JP2007049302A - 薄膜圧電共振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 共振特性を向上しつつ小型化を実現することができる薄膜圧電共振器を提供する。
【解決手段】 薄膜圧電共振器１において、空洞２Ｈを有する基板２と、空洞２Ｈ上の第１の電極５と、第１の電極５上の圧電体６と、圧電体６上の第２の電極７と、を備え、第２の電極７の周縁の一部７１が空洞２Ｈに重複配置され、この第２の電極７の周縁の一部７１の端面とその底面とがなす内角θを３０度以下に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜圧電共振器及びその製造方法に関し、特に圧電体薄膜の厚み方向の縦振動を利用する薄膜圧電共振器及びその製造方法に関する。

近年のワイヤレス無線技術はめざましい発展を遂げ、更に情報の高速伝送を目的とした開発が続けられている。これら無線通信技術において、ＰＨＳシステム、第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ等の導入により、２ＧＨｚ前後の周波数帯域が市場にて広く使用される傾向にあり、加入者数、端末数等は飛躍的な増大傾向にある。情報伝送量の高速化を目的に搬送波の周波数そのものは更に高周波化の傾向にあり、無線ＬＡＮシステムにおいては５ＧＨｚの周波数帯域まで商用化が開始されている。

これら高周波帯域を使用する通信機器に関しては、小型化、軽量化の要求が強い。特に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の用途においては、通信機器をＰＣカードとして使用する需要が多く、ＰＣカードは数ｍｍ程度に薄く製作する必要がある。

ＰＣカードとして使用される無線機器は、一般的に、高周波（ＲＦ）を処理するＲＦフロントエンド部と、ディジタル信号処理を行うベースバンド（ＢＢ）部とを備えている。ベースバンド部は信号の変調や復調をディジタル信号処理において行う部分である。このベースバンド部は、基本的にはシリコン（Ｓｉ）基板をベースとしたＬＳＩチップによって構成することができるので、容易に１ｍｍ以下に薄型にすることができる。

一方、ＲＦフロントエンド部は、高周波信号をアナログ信号として増幅や周波数変換等を行う部分である。従って、ＲＦフロントエンド部は、ＬＳＩチップだけで構成することが技術的に難しく、発振器、フィルタ等の多くの受動部品を含む複雑な構成になる。受動部品のうち、フィルタには誘電体フィルタやＬＣフィルタが使用されている。これらのフィルタにおいては、空洞共振器やＬＣ回路の通過帯域特性を利用することによって高周波信号がフィルタリングされているので、本質的に小型化が難しく、数ｍｍ以下に薄型化することが極めて難しい。すなわち、高周波帯域を使用する通信機器の小型化、薄型化には限界があった。

この種の課題を解決する技術として、例えば下記特許文献１に開示されている薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ:Film Bulk Acoustic Wave Resonator）が注目されている。薄膜圧電共振器は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる圧電体薄膜を２枚の下部電極と上部電極との間に挟み込み、この圧電体薄膜を基板上においてこの基板に形成された空洞上に備えている。この薄膜圧電共振器は空気層に接した下部電極及び上部電極と圧電体薄膜とを合わせた厚み方向に周波数の共振を得るものである。成膜技術において容易に製造可能な範囲である０．５μｍ〜数μｍの厚さが数ＧＨｚの周波数に相当しており、ＧＨｚ帯域の高周波の共振器を簡易に製作することができる。

薄膜圧電共振器においては、２個を直列に接続し、１個を並列に接続することにより、ラダー型の帯域通過フィルタとして構築することができる。帯域通過フィルタにおいては、直列接続と並列接続との双方の薄膜圧電共振器の中心周波数を僅かに変える、例えば前者の共振周波数に対して後者の***振周波数が一致するように調整されている。

このような薄膜圧電共振器においては、基板上に薄膜を成膜する成膜技術によって製作することができるので、小型化を容易に実現することができ、特に一般的なフィルタにおいては実現することが難しい１ｍｍ以下の厚さを容易に実現することができる。また、薄膜圧電共振器は、基板にＳｉ基板を使用することができ、半導体製造技術を利用して製作することができるので、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等との整合性も高く、これらとの実装も容易に行える。
特開２０００−６９５９４号公報

