JP2008048040A - 圧電薄膜共振器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下部電極をパターン形成する工程に起因する圧電体の結晶性の劣化を回避し、低損失で製造性に優れた圧電薄膜共振器を提供する。
【解決手段】基板１と、基板の一方の主面上に所定の平面形状に形成された下部電極２と、下部電極の上部であって、下部電極の平面形状の領域内に設けられた圧電体３と、圧電体の上部であって、圧電体の平面形状の領域内に設けられた上部電極４とを備え、下部電極、圧電体および上部電極により共振子の機能部が構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話に代表される無線通信機能を備えた携帯型電子機器等に用いられ、アンテナ共用器や高周波フィルタ、発信器などとして使用される、圧電薄膜共振器とその製造方法に関する。

無線通信システムの多様化に伴い、携帯型電子機器に内蔵される部品は、ますます高性能が求められて要る。例えば、携帯電話に使用される高周波信号を選別するフィルタや共用器では、小型であり、挿入損失が小さいことが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ；Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）が知られている。

図１２は、従来の圧電薄膜共振器の断面図を示したものである。図１２において、５１は基板であり、その上面部に空洞５１ａが設けられている。基板５１の上部には、空洞５１ａを跨いで下部電極５２が設けられ、その上部に圧電体５３、上部電極５４が順次設けられて、圧電薄膜共振器５５が形成されている。その製造工程は、以下のとおりである。

基板５１はシリコンからなり、図示されていないが、その上面には通常、熱酸化膜などの絶縁体層を形成し、空洞５１ａとなる部分にシリコンの異方性エッチングなどを用いて窪みを形成する。次に、形成された窪みに、犠牲層材料である易溶性の酸化膜やガラスなどを充填し、平坦化する。その後、下部電極層としてモリブデン（Ｍｏ）などの金属層をスパッタなどにより所定の厚さに堆積し、通常のフォトリソグラフィ手法によりパターン形成して、下部電極５２を形成する。

次に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電体層を形成し、同様にパターン形成することにより、圧電体５３を形成する。さらに、下部電極５２と同様、モリブデン（Ｍｏ）などの金属からなる上部電極５４をパターン形成する。最後に、上部電極５４や、圧電体５３、下部電極５２にあらかじめパターン形成されていたエッチング孔（図示せず）を通じて、窪みに充填された犠牲層材料を溶融除去することにより空洞５１ａを形成し、圧電薄膜共振器５５を完成する。（例えば、特許文献１参照）
図１３は、従来の他の構成の圧電薄膜共振器の断面図を示したものである。圧電共振器を２段積層することによりフィルタ（ＳＣＦ；Ｓｔａｃｋｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）が構成されている。この圧電薄膜共振器では、基板５１上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料５６ａ、５６ｂを交互に積層した音響ミラー５６が形成されている。音響ミラー５６の上部に下部電極５２が設けられ、さらに、下部圧電体５３ａ、中間電極５７、上部圧電体５３ｂ、および上部電極５４を設けて、圧電薄膜共振器フィルタ５８が形成されている。

この圧電薄膜共振器フィルタ５８では、圧電振動を効果的に閉じ込めるために、空洞ではなく音響ミラー５６を使用しており、基板５１上にスパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより堆積される。通常、高音響インピーダンス層には、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの材料が使用される。一方、低音響インピーダンス層には、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）やＳｉ（シリコン）などが使用される。

製造工程では、音響ミラー５６上に、必要に応じて絶縁体層（図示せず）を形成した後、Ｍｏなどからなる下部電極５２をパターン形成し、ＡｌＮなどからなる下部圧電体５３ａを堆積する。次いで、Ｍｏからなる中間電極５７、さらに上部圧電体５３ｂ、上部電極５４を順次パターン形成し、圧電薄膜共振器フィルタ５８を完成する。（例えば、特許文献２参照）
以上のように、基板上に圧電薄膜共振器の構成要素である、電極および圧電体層を順次パターン形成し、製造容易な圧電薄膜共振器を実現していた。
特開２００２−３１４３６８号公報 米国特許第５，８２１，８３３号明細書

