JP2005318366A - 圧電薄膜共振子、フィルタ及び圧電薄膜共振子の製造方法 - Google Patents
圧電薄膜共振子、フィルタ及び圧電薄膜共振子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 良好な共振特性を得るために横モードを抑制するようにすると共に、工程数を増やすことなく、短時間でシリコン基板の穴加工が行えるようにした圧電薄膜共振子を得ることを目的とする。
【解決手段】 シリコン基板１１と、シリコン基板１１上に設けられた下電極膜１３、下電極膜１３に重なる圧電膜１５及び圧電膜１５に重なる上電極膜１４からなる積層共振体１２とを備え、シリコン基板１１の積層共振体１２の対応位置にシリコン基板１１を開口して貫通穴１８を形成し、積層共振体１２の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されるようにしたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】 シリコン基板１１と、シリコン基板１１上に設けられた下電極膜１３、下電極膜１３に重なる圧電膜１５及び圧電膜１５に重なる上電極膜１４からなる積層共振体１２とを備え、シリコン基板１１の積層共振体１２の対応位置にシリコン基板１１を開口して貫通穴１８を形成し、積層共振体１２の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されるようにしたものである。
【選択図】 図１
Description
本発明は、いわゆるＦｂａｒ(Film Bulk Acoustic Resonator：薄膜バルク音響共振子)あるいはＳＭＲ (solid Mounted Resonator)と呼ばれる音響反射多層膜を設けた振動子に属する数種類の圧電薄膜共振子、これを用いて構成される主にＧＨｚ帯で用いられるフィルタ及び圧電薄膜共振子の製造方法に関するものである。
一般に、ＦＢＡＲと呼ばれる圧電薄膜共振子は、基板と、基板上に設けられた積層共振体とからなる。積層共振体は、圧電膜と、当該圧電膜を上下から挟む一対の薄膜電極からなる。下部電極の下方において、基板には空隙部が開設されている。またＳＭＲと呼ばれる圧電薄膜共振子は下部に音響反射膜を設けているが、振動膜に関しては同様の考え方を行っているため、ここではＦＢＡＲに限った説明とする。
圧電薄膜共振子の上下の電極に交流電圧を印加すると、逆圧電効果により、これらに挟まれた圧電膜はその厚み方向に振動し、電気的共振特性を示す。逆に、圧電効果によって、圧電膜に生ずる弾性波ないし振動は、電気信号に変換される。この弾性波は、圧電膜の厚み方向に主変位を持つ厚み縦振動波である。
圧電薄膜共振子の上下の電極に交流電圧を印加すると、逆圧電効果により、これらに挟まれた圧電膜はその厚み方向に振動し、電気的共振特性を示す。逆に、圧電効果によって、圧電膜に生ずる弾性波ないし振動は、電気信号に変換される。この弾性波は、圧電膜の厚み方向に主変位を持つ厚み縦振動波である。
このようなＦｂａｒに属する圧電薄膜共振子では、重ねられた電極間の圧電膜の一部は音響空洞を形成する。この空洞の基本振動モードにおいては、音波は電極面に対して直角方向に伝搬されるが、励起され得る他の振動モードが存在する。これらのモードは、電極面に平行に移動し、空洞の壁又は電極層の端部の断絶部で反射する音波に対応する。これらのモードの基本的周波数は基本モードのものよりもかなり低いが、これらの横モードのより高い高調波が基本モードの周波数帯域中に出現し、圧電薄膜共振子の共振特性を悪化させる。従って、横モードを抑制させる必要がある。
このような横モードを抑制する従来の圧電薄膜共振子は、第１の面およびこれと反対の第２の面を有する（１１１）カットのシリコン基板と、第１面に接する第１電極膜、当該第１電極膜に重なる圧電膜、および当該圧電膜に重なる第２電極膜からなる積層共振体とを備え、シリコン基板には積層共振体に対応する位置において、第１の面に開口する第１開口部および第２の面にて開口する第２開口部を有しつつ第１の面に対して略垂直な空隙部がドライエッチングにより開設されて構成されている。
また、第１開口部および第２開口部の形状は、円または楕円とし、第１電極膜及び第２電極膜の形状は、円または楕円の一部を有するようにして、横モードの経路長を長くとり、横モードの振幅と周波数を低くして横モードを抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２０４２３９号公報（第１頁、第１２頁、第１図）
