JP2003198319A - 窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体およびそれを用いた薄膜圧電共振子 - Google Patents
窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体およびそれを用いた薄膜圧電共振子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数
（Ｑ値）、帯域幅、周波数温度特性に優れた薄膜圧電共
振子を提供する。 【解決手段】 基板１２のビアホール２０に面する位置
にて絶縁体層１３を介して下部電極１５、ｃ軸配向Ａｌ
Ｎ圧電体薄膜１６および上部電極１７がこの順に積層さ
れた圧電積層構造体１４を備える。下部電極１５はモリ
ブデン及びタングステンなどの体心立方構造を有する第
１の金属層とイリジウム、白金及び金などの面心立方構
造を有する第２の金属層との積層を含む２以上の金属層
から構成されており、第１の金属層の厚さが下部電極１
５の厚さの０．５倍以上である。第１の金属層の（１１
０）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨ
Ｍ）が４．５°未満であり、ＡｌＮ圧電体薄膜１６の
（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅
（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である。
（Ｑ値）、帯域幅、周波数温度特性に優れた薄膜圧電共
振子を提供する。 【解決手段】 基板１２のビアホール２０に面する位置
にて絶縁体層１３を介して下部電極１５、ｃ軸配向Ａｌ
Ｎ圧電体薄膜１６および上部電極１７がこの順に積層さ
れた圧電積層構造体１４を備える。下部電極１５はモリ
ブデン及びタングステンなどの体心立方構造を有する第
１の金属層とイリジウム、白金及び金などの面心立方構
造を有する第２の金属層との積層を含む２以上の金属層
から構成されており、第１の金属層の厚さが下部電極１
５の厚さの０．５倍以上である。第１の金属層の（１１
０）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨ
Ｍ）が４．５°未満であり、ＡｌＮ圧電体薄膜１６の
（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅
（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機等に
利用される薄膜共振器、薄膜ＶＣＯ（電圧制御発振
器）、薄膜フィルター、送受信分波器や各種センサーな
ど、広範な分野に応用される薄膜圧電共振子及び該薄膜
圧電共振子の圧電体薄膜として有用な窒化アルミニウム
薄膜を用いた積層体に関するものである。
利用される薄膜共振器、薄膜ＶＣＯ（電圧制御発振
器）、薄膜フィルター、送受信分波器や各種センサーな
ど、広範な分野に応用される薄膜圧電共振子及び該薄膜
圧電共振子の圧電体薄膜として有用な窒化アルミニウム
薄膜を用いた積層体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電現象を応用した素子は広範な分野で
用いられている。携帯機器の小型化と省力化が進む中
で、ＲＦ用およびＩＦ用フィルターとして弾性表面波
（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡ
Ｗ）素子の使用が拡大している。ＳＡＷフィルターは設
計および生産技術の向上によりユーザーの厳しい要求仕
様に対応してきたが、利用周波数の高周波数化と共に特
性向上の限界に近づき、電極形成の微細化と安定した出
力確保の両面で大きな技術革新が必要となってきてい
る。一方、圧電体薄膜の厚み振動を利用した薄膜バルク
波共振子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下ＦＢＡＲと略称）、
積層型薄膜バルク波共振器およびフィルター（Ｓｔａｃ
ｋｅｄ ＴｈｉｎＦｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ｗａｖｅ Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓａｎｄ Ｆｉｌｔ
ｅｒｓ：以下ＳＢＡＲと略称）は、基板に設けられた薄
い支持膜の上に、主として圧電体より成る薄膜と、これ
を駆動する電極を形成したものであり、ギガヘルツ帯で
の基本共振が可能である。ＦＢＡＲまたはＳＢＡＲでフ
ィルターを構成すれば、著しく小型化でき、かつ低損失
・広帯域動作が可能な上に、半導体集積回路と一体化す
ることができるので、将来の超小型携帯機器への応用が
期待されている。
用いられている。携帯機器の小型化と省力化が進む中
で、ＲＦ用およびＩＦ用フィルターとして弾性表面波
（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡ
Ｗ）素子の使用が拡大している。ＳＡＷフィルターは設
計および生産技術の向上によりユーザーの厳しい要求仕
様に対応してきたが、利用周波数の高周波数化と共に特
性向上の限界に近づき、電極形成の微細化と安定した出
力確保の両面で大きな技術革新が必要となってきてい
る。一方、圧電体薄膜の厚み振動を利用した薄膜バルク
波共振子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下ＦＢＡＲと略称）、
積層型薄膜バルク波共振器およびフィルター（Ｓｔａｃ
ｋｅｄ ＴｈｉｎＦｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ｗａｖｅ Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓａｎｄ Ｆｉｌｔ
ｅｒｓ：以下ＳＢＡＲと略称）は、基板に設けられた薄
い支持膜の上に、主として圧電体より成る薄膜と、これ
を駆動する電極を形成したものであり、ギガヘルツ帯で
の基本共振が可能である。ＦＢＡＲまたはＳＢＡＲでフ
ィルターを構成すれば、著しく小型化でき、かつ低損失
・広帯域動作が可能な上に、半導体集積回路と一体化す
ることができるので、将来の超小型携帯機器への応用が
期待されている。
【０００３】弾性表面波を利用した共振器、フィルター
等に応用されるＳＡＷフィルターは、以下のようにして
製造される。シリコンなどの半導体単結晶基板や、シリ
コンウエハー上に多結晶ダイヤモンドを形成してなる硬
質基板などの上に、種々の薄膜形成方法によって圧電体
薄膜を形成する。次に、微細加工、パターニングによ
り、該圧電体薄膜の表面に弾性表面波を励振させるため
の櫛形の電極や反射器を形成する。最後に、１素子単位
に分離することによりＳＡＷフィルターを得る。
等に応用されるＳＡＷフィルターは、以下のようにして
製造される。シリコンなどの半導体単結晶基板や、シリ
コンウエハー上に多結晶ダイヤモンドを形成してなる硬
質基板などの上に、種々の薄膜形成方法によって圧電体
薄膜を形成する。次に、微細加工、パターニングによ
り、該圧電体薄膜の表面に弾性表面波を励振させるため
の櫛形の電極や反射器を形成する。最後に、１素子単位
に分離することによりＳＡＷフィルターを得る。
【０００４】また、弾性波を利用した共振器、フィルタ
ー等に応用されるＦＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの薄膜圧電素
子は、以下のようにして製造される。シリコンなどの半
導体単結晶基板や、シリコンウエハー上に多結晶ダイヤ
モンドを形成してなる基板や、エリンバーなどの恒弾性
金属からなる基板の上に、種々の薄膜形成方法によっ
て、誘電体薄膜、導電体薄膜、またはこれらの積層膜か
らなる下地膜を形成する。この下地膜上に圧電体薄膜を
形成し、さらに必要に応じた構成の上部構造を形成す
る。各層の形成後に、または全層を形成した後に、各々
の膜に物理的処理または化学的処理を施すことにより、
微細加工、パターニングを行う。異方性エッチングによ
り基板から圧電体薄膜の振動部の下に位置する部分を除
去した浮き構造を作製した後、最後に１素子単位に分離
することにより薄膜圧電素子を得る。
ー等に応用されるＦＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの薄膜圧電素
子は、以下のようにして製造される。シリコンなどの半
導体単結晶基板や、シリコンウエハー上に多結晶ダイヤ
モンドを形成してなる基板や、エリンバーなどの恒弾性
金属からなる基板の上に、種々の薄膜形成方法によっ
て、誘電体薄膜、導電体薄膜、またはこれらの積層膜か
らなる下地膜を形成する。この下地膜上に圧電体薄膜を
形成し、さらに必要に応じた構成の上部構造を形成す
る。各層の形成後に、または全層を形成した後に、各々
の膜に物理的処理または化学的処理を施すことにより、
微細加工、パターニングを行う。異方性エッチングによ
り基板から圧電体薄膜の振動部の下に位置する部分を除
去した浮き構造を作製した後、最後に１素子単位に分離
することにより薄膜圧電素子を得る。
【０００５】例えば、特開昭６０−１４２６０７号公報
に記載された薄膜圧電素子は、基板上に下地膜、下部電
極、圧電体薄膜、上部電極を形成した後に、基板裏面か
ら振動部となる部分の下にある基板部分を除去して、ビ
アホールを形成することにより製造されている。
に記載された薄膜圧電素子は、基板上に下地膜、下部電
極、圧電体薄膜、上部電極を形成した後に、基板裏面か
ら振動部となる部分の下にある基板部分を除去して、ビ
アホールを形成することにより製造されている。
【０００６】薄膜圧電素子用の圧電材料としては、窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、チタン酸鉛［ＰＴ］（ＰｂＴｉＯ
3 ）、チタン酸ジルコン酸鉛［ＰＺＴ］（Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 ）などが用いられている。特にＡｌＮは、弾
性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜共振
器や薄膜フィルター用の圧電材料として適している。
アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、チタン酸鉛［ＰＴ］（ＰｂＴｉＯ
3 ）、チタン酸ジルコン酸鉛［ＰＺＴ］（Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 ）などが用いられている。特にＡｌＮは、弾
性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜共振
器や薄膜フィルター用の圧電材料として適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これまで、ＡｌＮ薄膜
をＦＢＡＲまたはＳＢＡＲに適用するために、種々の検
討が行われてきた。しかしながら、未だ、ギガヘルツ帯
域で十分な性能を発揮する薄膜共振器及び薄膜フィルタ
ーは得られておらず、ＡｌＮ薄膜の音響的品質係数（Ｑ
値）、周波数温度係数および挿入損失の改善が望まれて
いる。音響的品質係数（Ｑ値）、広帯域動作、周波数温
度特性の全てに優れ、高性能な共振特性を示す薄膜圧電
素子は提案されていない。電気機械結合係数は共振器や
フィルターを構成する上での上記の様な性能を左右する
重要なパラメーターであり、使用する圧電体薄膜の膜品
質に大きく依存する。
をＦＢＡＲまたはＳＢＡＲに適用するために、種々の検
討が行われてきた。しかしながら、未だ、ギガヘルツ帯
域で十分な性能を発揮する薄膜共振器及び薄膜フィルタ
ーは得られておらず、ＡｌＮ薄膜の音響的品質係数（Ｑ
値）、周波数温度係数および挿入損失の改善が望まれて
いる。音響的品質係数（Ｑ値）、広帯域動作、周波数温
度特性の全てに優れ、高性能な共振特性を示す薄膜圧電
素子は提案されていない。電気機械結合係数は共振器や
フィルターを構成する上での上記の様な性能を左右する
重要なパラメーターであり、使用する圧電体薄膜の膜品
質に大きく依存する。
【０００８】そこで、本発明は、弾性波の伝播速度が速
いというＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合
係数が大きく、従って音響的品質係数（Ｑ値）、帯域
幅、周波数温度特性に優れ、従来に比べて著しく高特
性、高性能なＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを実現できる薄膜
圧電共振子を提供することを目的とする。また、本発明
は、このような薄膜圧電共振子を実現するために好適で
あって窒化アルミニウム薄膜を含んでなる積層体を提供
することを目的とする。
いというＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合
係数が大きく、従って音響的品質係数（Ｑ値）、帯域
幅、周波数温度特性に優れ、従来に比べて著しく高特
性、高性能なＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを実現できる薄膜
圧電共振子を提供することを目的とする。また、本発明
は、このような薄膜圧電共振子を実現するために好適で
あって窒化アルミニウム薄膜を含んでなる積層体を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＡｌＮ薄
膜の配向性と結晶性が下地膜を構成する金属電極膜の配
向性および結晶性に著しく依存することを見出した。ま
た、本発明者らは、ＡｌＮ薄膜を圧電体薄膜としてＳｉ
基板上に構成したＦＢＡＲまたはＳＢＡＲの共振特性
が、下部電極となる金属薄膜の材質、弾性率、配向性、
結晶性などの性状とＡｌＮ薄膜自体の配向性、結晶性、
圧電性などの性状との両方に大きく依存することを見出
した。即ち、高弾性かつ高配向性の金属薄膜より成る下
部電極と高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウ
ム薄膜との組み合わせを最適化して、両者の膜質を制
御、向上させることにより、薄膜圧電共振子の電気機械
結合係数及び音響的品質係数（Ｑ値）が大きくなり、薄
膜圧電共振子や薄膜圧電フィルターとしての性能が著し
く向上することを見出した。即ち、下部電極を体心立方
構造の第１の金属層と面心立方構造の第２の金属層との
積層を含む２以上の金属層から構成し、その上にＡｌＮ
より成る圧電体薄膜を形成することにより、該ＡｌＮ薄
膜の配向性および結晶性が改善され、この様にして得ら
れる積層体を用いてＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを構成する
ことにより、電気機械結合係数が大きく、Ｑ値、帯域
幅、周波数温度特性に優れた高性能なＦＢＡＲまたはＳ
ＢＡＲを実現できることを見出して、本発明を完成させ
た。
膜の配向性と結晶性が下地膜を構成する金属電極膜の配
向性および結晶性に著しく依存することを見出した。ま
た、本発明者らは、ＡｌＮ薄膜を圧電体薄膜としてＳｉ
基板上に構成したＦＢＡＲまたはＳＢＡＲの共振特性
が、下部電極となる金属薄膜の材質、弾性率、配向性、
結晶性などの性状とＡｌＮ薄膜自体の配向性、結晶性、
圧電性などの性状との両方に大きく依存することを見出
した。即ち、高弾性かつ高配向性の金属薄膜より成る下
部電極と高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウ
ム薄膜との組み合わせを最適化して、両者の膜質を制
御、向上させることにより、薄膜圧電共振子の電気機械
結合係数及び音響的品質係数（Ｑ値）が大きくなり、薄
膜圧電共振子や薄膜圧電フィルターとしての性能が著し
く向上することを見出した。即ち、下部電極を体心立方
構造の第１の金属層と面心立方構造の第２の金属層との
積層を含む２以上の金属層から構成し、その上にＡｌＮ
より成る圧電体薄膜を形成することにより、該ＡｌＮ薄
膜の配向性および結晶性が改善され、この様にして得ら
れる積層体を用いてＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを構成する
ことにより、電気機械結合係数が大きく、Ｑ値、帯域
幅、周波数温度特性に優れた高性能なＦＢＡＲまたはＳ
ＢＡＲを実現できることを見出して、本発明を完成させ
た。
【００１０】即ち、本発明によれば、以上の様な目的を
達成するものとして、金属電極と該金属電極の上に少な
くとも一部が形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウ
ム薄膜との積層体であって、前記金属電極が体心立方構
造を有する第１の金属層と面心立方構造を有する第２の
金属層との積層を含む２以上の金属層から構成されてお
り、前記第１の金属層の厚さが前記金属電極の厚さの
０．５倍以上であることを特徴とする窒化アルミニウム
薄膜−金属電極積層体、が提供される。
達成するものとして、金属電極と該金属電極の上に少な
くとも一部が形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウ
ム薄膜との積層体であって、前記金属電極が体心立方構
造を有する第１の金属層と面心立方構造を有する第２の
金属層との積層を含む２以上の金属層から構成されてお
り、前記第１の金属層の厚さが前記金属電極の厚さの
０．５倍以上であることを特徴とする窒化アルミニウム
薄膜−金属電極積層体、が提供される。
【００１１】本発明の一態様においては、前記第１の金