しかしながら、前述の薄膜圧電共振器において、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の増幅素子、又はコンデンサ、抵抗器、インダクタ等と一緒に実装して高周波モジュールを構築する場合、以下のような課題が新たに発生した。

前述のように、薄膜圧電共振器は圧電体薄膜の膜厚方向に発生するバルク定在波による共振を用いて動作するが、同様に横方向に対しても電極端や圧電膜端を境界条件として定在波の固有値解が存在するために、横モード定在波が発生する。この横モード定在波の波長はバルク波と異なるために、バルク波と結合して種々の寄生振動モード（スプリアス）が発生する。このスプリアスが発生すると高周波信号特性（スミスチャート）上にリプル等の変動が発生し、薄膜圧電共振器の共振特性が大きく劣化し、又共振特性のばらつきが大きくなる。

この種の課題を解決するため、図１４に示すように、薄膜圧電共振器の上層電極１０４の平面形状を不整多角形とし、横モード定在波を抑制する技術が提案されている。しかしながら、上層電極１０４の平面形状がいびつであり、この形状に応じて上層電極１０４の平面サイズが大型化されてしまうので、複数の薄膜圧電共振器を組み合わせて構築されるフィルタの小型化を実現することができない。

また、図１５及び図１６に示すように、薄膜圧電共振器１００において、上層電極１０４端にダンパー層１０５を設け、このダンパー層１０５により横モード定在波をダンピングする技術が提案されている。薄膜圧電共振器１００は、キャビティ１０１Ｈを有する基板１０１と、キャビティ１０１Ｈ上の下層電極１０２と、下層電極１０２上の圧電膜１０３と、圧電膜１０３上の上層電極１０４とを備えている。しかしながら、薄膜圧電共振器１００の製造プロセスにおいて、ダンパー層１０５を形成する新たな工程を増加する必要があり、製造工程数が増加するばかりか、製造工程数の増加に伴い歩留まりが低下する。更に、薄膜圧電共振器１００の製造プロセスにおいては、ダンピング効果を向上するために、上層電極１０４端面にダンパー層１０５の端面を一致する加工が行われるが、その加工寸法マージンが十分に確保することができない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、共振特性を向上しつつ小型化を実現することができる薄膜圧電共振器を提供することである。

更に、本発明の目的は、上記目的を達成しつつ、製造工程数を削減して製造上の歩留まりを向上することができ、加工マージンを十分に確保することができる薄膜圧電共振器の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、薄膜圧電共振器において、空洞を有する基板と、空洞上の第１の電極と、第１の電極上の圧電体と、圧電体上の第２の電極と、を備え、第２の電極の周縁の一部が空洞に重複配置され、この第２の電極の周縁の一部の端面とその底面とがなす内角を３０度以下に設定する。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、薄膜圧電共振器において、空洞を有する基板と、空洞上の第１の電極と、第１の電極上の圧電体と、圧電体上に配設され、周縁の一部が空洞に重複配置される第２の電極と、第２の電極上及び第２の電極が配設された領域以外の圧電体上に配設され、第２の電極の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体とを備える。

本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、薄膜圧電共振器において、空洞を有する基板と、空洞上の第１の電極と、第１の電極上の圧電体と、圧電体上に配設され、周縁の一部が空洞に重複配置され、この周縁の一部の端面とその底面とがなす内角を３０度以下に設定した第２の電極と、第２の電極上及び第２の電極が配設された領域以外の圧電体上に配設され、第２の電極の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体とを備える。

本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、薄膜圧電共振器において、空洞を有する基板と、空洞上の第１の電極と、第１の電極上の圧電体と、圧電体上に配設され、周縁の一部が空洞に重複配置され、この周縁の一部の端面とその底面とがなす内角を３０度以下に設定した第２の電極と、第２の電極上及び第２の電極が配設された領域以外の圧電体上に配設され、第２の電極の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体とを備える。

