WO2007026637A1

WO2007026637A1 - 圧電共振器及び圧電共振器の製造方法

Info

Publication number: WO2007026637A1
Application number: PCT/JP2006/316851
Authority: WO
Inventors: Keiji Onishi; Hiroshi Nakatsuka; Takehiko Yamakawa; Tomohiro Iwasaki; Tomohide Kamiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2007-03-08
Also published as: CN101228691A; US20070046157A1; US20090133237A1; CN101228691B; JPWO2007026637A1

Abstract

　圧電共振器は、圧電薄膜からなる圧電体層（１０１）と、圧電体層（１０１）の一方主面上に形成され、かつその断面が圧電体層（１０１）に接する側を長辺とする台形形状を有する第１の電極（１０２）と、圧電体層（１０１）の他方主面上に形成され、かつその断面が圧電体層（１０１）に接する側を長辺とする台形形状を有する第２の電極（１０３）とを備える。

Description

明細書

圧電共振器及び圧電共振器の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、携帯電話や無線 LAN等に代表される無線通信機器に用いられる、圧電薄膜を用いた圧電共振器、及びその圧電共振器の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 携帯型通信機器等に内蔵される部品は、高性能を維持しつつ、より小型化かつ軽量化されることが要求されている。例えば、携帯電話に使われている高周波信号を選別するフィルタや共用器では、小型かつ挿入損失が小さいことが要求される。この要求を満たすフィルタの 1つとして、圧電薄膜を利用した圧電共振器を用いたフィルタが知られている。

[0003] 図 12は、従来の圧電共振器の断面図である (特許文献 1を参照)。この従来の圧電共振器は、以下の手順で製造される。

最初に、シリコン等力もなる基板 504の表面にキヤビティ 506となる凸部を形成する。そして、この凸部に、りん珪酸ガラス (PSG)や有機レジスト等の易溶性材料力もなる犠牲層を充填し、その後に平坦ィ匕する。次に、犠牲層の上に、酸ィ匕ケィ素（Si02) ゃ窒化珪素（Si3N4)等力もなる絶縁膜 510を形成する。次に、絶縁膜 510の上に、第 1の電極 502となる導電膜を形成する。次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、導電膜を所定の形状にパターユングして、第 1の電極 502を形成する。ここで、第 1の電極 502は、スパッタ法ゃ蒸着法により形成され、モリブデン (Mo)、タングステン (W)、又はアルミニウム (A1)等が広く用いられる。次に、第 1の電極 502の上に、窒化アルミニウム (A1N)や、酸化亜鉛 (ZnO)等の圧電体からなる圧電体層 501が形成される。さら〖こ、圧電体層 501の上に、第 2の電極 503となる導電膜が形成される。次に、導電膜を再びエッチングカ卩ェすることにより、第 2の電極 503を形成する。最後に、犠牲層をフッ酸や有機溶剤等の溶剤によりエッチング除去し、キヤビティ 506を形成する。

[0004] 図 12で分かるように、各電極をウエットエッチングで形成した場合には、第 1の電極 502の断面形状は、圧電体層 501に接する側が短辺となる台形形状となり、第 2の電極 503の断面形状は、圧電体層 501に接する側が長辺となる台形形状となる。なお、ドライエッチング等の手法を用いれば、第 1の電極 502及び第 2の電極 503の断面形状は、共に端面が垂直である矩形形状となる。

[0005] 図 13は、従来の他の圧電共振器の断面図である（特許文献 2を参照)。この従来の圧電共振器は、上述した従来の圧電共振器のキヤビティ 506を、低音響インピーダンス層 605と高音響インピーダンス層 606とを交互に積層した音響ミラー層 607に代えた構造である。この従来の圧電共振器も、基板 604から順に積層していく製造方法が採られるため、各電極をウエットエッチングで形成した場合には、第 1の電極 602の断面形状は、圧電体層 601に接する側が短辺となる台形形状となり、第 2の電極 603 の断面形状は、圧電体層 601に接する側が長辺となる台形形状となる。

