から遠い側の主面に、前記膜厚方向から透視したときに前記圧電振動部に重なるように配置された、付加膜と、
を備え、
前記圧電振動部の拡がり振動モードを利用する、圧電振動子であって、
前記膜厚方向から透視したときに、前記圧電膜及び前記付加膜が、前記圧電振動部の前記支持部に連続する部分以外の部分の周縁よりも外側まで延在し、かつ、前記圧電膜が前記付加膜よりも外側まで延在することを特徴とする圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子に関し、詳しくは、圧電振動部の拡がり振動モードを利用する圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動部の拡がり振動モードを利用する圧電振動子は、種々提案されている。
【０００３】
例えば図７の斜視図、図７の線Ｘ−Ｘに沿って切断した断面図である図８に示すように、圧電振動子９１は、圧電膜９８の両主面にそれぞれ上側電極９９と下側電極１００とが配置され、圧電膜９８の膜厚方向から透視したときに上側電極９９と下側電極１００とが圧電膜９８を介して対向する圧電振動部９５が、基板９２から浮いた状態で支持されている。
【０００４】
このような拡がり振動モードを利用した圧電振動子は、例えば発振器やメカニカルフィルタ等に好適であり、共振周波数は、主として圧電振動部の平面形状の大きさにより決定される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１８６４６７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、最近では、耐環境特性を高めたり、温度による周波数依存性を低めたり、機械的強度を高めたりする目的で、上部電極上に付加膜を設けた圧電振動子の開発が進められている。付加膜を備えた構造においては、膜厚方向から透視したときに、圧電振動部の支持部に連続する部分以外の部分の周縁において、圧電膜及び付加膜と上部電極及び下部電極とが全て重なる一般的な構成では、下部電極、圧電膜、上部電極、付加膜の幅（圧電膜部のうち基板に支持され部分同士を結ぶ方向に垂直方向の寸法）は、略同じであるため、パターニング時の線幅のばらつきが振動子の周波数精度に大きく影響を与える。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、パターニング時の線幅のばらつきが振動子の周波数精度に与える影響を低減することができる、付加膜を備えた圧電振動子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電振動子を提供する。
【０００８】
圧電振動子は、（ａ）基板と、（ｂ）圧電膜と前記圧電膜の両主面にそれぞれ配置された第１及び第２の電極とを含み、前記圧電膜の膜厚方向から透視したときに前記第１及び第２の電極が前記圧電膜を介して重なり合う圧電振動部が前記基板から浮いた状態で、前記圧電振動部以外の支持部が前記基板に支持された、圧電膜部と、（ｃ）前記第１及び第２の電極のうち前記基板から遠い前記第２の電極の前記基板から遠い側の主面に、前記膜厚方向から透視したときに前記圧電振動部に重なるように配置された、付加膜と、を備える。圧電振動子は、前記圧電振動部の拡がり振動モードを利用するタイプの圧電振動子である。前記膜厚方向から透視したときに、前記圧電膜及び前記付加膜が、前記圧電振動部の前記支持部に連続する部分以外の部分の周縁よりも外側まで延在し、かつ、前記付加膜が前記圧電膜よりも外側まで延在する。
【０００９】
膜厚方向から透視したときに、圧電振動部の支持部に連続する部分以外の部分の周縁において、圧電膜及び付加膜と第１及び第２の電極とが全て重なる一般的な構成では、パターニング時の線幅のばらつき等の製造のばらつきにより、圧電膜が付加膜よりも外側にはみ出ることも、付加膜が圧電膜よりも外側にはみ出ることがある。そのため、一般的な構成では、付加膜、圧電膜のどちらの幅が広くなるか各圧電振動子によって異なるため、付加膜、圧電膜の両方のパターニング精度の影響を受けてしまう。
【００１０】
これに対して、付加膜が圧電膜よりも外側まで延在するように構成すれば、広くした付加膜のパターニング精度のみの影響しか受けない。
【００１１】
したがって、周波数精度を向上することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した他の圧電振動子を提供する。