しかしながら、従来の圧電薄膜共振子は、横モードを抑制することはできるが、（１１１）カットのシリコン基板に対して当該基板を貫通する空隙部を形成する場合、ドライエッチングであるＤｅｅｐ−ＲＩＥを施すことにより行っているため、空隙部の形成に非常に時間がかかり、さらにはＲＩＥによる損傷を第一電極膜に与えるためエッチングマスクとして別の膜が必要となり、工程数が増えるという問題点があった。
そこで、本発明はかかる問題点を解決するために、良好な共振特性を得るために横モードを抑制するようにすると共に、工程数を増やすことなく、短時間でシリコン基板の穴加工が行えるようにした圧電薄膜共振子、フィルタ及びを圧電薄膜共振子の製造方法を得ることを目的とする。
そこで、本発明はかかる問題点を解決するために、良好な共振特性を得るために横モードを抑制するようにすると共に、工程数を増やすことなく、短時間でシリコン基板の穴加工が行えるようにした圧電薄膜共振子、フィルタ及びを圧電薄膜共振子の製造方法を得ることを目的とする。
本発明に係る圧電薄膜共振子は、基板と、前記基板上に設けられた第一電極膜、前記第一電極膜に重なる圧電膜及び前記圧電膜に重なる第二電極膜からなる積層共振体とを備え、前記基板の前記積層共振体の対応位置に該基板を開口して貫通穴を形成し、前記積層共振体の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されることを特徴とする。
本発明によれば、積層共振体の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されているので、積層共振体によって決定される音響空洞の壁の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されるため、壁のある点を出た横モードの音波は対向する壁で反射してその音波が出た点に戻ってくることはないため、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰される。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記第一電極膜又は／及び第二電極膜の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されていることを特徴とする。
このように積層共振体のうち、第一電極膜又は／及び第二電極膜の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成され、これら電極膜の重なりによって決定される音響空洞の壁の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されこととなるため、壁のある点を出た横モードの音波は対向する壁で反射してその音波が出た点に戻ってくることはないため、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰される。
このように積層共振体のうち、第一電極膜又は／及び第二電極膜の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成され、これら電極膜の重なりによって決定される音響空洞の壁の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されこととなるため、壁のある点を出た横モードの音波は対向する壁で反射してその音波が出た点に戻ってくることはないため、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰される。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記基板を開口して形成された貫通穴の平面形状は方形を除く平行四辺形であることを特徴とする。
このように、基板を開口して形成された貫通穴の平面形状は方形を除く平行四辺形であるため、音響空洞からはみ出した横モードの音波も貫通穴の内周面で反射してその音波が出た点に戻ってくることはなく、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰される。
このように、基板を開口して形成された貫通穴の平面形状は方形を除く平行四辺形であるため、音響空洞からはみ出した横モードの音波も貫通穴の内周面で反射してその音波が出た点に戻ってくることはなく、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰される。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記基板は（１１０）カットのシリコン基板であることを特徴とする。
このように基板に（１１０）カットのシリコン基板を用いると、平面形状が方形を除く平行四辺形の貫通穴をエッチングにより容易に形成することができる。