しかしながら、図１２や図１３に示す従来の構成では、下部電極をパターン形成した後に圧電体を堆積するため、下部電極のパターン形成時、すなわち、下部電極のエッチングやレジスト除去工程などで導入される、電極表面の酸化や、粗面化などにより影響を受けて、圧電体の結晶性が劣化するといった課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、下部電極をパターン形成する工程に起因する圧電体の結晶性の劣化を回避し、低損失で製造性に優れた圧電薄膜共振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板の一方の主面上に所定の平面形状に形成された下部電極と、前記下部電極の上部であって、前記下部電極の平面形状の領域内に設けられた圧電体と、前記圧電体の上部に配置された上部電極とを備え、前記下部電極、前記圧電体および前記上部電極により共振子の機能部が構成される。

本発明の圧電薄膜共振器の製造方法は、基板の一方の主面上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上部電極層を形成する工程と、以上の工程の終了後、前記上部電極層を所定の形状にパターニングし上部電極を形成する工程と、前記圧電体層を所定の形状にパターニングし圧電体を形成する工程と、前記下部電極層を所定の形状にパターニングし下部電極を形成する工程とを備える。

本発明の圧電薄膜共振器によれば、成膜後加工を施されていない下部電極上に形成された圧電体膜により圧電体が形成されるので、圧電体の結晶性が良好で、Ｑ値（共振尖鋭度）の高い共振器を得ることができる。また、電極材料の表面酸化を防止することができ、電気抵抗の劣化がなく、また、他の配線とのコンタクト抵抗が小さく、低損失な圧電薄膜共振器を得ることができる。

本発明の電子部品の製造方法によれば、下部電極、圧電体、上部電極を一括で成膜することにより製造期間を大幅に短縮し、また、結晶性に優れた圧電体を得て、低廉で高周波特性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器の基本的な構造を模式的に示した断面図である。図１において、１は基板であり、その一方の主面上に所定の形状で下部電極２が形成されている。基板１における下部電極２の下部には、空洞１ａが設けられている。下部電極２の上部には、圧電体３、上部電極４が順次設けられて、圧電薄膜共振器５が構成されている。

圧電体３は、平面形状において、下部電極２の領域内に設けられている。平面形状とは、基板１の主面に対する投影形状、すなわち、基板１の主面に平行な面の形状をいう。また、上部電極４は、圧電体３の平面形状の領域内に設けられている。下部電極２、圧電体３、および上部電極４により共振子の機能部が構成されている。この構造によれば、後述するように、良好な結晶性を備えた圧電体３を形成することができ、共振特性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。

また、図２は、図１の圧電薄膜共振器の構造の変形例を模式的に示した断面図である。この構造では、下部電極２と基板１の間に絶縁層６が設けられている。絶縁層６を設けることにより、基板１にシリコンなどの半導体を用いた場合でも、良好な高周波特性を備えた圧電薄膜共振器を得ることができる。

次に、本実施の形態における圧電薄膜共振器の製造方法について、図３を参照して詳細に説明する。図３は製造工程の断面摸式図であり、図２に示したように絶縁体層６を備えた圧電薄膜共振器について、配線電極も含めた製造工程を順に示す。また、図４は、図３に示す工程で形成された圧電薄膜共振器の概略構成を示す上面図である。図４における、Ａ−Ａ’線に沿った断面図が、図３（ｉ）に相当する。

先ず、図３（ａ）に示すように、シリコン熱酸化膜あるいは窒化珪素からなる絶縁膜６を備えたシリコンからなる基板１に、異方性エッチングの手法を用いて窪みを形成する。さらに、易溶性のりん珪酸ガラス（ＰＳＧ）からなる材料を前記窪みに充填し犠牲層１ａｘを形成する。犠牲層１ａｘを平坦化した後、モリブデン（Ｍｏ）などからなる下部電極層２ｘをスパッタ法により成膜する。