特許文献 1：特表 2002— 509644号公報

特許文献 2：特開 2002— 251190号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、上記従来の圧電共振器は、第 1の電極を形成した後に圧電体層及び第 2の電極を形成する手順で製造されるため、第 1の電極の断面形状が、圧電体層に接する側が短辺となる台形形状や端面が垂直な矩形形状となて!ヽた。そのため、圧電共振器の電気特性にぉヽて不要スプリアスが発生する等の課題を有して、たまた、上記従来の圧電共振器は、第 1の電極の上に圧電体層を形成する手順で製造されるため、第 1の電極端部において、圧電体層の結晶性が劣化して共振尖鋭度である Q値が劣化するという課題があった。

さらに、上記従来の圧電共振器は、犠牲層又は音響ミラー層の上に圧電体層を形成する手順で製造されるため、圧電体層が形成される表面の平坦度が損なわれ、圧電体層の結晶性を劣化させると、う課題を有して、た。

[0007] それ故に、本発明の目的は、不要なスプリアスがな、良好な特性を備えた圧電共振器、及びその製造方法を提供することである。課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、所定の周波数で振動する圧電共振器に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の圧電共振器は、圧電薄膜からなる圧電体層と、圧電体層の一方主面上に形成され、その断面が圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 1の電極と、圧電体層の他方主面上に形成され、その断面が圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 2の電極とを備えてヽる。

[0009] 好ましくは、第 1の電極の断面形状と、第 2の電極の断面形状とが、圧電体層を挟んで対称である。また、圧電体層は、無機材料カゝらなる支持部を介して基板に固定されているか、無機材料カゝらなる薄膜層を介して基板に固定されていることが好ましい

[0010] 上記構造の圧電共振器は、第 1の基板に圧電体層を形成する工程と、圧電体層の一方主面上に、その断面形状が圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 1の電極を形成する工程と、支持部を介した張り合わせ手法を用いて、第 1の電極が形成された圧電体層を、第 1の基板から第 2の基板へ転写する工程と、圧電体層の他方主面上に、その断面形状が圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 2の電極を形成する工程とによって、製造される。

[0011] 転写する工程は、金属からなる支持部を溶融状態又は半溶融状態にして貼り合わせる工程を含んでもよいし、酸ィ匕物薄膜層カゝらなる支持部と第 2の基板とを表面活性化させて重ね合わせることで貼り合わせる工程を含んでもよい。

[0012] 上述した本発明の圧電共振器は、単独でも機能するが、 2つ以上接続すれば、フィルタゃ供与器等の高周波部品を実現することができる。また、上記高周波部品は、ァンテナ、送信回路及び受信回路等と共に通信機器に用いることができる。

発明の効果

[0013] 上記本発明によれば、不要なスプリアスを効果的に抑圧し、 Q値が高い圧電共振器を実現することができる。特に、本発明の圧電共振器の製造方法によって、圧電体層の結晶性を損なうことがなぐ高品位な圧電体層を共振器に適用することができる図面の簡単な説明 [図 1A]図 1Aは、本発明の第 1の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 1B]図 1Bは、本発明の第 1の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 1C]図 1Cは、本発明の第 1の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 2A]図 2Aは、第 1の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。

[図 2B]図 2Bは、第 1の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。

[図 3]図 3は、第 1の実施形態に係る圧電共振器の電気特性 (アドミタンス)を示した図である。

[図 4A]図 4Aは、図 3に示す電気特性を説明するための従来の圧電共振器の構造断面図である。

[図 4B]図 4Bは、図 3に示す電気特性を説明するための本発明の圧電共振器の構造断面図である。

[図 5A]図 5Aは、本発明の第 1の実施形態に係る他の圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 5B]図 5Bは、本発明の第 1の実施形態に係る他の圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 5C]図 5Cは、本発明の第 1の実施形態に係る他の圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 6A]図 6Aは、本発明の第 2の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 6B]図 6Bは、本発明の第 2の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 7A]図 7Aは、第 2の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。 [図 7B]図 7Bは、第 2の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。