このように基板に（１１０）カットのシリコン基板を用いると、平面形状が方形を除く平行四辺形の貫通穴をエッチングにより容易に形成することができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記基板と前記積層共振体の間であって、少なくとも前記貫通穴周辺に弾性波吸収層を設けたことを特徴とする。
こうすることにより、音響空洞からはみ出した横モードの音波を弾性波吸収層が吸収するため、より一層横モードが減衰される。
また、弾性波吸収層は横モードの音波を吸収するよう合成樹脂で形成されている。
こうすることにより、音響空洞からはみ出した横モードの音波を弾性波吸収層が吸収するため、より一層横モードが減衰される。
また、弾性波吸収層は横モードの音波を吸収するよう合成樹脂で形成されている。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記基板と前記第一電極膜の間に保護膜を設けることを特徴とする。
このように基板と第一電極膜の間に保護膜があることにより、基板に貫通穴をエッチングにより形成する場合に、第一電極膜が損傷することが防止される。
このように基板と第一電極膜の間に保護膜があることにより、基板に貫通穴をエッチングにより形成する場合に、第一電極膜が損傷することが防止される。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記保護膜を前記基板の開口側より所望の周波数となるように除去、又は前記保護膜に前記基板の開口側より所望の周波数となるように新たに保護膜を堆積させることを特徴とする。
このようにして保護膜を含んだ積層共振体の厚さを変えることにより、周波数調整を行うことができる。
このようにして保護膜を含んだ積層共振体の厚さを変えることにより、周波数調整を行うことができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記圧電膜はＺｎＯ、ＡｌＯ、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、水晶のいずれかであることを特徴とする。
これは配向性の高い圧電膜を形成する素材を限定したものである。
これは配向性の高い圧電膜を形成する素材を限定したものである。
本発明に係るフィルタは、前記に記載の圧電薄膜共振子を複数有し、前記複数の圧電薄膜共振子がラダー型接続され、ラダー型フィルタとして構成されていることを特徴とする。
このようにすることにより、共振特性が良好なフィルタを得ることができる。
このようにすることにより、共振特性が良好なフィルタを得ることができる。
本発明の圧電薄膜共振子の製造方法は、基板と、前記基板上に設けられた第一電極膜、前記第一電極膜に重なる圧電膜及び前記圧電膜に重なる第二電極膜からなる積層共振体を形成する工程と、前記基板に対して、前記積層共振体に対応する位置において開口する貫通穴を形成する工程とを含む圧電薄膜共振子の製造方法において、前記貫通穴を形成する工程は前記基板における前記積層共振体を設けた面とは反対側の面側よりエッチング液を用いたウエットエッチングにより開口するようにしたことを特徴とする。
このようにすることにより、ドライエッチングにより基板に貫通穴を形成する場合に較べて貫通穴の形成が短時間で行え、しかも第一電極膜の損傷を防止するためのエッチングマスク以外の別の膜も不要となり、工程数も減少させて本発明に係る圧電薄膜共振子を製造することができる。従って、本発明の製造方法によっても、本発明に係る圧電薄膜共振子と同様の効果を奏する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図、図２は同圧電薄膜共振子の構成部材の平面形状を示す平面図、図３は同圧電薄膜共振子の共振特性を示すグラフ、図４は同圧電薄膜共振子の膜厚と周波数の関係を示すグラフである。
図１において、圧電薄膜共振子１０は、シリコン基板１１と、その上に形成された積層共振体１２とを有する。シリコン基板１１０は、（１１０）カットされた単結晶シリコン基板であり、（１１０）面に相当する第１の面（上面）１１ａ及び第２の面（下面）１１ｂを有する。
積層共振体１２は、第１電極膜である下電極膜１３と、第２電極膜である上電極膜１４と、これらに挟まれた圧電膜１５とからなる。
シリコン基板１１と下電極膜１３との間には保護膜１６が介装されている。
図１は本発明の実施の形態１に係る圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図、図２は同圧電薄膜共振子の構成部材の平面形状を示す平面図、図３は同圧電薄膜共振子の共振特性を示すグラフ、図４は同圧電薄膜共振子の膜厚と周波数の関係を示すグラフである。
