JP2006019935A - 薄膜圧電共振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高融点金属を上部電極として用いた場合に特有の抵抗上昇、残留応力の増加を回避し、上部電極の直列抵抗が小さく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器を提供する。
【解決手段】 基板１１と、 この基板１１に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４と、この下部電極１４上に配置された圧電体膜１５と、この圧電体膜１５上の上部電極１６とを備え、上部電極１６が圧電体膜１５の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下であり、厚み方向の圧電体膜１５中のバルク振動を利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜圧電共振器に係り、特に、高周波フィルタ或いは高周波発振器として応用が可能な圧電体薄膜の厚み方向の縦振動を利用した薄膜圧電共振器及びその製造方法に関する。

無線通信技術の発達、新方式への移行に伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要が益々高まっている。加えて、移動体無線端末の高性能化、高機能化に伴い、部品点数が大幅に増加しており、部品の小型化、モジュール化の重要性が高まっている。無線回路中の受動部品の中では、特にフィルタ回路の占める割合が大きいため、無線回路を小型化し、部品点数を削減するためには、フィルタの小型化、モジュール化が必須である。

従来用いられてきたフィルタとしては、ＬＣフィルタ、誘電体フィルタ、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタなどが挙げられる。ＬＣフィルタや誘電体フィルタは、装置の小型化、薄型化に限界があった。特にＬＣ回路に用いるコイル（インダクタ）の小型化は困難である。更に、コイル（インダクタ）には抵抗損失があるため、俊敏なフィルタ特性を得ることができない欠点がある。このため、移動体通信機器におけるＲＦ及びＩＦフィルタとして、弾性表面波（ＳＡＷ）素子が一般に使用されている。しかし、ＳＡＷ素子の共振周波数は、櫛型電極間距離に反比例するという関係にあり、１ＧＨｚを超える周波数領域では、櫛型電極間距離が１μｍ以下となり、近年、求められている利用周波数の高周波数化への対応が難しくなっている。又、ＬｉＴａＯ_３等の特殊な基板を用いるために基本的に個別部品であり、小型化にも難点があった。

ＳＡＷ素子に代り、近年注目を集めている共振器として、圧電薄膜の厚み方向の縦振動モードを利用した薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ）がある。この薄膜圧電共振器はバルク超音波（ＢＡＷ）素子等とも称せられている。代表的な薄膜圧電共振器の構造は、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されるような従来の薄膜圧電共振器は、次の様な工程で製造される。初めに、Ｓｉ基板上に異方性エッチングにより窪みが形成され、次に、基板上にエッチングしやすい犠牲層、例えば、ホウ素及びリンをドープしたシリケートガラス（ＢＰＳＧ）が形成される。その後、犠牲層は、その表面にＳｉ基板面が露出するまで平坦に研磨され、この平坦研磨によってＳｉ基板上の窪みには、犠牲層が残存し、その周辺は、Ｓｉ基板面が露出される。残存犠牲層上に下部電極、圧電膜、上部電極が順に堆積され、その後、犠牲層に達するまで穴が穿けられ、選択エッチングにより犠牲層が除去されてキャビティが形成される。このようなプロセスにより薄膜圧電共振器が完成される。薄膜圧電共振器を利用したフィルタは圧電体の厚み縦振動を利用しているため、圧電体の厚みを薄くすれば動作帯域の高周波化が容易に実現でき、平面方向には１μｍレベルの加工寸法で十分なので、高周波化に伴う製造コストの上昇を招かない。又、薄膜圧電共振器を作製する基板は、ＳＡＷフィルタのように圧電性基板である必要がなく、半導体であるＳｉ基板やＧａＡｓ基板上にも作製でき、ＬＳＩのチップとモノリシックにフィルタを作りこむことも可能である。この薄膜圧電共振器では、共振周波数は、圧電体の音速及び膜厚によって定まり、通常１〜２μｍの膜厚で２ＧＨｚに、又０．４−０．８μｍの膜厚で５ＧＨｚに対応し、数十ＧＨｚまでの高周波化が可能である。

従来、薄膜圧電共振器の電極材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）のような弾性損失（内部摩擦）の少ない材料が有利と考えられてきた（特許文献２参照。）。
特開２０００−６９５９４号公報 米国特許第５，５８７，６２０号明細書