属層は、モリブデン、タングステン、モリブデンを主成
分とする合金、およびタングステンを主成分とする合金
のうちから選ばれる金属で構成されている。本発明の一
態様においては、前記第２の金属層は、イリジウム、白
金、金、アルミニウム、銀、イリジウムを主成分とする
合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、および銀を主成
分とする合金のうちから選ばれる金属で構成されてい
る。本発明の一態様においては、前記窒化アルミニウム
薄膜は前記第１の金属層と接して形成されている。
属層は、モリブデン、タングステン、モリブデンを主成
分とする合金、およびタングステンを主成分とする合金
のうちから選ばれる金属で構成されている。本発明の一
態様においては、前記第２の金属層は、イリジウム、白
金、金、アルミニウム、銀、イリジウムを主成分とする
合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、および銀を主成
分とする合金のうちから選ばれる金属で構成されてい
る。本発明の一態様においては、前記窒化アルミニウム
薄膜は前記第１の金属層と接して形成されている。
【００１２】本発明の一態様においては、前記窒化アル
ミニウム薄膜と前記第１の金属層との間に、前記金属電
極の厚さの０．１倍以下の厚さの金属層または化合物層
からなる界面層が形成されている。本発明の一態様にお
いては、前記界面層は、アルミニウム、シリコン、アル
ミニウムを主成分とする合金または化合物、およびシリ
コンを主成分とする合金または化合物から選ばれる金属
または化合物で構成されている。
ミニウム薄膜と前記第１の金属層との間に、前記金属電
極の厚さの０．１倍以下の厚さの金属層または化合物層
からなる界面層が形成されている。本発明の一態様にお
いては、前記界面層は、アルミニウム、シリコン、アル
ミニウムを主成分とする合金または化合物、およびシリ
コンを主成分とする合金または化合物から選ばれる金属
または化合物で構成されている。
【００１３】本発明の一態様においては、前記第２の金
属層の前記第１の金属層に面する側とは反対の側の面
に、密着金属層が形成されている。本発明の一態様にお
いては、前記密着金属層は、マグネシウム、チタン、バ
ナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする合
金、チタンを主成分とする合金、バナジウムを主成分と
する合金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハフニウ
ムを主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、タ
ンタルを主成分とする合金、クロムを主成分とする合
金、およびニッケルを主成分とする合金から選ばれる金
属で構成されている。
属層の前記第１の金属層に面する側とは反対の側の面
に、密着金属層が形成されている。本発明の一態様にお
いては、前記密着金属層は、マグネシウム、チタン、バ
ナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする合
金、チタンを主成分とする合金、バナジウムを主成分と
する合金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハフニウ
ムを主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、タ
ンタルを主成分とする合金、クロムを主成分とする合
金、およびニッケルを主成分とする合金から選ばれる金
属で構成されている。
【００１４】本発明の一態様においては、前記窒化アル
ミニウム薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・
カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である。本発
明の一態様においては、前記第１の金属層の（１１０）
回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が
４．５°未満である。
ミニウム薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・
カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である。本発
明の一態様においては、前記第１の金属層の（１１０）
回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が
４．５°未満である。
【００１５】また、本発明によれば、以上の様な目的を
達成するものとして、圧電体薄膜が複数の電極の間に挟
み込まれ、前記圧電体薄膜がその周囲の支持により中心
部にて橋架けされてなる構造を有する薄膜圧電共振子に
おいて、前記圧電体薄膜と前記電極のうちの１つが以上
の様な窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体で構成さ
れていることを特徴とする薄膜圧電共振子、が提供され
る。
達成するものとして、圧電体薄膜が複数の電極の間に挟
み込まれ、前記圧電体薄膜がその周囲の支持により中心
部にて橋架けされてなる構造を有する薄膜圧電共振子に
おいて、前記圧電体薄膜と前記電極のうちの１つが以上
の様な窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体で構成さ
れていることを特徴とする薄膜圧電共振子、が提供され
る。
【００１６】また、本発明によれば、以上の様な目的を
達成するものとして、振動空間を有する半導体あるいは
絶縁体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する
位置にて下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順
に積層された積層構造体とを備えている薄膜圧電共振子
において、前記圧電体薄膜と前記下部電極とが以上の様
な窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体で構成されて
いることを特徴とする薄膜圧電共振子、が提供される。
達成するものとして、振動空間を有する半導体あるいは
絶縁体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する
位置にて下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順
に積層された積層構造体とを備えている薄膜圧電共振子
において、前記圧電体薄膜と前記下部電極とが以上の様
な窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体で構成されて
いることを特徴とする薄膜圧電共振子、が提供される。
【００１７】本発明の一態様においては、前記上部電極
は互いに隔離して配置された２つの電極部からなる。
は互いに隔離して配置された２つの電極部からなる。
【００１８】また、本発明によれば、以上の様な目的を
達成するものとして、振動空間を有する半導体あるいは
絶縁体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する
位置にて下部電極、第１の圧電体薄膜、内部電極、第２
の圧電体膜および上部電極がこの順に積層された積層構
造体とを備えている薄膜圧電共振子において、前記第１
の圧電体薄膜と前記下部電極とが以上の様な窒化アルミ
ニウム薄膜−金属電極積層体で構成されていることを特
徴とする薄膜圧電共振子、が提供される。
達成するものとして、振動空間を有する半導体あるいは
絶縁体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する
位置にて下部電極、第１の圧電体薄膜、内部電極、第２
の圧電体膜および上部電極がこの順に積層された積層構
造体とを備えている薄膜圧電共振子において、前記第１
の圧電体薄膜と前記下部電極とが以上の様な窒化アルミ
ニウム薄膜−金属電極積層体で構成されていることを特
徴とする薄膜圧電共振子、が提供される。
【００１９】以上の本発明の一態様においては、前記振
動空間に面する位置にて前記積層構造体には少なくとも
一層の酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを主成
分とする絶縁層が付されている。
動空間に面する位置にて前記積層構造体には少なくとも
一層の酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを主成
分とする絶縁層が付されている。
【００２０】以上の本発明の一態様においては、前記上
部電極や前記内部電極は、モリブデン、タングステン、
ニオブ、アルミニウム、モリブデンを主成分とする合
金、タングステンを主成分とする合金、ニオブを主成分
とする合金、およびアルミニウムを主成分とする合金の
うちから選ばれる金属を含んで構成されている。
部電極や前記内部電極は、モリブデン、タングステン、
ニオブ、アルミニウム、モリブデンを主成分とする合
金、タングステンを主成分とする合金、ニオブを主成分
とする合金、およびアルミニウムを主成分とする合金の
うちから選ばれる金属を含んで構成されている。
【００２１】以上の本発明の一態様においては、前記上
部電極や前記内部電極は、モリブデン、タングステン、
ニオブ、モリブデンを主成分とする合金、タングステン
を主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、イリ
ジウム、白金、金、銀、イリジウムを主成分とする合
金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合金、
銀を主成分とする合金、マグネシウム、アルミニウム、
チタン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タン
タル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする
合金、アルミニウムを主成分とする合金、チタンを主成
分とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコ
ニウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする
合金、タンタルを主成分とする合金、クロムを主成分と
する合金、およびニッケルを主成分とする合金から選ば
れる金属からなる金属層の２種類以上の積層を含んで構
成されている。
部電極や前記内部電極は、モリブデン、タングステン、
ニオブ、モリブデンを主成分とする合金、タングステン
を主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、イリ
ジウム、白金、金、銀、イリジウムを主成分とする合
金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合金、
銀を主成分とする合金、マグネシウム、アルミニウム、
チタン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タン
タル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする
合金、アルミニウムを主成分とする合金、チタンを主成
分とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコ
ニウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする
合金、タンタルを主成分とする合金、クロムを主成分と
する合金、およびニッケルを主成分とする合金から選ば
れる金属からなる金属層の２種類以上の積層を含んで構
成されている。
【００２２】本発明では、体心立方構造の第１の金属層
と面心立方構造の第２の金属層との積層を含む２層以上
の金属薄膜から構成された金属電極上にＡｌＮ薄膜を形
成することにより窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層
体を作製する。典型的には、金属電極は所定の形状にパ
ターニングされるので、ＡｌＮ薄膜の一部はシリコン基
板またはシリコン基板上に形成された酸化シリコンおよ
び／または窒化シリコンを主成分とする絶縁層上に形成
される。金属電極の弾性率を高めるためには、体心立方
構造の高弾性率の第１の金属層の厚さは金属電極を構成
する２層以上の金属薄膜全体の厚さの０．５倍以上にす
る必要がある。
と面心立方構造の第２の金属層との積層を含む２層以上
の金属薄膜から構成された金属電極上にＡｌＮ薄膜を形
成することにより窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層
体を作製する。典型的には、金属電極は所定の形状にパ
ターニングされるので、ＡｌＮ薄膜の一部はシリコン基
板またはシリコン基板上に形成された酸化シリコンおよ
び／または窒化シリコンを主成分とする絶縁層上に形成
される。金属電極の弾性率を高めるためには、体心立方
構造の高弾性率の第１の金属層の厚さは金属電極を構成
する２層以上の金属薄膜全体の厚さの０．５倍以上にす
る必要がある。
【００２３】面心立方構造の金属においては、（１１
１）面の原子密度は（１００）面、（１１０）面などの
他の方位の結晶面の原子密度よりも高いので、（１１
１）面が表面エネルギーの小さな熱力学的に安定な結晶
面として存在する。このため、面心立方構造の金属にお
いては、（１１１）配向の高結晶性の薄膜が得られるの
で、結晶の配向性評価の指標となる（１１１）回折ピー
クのロッキング・カーブは急峻なピークとなり、その半
値幅（ＦＷＨＭ）は小さな値となる。このような高配向
性、高結晶性の金属薄膜と接して形成された窒化アルミ
ニウムは、やはり高配向性、高結晶性の薄膜として成長
し易いので、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）の
小さな良質の窒化アルミニウム薄膜が得られる。しかし
ながら、面心立方構造の金属は、イリジウムおよびイリ
ジウムを主成分とする合金を除けば、弾性率が小さいと
いう難点がある。また、イリジウムおよびイリジウムを
主成分とする合金には、高価で、微細加工が難しいとい
う問題がある。
１）面の原子密度は（１００）面、（１１０）面などの
他の方位の結晶面の原子密度よりも高いので、（１１
１）面が表面エネルギーの小さな熱力学的に安定な結晶
面として存在する。このため、面心立方構造の金属にお
いては、（１１１）配向の高結晶性の薄膜が得られるの
で、結晶の配向性評価の指標となる（１１１）回折ピー
クのロッキング・カーブは急峻なピークとなり、その半
値幅（ＦＷＨＭ）は小さな値となる。このような高配向
性、高結晶性の金属薄膜と接して形成された窒化アルミ
ニウムは、やはり高配向性、高結晶性の薄膜として成長
し易いので、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）の
小さな良質の窒化アルミニウム薄膜が得られる。しかし
ながら、面心立方構造の金属は、イリジウムおよびイリ
ジウムを主成分とする合金を除けば、弾性率が小さいと
いう難点がある。また、イリジウムおよびイリジウムを
主成分とする合金には、高価で、微細加工が難しいとい
う問題がある。
【００２４】これに対して、体心立方構造の金属におい
ては、（１１０）面の原子密度は（１００）面、（１１
１）面などの他の方位の結晶面の原子密度よりも若干高
い程度であり、必ずしも（１１０）面が安定に成長でき
るわけではない。このため、通常の薄膜形成手段では、
（１１０）配向の高結晶性の薄膜を得ることは難しく、
結晶の配向性評価の指標となる（１１０）回折ピークの
ロッキング・カーブが広がり、その半値幅（ＦＷＨＭ）
は大きな値となる。
ては、（１１０）面の原子密度は（１００）面、（１１
１）面などの他の方位の結晶面の原子密度よりも若干高
い程度であり、必ずしも（１１０）面が安定に成長でき
るわけではない。このため、通常の薄膜形成手段では、
（１１０）配向の高結晶性の薄膜を得ることは難しく、
結晶の配向性評価の指標となる（１１０）回折ピークの
ロッキング・カーブが広がり、その半値幅（ＦＷＨＭ）
は大きな値となる。
【００２５】本発明においては、高配向性、高結晶性の
薄膜が容易に得られる面心立方構造の第２の金属の薄膜
の上に、体心立方構造の第１の金属の薄膜を形成するこ
とによって、（１１０）配向で高配向性、高結晶性の体
心立方構造の第１の金属の薄膜を容易に得ることができ
る。面心立方構造の第２の金属としては、イリジウム、
白金、金、アルミニウム、銀、イリジウムを主成分とす
る合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、および銀を主成
分とする合金のうちから選ばれる金属を採用することが
好ましい。体心立方構造の第１の金属としては、モリブ
デン、タングステン、モリブデンを主成分とする合金、
タングステンを主成分とする合金などの弾性率が２×１
０11Ｎ／ｍ2 以上の高弾性金属を使用することが好まし
い。これらの高弾性金属は、薄膜圧電共振子用の電極材
質として望ましい特性を有している。例えば、モリブデ
ンの熱弾性損失はアルミニウムの約１／５６より小さ
く、この点で、モリブデンは特に好適な電極材料であ
る。以上のようにして作製された前記の第１の金属層の