図１において、圧電薄膜共振子１０は、シリコン基板１１と、その上に形成された積層共振体１２とを有する。シリコン基板１１０は、（１１０）カットされた単結晶シリコン基板であり、（１１０）面に相当する第１の面（上面）１１ａ及び第２の面（下面）１１ｂを有する。
積層共振体１２は、第１電極膜である下電極膜１３と、第２電極膜である上電極膜１４と、これらに挟まれた圧電膜１５とからなる。
シリコン基板１１と下電極膜１３との間には保護膜１６が介装されている。
本実施の形態では、下電極膜１３と上電極膜１４は、（１１１）の一軸配向構造をとる例えばＡｌにより形成されている。圧電膜１５は、（００２）の一軸配向構造をとる例えばＺｎＯにより形成されている。
図２において、シリコン基板１１には、積層共振体１２の下方に貫通穴１８が形成されている。貫通穴１８は、第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂに対して垂直にシリコン基板１１を貫通しており、第２の面１１ｂにおける貫通穴１８の開口部は、第１の面１１ａにおける開口部と同一の面積及び形状を有する。
そして、シリコン基板１１を開口して形成された貫通穴１８の平面形状は、方形を除く平行四辺形である。
そして、シリコン基板１１を開口して形成された貫通穴１８の平面形状は、方形を除く平行四辺形である。
このように、貫通穴１８の第１の面１１ａにおける開口部が第２の面１１ｂにおける開口部よりも拡がっていないため、シリコン基板１１ひいては圧電薄膜共振子１０を小型に設計することが可能になっている。
また、積層共振体１２における上電極膜１４の平面形状は、図２に示すように、その輪郭が自由曲線で構成されている。ここで、自由曲線とは曲線で囲まれた、円又は楕円以外の形状をいうものとする。
また、図２に示すように、下電極膜１３の平面形状は上電極膜１４や貫通穴１８より大きい長方形である。
また、積層共振体１２における上電極膜１４の平面形状は、図２に示すように、その輪郭が自由曲線で構成されている。ここで、自由曲線とは曲線で囲まれた、円又は楕円以外の形状をいうものとする。
また、図２に示すように、下電極膜１３の平面形状は上電極膜１４や貫通穴１８より大きい長方形である。
このように下電極膜１３と上電極膜１４の平面形状は大きさや形状は異なるが、積層共振体１２の音響空洞は電極膜の重なりによって決定されるため、これら電極膜のうちの一方の電極膜の形状によって決まることとなる。
従って、この実施の形態１では積層共振体１２の音響空洞は一番小さい上電極膜１４の平面形状、即ちその輪郭が自由曲線で構成された形状によって決められることとなる。
従って、この実施の形態１では積層共振体１２の音響空洞は一番小さい上電極膜１４の平面形状、即ちその輪郭が自由曲線で構成された形状によって決められることとなる。
以上のように、この実施の形態１の圧電薄膜共振子１０においては、積層共振体１２の下電極膜１３とシリコン基板１１との間に保護膜１６が介装されおり、下電極膜１３と上電極膜１４はＡｌにより形成され、保護膜１６はＳｉＯ2 により形成され、積層共振体１２の圧電膜１５はＺｎＯにより形成されている。
そして、この実施の形態１の圧電薄膜共振子１０は、図３のグラフに示すような共振周波数特性を有する。
そして、この実施の形態１の圧電薄膜共振子１０は、図３のグラフに示すような共振周波数特性を有する。
また、この実施の形態１では、シリコン基板１１を開口して形成された貫通穴１８の平面形状は方形を除く平行四辺形で、積層共振体１２のうち、上電極膜１４はその輪郭が自由曲線で構成された形状としたので、これら電極膜１３、１４の重なりによって決定される音響空洞の壁の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成された形状であるため、壁のある点を出た横モードの音波は対向する壁で反射してその音波が出た点に戻ってくることはないため、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰されることとなる。
また、シリコン基板１１を開口して形成された貫通穴１８の平面形状は方形を除く平行四辺形であるため、音響空洞からはみ出した横モードの音波も貫通穴の内周面で反射してその音波が出た点に戻ってくることはなく、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰されることとなる。
また、シリコン基板１１は（１１０）カットのシリコン基板であるため、後述するようにウエットエッチングにより、平面形状が方形を除く平行四辺形の貫通穴１８を形成すると、その貫通穴１８を容易に形成することができる。
