JP2004120494A - 薄膜圧電共振子、それを用いたフィルタ及びデュプレクサ並びに薄膜圧電共振子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は挿入損失の低い又はリップルの小さい薄膜共振子、フィルタ、デュプレクサ及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部と連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部と連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、薄膜圧電共振子、この圧電共振子を含むフィルタ及びデュプレクサ並びに薄膜圧電共振子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、飛躍的に普及してきた携帯電話等の移動体通信機器では、年々、小型化、使用周波数の高周波化が進められている。そのため、移動体通信機器に使用される電子部品にも、小型化、高周波化が望まれている。
【０００３】
移動体通信機器には一つのアンテナを送信と受信とに共用させるために送信信号の経路と受信信号の経路とを切り替えるデュプレクサを備えているものがある。このデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備えている。
【０００４】
近年、上記デュプレクサにおけるフィルタには、弾性表面波フィルタが用いられることがある。弾性表面波フィルタは、２ＧＨｚまでの周波数に対応でき、また、セラミックフィルタに比べて小型化が可能であるという特徴を有する。しかし、今後、移動体通信機器の使用周波数が２ＧＨｚ以上となった場合に弾性表面波フィルタがそのような周波数に対応するには、現状では技術的課題が多い。
【０００５】
そこで、最近、例えば、特開２０００−２７８０７８号公報に示されるように、薄膜バルクアコースティック共振子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；以下、ＦＢＡＲ）と呼ばれるデバイスが注目されている。このＦＢＡＲは、圧電薄膜の厚さ方向の共振を利用した薄膜圧電共振子である。ＦＢＡＲでは、圧電薄膜の厚さを変えることにより共振周波数を変えることが出来る。また、ＦＢＡＲは、数ＧＨｚの周波数まで対応することが可能と考えられる。
【０００６】
従来の薄膜圧電共振子の構造は図１０に示すように基体１と、この基体１の上下面に形成された上部バリア層２、下部バリア層３と、この上部バリア層２上に形成された下部電極４と、この下部電極４上に形成された圧電薄膜５と、この圧電薄膜５上に形成された上部電極６と、グランド電極７からなるいわゆるコプレーナ構造をとっている。なお、基体１には、振動空間Ｓを有している。
【０００７】
また、薄膜圧電共振子の他の形態として、基体に振動空間を設けずに音響多層膜が形成されているものが挙げられる（非特許文献１を参照）。この形態の薄膜圧電共振子は基体と、この基体の上に形成された複数の層からなる音響多層膜と、この音響多層膜の上に配置された下部電極と、この下部電極の上に配置された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に配置された上部電極とを備えている。音響多層膜は、例えば窒化アルミニウムのように音響インピーダンスの高い材料からなる層と、例えば酸化シリコンのように音響インピーダンスの低い材料からなる層を積層することにより形成される。
【０００８】
更に、他の形態として、空洞が基体と下部電極の間に設けられているものもある（特許文献２）。この形態の薄膜圧電共振子は基体と、この基体の上に空洞を形作るよう形成された下部電極と、この下部電極の上に配置された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に配置された上部電極とを備えるように構成されている。
【０００９】
そして、これらの薄膜圧電共振子は、何れも圧電薄膜の両面に上部電極及び下部電極を有し、上部電極、下部電極の電極材料として、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属を用いることができる。
【００１０】
電極は共振部に係る部分と、取り出し部分とからなり、通常、薄膜形成法によりこれら部分は一体として形成される。また、電極部を含めた共振部の膜厚は所望の周波数により定められるため、取り出し部分を含めた電極の全体の厚みも必然的に定められることになる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２７８０７８号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１８９３０７号公報
【特許文献３】
国際公開第９９／３７０２３号パンフレット
【非特許文献１】
Ｋ．Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ”Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒｓ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００１年３月５日，ｐ． ９３−９９
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極の厚みが共振周波数により制限されるため、膜厚が薄い場合には電気的な損失を生じる場合がある。また、薄膜圧電共振子は圧電薄膜の厚み振動モードを用いることにより共振特性が得られているが、共振部の電極材料、構造によっては、通過帯域の通過信号に厚みずれモードによるリップルが生じることがある。
【００１３】
そこで、本発明の第１の目的は、挿入損失の低い薄膜共振子、フィルタ、デュプレクサ及びその製造方法を提供するものである。
また、本発明の第２の目的は、リップルの小さい薄膜共振子、フィルタ、デュプレクサ及びその製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部と連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１５】
（２） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有し、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの同一面上にグランド電極とを有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は、共振部と取り出し部とからなり、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１６】
（３） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部と、この取り出し部と連続して形成される共振部との電極材料が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１７】
（４） 前記薄膜圧電共振子であって、取り出し部の少なくとも一部が、異なる電極材料で重畳して形成され、重畳して形成されされた一の電極が、共振部と連続して形成されること特徴とする（３）に記載の薄膜圧電共振子。
【００１８】
（５） 前記薄膜圧電共振子であって、前記圧電薄膜の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の薄膜圧電共振子。
【００１９】
（６） 前記薄膜圧電共振子を有する（１）〜（５）の何れかに記載のフィルタ。
【００２０】
（７） 前記薄膜圧電共振子を有する（１）〜（５）の何れかに記載のデュプレクサ。
【００２１】
（８） 圧電性を有する圧電体薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子の製造方法であって、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの形成工程は、少なくとも２回の成膜およびパターン化による電極形成工程を有し、１回目のパターン化で使用するマスクと２回目以降のパターン化で使用するマスクの形状が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子の製造方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００２３】