[図 8]図 8は、本発明の圧電共振器を用いた圧電フィルタ回路の例を示す図である。

[図 9]図 9は、本発明の圧電共振器を用いた他の圧電フィルタ回路の例を示す図である。

[図 10]図 10は、本発明の圧電共振器を用いた共用器の例を示す図である。

[図 11]図 11は、本発明の圧電共振器を用ヽた通信機器の例を示す図である。

[図 12]図 12は、従来の圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

[図 13]図 13は、従来の他の圧電共振器の構造を模式的に示した図である。

符号の説明

101、 501、 601 圧電体層

102、 103、 502、 503、 602、 603 電極

104、 504、 604 基板

105 支持部

105a, 105b 多層膜

111、成膜用基板

112、 113、電極膜

205 接合層

207、 605 低音響インピーダンス層

208、 606 高音響インピーダンス層

209、 607 音響ミラー層

302、 303、 304 圧電共振器

305 インダクタ

410 共用器

414、 425 送信フィルタ

415 移相回路

416、 426 受信フィルタ

420 通信機器 423 ベースバンド部

424 パワーアンプ

428 アンテナ

427 LNA

506 キヤビティ

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

(第 1の実施形態）

図 1Aは、本発明の第 1の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した上面図である。図 1B及び図 1Cは、図 1Aに示した圧電共振器の A— A断面図であり、図 1Bは振動部だけの図を、図 1Cは振動部を支持部 105によって基板 104に載置させた図を示している。

[0017] 振動部は、圧電体層 101と、この圧電体層 101を挟むように形成された第 1の電極 102及び第 2の電極 103とで構成される。圧電体層 101には、窒化アルミニウム (A1 N)、酸化亜鉛 (ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT)系材料、ニオブ酸リチウム（Li Nb03)、タンタル酸リチウム（LiTa03)、又はニオブ酸カリウム（KNb03)等の、圧電性材料が用いられる。第 1の電極 102及び第 2の電極 103には、モリブデン（Mo) 、アルミニウム (A1)、タングステン (W)、白金（Pt)、金 (Au)、チタン (Ti)、又は銅（C u)等の導電性材料や、それらの積層金属又は合金が用いられる。

[0018] 図 1B及び図 1Cに示すように、第 1の実施形態に係る圧電共振器は、第 1の電極 1 02力圧電体層 101の一方主面上に、その断面が圧電体層 101に接する側を長辺とする台形形状で形成される。また、第 2の電極 103も、圧電体層 101の他方主面上に、圧電体層 101に接する側を長辺とする台形形状で形成される。なお、この例では、第 1の電極 102と第 2の電極 103とが線対称の形状で形成される例を示しているが、第 1の電極 102と第 2の電極 103との間の関係 (厚みや位置等）は、特に問わない。また、圧電体層 101の形状も特に問わない。

[0019] 圧電共振器が圧電薄膜を用いた共振器の場合には、振動部が非常に薄くなる (例えば、 2GHz帯の共振器の場合は数ミクロン程度である）。よって、一般に図 1Cに示したように、圧電共振器は、振動部が基板へ載置された状態で使用される。図 1Cの例では、振動部は、支持部 105を介して基板 104に固定される。基板 104には、シリコン (Si)、ガラス、又はサファイア等の材料が用いられる。支持部 105には、後述する特徴的な圧電共振器製造方法を用いるため、金錫 (AuSn)合金を主体とする材料が用いられる。

[0020] 図 2A及び図 2Bは、第 1の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。この製造方法では、貼り合わせ方法を用いることによって、図 1 A〜図 1Cに示した圧電共振器を製造する。

[0021] まず、シリコン、ガラス、又はサファイア等力もなる成膜用基板 111を準備し、この成膜用基板 111の上に、第 2の電極 103となる電極膜 113を形成する（図 2A、工程 a) 。なお、成膜用基板 111の上には、予め平坦な熱酸化膜が絶縁膜として形成されている（図示せず)。次に、電極膜 113の上に、圧電体層 101を形成する（図 2A、工程 b)。例えば、 2GHz帯の圧電共振器を形成する場合、圧電体層 101の厚みは約 11 OOnmに、電極膜 113の厚みは約30011111になる。本実施例では、平坦な成膜用基板 111上に、電極膜 113を介して圧電体層 101を形成するため、電極膜 113の不連続部の発生やパターユング時に生じる電極膜 113の表面劣化等の影響がなぐ良好な結晶性を備えた圧電体層 101を得ることができる。