さらに、シリコン基板１１と下電極膜１３の間に保護膜１６を設けているので、シリコン基板１１に貫通穴１８を後述するウエットエッチングにより形成する場合に、ドライエッチングのようにエッチングマスク以外の別の膜を用いなくても下電極膜１３を損傷することなく貫通穴１８を形成することができる。
さらに、シリコン基板１１と下電極膜１３の間に保護膜１６を設けているので、シリコン基板１１に貫通穴１８を後述するウエットエッチングにより形成する場合に、ドライエッチングのようにエッチングマスク以外の別の膜を用いなくても下電極膜１３を損傷することなく貫通穴１８を形成することができる。
また、この保護膜１６はＳｉＯ２を主成分とする酸化膜又は窒化シリコンを主成分とする窒化膜からなるが、保護膜１６がＳｉＯ２を主成分とする酸化膜である場合には、保護膜１６はＡｌにより形成された下電極膜１３と上電極膜１４の温度の上昇及び下降に伴い共振周波数を増大及び減少させる温度特性とは逆の温度特性を持つため、下電極膜１３又上電極膜１４の温度特性を保護膜１６の温度特性が相殺し、保護膜１６は温度補正膜としての機能を有することにより、圧電薄膜共振子１０は環境温度が変化しても共振周波数があまり変化しない温度特性を持った周波数選択性が良好なものとなる。
さらに、この実施形態１では、下電極膜１３及び上電極膜１４をＡｌで形成しているが、圧電膜に応じて、圧電膜が最適な配向性を持つようにＭｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ等で形成するようにしてもよいことは勿論である。
また、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａのいずれか２種類以上を積層或いは２種類以上の合金又は積層したもの同士の合金で形成するようにしてもよい。この場合の組み合せとして、例えば、Ｍｏ／Ｔｉの積層膜、ＴｉＮ／Ａｌの積層膜とＣｕ数％／ＴｉＮの積層膜との合金、Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ合金の積層膜、ＴｉＷ／Ｃｒ／Ａｕの積層膜がある。
また、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａのいずれか２種類以上を積層或いは２種類以上の合金又は積層したもの同士の合金で形成するようにしてもよい。この場合の組み合せとして、例えば、Ｍｏ／Ｔｉの積層膜、ＴｉＮ／Ａｌの積層膜とＣｕ数％／ＴｉＮの積層膜との合金、Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ合金の積層膜、ＴｉＷ／Ｃｒ／Ａｕの積層膜がある。
また、この実施形態１では、圧電膜１５をＺｎＯで形成しているが、ＺｎＯ以外では、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミックス）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウムをその主成分とするセラミックス）、水晶等により形成することもできる。
さらに、保護膜１６は、ＳｉＯ2又はＳｉＯ2を主成分とする酸化膜により形成されているが、それ以外では、ＢＰＳＧ（ボロン・リンドープのＳｉＯ２）、ＰＳＧ（燐石英ガラス）のような半導体で用いられる酸化膜、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化シリコン）のような窒化シリコンを主成分とする窒化膜等により形成することもできる。
また、保護膜１６をシリコン基板１１の第２の面１１ｂの開口側より削る等して除去又は保護膜１６にシリコン基板１１の第２の面１１ｂの開口側より新たに保護膜を堆積することにより、保護膜１６を含む積層共振体１２全体の厚みが変わるため、共振周波数も変わることにより、周波数調整を行うこともできる。
これは図４のグラフに示すように、積層共振体１２全体の厚み、即ち膜厚と共振周波数は反比例の関係にあるからで、保護膜１６を除去すれば、積層共振体１２の膜厚は薄くなって共振周波数を高く調整でき、保護膜１６に新たに保護膜を堆積させれば、積層共振体１２の膜厚は厚くなって共振周波数を低く調整でき、所望の共振周波数を得るには積層共振体１２の膜厚を考慮すればよい。
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る圧電薄膜共振子を示す断面図である。
この実施の形態２は、シリコン基板１１と保護膜１６との間で、貫通穴１８周辺に弾性波吸収層１９を設けたものである。