図１に本発明に係る薄膜圧電共振子の第１の実施形態の概略図を示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【００２４】
本発明に係る共振子は、振動空間Ｓを有する基体１１と、この基体１１上下面に設けた上部バリア層１２、下部バリア層１３を備えている。そして、上部バリア層１２上に設けた下部電極１４と、この下部電極１４上に設けた圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５上に設けた上部電極１６及びグランド電極１７とを備えており、圧電薄膜に設けたスルーホール１５ａを介して下部電極と信号電極とを電気的に接続することにより、コプレナー構造の共振子を構成している。
【００２５】
そして、上部電極１６及び下部電極１４は、上部電極１６及び下部電極１４の共振を起こす部分（以下、それぞれ共振部１６ａ、１４ａとする）と、上部電極１６及び下部電極１４のうち共振部１６ａ、１４ａ以外の部分（以下、それぞれ取り出し部１６ｂ、１４ｂとする）とからなり、少なくとも上部電極１６又は下部電極１４の何れかの取り出し部１６ｂ、１４ｂの少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部に連続して形成される共振部１６ａ、１４ａの電極厚みよりも厚く構成されている。ここで、連続して形成されるとは、共振部と取り出し部が同一平面上であって、電気的に導通している関係にあるように形成されているものである。すなわち、図１であれば、例えば、上部電極の取り出し部１６ｂと、共振部１６ａとの関係及び下部電極の取り出し部１４ｂと、共振部１４ａとの関係が連続的に形成されていることになる。
【００２６】
更に、グランド電極を設けるコプレナー構造では、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚く構成しても良い。
【００２７】
図１では上部電極１６の取り出し部１６ｂ全面の電極厚みを厚く構成のものを例示するが、取り出し部１６ｂの一部を厚く構成しても良い。また、グランド電極１７の全部又は一部を厚くしても良い。また、厚くする電極は、少なくとも上部電極１６、下部電極１４又はグランド電極１７の何れかとしても良い。取り出し部やグランド電極の一部を厚くする場合、例えば、取り出し部の端部付近を厚く構成し、導通用のワイヤ等を接続するためのパットとしても良い。
【００２８】
通常、共振部の電極厚みは所望の共振周波数を得るために制限されるが、取り出し部やグランド電極は共振には関係しないために、任意の厚みとすることができる。よって、電極の電気抵抗に影響を受ける挿入損失を低減するために、可能な限り上部電極、下部電極の取り出し部やグランド電極の電極厚みを厚くすることによりこの部分の電気抵抗を下げることができ、共振子の挿入損失を減らすことができる。
【００２９】
基体１１には、共振子Ｔが配置される領域に、１つの空洞Ｓが設けられている。空洞Ｓは上面から見たときに矩形の形状になっている。また、基体１１は例えばＳｉ基板が用いられ、その厚みは１００〜１０００μｍ程度である。
【００３０】
上部バリア層１２は、基体１１の空洞Ｓに対応する領域にも下部電極１４を配置できるように、基体１１と下部電極１４とを隔てる絶縁層である。上部バリア層１２は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、ＳｉＯ２等を用いることができ、その厚みは０．０３〜０．５μｍ程度である。
【００３１】
下部バリア層１３は、空洞Ｓを設けるために所定のパターンで形成されている。下部バリア層１３は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、ＳｉＯ２等を用いることができ、その厚みは０．０３〜０．５μｍ程度である。
【００３２】
圧電薄膜１５は、圧電性を有する薄膜であり、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを用いることができる。膜厚は、５μｍ以下が好ましい。膜厚が大きくなり過ぎると、使用周波数が低くなるからである。よって、膜厚は薄いほど使用周波数が高周波側にシフトするので好ましいが、製造上の問題や信頼性の問題等から、膜厚の下限は０．０５μｍ程度である。
【００３３】
また、圧電薄膜１５に用いる材料によっては、例えば、ＰＺＴを用いる場合には上部バリア層と下部電極層の間にバッファー層（図示せず）を設けても良い。バッファー層は、例えば、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等を用いることができ、０．０３〜０．５μｍ程度設ければよい。
【００３４】
下部電極１４及び上部電極１６は、それぞれＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属を用いることができる。また、電極材料の圧電薄膜への密着性を向上する観点から、各電極を形成する前に圧電薄膜上に接着層を形成しても良い。例えば、接着層としてクロム（Ｃｒ）層を形成後その全面上に金（Ａｕ）層を積層する二層構造として形成しても良い。下部電極及び上部電極の厚さは、少なくとも取り出し部一部厚みが共振部の厚みよりも厚い。共振部は、共振子の周波数により定まり、０．０３〜１μｍ程度である。一方で、取り出し部の少なくとも一部を厚くする場合は、その上限は５μｍ程度である。
【００３５】
また、グランド電極１７を設ける場合、例えば圧電薄膜上面に一方向に長い矩形状に形成されるが、形状はこれに限定されない。グランド電極を設け、グランド電極の少なくとも一部を共振部より厚くする場合、その上限は５μｍ程度である。
【００３６】
図１における下部電極１４の左側の端部近傍に設けた共振部１４ａと上部電極１６の右側の端部近傍に設けた共振部１６ａは、圧電薄膜１５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら共振部１４ａ、１６ａと圧電薄膜１５とで共振子Ｔが形成されている。なお、図１（ａ）では、便宜上、下部電極１４の共振部１４ａと上部電極１６の共振部１６ａの大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【００３７】
更に、圧電薄膜１５には、下部電極１４の共振部１４ａを設けた端部の他端近傍に対応する位置にスルーホール１５ａを設ける。そして、下部電極１４はスルーホール１５ａを通過するボンディングワイヤ等によって信号用導体部に接続される（図示せず）。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態として、図２に本発明に係るフィルタの概略図を示す。（ａ）は平面図を（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。これは、図３に示すような、共振子が直列及び並列に接続されたラダー型のフィルタとして構成されるものである。
【００３９】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。以下に、異なる構成である電極の構成について説明する。
【００４０】
下部電極２４Ａ、２４Ｂは、図２における左右に並べて配置されている。下部電極２４Ｃは、下部電極２４Ａ、２４Ｂの図２における下側に配置されている。下部電極２４Ａ、２５Ｂの各平面形状は、互いに近接する端部近傍付近の幅が他の部分より若干大きい略矩形状に形成されている。下部電極２４Ｃの平面形状は、一方向に長い矩形状に形成されている。
【００４１】
上部電極２６の平面形状は、略Ｔ字形をなし、３つの端部付近に共振部２６ａ、２６ｂ、２６ｃと取り出し部２６ｄとを有し、共振部２６ａ、２６ｂの幅は他の部分より若干広くなっている。
【００４２】
下部電極２４Ａはフィルタの入力端を兼ね、下部電極２４Ｂはフィルタの出力端を兼ねている。下部電極２４Ｃは接地される。そして、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃはそれぞれ共振部２４Ａａ、２４Ｂａ、２４Ｃａと取り出し部２４Ａｂ、２４Ｂｂ、２４Ｃｂ、２４Ｃｃとからなる。
【００４３】
そして、本発明に係るフィルタは、少なくとも上部電極２６又は下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの取り出し部２６ｄ、２４Ａｂ、２４Ｂｂ、２４Ｃｂ、２４Ｃｃの少なくとも一部の電極厚みが、連続して形成される共振部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２４Ａａ、２４Ｂａ、２４Ｃａの電極厚みよりも厚く構成されている。