[0022] 次に、圧電体層 101上に、第 1の電極 102となる電極膜 112を形成する（図 2A、ェ程 c)。その後、通常のフォトリソグラフィー手法により、電極膜 112を所定の台形形状にパター-ングし、第 1の電極 102を形成する（図 2A、工程 d)。本実施例では、硝酸系のエツチャント (硝酸硫酸一水）を用ヽたゥエツトエッチング手法を用、て電極膜 112の不要部分を溶解除去することで、第 1の電極 102を形成した。これにより、第 1 の電極 102を、断面形状がテーパを備えるように形成することができる。すなわち、圧電体層 101に接する側を長辺とする台形形状の電極を得ることができる。なお、同様の台形形状が得られれば、硝酸系のエツチャントに限るものではなぐまたドライエツチング等の手法を用いてもょ、。

[0023] 次に、支持部 105の一部となる多層膜 105aを、電子ビーム蒸着やスパッタ法等を用いて、圧電体層 101の上に形成する（図 2A、工程 e)。本実施例では、電子ビーム蒸により TiZAuZAuSnの順に、リフトオフ手法により支持部 105の一部をパターン形成している。ノターンは、圧電振動を阻害しない第 1の電極 102の領域以外に形成することが好ましい。これにより、成膜用基板 111の準備が整ったことになる。

[0024] 次に、振動部を支持する基板 104を準備し、支持部 105の一部となる多層膜 105b を、電子ビーム蒸着やスパッタ法等を用いて、基板 104の上に形成する（図 2A、ェ程 f)。なお、基板 104の上には、予め平坦な熱酸化膜等が絶縁膜として形成されている（図示せず)。本実施例では、電子ビーム蒸着を用いて基板 104を成膜用基板 1 11と向か!/、合わせたときに AuSn合金層が接するように、 TiZAuZAuSnの順にリフトオフ手法により支持部 105をパターン形成している。なお、基板 104に形成された支持部 105のパターンは、成膜用基板 111に形成された支持部 105のパターンと完全に一致する必要はなぐ両基板の位置合わせ精度を考慮して、余裕を持たせることが好ましい。

[0025] 次に、成膜用基板 111の支持部 105 (多層膜 105a)と基板 104の支持部 105 (多層膜 105b)とを向かい合わせ、金と錫とを共晶結晶させて貼り合わせる（図 2B、工程 g)₀この際、両基板に圧力をかけてもよい。本実施例では、 3気圧のプレス圧を印加し、基板の貼り合わせを行った。また、貼り合わせた基板を加熱し、互いに接触している AnSuを溶融状態にし、温度を下げることにより強固な金属結合を得ることができる。これにより、接合信頼性に優れた圧電共振器を得ることができる。

[0026] この実施例では、支持部 105に AuSn合金を用いている力これに限るものではない。例えば、支持部 105が半溶融状態又は溶融状態を経ることで 2つの基板が張り合わされる場合は、その融点（固相線温度）が、圧電共振器をマザ一ボードに実装する際の半田リフロー温度よりも高ぐかつ圧電共振器の電極材料等の融点よりも低ければよい。また、支持部 105は、溶融温度以下での金属同士の相互拡散による拡散接合によって貼り合わせてもよいし、プラズマ処理等により接続面を表面活性化させて常温で接合させてもよい。常温で接合することにより、振動部の残留熱応力をなくすことができるので、製造歩留まりが高くかつ周波数変動等の経時変化が少ない圧電共振器を得ることができる。

[0027] 次に、 2つの基板を貼り合わせた形成物から、成膜用基板 111を除去する（図 2B、工程 h)。例えば、ドライエッチングを用いて成膜用基板 111を除去することができる。この工程 g及び工程 hにより、元々成膜用基板 111にあった形成物が、基板 104に転写されたことになる。次に、その後、通常のフォトリソグラフィー手法により、電極膜 11 3を所定の台形形状にパターユングし、第 2の電極 103を形成する（図 2B、工程 i)。これにより、圧電体層 101に接した側が長辺となる台形形状を断面とする第 2の電極 103が形成される。最後に、圧電体層 101の不要な部分をエッチング除去することにより（図 2B、工程 j)、図 1Cに示す圧電共振器が完成する。

