JP2005184491A - 圧電体薄膜素子ならびにその周波数調整方法および周波数調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで製造することができる圧電体薄膜素子、ないしは圧電体薄膜素子の周波数調整を容易かつ精密に行うことを可能にする手段を提供する。
【解決手段】 圧電体薄膜素子の周波数調整を行う際に、圧電体薄膜７上の上部電極層８に電解液を滴下し、電解液に通電し、電解メッキにより薄膜を析出させて周波数調整層９とする。あるいは、電解液を滴下して周波数調整層９を電解エッチングし、所定の厚さにする。薄膜を析出させる場合は、低周波側に周波数を精密に調整することができる。周波数調整層９を電解エッチングする場合は、高周波側に周波数を調整することができる。また、パルス電圧により制御可能な圧電アクチュエータを用いた細孔つきプローブを用いて電解液を吐出・吸入し、このプローブを用いて電解メッキを行うことにより、精度よく周波数調整層９の膜厚を制御して周波数調整を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電体薄膜素子と、その周波数調整方法と、周波数調整装置とに関するものである。より詳しくは、広く圧電体薄膜の共振動作を応用する素子に利用される、精密な共振周波数の合わせ込みをした高精度の圧電体薄膜素子と、該圧電体薄膜素子の高精度な周波数調整方法と、該圧電体薄膜素子の周波数調整装置とに関するものである。

チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウムあるいはニオブ酸カリウム等を主成分とする圧電体材料を薄膜化して作製される圧電体薄膜素子は、圧電共振器、フィルタ、アクチュエータ、センサ等、様々な圧電デバイスとして広く応用されている。このような圧電体薄膜素子の性能指標の１つである共振周波数は、圧電体薄膜および電極膜の形状・厚さによって決まる。しかしながら、その加工精度や製造工程のばらつきにより、共振周波数にもばらつきが生じる。したがって、圧電体薄膜素子の製造工程の最終段階で所望の共振周波数を得るには、共振周波数の微調整を行う必要がある。

例えば、特許文献１に記載されているように、従来行われている共振周波数の微調整方法において、共振周波数を低くする場合は、上部電極上に超微粒子を漸増させつつ堆積させることにより電極の膜厚を増加させるようにしている。また、共振周波数を高くする場合は、周波数調整層を励起エネルギ照射によりエッチングし、電極の膜厚を低減して周波数調整を行うようにしている。なお、このほか、絶縁材料を主成分とする保護膜を形成して、この保護膜により周波数を調整するといった手法も用いられている。

特開２００３−３７４６９号公報(段落[0033]、[0051]、図2、図3)

しかし、例えば特許文献１に開示されている従来の圧電体薄膜素子の周波数調整方法では、レーザーアブレーション装置や励起エネルギ照射装置等の高価な製造装置を必要とするので、該圧電体薄膜素子の製造コストが高くなるといった問題がある。また、この従来の周波数調整方法では、微粒子を漸増させ、あるいは漸減させる際に、写真製版法等により、周波数調整に関与しない部分をレジスト等で被覆する必要がある。このため、１素子単位に分離した素子形態では処理が困難であり、かつ写真製版法を用いるので、製造コストが増大するといった問題がある。

さらに、この従来の周波数調整方法では、大面積の基板上に、微細な圧電体薄膜素子が多数形成されている場合、個々の素子特性に合わせて、１素子単位で周波数を微調整することは困難であるといった問題がある。また、圧電体薄膜素子を他の周辺回路に組み込んだ後、あるいはパッケージに収納した後では、周波数調整のためにレーザーアブレーションや励起エネルギ照射装置に圧電体薄膜素子を固定するのが困難であるので、周波数調整を行うことができないといった問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、低コストかつ高精度で製造することができる圧電体薄膜素子を提供することを解決すべき課題とする。また、周辺回路と組み合わせたり、チップ化してパッケージに収納した後でも、あるいは複数の圧電体薄膜素子が同一基板上に存在する場合でも、圧電体薄膜素子の周波数調整を１素子単位でも容易ないしは簡便に、かつ微細ないしは精密に行うことを可能にする手段を提供することも解決すべき課題とする。さらには、１素子単位で高精度に周波数調整層を形成することを可能にする手段を提供することも解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明にかかる圧電体薄膜素子は、基板と、該基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜に電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えている。前記電極の少なくとも１つの電極の表面は、電解液から析出した被覆膜（該電極の一部を構成する）で形成されている。