本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、薄膜圧電共振器において、空洞を有する基板と、空洞上の第１の電極と、第１の電極上の圧電体と、圧電体上に配設され、周縁の一部が空洞に重複配置された第２の電極と、第２の電極上及び第２の電極が配設された領域以外の圧電体上に配設され、圧電体上の膜厚、第２の電極の周縁上の圧電体表面からの膜厚、第２の電極上の圧電体表面からの膜厚が順次厚く設定された絶縁体とを備える。

本発明の実施の形態に係る第６の特徴は、薄膜圧電共振器の製造方法において、基板上に空洞を形成する工程と、空洞上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極上に圧電体を形成する工程と、圧電体上に電極形成層を形成する工程と、電極形成層上に周縁の一部が空洞に重複配置されるレジスト層を形成する工程と、底面とのなす内角が鋭角になる範囲内においてレジスト層の端面を加工したマスクを形成する工程と、マスクを使用し前記電極形成層をパターンニングすることにより第２の電極を形成するとともに、マスクの加工された端面の形状を第２の電極の端面に転写し、この第２の電極の端面を底面とのなす内角が鋭角になる範囲内において加工する工程とを備える。

本発明によれば、共振特性を向上しつつ小型化を実現することができる薄膜圧電共振器を提供することができる。

更に、本発明によれば、製造工程数を削減しつつ製造上の歩留まりを向上することができ、加工マージンを十分に確保することができる薄膜圧電共振器の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
［薄膜圧電共振器の構造］
図１乃至図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、空洞（キャビティ）２Ｈを有する基板２と、空洞２上の第１の電極（下層電極）５と、第１の電極５上の圧電体６と、圧電体６上の第２の電極７とを備え、第２の電極７の周縁の一部７１が空洞２Ｈに重複配置され、この第２の電極７の周縁の一部７１の端面とその底面とがなす内角θ（図３参照。）を３０度以下に設定されている。更に、第２の電極７の周縁の一部７１の端面とその底面とがなす内角θは１５度以上に設定されている。すなわち、第１の実施の形態において、内角θは１５度以上３０度以下に設定されている。

第１の実施の形態において、基板２にはシリコン（Ｓｉ）基板が使用されている。空洞２Ｈは、基板２の表面からその裏面に向かって同一平面形状（例えば方形形状）において貫通した穴により構成されている。また、空洞２Ｈ内部に音響反射層を備える構造を採用する薄膜圧電共振器１においては、空洞２Ｈは基板２の表面から深さ方向に基板２の厚さの一部を掘り下げて形成した止め穴により構成される。ここで、「空洞２Ｈに重複配置される」とは、基板２の表面をその真上から見て、空洞２Ｈに重なり合って配置されるという意味において使用されている。

第１の電極５は基板２の表面側において空洞２Ｈ上に配置されており、空洞２Ｈとの重複領域が実効的な第１の電極５として使用されている。第１の電極５と同一層により構成されかつ一体に構成され（電気的に接続され）、空洞２Ｈと重複しない領域において基板２の表面上に配設された部分は引出配線として使用されている。第１の電極５には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属膜を主体に形成されており、圧電体６の配向性を高めるために下側をアモルファス構造とする二重構造が採用されている。

圧電体６は、第１の電極５上に配置され、空洞２Ｈの全域を覆うようにこの空洞２Ｈに重複して配設されている。圧電体６は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を実用的に使用することができる。

第２の電極７は圧電体６の表面上において空洞２Ｈ上に配置されており、空洞２Ｈとの重複領域が実効的な第２の電極７として使用されている。第２の電極７と同一層により構成されかつ一体に構成され（電気的に接続され）、空洞２Ｈと重複しない領域において圧電体６の表面上に配設された部分は引出配線として使用されている。第２の電極７には、例えばモリブデン（Ｍｏ）を実用的に使用することができる。

薄膜圧電共振器１においては、空洞２Ｈ、第１の電極５、圧電体６、第２の電極７のそれぞれの重複領域の橋梁部分が励振部を構築する。この励振部は第１の電極５と第２の電極７との間に電圧を印加することにより振動させることができ、薄膜圧電共振器１の共振特性を得ることができる。

