(57)【要約】  非調和高次モードスプリアスを低減することができ、かつ小型化を図ることができる圧電薄膜共振子を提供する。  対向する一対の電極１４，１６の間に圧電薄膜１５が配置された薄膜部１７と、薄膜部１７の一対の電極の一方１４の側に形成された絶縁膜１８と、薄膜部１７の一対の電極の他方１６の側の一部分を支持する基板１２とを備える。薄膜部１７および絶縁膜１８が一体となって２以上の整数倍波の少なくとも一つの振動モードで振動し、その少なくとも一つの振動モードにおいて、２以上の整数倍波の腹が絶縁膜１８内に位置するように構成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に支持されかつ該基板から音響的に分離されていて、対向する一対の電極の間に圧電薄膜が配置された薄膜部と、
前記薄膜部の前記一対の電極の一方の側に形成された絶縁膜とを備え、
前記薄膜部および前記絶縁膜が一体となって２以上の整数倍波モードの少なくとも一つの整数倍波モードで振動し、その少なくとも一つの整数倍波モードにおいて、前記２以上の整数倍波モードの腹が前記絶縁膜内に位置するように構成したことを特徴とする、圧電薄膜共振子。
【請求項２】
前記薄膜部は、前記一対の電極の他方の側の一部分で前記基板に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記一対の電極の前記一方の厚さは相対的に大きく、前記一対の電極の前記他方の厚さは相対的に小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記一対の電極のいずれか一方又は両方は、材質が異なる２以上の層を含むことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記圧電薄膜が、ＡｌＮまたはＺｎＯであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記絶縁膜が、ＳｉＯ２を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記一対の電極が対向する方向から見たとき、前記一対の電極が重なり合う部分は矩形であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電薄膜共振子に関し、詳しくは、圧電薄膜の厚み振動モードを利用した圧電薄膜共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電薄膜の厚み振動モードを利用した圧電薄膜共振子が種々提案されている。【０００３】
例えば図１に示したように、圧電薄膜共振子１は、基板２の上にＳｉＯ２膜３が形成され、ＳｉＯ２膜３の上に、圧電薄膜４ｃを対向電極４ａ，４ｂで挟んだ薄膜部４が形成されている。基板２には開口部５が形成され、対向電極４ａ，４ｂで挟まれた圧電薄膜４ｃとその下の部分のＳｉＯ２膜３とが、例えば点線６で示したように、２倍波のモードの厚み縦振動するようになっている。ＳｉＯ２膜３の膜厚をｔｓ、前記圧電薄膜の膜厚をｔｐとするとき、膜厚比ｔｐ／ｔｓの値は、厚み振動の腹の位置が概略下部電極４ａと一致するように設定する。これにより、圧電薄膜共振子１の電気機械結合係数を最も大きくすることができる。膜厚比ｔｐ／ｔｓの値は、ＳｉＯ２膜の音速が圧電薄膜４ｃの音速と異なるので、１以外の数字になる（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このような厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子において、上下の電極の重なり部分を非方形の不規則な多角形にすることにより、非調和高次モードスプリアスを低減することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−８７０８５号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３３２５６８号公報（第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上下の電極の重なり部分が非方形の場合、支障なく振動するためには、素子チップは、少なくともこの非方形に外接する方形の面積が必要となり、上下の電極の重なり部分を方形とする場合よりも大きな面積が必要となる。