本発明によれば、周波数調整層として機能する被覆膜は、電解液から析出した膜であるので、被覆膜の表面側を電解エッチングにより容易に除去することができる。このため、圧電体薄膜素子の周波数調整を容易に行うことができる。また、この被覆膜は電解液から析出した膜であるので、電極の側面にも確実に周波数調整層が形成される。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施態様ないしは実施の形態）を具体的に説明する。まず、本発明の基本的な実施態様を説明する。
本発明は、電解液ないしは溶液を用いて、簡便に電極の厚さを増減させることを基本的特徴とする。すなわち、本発明は、基板と、圧電体薄膜と、１組以上の電極とを主構成要素として有し、圧電体薄膜上に形成された少なくとも１つの電極が、その電極の表面上に電解液を用いて形成された共振周波数を調整する調整層を含む多層構造であることを特徴とする圧電体薄膜素子と、その周波数調整方法ないしは周波数調整装置とに関するものである。

かくして、圧電体薄膜の表面に形成された電極上に電解液（溶液）を滴下し、電解液から析出した薄膜や、電解液（溶液）によりエッチングされた層を形成することにより、共振周波数の微調整を精度良く行うことができる。写真製版法等の複雑なプロセスを用いる必要がないので、簡便かつ安価に周波数調整を行うことができる。また、周波数調整をする際に、パッケージに収納する場合、あるいは基板上に複数の圧電体薄膜素子が集積されている場合などにおいても、個々の圧電体薄膜素子の特性に応じて、周波数を微調整することができる。

本発明の１つの実施態様においては、周波数調整層を形成する際に、電解メッキ法を用いることにより、電流値を制御して膜厚を精度良く制御し、共振周波数が低周波側に調整された圧電体薄膜素子を得ることができる。また、電解エッチング法を用いることにより、電流値を制御して膜厚を精度良く制御し、共振周波数が高周波側に調整された圧電体薄膜素子を得ることができる。
このように、電極の厚さは電解液を用いて増減させられるが、この場合、増減後の電極の厚さは、増減前の電極の厚さに対して、０.３倍から２.０倍の範囲にあるのが有効である。
本発明は、とくに、圧電体薄膜がチタン酸鉛あるいはチタン酸ジルコン酸鉛等の化学的安定性が高い物質を主成分とする場合に優れた効果を発揮する。

また、本発明の別の実施態様においては、電解メッキ法または電解エッチング法により周波数調整層を形成する際に、１対以上のプローブ（導電性探針）を用い、一方のプローブを、電解液が滴下された電極と電気的に接続されたパッド上に接触させるとともに、他方のプローブを電解液に接触させて電解液に通電することにより周波数調整層を形成する。電解液を滴下する際、電解液を吐出（噴射）する機構と吸入する機構とを備えた、細孔を有するプローブを用いることにより、電解液の滴下量を微細に制御することができる。

実施の形態１．
以下、図１と図２（ａ）〜（ｃ）とを参照しつつ、本発明の実施の形態１を具体的に説明する。図１は、実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子の立面断面図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法ないしは周波数調整方法と、周波数調整層形成装置とを示す図である。以下、これらの図を用いて、実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子の構造と、その製造方法ないしは周波数調整方法とを詳細に説明する。

図１に示すように、実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子においては、シリコン単結晶からなるシリコン基板１の上面に、エッチングストップ層２が設けられている。このエッチングストップ層２は、シリコン基板１をエッチングする際のエッチングストッパであり、化学的に安定な窒化シリコン薄膜で形成されている。そして、エッチングストップ層２の上面に、酸化シリコンからなる絶縁層３が設けられている。