【００４４】
なお、図２では、上部電極２６の取り出し部２６ｄの全面厚みが上部電極２６の共振部部２６ａ、２６ｂ、２６ｃの厚みよりも厚く構成されているものを例示するが、取り出し部２６ｄの一部を厚く構成しても良い。また、少なくとも下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの取り出し部の何れかの全部又は一部を厚くしても良い。また、厚くする電極は、少なくとも上部電極２６、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの何れかとしても良い。
【００４５】
下部電極２４Ａの右側の端部近傍に設けた共振部２４Ａａと上部電極２６の左側の端部近傍に設けた共振部２６ａは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ａａ、２６ａと圧電薄膜２５とで、フィルタの入力端側の直列共振子Ｔ１が形成されている。
【００４６】
また、下部電極２４Ｂの左側の端部近傍に設けた共振部２４Ｂａと上部電極２６の右側の端部近傍に設けた共振部２６ｂは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ｂａ、２６ｂと圧電薄膜２５とで、フィルタの出力端側の直列共振子Ｔ２が形成されている。なお、図２（ａ）では、便宜上、下部電極２４Ａ、２４Ｂの共振部２４Ａａ、２４Ｂａと上部電極２６の共振部２６ａ、２６ｂの大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【００４７】
また、下部電極２４Ｃの中央近傍に設けた共振部２４Ｃａと上部電極２６の下側の端部近傍に設けた共振部２６ｃは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ｃａ、２６ｃと圧電薄膜２５とで、フィルタの並列共振子Ｔ３が形成されている。
【００４８】
更に、圧電薄膜２５には、下部電極２４Ａ及び２４Ｂの共振部２４Ａａ、２４Ｂａを設けた端部の他端近傍に対応する位置と、下部電極２４Ｃの両端部近傍に対応する位置とに、それぞれスルーホール２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを設ける。そして、下部電極２４Ａ、２４Ｂはそれぞれスルーホール２５ａ、２５ｂを通過するボンディングワイヤ等によって信号用導体部に接続される（図示せず）。また、下部電極２４Ｃはスルーホール２５ｃ、２５ｄを通過するボンディングワイヤ等によって接地用導体部に接続される（図示せず）。
【００４９】
また、図示しないが、本発明に係る共振子をデュプレクサとして機能するように構成しても良い。
【００５０】
次に本発明に係るフィルタの作製方法について図２を参照して説明する。なお、図１に示すような、本発明に係る共振子も電極構造が異なるのみで基本的には同様の製造方法により作製される。
【００５１】
最初に基体２１としてベアＳｉウェハの上下面に化学的気相成長法により、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を所定の厚さに付着させる。Ｓｉウェハの上面に形成したＳｉＮｘは上部バリア層２２である。下部バリア層２３は、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって、Ｓｉウェハの背面のＳｉＮｘに所定のパターンで形成される。
【００５２】
下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、いわゆるリフトオフプロセスにより、以下の手順で形成される。
【００５３】
まず、フォトリソグラフィによって、フォトレジストの所定のパターンが形成される。次に、スパッタリングにより、電極材料となる金属、例えばクロムと金（Ｃｕ／Ａｕ）を、それぞれ所定の厚さに積層する。例えば、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍに形成する。なお、Ｃｒは接着層として使用される。
【００５４】
次にパターン化されたフォトレジストと、その上のＣｕ／Ａｕとをアセトン等の溶剤で取り除くことにより、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが得られる。
【００５５】
次に、スパッタリングにより圧電薄膜２５となる圧電材料、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を所定の厚さで形成する。圧電薄膜は酢酸でエッチングされ、ボンディングワイヤを下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに接触するためのスルーホール２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが形成される。
【００５６】
その後、上部電極２６がリフトオフプロセスによって形成される。例えば、図４に示すようなマスク４１を使用して、Ｃｒ／Ａｕをスパッタリングして電極を形成後、更に同図のマスク４２を使用してＣｒ／Ａｕをスパッタリングすることにより、マスク４１、４２の重複部分について、電極を厚く構成することができる。このように、マスクの形状を選択することにより所定の部分の電極を厚く構成することができる。
【００５７】
なお、通常上部電極２６上に膜厚の厚い接続部２６ｄを形成する場合、リフトオフプロセスを２度繰り返す必要があり、製造工程が増える問題があるが、例えば、図３に示すような直列−並列−直列タイプのフィルタ（ラダー型フィルタ）では、特に問題とはならない。すなわち、フィルタを構成する場合、直列共振器と並列共振器との周波数を変える必要があるが、例えば、直列共振器と並列共振器の共振部の電極厚みを変えて周波数を変える場合、そもそも、リフトオフプロセスを２度繰り返すことが前提となる。よって、ラダーフィルタでは、図４に示すようなマスク等を用いることにより、工程を増やすことなく、電極の一部分の厚みを増やすことにより損入損失を低減させることができる。
【００５８】
最後に、Ｓｉウェハは、下部バリア層を使用して、ＫＯＨ溶液で背面側からエッチングされ、フィルタが完成する。
【００５９】
以上、上部電極を厚く構成する例を説明したが、同様な電極作製手順で下部電極を厚くしても良く、また、上部、下部の両電極を厚くしても良い。
【００６０】
図５に本発明に係る薄膜圧電共振子の第３の実施形態の概略図を示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【００６１】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。また、図５は上部電極、下部電極、グランド電極及び圧電薄膜以外は省略する。以下に、異なる構成である電極の構成について説明する。
【００６２】
本発明に係る共振子は、少なくとも上部電極３４又は下部電極３６において、それぞれの共振部３４ａ、３６ａの電極材料と、その共振部３４ａ、３６ａと連続して形成される取り出し部３４ｂ、３６ｂの電極材料が異なる。
【００６３】
そして、共振部と取り出し部との結合部を部分的に重ね合わせて結合する。すなわち、取り出し部３４ｂの少なくとも一部が、共振部３４ａと異なる電極材料で重畳して形成され、重畳して形成されされた一の電極が、共振部３４ａと連続して形成されている。この結合部の電気的接続が不十分であると挿入損失が大きくなるために、確実に電気的接合をとる必要があるからである。
【００６４】
また、グランド電極を設けるコプレナー構造では、グランド電極３７の電極材料を上部電極３４又は下部電極３６の共振部３４ａ、３６ａの電極材料と変えて構成しても良い。
【００６５】
共振部３４ａ、３６ａの電極材料は、ポアソン比、密度が小さいものが好ましい。また、取り出し部３４ｂ、３６ｂ又はグランド電極３７の電極材料は比抵抗の小さなものがよい。具体的には、共振部の電極材料はアルミニウム（Ａｌ）が好ましく、取り出し部の電極材料は銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）が好ましい。
【００６６】
共振部の電極材料をポアソン比、密度の小さいものにすることにより、通過帯域の通過信号に厚みずれモードによるリップルが小さくなる。また、引き出し部やグランド電極の電極材料を比抵抗の小さなものにすることにより、挿入損失を低減させることができる。
【００６７】
表１に電極材料の諸特性、図６にインピーダンスの周波数特性を示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