この弾性波吸収層１９は例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド等の合成樹脂で形成されている。
図５は本発明の実施の形態２に係る圧電薄膜共振子を示す断面図である。
この実施の形態２は、シリコン基板１１と保護膜１６との間で、貫通穴１８周辺に弾性波吸収層１９を設けたものである。
この弾性波吸収層１９は例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド等の合成樹脂で形成されている。
この実施の形態２では、シリコン基板１１と保護膜１６との間で、貫通穴１８周辺に弾性波吸収層１９を設けたことにより、積層共振体１２より洩れた横モードを弾性波吸収層１９が吸収するため、共振特性が良好となる。
なお、この実施の形態２では、シリコン基板１１と保護膜１６との間に弾性波吸収層１９を設けているが、シリコン基板１１に下電極膜１３が直接設けられたものでは、シリコン基板１１に下電極膜１３との間に弾性波吸収層１９を設けても、弾性波吸収層１９が前記と同様の作用効果を発揮することはいうまでもない。
なお、この実施の形態２では、シリコン基板１１と保護膜１６との間に弾性波吸収層１９を設けているが、シリコン基板１１に下電極膜１３が直接設けられたものでは、シリコン基板１１に下電極膜１３との間に弾性波吸収層１９を設けても、弾性波吸収層１９が前記と同様の作用効果を発揮することはいうまでもない。
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る圧電薄膜共振子により構成したラダー型フィルタを示す平面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図、図９は同ラダー型フィルタをパッケージに入れた断面図、図１０は同圧電薄膜共振子により構成したラダー型フィルタの回路図、図１１はラダー型フィルタの共振特性を示すグラフ、図１２はラダー型フィルタの共振特性の一部を拡大した図、図１３はラダー型フィルタの製造工程を示す説明図である。
図６は本発明の実施の形態３に係る圧電薄膜共振子により構成したラダー型フィルタを示す平面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図、図９は同ラダー型フィルタをパッケージに入れた断面図、図１０は同圧電薄膜共振子により構成したラダー型フィルタの回路図、図１１はラダー型フィルタの共振特性を示すグラフ、図１２はラダー型フィルタの共振特性の一部を拡大した図、図１３はラダー型フィルタの製造工程を示す説明図である。
この実施の形態３のラダー型フィルタ２０はバンドパスフィルタとして使用されるものである。そのラダー型フィルタ２０を構成する各圧電薄膜共振子は、実施の形態１と同様に、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の上に形成された保護膜１６と、保護膜１６の上に形成された下電極膜１３と、下電極膜１３の上に形成された圧電膜１５と、圧電膜１５の上に形成された上電極膜１４とを備えて構成されている。
下電極膜１３、圧電膜１５及び上電極膜１４は、相互に直列に接続されている３つの圧電薄膜共振子（図６に示すＣ１からＣ３）と、相互に並列に接続されている４つの圧電薄膜共振子（図６に示すＣＡからＣＤ）とを構成するように、重なり合っている。
かかるラダー型フィルタ２０は、合計７個の圧電薄膜共振子が単一のシリコン基板１１において一体的に構成されている。
かかるラダー型フィルタ２０は、合計７個の圧電薄膜共振子が単一のシリコン基板１１において一体的に構成されている。
このように、ラダー型フィルタ２０においては、各圧電薄膜共振子の貫通穴１８は、シリコン基板１１において、積層共振体１２の励起部に対応する位置で開口し、シリコン基板１１の第１の面１１ａないし積層共振体１２に対して垂直に形成されている。
したがって、各積層共振体１２を近接配置することができ、その結果、ラダー型フィルタ２０の小型化が図れる。
また、各積層共振体１２を近接配置することによって、圧電薄膜共振子１０間を電気的に接続するための配線距離を短くすることができ、その結果、各圧電薄膜共振子１０間の配線抵抗を低減することが可能となっている。
また、各積層共振体１２を近接配置することによって、圧電薄膜共振子１０間を電気的に接続するための配線距離を短くすることができ、その結果、各圧電薄膜共振子１０間の配線抵抗を低減することが可能となっている。
また、シリコン基板１１を開口して形成された各貫通穴１８の平面形状は、方形を除く平行四辺形である。
さらに、各上電極膜１４の平面形状は、実施の形態１と同様に、その輪郭が自由曲線で構成された形状である。
さらに、各上電極膜１４の平面形状は、実施の形態１と同様に、その輪郭が自由曲線で構成された形状である。