次に、図３（ｂ）に示すように、下部電極層２ｘに対してパターン形成などの加工を施すことなく、連続して、窒化アルミニウムなどからなる圧電体層３ｘを下部電極同様スパッタ法により形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層３ｘに対してパターン形成などの加工を施すことなく、下部電極層２ｘと同様、Ｍｏからなる上部電極層４ｘを圧電体層３ｘ上に成膜する。

次に、デバイスの形成工程に入る。先ず、通常のフォトリソグラフィ手法により上部電極層４ｘをパターン加工し、図３（ｄ）に示すように、上部電極４を形成する。次いで、圧電体層３ｘを同様にパターン加工して、図３（ｅ）に示すように、圧電体３を形成し、さらに下部電極層２ｘを同様にパターン加工して、図３（ｆ）に示すように、下部電極２を形成する。

次に図３（ｇ）に示すように、下部電極２との絶縁を図って上部電極４に対する配線を行うために、絶縁体７を形成する。絶縁体７には、窒化珪素や、酸化ケイ素、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、窒化アルミニウムなどを用いることが好ましい。

次に図３（ｈ）に示すように、絶縁体７の上部に配線電極８を形成する。同時に、下部電極２に対する配線電極９を形成することもできる。配線電極８、９の材料には何ら制約はないが、上下部電極４、２よりも厚く設定することが好ましい。これにより、圧電薄膜共振器を構成する薄膜層の周縁部において、カバレッジ不足による断線が発生することがなく、信頼性の高い圧電薄膜共振器を得ることができる。

最後に、犠牲層１ａｘを適当な溶剤により溶解除去することにより、図３（ｉ）に示すように空洞１ａを形成し、圧電薄膜共振器５を得る。なお、さらに、機能部を保護するための絶縁体層や、周波数調整のためのトリミング層などを設けてもよい。

以上のように、図３（ａ）および（ｂ）の工程においては、下部電極層２ｘに対してパターン形成などの加工を施さないため、下部電極層２ｘの表面粗さは劣化することがない。したがって、続いて成膜される圧電体層３ｘの結晶性が損なわれることがない。同様に、通常のエッチングプロセスやレジスト除去工程、洗浄工程など多くの湿式プロセスを経ることなく圧電体層３ｘが形成されるため、圧電体層３ｘを結晶性に優れた状態で得ることができる。

本実施の形態とは異なり、下部電極２をパターン形成した後に圧電体３を形成した場合には、圧電体層３ｘの結晶性を示す指標であるＸ線回折のロッキングカーブの半値幅が１．３°程度であったのに対して、本実施の形態のように連続して圧電体層３ｘを形成した場合には、その値が１．１°程度と向上した。また、同一の真空成膜装置を用いれば、大気に触れることなく圧電体層３ｘを形成できるため、下部電極層３ｘの表面酸化を防止することができ、下部電極２の抵抗率が増大することを防止できる。

また、図３（ｂ）および（ｃ）の工程に示したように、圧電体層３ｘにもなんらパターン形成することなく上部電極層４ｘを形成するため、品質の高い上部電極層４ｘを得ることができる。また、圧電体層３ｘにより段差部が形成されていないため、上部電極層４ｘの厚みが薄い場合であっても、電極膜のカバレッジなどの問題がなく、信頼性の高い製造方法といえる。

また、図３（ｃ）までの工程により、基板１上に下部電極層２ｘ、圧電体層３ｘ、上部電極層４ｘを連続して成膜した基板を得ることができる。途中で、パターン形成等の工程が入らないため、一括して同一の成膜装置内で、大気に曝すことなく成膜を行うことができる。したがって、製造工程を大幅に短縮することができるとともに、外来異物などの混入がなく品質の高い多層膜を得ることができる。