そのため、小型化を図ることができない。【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、非調和高次モードスプリアスを低減することができ、かつ小型化を図ることができる圧電薄膜共振子およびその製造方法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、以下のように構成した圧電薄膜共振子を提供する。【０００８】
圧電薄膜共振子は、基板に支持されかつ該基板から音響的に分離されていて、対向する一対の電極の間に圧電薄膜が配置された薄膜部と、前記薄膜部の前記一対の電極の一方の側に形成された絶縁膜とを備える。前記薄膜部および前記絶縁膜が一体となって２以上の整数倍波モードの少なくとも一つの整数倍波モードで振動し、その少なくとも一つの整数倍波モードにおいて、前記２以上の整数倍波モードの振動変位の腹が前記絶縁膜内に位置するように構成する。【０００９】
一対の電極が対向する方向（すなわち、薄膜部と絶縁膜と基板が重なり合う方向）から見たとき、薄膜部が基板によって支持される部分が、一対の電極が重なり合う部分とは重ならないようにする。これにより、一対の電極が対向する方向から見たとき、一対の電極が重なり合う部分と重なる薄膜部および絶縁膜の一部は、基板によって拘束されないで、音響的に分離されている。一対の電極間に交流電圧を印加すると、この薄膜部および絶縁膜の一部が一体となって重なり方向に厚み振動する。圧電薄膜および絶縁膜の材質や膜厚を適宜に組み合わせることによって、この厚み振動の２以上の整数倍波モードの少なくとも一つの整数倍波モードにおいて、２以上の整数倍波モードの振動変位の腹の過半数が絶縁膜内に位置するように構成することができる。【００１０】
このように構成すれば、２以上の整数倍波モードにおいて、薄膜部の厚さは半波長より小さくなり、薄膜部内のみで共振が発生しないようにすることができる。これによって、非調和高次モードスプリアスを低減することができる。また、振動で発生した熱を絶縁膜を介さずに基板に逃がすことができるので、絶縁膜を介して基板に逃がす場合よりも、耐電力性を向上することができる。【００１１】
さらに、絶縁膜を上部からエッチングして周波数調整をすることができる。また、Ｓｉ（１００）基板に直接電極を形成して、その上に圧電薄膜を形成するので、電極の配向性及び圧電薄膜の配向性を向上することができる。【００１２】
好ましくは、前記一対の電極の前記一方の厚さは相対的に大きく、前記一対の電極の前記他方の厚さは相対的に小さい。【００１３】
圧電薄膜共振子は、基板上に各部を順次積層することにより、容易に形成することができる。その場合、薄膜部や絶縁膜には、基板側の電極の厚みによって、段差ができる。この段差は、上記構成のように基板側の電極を相対的に薄くすることにより、小さくなるので、圧電薄膜が段差部分の応力集中によって破壊しやくすくなることを、防止することができる。【００１４】
好ましくは、前記薄膜部および前記絶縁膜が一体となって２倍波モードで振動したとき、前記２倍波の腹が前記絶縁膜内に位置するように構成する。【００１５】
この場合、構成が最も簡単になる。【００１６】
好ましくは、前記一対の電極のいずれか一方又は両方は、材質が異なる２以上の層を含む。【００１７】
上記構成によれば、非調和高次モードスプリアスをより低減することができる。また、電極の電気抵抗を下げたり熱伝達率を高めたりするなどによって、圧電薄膜共振子の特性をより向上することができる。【００１８】
好ましくは、前記圧電薄膜が、ＡｌＮまたはＺｎＯである。【００１９】
上記構成において、圧電薄膜がＡｌＮであれば、弾性損失が小さくなり、圧電薄膜共振子の特性がより向上する。圧電薄膜がＺｎＯであれば、電気機械結合係数が大きくなり、圧電薄膜共振子をフィルタとして用いたときの帯域を大きくすることができる。【００２０】
好ましくは、前記絶縁膜が、ＳｉＯ２を含む。【００２１】
上記構成によれば、圧電薄膜共振子をフィルタとして用いたときの温度特性の調整が可能になる。【００２２】