[0028] なお、上記製造方法では、成膜用基板 111をエッチング除去して、る例を示したが、電極膜 113と成膜用基板 111との間に剥離層を設け、剥離層から成膜用基板 111 を切り離してもよい。また、電極膜 113を形成せずに、成膜用基板 111の上に剥離層及び圧電体層 101を積層してもよい。この場合、成膜用基板 111を剥離した後、第 2 の電極 103をパターユング形成する必要がある。剥離層として、 A1Nと光学的特性が異なる窒化ガリウム (GaN)を使用すれば、レーザを照射することで GaNだけを分解して A1Nを転写することができる。また、剥離層として、電極膜 113との親和力が小さい金属膜や、溶剤等に容易に溶解する金属膜や酸化物、又はガラス等を用いてもよい。

[0029] 次に、上記製造方法を用いて形成された構造による第 1の実施形態に係る圧電共振器の効果について説明する。

従来の圧電共振器では、第 1の電極をパターユングし、次いで圧電体層を形成しなければならな力つた。しかし、本発明では、成膜用基板 111を準備して、パターニングされていない電極膜 113上に圧電体層 101を形成する。このため、電極膜 113の不連続部の発生やパターユング時に生じる電極膜 113の表面劣化等への影響がなぐ良好な結晶性を備えた圧電体層 101を得ることができる。具体的には、電極膜（ Mo)をパターユングした後に成膜した圧電体層 (A1N)の結晶性の指標である X回折の（0002)面の半値幅（FWHM : Full Width Half Maximum)が 1. 5度であつたのに対し、電極膜 (Mo)をパターユングせずに成膜した圧電体層 (A1N)の FWH Mは 1. 1度となる。

[0030] このように、本発明では、第 1の電極 102のパター-ングを圧電体層 101を形成した後に行うため、圧電体層 101の結晶性を大幅に向上させることができる。また、これにより圧電共振器としての性能を表す Q値も向上させることができる。発明者による実験では、約 20%の Q値向上が観測できた。このような Q値向上の効果は、どのような電極材料、圧電材料、及び基板材料を用いても発揮される。さらに、結晶性の向上によって圧電体層の絶縁耐圧も向上し、圧電共振器の耐電力特性も向上する。

[0031] 図 3は、第 1の実施形態に係る圧電共振器の電気特性 (アドミタンス)を示した図である。また、図 4A及び図 4Bは、図 3に示す電気特性を説明するための圧電共振器の構造断面図である。

図 3の (a)は、従来の圧電共振器（図 4A)の特性を示したものであり、共振周波数と ***振周波数との間に不要振動に起因するスプリアス (不要電気信号)が観察される。図 3の（a)では、図 4Aに示したように、電極の存在によって図中の点線部に音響不連続部が形成され、振動方向に対して垂直な方向（横方向）に伝搬する不要モード振動等の反射が起こり、スプリアスが発生していると考えられる。

[0032] 一方、図 3の (b)〜 (e)は、第 1の実施形態に係る圧電共振器の特性を示した図である。圧電体層 101を挟んで形成された台形形状の第 1の電極 102及び第 2の電極 103の長辺 d (この例では、各電極が円形でありその直径に相当）が 50 μ mに対して rの値が、図 3の（b)では 0. 3 /ζ πι、図 3の（c)では 0. 5 m、図 3の（d)では 1 m、及び図 3の（e)では 3 mの場合が示されている。この図 3によれば、本発明の圧電共振器は従来の圧電共振器に比べて、スプリアスが抑圧されていることが分かる。つまり、電極の端部において厚みが徐々に変化するように rの値を設定することで、不要モード振動の電極端部での反射を抑制することができ、アドミタンス特性にぉ、てスプリアスを低減することができる。 rの値は、特に制約はないが、電極の厚みと同等以上の値であれば、スプリアス抑制効果が得られる。より好ましくは、テーパ角 Θの角度を 30° 以下（図 3の例では、 r= 0. 5 m以上）にすれば、スプリアスの抑制効果が得られる。よって、共振周波数付近カゝら***振周波数付近にかけて、スプリアスが少なくかつ Q値の高い圧電共振器を実現することができる。