（１１０）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（Ｆ
ＷＨＭ）は４．５°未満、好ましくは３．５°以下であ
る。このような、（１１０）配向で高配向性、高結晶性
の体心立方構造の金属薄膜と接して窒化アルミニウム薄
膜を形成することにより、（０００２）回折ピークのロ
ッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満、
好ましくは２．５°以下となる高配向性、高結晶性の窒
化アルミニウム薄膜を容易に成長させることができ、Ｆ
ＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの用途に適した高特性の窒化アル
ミニウム薄膜−金属電極積層体を得ることができる。
薄膜が容易に得られる面心立方構造の第２の金属の薄膜
の上に、体心立方構造の第１の金属の薄膜を形成するこ
とによって、（１１０）配向で高配向性、高結晶性の体
心立方構造の第１の金属の薄膜を容易に得ることができ
る。面心立方構造の第２の金属としては、イリジウム、
白金、金、アルミニウム、銀、イリジウムを主成分とす
る合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、および銀を主成
分とする合金のうちから選ばれる金属を採用することが
好ましい。体心立方構造の第１の金属としては、モリブ
デン、タングステン、モリブデンを主成分とする合金、
タングステンを主成分とする合金などの弾性率が２×１
０11Ｎ／ｍ2 以上の高弾性金属を使用することが好まし
い。これらの高弾性金属は、薄膜圧電共振子用の電極材
質として望ましい特性を有している。例えば、モリブデ
ンの熱弾性損失はアルミニウムの約１／５６より小さ
く、この点で、モリブデンは特に好適な電極材料であ
る。以上のようにして作製された前記の第１の金属層の
（１１０）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（Ｆ
ＷＨＭ）は４．５°未満、好ましくは３．５°以下であ
る。このような、（１１０）配向で高配向性、高結晶性
の体心立方構造の金属薄膜と接して窒化アルミニウム薄
膜を形成することにより、（０００２）回折ピークのロ
ッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満、
好ましくは２．５°以下となる高配向性、高結晶性の窒
化アルミニウム薄膜を容易に成長させることができ、Ｆ
ＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの用途に適した高特性の窒化アル
ミニウム薄膜−金属電極積層体を得ることができる。
【００２６】また、本発明においては、窒化アルミニウ
ム薄膜と体心立方構造の第１の金属層との間に、金属電
極を構成する２層以上の金属薄膜全体の厚さの０．１倍
以下の厚さの別の金属層または化合物層からなる界面層
を形成させていても、前記と同様の高配向性、高結晶性
の窒化アルミニウム薄膜を容易に成長させることがで
き、ＦＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの用途に適した高特性の窒
化アルミニウム薄膜−金属電極積層体を得ることができ
る。窒化アルミニウム薄膜と体心立方構造の第１の金属
層との間に形成される界面層となる金属層または化合物
層は、アルミニウム、シリコン、アルミニウムを主成分
とする合金または化合物、およびシリコンを主成分とす
る合金または化合物から選ばれる金属または化合物で構
成されていることが好ましい。
ム薄膜と体心立方構造の第１の金属層との間に、金属電
極を構成する２層以上の金属薄膜全体の厚さの０．１倍
以下の厚さの別の金属層または化合物層からなる界面層
を形成させていても、前記と同様の高配向性、高結晶性
の窒化アルミニウム薄膜を容易に成長させることがで
き、ＦＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの用途に適した高特性の窒
化アルミニウム薄膜−金属電極積層体を得ることができ
る。窒化アルミニウム薄膜と体心立方構造の第１の金属
層との間に形成される界面層となる金属層または化合物
層は、アルミニウム、シリコン、アルミニウムを主成分
とする合金または化合物、およびシリコンを主成分とす
る合金または化合物から選ばれる金属または化合物で構
成されていることが好ましい。
【００２７】本発明の窒化アルミニウム薄膜−金属電極
積層体は、典型的には、半導体あるいは絶縁体から成る
基板の上に形成される。このため、基板と金属電極との
密着性が重要となる。両者の密着度を改善するために、
面心立方構造の第２の金属層と基板との間に密着金属層
を介在させることが望ましい。密着金属層に使用する金
属としては、マグネシウム、チタン、バナジウム、ジル
コニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、ニ
ッケル、マグネシウムを主成分とする合金、チタンを主
成分とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジル
コニウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とす
る合金、ニオブを主成分とする合金、タンタルを主成分
とする合金、クロムを主成分とする合金、およびニッケ
ルを主成分とする合金から選ばれる金属を採用すること
が好ましい。
積層体は、典型的には、半導体あるいは絶縁体から成る
基板の上に形成される。このため、基板と金属電極との
密着性が重要となる。両者の密着度を改善するために、
面心立方構造の第２の金属層と基板との間に密着金属層
を介在させることが望ましい。密着金属層に使用する金
属としては、マグネシウム、チタン、バナジウム、ジル
コニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、ニ
ッケル、マグネシウムを主成分とする合金、チタンを主
成分とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジル
コニウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とす
る合金、ニオブを主成分とする合金、タンタルを主成分
とする合金、クロムを主成分とする合金、およびニッケ
ルを主成分とする合金から選ばれる金属を採用すること
が好ましい。
【００２８】本発明で提案した体心立方構造の金属層と
面心立方構造の金属層との積層というような、結晶構造
の異なる２種類以上の金属層を積層した多層金属薄膜電
極の上に窒化アルミニウムを成長させることによって、
窒化アルミニウム薄膜の配向性、結晶性などの膜質を改
善しようとする試みは、これまで全く行われていない。
また、このような多層金属薄膜と窒化アルミニウム薄膜
との組み合わせにより、圧電体薄膜の品質を向上させ
て、共振器、フィルターなどの薄膜圧電素子としての性
能を改善しようという試みも、これまで全く行われてい
ない。
面心立方構造の金属層との積層というような、結晶構造
の異なる２種類以上の金属層を積層した多層金属薄膜電
極の上に窒化アルミニウムを成長させることによって、
窒化アルミニウム薄膜の配向性、結晶性などの膜質を改
善しようとする試みは、これまで全く行われていない。
また、このような多層金属薄膜と窒化アルミニウム薄膜
との組み合わせにより、圧電体薄膜の品質を向上させ
て、共振器、フィルターなどの薄膜圧電素子としての性
能を改善しようという試みも、これまで全く行われてい
ない。
【００２９】本発明によれば、２．０〜３．０ＧＨｚの
範囲における共振周波数と反共振周波数の測定値から求
めた電気機械結合係数ｋt 2が４．５％以上たとえば４．
５〜６．５％である高性能な薄膜圧電共振子が得られ
る。
範囲における共振周波数と反共振周波数の測定値から求
めた電気機械結合係数ｋt 2が４．５％以上たとえば４．
５〜６．５％である高性能な薄膜圧電共振子が得られ
る。
【００３０】また、本発明の薄膜圧電共振子において
は、下部電極が、体心立方構造で（１１０）回折ピーク
のロッキング・カーブ半値値（ＦＷＨＭ）が４．５°未
満となる第１の金属層と面心立方構造の第２の金属層と
の積層を含む２以上の金属層から構成されていると共
に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜がｃ軸配向を示
し、（０００２）面の回折ピークのロッキング・カーブ
半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である場合に、薄膜
圧電共振子の性能が一層向上する。
は、下部電極が、体心立方構造で（１１０）回折ピーク
のロッキング・カーブ半値値（ＦＷＨＭ）が４．５°未
満となる第１の金属層と面心立方構造の第２の金属層と
の積層を含む２以上の金属層から構成されていると共
に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜がｃ軸配向を示
し、（０００２）面の回折ピークのロッキング・カーブ
半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である場合に、薄膜
圧電共振子の性能が一層向上する。
【００３１】また、本発明の薄膜圧電共振子において
は、下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順に積
層された積層構造体、または下部電極、第１の圧電体薄
膜、内部電極、第２の圧電体膜および上部電極がこの順
に積層された積層構造体に、振動空間に面する位置にて
少なくとも一層の酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）および／ま
たは窒化シリコン（ＳｉＮx ）を主成分とする絶縁層を
形成することにより、薄膜圧電共振子の周波数温度係数
などの特性を更に改善することができる。
は、下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順に積
層された積層構造体、または下部電極、第１の圧電体薄
膜、内部電極、第２の圧電体膜および上部電極がこの順
に積層された積層構造体に、振動空間に面する位置にて
少なくとも一層の酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）および／ま
たは窒化シリコン（ＳｉＮx ）を主成分とする絶縁層を
形成することにより、薄膜圧電共振子の周波数温度係数
などの特性を更に改善することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００３３】図１は本発明による薄膜圧電共振子の実施
形態を示す模式的平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面
図である。これらの図において、薄膜圧電共振子１１は
基板１２、該基板１２の上面上に形成された絶縁体層１
３および該絶縁体層１３の上面上に形成された圧電積層
構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は、絶縁体層
１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１
５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成
された圧電体薄膜１６および該圧電体薄膜１６の上面上
に形成された上部電極１７からなる。基板１２には、空
隙を形成するビアホール２０が形成されている。絶縁体
層１３の一部はビアホール２０に向けて露出している。
この絶縁体層１３の露出部分、およびこれに対応する圧
電積層構造体１４の部分が振動部（振動ダイヤフラム）
２１を構成する。また、下部電極１５および上部電極１
７は、振動部２１に対応する領域内に形成された主体部
１５ａ，１７ａと、該主体部１５ａ，１７ａと外部回路
との接続のための端子部１５ｂ，１７ｂを有する。端子
部１５ｂ，１７ｂは振動部２１に対応する領域外に位置
する。
形態を示す模式的平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面
図である。これらの図において、薄膜圧電共振子１１は
基板１２、該基板１２の上面上に形成された絶縁体層１
３および該絶縁体層１３の上面上に形成された圧電積層
構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は、絶縁体層
１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１
５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成
された圧電体薄膜１６および該圧電体薄膜１６の上面上
に形成された上部電極１７からなる。基板１２には、空
隙を形成するビアホール２０が形成されている。絶縁体
層１３の一部はビアホール２０に向けて露出している。
この絶縁体層１３の露出部分、およびこれに対応する圧
電積層構造体１４の部分が振動部（振動ダイヤフラム）
２１を構成する。また、下部電極１５および上部電極１
７は、振動部２１に対応する領域内に形成された主体部
１５ａ，１７ａと、該主体部１５ａ，１７ａと外部回路
との接続のための端子部１５ｂ，１７ｂを有する。端子
部１５ｂ，１７ｂは振動部２１に対応する領域外に位置
する。
【００３４】基板１２としては、Ｓｉ（１００）単結晶
などの単結晶、またはＳｉ単結晶などの基材の表面にシ
リコン、ダイヤモンドその他の多結晶膜を形成したもの
を用いることができる。基板１２としては、その他の半
導体さらには絶縁体を用いることも可能である。基板１
２のビアホール２０の形成方法としては、基板下面側か
らの異方性エッチング法が例示される。なお、基板１２
に形成される空隙は、ビアホール２０によるものには限
定されず、振動部２１の振動を許容するものであればよ
く、該振動部２１に対応する基板上面領域に形成した凹
部であってもよい。
などの単結晶、またはＳｉ単結晶などの基材の表面にシ
リコン、ダイヤモンドその他の多結晶膜を形成したもの
を用いることができる。基板１２としては、その他の半
導体さらには絶縁体を用いることも可能である。基板１
２のビアホール２０の形成方法としては、基板下面側か
らの異方性エッチング法が例示される。なお、基板１２
に形成される空隙は、ビアホール２０によるものには限
定されず、振動部２１の振動を許容するものであればよ
く、該振動部２１に対応する基板上面領域に形成した凹
部であってもよい。
【００３５】絶縁体層１３としては、例えば酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）を主成分とする誘電体膜、窒化シリコン
（ＳｉＮx ）を主成分とする誘電体膜、および酸化シリ
コンを主成分とする誘電体膜と窒化シリコンを主成分と
する誘電体膜との積層膜を用いることができる。この絶
縁体層１３の材質について、主成分とは、層中の含有量
が５０当量％以上である成分を指す（他の層の材質につ
いても同様）。誘電体膜は単層からなるものであっても
よいし、密着性を高めるための層などを付加した複数層
からなるものであってもよい。絶縁体層１３の厚さは、
例えば２．０μｍ未満、好ましくは０．５μｍ以下であ
る。絶縁体層１３の形成方法としては、シリコンから成
る基板１２の表面の熱酸化法やＣＶＤ法が例示される。
また、本発明においては、エッチングにより、振動部２
１に対応する領域の絶縁体層１３を総て除去して、下部
電極１５がビアホール２０に向けて露出した構造を採用
することもできる。このように、振動部２１に対応する
領域の絶縁体層１３を総て除去することにより、共振周
波数の温度特性は若干悪化するものの、音響的品質係数
（Ｑ値）が向上するという利点がある。
ン（ＳｉＯ2 ）を主成分とする誘電体膜、窒化シリコン
（ＳｉＮx ）を主成分とする誘電体膜、および酸化シリ
コンを主成分とする誘電体膜と窒化シリコンを主成分と
する誘電体膜との積層膜を用いることができる。この絶
縁体層１３の材質について、主成分とは、層中の含有量
が５０当量％以上である成分を指す（他の層の材質につ
いても同様）。誘電体膜は単層からなるものであっても
よいし、密着性を高めるための層などを付加した複数層
からなるものであってもよい。絶縁体層１３の厚さは、
例えば２．０μｍ未満、好ましくは０．５μｍ以下であ
る。絶縁体層１３の形成方法としては、シリコンから成
る基板１２の表面の熱酸化法やＣＶＤ法が例示される。
また、本発明においては、エッチングにより、振動部２
１に対応する領域の絶縁体層１３を総て除去して、下部
電極１５がビアホール２０に向けて露出した構造を採用
することもできる。このように、振動部２１に対応する
領域の絶縁体層１３を総て除去することにより、共振周
波数の温度特性は若干悪化するものの、音響的品質係数
（Ｑ値）が向上するという利点がある。
【００３６】下部電極１５は、体心立方構造を有する第
１の金属層と、面心立方構造を有する第２の金属層と、
更に必要に応じて第２の金属層と基板１２との間に形成
される密着金属層とを積層することにより構成されてお
り、その厚さは例えば５０〜３００ｎｍである。圧電体
薄膜１６はＡｌＮから成り、その厚さは例えば０．５〜
３．０μｍである。上部電極１７は、例えば、モリブデ
ン、タングステン、ニオブ、アルミニウム、モリブデン
を主成分とする合金、タングステンを主成分とする合
金、ニオブを主成分とする合金、およびアルミニウムを
主成分とする合金のうちから選ばれる金属を含んで構成