絶縁層３の上面には、下部電極４と下部電極用パッド５と上部電極用パッド６とが設けられている。ここで、下部電極用パッド５は、下部電極４を外部と電気的に接続するのに用いられる。また、上部電極用パッド６は、後で説明する上部電極を外部に電気的に接続するのに用いられる。それぞれ絶縁層３の上面に設けられた下部電極４、下部電極用パッド５及び上部電極用パッド６は、いずれも、チタン薄膜からなる密着層と、イリジウム薄膜からなる導電層とで構成された２層構造の膜である。

さらに、下部電極４の上には、順に、圧電体薄膜７と、上部電極層８と、周波数調整層９とが設けられている。なお、上部電極層８と周波数調整層９とで、上部電極を形成している（ただし、周波数調整層を設けない場合は、上部電極は上部電極層８のみで形成される。）。ここで、上部電極層８は、チタンからなる密着層と金からなる導電層とで構成されている。また、シリコン基板１の裏面にはエッチングマスク層１０が設けられている。下部電極４の下方において、シリコン基板１には空隙領域１１が形成されている。なお、エッチングマスク層１０は、ウェットエッチングによりシリコン基板１の圧電体薄膜７の下方の部分を除去して空隙領域１１を形成するためのものである。

以下、実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子の製造方法ないしは周波数調整方法を説明する。この圧電体薄膜素子の製造プロセスにおいては、まず、シリコン基板１の上面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成膜法）により、窒化シリコンからなるエッチングストップ層２（窒化シリコン膜）を形成する。続いて、エッチングストップ層２の上面に、ＣＶＤにより、酸化シリコンからなる絶縁層３（酸化シリコン膜）を形成する。そして、絶縁層３の上面に、下部電極４と下部電極用パッド５と上部電極用パッド６とを、それぞれ、チタン薄膜からなる密着層とイリジウム薄膜からなる導電層とを備えた２層構造の膜として、写真製版法により所望の形状に形成する。なお、チタン薄膜およびイリジウム薄膜は、スパッタ法により成膜する。

次に、下部電極４の上面に、チタン酸鉛焼結体をターゲットにして、アルゴン・酸素混合雰囲気下で、スパッタ法により、厚さ１μｍの圧電体薄膜７を形成する。なお、圧電体薄膜７の形成方法としては、スパッタ法のほかに、ＣＶＤ法やゾルゲル法など種々の成膜方法を用いることができる。続いて、圧電体薄膜７の上面にレジストを塗布し、リフトオフ法により所望の形状の上部電極層８を形成する。ここで、上部電極層８は、チタンと金とを蒸着法により成膜して形成する。さらに、図示していないが、上部電極層８と上部電極用パッド６とを、写真製版法と電解メッキ法とにより形成された金の橋状配線により電気的に接続する。もちろん、この電気配線は、橋状配線であるので、下部電極４とは完全に絶縁されている。

この後、シリコン基板１の裏面（下面）に、エッチングマスク層１０を形成し、ウェットエッチングにより、シリコン基板１の圧電体薄膜７の下方に位置する部分を除去し、空隙領域１１を形成する。エッチングマスク層１０は、ＣＶＤ法により窒化シリコンで形成する。また、ウェットエッチングは、水酸化カリウム水溶液を用いて、シリコン異方性エッチング法により行う。かくして、共振周波数を調整する前の圧電体薄膜素子が得られる。そして、この圧電体薄膜素子の共振周波数を測定し、所定の共振周波数の圧電体薄膜素子を得るために周波数調整層９が備えるべき厚さ（以下、「目標厚さ」という。）を決定し、この目標厚さを有する周波数調整層９を形成して、圧電体薄膜素子を完成させる。