なお、図６のインピーダンス周波数特性は、０．１μｍの上部バリア層（ＳｉＮｘ）、０．１μｍの下部電極、１μｍの圧電薄膜（ＺｎＯ）、０．１μｍの上部電極からなる薄膜圧電共振子について電極材料を変えて測定したものである。
【００７０】
これより、ポアソン比及び密度が小さいＡｌ電極材料が最もリップルが小さくなることがわかる。
【００７１】
更に、上部電極及び下部電極の電極の厚みは、取り出し部と連続して形成される共振部とで変える必要はないが、本発明に係る第１の実施の形態と同様に、取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚く構成されていることが好ましい。また、グランド電極を設けるコプレナー構造等では、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一平面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚く構成することが好ましい。
【００７２】
また、図３に示すようなラダー型フィルタにであって、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料を変えて構成しても良い。
更には、図示しないが、本発明に係る共振子をデュプレクサとして機能するように構成しても良い。
【００７３】
次に本発明に係る共振子の第３の実施形態の作製方法について図５を参照しながら説明する。
【００７４】
最初に基体としてベアＳｉウェハの上下面に化学的気相成長法により、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を所定の厚さに付着させる。Ｓｉウェハの上面に形成したＳｉＮｘは上部バリア層である。下部バリア層は、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって、Ｓｉウェハの背面のＳｉＮｘに所定のパターンで形成される（以上の層構成は図１と同様）。
【００７５】
下部電極３４は、いわゆるリフトオフプロセスにより、以下の手順で形成される。
【００７６】
まず、フォトリソグラフィによって、フォトレジストの所定のパターンが形成される。次に、スパッタリングにより、電極材料となる金属、例えばクロムと金（Ｃｕ／Ａｕ）を、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの厚さに積層する。なお、Ｃｒは接着層として使用される。
【００７７】
次にパターン化されたフォトレジストと、その上のＣｕ／Ａｕとをアセトン等の溶剤で取り除くことにより、下部電極３６が得られる。
【００７８】
次に、スパッタリングにより圧電薄膜３５となる圧電材料、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を所定の厚さに形成する。圧電薄膜は酢酸でエッチングされ、ボンディングワイヤを下部電極３４に接触するためのスルーホール３５ａが形成される。
【００７９】
その後、上部電極３４がリフトオフプロセスによって形成される。例えば、図７に示すようなマスク４３を使用して、Ａｌをスパッタリングして電極の共振部３４ａを形成後、更に同図のマスク４４を使用してＣｒ／Ａｕをスパッタリングして電極の取り出し部３４ｂを形成する。下部電極の電極材料を変える場合は、同様に所定の形状のマスクを用いてリフトオフプロセスを２回繰り返せばよい。
【００８０】
最後に、Ｓｉウェハは、下部バリア層を使用して、ＫＯＨ溶液で背面側からエッチングされ、共振子が完成する。
【００８１】
図８に本発明に係る薄膜圧電共振子の第４の実施形態の概略断面図を示す。
【００８２】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるが、振動空間の代わりに下部バリア層４２と基体４１の間に空洞４８が設けられている。
【００８３】
なお、圧電薄膜４５の上下面に上部電極４６、下部電極４４を設け、上部電極の取り出し部を共振部より暑く構成することは図１と同様である。
【００８４】
また、第３の実施の形態と同様に、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料が異なる構成としても良い。
【００８５】
図９に本発明に係る薄膜圧電共振子の第５の実施形態の概略断面図を示す。
【００８６】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるが、振動空間の代わりに下部電極５４と基体５１との間に音響多層膜５８ａ、５８ｂが形成されている。音響多層膜は、例えば窒化アルミニウムのように音響インピーダンスの高い材料からなる層と、例えば酸化シリコンのように音響インピーダンスの低い材料からなる層を積層することにより形成される。なお、図９において音響多層膜は、２層より成っているが、音響インピーダンスの高い層と低い層を交互に２層よりも多く成膜してもよい。
【００８７】
なお、圧電薄膜５５の上下面に上部電極５６、下部電極５４を設け、上部電極の取り出し部を共振部より暑く構成することは図１と同様である。
【００８８】
また、第３の実施の形態と同様に、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料が異なる構成としても良い。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る薄膜圧電共振子、フィルタ、デュプレクサ及び薄膜圧電共振子の製造方法は挿入損失を低くすることができる。また、リップルを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態におけるフィルタを示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるフィルタの回路構成図を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるフィルタの製造方法で用いるマスクの形状を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施形態における薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の部分断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態において共振部の電極材料を変えた場合のインピーダンス周波数特性を示す図である。（ａ）はＡｌを用いた場合であり、（ｂ）はＡｕを用いた場合であり（ｃ）はＡｇを用いた場合の特性図である。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるフィルタの製造方法で用いるマスクの形状を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における薄膜圧電共振子を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における薄膜圧電共振子を示す概略断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 基体
２、１２、２２ 上部バリア層
３、１３、２３ 下部バリア層
４、１４、２４、３４ 下部電極
５、１５、２５、３５ 圧電薄膜
６、１６、２６、３６ 上部電極
７、１７、 グランド電極
４１、４２、４３、４４ マスク
Ｓ 振動空間
４８ 空洞
５８ａ、５８ｂ 音響多層膜
【発明が属する技術分野】
本発明は、薄膜圧電共振子、この圧電共振子を含むフィルタ及びデュプレクサ並びに薄膜圧電共振子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、飛躍的に普及してきた携帯電話等の移動体通信機器では、年々、小型化、使用周波数の高周波化が進められている。そのため、移動体通信機器に使用される電子部品にも、小型化、高周波化が望まれている。
【０００３】
移動体通信機器には一つのアンテナを送信と受信とに共用させるために送信信号の経路と受信信号の経路とを切り替えるデュプレクサを備えているものがある。このデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備えている。
【０００４】
近年、上記デュプレクサにおけるフィルタには、弾性表面波フィルタが用いられることがある。弾性表面波フィルタは、２ＧＨｚまでの周波数に対応でき、また、セラミックフィルタに比べて小型化が可能であるという特徴を有する。しかし、今後、移動体通信機器の使用周波数が２ＧＨｚ以上となった場合に弾性表面波フィルタがそのような周波数に対応するには、現状では技術的課題が多い。