されている。あるいは、上部電極１７は、例えば、モリ
ブデン、タングステン、ニオブ、モリブデンを主成分と
する合金、タングステンを主成分とする合金、ニオブを
主成分とする合金、イリジウム、白金、金、銀、イリジ
ウムを主成分とする合金、白金を主成分とする合金、金
を主成分とする合金、銀を主成分とする合金、マグネシ
ウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、タンタル、クロム、ニッケル、マグネ
シウムを主成分とする合金、アルミニウムを主成分とす
る合金、チタンを主成分とする合金、バナジウムを主成
分とする合金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハフ
ニウムを主成分とする合金、タンタルを主成分とする合
金、クロムを主成分とする合金、およびニッケルを主成
分とする合金から選ばれる金属からなる金属層の２種類
以上の積層を含んで構成されている。上部電極１７の厚
さは例えば５０〜３００ｎｍである。
１の金属層と、面心立方構造を有する第２の金属層と、
更に必要に応じて第２の金属層と基板１２との間に形成
される密着金属層とを積層することにより構成されてお
り、その厚さは例えば５０〜３００ｎｍである。圧電体
薄膜１６はＡｌＮから成り、その厚さは例えば０．５〜
３．０μｍである。上部電極１７は、例えば、モリブデ
ン、タングステン、ニオブ、アルミニウム、モリブデン
を主成分とする合金、タングステンを主成分とする合
金、ニオブを主成分とする合金、およびアルミニウムを
主成分とする合金のうちから選ばれる金属を含んで構成
されている。あるいは、上部電極１７は、例えば、モリ
ブデン、タングステン、ニオブ、モリブデンを主成分と
する合金、タングステンを主成分とする合金、ニオブを
主成分とする合金、イリジウム、白金、金、銀、イリジ
ウムを主成分とする合金、白金を主成分とする合金、金
を主成分とする合金、銀を主成分とする合金、マグネシ
ウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、タンタル、クロム、ニッケル、マグネ
シウムを主成分とする合金、アルミニウムを主成分とす
る合金、チタンを主成分とする合金、バナジウムを主成
分とする合金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハフ
ニウムを主成分とする合金、タンタルを主成分とする合
金、クロムを主成分とする合金、およびニッケルを主成
分とする合金から選ばれる金属からなる金属層の２種類
以上の積層を含んで構成されている。上部電極１７の厚
さは例えば５０〜３００ｎｍである。
【００３７】一般に圧電材料の圧電特性は、結晶の分極
の大きさ、分極軸の配列などに依存する。本発明で用い
る圧電薄膜においても、その圧電性は薄膜を構成する結
晶のドメイン構造、配向性、結晶性などの結晶性状に依
存すると考えられる。本明細書において単一配向膜と
は、基板表面と平行に目的とする結晶面が揃っている結
晶化膜のことを意味する。例えば、（０００１）単一配
向膜は、膜面と平行に（０００１）面が成長している膜
を意味する。具体的には、ディフラクトメーター法によ
るＸ線回折測定を行った場合に、ＡｌＮ結晶に起因した
目的とする回折面以外の反射ピークがほとんど検出でき
ないものを意味する。例えば、（０００Ｌ）単一配向
膜、即ち、ｃ軸単一配向膜は、θ−２θ回転のＸ線回折
測定で（０００Ｌ）面以外の反射強度が（０００Ｌ）面
反射の最大ピーク強度の５％未満、好ましくは２％未
満、さらに好ましくは検出限界以下のものである。な
お、（０００Ｌ）面は、（０００１）系列の面、即ち、
（０００１）面、（０００２）面、（０００４）面など
の等価な面を総称する表示である。
の大きさ、分極軸の配列などに依存する。本発明で用い
る圧電薄膜においても、その圧電性は薄膜を構成する結
晶のドメイン構造、配向性、結晶性などの結晶性状に依
存すると考えられる。本明細書において単一配向膜と
は、基板表面と平行に目的とする結晶面が揃っている結
晶化膜のことを意味する。例えば、（０００１）単一配
向膜は、膜面と平行に（０００１）面が成長している膜
を意味する。具体的には、ディフラクトメーター法によ
るＸ線回折測定を行った場合に、ＡｌＮ結晶に起因した
目的とする回折面以外の反射ピークがほとんど検出でき
ないものを意味する。例えば、（０００Ｌ）単一配向
膜、即ち、ｃ軸単一配向膜は、θ−２θ回転のＸ線回折
測定で（０００Ｌ）面以外の反射強度が（０００Ｌ）面
反射の最大ピーク強度の５％未満、好ましくは２％未
満、さらに好ましくは検出限界以下のものである。な
お、（０００Ｌ）面は、（０００１）系列の面、即ち、
（０００１）面、（０００２）面、（０００４）面など
の等価な面を総称する表示である。
【００３８】本発明者らは、図１及び図２に示す構成の
ＦＢＡＲにおいて、その共振特性が、電極を構成する多
層金属薄膜の材質、弾性率、配向性、結晶性などの性状
とＡｌＮ薄膜の配向性、結晶性などの性状との両方にど
のように依存するのかについて検討した。図示されてい
るＦＢＡＲでは、下部電極１５は、必要に応じて基板１
２と接して形成される密着金属層、面心立方構造の第２
の金属層および体心立方構造の第１の金属層をこの順に
積層することにより構成されたものである。
ＦＢＡＲにおいて、その共振特性が、電極を構成する多
層金属薄膜の材質、弾性率、配向性、結晶性などの性状
とＡｌＮ薄膜の配向性、結晶性などの性状との両方にど
のように依存するのかについて検討した。図示されてい
るＦＢＡＲでは、下部電極１５は、必要に応じて基板１
２と接して形成される密着金属層、面心立方構造の第２
の金属層および体心立方構造の第１の金属層をこの順に
積層することにより構成されたものである。
【００３９】下部電極１５として、スパッター法または
蒸着法により、密着金属層、面心立方構造の第２の金属
層、および体心立方構造の第１の金属層を順に形成した
後、ドライエッチングによりこれらの金属層を所定の形
状にパターン化した。ＡｌＮ薄膜１６は、下部電極１５
を形成した基板１２の上面に反応性スパッター法により
膜形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いて、ビ
アホール２０上の部分を除く領域の一部分をエッチング
除去することにより、所定の形状に加工した。この際、
ＡｌＮ薄膜１６と体心立方構造の第１の金属層との間
に、下部電極１５を構成する２以上の金属層全体の厚さ
の０．１倍以下の厚さの別の金属層または化合物層を形
成しても、本発明の目的は達成される。上部電極１７
は、ビアホール２０上に残ったＡｌＮ薄膜１６の上に形
成した。上部電極１７は矩形に近い形状とした。
蒸着法により、密着金属層、面心立方構造の第２の金属
層、および体心立方構造の第１の金属層を順に形成した
後、ドライエッチングによりこれらの金属層を所定の形
状にパターン化した。ＡｌＮ薄膜１６は、下部電極１５
を形成した基板１２の上面に反応性スパッター法により
膜形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いて、ビ
アホール２０上の部分を除く領域の一部分をエッチング
除去することにより、所定の形状に加工した。この際、
ＡｌＮ薄膜１６と体心立方構造の第１の金属層との間
に、下部電極１５を構成する２以上の金属層全体の厚さ
の０．１倍以下の厚さの別の金属層または化合物層を形
成しても、本発明の目的は達成される。上部電極１７
は、ビアホール２０上に残ったＡｌＮ薄膜１６の上に形
成した。上部電極１７は矩形に近い形状とした。
【００４０】本発明者らは、高配向性の薄膜が容易に得
られる面心立方構造の金属の薄膜と弾性率が２×１０11
Ｎ／ｍ2 以上の高弾性金属の薄膜とを積層することによ
り、高弾性金属に由来する特定の回折ピークのロッキン
グ・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が４．５°未満である高
配向性かつ高弾性の積層金属薄膜を形成し、この積層金
属薄膜上に窒化アルミニウム薄膜を成長させることで、
（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅
（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である高配向性、高結晶性
のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を作製できることを見
出した。
られる面心立方構造の金属の薄膜と弾性率が２×１０11
Ｎ／ｍ2 以上の高弾性金属の薄膜とを積層することによ
り、高弾性金属に由来する特定の回折ピークのロッキン
グ・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が４．５°未満である高
配向性かつ高弾性の積層金属薄膜を形成し、この積層金
属薄膜上に窒化アルミニウム薄膜を成長させることで、
（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅
（ＦＷＨＭ）が３．３°未満である高配向性、高結晶性
のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を作製できることを見
出した。
【００４１】下部電極１５に使用される体心立方構造
（空間群Ｉm-3m）の第１の金属層として好適な材料は、
モリブデン、タングステン、モリブデンを主成分とする
合金、およびタングステンを主成分とする合金などであ
り、これらの材料は、（１１０）配向を示し、膜面と平
行に（１１０）面が成長している。これらの材料は熱弾
性損失が低いという特性を有する。モリブデン（Ｍｏ）
を主成分とする合金としては、９９．３８％Ｍｏ−０．
５％Ｔｉ−０．０７％Ｚｒ−０．０５％Ｃという組成を
有するＴＺＭ合金、９５％Ｍｏ−５％Ｒｅ合金、９０％
Ｍｏ−１０％Ｗ合金などがある。タンスグテン（Ｗ）を
主成分とする合金としては、９５％Ｗ−５％Ｒｅ合金、
９０％Ｗ−１０％Ｍｏ合金、Ｗ−Ｃｕ−Ｎｉ合金などが
ある。
（空間群Ｉm-3m）の第１の金属層として好適な材料は、
モリブデン、タングステン、モリブデンを主成分とする
合金、およびタングステンを主成分とする合金などであ
り、これらの材料は、（１１０）配向を示し、膜面と平
行に（１１０）面が成長している。これらの材料は熱弾
性損失が低いという特性を有する。モリブデン（Ｍｏ）
を主成分とする合金としては、９９．３８％Ｍｏ−０．
５％Ｔｉ−０．０７％Ｚｒ−０．０５％Ｃという組成を
有するＴＺＭ合金、９５％Ｍｏ−５％Ｒｅ合金、９０％
Ｍｏ−１０％Ｗ合金などがある。タンスグテン（Ｗ）を
主成分とする合金としては、９５％Ｗ−５％Ｒｅ合金、
９０％Ｗ−１０％Ｍｏ合金、Ｗ−Ｃｕ−Ｎｉ合金などが
ある。
【００４２】下部電極１５に使用される面心立方構造
（空間群Ｆm-3m）の第２の金属層として好適な材料は、
イリジウム、白金、金、アルミニウム、銀、イリジウム
を主成分とする合金、白金を主成分とする合金、金を主
成分とする合金、アルミニウムを主成分とする合金、銀
を主成分とする合金などであり、これらの材料は（１１
１）配向を示し、膜面と平行に（１１１）面が成長して
いる。イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする合金としては
Ｉｒ−Ｐｔ合金などがある。白金（Ｐｔ）を主成分とす
る合金としてはＰｔとＲｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｕ、
Ｎｉ、Ｗから選ばれる金属との合金などがある。金（Ａ
ｕ）を主成分とする合金としてはＡｕとＰｄ、Ｐｔ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる金属との合金などが
ある。アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金として
は、Ａｌに少量のＳｉ、Ｃｕを添加または固溶させたＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌに少量
のＭｏ、Ｗを固溶させた合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ
系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系
合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金などがある。銀（Ａｇ）
を主成分とする合金としては、ＡｇとＺｎ、Ａｌ、Ａ
ｕ、Ｓｎ、Ｃｕから選ばれる金属との合金などがある。
（空間群Ｆm-3m）の第２の金属層として好適な材料は、
イリジウム、白金、金、アルミニウム、銀、イリジウム
を主成分とする合金、白金を主成分とする合金、金を主
成分とする合金、アルミニウムを主成分とする合金、銀
を主成分とする合金などであり、これらの材料は（１１
１）配向を示し、膜面と平行に（１１１）面が成長して
いる。イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする合金としては
Ｉｒ−Ｐｔ合金などがある。白金（Ｐｔ）を主成分とす
る合金としてはＰｔとＲｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｕ、
Ｎｉ、Ｗから選ばれる金属との合金などがある。金（Ａ
ｕ）を主成分とする合金としてはＡｕとＰｄ、Ｐｔ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる金属との合金などが
ある。アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金として
は、Ａｌに少量のＳｉ、Ｃｕを添加または固溶させたＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌに少量
のＭｏ、Ｗを固溶させた合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ
系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系
合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金などがある。銀（Ａｇ）
を主成分とする合金としては、ＡｇとＺｎ、Ａｌ、Ａ
ｕ、Ｓｎ、Ｃｕから選ばれる金属との合金などがある。
【００４３】ＡｌＮ薄膜１６と体心立方構造の第１の金
属層との間に形成される別の金属または化合物の層（界
面層）として使用される好適な材料は、アルミニウム、
シリコン、アルミニウムを主成分とする合金または化合
物、およびシリコンを主成分とする合金または化合物な
どである。アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金と
しては、前記のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系
合金、Ａｌ−Ｍｏ−Ｗ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ
系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系
合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金などがある。アルミニウ
ム（Ａｌ）を主成分とする化合物としては、ＡｌＯx Ｎ
y などがある。シリコン（Ｓｉ）を主成分とする化合物
としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＮx 、ＳｉＯx Ｎy 、ＳｉＯ
2 などがある。
属層との間に形成される別の金属または化合物の層（界
面層）として使用される好適な材料は、アルミニウム、
シリコン、アルミニウムを主成分とする合金または化合
物、およびシリコンを主成分とする合金または化合物な
どである。アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金と
しては、前記のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系
合金、Ａｌ−Ｍｏ−Ｗ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ
系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系
合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金などがある。アルミニウ
ム（Ａｌ）を主成分とする化合物としては、ＡｌＯx Ｎ
y などがある。シリコン（Ｓｉ）を主成分とする化合物
としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＮx 、ＳｉＯx Ｎy 、ＳｉＯ
2 などがある。
【００４４】基板１２と面心立方構造の第２の金属層と
の間に形成される密着金属層として使用される好適な材
料は、マグネシウム、チタン、バナジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、ニッケ
ル、マグネシウムを主成分とする合金、チタンを主成分
とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコニ
ウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする合