【００１３】
圧電振動子は、（ａ）基板と、（ｂ）圧電膜と前記圧電膜の両主面にそれぞれ配置された第１及び第２の電極とを含み、前記圧電膜の膜厚方向から透視したときに前記第１及び第２の電極が前記圧電膜を介して重なり合う圧電振動部が前記基板から浮いた状態で、前記圧電振動部以外の支持部が前記基板に支持された、圧電膜部と、（ｃ）前記第１及び第２の電極のうち前記基板から遠い前記第２の電極の前記基板から遠い側の主面に、前記膜厚方向から透視したときに前記圧電振動部に重なるように配置された、付加膜とを備える。圧電振動子は、前記圧電振動部の拡がり振動モードを利用するタイプの圧電振動子である。前記膜厚方向から透視したときに、前記圧電膜及び前記付加膜が、前記圧電振動部の前記支持部に連続する部分以外の部分の周縁よりも外側まで延在し、かつ、前記圧電膜が前記付加膜よりも外側まで延在する。
【００１４】
膜厚方向から透視したときに、圧電振動部の支持部に連続する部分以外の部分の周縁において、圧電膜及び付加膜と第１及び第２の電極とが全て重なる一般的な構成では、パターニング時の線幅のばらつき等の製造のばらつきにより、圧電膜が付加膜よりも外側にはみ出ることも、付加膜が圧電膜よりも外側にはみ出ることがある。そのため、一般的な構成では、付加膜、圧電膜のどちらの幅が広くなるか各圧電振動子によって異なるため、付加膜、圧電膜の両方のパターニング精度の影響を受けてしまう。
【００１５】
これに対して、圧電膜が付加膜よりも外側まで延在するように構成すれば、広くした圧電膜のパターニング精度のみの影響しか受けない。
【００１６】
したがって、周波数精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、パターニング時の線幅のばらつきが振動子の周波数精度に与える影響を低減し、周波数精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１９】
＜実施例１＞  実施例１の圧電振動子について、図１〜図３、図６を参照しながら説明する。
【００２０】
図１の平面図、図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である図２、図１の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である図３に模式的に示すように、圧電振動子１０は、基板１２上に圧電膜部が形成されている。すなわち、基板１２上に、支持膜１４、下部電極１５、圧電膜１６、上部電極１７、付加膜１８が順に積層されている。支持膜１４、下部電極１５、圧電膜１６、上部電極１７、付加膜１８は、スパッタ、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などによる成膜と、フォトリングラフィー技術によるパターニングを用いることにより形成する。下部電極１５と上部電極１７の端部に形成されたパッド１５ｘ、１７ｘ上は何も積層されておらず、電気的に接続できるようになっている。
【００２１】
圧電膜部は、基板１２に支持された支持部２２と、基板１２から空隙１３を介して浮いた圧電振動部２０と、支持部２２と圧電振動部２０との間を接続する接続部２４とを含む。
【００２２】
空隙１３は、基板１２上に犠牲層を配置し、その上に支持膜１６等を積層した後に犠牲層を除去することによって形成する。
【００２３】
圧電振動部２０は、膜厚方向（図１において紙面垂直方向、図２及び図３において上下方向）から透視したとき、下部電極１５と上部電極１７とが圧電膜１６を介して重なり合う部分に形成される。図１及び図３では、下部電極１５と上部電極１７の幅（支持部間を結ぶ方向に垂直方向の寸法、図３において左右方向の寸法）が等しい場合を図示しているが、両者の幅が異なっていてもよい。
【００２４】
図３に示すように、圧電膜１６の幅は、下部電極１５と上部電極１７の幅よりもわずかに大きい。支持膜１４及び付加膜１８の幅は、下部電極１５と上部電極１７の幅よりも十分に大きい。すなわち、支持膜１４及び付加膜１８が圧電膜１６からはみ出す寸法Ｌ１は、圧電膜１６が圧電振動部２０、すなわち上部電極１７からはみ出す寸法δ１よりも十分に大きい。
【００２５】