以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、目標厚さを有する周波数調整層９を形成するためのプロセス（周波数調整方法）ないしは装置（周波数調整層形成装置）を具体的に説明する。
図２（ａ）に示すように、この周波数調整層９の形成プロセスにおいては、まず、上部電極層８ないしは圧電体薄膜７の上に電解液１２を滴下する。
次に、図２（ｂ）に示すように、１対のプローブ１３（導電性探針）を準備し、これらのプローブ１３を、配線１６を介して電流電圧発生用の電源１５（直流電源）に電気的に接続する。ここで、一方のプローブ１３は電源１５のプラス端子に接続され、他方のプローブ１３は電源１５のマイナス端子に接続される。

そして、電源１５のマイナス端子に接続された方のプローブ１３を上部電極用パッド６に接触させるとともに、電源１５のプラス端子に接続された方のプローブ１３を電解液１２に接触させる。これにより、上部電極用パッド６と、橋状配線（図示せず）と、上部電極層８と、電解液１２とに直流電流が流れる。その結果、電解メッキにより、周波数調整層９となる薄膜が形成される。ここで、電解液１２の濃度、電流密度、通電時間を制御することにより、所望の厚さの薄膜を形成することができる。したがって、電解液濃度と電流密度と通電時間とを好ましく制御することにより、目標厚さを有する周波数調整層９を形成することができる。

かくして、図２（ｃ）に示すように、目標厚さを有する周波数調整層９を備えた、所定の共振周波数の圧電体薄膜素子が完成する。実施の形態１では、電解液として硫酸銅水溶液を用いて、電解メッキ法により、銅薄膜からなる周波数調整層９を形成する。本発明者が、電流密度２.５ｍＡ／ｃｍ^２とし、通電時間を２分間として、かかる電解メッキにより銅薄膜からなる周波数調整層９を実際に形成したところ、圧電体薄膜素子の共振周波数を、調整必要量である１０.０ＭＨｚだけ正確に低下させることができた。このとき、周波数調整誤差は１％未満であり、極めて精度良く周波数調整を行うことができた。

前記のとおり、実施の形態１にかかる周波数調整層９を有する圧電体薄膜素子では、基板として、シリコン単結晶からなるシリコン基板１を用いている。しかしながら、かかる基板として、砒化ガリウムなどからなる化合物基板、あるいはガラス基板などを用いてもよい。
実施の形態１では、エッチングストップ層２として窒化シリコン膜を用い、絶縁層３として酸化シリコン膜を用いている。しかしながら、エッチングストップ層２ないしは絶縁層３として、絶縁性および化学的安定性に優れているその他の材料、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化チタン、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化タンタル等からなる薄膜を用いてもよい。

また、実施の形態１では、下部電極４を、絶縁層３との密着性を高めるため、チタン薄膜とイリジウム薄膜とからなる積層構造のものとしている。しかしながら、このほか、金、白金、パラジウム、銀、タングステン、クロム、アルミニウム等の金属薄膜を用いてもよい。さらに、酸化イリジウム、酸化ルテニウムなどの酸化物からなる導体薄膜を用いてもよい。

実施の形態１では、上部電極層８を、チタンと金の２層構造としている。しかしながら、上部電極層８を、下部電極４と同様に金属薄膜または導電性酸化物薄膜で形成してもよい。また、実施の形態１では、圧電体薄膜７としてチタン酸鉛の薄膜を用いている。しかしながら、圧電体薄膜７として、圧電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛、リチウム酸ニオブ、リチウム酸タンタル、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等を主成分とし、種々の添加物を加えた薄膜を用いてもよい。なお、圧電体薄膜７として、化学的安定性の高いチタン酸鉛およびチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする薄膜を用いれば、圧電体薄膜素子に対して最も高い効果が得られる。

実施の形態１では、周波数調整層９には銅メッキ膜を用いている。しかしながら、周波数調整層９として、電解液１２から析出させることが可能なニッケル、クロム、金、銀、パラジウム、白金、亜鉛、錫等を主成分とする金属薄膜、あるいはこれらの合金からなる薄膜を用いてもよい。
また、実施の形態１では、圧電体薄膜７の下方の空隙領域１１は、シリコン基板１を裏面からシリコン異方性エッチング技術を用いてエッチングすることにより形成している。しかしながら、イオンエッチング等のドライプロセスを用いてもよい。また、シリコン基板１の表面に形成したエッチングホールからエッチングを行ってもよい。あるいは、犠牲層を用いた持ち上げ構造となっていても、同様の作用・効果を奏することはいうまでもない。