【０００５】
そこで、最近、例えば、特開２０００−２７８０７８号公報に示されるように、薄膜バルクアコースティック共振子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；以下、ＦＢＡＲ）と呼ばれるデバイスが注目されている。このＦＢＡＲは、圧電薄膜の厚さ方向の共振を利用した薄膜圧電共振子である。ＦＢＡＲでは、圧電薄膜の厚さを変えることにより共振周波数を変えることが出来る。また、ＦＢＡＲは、数ＧＨｚの周波数まで対応することが可能と考えられる。
【０００６】
従来の薄膜圧電共振子の構造は図１０に示すように基体１と、この基体１の上下面に形成された上部バリア層２、下部バリア層３と、この上部バリア層２上に形成された下部電極４と、この下部電極４上に形成された圧電薄膜５と、この圧電薄膜５上に形成された上部電極６と、グランド電極７からなるいわゆるコプレーナ構造をとっている。なお、基体１には、振動空間Ｓを有している。
【０００７】
また、薄膜圧電共振子の他の形態として、基体に振動空間を設けずに音響多層膜が形成されているものが挙げられる（非特許文献１を参照）。この形態の薄膜圧電共振子は基体と、この基体の上に形成された複数の層からなる音響多層膜と、この音響多層膜の上に配置された下部電極と、この下部電極の上に配置された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に配置された上部電極とを備えている。音響多層膜は、例えば窒化アルミニウムのように音響インピーダンスの高い材料からなる層と、例えば酸化シリコンのように音響インピーダンスの低い材料からなる層を積層することにより形成される。
【０００８】
更に、他の形態として、空洞が基体と下部電極の間に設けられているものもある（特許文献２）。この形態の薄膜圧電共振子は基体と、この基体の上に空洞を形作るよう形成された下部電極と、この下部電極の上に配置された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に配置された上部電極とを備えるように構成されている。
【０００９】
そして、これらの薄膜圧電共振子は、何れも圧電薄膜の両面に上部電極及び下部電極を有し、上部電極、下部電極の電極材料として、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属を用いることができる。
【００１０】
電極は共振部に係る部分と、取り出し部分とからなり、通常、薄膜形成法によりこれら部分は一体として形成される。また、電極部を含めた共振部の膜厚は所望の周波数により定められるため、取り出し部分を含めた電極の全体の厚みも必然的に定められることになる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２７８０７８号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１８９３０７号公報
【特許文献３】
国際公開第９９／３７０２３号パンフレット
【非特許文献１】
Ｋ．Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ”Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒｓ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００１年３月５日，ｐ． ９３−９９
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極の厚みが共振周波数により制限されるため、膜厚が薄い場合には電気的な損失を生じる場合がある。また、薄膜圧電共振子は圧電薄膜の厚み振動モードを用いることにより共振特性が得られているが、共振部の電極材料、構造によっては、通過帯域の通過信号に厚みずれモードによるリップルが生じることがある。
【００１３】
そこで、本発明の第１の目的は、挿入損失の低い薄膜共振子、フィルタ、デュプレクサ及びその製造方法を提供するものである。
また、本発明の第２の目的は、リップルの小さい薄膜共振子、フィルタ、デュプレクサ及びその製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部と連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１５】
（２） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有し、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの同一面上にグランド電極とを有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は、共振部と取り出し部とからなり、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１６】
（３） 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部と、この取り出し部と連続して形成される共振部との電極材料が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子。
【００１７】
（４） 前記薄膜圧電共振子であって、取り出し部の少なくとも一部が、異なる電極材料で重畳して形成され、重畳して形成されされた一の電極が、共振部と連続して形成されること特徴とする（３）に記載の薄膜圧電共振子。
【００１８】
（５） 前記薄膜圧電共振子であって、前記圧電薄膜の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の薄膜圧電共振子。
【００１９】
（６） 前記薄膜圧電共振子を有する（１）〜（５）の何れかに記載のフィルタ。
【００２０】
（７） 前記薄膜圧電共振子を有する（１）〜（５）の何れかに記載のデュプレクサ。
【００２１】
（８） 圧電性を有する圧電体薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子の製造方法であって、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの形成工程は、少なくとも２回の成膜およびパターン化による電極形成工程を有し、１回目のパターン化で使用するマスクと２回目以降のパターン化で使用するマスクの形状が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子の製造方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００２３】
図１に本発明に係る薄膜圧電共振子の第１の実施形態の概略図を示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【００２４】
本発明に係る共振子は、振動空間Ｓを有する基体１１と、この基体１１上下面に設けた上部バリア層１２、下部バリア層１３を備えている。そして、上部バリア層１２上に設けた下部電極１４と、この下部電極１４上に設けた圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５上に設けた上部電極１６及びグランド電極１７とを備えており、圧電薄膜に設けたスルーホール１５ａを介して下部電極と信号電極とを電気的に接続することにより、コプレナー構造の共振子を構成している。
【００２５】
そして、上部電極１６及び下部電極１４は、上部電極１６及び下部電極１４の共振を起こす部分（以下、それぞれ共振部１６ａ、１４ａとする）と、上部電極１６及び下部電極１４のうち共振部１６ａ、１４ａ以外の部分（以下、それぞれ取り出し部１６ｂ、１４ｂとする）とからなり、少なくとも上部電極１６又は下部電極１４の何れかの取り出し部１６ｂ、１４ｂの少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部に連続して形成される共振部１６ａ、１４ａの電極厚みよりも厚く構成されている。ここで、連続して形成されるとは、共振部と取り出し部が同一平面上であって、電気的に導通している関係にあるように形成されているものである。すなわち、図１であれば、例えば、上部電極の取り出し部１６ｂと、共振部１６ａとの関係及び下部電極の取り出し部１４ｂと、共振部１４ａとの関係が連続的に形成されていることになる。
【００２６】