付加膜１８の幅が圧電膜１６の幅より広いことで、付加膜１８のパターニング精度が圧電振動子１０の周波数精度の主因となるため、付加膜１８のパターニング精度を向上させることで周波数精度を向上させることができる。
【００２６】
圧電振動部２０の輪郭が伸縮する振動モードを主に使用する圧電振動子１０では、圧電振動部２０の外周（周縁）に近くなるほど振動時の変位幅が大きくなるため、端部が外周側に位置する膜ほど、その膜のパターニング精度が周波数に与える影響が大きくなる。圧電膜１６の幅より付加膜１８の幅が広く、付加膜１８が圧電振動部２０の外周にまで位置することで、圧電膜１６、上部電極１７のパタ−ニング精度が圧電振動子１０の周波数精度に与える影響が小さくなり、付加膜１８のパターニング精度の影響が支配的になる。これにより圧電膜１６、上部電極１７、付加膜１８の全てのパターニング精度ではなく、付加膜１８のパターニング精度だけを向上させることで振動子の周波数精度を向上させることができる。
【００２７】
付加膜１８が圧電膜１６からはみ出す寸法Ｌ１は、付加膜１８のパターニング時のばらつきと圧電膜１６のパターニング時のばらつきの合計よりも大きいことが望ましい。付加膜１８のパターニング時のばらつきと圧電膜１６のパターニング時のばらつきの合計より小さければ、付加膜１８と圧電膜１６のパターニング時のばらつきにより付加膜１８の幅が圧電膜１６の幅より狭くなることがあるからである。
【００２８】
付加膜１８に酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ポリイミド、アルミニウムオキシニトライド、酸化チタン、酸化クロムなどの耐湿性の高い材料を選択すると、圧電膜１６の側面１６ｋからの吸湿による劣化を防ぐことができる。
【００２９】
次に表１に、実施例１の作製例と、従来の一般的な構造の比較例とについて、酸化ケイ素の付加膜と、窒化アルミニウムの圧電膜のパターニング精度と周波数精度を示す。
【表１】
2009033593.tif 000003
【００３０】
作製例では、付加膜１８が圧電膜１６からはみ出す寸法Ｌ１は約１００μｍ、圧電振動部２０の幅は１６０μｍ、圧電膜１６が圧電振動部２０からはみ出す寸法δ１は約１０μｍである。
【００３１】
比較例の圧電振動子１０ｘは、図６の断面図に示すように、圧電振動部において、支持膜１４ｘ、下部電極１５、圧電膜１６ｘ、上部電極１７、付加膜１８ｘの幅が全て等しい。圧電振動部の幅は１６０μｍである。
【００３２】
表１に示したように、作製例と比較例とのパターニング精度が等しい。比較例の構造では付加膜(酸化ケイ素)及び圧電膜(窒化アルミニウム)の両方のばらつきが影響するため周波数精度は２０９３ｐｐｍとなるが、作製例の構造では付加膜のばらつきのみが影響を与えるため周波数精度は１７６５ｐｐｍと比較例に比べて約１５％良くなっている。
【００３３】
＜実施例２＞  実施例２の圧電振動子１０ａについて、図４〜図６を参照しながら説明する。
【００３４】
実施例２の圧電振動子１０ａは、実施例１の圧電振動子１０と略同様に構成されている。以下では、実施例１との相違点を中心に説明し、実施例１と同じ構成部分には同じ符号を用いる。
【００３５】
図４の平面図、図４の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である図５に模式的に示すように、圧電振動子１０ａは、実施例１と同様に、基板上に、支持膜１４、下部電極１５、圧電膜１６ａ、上部電極１７、付加膜１８が、スパッタ、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などによる成膜と、フォトリングラフィー技術によるパターニングを用いて、順に積層され、下部電極１５と上部電極１７の端部に形成されたパッド１５ｘ、１７ｘが外部に露出している。圧電膜部は、基板に支持された支持部と、基板から空隙を介して浮いた圧電振動部２０と、支持部と圧電振動部２０との間を接続する接続部とを含む。
【００３６】
実施例１とは異なり、図５に示すように、付加膜１８ａの幅は、圧電振動部２０の幅、すなわち上部電極１７の幅よりもわずかに大きい。圧電膜１６ａの幅は、圧電振動部２０の幅、すなわち上部電極１７の幅よりも十分に大きい。つまり、圧電膜１６ａが付加膜１８ａからはみ出す寸法Ｌ２は、付加膜１８ａが上部電極１７からはみ出す寸法δ２よりも十分に大きい。
【００３７】