なお、実施の形態１では、圧電体薄膜７の厚み方向の振動モードを利用した圧電体薄膜素子について述べている。しかしながら、圧電体薄膜７の横方向振動モード、表面弾性波等を用いた場合でも、本発明を用いてメッキ層を電極幅方向に形成させることにより、精密に共振周波数を調整することができる。

以上、実施の形態１によれば、圧電体薄膜素子を低コストで製造することができる。また、周辺回路と組み合わせたり、チップ化してパッケージに入れた後でも、あるいは複数の圧電体薄膜素子が存在する場合でも、圧電体薄膜素子の共振周波数の調整を容易ないしは簡便に、かつ微細ないしは精密に行うことができる。さらには、１素子単位で高精度に周波数調整層を形成することができる。

実施の形態２．
以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、本発明の実施の形態２を具体的に説明する。ただし、実施の形態２にかかる圧電体薄膜素子、その周波数調整方法ないしは周波数調整層形成装置は、図１および図２（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子、その周波数調整方法ないしは周波数調整層形成装置と多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態１と異なる点を説明する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）において、図１または図２（ａ）〜（ｃ）中の構成要素と同様の構成ないしは機能を有する構成要素には、図１または図２（ａ）〜（ｃ）と同一の参照番号を付している。

図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかる圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法ないしは周波数調整方法を示す図である。
図３（ａ）に示すように、実施の形態２では、チタンからなる密着層と金からなる導電層とで構成される上部電極層８の上面に、予め、銅薄膜からなる周波数調整層素材９’（厚さを低減する加工により周波数調整層９となる素材）をスパッタ法により形成しておく。そして、細孔シリンジ１４を用いて、周波数調整層素材９’の上面に、硫酸銅水溶液からなる電解液１２を滴下する。

次に、図３（ｂ）に示すように、電源１５のプラス端子に接続されたプローブ１３を上部電極用パッド６に接触させるとともに、電源１５のマイナス端子に接続された白金でコーティングされているプローブ１３を電解液１２に接触させる。これにより、上部電極用パッド６と、橋状配線（図示せず）と、上部電極層８と、周波数調整層素材９’と、電解液１２とに直流電流が流れる。

その結果、銅製の周波数調整層素材９’は、面内でほぼ均一な電解エッチングが施され、その厚さが均一に減少する。ここで、電解液１２の濃度、電流密度、通電時間を制御することにより、周波数調整層素材９’の厚さを所望の値に低減することができる。したがって、電解液濃度と電流密度と通電時間とを好ましく制御することにより、目標厚さを有する周波数調整層９を形成することができる。
かくして、図３（ｃ）に示すように、目標厚さを有する周波数調整層９を備えた、所定の共振周波数の圧電体薄膜素子が完成する。

この実施の形態２にかかる周波数調整層９の形成プロセスでは、電流密度は、例えば１ｍＡ／ｃｍ^２に設定され、通電時間は４５秒に設定される。この場合、圧電体薄膜素子の共振周波数を５ＭＨｚ高くすることができる。ここで、電流密度および通電時間を、共振周波数の変化量に合わせて各素子単位で決定することにより、圧電体薄膜素子の各構成薄膜の形成時に生じる膜厚ばらつき等に起因する周波数の微小なずれを調整することができる。
なお、実施の形態２では、上部電極（周波数調整層を含む）として、チタン、金、銅の３層構造の導電膜を用いているが、他の導電性膜を用いてもよいことは言うまでもない。さらに、金の代わりにアルミニウムを用いた場合、あるいは銅からなる単層の導電膜を用いた場合は、上部電極そのものがエッチング可能な周波数調整層となり得る。