以上のとおり、上部電極４より順次パターン形成していくため、各パターン形状は、より上方にあるパターン形状の範囲の外側に広がるように形成される。逆に言えば、各パターン形状は、より下方にあるパターン形状の範囲内に配置される。したがって、例えば圧電体３が形成する段差と交差して、上部電極４と下部電極２が導通するといった不具合を未然に防止できる。また、上部電極４が圧電体３に比べて薄い場合や、圧電体３の断面形状が急峻な場合においても、カバレッジが不十分になるなどの問題を回避できる。

本実施の形態では、圧電体３として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた例を示したが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など、他の圧電薄膜を用いても同様のデバイスを実現できる。また、上下部電極２、４としてモリブデン（Ｍｏ）を用いた例を示したが、これに限るものではない。また、基板１としてシリコン基板を用いた例を示したが、サファイア基板やガラス基板などを用いてもよく、このような絶縁基板を用いる場合には、基板１と下部電極２との間の絶縁体層６は必ずしも必要ではない。

また、上記構成では、犠牲層エッチングにより形成した空洞１ａを備えた共振器について示したが、図５に示すように、図１と同様の機能部を形成した後、基板１の裏面より基板１をエッチングして空洞１ｂを形成してもよい。この場合、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどの手法を用いると、垂直な空洞１ｂを形成することができる。また、図６に示すように、互いに音響インピーダンスの異なる材料１０ａ、１０ｂを交互に積層した音響ミラー１０を形成し、その上に、図１と同様の機能部を形成してもよいことは言うまでもない。

本実施の形態における圧電薄膜共振器は、図３に示した製造方法に代えて、図７Ａ〜７Ｃに示す製造方法により作製することもできる。図７Ａ〜７Ｃに示す製造方法は、図１に示したような、圧電体３が平面形状において下部電極２の領域内に形成され、上部電極４が圧電体３の平面形状の領域内に形成された構造を有する圧電薄膜共振器を、基板貼り合わせ技術を利用して製造する方法である。

まず、図７Ａ（ａ）に示すように、犠牲基板１１の上に、犠牲層１２を積層する。次に、図７Ａ（ｂ）に示すように、犠牲層１２の上に、圧電薄膜１３ｘを成膜する。ここで、犠牲基板１１とは、圧電薄膜共振器を形成する過程で一時的に利用される基板であり、製造後の圧電薄膜共振器には含まれない構成要素である。この犠牲基板１１としては、例えばサファイアを用いる。犠牲層１２は、後述する貼り合わせ工程の後に、犠牲基板１１を圧電薄膜１３ｘから剥離するために設けられるバッファ層である。犠牲層１２としては、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる。

圧電薄膜１３ｘは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、ＭＯＣＶＤ法によって犠牲層１２の上に成膜される。このように、ＭＯＣＶＤ法を用いることにより、膜質に優れた圧電体層を形成することができる。なお、ＭＯＣＶＤ法は、１０５０℃という高温下で行われるが、この製造方法においては、高融点材料である窒化ガリウムを犠牲層１２として用いているので、１０５０℃という高温に十分に耐えられる。従って、圧電薄膜１３ｘの成膜にＭＯＣＶＤ法を用いることは、製造プロセス上何ら問題とならない。なお、犠牲層１２には、窒化ガリウム以外にモリブデンを使用することも可能である。

次に、図７Ａ（ｃ）に示すように、圧電薄膜１３ｘの上に、導電体である電極層１４ｘを積層する。次に、積層した電極層１４ｘをパターニングして、図７Ａ（ｄ）に示すように、下部電極１４を成形する。次に、図７Ａ（ｅ）に示すように、成形した下部電極１４及び圧電薄膜１３ｘの上に、犠牲層１５ｘを積層する。このとき、犠牲層１５ｘを、下部電極１４よりも厚く積層する。そして、この積層した犠牲層１５ｘをパターニングして、図７Ａ（ｆ）に示すように、犠牲部１５ｙを成形する。この犠牲部１５ｙは、後述する空洞部形成工程において除去される部分であり、除去されることで圧電薄膜共振器の空洞部を形成する。犠牲層１５ｘの材料としては、例えばモリブデンやタングステンシリサイド、酸化珪素、ＰＳＧなどのガラス系材料等を使用することができる。なお、犠牲層１５ｘの材料としてモリブデンを用いる場合には、下部電極１４の材料にモリブデン以外のアルミニウム等が使用されることとなる。