第１の電極５には第１の配線８Ａが電気的に接続され、第２の電極７には第２の配線８Ｂが電気的に接続されている。第１の配線８Ａは、空洞２Ｈと重複しない領域において、基板２上に配置されており、ダミーパッド３を介して第１の電極５に電気的に接続されている。第１の配線８Ａには例えばＭｏを使用することができる。第２の配線８Ｂは、第１の配線８Ａと同様に、空洞２Ｈと重複しない領域において、基板２上に配置されている。

ダミーパッド３は、導電性を有し、かつ第１の電極５及び圧電体６に対してエッチング選択性を有し、第１の電極５の引出配線（第１の電極５と同一層）と圧電体６の周縁との重複領域に配設されている。ダミーパッド３は、製造プロセス中の圧電体６のパターンニング工程において、圧電体６のパターンニングとともに引出配線がパターンニングされて断線することを防止し、引出配線（第１の電極５）と第１の配線８Ａとの間の電気的な接続を確実に実現する中継配線として構成されている。ダミーパッド３には例えばＭｏを使用することができる。ダミーパッド３の段差を乗り越える第１の配線８Ａのステップカバレッジを向上するために、ダミーパッド３の側面と底面とがなす内角は鋭角好ましくは３０度以上６０度以下に設定されている。

［薄膜圧電共振器の特性］
図３に薄膜圧電共振器１の第２の電極７の周縁の一部７１の拡大断面を示し、図４に第２の電極７の周縁の一部７１の端面と底面とがなす内角θと***振点との関係を示す。第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１においては、横モード定在波に対する第２の電極７端を固定端とする境界条件を緩和し、定在波の周波数を実効的に分散することにより、スプリアスを抑制することができる。定在波そのものを完全に無くすことはできないが、少なくともスミスチャート上におけるリプル上のスプリアスを激減することができる。

図３に示す第２の電極７の周縁の一部７１の端面（緩斜面）の長さは重要であり、圧電体６のバルク波波長相当以上の長さが必要である。製作上の余裕を見込み、第２の電極７の周縁の一部７１の端面の長さを圧電体６のバルク波波長相当以上の長さにするには、端面と底面とのなす内角θを３０度以下に設定する必要がある。

更に、図４に示すように、内角θの値が３０度以下になると、この３０度を境として***振点が急激に上昇する。***振点が上昇することにより、スプリアスを激減することができる。内角θが３０度以下であって、更に角度を小さくするに従って***振点が更に上昇する。一方、薄膜圧電共振器１の製造プロセスにおいて、第２の電極７の周縁の一部７１（緩斜面）の加工寸法精度の誤差が、二次元加工上、大きくなるので、内角θは５度以下に設定することが好ましくない。第１の実施の形態においては、加工寸法精度の誤差が実用上問題とならない１５度以上に設定している。

図５に薄膜圧電共振器１の高周波特性を示す。図５において、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスを示している。符号「Ｂ」は第２の電極７の端面が垂直に加工された場合（θ＝９０度）の高周波特性を示しており、高周波特性にスプリアスが顕著に出現している。これに対して、符号「Ａ」は第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１であって第２の電極７の周縁の一部７１の内角θが３０度以下に設定されている場合であり、高周波特性にスプリアスが出現していない。

［薄膜圧電共振器の製造方法］
次に、前述の薄膜圧電共振器１の製造方法を、図６乃至図９を用いて説明する。まず最初に、基板２を準備する。基板２には例えばＳｉ基板を実用的に使用することができる。

図６に示すように、基板２の表面上（図６中、上側）において、後に形成される第１の電極５の引出配線と圧電体６の周縁とが重複する領域にダミーパッド３を形成する。ダミーパッド３には例えばスパッタリング法により成膜されたＭｏ膜を使用することができ、このＭｏ膜はフォトリソグラフィ技術により形成したマスクを用いてパターンニングされる。