好ましくは、前記一対の電極が対向する方向から見たとき、前記一対の電極が重なり合う部分は矩形である。【００２３】
上記構成によれば、小さい面積に、複数の共振子素子を近接して配置することができるので、小型化に有利である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の圧電薄膜共振子は、非調和高次モードスプリアスを低減することができ、かつ小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】圧電薄膜共振子の構成を示す断面図である。（従来例１）
【図２】圧電薄膜共振子の構成を示す断面図である。（実施例１）
【図３】ＡｌＮ膜厚と電気機械結合係数の関係を示すグラフである。（実施例１）
【図４ａ】腹の位置が絶縁膜内にあるときのスミスチャートである。（実施例１）
【図４ｂ】腹の位置が圧電薄膜内にあるときのスミスチャートである。（比較例１）
【図４ｃ】腹の位置が電極であるときのスミスチャートである。（比較例２）
【図４ｄ】膜厚を変えた場合のスミスチャートである。（比較例３）
【図４ｅ】膜厚を変えた場合のスミスチャートである。（比較例４）
【図４ｆ】膜厚を変えた場合のスミスチャートである。（比較例５）
【図４ｇ】膜厚を変えた場合のスミスチャートである。（比較例６）
【図５】振動部形状が異なる場合のスミスチャートである。（従来例１、従来例２）
【図６】圧電薄膜共振子の構成を示す断面図である。（実施例２）
【図７ａ】Ｐｔ単層電極のときのスミスチャートである。（比較例３）
【図７ｂ】ＰｔとＡｌを積層した電極のときのスミスチャートである。（実施例２）
【図８】圧電薄膜共振子の構成を示す断面図である。（実施例３）
【図９】圧電薄膜共振子の構成を示す断面図である。（実施例４）
【符号の説明】
【００２６】
１０  圧電薄膜共振子
１２  基板
１４  電極（一対の電極の一方）
１５  圧電薄膜
１６  電極（一対の電極の他方）
１７  薄膜部
１８  絶縁膜
２０  圧電薄膜共振子
２２  基板
２４  電極（一対の電極の一方）
２５  圧電薄膜
２６  電極（一対の電極の他方）
２７  薄膜部
２８  絶縁膜
３０  圧電薄膜共振子
３２  基板
３４  電極（一対の電極の一方）
３５  圧電薄膜
３６  電極（一対の電極の他方）
３７  薄膜部
３８  絶縁膜
４０  圧電薄膜共振子
４２  基板
４４  電極（一対の電極の一方）
４５  圧電薄膜
４６  電極（一対の電極の他方）
４７  薄膜部
４８  絶縁膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態として実施例を図２〜図８を参照しながら説明する。【００２８】
まず、第１実施例の圧電薄膜共振子１０について、図２〜図５を参照しながら説明する。【００２９】
図２（ａ）に示したように、圧電薄膜共振子１０は、基板１２と、対向する上部電極１４と下部電極１６の間に圧電薄膜１５が挟まれている薄膜部１７と、絶縁膜１８とを備える。基板１２の上に薄膜部１７が形成され、薄膜部１７の上に絶縁膜１８が形成されている。圧電薄膜共振子１０は、点線６で示した２倍波モード、または３以上の整数倍波モードで、薄膜部１７および絶縁膜１８が複合厚み共振するようになっている。基板１２と薄膜部１７との間には絶縁膜１８が介在しないので、薄膜部１７で発生した熱は基板１２に伝わりやすい。したがって、図１の従来例のように絶縁膜３が介在する構成よりも、耐電力性の向上を図ることができる。【００３０】
絶縁膜１８の膜厚をｔｓ、圧電薄膜１５の膜厚をｔｐとするとき、膜厚比ｔｐ／ｔｓの値は、例えば、２倍波モードの厚み振動の腹の位置８が、基板１２とは反対側の上部電極１４よりも上に出る、すなわち、腹の位置８が絶縁膜１８内となるように設定する。これにより、詳しくは後述するが、非調和高次モードスプリアスを低減することができる。【００３１】
次に、圧電薄膜共振子１０の具体的な製造方法について説明する。【００３２】