次に、図７Ｂ（ｇ）に示すように、犠牲部１５ｙ、下部電極１４及び圧電薄膜１３ｘの上に、保持層１６を積層する。保持層１６としては、酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁体が望ましい。そして、図７Ｂ（ｈ）に示すように、積層した保持層１６の表面に段差がなくなるように、平坦化処理を行う。この平坦化処理は、後述する貼り合わせ工程において、半導体基板を全面均一に張り合わせることを可能にするために行われる。平坦化処理には、ＣＭＰ等を用いることが可能であり、表面のラフネスをＲＭＳ２０００Ａ以下とすることで、均一な貼り合わせを行うことができる。

次に、図７Ｂ（ｉ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１７に金錫の合金からなる貼り合わせ層１８を形成したものを作製して、貼り合わせ層１８の面で保持層１６と貼り合わせる。この例では、貼り合わせ層１８として金錫の合金膜を成膜することにより、金錫の共晶接合を利用した貼り合わせを行う。具体的には、保持層１６と貼り合わせ層１８とを対向させて、１５Ｎ／ｃｍ²の圧力を加えた状態で３７５℃の温度を１０分間加えることにより、犠牲基板１１と半導体基板１７を貼り合わせる。なお、共晶接合可能な材料であれば、金錫以外の合金で同様の効果を得ることができる。なお、半導体基板１７と貼り合わせ層１８との間に、酸化珪素又は窒化珪素等からなる絶縁体層を形成することも可能である。

次に、犠牲基板１１の裏面からイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）・レーザを照射して、バンドギャップの小さい窒化ガリウムからなる犠牲層１２の接合を切ることにより、図７Ｂ（ｊ）に示すように、犠牲層１２と圧電薄膜１３ｘの間を剥離して、犠牲基板１１を半導体基板１７から分離する。その結果、犠牲層１２より上側に形成されていた圧電薄膜１３ｘ、下部電極１４、犠牲部１５ｙ、及び保持層１６は、半導体基板１７に転写される。なお、剥離に用いたＹＡＧレーザは、使用する犠牲基板１１及び犠牲層１２の膜厚や種類に応じてレーザ波長を選択することにより、犠牲層１２の厚さによるバンドギャップの変化や、他の材料を選択した場合にも対応が可能である。

次に、図７Ｃ（ｋ）に示すように、剥離されて表面に現れた圧電薄膜１３ｘの面上に、導電体である電極層１９ｘを積層する。その後、積層した電極層１９ｘをパターニングして、図７Ｃ（ｌ）に示すように、上部電極１９を成形する。さらに、図７Ｃ（ｍ）に示すように、圧電薄膜１３ｘをパターニングして、圧電体１３を成形する。圧電体１３のパターニングは、圧電体１３が平面形状において下部電極１４の領域内に配置され、上部電極１９が平面形状において圧電体１３の領域内に配置されるように行われる。最後に、犠牲部１５ｙをエッチング等により除去して、図７Ｃ（ｎ）に示すように、空洞部１５を形成する。このようにして、図１に示したものと同様の構成を有する圧電薄膜共振器が完成する。

なお、犠牲基板として、サファイア基板の代わりに、シリコン基板を用いてもよく、この場合は、通常のウエットエッチングまたはドライエッチング手法により犠牲基板を除去しても良い。さらに、犠牲基板としてシリコンを用いる場合には、犠牲層１２として窒化ガリウム以外に、酸化ケイ素や窒化アルミニウムなどを用いることができ、犠牲層を形成しなくても犠牲基板をエッチング除去することができることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、金錫共晶を用いて基板同士を全面貼り合わせを行ったが、犠牲層１５ｙを形成する代わりに、下部電極上であって、振動部の周囲にパターニングされた金錫層を形成し、半導体基板に貼り合わせ空洞を形成しても良い。この場合、保持層１６の形成や平坦化といった工程を省くことができ、製造期間を大幅に短縮することができる。