引き続き、高真空系内において、ダミーパッド３の表面上を含む、基板２の表面上の全面に第１の電極形成層、圧電体形成層のそれぞれを連続して成膜する（図７参照。）。第１の実施の形態においては、Ｗ−ＣＤＭＡ仕様の周波数に合わせて、第１の電極形成層には２５０ｎｍの膜厚を有するＡｌ合金膜を使用し、圧電体形成層には１７００ｎｍの膜厚を有するＡｌＮ膜を使用する。

図７に示すように、圧電体形成層をパターンニングして圧電体６を形成し、引き続き第１の電極形成層をパターンニングして第１の電極５を形成する。パターンニングは連続して行われ、パターンニングは、フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを用い、塩素（Ｃｌ）を使用する反応性ドライエッチングにより行われる。

次に、圧電体６の表面上を含む、基板２の表面上の全面に第２の電極形成層を形成する（図８参照。）。第２の電極形成層には、例えば２５０ｎｍの膜厚を有し、スパッタリング法により成膜されたＭｏ膜を使用する。引き続き、第２の電極形成層の表面上において第２の電極７及びその引出電極の形成領域に、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト膜を形成する。このフォトレジスト膜に、１５０℃以上の温度において、１０分〜２０分程度のベーキング処理を行い、このフォトレジスト膜から図８に輪郭を破線において示すマスク（エッチングマスク）７５を形成する。ベーキング処理を施したことにより、マスク７５の端面には、第２の電極７の周縁の一部７１に施すテーパ面と同様のテーパ面を生成することができる。つまり、マスク７５において、端面の底面とのなす内角を鋭角好ましくは１５度以上３０度以下に製作することができる。

図８に示すように、マスク７５を用い、第２の電極形成層をパターンニングすることにより、第２の電極形成層から第２の電極７を形成するとともに、マスク７５の端面のテーパ面が第２の電極７の周縁の一部７１に転写され、この一部７１の内角θを前述の角度範囲内に加工することができる。第２の電極７が形成された後、マスク７５は除去される。

引き続き、第１の電極５にダミーパッド３を通して電気的に接続される第１の配線８Ａ並びに第２の電極７に電気的に接続される第２の配線８Ｂを同一製造工程において形成する（図９参照。）。

この後、図９に示すように、基板２の裏面から表面に向かって基板２にエッチングを行い、空洞２Ｈを形成する。これら一連の製造工程が終了すると、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１を完成させることができる。

［実施例］
第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１の具体的な実施例について、図１乃至図３を参照しつつ、説明する。

まず、薄膜圧電共振器１において、圧電体６つまりＡｌＮの配向性を高めるために、第１の電極５はその下層をアモルファス構造とする二重構造を採用する。ＡｌＮの配向性を制御することにより、良好な共振特性を得ることができる。スパッタリング法により成膜されたＡｌＮの配向性はＸ線のロッキングカーブにおいて１．５°以下に制御した。また、ＡｌＮの応力制御も行うことにより、橋梁部分を安定にしている。空洞２Ｈは、基板２の裏面から表面に向かって、高速反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して基板２をくり抜くことにより形成した。第１の配線８Ａ及び第２の配線８Ａには金（Ａｕ）又はＡｌを使用した。

このように構成される薄膜圧電共振器１は２ＧＨｚ帯において動作し、電気機械結合定数は６．７％、共振のQ値は８００の数値を得ることができた。製造プロセス時のＳｉウエハにおける面内分布も優れており、６インチウエハ全面においてこれらの特性を再現良く得ることができた。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１においては、第２の電極７の周縁の一部７１の内角θを１５度以上３０度以下にすることにより共振特性を向上することができるので、第２の電極７の平面形状を不整多角形のようないびつな形状にすることがなくなり、共振特性を向上しつつ小型化を実現することができる。