まず、Ｓｉなどの基板１２上に、下部電極１６や下部電極１６に接続された電極パッド（図示せず）などの電極パターンを蒸着、スパッタ法等の成膜方法で、Ｐｔ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ等の電極材料（合金、多層膜を含む）を用いて形成する。パターンニング方法としては、リフトオフ、ドライエッチング、ウェットエッチング等の方法を用いる。【００３３】
一例としては、基板にフォトリソグラフィーによってレジストパターンを形成し、ＴｉとＰｔを順に蒸着法によって堆積する。Ｔｉは、密着層として用い、厚さは１０ｎｍ程度と薄く、振動への影響は無視できる。その後レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状の下部電極１６などの電極パターンを形成する。【００３４】
Ｓｉ基板１２と下部電極１６の間には、Ｓｉ基板の若干の導電性による圧電薄膜共振子への影響を遮断するために薄い絶縁層を介在させてもよい。【００３５】
次に、圧電薄膜材料としてＺｎＯまたはＡｌＮを、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等で成膜し、圧電薄膜１５を形成する。一例としては、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌＮを成膜する。【００３６】
次に、ウェットエッチング、ドライエッチング、犠牲層を用いたリフトオフ等の方法を用いて、圧電薄膜を部分的に除去し、下部電極１６に接続された電極パッドを露出させる。ウェットエッチングでは、エッチャントとしてＴＭＡＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の強アルカリを用いる。ドライエッチングでは、Ｃｌ２を主成分とする反応性ガスを用いる。マスク材料には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の単体金属または多層金属、合金、フォトレジストを用いる。特に、ＺｎＯを犠牲層材料としたリフトオフや、金属や樹脂をマスクとして強アルカリ水溶液でウエットエチングする方法が望ましい。【００３７】
次に、上部電極１４や上部電極１４に接続された電極パッド（図示せず）などの電極パターンを、下部電極１６と同様の手法で、圧電薄膜１５上に形成する。なお、配線の電気抵抗を下げるために、電極１４，１６同士が対向する振動部分以外の配線部には、ＡｌやＣｕ等を主成分とする金属を堆積する。【００３８】
次に、絶縁膜１８として、上部電極１４および圧電薄膜１５の上に、スパッタリング法、蒸着、ＣＶＤ等の成膜法で形成したＳｉＯ２、ＳｉＮ、又はＳｉＯＮ膜を形成する。その後、上部電極１４に接続された電極パッド部分を取り出すために、ウェットエッチング、ドライエッチングの手法を用いて、形成したＳｉＯ２、ＳｉＮ、又はＳｉＯＮ膜の一部分を除去する。【００３９】
一例としては、ＲＦマグネトロンスパッタ方法によってＳｉＯ２を形成し、フォトリソグラフィーの手法を用いて除去部分以外をレジストで保護し、ＨＦを主成分とするエッチャントでウェットエッチングする。【００４０】
次に、基板１２から、振動部（電極１４，１６が対向する部分とその上の絶縁膜１８の部分）に隣接する部分を、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの手法で除去し、空洞１３を形成する。ウェットエッチングでは、ＳｉＯ２やＳｉＮをマスクとして、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、フッ硝酸などのエッチャントでエッチングする。ドライエッチングでは、フォトレジスト、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉなどをマスクとして、ＳＦ６、ＣＦ４等の単体ガスや、ＳＦ６やＣＦ４にＯ２やＣＨＦ３を混合したガスを反応ガスとして用い、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−ＲＩＥ、ＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）−ＲＩＥ等の方法を用いる。【００４１】