このように圧電膜１６ａの幅が付加膜１８の幅より広い構成とすることで、圧電膜１６ａのパターニング精度が圧電振動子１０ａの周波数精度の主因となるため、圧電膜１６ａのパターニング精度を向上させることで周波数精度を向上させることができる。
【００３８】
圧電振動部２０の輪郭が伸縮する振動モードを主に使用する圧電振動子１０ａでは、圧電振動部２０の外周に近くなるほど振動時の変位幅が大きくなるため、端部が外周側に位置する膜ほど、その膜のパターニング精度が周波数に与える影響が大きくなる。付加膜１８ａの幅より圧電膜１６ａの幅が広く、圧電膜１６ａが圧電振動部２０の外周にまで位置することで、付加膜１８ａと上部電極１７のパタ−ニング精度が圧電振動子１０ａの周波数精度に与える影響が小さくなり、圧電膜１６ａのパターニング精度の影響が支配的になる。これにより圧電膜１６ａ、上部電極１７、付加膜１８ａの全てのパターニング精度ではなく、圧電膜１６ａのパターニング精度だけを向上させることで、圧電振動子１０ａの周波数精度を向上させることができる。
【００３９】
付加膜１８ａにＳｉＯ２のような温度補償機能を持つ材料を選択した場合、付加膜１８ａの幅が上部電極１７よりも狭くなると温度補償機能が低下してしまう。付加膜１８ａを上部電極１７よりも広くすると、温度補償機能の低下を防ぐことができる。
【００４０】
付加膜１８ａが圧電膜１６ａからはみ出す寸法Ｌ２は、付加膜１８ａのパターニング時のばらつきと圧電膜１６ａのパターニング時のばらつきの合計よりも大きいことが望ましい。付加膜１８ａのパターニング時のばらつきと圧電膜１６ａのパターニング時のばらつきの合計より小さければ、付加膜１８ａと圧電膜１６ａのパターニング時のばらつきにより圧電膜１６ａの幅が付加膜１８ａの幅より狭くなることがあるからである。
【００４１】
次に表２に、実施例１の作製例と、従来の一般的な構造の比較例とについて、酸化ケイ素の付加膜と、窒化アルミニウムの圧電膜のパターニング精度と周波数精度を示す。
【表２】
2009033593.tif 000004
【００４２】
作製例では、圧電膜１６ａが付加膜１８ａからはみ出す寸法Ｌ２は約１００μｍ、圧電振動部２０の幅は１６０μｍ、付加膜１８ａが圧電振動部２０からはみ出す寸法δ２は約１０μｍである。
【００４３】
比較例の圧電振動子１０ｘは、前述の表１と同じであり、図６の断面図に示すように、圧電振動部において、支持膜１４ｘ、下部電極１５、圧電膜１６ｘ、上部電極１７、付加膜１８ｘの幅が全て等しい。圧電振動部の幅は１６０μｍである。
【００４４】
表２に示したように、作製例と比較例のパターニング精度が等しい。比較例の構造では付加膜(酸化ケイ素)及び圧電膜(窒化アルミニウム)の両方のばらつきが影響するため周波数精度は２０９３ｐｐｍとなるが、作製例の構造では圧電膜のばらつきのみが影響を与えるため周波数精度は１８７３ｐｐｍと比較例に比べて約１０％良くなっている。
【００４５】
＜まとめ＞  以上に説明したように、圧電振動子の付加膜と圧電膜とについて、いずれか一方の幅を他方の幅よりも十分に大きくすると、振動周波数は幅が大きい方のパターニング精度の影響しか受けないため、パターニング時の線幅のばらつきが圧電振動子の周波数精度に与える影響を低減することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】圧電振動子の平面図である。（実施例１）
【図２】圧電振動子の断面図である。（実施例１）
【図３】圧電振動子の断面図である。（実施例１）
【図４】圧電振動子の平面図である。（実施例２）
【図５】圧電振動子の断面図である。（実施例２）
【図６】圧電振動子の断面図である。（比較例）
【図７】圧電振動子の斜視図である。（従来例）
【図８】圧電振動子の断面図である。（従来例）
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０ａ  圧電振動子（圧電振動子）
１２  基板
１４  支持膜
１５  下部電極（第１の電極）
１６，１６ａ  圧電膜
１７  上部電極（第２の電極）
１８，１８ａ  付加膜
２０  圧電振動部
２２  支持部
【図１】
2009033593.tif 000005
【図２】
2009033593.tif 000006
【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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