更に、グランド電極を設けるコプレナー構造では、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚く構成しても良い。
【００２７】
図１では上部電極１６の取り出し部１６ｂ全面の電極厚みを厚く構成のものを例示するが、取り出し部１６ｂの一部を厚く構成しても良い。また、グランド電極１７の全部又は一部を厚くしても良い。また、厚くする電極は、少なくとも上部電極１６、下部電極１４又はグランド電極１７の何れかとしても良い。取り出し部やグランド電極の一部を厚くする場合、例えば、取り出し部の端部付近を厚く構成し、導通用のワイヤ等を接続するためのパットとしても良い。
【００２８】
通常、共振部の電極厚みは所望の共振周波数を得るために制限されるが、取り出し部やグランド電極は共振には関係しないために、任意の厚みとすることができる。よって、電極の電気抵抗に影響を受ける挿入損失を低減するために、可能な限り上部電極、下部電極の取り出し部やグランド電極の電極厚みを厚くすることによりこの部分の電気抵抗を下げることができ、共振子の挿入損失を減らすことができる。
【００２９】
基体１１には、共振子Ｔが配置される領域に、１つの空洞Ｓが設けられている。空洞Ｓは上面から見たときに矩形の形状になっている。また、基体１１は例えばＳｉ基板が用いられ、その厚みは１００〜１０００μｍ程度である。
【００３０】
上部バリア層１２は、基体１１の空洞Ｓに対応する領域にも下部電極１４を配置できるように、基体１１と下部電極１４とを隔てる絶縁層である。上部バリア層１２は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、ＳｉＯ２等を用いることができ、その厚みは０．０３〜０．５μｍ程度である。
【００３１】
下部バリア層１３は、空洞Ｓを設けるために所定のパターンで形成されている。下部バリア層１３は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、ＳｉＯ２等を用いることができ、その厚みは０．０３〜０．５μｍ程度である。
【００３２】
圧電薄膜１５は、圧電性を有する薄膜であり、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを用いることができる。膜厚は、５μｍ以下が好ましい。膜厚が大きくなり過ぎると、使用周波数が低くなるからである。よって、膜厚は薄いほど使用周波数が高周波側にシフトするので好ましいが、製造上の問題や信頼性の問題等から、膜厚の下限は０．０５μｍ程度である。
【００３３】
また、圧電薄膜１５に用いる材料によっては、例えば、ＰＺＴを用いる場合には上部バリア層と下部電極層の間にバッファー層（図示せず）を設けても良い。バッファー層は、例えば、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等を用いることができ、０．０３〜０．５μｍ程度設ければよい。
【００３４】
下部電極１４及び上部電極１６は、それぞれＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属を用いることができる。また、電極材料の圧電薄膜への密着性を向上する観点から、各電極を形成する前に圧電薄膜上に接着層を形成しても良い。例えば、接着層としてクロム（Ｃｒ）層を形成後その全面上に金（Ａｕ）層を積層する二層構造として形成しても良い。下部電極及び上部電極の厚さは、少なくとも取り出し部一部厚みが共振部の厚みよりも厚い。共振部は、共振子の周波数により定まり、０．０３〜１μｍ程度である。一方で、取り出し部の少なくとも一部を厚くする場合は、その上限は５μｍ程度である。
【００３５】
また、グランド電極１７を設ける場合、例えば圧電薄膜上面に一方向に長い矩形状に形成されるが、形状はこれに限定されない。グランド電極を設け、グランド電極の少なくとも一部を共振部より厚くする場合、その上限は５μｍ程度である。
【００３６】
図１における下部電極１４の左側の端部近傍に設けた共振部１４ａと上部電極１６の右側の端部近傍に設けた共振部１６ａは、圧電薄膜１５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら共振部１４ａ、１６ａと圧電薄膜１５とで共振子Ｔが形成されている。なお、図１（ａ）では、便宜上、下部電極１４の共振部１４ａと上部電極１６の共振部１６ａの大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【００３７】
更に、圧電薄膜１５には、下部電極１４の共振部１４ａを設けた端部の他端近傍に対応する位置にスルーホール１５ａを設ける。そして、下部電極１４はスルーホール１５ａを通過するボンディングワイヤ等によって信号用導体部に接続される（図示せず）。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態として、図２に本発明に係るフィルタの概略図を示す。（ａ）は平面図を（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。これは、図３に示すような、共振子が直列及び並列に接続されたラダー型のフィルタとして構成されるものである。
【００３９】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。以下に、異なる構成である電極の構成について説明する。
【００４０】
下部電極２４Ａ、２４Ｂは、図２における左右に並べて配置されている。下部電極２４Ｃは、下部電極２４Ａ、２４Ｂの図２における下側に配置されている。下部電極２４Ａ、２５Ｂの各平面形状は、互いに近接する端部近傍付近の幅が他の部分より若干大きい略矩形状に形成されている。下部電極２４Ｃの平面形状は、一方向に長い矩形状に形成されている。
【００４１】
上部電極２６の平面形状は、略Ｔ字形をなし、３つの端部付近に共振部２６ａ、２６ｂ、２６ｃと取り出し部２６ｄとを有し、共振部２６ａ、２６ｂの幅は他の部分より若干広くなっている。
【００４２】
下部電極２４Ａはフィルタの入力端を兼ね、下部電極２４Ｂはフィルタの出力端を兼ねている。下部電極２４Ｃは接地される。そして、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃはそれぞれ共振部２４Ａａ、２４Ｂａ、２４Ｃａと取り出し部２４Ａｂ、２４Ｂｂ、２４Ｃｂ、２４Ｃｃとからなる。
【００４３】
そして、本発明に係るフィルタは、少なくとも上部電極２６又は下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの取り出し部２６ｄ、２４Ａｂ、２４Ｂｂ、２４Ｃｂ、２４Ｃｃの少なくとも一部の電極厚みが、連続して形成される共振部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２４Ａａ、２４Ｂａ、２４Ｃａの電極厚みよりも厚く構成されている。
【００４４】
なお、図２では、上部電極２６の取り出し部２６ｄの全面厚みが上部電極２６の共振部部２６ａ、２６ｂ、２６ｃの厚みよりも厚く構成されているものを例示するが、取り出し部２６ｄの一部を厚く構成しても良い。また、少なくとも下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの取り出し部の何れかの全部又は一部を厚くしても良い。また、厚くする電極は、少なくとも上部電極２６、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの何れかとしても良い。
【００４５】
下部電極２４Ａの右側の端部近傍に設けた共振部２４Ａａと上部電極２６の左側の端部近傍に設けた共振部２６ａは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ａａ、２６ａと圧電薄膜２５とで、フィルタの入力端側の直列共振子Ｔ１が形成されている。
【００４６】
また、下部電極２４Ｂの左側の端部近傍に設けた共振部２４Ｂａと上部電極２６の右側の端部近傍に設けた共振部２６ｂは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ｂａ、２６ｂと圧電薄膜２５とで、フィルタの出力端側の直列共振子Ｔ２が形成されている。なお、図２（ａ）では、便宜上、下部電極２４Ａ、２４Ｂの共振部２４Ａａ、２４Ｂａと上部電極２６の共振部２６ａ、２６ｂの大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【００４７】