図８は、上記構成の圧電薄膜共振器５を縦続に接続したフィルタの概略断面図を示したものである。基板１上の左右にそれぞれ、上記構成の圧電薄膜共振器５が形成され、配線電極８により縦続接続されている。

図８に示されるように、平面方向に展開された個々の圧電薄膜共振器５は、互いに分離して形成されることになり、互いに圧電振動が漏れ伝わることがなく、高周波特性に優れたフィルタを得ることができる。本実施の形態では、不要スプリアスの影響がなく、圧電薄膜共振器の特性も向上するとともに、配線電極の低効率の劣化がないため、フィルタの通過損失として、２ＧＨｚにおいて０．３ｄＢの改善が得られた。

圧電薄膜共振器の接続の形態としては、図９Ａ、９Ｂの回路図に示すものが知られており、直列腕、並列腕の共振周波数を適当に選ぶことにより、帯域通過型のフィルタを構成することができる。図９Ａのフィルタは、入出力端子２１ａ、２１ｂ間において、圧電薄膜共振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃが直列腕に接続され、圧電薄膜共振器２３ａ、２３ｂが並列腕に、接地との間にインダクタ２４ａ、２４ｂを介在させて接続されている。また、図９Ｂのフィルタは、入出力端子２１ａ、２１ｂ間において、圧電薄膜共振器２２が直列腕に接続され、圧電薄膜共振器２３ａ、２３ｂが並列腕に、接地との間にインダクタ２４ａ、２４ｂを介在させて接続されている。さらに、圧電薄膜共振器２３ａとインダクタ２４ａ間のノード、および圧電薄膜共振器２３ｂとインダクタ２４ｂ間のノード間に、圧電薄膜共振器２５が挿入されている。ただし、共振器の接続方法はこれに限られることはない。

図１０は、これらのフィルタを用いた共用器を示すブロック図である。送信端子３０と、受信端子３１の間に、アンテナ端子３２が接続され、アンテナ端子３２と送信端子３０の間に送信フィルタ３３が介在し、アンテナ端子３２と受信端子３１の間に、移相回路３４および受信フィルタ３５が挿入されて、共用器３６を構成している。

このような共用器は、図１１に示すように、無線機器４９の高周波部品として利用される。この無線機器４９において、アンテナ４８に接続された共用器４６を介して、送信端子４０からの信号が送信され、受信端子４１に受信信号が送られる。共用器４６は、送信フィルタ４４および受信フィルタ４５を含む。送信端子４０からの信号は、ベースバンド部４２およびパワーアンプ４３を経て送信フィルタ４４に供給される。受信信号は、受信フィルタ４５を通った後、ローノイズアンプ４７およびベースバンド部４２を経て受信端子４１から出力される。

なお、上記圧電薄膜共振器の構成は、図１３に示す従来の圧電薄膜共振器フィルタ（共振器を積み重ねた構成）の場合にも適用できる。

以上のように、本発明の基本構成の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板の一方の主面上に所定の平面形状に形成された下部電極と、前記下部電極の上部であって、前記下部電極の平面形状の領域内に設けられた圧電体と、前記圧電体の上部に配置された上部電極とを備え、前記下部電極、前記圧電体および前記上部電極により共振子の機能部が構成される。それにより、成膜後加工を施されていない下部電極上に形成された圧電体膜により圧電体が形成されるので、圧電体の結晶性が良好で、共振特性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。