したがって、各圧電薄膜共振子は実施の形態１と同様に、積層共振体１２のうち、上電極膜１４はその輪郭が自由曲線で構成された形状としたので、横モードの経路長が長くなって横モードが減衰されることとなる。
また、各貫通穴１８の平面形状は方形を除く平行四辺形としたので、音響空洞からはみ出した横モードの経路長も長くなって横モードが減衰されることとなる。
また、各貫通穴１８の平面形状は方形を除く平行四辺形としたので、音響空洞からはみ出した横モードの経路長も長くなって横モードが減衰されることとなる。
かかる構成のラダー型フィルタ２０は、図９に示すようにパッケージに入れられて実際は使用される。３０は容器である、３１は容器の蓋、３２は端子、３３は端子板である。
図１０はバンドパスフィルタとして使用されるラダー型フィルタ２０の回路図である。
また、この実施の形態２のラダー型フィルタ２０は、図１１のグラフに示すような共振周波数特性を有する。
図１０はバンドパスフィルタとして使用されるラダー型フィルタ２０の回路図である。
また、この実施の形態２のラダー型フィルタ２０は、図１１のグラフに示すような共振周波数特性を有する。
本実施の形態におけるラダー型フィルタ２０を構成する各圧電薄膜共振子は、実施の形態２と同様に、シリコン基板１１と保護膜１６との間で、各貫通穴１８周辺に弾性波吸収層１９を設けることにより、積層共振体１２より洩れた横モードを弾性波吸収層１９が吸収する。
したがって、ラダー型フィルタ２０としての共振周波数特性は、図１２に示すように、共振周波数帯域でフラットな特性で共振特性が良好なものとなっている。これに対して弾性波吸収層１９を設けていないものは、図１２に示すように、共振周波数帯域で周波数が小さく変動するギザギザな特性で共振特性が良好とはいえないものとなっている。
なお、この実施の形態３で、シリコン基板１１と保護膜１６との間に弾性波吸収層１９を設けるようにしているが、シリコン基板１１に下電極膜１３が直接設けられたものでは、シリコン基板１１に下電極膜１３との間に弾性波吸収層１９を設けてても、弾性波吸収層１９が前記と同様の作用効果を発揮することはいうまでもない。
また、ラダー型フィルタ２０を構成する各圧電薄膜共振子について、実施の形態１と同様に、下電極膜１３と上電極膜１４を構成する素材についても任意のものを選択することができることはいまでもない。
図１３は、図１に示す圧電薄膜共振子により構成したラダー型フィルタの製造工程を示す説明図である。
ラダー型フィルタの製造においては、まず、図１３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の第１の面（上面）に加熱処理を施して熱酸化被膜であるＳｉＯ2 の保護膜１６を成膜する。
ラダー型フィルタの製造においては、まず、図１３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の第１の面（上面）に加熱処理を施して熱酸化被膜であるＳｉＯ2 の保護膜１６を成膜する。
次に、図１３（ｂ）に示すように、スパッタリング法により、保護膜１６に対して、下電極膜１３を成膜し、しかる後に、所定のレジストパターンを介してドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、下電極膜１３をパターニングする。
ドライエッチングにおいては、例えばＡｌに対してＢＣｌ3およびＣｌ2の混合ガスを使用する。
また、ウェットエッチングにおけるエッチング液として、例えば、Ａｌに対しては、リン酸、酢酸、硝酸を含む水溶液を使用する。電極膜に対する以降のエッチングについても、これらを使用する。
また、ウェットエッチングにおけるエッチング液として、例えば、Ａｌに対しては、リン酸、酢酸、硝酸を含む水溶液を使用する。電極膜に対する以降のエッチングについても、これらを使用する。
次に、図１３（ｃ）に示すように、スパッタリング法により、圧電膜１５を成膜し、しかる後に、所定のレジストパターンを介してドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、圧電膜１５をパターニングする。圧電膜１２２はＺｎＯにより形成されている。
ウェットエッチングにおけるエッチング液として、例えば、ＺｎＯに対しては酢酸水溶液を使用し、ＡｌＮに対しては加熱リン酸を含む水溶液を使用する。
ウェットエッチングにおけるエッチング液として、例えば、ＺｎＯに対しては酢酸水溶液を使用し、ＡｌＮに対しては加熱リン酸を含む水溶液を使用する。
次に、図１３（ｄ）に示すように、スパッタリング法により、上電極膜１４を成膜し、しかる後に、所定のレジストパターンを介してドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、上電極膜１４をパターニングする。