金、ニオブを主成分とする合金、タンタルを主成分とす
る合金、クロムを主成分とする合金、およびニッケルを
主成分とする合金などである。マグネシウム（Ｍｇ）を
主成分とする合金としてはＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ合
金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−希土類元素系合金な
どがある。チタン（Ｔｉ）を主成分とする合金としては
ＴｉとＡｌ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる
金属との合金などがある。ニオブ（Ｎｂ）を主成分とす
る合金としてはＮｂ−Ｓｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金などがあ
る。タンタル（Ｔａ）を主成分とする合金としてはＴａ
とＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｔから選ばれる金属
との合金などがある。クロム（Ｃｒ）を主成分とする合
金としてはＣｒとＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれる
金属との合金などがある。ニッケル（Ｎｉ）を主成分と
する合金としてはＮｉとＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｍｏから選ばれる金属との合金などがある。
の間に形成される密着金属層として使用される好適な材
料は、マグネシウム、チタン、バナジウム、ジルコニウ
ム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、ニッケ
ル、マグネシウムを主成分とする合金、チタンを主成分
とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコニ
ウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする合
金、ニオブを主成分とする合金、タンタルを主成分とす
る合金、クロムを主成分とする合金、およびニッケルを
主成分とする合金などである。マグネシウム（Ｍｇ）を
主成分とする合金としてはＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ合
金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−希土類元素系合金な
どがある。チタン（Ｔｉ）を主成分とする合金としては
ＴｉとＡｌ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる
金属との合金などがある。ニオブ（Ｎｂ）を主成分とす
る合金としてはＮｂ−Ｓｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金などがあ
る。タンタル（Ｔａ）を主成分とする合金としてはＴａ
とＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｔから選ばれる金属
との合金などがある。クロム（Ｃｒ）を主成分とする合
金としてはＣｒとＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれる
金属との合金などがある。ニッケル（Ｎｉ）を主成分と
する合金としてはＮｉとＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｍｏから選ばれる金属との合金などがある。
【００４５】上部電極１７に使用される金属として好適
な材料は、モリブデン、タングステン、ニオブ、アルミ
ニウム、モリブデンを主成分とする合金、タングステン
を主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、およ
びアルミニウムを主成分とする合金などである。また、
上部電極１７として、モリブデン、タングステン、ニオ
ブ、モリブデンを主成分とする合金、タングステンを主
成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、イリジウ
ム、白金、金、銀、イリジウムを主成分とする合金、白
金を主成分とする合金、金を主成分とする合金、銀を主
成分とする合金、マグネシウム、アルミニウム、チタ
ン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタ
ル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、チタンを主成分
とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコニ
ウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする合
金、タンタルを主成分とする合金、クロムを主成分とす
る合金、およびニッケルを主成分とする合金から選ばれ
る金属からなる層を２層以上積層してなる積層金属薄膜
から構成されたものを使用することで、特性を安定化さ
せることができる。
な材料は、モリブデン、タングステン、ニオブ、アルミ
ニウム、モリブデンを主成分とする合金、タングステン
を主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、およ
びアルミニウムを主成分とする合金などである。また、
上部電極１７として、モリブデン、タングステン、ニオ
ブ、モリブデンを主成分とする合金、タングステンを主
成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、イリジウ
ム、白金、金、銀、イリジウムを主成分とする合金、白
金を主成分とする合金、金を主成分とする合金、銀を主
成分とする合金、マグネシウム、アルミニウム、チタ
ン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタ
ル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、チタンを主成分
とする合金、バナジウムを主成分とする合金、ジルコニ
ウムを主成分とする合金、ハフニウムを主成分とする合
金、タンタルを主成分とする合金、クロムを主成分とす
る合金、およびニッケルを主成分とする合金から選ばれ
る金属からなる層を２層以上積層してなる積層金属薄膜
から構成されたものを使用することで、特性を安定化さ
せることができる。
【００４６】体心立方構造の第１の金属層と面心立方構
造の第２の金属層との積層を含む２層以上の積層金属薄
膜上に形成されたｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜のＸ
線回折により測定した（０００２）回折ピークのロッキ
ング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は３．３°未満であ
る。ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°
以上であると、電気機械結合係数ｋt 2と音響的品質係数
（Ｑ値）が低下し、共振特性が悪化するので好ましくな
い。さらに、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が
過度に大きくなると、下部電極端子部１５ｂと下部電極
端子部１７ｂとの間に電流リークが発生しやすくなる傾
向にある。
造の第２の金属層との積層を含む２層以上の積層金属薄
膜上に形成されたｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜のＸ
線回折により測定した（０００２）回折ピークのロッキ
ング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は３．３°未満であ
る。ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．３°
以上であると、電気機械結合係数ｋt 2と音響的品質係数
（Ｑ値）が低下し、共振特性が悪化するので好ましくな
い。さらに、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が
過度に大きくなると、下部電極端子部１５ｂと下部電極
端子部１７ｂとの間に電流リークが発生しやすくなる傾
向にある。
【００４７】なお、図１及び図２に示す構成の薄膜圧電
共振子では、圧電体薄膜の上下の電極に電界を印加して
厚み方向に分極処理することでバルク波を励振させてい
る。この為、下部電極を端子電極とすべく、下部電極の
一部を露出させる必要がある。この構成は共振器として
しか利用できず、フィルターにするには、２個以上の素
子を組合わせる必要がある。
共振子では、圧電体薄膜の上下の電極に電界を印加して
厚み方向に分極処理することでバルク波を励振させてい
る。この為、下部電極を端子電極とすべく、下部電極の
一部を露出させる必要がある。この構成は共振器として
しか利用できず、フィルターにするには、２個以上の素
子を組合わせる必要がある。
【００４８】図３は本発明による薄膜圧電共振子の別の
実施形態を示す模式的平面図であり、図４はそのＸ−Ｘ
断面図である。これらの図においては、上記図１および
図２におけると同様の機能を有する部材には同一の符号
が付されている。
実施形態を示す模式的平面図であり、図４はそのＸ−Ｘ
断面図である。これらの図においては、上記図１および
図２におけると同様の機能を有する部材には同一の符号
が付されている。
【００４９】本実施形態では、下部電極１５は矩形に近
い形状をなしており、上部電極１７は、第１の電極部１
７Ａと第２の電極部１７Ｂとから成る。これら電極部１
７Ａ，１７Ｂはそれぞれ主体部１７Ａａ，１７Ｂａと端
子部１７Ａｂ，１７Ｂｂとを有する。主体部１７Ａａ，
１７Ｂａは振動部２１に対応する領域内に位置してお
り、端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂは振動部２１に対応する
領域以外の領域に位置している。
い形状をなしており、上部電極１７は、第１の電極部１
７Ａと第２の電極部１７Ｂとから成る。これら電極部１
７Ａ，１７Ｂはそれぞれ主体部１７Ａａ，１７Ｂａと端
子部１７Ａｂ，１７Ｂｂとを有する。主体部１７Ａａ，
１７Ｂａは振動部２１に対応する領域内に位置してお
り、端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂは振動部２１に対応する
領域以外の領域に位置している。
【００５０】本実施形態では、上部電極１７のうちの一
方（例えば第２の電極部１７Ｂ）と下部電極１５との間
に入力電圧を印加し、上部電極１７のうちの他方（例え
ば第１の電極部１７Ａ）と下部電極１５との間の電圧を
出力電圧として取り出すことができるので、これ自体を
フィルターとして使用することができる。このような構
成のフィルターを通過帯域フィルターの構成要素として
使用することにより、素子内配線が不要となるので該配
線に起因する損失がなく、阻止帯域の減衰特性が良好と
なり、フィルターとしての周波数応答性が向上する。
方（例えば第２の電極部１７Ｂ）と下部電極１５との間
に入力電圧を印加し、上部電極１７のうちの他方（例え
ば第１の電極部１７Ａ）と下部電極１５との間の電圧を
出力電圧として取り出すことができるので、これ自体を
フィルターとして使用することができる。このような構
成のフィルターを通過帯域フィルターの構成要素として
使用することにより、素子内配線が不要となるので該配
線に起因する損失がなく、阻止帯域の減衰特性が良好と
なり、フィルターとしての周波数応答性が向上する。
【００５１】図５は本発明による薄膜圧電共振子のさら
に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図６はその
Ｘ−Ｘ断面図である。これらの図においては、上記図１
〜図４におけると同様の機能を有する部材には同一の符
号が付されている。
に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図６はその
Ｘ−Ｘ断面図である。これらの図においては、上記図１
〜図４におけると同様の機能を有する部材には同一の符
号が付されている。
【００５２】本実施形態は、図１および図２に記載の実
施形態の圧電積層構造体を２つ積層したものに相当する
圧電積層構造体を有する積層薄膜バルク音響共振子（Ｓ
ｔａｃｋｅｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）である。即ち、絶
縁体層１３上に下部電極１５、第１の圧電体薄膜１６−
１、内部電極１７’、第２の圧電体薄膜１６−２および
上部電極１８がこの順に積層形成されている。内部電極
１７’は、第１の圧電体薄膜１６−１に対する上部電極
としての機能と第２の圧電体薄膜１６−２に対する下部
電極としての機能を有する。
施形態の圧電積層構造体を２つ積層したものに相当する
圧電積層構造体を有する積層薄膜バルク音響共振子（Ｓ
ｔａｃｋｅｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）である。即ち、絶
縁体層１３上に下部電極１５、第１の圧電体薄膜１６−
１、内部電極１７’、第２の圧電体薄膜１６−２および
上部電極１８がこの順に積層形成されている。内部電極
１７’は、第１の圧電体薄膜１６−１に対する上部電極
としての機能と第２の圧電体薄膜１６−２に対する下部
電極としての機能を有する。
【００５３】本実施形態では、下部電極１５と内部電極
１７’との間に入力電圧を印加し、該内部電極１７’と
上部電極１８との間の電圧を出力電圧として取り出すこ
とができるので、これ自体を多極型フィルターとして使
用することができる。このような構成の多極型フィルタ
ーを通過帯域フィルターの構成要素として使用すること
により、素子内配線が不要となるので該配線に起因する
損失がなく、阻止帯域の減衰特性が良好となり、フィル
ターとしての周波数応答性が向上する。
１７’との間に入力電圧を印加し、該内部電極１７’と
上部電極１８との間の電圧を出力電圧として取り出すこ
とができるので、これ自体を多極型フィルターとして使
用することができる。このような構成の多極型フィルタ
ーを通過帯域フィルターの構成要素として使用すること
により、素子内配線が不要となるので該配線に起因する
損失がなく、阻止帯域の減衰特性が良好となり、フィル
ターとしての周波数応答性が向上する。
【００５４】以上のような薄膜圧電共振子において、マ
イクロ波プローバーを使用して測定したインピーダンス
特性における共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa と
電気機械結合係数ｋt 2との間には、以下の関係 ｋt 2＝φr ／Ｔａｎ（φr ） φr ＝（π／２）（ｆr ／ｆa ） がある。
イクロ波プローバーを使用して測定したインピーダンス
特性における共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa と
電気機械結合係数ｋt 2との間には、以下の関係 ｋt 2＝φr ／Ｔａｎ（φr ） φr ＝（π／２）（ｆr ／ｆa ） がある。
【００５５】簡単のため、電気機械結合係数ｋt 2とし
て、次式 ｋt 2＝４．８（ｆa −ｆr ）／（ｆa ＋ｆr ） から算出したものを用いることができ、本明細書では、
電気機械結合係数ｋt 2の数値は、この式を用いて算出し
たものを採用している。
て、次式 ｋt 2＝４．８（ｆa −ｆr ）／（ｆa ＋ｆr ） から算出したものを用いることができ、本明細書では、
電気機械結合係数ｋt 2の数値は、この式を用いて算出し
たものを採用している。
【００５６】図１及び図２、図３及び図４、並びに図５
及び図６のそれぞれに示した構成のＦＢＡＲまたはＳＢ
ＡＲにおいて、２．０〜３．０ＧＨｚの範囲における共
振周波数と反共振周波数の測定値から求めた電気機械結
合係数ｋt 2は４．５％以上たとえば４．５〜６．５％で
あるのが好ましい。電気機械結合係数ｋt 2が４．５％未
満になると、作製したＦＢＡＲの帯域幅が小さくなり、
高周波域で使用する薄膜圧電共振子として実用に供する
ことが難しくなる傾向にある。
及び図６のそれぞれに示した構成のＦＢＡＲまたはＳＢ
ＡＲにおいて、２．０〜３．０ＧＨｚの範囲における共
振周波数と反共振周波数の測定値から求めた電気機械結
合係数ｋt 2は４．５％以上たとえば４．５〜６．５％で
あるのが好ましい。電気機械結合係数ｋt 2が４．５％未
満になると、作製したＦＢＡＲの帯域幅が小さくなり、
高周波域で使用する薄膜圧電共振子として実用に供する
ことが難しくなる傾向にある。
【００５７】
【実施例】以下、実施例および比較例を示し、本発明を
さらに詳細に説明する。
さらに詳細に説明する。
【００５８】［実施例１］本実施例では、以下のように
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【００５９】即ち、熱酸化法により、厚さ３５０μｍの
（１００）Ｓｉ基板１２の上下両面に厚さ１．１μｍの
ＳｉＯ2 層を形成した後、上面側のＳｉＯ2 層のみをエ
ッチングして、上面のＳｉＯ2 層の厚さを調整し、Ｓｉ
Ｏ2 から成り表３に記載の厚さ値を有する絶縁体層１３
を形成した。この絶縁体層１３の上面に、ＤＣマグネト
ロン・スパッター法により、厚さ６０ｎｍのＡｕ金属層
（第２の金属層）および厚さ１５０ｎｍのＭｏ金属層