ところで、基板１２にＳｉ、圧電薄膜１５にＡｌＮ、下部電極１６にＰｔやＡｌを用いれば、基板１２に空洞１３をドライエッチングにより形成するときに、下部電極１６とＡｌＮ圧電薄膜１５が、エッチングストップ層として働くようにすることができる。【００４２】
すなわち、Ｓｉ基板１２の下方からドライエッチングして、振動部の下に空洞１３を形成する場合、エッチングが進むと、下部電極１６と圧電薄膜１５が露出する。下部電極１６の電極材料にＰｔやＡｌ、圧電薄膜１５にＡｌＮを用いれば、下部電極１６と圧電薄膜１５は、ＳＦ６にエッチングされない。また、基板１２との間の密着層として、Ｔｉを約１０ｎｍの厚さで用いた場合、空洞１３の部分においてＴｉはエッチングされ、下部電極１６のＰｔやＡｌが露出するが、空洞１３以外の部分においては、Ｓｉ基板１２と下部電極１４の間のＴｉは残る。圧電薄膜１５のＡｌＮは、ＳＦ６にエッチングされないので、圧電薄膜１５のＡｌＮが露出すると、エッチングが止まる。【００４３】
このように、下部電極１６や圧電薄膜１５がＳＦ６に対するエッチングストップ層として働くので、振動部の厚みのばらつきが小さくなり、スプリアス、リップルを抑制することができる。【００４４】
一方、Ｓｉ基板の上にＳｉＯ２膜が形成された従来例では、基板のＳｉがエッチングされてＳｉＯ２が露出しても、ＳｉＯ２はＳＦ６に容易にエッチングされる。そのため、振動部の厚みのばらつきが大きくなる。Ｓｉ基板とＳｉＯ２膜の間にＡｌＮなどのエッチングストップ層を形成すれば、エッチングストップ層が露出した所でエッチングを止めることができるが、成膜工程が増えるという問題がある。【００４５】
図３は、圧電薄膜１５にＡｌＮ膜、絶縁膜１８にＳｉＯ２膜を用いた圧電薄膜共振子１０の一例について、ＡｌＮ膜厚と圧電薄膜共振子１５の電気機械結合係数ｋ２（％）の関係を計算した結果を示す。【００４６】
計算は、厚み方向の１次元シミュレーションである。絶縁膜１８のＳｉＯ２の膜厚は、圧電薄膜共振子１０の周波数を同一に保つよう調整している。つまり、ＡｌＮ膜厚を横軸に示している図３のグラフにおいて、右に行くほど、ＡｌＮ膜が厚く、ＳｉＯ２膜が薄くなり、ＳｉＯ２膜に対するＡｌＮ膜の膜厚比が大きいことになる。図３では、上部電極１４と下部電極１６の膜厚の組み合わせが異なる次の４つの場合を図示している。【００４７】
図３において、記号◆は、上部電極１４の膜厚が１００ｎｍ、下部電極１６の膜厚が１００ｎｍの場合を示す。記号■は、上部電極１４の膜厚が２００ｎｍ、下部電極１６の膜厚が２００ｎｍの場合を示す。記号▲は、上部電極１４の膜厚が２００ｎｍ、下部電極１６の膜厚が１００ｎｍの場合を示す。記号×は、上部電極１４の膜厚が１００ｎｍ、下部電極１６の膜厚が２００ｎｍの場合を示す。【００４８】
以下、上部電極１４の膜厚を下部電極１６より厚くした場合（記号▲で示した下部電極１６の膜厚が１００ｎｍ、上部電極１４の膜厚が２００ｎｍの場合）について説明する。【００４９】
圧電薄膜共振子１０は、前述したように、基板１２上に各部を順次積層することにより、容易に形成することができる。その場合、薄膜部１７や絶縁膜１８には、基板１２上に形成された下部電極１６の厚みによって、段差が形成される。この段差が大きくなると、例えば圧電薄膜１５が破壊しやすくなる。これは、圧電薄膜１５の段差部分での複雑な応力状態による応力集中のためと考えられる。下部電極１６が薄くなると圧電薄膜１５の段差も小さくなり、応力集中が緩和されるので、圧電薄膜１５が段差部分で破壊するのを防止することができる。したがって、下部電極１６の膜厚を相対的に小さくし、上部電極１４の膜厚を相対的に大きくした構成（図３の記号▲）が好ましい。【００５０】
図３において符号Ｃで示したように、電気機械結合係数ｋ２が最大となる膜厚構成が存在することが分かる。このとき、変位の腹の位置は、上部電極１６と略一致している。しかし、電気機械結合係数ｋ２は若干小さくとも、Ｑが大きく、スプリアスの小さい共振子が好ましい場合がある。そこで、例えば電気機械結合係数ｋ２が３．７％の場合には、符号Ａ、符号Ｂで示した２通り選択があることが分かる。符号Ａの場合、符号Ｃの場合よりも、ＳｉＯ２膜に対するＡｌＮ膜の膜厚比が小さく、変位の腹の位置はＳｉＯ２膜の中になる。一方、符号Ｂの場合、符号Ｃの場合よりも、ＳｉＯ２膜に対するＡｌＮ膜の膜厚比が大きく、変位の腹の位置はＡｌＮ膜の中になる。【００５１】