前記上部電極は、前記圧電体の平面形状の領域内に配置されていることが好ましい。それにより、各薄膜層端部に上部電極が配置されることがないため、カバレッジ不足による導通不良などを防止でき、信頼性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。従来の構造では、実際には下部電極端部にテーパ部を設けたエッチング加工を施すなどにより、カバレッジの課題を克服することができたが、本実施の形態によれば、上部電極、下部電極ともにプロセス条件を変更することなく、電極端部の形状を自由に選ぶことができる。

また、前記基板、前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極の何れかの層間に絶縁体を備え、前記絶縁体の上部に形成された前記下部電極、前記圧電体または前記上部電極は、前記絶縁体の平面形状の領域内に配置されていることが好ましい。それにより、基板にシリコンなどの半導体を用いた場合でも、良好な高周波特性を備えた圧電薄膜共振器を得ることができる。

また、前記基板における前記機能部が形成された主面に接して、前記基板に空洞部が設けられた構成とすることができる。それにより、圧電振動を阻害することなく、良好な共振特性を備えた圧電薄膜共振器を得ることができる。

また、前記基板における前記機能部が形成された主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して形成された音響ミラー層を備え、前記音響ミラー層上に前記機能部が形成された構成とすることができる。それにより、圧電振動を効果的に閉じ込め、共振特性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。

また、前記機能部の上に形成された絶縁体と、前記絶縁体上に形成され、前記上部電極と電気的に導通する配線電極とを備えた構成とすることができる。それにより、配線電極を機能部以外の領域で、別途形成することができ、上部電極や下部電極に比べて十分に厚い電極を形成することができる。したがって、各薄膜層の端部を基板に対して垂直に加工した場合でも、カバレッジの課題を克服することができ信頼性に優れ、製造歩留まりの高い圧電薄膜共振器を得ることができる。

本発明の圧電薄膜共振器の製造方法は、上記圧電薄膜共振器を得るため、基板の一方の主面上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上部電極層を形成する工程と、以上の工程の終了後、前記上部電極層を所定の形状にパターニングし上部電極を形成する工程と、前記圧電体層を所定の形状にパターニングし圧電体を形成する工程と、前記下部電極層を所定の形状にパターニングし下部電極を形成する工程とを備える。それにより、信頼性が高く、工程歩留まりの高い製造方法を提供することができる。すなわち、圧電体の結晶性が高く、電極抵抗の劣化がないため、高周波特性、共振特性に優れた圧電薄膜共振器の製造方法を提供することができる。さらに、フォトリソグラフィ工程でのレジスト残渣等の発生もなく、工程歩留まりと信頼性に優れた圧電薄膜共振器を得ることができる。

上記製造方法において、前記基板の一方の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して音響ミラー層を形成する工程を備え、前記下部電極層を前記音響ミラー層上に形成することができる。それにより、製造コストを低減することができるとともに、良好な結晶性、配向性を備えた薄膜層を得ることができ、共振特性に優れた圧電薄膜共振器の製造方法を提供することができる。

また、前記音響ミラー層を形成する材料を、絶縁体とすることができる。それにより、圧電薄膜共振器を接続してフィルタを構成した場合などにおいても、音響ミラー層での電気的結合を防止することができ、高周波特性に優れた圧電薄膜共振器の製造方法を提供することができる。

本発明の圧電薄膜共振器は、圧電体の結晶性に優れ、共振特性、高周波特性に優れ、低損失で小型な圧電振動デバイス、フィルタ、アンテナ共用器、アクチュエータ、メカニカルスイッチなどの機能デバイス等に有用である。

本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図 図１の圧電薄膜共振器の構造の変形例を示す断面模式図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面摸式図 同製造方法により製造された圧電薄膜共振器の平面構造を示す上面模式図 本発明の実施の形態における他の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図 本発明の実施の形態におけるさらに他の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器の他の製造方法を示す断面摸式図 同製造方法の図７Ａに続く工程を示す断面摸式図 同製造方法の図７Ｂに続く工程を示す断面摸式図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器を縦続に接続したフィルタの構造を示す断面模式図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器を用いたフィルタの回路図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器を用いた他のフィルタの回路図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器を用いた共用器のブロック図 本発明の実施の形態における圧電薄膜共振器を用いた通信機器のブロック図 従来の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図 従来の他の圧電薄膜共振器の構造を示す断面模式図