更に、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１の製造方法においては、第２の電極形成層上に周縁の一部が空洞２Ｈに重複配置されるフォトレジスト膜を形成し、底面とのなす内角が鋭角になる範囲内においてフォトレジスト膜の端面を加工したマスク７５を形成し、マスク７５を使用し第２の電極形成層をパターンニングすることにより第２の電極７を形成するとともに、マスク７５の加工された端面の形状を第２の電極７の端面に転写し、この第２の電極７の端面を底面とのなす内角θが１５度以上３０度以下になる範囲内において加工している。そして、マスク７５の端面の加工は、フォトレジスト膜のパターンニング後にベーキング処理をするだけである。従って、ダンパー層を新たに製造する必要がなくなるので、製造工程数を削減しつつ製造上の歩留まりを向上することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１のスプリアス抑制効果を更に向上するとともに、長期信頼性の確保を図った例を説明するものである。なお、第２の実施の形態並びにこれ以降の実施の形態において、前述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付け、その同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、図１０に示すように、第２の電極７の周縁の一部７１の端面上を含む第２の電極７上、及び第２の電極７が配設された領域以外の圧電体６上に、第２の電極７の表面に直接接して、第２の電極７と異なる誘電率を有しかつ均一な膜厚を有する絶縁体（パッシベーション膜）９を更に備えている。第２の実施の形態において、絶縁体９にはＣＶＤ法により成膜され、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の膜厚を有するシリコン窒化（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜を実用的に使用することができる。また、絶縁体９は、シリコン窒化膜に代えて、シリコン酸化（ＳｉＯ₂）膜、ＡｌＮ膜等、第２の電極７に対して誘電率が異なる絶縁性薄膜により構成することができる。また、段差構造部分においてステップカバレッジを十分に確保することができ、膜応力を十分に許容することができるのではあれば、絶縁体９はスパッタ法やエレクトロンガン（Ｅガン）により成膜することができる。

絶縁体９は、第２の電極７、圧電体６等、薄膜圧電共振器１の酸化による劣化を防止することができ、長期信頼性を十分に確保することができる。更に、絶縁体９は、第２の電極７の周縁の一部７１の固定端境界条件を圧電体６と大気と接する界面を用いるのではなく、圧電体とより音響インピーダンスが近い材料（絶縁体９）と接する界面を用いているので、定在波の周波数を実効的に分散することができ、より一層スプリアスを抑制することができる。そして、絶縁体９は、第２の電極７上や圧電体６上に成膜し、空洞２Ｈに重複する領域においてパターンニング等の加工を必要としないので、製造プロセス上の加工マージンを向上することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１において、第２の電極７の周縁の一部７１の断面形状並びに第２の電極７上を覆う絶縁体９の断面形状を変えた例を説明するものである。

第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、図１１に示すように、空洞２Ｈを有する基板２と、空洞２Ｈ上の第１の電極５と、第１の電極５上の圧電体６と、圧電体６上に配設され、周縁の一部７１が空洞２Ｈに重複配置される第２の電極７と、第２の電極７上及び第２の電極７が配設された領域以外の圧電体６上に配設され、第２の電極７の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体９とを備えている。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１の第２の電極７の周縁の一部７１の断面形状と異なり、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１の第２の電極７の周縁の一部７１の端面とその底面がなす内角θは９０度若しくはその近傍の角度に設定されている。

絶縁体９は、圧電体６上から第２の電極７の周縁上に渡って厚い膜厚を有する第１の絶縁体９Ａと、第２の電極７の中央部上の薄い膜厚を有する第２の絶縁体９Ｂとを備えている。この第１の絶縁体９Ａ及び第２の絶縁体９Ｂは、同一製造工程により成膜された同一層の絶縁薄膜を部分的に（第２の電極７の中央部上のみ）エッチングにより取り除くことによって形成することができる。

絶縁体９の膜厚が厚い第１の絶縁体９Ａは、空洞２Ｈと重複する領域において、圧電体６上（地点９ａ）、圧電体６と第２の電極７の周縁との境界上（地点９ｂ）、第２の電極７の周縁上（地点９ｃ）のそれぞれに渡って、第２の電極７の膜厚が加算され、徐々に見かけ上の実効的な膜厚（ｔa、ｔb、ｔc）を厚く設定している。第２の電極７の周縁の一部７１の位置と絶縁体９（第２の絶縁体９Ａ）の膜厚の変化位置とを適切に設定することにより、定在波の周波数を実効的に分散することができ、スプリアスを抑制することができる。このスプリアスの抑制には、絶縁体９の膜厚が薄くなる位置、すなわち第１の絶縁体９Ａと第２の絶縁体９Ｂとの間の境界位置が大きく影響している。