以上、実施の形態２によれば、圧電体薄膜素子を低コストで製造することができる。また、周辺回路と組み合わせたり、チップ化してパッケージに入れた後でも、あるいは複数の圧電体薄膜素子が存在する場合でも、圧電体薄膜素子の共振周波数の調整を容易ないしは簡便に、かつ微細ないしは精密に行うことができる。さらには、１素子単位で高精度に周波数調整層を形成することができる。

実施の形態３．
以下、図４（ａ）〜（ｃ）と図５（ａ）、（ｂ）とを参照しつつ、本発明の実施の形態３を具体的に説明する。ただし、実施の形態３にかかる圧電体薄膜素子、その周波数調整方法ないしは周波数調整層形成装置は、図１および図２（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子、その周波数調整方法ないしは周波数調整層形成装置と多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態１と異なる点を説明する。なお、図４（ａ）〜（ｃ）において、図１または図２（ａ）〜（ｃ）中の構成要素と同様の構成ないしは機能を有する構成要素には、図１または図２（ａ）〜（ｃ）と同一の参照番号を付している。

図４（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３にかかる圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法ないしは周波数調整方法と、これに用いられる周波数調整層形成装置とを示している。
図４（ａ）に示すように、実施の形態３では、周波数調整層形成装置に、細孔１７を備えたプローブ１３（導電性探針）と、該細孔１７を介して電解液１２を給排する吐出・吸入機構１８とが設けられている。ここで、電解液１２を給排する吐出・吸入機構１８には圧電アクチュエータが用いられている。しかしながら、圧電アクチュエータに代えて電磁弁等を用いてもよい。

かくして、周波数調整層９を形成する際には、まず、吐出・吸入機構１８の圧電アクチュエータにパルス電界を印加し、細孔１７を通してプローブ１３の先端から、上部電極層８ないしは圧電体薄膜７の上に電解液１２を吐出する。
続いて、図４（ｂ）に示すように、電源１５のマイナス端子に接続されたプローブ１３を上部電極用パッド６に接触させるとともに、電源１５のプラス端子に接続された細孔１７を備えたプローブ１３を電解液１２に接触させる。これにより、上部電極用パッド６と、橋状配線（図示せず）と、上部電極層８と、電解液１２とに直流電流が流れる。その結果、電解メッキにより、周波数調整層９となる薄膜が形成される。この場合、実施の形態１の場合と同様に、電解液濃度と電流密度と通電時間とを好ましく制御することにより、目標厚さを有する周波数調整層９を形成することができる。

かくして、図４（ｃ）に示すように、周波数調整層９の厚さが所定の目標厚さに達したときに、吐出・吸入機構１８により、電解液１２を吐出したときとは逆経路で、細孔１７を介して電解液１２を吸入する。これにより、目標厚さを有する周波数調整層９を備えた、所定の共振周波数の圧電体薄膜素子が完成する。
この実施の形態３にかかる周波数調整層形成装置を用いて、上部電極層８の上に実施の形態１と同様の電解液１２を吐出させ、プローブ１３にパルス電流を印加して周波数調整層９を形成したところ、共振周波数を２０ＭＨｚ低下させることができた。

ところで、本発明にかかる圧電体薄膜素子では、電解液を用いて上部電極の厚さを増減させるようにしている。ここで、増減前における上部電極の厚さ、すなわち上部電極の元の厚さをｔ_１とし、増減後における上部電極の厚さ、すなわち上部電極の周波数調整後のｔ_２とすれば、周波数調整層９も含めた上部電極の厚さは、元の厚さｔ_１と周波数調整後の厚さｔ_２とが、次の式１（不等式）で示す関係を満たすように形成される。

０.３≦（ｔ_２／ｔ_１）≦２.０………………………………………………式１
ｔ_１：上部電極の元の厚さ
ｔ_２：上部電極の周波数調整後の厚さ

以下、その根拠を説明する。
図５（ａ）は、実施の形態３にかかる圧電体薄膜素子におけるｔ_２／ｔ_１と、共振周波数の目標周波数ｆ_０（目的とする共振周波数）からのずれとの関係を示すグラフである。すなわち、図５（ａ）は、実施の形態３にかかる圧電体薄膜素子の周波数調整精度を示している。
また、図５（ｂ）は、この圧電体薄膜素子におけるｔ_２／ｔ_１と、目標周波数ｆ_０における挿入損失との関係を示すグラフである。