また、下部電極２４Ｃの中央近傍に設けた共振部２４Ｃａと上部電極２６の下側の端部近傍に設けた共振部２６ｃは、圧電薄膜２５を介して互いに対向するように配置されている。そして、これら電極の共振部２４Ｃａ、２６ｃと圧電薄膜２５とで、フィルタの並列共振子Ｔ３が形成されている。
【００４８】
更に、圧電薄膜２５には、下部電極２４Ａ及び２４Ｂの共振部２４Ａａ、２４Ｂａを設けた端部の他端近傍に対応する位置と、下部電極２４Ｃの両端部近傍に対応する位置とに、それぞれスルーホール２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを設ける。そして、下部電極２４Ａ、２４Ｂはそれぞれスルーホール２５ａ、２５ｂを通過するボンディングワイヤ等によって信号用導体部に接続される（図示せず）。また、下部電極２４Ｃはスルーホール２５ｃ、２５ｄを通過するボンディングワイヤ等によって接地用導体部に接続される（図示せず）。
【００４９】
また、図示しないが、本発明に係る共振子をデュプレクサとして機能するように構成しても良い。
【００５０】
次に本発明に係るフィルタの作製方法について図２を参照して説明する。なお、図１に示すような、本発明に係る共振子も電極構造が異なるのみで基本的には同様の製造方法により作製される。
【００５１】
最初に基体２１としてベアＳｉウェハの上下面に化学的気相成長法により、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を所定の厚さに付着させる。Ｓｉウェハの上面に形成したＳｉＮｘは上部バリア層２２である。下部バリア層２３は、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって、Ｓｉウェハの背面のＳｉＮｘに所定のパターンで形成される。
【００５２】
下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、いわゆるリフトオフプロセスにより、以下の手順で形成される。
【００５３】
まず、フォトリソグラフィによって、フォトレジストの所定のパターンが形成される。次に、スパッタリングにより、電極材料となる金属、例えばクロムと金（Ｃｕ／Ａｕ）を、それぞれ所定の厚さに積層する。例えば、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍに形成する。なお、Ｃｒは接着層として使用される。
【００５４】
次にパターン化されたフォトレジストと、その上のＣｕ／Ａｕとをアセトン等の溶剤で取り除くことにより、下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが得られる。
【００５５】
次に、スパッタリングにより圧電薄膜２５となる圧電材料、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を所定の厚さで形成する。圧電薄膜は酢酸でエッチングされ、ボンディングワイヤを下部電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに接触するためのスルーホール２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが形成される。
【００５６】
その後、上部電極２６がリフトオフプロセスによって形成される。例えば、図４に示すようなマスク４１を使用して、Ｃｒ／Ａｕをスパッタリングして電極を形成後、更に同図のマスク４２を使用してＣｒ／Ａｕをスパッタリングすることにより、マスク４１、４２の重複部分について、電極を厚く構成することができる。このように、マスクの形状を選択することにより所定の部分の電極を厚く構成することができる。
【００５７】
なお、通常上部電極２６上に膜厚の厚い接続部２６ｄを形成する場合、リフトオフプロセスを２度繰り返す必要があり、製造工程が増える問題があるが、例えば、図３に示すような直列−並列−直列タイプのフィルタ（ラダー型フィルタ）では、特に問題とはならない。すなわち、フィルタを構成する場合、直列共振器と並列共振器との周波数を変える必要があるが、例えば、直列共振器と並列共振器の共振部の電極厚みを変えて周波数を変える場合、そもそも、リフトオフプロセスを２度繰り返すことが前提となる。よって、ラダーフィルタでは、図４に示すようなマスク等を用いることにより、工程を増やすことなく、電極の一部分の厚みを増やすことにより損入損失を低減させることができる。
【００５８】
最後に、Ｓｉウェハは、下部バリア層を使用して、ＫＯＨ溶液で背面側からエッチングされ、フィルタが完成する。
【００５９】
以上、上部電極を厚く構成する例を説明したが、同様な電極作製手順で下部電極を厚くしても良く、また、上部、下部の両電極を厚くしても良い。
【００６０】
図５に本発明に係る薄膜圧電共振子の第３の実施形態の概略図を示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【００６１】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。また、図５は上部電極、下部電極、グランド電極及び圧電薄膜以外は省略する。以下に、異なる構成である電極の構成について説明する。
【００６２】
本発明に係る共振子は、少なくとも上部電極３４又は下部電極３６において、それぞれの共振部３４ａ、３６ａの電極材料と、その共振部３４ａ、３６ａと連続して形成される取り出し部３４ｂ、３６ｂの電極材料が異なる。
【００６３】
そして、共振部と取り出し部との結合部を部分的に重ね合わせて結合する。すなわち、取り出し部３４ｂの少なくとも一部が、共振部３４ａと異なる電極材料で重畳して形成され、重畳して形成されされた一の電極が、共振部３４ａと連続して形成されている。この結合部の電気的接続が不十分であると挿入損失が大きくなるために、確実に電気的接合をとる必要があるからである。
【００６４】
また、グランド電極を設けるコプレナー構造では、グランド電極３７の電極材料を上部電極３４又は下部電極３６の共振部３４ａ、３６ａの電極材料と変えて構成しても良い。
【００６５】
共振部３４ａ、３６ａの電極材料は、ポアソン比、密度が小さいものが好ましい。また、取り出し部３４ｂ、３６ｂ又はグランド電極３７の電極材料は比抵抗の小さなものがよい。具体的には、共振部の電極材料はアルミニウム（Ａｌ）が好ましく、取り出し部の電極材料は銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）が好ましい。
【００６６】
共振部の電極材料をポアソン比、密度の小さいものにすることにより、通過帯域の通過信号に厚みずれモードによるリップルが小さくなる。また、引き出し部やグランド電極の電極材料を比抵抗の小さなものにすることにより、挿入損失を低減させることができる。
【００６７】
表１に電極材料の諸特性、図６にインピーダンスの周波数特性を示す。
【００６８】
【表１】
なお、図６のインピーダンス周波数特性は、０．１μｍの上部バリア層（ＳｉＮｘ）、０．１μｍの下部電極、１μｍの圧電薄膜（ＺｎＯ）、０．１μｍの上部電極からなる薄膜圧電共振子について電極材料を変えて測定したものである。
【００７０】
これより、ポアソン比及び密度が小さいＡｌ電極材料が最もリップルが小さくなることがわかる。
【００７１】
更に、上部電極及び下部電極の電極の厚みは、取り出し部と連続して形成される共振部とで変える必要はないが、本発明に係る第１の実施の形態と同様に、取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚く構成されていることが好ましい。また、グランド電極を設けるコプレナー構造等では、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一平面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚く構成することが好ましい。
【００７２】
また、図３に示すようなラダー型フィルタにであって、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料を変えて構成しても良い。
更には、図示しないが、本発明に係る共振子をデュプレクサとして機能するように構成しても良い。
【００７３】
次に本発明に係る共振子の第３の実施形態の作製方法について図５を参照しながら説明する。
【００７４】
最初に基体としてベアＳｉウェハの上下面に化学的気相成長法により、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を所定の厚さに付着させる。Ｓｉウェハの上面に形成したＳｉＮｘは上部バリア層である。下部バリア層は、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって、Ｓｉウェハの背面のＳｉＮｘに所定のパターンで形成される（以上の層構成は図１と同様）。