[0033] 以上のように、本発明の第 1の実施形態に係る圧電共振器によれば、不要なスプリァスを効果的に抑圧し、 Q値が高い圧電共振器を実現することができる。特に、本発明の圧電共振器の製造方法を用いれば、圧電体層の結晶性を損なうことがなぐ高品位な圧電体層を共振器に適用することができる。

[0034] なお、上記第 1の実施形態では、圧電共振器の形状、すなわち第 1の電極 102及び第 2の電極 103が円形である場合を示した。し力し、第 1の電極 102及び第 2の電極 103の形状は、図 5A〜図 5Cのように、矩形、楕円形、又は多角形等さまざまな形状を用いることが可能である。

また、上記第 1の実施形態に係る圧電共振器の構造に、絶縁、温度補償、又は外来異物による特性劣化防止及び耐湿性向上等を目的とした酸化膜、窒化膜、又は有機膜を、任意の位置に備えてもよい。

[0035] (第 2の実施形態）

図 6Aは、本発明の第 2の実施形態に係る圧電共振器の構造を模式的に示した上面図である。図 6Bは、図 6Aに示した圧電共振器の B— B断面図である。この第 2の実施形態に係る圧電共振器は、上記第 1の実施形態に係る圧電共振器の支持部 10 5によって形成されて!、たキヤビティを音響ミラー層 209に代えた構造である。よって、第 2の実施形態において、音響ミラー層 209以外の第 1の実施形態と同様の構造箇所については、同一の参照符号を付して一部の説明を省略する。

[0036] 図 6Bに示すように、第 2の実施形態に係る圧電共振器は、第 1の電極 102が、圧電体層 101に接する側が長辺となる台形形状に形成される。また、第 2の電極 103も、圧電体層 101に接する側が長辺となる台形形状に形成される。

[0037] 音響ミラー層 209は、例えば酸ィ匕ケィ素カもなる低音響インピーダンス層 207と、例えば酸ィ匕ハフニウム力もなる高音響インピーダンス層 208と力交互に積層されて構成される。この実施例では、 5層構造になっているが、積層数に限定はない。この低音響インピーダンス層 207及び高音響インピーダンス層 208は、第 1の電極 102の上に積層されて形成されるので、図 6Bに示すように第 1の電極 102の台形形状に合わせて曲折した層となる。好ましくは、低音響インピーダンス層 207及び高音響インピーダンス層 208の厚さを、それぞれ音響波長の 1Z4と設定することにより、振動部で励振された弾性波を効果的に閉じ込めることができる。

[0038] 図 7A及び図 7Bは、第 2の実施形態に係る圧電共振器の製造方法の手順を概略的に示した図である。この製造方法でも、上記第 1の実施形態と同様に、 2つの基板を貼り合わせる方法を用いることによって、図 6A及び図 6Bに示した圧電共振器を製造する。なお、第 2の実施形態に係る圧電共振器の製造方法のうち、工程 a〜工程 d は上記第 1の実施形態に係る圧電共振器の製造方法と同様であるため、説明を省略する。

[0039] 図 7Aの工程 dが終わると、次に、圧電体層 101及び第 1の電極 102上に、音響ミラ一層 209を形成する（図 7A、工程。例えば、化学気相法 (CVD ; Chemical Vap or Deposition)により酸ィ匕ケィ素（低音響インピーダンス層 207)を、物理気相法（ PVD ; Physical Vapor Deposition)により酸化ハフニウム（高音響インピーダンス層 208)を、それぞれ形成する。

[0040] 次に、振動部を支持する基板 104を準備し、 TiZAuZAnSn合金カゝらなる接合層 205 (支持部 105に相当）を、電子ビーム蒸着やスパッタ法等を用いて形成する（図 7 A、工程 1)。なお、基板 104の上には、予め平坦な熱酸化膜等が絶縁膜として形成されている（図示せず)。