符号の説明

１ 基板
１ａ、１ｂ 空洞
２ 下部電極
２ｘ 下部電極層
３ 圧電体
３ｘ 圧電体層
４ 上部電極
４ｘ 上部電極層
５ 圧電薄膜共振器
６ 絶縁体層
７ 絶縁体
８、９ 配線電極
１０ 音響ミラー
１０ａ 低音響インピーダンス層
１０ｂ 高音響インピーダンス層
１１ 犠牲基板
１２ 犠牲層
１３ 圧電体
１３ｘ 圧電薄膜
１４ 下部電極
１４ｘ 電極層
１５ 空洞部
１５ｘ 犠牲層
１５ｙ 犠牲部
１６ 保持層
１７ 半導体基板
１８ 貼り合わせ層
１９ 上部電極
１９ｘ 電極層
２１ａ、２１ｂ 入出力端子
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 圧電薄膜共振器
２３ａ、２３ｂ 圧電薄膜共振器
２４ａ、２４ｂ インダクタ
２５ 圧電薄膜共振器
３０ 送信端子
３１ 受信端子
３２ アンテナ端子
３３ 送信フィルタ
３４ 移相回路
３５ 受信フィルタ
３６ 共用器
４０ 送信端子
４１ 受信端子
４２ ベースバンド部
４３ パワーアンプ
４４ 送信フィルタ
４５ 受信フィルタ
４６ 共用器
４７ ローノイズアンプ
４８ アンテナ
４９ 無線機器
５１ 基板
５１ａ 空洞
５２ 下部電極
５３ 圧電体
５４ 上部電極
５５ 圧電薄膜共振器
５６ 音響ミラー
５６ａ 低音響インピーダンス層
５６ｂ 高音響インピーダンス層
５７ 中間電極
５８ 圧電薄膜共振器フィルタ

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板の一方の主面上部に所定の平面形状に形成された下部電極と、
   前記下部電極の上部であって、前記下部電極の平面形状の領域内に設けられた圧電体と、
   前記圧電体の上部に配置された上部電極とを備え、
   前記下部電極、前記圧電体および前記上部電極により共振子の機能部が構成された圧電薄膜共振器。
2. 前記上部電極は、前記圧電体の平面形状の領域内に配置されている請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記基板、前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極の何れかの層間に絶縁体を備え、
   前記絶縁体の上部に形成された前記下部電極、前記圧電体または前記上部電極は、前記絶縁体の平面形状の領域内に配置されている請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
4. 前記基板における前記機能部が形成された主面に接して、前記基板に空洞部が設けられた請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
5. 前記基板における前記機能部が形成された主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して形成された音響ミラー層を備え、前記音響ミラー層上に前記機能部が形成された請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記機能部の上に形成された絶縁体と、前記絶縁体上に形成され、前記上部電極と電気的に導通する配線電極とを備えた請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
7. 基板の一方の主面上に下部電極層を形成する工程と、
   前記下部電極層上に圧電体層を形成する工程と、
   前記圧電体層上に上部電極層を形成する工程と、
   以上の工程の終了後、前記上部電極層を所定の形状にパターニングし上部電極を形成する工程と、
   前記圧電体層を所定の形状にパターニングし圧電体を形成する工程と、
   前記下部電極層を所定の形状にパターニングし下部電極を形成する工程とを備えた圧電薄膜共振器の製造方法。
8. 前記基板の一方の主面上に、互いに音響インピーダンスの異なる材料を交互に積層して音響ミラー層を形成する工程を備え、前記下部電極層を前記音響ミラー層上に形成する請求項７に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。
9. 前記音響ミラー層を形成する材料は、絶縁体である請求項８に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

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