図１２に、第２の電極７の周縁の一部７１の端面から第１の絶縁体９Ａと第２の絶縁体９Ｂとの境界位置までの間の寸法Ｌと***振点との関係を示す。図１２中、横軸は寸法Ｌであり、縦軸は***振点である。図１２に示すように、第２の電極７の周縁の一部７１から第２の電極７の中央部に向かう１μｍ〜１０μｍの範囲内（寸法Ｌ内）において、膜厚が厚い第２の絶縁体９Ａが配設されることによって、***振点の数値が高くなり、スプリアスの影響が小さくなる。特に、寸法Ｌが２μｍ〜５μｍの範囲内においては、スプリアスの影響が最も小さくなる。本発明者等が行った実施例においては、寸法Ｌを３μｍに設定したときにスプリアスを最も効率良く抑制することができた。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１と第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１とを組み合わせた例を説明するものである。すなわち、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、図１３に示すように、空洞２Ｈを有する基板２と、空洞２Ｈ上の第１の電極５と、第１の電極５上の圧電体６と、圧電体６上に配設され、周縁の一部７１が空洞２Ｈに重複配置され、この周縁の一部７１の端面とその底面とがなす内角θを３０度以下に設定した第２の電極７と、第２の電極７上及び第２の電極７が配設された領域以外の圧電体６上に配設され、圧電体６上の膜厚、第２の電極７の周縁上の圧電体６表面からの膜厚、第２の電極７上の圧電体６表面からの膜厚が順次厚く設定された絶縁体９とを備えている。

このように構成される薄膜圧電共振器１においては、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１により得られる効果と第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１により得られる効果とを組み合わせた効果を得ることができる。

（その他の実施の形態）
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、変更可能である。例えば、前述の実施の形態は、２ＧＨｚの周波数帯域において使用される薄膜圧電共振器１について説明したが、本発明は、この周波数帯域に限定されるものではなく、８００ＭＨｚ〜５ＧＨｚまでの間の周波数帯域を使用する薄膜圧電共振器に適用することができる。

更に、前述の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、フィルタを構築する場合を前提として説明しているが、本発明は、フィルタに限定されるものではなく、電圧制御発振器を構築してもよい。

更に、前述の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１は、ＦＢＡＲ構造を採用する薄膜圧電共振器１について説明したが、本発明は、このような構造に限定されるものではなく、音響反射層を有するＳＭＲ（Surface Mounted Resonator）構造に適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の断面図（図２に示すＦ１−Ｆ１切断線において切断した断面図）である。 図１に示す薄膜圧電共振器の平面図である。 図１に示す薄膜圧電共振器の要部拡大断面図である。 図３に示す薄膜圧電共振器の第２の電極端面の角度と***振点との関係を示す図である。 図３に示す薄膜圧電共振器の高周波特性を示す図である。 図１及び図２に示す薄膜圧電共振器の製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の要部拡大断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の要部拡大断面図である。 図１１に示す薄膜圧電共振器の第２の電極端面から絶縁体段差までの間の寸法と***振点との関係を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の要部拡大断面図である。 本発明の先行技術に係る薄膜圧電共振器の上層電極の平面図である。 本発明の先行技術に係る薄膜圧電共振器の断面図（図１６に示すＦ１４−Ｆ１４切断線において切断した断面図）である。 図１５に示す薄膜圧電共振器の平面図である。

符号の説明

１ 薄膜圧電共振器
２ 基板
２Ｈ 空洞
５ 第１の電極
６ 圧電体
７ 第２の電極
７１ 一部（第２の電極７）
９ 絶縁体
９Ａ 第１の絶縁体
９Ｂ 第２の絶縁体

Claims (17)