（第１の金属層）をこの順番に形成し、フォトリソグラ
フィーによりパターン化して、Ｍｏ／Ａｕ下部電極１５
を形成した。下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法
１５０×１７０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属
層が（１１１）配向膜、即ち単一配向膜であり、Ｍｏ金
属層が（１１０）配向膜、即ち単一配向膜であること
は、Ｘ線回折測定により確認した。このＭｏ／Ａｕ下部
電極１５を形成した基板１２上に、純度５Ｎの金属Ａｌ
をターゲットとして、反応性ＲＦマグネトロン・スパッ
ター法により、表２に記載の条件で、ＡｌＮ薄膜を形成
した。熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、ＡｌＮ
薄膜を所定の形状にパターン化して、ＡｌＮ圧電体薄膜
１６を形成した。
（１００）Ｓｉ基板１２の上下両面に厚さ１．１μｍの
ＳｉＯ2 層を形成した後、上面側のＳｉＯ2 層のみをエ
ッチングして、上面のＳｉＯ2 層の厚さを調整し、Ｓｉ
Ｏ2 から成り表３に記載の厚さ値を有する絶縁体層１３
を形成した。この絶縁体層１３の上面に、ＤＣマグネト
ロン・スパッター法により、厚さ６０ｎｍのＡｕ金属層
（第２の金属層）および厚さ１５０ｎｍのＭｏ金属層
（第１の金属層）をこの順番に形成し、フォトリソグラ
フィーによりパターン化して、Ｍｏ／Ａｕ下部電極１５
を形成した。下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法
１５０×１７０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属
層が（１１１）配向膜、即ち単一配向膜であり、Ｍｏ金
属層が（１１０）配向膜、即ち単一配向膜であること
は、Ｘ線回折測定により確認した。このＭｏ／Ａｕ下部
電極１５を形成した基板１２上に、純度５Ｎの金属Ａｌ
をターゲットとして、反応性ＲＦマグネトロン・スパッ
ター法により、表２に記載の条件で、ＡｌＮ薄膜を形成
した。熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、ＡｌＮ
薄膜を所定の形状にパターン化して、ＡｌＮ圧電体薄膜
１６を形成した。
【００６０】その後、ＤＣマグネトロン・スパッター法
とリフトオフ法を使用して、厚さ１９０ｎｍで主体部１
７ａの平面寸法１３０×１５０μｍの矩形に近い形状の
Ａｌ上部電極１７を形成した。上部電極１７の主体部１
７ａは、下部電極主体部１５ａに対応する位置に配置し
た。次に、以上のようにして得られた構造体の下部電極
１５と上部電極１７と圧電体薄膜１６との形成されてい
る側をプロテクトワックスで被覆し、Ｓｉ基板１２の下
面に形成された厚さ１．１μｍのＳｉＯ2 層をパターニ
ングして形成したマスクを用いて、振動部２１に対応す
るＳｉ基板１２の部分を加熱したＫＯＨ水溶液でエッチ
ング除去して、空隙となるビアホール２０を形成した。
とリフトオフ法を使用して、厚さ１９０ｎｍで主体部１
７ａの平面寸法１３０×１５０μｍの矩形に近い形状の
Ａｌ上部電極１７を形成した。上部電極１７の主体部１
７ａは、下部電極主体部１５ａに対応する位置に配置し
た。次に、以上のようにして得られた構造体の下部電極
１５と上部電極１７と圧電体薄膜１６との形成されてい
る側をプロテクトワックスで被覆し、Ｓｉ基板１２の下
面に形成された厚さ１．１μｍのＳｉＯ2 層をパターニ
ングして形成したマスクを用いて、振動部２１に対応す
るＳｉ基板１２の部分を加熱したＫＯＨ水溶液でエッチ
ング除去して、空隙となるビアホール２０を形成した。
【００６１】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、ＸＰＳ分光法により得られ
たＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析を行うと共に、
表面構造評価用多機能Ｘ線回折装置を使用して、ディフ
ラクトメーター法による格子定数測定と（０００２）回
折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定
を行った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を
表２に示す。
−金属電極積層体について、ＸＰＳ分光法により得られ
たＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析を行うと共に、
表面構造評価用多機能Ｘ線回折装置を使用して、ディフ
ラクトメーター法による格子定数測定と（０００２）回
折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定
を行った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を
表２に示す。
【００６２】また、カスケード・マイクロテック製マイ
クロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用し
て、上記の薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５
ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、
共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、
電気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求め
た。得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、
電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３
に示す。
クロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用し
て、上記の薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５
ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、
共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、
電気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求め
た。得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、
電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３
に示す。
【００６３】［実施例２］本実施例では、以下のように
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【００６４】即ち、実施例１と同様の操作により、Ｓｉ
Ｏ2 から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の厚さのＴｉ金属層（密着金属層）、Ｐｔ金属
層（第２の金属層）及びＭｏ金属層（第１の金属層）を
この順番に形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ン化して、Ｍｏ／Ｐｔ／Ｔｉ下部電極１５を形成した。
下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法１５０×１７
０μｍの矩形に近い形状とした。Ｐｔ金属層が（１１
１）単一配向膜であり、Ｍｏ金属層が（１１０）単一配
向膜であることは、Ｘ線回折測定により確認した。この
Ｍｏ／Ｐｔ／Ｔｉ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により、圧電体薄膜１６を形
成した。その後、ＤＣマグネトロンスパッター法とリフ
トオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１３０×
１５０μｍの矩形に近い形状のＭｏ／Ｐｔ／Ｔｉ上部電
極１７を形成した。Ｔｉ金属層は密着金属層として使用
され、Ｐｔ金属層は面心立方構造の第４の金属層として
使用され、Ｍｏ金属層は体心立方構造の第３の金属層と
して使用され、これらの厚さは表１に記載された通りと
した。上部電極１７の主体部１７ａは、下部電極主体部
１５ａに対応する位置に配置した。次に、実施例１と同
様の操作により、空隙となるビアホール２０を形成し
た。
Ｏ2 から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の厚さのＴｉ金属層（密着金属層）、Ｐｔ金属
層（第２の金属層）及びＭｏ金属層（第１の金属層）を
この順番に形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ン化して、Ｍｏ／Ｐｔ／Ｔｉ下部電極１５を形成した。
下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法１５０×１７
０μｍの矩形に近い形状とした。Ｐｔ金属層が（１１
１）単一配向膜であり、Ｍｏ金属層が（１１０）単一配
向膜であることは、Ｘ線回折測定により確認した。この
Ｍｏ／Ｐｔ／Ｔｉ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により、圧電体薄膜１６を形
成した。その後、ＤＣマグネトロンスパッター法とリフ
トオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１３０×
１５０μｍの矩形に近い形状のＭｏ／Ｐｔ／Ｔｉ上部電
極１７を形成した。Ｔｉ金属層は密着金属層として使用
され、Ｐｔ金属層は面心立方構造の第４の金属層として
使用され、Ｍｏ金属層は体心立方構造の第３の金属層と
して使用され、これらの厚さは表１に記載された通りと
した。上部電極１７の主体部１７ａは、下部電極主体部
１５ａに対応する位置に配置した。次に、実施例１と同
様の操作により、空隙となるビアホール２０を形成し
た。
【００６５】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、ＸＰＳ分光法により得られ
たＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析を行うと共に、
表面構造評価用多機能Ｘ線回折装置を使用して、ディフ
ラクトメーター法による格子定数測定と（０００２）回
折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定
を行った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を
表２に示す。
−金属電極積層体について、ＸＰＳ分光法により得られ
たＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析を行うと共に、
表面構造評価用多機能Ｘ線回折装置を使用して、ディフ
ラクトメーター法による格子定数測定と（０００２）回
折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定
を行った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を
表２に示す。
【００６６】また、カスケード・マイクロテック製マイ
クロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用し
て、上記の薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５
ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、
共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、
電気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求め
た。得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、
電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３
に示す。
クロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用し
て、上記の薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５
ｂ，１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、
共振周波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、
電気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求め
た。得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、
電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３
に示す。
【００６７】［実施例３］本実施例では、以下のように
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【００６８】即ち、実施例１と同様の操作により、Ｓｉ
Ｏ2 から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の厚さのＴｉ金属層（密着金属層）、Ａｕ金属
層（第２の金属層）及びＭｏ金属層（第１の金属層）を
この順番に形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ン化して、Ｍｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電極１５を形成した。
下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法１５０×１７
０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属層が（１１
１）単一配向膜であり、Ｍｏ金属層が（１１０）単一配
向膜であることは、Ｘ線回折測定により確認した。この
Ｍｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により、圧電体薄膜１６を形
成した。その後、ＤＣマグネトロンスパッター法とリフ
トオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１３０×
１５０μｍの矩形に近い形状で厚さ１９５ｎｍのＭｏ上
部電極１７を形成した。上部電極１７の主体部１７ａ
は、下部電極主体部１５ａに対応する位置に配置した。
次に、実施例１と同様の操作により、空隙となるビアホ
ール２０を形成した。さらに、ドライエッチングによ
り、振動部２１に対応する領域の絶縁体層１３をもエッ
チング除去して、下部電極１５の下面を露出させた。
Ｏ2 から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の厚さのＴｉ金属層（密着金属層）、Ａｕ金属
層（第２の金属層）及びＭｏ金属層（第１の金属層）を
この順番に形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ン化して、Ｍｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電極１５を形成した。
下部電極１５の主体部１５ａは、平面寸法１５０×１７
０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属層が（１１
１）単一配向膜であり、Ｍｏ金属層が（１１０）単一配
向膜であることは、Ｘ線回折測定により確認した。この
Ｍｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により、圧電体薄膜１６を形
成した。その後、ＤＣマグネトロンスパッター法とリフ
トオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１３０×
１５０μｍの矩形に近い形状で厚さ１９５ｎｍのＭｏ上
部電極１７を形成した。上部電極１７の主体部１７ａ
は、下部電極主体部１５ａに対応する位置に配置した。
次に、実施例１と同様の操作により、空隙となるビアホ
ール２０を形成した。さらに、ドライエッチングによ
り、振動部２１に対応する領域の絶縁体層１３をもエッ
チング除去して、下部電極１５の下面を露出させた。
【００６９】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
【００７０】また、実施例１と同様にして、上記薄膜圧
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
【００７１】［実施例４，５］本実施例では、以下のよ
うにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
うにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
【００７２】即ち、低圧ＣＶＤ法により、厚さ３００μ