上電極膜１４がパターンニングされることによって、各素子ごとに保護膜１６を備えた積層共振体１２が形成されることになる。
上電極膜１４がパターンニングされることによって、各素子ごとに保護膜１６を備えた積層共振体１２が形成されることになる。
次に、図１３（ｅ）に示すように、シリコン基板１１の第２の面（下面）１１ｂに対して所定のレジストパターンを介してウエットエッチングを施す。
これによって、シリコン基板１１の第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂに対して垂直で平面的には平行四辺形の貫通穴１８が形成される。
ウエットエッチングにおけるエッチング液として、例えばＫＯＨ液を使用する。
こうして複数の圧電薄膜共振子からなるラダー型フィルタが完成する。
これによって、シリコン基板１１の第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂに対して垂直で平面的には平行四辺形の貫通穴１８が形成される。
ウエットエッチングにおけるエッチング液として、例えばＫＯＨ液を使用する。
こうして複数の圧電薄膜共振子からなるラダー型フィルタが完成する。
上述した本発明に係る圧電薄膜共振子は、デュプレクサー又はインクジェットヘッドに応用することができる。
１０ 圧電薄膜共振子、１１ シリコン基板、１２ 積層共振体、１３ 下電極膜（第１の電極膜）、１４ 上電極膜（第２の電極膜）、１５ 圧電膜、１６ 保護膜、１８ 貫通穴
Claims (11)
- 基板と、前記基板上に設けられた第一電極膜、前記第一電極膜に重なる圧電膜及び前記圧電膜に重なる第二電極膜からなる積層共振体とを備え、前記基板の前記積層共振体の対応位置に該基板を開口して貫通穴を形成し、
前記積層共振体の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されることを特徴とする圧電薄膜共振子。 - 前記第一電極膜又は／及び第二電極膜の平面形状はその輪郭が自由曲線で構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振子。
- 前記基板を開口して形成された貫通穴の平面形状は方形を除く平行四辺形であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電薄膜共振子。
- 前記基板は（１１０）カットのシリコン基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
- 前記基板と前記第一電極膜の間であって、少なくとも前記貫通穴周辺に弾性波吸収層を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
- 前記弾性波吸収層は合成樹脂で構成されていることを特徴とする請求項５記載の圧電薄膜共振子。
- 前記基板と前記第一電極膜の間に保護膜を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
- 前記保護膜を前記基板の開口側より所望の周波数となるように除去又は前記保護膜に前記基板の開口側より所望の周波数となるように新たに保護膜を堆積させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
- 前記圧電膜はＺｎＯ、ＡｌＮ、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ３、水晶のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
- 請求項１〜９のいずれか１つに記載の圧電薄膜共振子を複数有し、前記複数の圧電薄膜共振子がラダー型接続され、ラダー型フィルタとして構成されていることを特徴とするフィルタ。
- 基板と、前記基板上に設けられた第一電極膜、前記第一電極膜に重なる圧電膜及び前記圧電膜に重なる第二電極膜からなる積層共振体を形成する工程と、
前記基板に対して、前記積層共振体に対応する位置において開口する貫通穴を形成する工程とを含む圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記貫通穴を形成する工程は前記基板における前記積層共振体を設けた面とは反対側の面側よりエッチング液を用いたウエットエッチングにより開口するようにしたことを特徴とする圧電薄膜共振子の製造方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070703 |