1. 空洞を有する基板と、
   前記空洞上の第１の電極と、
   前記第１の電極上の圧電体と、
   前記圧電体上の第２の電極と、を備え、
   前記第２の電極の周縁の一部が前記空洞に重複配置され、この第２の電極の周縁の一部の端面とその底面とがなす内角を３０度以下に設定したことを特徴とする薄膜圧電共振器。
2. 前記第２の電極の周縁の一部の端面とその底面とがなす内角が１５度以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
3. 前記空洞は前記基板の表面からその裏面に貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜圧電共振器。
4. 前記空洞は前記基板の表面からその深さ方向に向かって掘り下げられた止め穴であり、この空洞内には音響反射層が埋設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜圧電共振器。
5. 前記第２の電極の周縁の一部の端面上を含む前記第２の電極上、及び前記第２の電極が配設された領域以外の前記圧電体上に、前記第２の電極と異なる誘電率を有する絶縁体を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
6. 前記絶縁体は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はアルミニウム窒化膜であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜圧電共振器。
7. 空洞を有する基板と、
   前記空洞上の第１の電極と、
   前記第１の電極上の圧電体と、
   前記圧電体上に配設され、周縁の一部が前記空洞に重複配置される第２の電極と、
   前記第２の電極上及び前記第２の電極が配設された領域以外の前記圧電体上に配設され、前記第２の電極の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体と、
   を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。
8. 前記絶縁体は、前記第２の電極の前記周縁から前記中央部に向かう１μｍ〜１０μｍの範囲内において厚い膜厚を有し、それ以外の領域において薄い膜厚を有していることを特徴とする請求項７に記載の薄膜圧電共振器。
9. 前記絶縁体は、前記第２の電極の前記周縁から前記中央部に向かう２μｍ〜５μｍの範囲内において厚い膜厚を有し、それ以外の領域において薄い膜厚を有していることを特徴とする請求項７に記載の薄膜圧電共振器。
10. 前記絶縁体は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はアルミニウム窒化膜であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
11. 前記空洞内には音響反射層が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。
12. 空洞を有する基板と、
    前記空洞上の第１の電極と、
    前記第１の電極上の圧電体と、
    前記圧電体上に配設され、周縁の一部が前記空洞に重複配置され、この周縁の一部の端面とその底面とがなす内角を３０度以下に設定した第２の電極と、
    前記第２の電極上及び前記第２の電極が配設された領域以外の前記圧電体上に配設され、前記第２の電極の周縁上の膜厚に比べて中央部上の膜厚が薄い絶縁体と、
    を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。
13. 前記第２の電極の周縁の一部の端面とその底面とがなす内角が１５度以上に設定されることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜圧電共振器。
14. 空洞を有する基板と、
    前記空洞上の第１の電極と、
    前記第１の電極上の圧電体と、
    前記圧電体上に配設され、周縁の一部が前記空洞に重複配置された第２の電極と、
    前記第２の電極上及び前記第２の電極が配設された領域以外の前記圧電体上に配設され、前記圧電体上の膜厚、前記第２の電極の周縁上の前記圧電体表面からの膜厚、前記第２の電極上の前記圧電体表面からの膜厚が順次厚く設定された絶縁体と、
    を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器。
15. 基板に空洞を形成する工程と、
    前記空洞上に第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の電極上に圧電体を形成する工程と、
    前記圧電体上に電極形成層を形成する工程と、
    前記電極形成層上に周縁の一部が前記空洞に重複配置されるレジスト層を形成する工程と、
    底面とのなす内角が鋭角になる範囲内において前記レジスト層の端面を加工したマスクを形成する工程と、
    前記マスクを使用し前記電極形成層をパターンニングすることにより第２の電極を形成するとともに、前記マスクの加工された端面の形状を前記第２の電極の端面に転写し、この第２の電極の端面を底面とのなす内角が鋭角になる範囲内において加工する工程と、
    を備えたことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
16. 前記マスクを形成する工程は、前記レジスト層にベーキング処理を行い端面を加工したマスクを形成する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜圧電共振器の製造方法。
17. 前記第２の電極を形成するとともに、前記第２の電極の端面を加工する工程は、前記マスクを使用して前記電極形成層にドライエッチングを行い、前記第２の電極を形成すると同時に、前記第２の電極の端面を加工する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜圧電共振器の製造方法。
    
    

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