図５（ａ）によれば、ｔ_２／ｔ_１＜０.３の範囲、および、３.０＜ｔ_２／ｔ_１の範囲では、共振周波数の目標周波数ｆ_０からのずれが大きくなっており、これらの範囲では周波数調整製精度が低下していることがわかる。
また、図５（ｂ）によれば、２.０＜ｔ_２／ｔ_１の範囲では、挿入損失が増大する傾向があることがわかる。
よって、周波数調整層９も含めた上部電極の厚さは、０.３≦（ｔ_２／ｔ_１）≦２.０の関係を満たすように設定するのが好ましいことがわかる。

以上、実施の形態３によれば、圧電体薄膜素子を低コストで製造することができる。また、周辺回路と組み合わせたり、チップ化してパッケージに入れた後でも、あるいは複数の圧電体薄膜素子が存在する場合でも、圧電体薄膜素子の共振周波数の調整を容易ないしは簡便に、かつ微細ないしは精密に行うことができる。さらには、１素子単位で高精度に周波数調整層を形成することができる。

実施の形態４．
以下、図６を参照しつつ、本発明の実施の形態４を具体的に説明する。ただし、実施の形態４にかかる圧電体薄膜素子ないしはこれを用いたフィルタ、あるいはその周波数調整層の形成方法は、図１または図２（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子ないしはその周波数調整層の形成方法と多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態１と異なる点を説明する。なお、図６において、図１または図２（ａ）〜（ｃ）中の構成要素と同様の構成ないしは機能を有する構成要素には、図１または図２（ａ）〜（ｃ）と同一の参照番号を付している。

図６に示すように、実施の形態４では、圧電体薄膜素子は素子用パッケージ１９内に収容されている。そして、圧電体薄膜素子の下部電極用パッド５および上部電極用パッド６は、それぞれ、配線２０により、素子用パッケージ１９と電気的に接続されている。また、圧電体薄膜７の上面には２つの上部電極層８が設けられ、一方の上部電極層８の上面に周波数調整層９が設けられている。

実施の形態４において、周波数調整層９を形成する際には、ダイシングにより１つの素子（チップ）を切り出して素子用パッケージ１９に収納した後、上部電極層８を２つ（２組）設け、その一方のみに電解液１２を滴下する。実施の形態４では、電解液１２として硫酸銅水溶液を用い、メッキ法により周波数調整層９を形成する。そして、同一素子内で共振周波数を１５ＭＨｚずらせた圧電体薄膜応用ラダー型フィルタを形成する。

実施の形態４では、圧電体薄膜７の上面に２つ（２組）の上部電極層８を有し、その各々の単素子では、共振子であるものを並列させることにより、上部電極層８と下部電極４とに挟まれた圧電体薄膜７の厚み方向の振動を用いる素子、すなわちバルク超音波フィルタについて述べている。しかしながら、圧電体薄膜７により得られる振動モードが印加される電界の方向に対して垂直のモードまたは平行のモードであっても、あるいは、ねじれの方向のモードであっても、電解液１２から析出した上部電極層８上の薄膜（周波数調整層９）により、周波数調整を行うことができる。

また、実施の形態４では、素子用パッケージ１９に収納した１つの圧電体薄膜素子ごとに（１素子単位で）共振周波数の調整を行っている。しかしながら、基板上に複数の圧電体薄膜が形成された場合でも、同様に共振周波数の調整を行うことができる。このとき、複雑な写真製版法等は全く不要であり、個々の素子の特性に応じて、共振周波数を精密に調整することができる。