図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、それぞれ、図３の符号Ａ、Ｂ、Ｃに対応する膜厚構成の場合について、共振特性をスミスチャート上で表したものである。有限要素法を用いた軸対称解析により、１次元計算では分からなかった非調和高次モードのスプリアスの状態を把握することができる。特性曲線がスミスチャートの外周を這うような共振子が、損失の無い理想的な共振子であり、内側に入り込んでくるほど、損失が大きいことを示す。特性曲線の小さい渦は、スプリアス振動が発生していることを示す。【００５２】
なお、膜厚構成は、ＳｉＯ２絶縁膜１８、Ｐｔ上部電極１４、ＡｌＮ圧電薄膜１５、Ｐｔ下部電極１６の順に、図３の符号Ａでは、２．０μｍ、０．２μｍ、１．２μｍ、０．１μｍ、符号Ｂでは、１．２μｍ、０．２μｍ、１．４７μｍ、０．１μｍ、符号Ｃでは、１．６μｍ、０．２μｍ、１．３２μｍ、０．１μｍとなる。【００５３】
図４ａ、図４ｂ及び図４ｃを比較すると、腹の位置が圧電薄膜１８の外にある構造の揚合（図４ａ）、スプリアスが小さくなっていることが分かる。一方、腹の位置が圧電薄膜１５の中にある場合（図４ｂ）、スプリアスが大きく、結果として、共振子の損失を生じていることが分かる。【００５４】
図４ｄ、図４ｅ、図４ｆ及び図４ｇは、図３の符号ＡとＣの間に圧電薄膜の膜厚の厚い側から薄い側へＤ、Ｅ、ＦとＡより薄い側へＧの場合について、共振特性をスミスチャート上で表したものである。ＳｉＯ２膜厚とＡｌＮ膜厚が１．９μｍと１．２５μｍ及び２．１μｍと１．１５μｍのＦ及びＧにおいて、Ａと同様にスプリアスが小さくなっていることが分かる。【００５５】
従来、スプリアスを抑制する手法としては、特許文献２にも開示されているように、振動部形状を非対称な形状にすることが知られている。しかし、この手法では見かけ上のスプリアスは減少するが、共振子の損失という面では改善とはいえない。【００５６】
図５は、特許文献１に開示された断面構成で振動部形状が正方形である従来例１と、振動部形状が特許文献２に開示された非方形の多角形形状である従来例２とについて、それぞれ、共振特性をスミスチャート上で表したものである。従来例２は、従来例１と比較すると、確かにスプリアス特性が改善され、滑らかな特性曲線が得られている。しかし、スミスチャート中で特性曲線が内側に入り込んでいるので、損失は必ずしも改善していないことが分かる。【００５７】
一方、第１実施例の圧電薄膜共振子１０では、振動部形状を変えることなく、膜構成のみでスプリアスの挙動を制御できる。スプリアスが発生しない膜構成を選択することで、対称性の高い正方形などの振動部形状を採用することが可能になり、チップ上のレイアウトが容易になり、小型化・低コスト化等の点で有利である。【００５８】
図２（ｂ）のように薄膜部と基板との間に絶縁膜が介在し、厚み振動の２以上の整数倍波モードの振動変位の腹が前記絶縁膜内に位置する構成でも、非調和高次モードスプリアスを低減することができる。この構成は、絶縁膜にＳｉを熱酸化して形成したＳｉＯ２を使用することができ、圧電薄膜の負の温度係数を補償する効果がより大きい。【００５９】
次に、第２実施例の圧電薄膜共振子２０について、図６を参照しながら説明する。【００６０】
圧電薄膜共振子２０は、第１実施例と同様に、基板２２と、圧電薄膜２５を電極２４，２６で挟んだ薄膜部２７と、絶縁膜２８とを備え、基板２２の上に薄膜部２７が形成され、薄膜部２７の上に絶縁膜２８が形成されている。基板２２には空洞２３が形成され、点線６で示した２倍波、または３以上の整数倍波モードで、空洞２３の上の薄膜部２７および絶縁膜２８が厚み縦振動するようになっている。絶縁膜２８と圧電薄膜２５の膜厚は、２倍波モードの厚み振動の腹の位置８が絶縁膜２８内となるように、選択されている。【００６１】
ただし、第１実施例と異なり、電極２４，２６は、Ｐｔの第１層２４ａ，２６ａと、Ａｌの第２層２４ｂ，２６ｂを積層したものである。第１層２４ａ，２６ａや第２層２４ｂ，２６ｂの密着層として、厚さ１０ｎｍ程度のＴｉ膜を形成してもよい。【００６２】