【００７５】
下部電極３４は、いわゆるリフトオフプロセスにより、以下の手順で形成される。
【００７６】
まず、フォトリソグラフィによって、フォトレジストの所定のパターンが形成される。次に、スパッタリングにより、電極材料となる金属、例えばクロムと金（Ｃｕ／Ａｕ）を、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの厚さに積層する。なお、Ｃｒは接着層として使用される。
【００７７】
次にパターン化されたフォトレジストと、その上のＣｕ／Ａｕとをアセトン等の溶剤で取り除くことにより、下部電極３６が得られる。
【００７８】
次に、スパッタリングにより圧電薄膜３５となる圧電材料、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を所定の厚さに形成する。圧電薄膜は酢酸でエッチングされ、ボンディングワイヤを下部電極３４に接触するためのスルーホール３５ａが形成される。
【００７９】
その後、上部電極３４がリフトオフプロセスによって形成される。例えば、図７に示すようなマスク４３を使用して、Ａｌをスパッタリングして電極の共振部３４ａを形成後、更に同図のマスク４４を使用してＣｒ／Ａｕをスパッタリングして電極の取り出し部３４ｂを形成する。下部電極の電極材料を変える場合は、同様に所定の形状のマスクを用いてリフトオフプロセスを２回繰り返せばよい。
【００８０】
最後に、Ｓｉウェハは、下部バリア層を使用して、ＫＯＨ溶液で背面側からエッチングされ、共振子が完成する。
【００８１】
図８に本発明に係る薄膜圧電共振子の第４の実施形態の概略断面図を示す。
【００８２】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるが、振動空間の代わりに下部バリア層４２と基体４１の間に空洞４８が設けられている。
【００８３】
なお、圧電薄膜４５の上下面に上部電極４６、下部電極４４を設け、上部電極の取り出し部を共振部より暑く構成することは図１と同様である。
【００８４】
また、第３の実施の形態と同様に、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料が異なる構成としても良い。
【００８５】
図９に本発明に係る薄膜圧電共振子の第５の実施形態の概略断面図を示す。
【００８６】
基本的な層構成等は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるが、振動空間の代わりに下部電極５４と基体５１との間に音響多層膜５８ａ、５８ｂが形成されている。音響多層膜は、例えば窒化アルミニウムのように音響インピーダンスの高い材料からなる層と、例えば酸化シリコンのように音響インピーダンスの低い材料からなる層を積層することにより形成される。なお、図９において音響多層膜は、２層より成っているが、音響インピーダンスの高い層と低い層を交互に２層よりも多く成膜してもよい。
【００８７】
なお、圧電薄膜５５の上下面に上部電極５６、下部電極５４を設け、上部電極の取り出し部を共振部より暑く構成することは図１と同様である。
【００８８】
また、第３の実施の形態と同様に、少なくとも上部電極又は下部電極において、それぞれの共振部の電極材料と、その共振部と連続して形成される取り出し部の電極材料が異なる構成としても良い。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る薄膜圧電共振子、フィルタ、デュプレクサ及び薄膜圧電共振子の製造方法は挿入損失を低くすることができる。また、リップルを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態におけるフィルタを示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるフィルタの回路構成図を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるフィルタの製造方法で用いるマスクの形状を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施形態における薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の部分断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態において共振部の電極材料を変えた場合のインピーダンス周波数特性を示す図である。（ａ）はＡｌを用いた場合であり、（ｂ）はＡｕを用いた場合であり（ｃ）はＡｇを用いた場合の特性図である。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるフィルタの製造方法で用いるマスクの形状を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における薄膜圧電共振子を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における薄膜圧電共振子を示す概略断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の薄膜圧電共振子を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 基体
２、１２、２２ 上部バリア層
３、１３、２３ 下部バリア層
４、１４、２４、３４ 下部電極
５、１５、２５、３５ 圧電薄膜
６、１６、２６、３６ 上部電極
７、１７、 グランド電極
４１、４２、４３、４４ マスク
Ｓ 振動空間
４８ 空洞
５８ａ、５８ｂ 音響多層膜
Claims (8)
- 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部の少なくとも一部の電極厚みが、この取り出し部と連続して形成される共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
- 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有し、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの同一面上にグランド電極とを有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は、共振部と取り出し部とからなり、グランド電極の少なくとも一部の電極厚みが、そのグランド電極と同一面上に形成された上部電極又は下部電極の共振部の電極厚みよりも厚いことを特徴とする薄膜圧電共振子。
- 圧電性を有する圧電薄膜と前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子であって、上部電極及び下部電極は共振部と取り出し部とからなり、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの取り出し部と、この取り出し部と連続して形成される共振部との電極材料が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子。
- 前記薄膜圧電共振子であって、取り出し部の少なくとも一部が、異なる電極材料で重畳して形成され、重畳して形成されされた一の電極が、共振部と連続して形成されること特徴とする請求項３に記載の薄膜圧電共振子。
- 前記薄膜圧電共振子であって、前記圧電薄膜の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の薄膜圧電共振子。
- 前記薄膜圧電共振子を有する請求項１〜５の何れかに記載のフィルタ。
- 前記薄膜圧電共振子を有する請求項１〜５の何れかに記載のデュプレクサ。
- 圧電性を有する圧電体薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための上部電極および下部電極を有する薄膜圧電共振子の製造方法であって、少なくとも上部電極又は下部電極の何れかの形成工程は、少なくとも２回の成膜およびパターン化による電極形成工程を有し、１回目のパターン化で使用するマスクと２回目以降のパターン化で使用するマスクの形状が異なることを特徴とする薄膜圧電共振子の製造方法。
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