ｍの（１００）Ｓｉ基板１２の上下両面に表３に記載し
た厚さのＳｉＮx 層を形成し、ＳｉＮx から成る絶縁体
層１３を形成した。この絶縁体層１３の上面に、ＤＣマ
グネトロン・スパッター法により表１に記載の厚さのＴ
ｉ金属層（密着金属層）、Ａｕ金属層（第２の金属層）
及びＭｏ金属層（第１の金属層）をこの順番に形成し、
フォトリソグラフィーによりパターン化してＭｏ／Ａｕ
／Ｔｉ下部電極１５を形成した。下部電極１５の主体部
１５ａは、平面寸法１５０×１７０μｍの矩形に近い形
状とした。Ａｕ金属層が（１１１）単一配向膜であり、
Ｍｏ金属層が（１１０）単一配向膜であることは、Ｘ線
回折測定により確認した。このＭｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電
極１５を形成した基板１２上に、表１に記載の厚さのＳ
ｉＮx 層（界面層）またはＡｌ層（界面層）を形成した
後、実施例１と同様の操作により圧電体薄膜１６を形成
して、下部電極１５とＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）１６と
の界面に、ＳｉＮx 層またはＡｌ層が介在するような構
成とした。
ｍの（１００）Ｓｉ基板１２の上下両面に表３に記載し
た厚さのＳｉＮx 層を形成し、ＳｉＮx から成る絶縁体
層１３を形成した。この絶縁体層１３の上面に、ＤＣマ
グネトロン・スパッター法により表１に記載の厚さのＴ
ｉ金属層（密着金属層）、Ａｕ金属層（第２の金属層）
及びＭｏ金属層（第１の金属層）をこの順番に形成し、
フォトリソグラフィーによりパターン化してＭｏ／Ａｕ
／Ｔｉ下部電極１５を形成した。下部電極１５の主体部
１５ａは、平面寸法１５０×１７０μｍの矩形に近い形
状とした。Ａｕ金属層が（１１１）単一配向膜であり、
Ｍｏ金属層が（１１０）単一配向膜であることは、Ｘ線
回折測定により確認した。このＭｏ／Ａｕ／Ｔｉ下部電
極１５を形成した基板１２上に、表１に記載の厚さのＳ
ｉＮx 層（界面層）またはＡｌ層（界面層）を形成した
後、実施例１と同様の操作により圧電体薄膜１６を形成
して、下部電極１５とＡｌＮ薄膜（圧電体薄膜）１６と
の界面に、ＳｉＮx 層またはＡｌ層が介在するような構
成とした。
【００７３】その後、ＤＣマグネトロン・スパッター法
とリフトオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１
３０×１５０μｍの矩形に近い形状のＭｏ／Ａｕ／Ｎｉ
上部電極１７［実施例４］または厚さ１９５ｎｍのＭｏ
上部電極１７［実施例５］を形成した。実施例４におい
て、Ｔｉ金属層は密着金属層として使用され、Ｐｔ金属
層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ金属層は第３の
金属層として使用され、これらの厚さは表１に記載され
た通りとした。上部電極１７の主体部１７ａは、下部電
極主体部１５ａに対応する位置に配置した。次に、実施
例１と同様の操作により、空隙となるビアホール２０を
形成した。
とリフトオフ法を使用して、主体部１７ａの平面寸法１
３０×１５０μｍの矩形に近い形状のＭｏ／Ａｕ／Ｎｉ
上部電極１７［実施例４］または厚さ１９５ｎｍのＭｏ
上部電極１７［実施例５］を形成した。実施例４におい
て、Ｔｉ金属層は密着金属層として使用され、Ｐｔ金属
層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ金属層は第３の
金属層として使用され、これらの厚さは表１に記載され
た通りとした。上部電極１７の主体部１７ａは、下部電
極主体部１５ａに対応する位置に配置した。次に、実施
例１と同様の操作により、空隙となるビアホール２０を
形成した。
【００７４】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
【００７５】また、実施例１と同様にして、上記薄膜圧
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
【００７６】［実施例６，７］本実施例では、以下のよ
うにして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
うにして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
【００７７】即ち、実施例４と同様の操作により、Ｓｉ
Ｎx から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の材質と厚さとを有する密着金属層、第２の金
属層及び第１の金属層をこの順番に形成し、フォトリソ
グラフィーによりパターン化して、Ｍｏ（ＴＺＭ合金）
／Ａｕ／Ｖ下部電極１５［実施例６］またはＭｏ−Ｒｅ
合金／Ａｕ／Ｃｒより成る下部電極１５［実施例７］を
形成した。下部電極１５の主体部１５ａは、振動部２１
に対応する部分を含むように延びている平面寸法１２０
×２８０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属層が
（１１１）単一配向膜であり、Ｍｏ（ＴＺＭ合金）金属
層またはＭｏ−Ｒｅ合金金属層が（１１０）単一配向膜
であることは、Ｘ線回折測定により確認した。このＭｏ
（ＴＺＭ合金）／Ａｕ／Ｖ下部電極１５またはＭｏ−Ｒ
ｅ合金／Ａｕ／Ｃｒ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により圧電体薄膜１６を形成
した。
Ｎx から成る絶縁体層１３を形成した。この絶縁体層１
３の上面に、ＤＣマグネトロン・スパッター法により表
１に記載の材質と厚さとを有する密着金属層、第２の金
属層及び第１の金属層をこの順番に形成し、フォトリソ
グラフィーによりパターン化して、Ｍｏ（ＴＺＭ合金）
／Ａｕ／Ｖ下部電極１５［実施例６］またはＭｏ−Ｒｅ
合金／Ａｕ／Ｃｒより成る下部電極１５［実施例７］を
形成した。下部電極１５の主体部１５ａは、振動部２１
に対応する部分を含むように延びている平面寸法１２０
×２８０μｍの矩形に近い形状とした。Ａｕ金属層が
（１１１）単一配向膜であり、Ｍｏ（ＴＺＭ合金）金属
層またはＭｏ−Ｒｅ合金金属層が（１１０）単一配向膜
であることは、Ｘ線回折測定により確認した。このＭｏ
（ＴＺＭ合金）／Ａｕ／Ｖ下部電極１５またはＭｏ−Ｒ
ｅ合金／Ａｕ／Ｃｒ下部電極１５を形成した基板１２上
に、実施例１と同様の操作により圧電体薄膜１６を形成
した。
【００７８】その後、ＤＣマグネトロン・スパッター法
とリフトオフ法を使用して、平面寸法６５×８５μｍの
矩形に近い形状の主体部１７Ａａ，１７Ｂａが間隔２０
μｍをおいて配置されたＭｏ（ＴＺＭ合金）／Ａｕ上部
電極１７［実施例６］またはＭｏ−Ｒｅ合金／Ａｕ／Ｔ
ｉ上部電極１７［実施例７］を形成した。実施例６にお
いて、Ａｕ金属層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ
（ＴＺＭ合金）金属層は第３の金属層として使用され、
これらの厚さは表１に記載された通りとした。また、実
施例７において、Ｔｉ金属層は密着金属層として使用さ
れ、Ａｕ金属層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ−
Ｒｅ合金金属層は第３の金属層として使用され、これら
の厚さは表１に記載された通りとした。上部電極１７の
主体部１７Ａａ，１７Ｂａは、それぞれ下部電極１５に
対応する位置に配置した。次に、実施例１と同様の操作
により、空隙となるビアホール２０を形成した。
とリフトオフ法を使用して、平面寸法６５×８５μｍの
矩形に近い形状の主体部１７Ａａ，１７Ｂａが間隔２０
μｍをおいて配置されたＭｏ（ＴＺＭ合金）／Ａｕ上部
電極１７［実施例６］またはＭｏ−Ｒｅ合金／Ａｕ／Ｔ
ｉ上部電極１７［実施例７］を形成した。実施例６にお
いて、Ａｕ金属層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ
（ＴＺＭ合金）金属層は第３の金属層として使用され、
これらの厚さは表１に記載された通りとした。また、実
施例７において、Ｔｉ金属層は密着金属層として使用さ
れ、Ａｕ金属層は第４の金属層として使用され、Ｍｏ−
Ｒｅ合金金属層は第３の金属層として使用され、これら
の厚さは表１に記載された通りとした。上部電極１７の
主体部１７Ａａ，１７Ｂａは、それぞれ下部電極１５に
対応する位置に配置した。次に、実施例１と同様の操作
により、空隙となるビアホール２０を形成した。
【００７９】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。
【００８０】また、カスケード・マイクロテック製マイ
クロ波プローバーを使用して、上記薄膜圧電共振子の下
部電極１５の端子部（図３及び図４で左側の露出部分）
を接地電極に接続し、上部電極１７Ａの端子部１７Ａｂ
から信号を入力し、上部電極１７Ｂの端子部１７Ｂｂか
ら出力信号を取り出して、ネットワークアナライザーで
信号強度・波形などを解析した。個々の共振子の共振周
波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、電気機
械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得ら
れた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械
結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
クロ波プローバーを使用して、上記薄膜圧電共振子の下
部電極１５の端子部（図３及び図４で左側の露出部分）
を接地電極に接続し、上部電極１７Ａの端子部１７Ａｂ
から信号を入力し、上部電極１７Ｂの端子部１７Ｂｂか
ら出力信号を取り出して、ネットワークアナライザーで
信号強度・波形などを解析した。個々の共振子の共振周
波数ｆr および反共振周波数ｆa の測定値から、電気機
械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得ら
れた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械
結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
【００８１】［実施例８］本実施例では、以下のように
して、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【００８２】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質及び厚さが表１〜
表３に示されているようにされたこと以外は、実施例６
と同様の工程を実行した。ここで、絶縁体層１３として
は、熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 層を用いた。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質及び厚さが表１〜
表３に示されているようにされたこと以外は、実施例６
と同様の工程を実行した。ここで、絶縁体層１３として
は、熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 層を用いた。
【００８３】実施例６と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【００８４】また、実施例６と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【００８５】［実施例９，１０］本実施例では、以下の
ようにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧
電共振子を作製した。
ようにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧
電共振子を作製した。
【００８６】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質及び厚さが表１〜
表３に示されているようにされたこと以外は、実施例２
と同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質及び厚さが表１〜
表３に示されているようにされたこと以外は、実施例２
と同様の工程を実行した。
【００８７】実施例２と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【００８８】また、実施例２と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【００８９】［実施例１１，１２］本実施例では、以下
のようにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜
圧電共振子を作製した。
のようにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜
圧電共振子を作製した。
【００９０】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例４と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例４と
同様の工程を実行した。
【００９１】実施例４と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【００９２】また、実施例４と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【００９３】［実施例１３］本実施例では、以下のよう
にして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共
振子を作製した。
にして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共
振子を作製した。
【００９４】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされ、空隙となるビアホール２
０形成後に、ドライエッチングにより、振動部２１に対
応する領域の絶縁体層１３をもエッチング除去して、下
部電極１５の下面を露出させたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされ、空隙となるビアホール２
０形成後に、ドライエッチングにより、振動部２１に対
応する領域の絶縁体層１３をもエッチング除去して、下
部電極１５の下面を露出させたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
【００９５】実施例８と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【００９６】また、実施例８と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【００９７】［実施例１４］本実施例では、以下のよう
にして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共
振子を作製した。
にして、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共
振子を作製した。
【００９８】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
【００９９】実施例８と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【０１００】また、実施例８と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【０１０１】［比較例１，２］本比較例では、以下のよ
うにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
うにして、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電
共振子を作製した。
【０１０２】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例１と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例１と
同様の工程を実行した。
【０１０３】上記の工程によって製造されたＡｌＮ薄膜
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。ＸＰＳ分光法により測定したＡｌＮ薄膜の酸素
含有量は、表２に示す通りであった。実施例１〜１４と
同様の操作で分析評価を行ったのであるが、ＡｌＮ薄膜
の品質が悪い為に、ＸＰＳ分析までに膜が酸化されて、
酸素含有量が増加した可能性もある。
−金属電極積層体について、実施例１と同様にして、Ａ
ｌＮ薄膜（圧電体薄膜）の組成分析、ディフラクトメー
ター法による格子定数測定、および（０００２）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）測定を行
った。ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２
に示す。ＸＰＳ分光法により測定したＡｌＮ薄膜の酸素
含有量は、表２に示す通りであった。実施例１〜１４と
同様の操作で分析評価を行ったのであるが、ＡｌＮ薄膜
の品質が悪い為に、ＸＰＳ分析までに膜が酸化されて、