[0041] 次に、成膜用基板 111の音響ミラー層 209と基板 104の接合層 205とを向かい合わせ、金と錫とを共晶結晶させて貼り合わせる（図 7B、工程 m)。この際、両基板に圧力をかけてもよい。また、貼り合わせた基板を加熱し、互いに接触している AnSuを溶融状態にし、温度を下げることにより強固な金属結合を得るてもよい。

[0042] この実施例では、接合層 205に AuSn合金を用いている力これに限るものではない。例えば、接合層 205が半溶融状態又は溶融状態を経ることで 2つの基板が張り合わされる場合は、その融点（固相線温度）が、圧電共振器をマザ一ボードに実装する際の半田リフロー温度よりも高ぐかつ圧電共振器の電極材料等の融点よりも低ければよい。また、音響ミラー層 209としてモリブデンやタングステン等の金属を用いた場合には、溶融温度以下での金属同士の相互拡散による拡散接合によって貼り合わせてもよいし、音響ミラー層 209の最下層が酸ィ匕物層の場合等の場合には、ブラズマ処理等により接続面を表面活性化させて常温で接合させてもよい。この場合、基板 104側に特に接合層を形成する必要がなぐ圧電共振器と基板とを直接接合することができる。 [0043] 次に、 2つの基板を貼り合わせた形成物から、成膜用基板 111を除去する（図 7B、工程 n)。次に、その後、通常のフォトリソグラフィー手法により、電極膜 113を所定の台形形状にパターユングし、第 2の電極 103を形成する（図 7B、工程 o)。これ〖こより、圧電体層 101に接した側が長辺となる台形形状を断面とする第 2の電極 103が形成される。最後に、圧電体層 101及び音響ミラー層 209の不要な部分をエッチング除去することにより（図 7B、工程 p)、図 6Bに示す圧電共振器が完成する。

[0044] 以上のように、本発明の第 2の実施形態に係る圧電共振器によれば、不要スプリアスを効果的に抑圧し、 Q値が高い圧電共振器を実現することができる。特に、本発明の圧電共振器の製造方法を用いれば、圧電体層の結晶性を損なうことがなぐ高品位な圧電体層を共振器に適用することができる。この第 2の実施形態に係る圧電共振器の電気特性 (アドミタンス）は、上記第 1の実施形態で説明した通りである。

[0045] なお、上記第 2の実施形態でも、圧電共振器の形状として、矩形、楕円形、又は多角形等さまざまな形状を用いることが可能であり（図 5A〜図 5Cを参照）、また、絶縁、温度補償、又は外来異物による特性劣化防止及び耐湿性向上等を目的とした酸化膜、窒化膜、又は有機膜を、任意の位置に備えてもよい。

[0046] (圧電共振器を用いた構成の例）

図 8は、本発明の圧電共振器を用いた圧電フィルタ回路の例を示す図である。図 8 に示す圧電フィルタ回路は、入出力端子 301間に直列挿入された直列圧電共振器 3 02と並列挿入された並列圧電共振器 303とが梯子型に接続され、並列圧電共振器 303はインダクタ 305を介して接地される。直列圧電共振器 302の共振周波数と並列圧電共振器 303の***振周波数とを略一致させることにより、帯域通過型の高周波フィルタを構成できる。

[0047] また、図 9は、本発明の圧電共振器を用いた他の圧電フィルタ回路の例を示す図である。図 9に示す圧電フィルタ回路は、入出力端子 301間に直列挿入された直列圧電共振器 302及びバイパス圧電共振器 304と並列挿入された並列圧電共振器 303 とが格子型に接続され、並列圧電共振器 303はインダクタ 305を介して接地される。直列圧電共振器 302の共振周波数と並列圧電共振器 303の***振周波数とを略一致させると共に、ノィパス圧電共振器 304の共振周波数を並列圧電共振器 303の共振周波数よりも低く設定することにより、帯域外減衰量が大きくかつ低損失な帯域通過型のフィルタを構成できる。