以上、実施の形態４によれば、圧電体薄膜素子を低コストで製造することができる。また、周辺回路と組み合わせたり、チップ化してパッケージに入れた後でも、あるいは複数の圧電体薄膜素子が存在する場合でも、圧電体薄膜素子の共振周波数の調整を容易ないしは簡便に、かつ微細ないしは精密に行うことができる。さらには、１素子単位で高精度に周波数調整層を形成することができる。

本発明の実施の形態１にかかる圧電体薄膜素子の構成を示す立面断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に示す圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２にかかる圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３にかかる圧電体薄膜素子の周波数調整層の形成方法を示す図である。 （ａ）は、本発明にかかる圧電体薄膜素子におけるｔ_２／ｔ_１と、共振周波数の目標周波数ｆ_０からのずれとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、この圧電体薄膜素子におけるｔ_２／ｔ_１と、目標周波数ｆ_０における挿入損失との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態４にかかる圧電体薄膜素子の構成を示す立面断面図である。

符号の説明

１ シリコン基板、 ２ エッチングストップ層、 ３ 絶縁層、 ４ 下部電極、 ５ 下部電極用パッド、 ６ 上部電極用パッド、 ７ 圧電体薄膜、 ８ 上部電極層、 ９ 周波数調整層、 ９’ 周波数調整層素材、 １０ エッチングマスク層、 １１ 空隙領域、 １２ 電解液、 １３ プローブ、 １４ 細孔シリンジ、 １５ 電流電圧発生用電源、 １６ 配線、 １７ 細孔、 １８ 吐出・吸入機構、 １９ パッケージ、 ２０ 配線。

Claims (12)

1. 基板と、該基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜に電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えた圧電体薄膜素子であって、
   前記電極の少なくとも１つの電極の表面部が、電解液から析出した被覆膜で形成されていることを特徴とする圧電体薄膜素子。
2. 前記被覆膜が、前記電解液と、前記被覆膜が形成される電極との間に直流電流を流す電解メッキにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電体薄膜素子。
3. 前記圧電体薄膜が、チタン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする化合物であることを特徴とする請求項１または２記載の圧電体薄膜素子。
4. 基板と、該基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜に電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えた圧電体薄膜素子の周波数調整方法であって、
   前記電極の少なくとも１つの電極の厚さを、電解液を用いて増減させる周波数調整工程を備えることを特徴とする圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
5. 前記周波数調整工程が、前記電極の少なくとも１つの電極の表面に電解液を供給する工程と、前記電解液が表面に供給された電極と前記電解液との間に電圧を印加する工程と、を備えることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
6. 前記周波数調整工程が、前記電極の少なくとも１つの電極の表面に電解メッキにより被覆膜を析出させる工程を備えることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
7. 前記周波数調整工程が、前記電極の少なくとも１つの電極の表面側の一部を電解エッチングにより除去する工程を備えることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
8. 前記周波数調整工程が、前記電極の少なくとも１つの電極の表面に導電層を形成する工程と、前記導電層の表面側の一部を電解エッチングにより除去する工程と、を備えることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
9. 前記周波数調整工程が、該周波数調整工程前の電極の厚さをｔ_１とし、該周波数調整工程後の電極の厚さをｔ_２とすれば、
   ０.３≦（ｔ_２／ｔ_１）≦２.０
   の関係を満たすように前記電極の厚さを増減させることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
10. 前記周波数調整工程が、１素子単位で、前記電極の厚さを増減させることを特徴とする請求項４記載の圧電体薄膜素子の周波数調整方法。
11. 基板と、該基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜に電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えた圧電体薄膜素子の周波数調整装置であって、
    前記電極の少なくとも１つの電極の表面に電解液を供給する手段と、
    表面に電解液が供給された前記電極に電気的に接続されたパッドと、前記電解液とにそれぞれ電気的に接続可能な一対の導電性探針と、
    前記一対の導電性探針間に電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする圧電体薄膜素子の周波数調整装置。
12. 電解液に接続される方の前記導電性探針が細孔を備えていて、該導電性探針の細孔を介して電解液を給排する吐出・吸入機構が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の圧電体薄膜素子の周波数調整装置。
    

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