酸素含有量が増加した可能性もある。
【０１０４】また、実施例１と同様にして、上記薄膜圧
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
電共振子（ＦＢＡＲ）の電極端子１５ｂ，１７ｂ間のイ
ンピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆr お
よび反共振周波数ｆa の測定値から、電気機械結合係数
ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。得られた薄膜圧
電共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋ
t 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示す。
【０１０５】［比較例３］本比較例では、以下のように
して、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図３及び図４に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【０１０６】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例８と
同様の工程を実行した。
【０１０７】実施例８と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【０１０８】また、実施例８と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【０１０９】［比較例４］本比較例では、以下のように
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
して、図１及び図２に示されている構造の薄膜圧電共振
子を作製した。
【０１１０】即ち、絶縁体層１３、下部電極１５、上部
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例１と
同様の工程を実行した。
電極１７および圧電体薄膜１６の材質、厚さが表１〜表
３に示されているようにされたこと以外は、実施例１と
同様の工程を実行した。
【０１１１】実施例１と同様にして、得られたＡｌＮ薄
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
膜（圧電体薄膜）の組成分析とＸ線回折測定を行った。
ＡｌＮ薄膜の組成および結晶性の評価結果を表２に示
す。
【０１１２】また、実施例１と同様にして測定した、共
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
振周波数ｆr および反共振周波数ｆ a の測定値から、電
気機械結合係数ｋt 2および音響的品質係数Ｑを求めた。
得られた薄膜圧電共振子の厚み振動の基本周波数、電気
機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを表３に示
す。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
【表３】
【０１１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化アル
ミニウム薄膜−金属電極積層体では、高配向性の薄膜が
容易に得られる面心立方構造の金属の薄膜と高弾性の体
心立方構造の金属の薄膜とを積層することにより、高配
向性かつ高弾性の積層金属電極膜を形成し、この積層金
属電極膜上に窒化アルミニウム薄膜を成長させているの
で、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブが急
峻なピークで半値幅（ＦＷＨＭ）が小さく、従って高配
向性、高結晶性のｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜が得
られる。
ミニウム薄膜−金属電極積層体では、高配向性の薄膜が
容易に得られる面心立方構造の金属の薄膜と高弾性の体
心立方構造の金属の薄膜とを積層することにより、高配
向性かつ高弾性の積層金属電極膜を形成し、この積層金
属電極膜上に窒化アルミニウム薄膜を成長させているの
で、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブが急
峻なピークで半値幅（ＦＷＨＭ）が小さく、従って高配
向性、高結晶性のｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜が得
られる。
【０１１７】また、本発明の薄膜圧電共振子は、以上の
ような窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体により高
弾性かつ高配向性の金属薄膜より成る一方の金属電極と
高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム圧電薄
膜との組合せを構成し、その上に他方の金属電極を形成
することにより、電気機械結合係数、音響的品質係数
（Ｑ値）などの性能が著しく向上する。その結果、従来
に無い高特性のＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを作製でき、こ
れを用いて、高周波域で損失が少なく、利得、帯域特性
の良好な圧電薄膜フィルター、薄膜ＶＣＯ、送受信分波
器などの薄膜圧電素子を提供することが可能となる。
ような窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体により高
弾性かつ高配向性の金属薄膜より成る一方の金属電極と
高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム圧電薄
膜との組合せを構成し、その上に他方の金属電極を形成
することにより、電気機械結合係数、音響的品質係数
（Ｑ値）などの性能が著しく向上する。その結果、従来
に無い高特性のＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを作製でき、こ
れを用いて、高周波域で損失が少なく、利得、帯域特性
の良好な圧電薄膜フィルター、薄膜ＶＣＯ、送受信分波
器などの薄膜圧電素子を提供することが可能となる。
【図１】本発明による薄膜圧電共振子の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明による薄膜圧電共振子の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明による薄膜圧電共振子の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図である。
１１ 薄膜圧電共振子
１２ 単結晶または多結晶からなる基板
１３ 下地絶縁膜
１４ 圧電積層構造体
１５ 下部電極
１５ａ 下部電極主体部
１５ｂ 下部電極端子部
１６ 圧電体薄膜
１６−１ 第１の圧電体薄膜
１６−２ 第２の圧電体薄膜
１７ 上部電極
１７’ 内部電極
１７ａ 上部電極主体部
１７ｂ 上部電極端子部
１７Ａ 上部電極の第１電極部
１７Ａａ 第１電極部の主体部
１７Ａｂ 第１電極部の端子部
１７Ｂ 上部電極の第２電極部
１７Ｂａ 第２電極部の主体部
１７Ｂｂ 第２電極部の端子部
１８ 上部電極
２０ エッチングによって基板に形成したビアホール
２１ 振動部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 橋本 智仙
山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部
興産株式会社宇部研究所内
Ｆターム(参考） 5J108 AA07 EE03 FF03 FF05 KK01
KK02
Claims (20)
- 【請求項１】 金属電極と該金属電極の上に少なくとも
一部が形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウム薄膜
との積層体であって、前記金属電極が体心立方構造を有
する第１の金属層と面心立方構造を有する第２の金属層
との積層を含む２以上の金属層から構成されており、前
記第１の金属層の厚さが前記金属電極の厚さの０．５倍
以上であることを特徴とする窒化アルミニウム薄膜−金
属電極積層体。 - 【請求項２】 前記第１の金属層は、モリブデン、タン
グステン、モリブデンを主成分とする合金、およびタン
グステンを主成分とする合金のうちから選ばれる金属で
構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒
化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項３】 前記第２の金属層は、イリジウム、白
金、金、アルミニウム、銀、イリジウムを主成分とする
合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする合
金、アルミニウムを主成分とする合金、および銀を主成
分とする合金のうちから選ばれる金属で構成されている
ことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の窒
化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項４】 前記窒化アルミニウム薄膜は前記第１の
金属層と接して形成されていることを特徴とする、請求
項１〜３のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜−金
属電極積層体。 - 【請求項５】 前記窒化アルミニウム薄膜と前記第１の
金属層との間に、前記金属電極の厚さの０．１倍以下の
厚さの金属層または化合物層からなる界面層が形成され
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項６】 前記界面層は、アルミニウム、シリコ
ン、アルミニウムを主成分とする合金または化合物、お
よびシリコンを主成分とする合金または化合物から選ば
れる金属または化合物で構成されていることを特徴とす
る、請求項５に記載の窒化アルミニウム薄膜−金属電極
積層体。 - 【請求項７】 前記第２の金属層の前記第１の金属層に
面する側とは反対の側の面に、密着金属層が形成されて
いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載
の窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項８】 前記密着金属層は、マグネシウム、チタ
ン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、
タンタル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成分と
する合金、チタンを主成分とする合金、バナジウムを主
成分とする合金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハ
フニウムを主成分とする合金、ニオブを主成分とする合
金、タンタルを主成分とする合金、クロムを主成分とす
る合金、およびニッケルを主成分とする合金から選ばれ
る金属で構成されていることを特徴とする請求項７に記
載の窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項９】 前記窒化アルミニウム薄膜の（０００
２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨ
Ｍ）が３．３°未満であることを特徴とする、請求項１
〜８のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜−金属電
極積層体。 - 【請求項１０】 前記第１の金属層の（１１０）回折ピ
ークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が４．５
°未満であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれ
かに記載の窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体。 - 【請求項１１】 圧電体薄膜が複数の電極の間に挟み込
まれ、前記圧電体薄膜がその周囲の支持により中心部に
て橋架けされてなる構造を有する薄膜圧電共振子におい
て、前記圧電体薄膜と前記電極のうちの１つが請求項１
〜１０のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜−金属
電極積層体で構成されていることを特徴とする薄膜圧電
共振子。 - 【請求項１２】 振動空間を有する半導体あるいは絶縁
体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する位置
にて下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順に積
層された積層構造体とを備えている薄膜圧電共振子にお
いて、前記圧電体薄膜と前記下部電極とが請求項１〜１
０のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜−金属電極
積層体で構成されていることを特徴とする薄膜圧電共振
子。 - 【請求項１３】 前記上部電極は互いに隔離して配置さ
れた２つの電極部からなることを特徴とする、請求項１
２に記載の薄膜圧電共振子。 - 【請求項１４】 前記振動空間に面する位置にて前記積
層構造体には少なくとも一層の酸化シリコンおよび／ま
たは窒化シリコンを主成分とする絶縁層が付されている
ことを特徴とする、請求項１２〜１３のいずれかに記載
の薄膜圧電共振子。 - 【請求項１５】 前記上部電極は、モリブデン、タング
ステン、ニオブ、アルミニウム、モリブデンを主成分と
する合金、タングステンを主成分とする合金、ニオブを
主成分とする合金、およびアルミニウムを主成分とする
合金のうちから選ばれる金属を含んで構成されているこ
とを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の
薄膜圧電共振子。 - 【請求項１６】 前記上部電極は、モリブデン、タング
ステン、ニオブ、モリブデンを主成分とする合金、タン
グステンを主成分とする合金、ニオブを主成分とする合
金、イリジウム、白金、金、銀、イリジウムを主成分と
する合金、白金を主成分とする合金、金を主成分とする
合金、銀を主成分とする合金、マグネシウム、アルミニ
ウム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウ
ム、タンタル、クロム、ニッケル、マグネシウムを主成
分とする合金、アルミニウムを主成分とする合金、チタ
ンを主成分とする合金、バナジウムを主成分とする合
金、ジルコニウムを主成分とする合金、ハフニウムを主
成分とする合金、タンタルを主成分とする合金、クロム
を主成分とする合金、およびニッケルを主成分とする合
金から選ばれる金属からなる金属層の２種類以上の積層
を含んで構成されていることを特徴とする、請求項１２
〜１４のいずれかに記載の薄膜圧電共振子。 - 【請求項１７】 振動空間を有する半導体あるいは絶縁
体からなる基板と、該基板の前記振動空間に面する位置
にて下部電極、第１の圧電体薄膜、内部電極、第２の圧
電体膜および上部電極がこの順に積層された積層構造体
とを備えている薄膜圧電共振子において、前記第１の圧
電体薄膜と前記下部電極とが請求項１〜１０のいずれか
に記載の窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体で構成
されていることを特徴とする薄膜圧電共振子。 - 【請求項１８】 前記振動空間に面する位置にて前記積
層構造体には少なくとも一層の酸化シリコンおよび／ま
たは窒化シリコンを主成分とする絶縁層が付されている
ことを特徴とする、請求項１７に記載の薄膜圧電共振
子。 - 【請求項１９】 前記上部電極及び前記内部電極のそれ
ぞれは、モリブデン、タングステン、ニオブ、アルミニ
ウム、モリブデンを主成分とする合金、タングステンを
主成分とする合金、ニオブを主成分とする合金、および
アルミニウムを主成分とする合金のうちから選ばれる金
属を含んで構成されていることを特徴とする、請求項１
７〜１８のいずれかに記載の薄膜圧電共振子。 - 【請求項２０】 前記上部電極及び前記内部電極のそれ
ぞれは、モリブデン、タングステン、ニオブ、モリブデ
ンを主成分とする合金、タングステンを主成分とする合
金、ニオブを主成分とする合金、イリジウム、白金、
金、銀、イリジウムを主成分とする合金、白金を主成分
とする合金、金を主成分とする合金、銀を主成分とする
合金、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、クロム、ニ
ッケル、マグネシウムを主成分とする合金、アルミニウ
ムを主成分とする合金、チタンを主成分とする合金、バ
ナジウムを主成分とする合金、ジルコニウムを主成分と
する合金、ハフニウムを主成分とする合金、タンタルを
主成分とする合金、クロムを主成分とする合金、および
ニッケルを主成分とする合金から選ばれる金属からなる
金属層の２種類以上の積層を含んで構成されていること
を特徴とする、請求項１７〜１８のいずれかに記載の薄
膜圧電共振子。
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