[0048] このような圧電フィルタ回路では、圧電共振器の共振周波数及び***振周波数付近のスプリアス信号は、フィルタの通過帯域の特性に大きな影響を及ぼす。本発明の圧電共振器を適用することにより、通過帯域内にスプリアスがなぐ Q値の高い共振器であることから、低損失かつスカート特性に優れた高周波フィルタを得ることができる。

なお、本発明の圧電共振器を用いた上記圧電フィルタ回路の構成は一例であり、段数 (圧電共振器の素子数)や接続形状はこれに限られず、ラテイス型のフィルタ、複数の共振器を平面方向や厚み方向に隣接配置させた多重モードフィルタ等、圧電共振器を利用した種々のフィルタに適用可能である。

[0049] 図 10は、上述したような圧電フィルタ回路を用いた共用器 410の例を示す図である。図 10に示す共用器 410は、送信端子 411と受信端子 412との間に、送信フィルタ 4 14、移相回路 415、及び受信フィルタ 416が順に直接接続され、送信フィルタ 414と移相回路 415との間にアンテナ端子 413が接続されている。

[0050] また、図 11は、上述したような共用器を用いた通信機器 420の例を示す図である。

図 11に示す通信機器 420では、送信端子 421から入力された信号は、ベースバンド部 423を通り、パワーアンプ 424で増幅され、送信フィルタ 425でフィルタリングされ、アンテナ 428から電波として送信される。また、アンテナ 428で受信された信号は、受信フィルタ 426でフィルタリングされ、 LNA427で増幅され、ベースバンド部 423を通り、受信端子 422に伝達される。

産業上の利用可能性

[0051] 本発明の圧電共振器は、高周波フィルタや共用器等の高周波回路部品、及び通信機器等に利用可能であり、特に、不要なスプリアスを効果的に抑圧し、高い Q値を得た、場合等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 所定の周波数で振動する圧電共振器であって、

圧電薄膜からなる圧電体層 (101)と、

前記圧電体層 (101)の一方主面上に形成され、その断面が前記圧電体層 (101) に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 1の電極（102)と、

前記圧電体層 (101)の他方主面上に形成され、その断面が前記圧電体層 (101) に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 2の電極（103)とを備える、圧電共振器。

[2] 前記第 1の電極（102)の断面形状と、前記第 2の電極（103)の断面形状とが、前記圧電体層（101)を挟んで対称であることを特徴とする、請求項 1に記載の圧電共振器。

[3] 前記圧電体層 (101)が、無機材料力もなる支持部（105)を介して基板（104)に固定されて!/ヽることを特徴とする、請求項 1に記載の圧電共振器。

[4] 前記圧電体層 (101)が、無機材料カゝらなる薄膜層 (209)を介して基板（104)に固定されて!/ヽることを特徴とする、請求項 1に記載の圧電共振器。

[5] 圧電共振器の製造方法であって、

第 1の基板に圧電体層を形成する工程 (a, b)と、

前記圧電体層の一方主面上に、その断面形状が前記圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 1の電極を形成する工程 (c, d)と、

支持部を介した張り合わせ手法を用いて、前記第 1の電極が形成された圧電体層を、前記第 1の基板から第 2の基板へ転写する工程 (e, f, g)と、

前記圧電体層の他方主面上に、その断面形状が前記圧電体層に接する部分を長辺とする台形形状を有する第 2の電極を形成する工程 (h, i)とを備えた、製造方法。

[6] 前記転写する工程が、金属からなる前記支持部を溶融状態又は半溶融状態にして貼り合わせる工程を含むことを特徴とする、請求項 5に記載の製造方法。

[7] 前記転写する工程が、酸化物薄膜層からなる前記支持部と前記第 2の基板とを表面活性化させて重ね合わせることで貼り合わせる工程を含むことを特徴とする、請求項 5に記載の製造方法。複数の圧電共振器を備えた高周波部品であって、請求項 1に記載の圧電共振器を 1つ以上備えた、高周波部品。

アンテナ、送信回路及び受信回路を備えた通信機器であって、請求項 3に記載の圧電共振器を、送信回路及び受信回路の少なくとも一方に備えた、通信機器。