圧電薄膜共振子２０の具体的な構成の一例を挙げると、上から順に、絶縁膜２８は厚さ１．９μｍのＳｉＯ２、上部電極２４の上側の第２層２４ｂは厚さ０．１μｍのＡｌ、上部電極２４の下側の第１層２４ａは厚さ０．２８μｍのＰｔ、圧電薄膜２５は厚さ１．２μｍのＡｌＮ、下部電極２６の上側の第１層２６ａは厚さ０．０５μｍのＰｔ、下部電極２６の下側の第２層２６ｂは厚さ０．０５μｍのＡｌである。【００６３】
電極２４，２６は、電気抵抗の低いＡｌの第２層２４ｂ，２６ｂと組み合わせることで、Ｐｔ単層に比べ、配線抵抗を低くすることができる。【００６４】
また、図７ａはＰｔ単層電極の場合、図７ｂは第２実施例のＰｔ／Ａｌ積層電極の場合について、それぞれ、共振特性をスミスチャート上で表したものである。図７ａおよび図７ｂを比較すると、Ｐｔ／Ａｌ積層電極にすることにより、さらにスプリアスが減少し（特性曲線が滑らかになり）、損失が少ない（特性曲線がスミスチャートの外周に近い）ことが分かる。なお、この計算では、電極の抵抗分は考慮されておらず、機械的な損失が減少した結果であると言える。【００６５】
次に、第３実施例について、図８を参照しながら説明する。【００６６】
薄膜圧電共振子では、共振子を基板から音響的に分離して、振動が基板に伝わらないようにすることが必要である。第１及び第２実施例では、基板１２，２２の下面から開口して空洞１３，２３を形成し、共振子を基板１２，２２から分離したが、第３実施例では、基板３２，４２の上面側に空隙３３，４３を形成し、共振子を基板３２，４２から分離している。【００６７】
すなわち、図８（ａ）に示した圧電薄膜共振子３０では、第１実施例と同様に、基板３２上に、圧電薄膜３５を電極３４，３６で挟んだ薄膜部３７が形成され、薄膜部３７の上に絶縁膜３８が形成され、点線６で示したように、２倍波モードの厚み振動の腹の位置８が絶縁膜３８内となっている。【００６８】
ただし、第１及び第２実施例とは異なり、基板３２には、上面側から開口した空隙３３が形成され、空隙３３は基板３２を貫通しないようになっている。【００６９】
図８（ｂ）に示した圧電薄膜共振子４０も、第１実施例と同様に、基板４２上に、圧電薄膜４５を電極４４，４６で挟んだ薄膜部４７が形成され、薄膜部４７の上に絶縁膜４８が形成され、点線６で示したように、２倍波モードの厚み振動の腹の位置８が絶縁膜４８内となっている。【００７０】
ただし、第１及び第２実施例とは異なり、薄膜部４７の一部が基板４２から浮き上がり、基板４２の上面側に空隙４３が形成されている。【００７１】
いずれの圧電薄膜共振子３０，４０も、１つの共振子に１つの空隙３３，４３を形成できるので、薄膜部３７，４７の空隙３３，４３上の部分の面積が小さくなり、薄膜部３７，４７が割れにくくなり、歩留まりが向上する。また、基板３２，４２を貫通する穴（下面の開口）がないので、ウエハの取り扱いが容易になる。【００７２】
次に、第４実施例の圧電薄膜共振子５０について、図９を参照しながら説明する。【００７３】
圧電薄膜共振子５０は、基板５２上に、空洞や空隙の代わりに、音響反射層５３が形成され、音響反射層５３の上に、圧電薄膜５５を電極５４，５６で挟んだ薄膜部５７が形成され、薄膜部５７の上に絶縁膜５８が形成されている。【００７４】
音響反射層５３により、共振子を基板５２から音響的に分離し、振動が基板５２に伝わらないようにされており、点線６で示したように、薄膜部５５および絶縁膜５８の部分で２倍波の厚み振動が起こる。この２倍波の腹の位置８が絶縁膜５８内となるように、圧電薄膜５５と絶縁膜５８の膜厚を選択する。【００７５】
圧電薄膜共振子５０は、薄膜部５７の下に空洞や空隙を形成しないので、強度があり、製造しやすい。【００７６】
なお、本発明の圧電薄膜共振子は、上記実施例に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。【００７７】
例えば、圧電薄膜を挟んで対向する電極の重なり部分は、一般には正方形とすればよいが、円形、長方形など、線対称な形状としてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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