特許文献１に開示されたような薄膜圧電共振器を形成する場合、例えば犠牲層を形成した基板上に下部電極を形成し、更にその上部に圧電体膜を形成後、所望の面積に加工し、上部電極を形成する方法が一般的である。この際、圧電体形成後に水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等の溶液を用いたウェットエッチングやドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の加工法を用い、下部電極取出し部を形成する必要がある。圧電体としては一般的に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）或いは酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられるが、特に半導体プロセスとの整合が良いＡｌＮが広く用いられている。これらはいずれの方法でもエッチング速度が遅く、且つ加工を行い下部電極取出し部を形成する際下部電極との十分なエッチング選択比が取れ難いという問題点があった。このように選択比が十分でない場合、面内均一性等を考慮して過剰なエッチングをせざるを得ず、これにより、素子領域の一部分もしくは全体に渡り下部電極の膜厚が減少することによる電極の直列抵抗上昇、表面荒れや変質によるコンタクト抵抗上昇が起こる。

薄膜圧電共振器の共振特性には、圧電性の強さの指標である電気機械結合係数ｋ_t ²と、共振の鋭さを表すＱ値がある。更にＱ値については、電気的インピーダンスが極小となる共振点におけるＱ値と、電気的インピーダンスが極大となる反共振点におけるＱ値がある。共振器を組み合わせてフィルタを構成した場合、フィルタの帯域幅は電気機械結合係数ｋ_t ²に比例し、帯域内の挿入損失は電気機械結合係数ｋ_t ²とＱ値の積で表される性能指数に反比例する。電気機械結合係数ｋ_t ²は材料固有の値であり、結晶の純度を高め分極方向への結晶配向性を制御して所望の帯域幅が実現できれば、それ以上電気機械結合係数ｋ_t ²を大きくする必要はない。したがって、挿入損失を減らすためにはできるだけＱ値を高くする必要がある。特に、薄膜圧電共振器を作製する際には、圧電体材料だけでなく、電極材料の選択が重要なポイントとなる。というのも、１００μｍ以上の厚さをもつセラミックを用いた圧電共振器では電極の質量・抵抗がほとんど無視できるのに対して、わずか数μｍの厚さしかない薄膜圧電共振器においては、圧電体膜の膜厚に対する電極層の相対的な厚みが大きく、電極材料の物性が共振特性に大きな影響を与えるからである。

特許文献２に記載されたＭｏ、Ｗ、Ｉｒのような電極材料は、一般的に融点が極めて高く、金属薄膜を形成した場合に、
（イ）金属薄膜中に残留応力が入りやすい；
（ロ）金属薄膜中の結晶粒径が小さく、バルクに比べて薄膜化した際の比抵抗上昇幅が大きい、
等の問題点がある。

上記事情に鑑み、本発明は、高融点金属を上部電極として用いた場合に、高融点金属特有の抵抗上昇、残留応力の増加を回避し、上部電極の直列抵抗が小さく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）基板と、（ロ）この基板に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極と、（ハ）この下部電極上に配置された圧電体膜と、（ニ）この圧電体膜上の上部電極とを備える薄膜圧電共振器であることを要旨とする。そして、第１の特徴に係る薄膜圧電共振器の上部電極は、圧電体膜の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下である。

本発明の第２の特徴は、（イ）下部電極を形成する工程と、（ロ）下部電極上に圧電体膜を堆積し、引き続き、この圧電体膜上に上部電極を堆積する工程と、（ハ）上部電極をパターニングし、その後圧電体膜をパターニングする工程とを含む薄膜圧電共振器の製造方法であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、（イ）下部電極を形成する工程と、（ロ）下部電極上に圧電体膜、非晶質下地層、上部電極を順に連続的に堆積する工程と、（ハ）上部電極と非晶質下地層をパターニングし、その後圧電体膜をパターニングする工程とを含む薄膜圧電共振器の製造方法であることを要旨とする。

本発明によれば、高融点金属を上部電極として用いた場合に、高融点金属特有の抵抗上昇、残留応力の増加を回避し、上部電極の直列抵抗が小さく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が実現できる。

共振のＱ値に影響を及ぼす因子は、圧電体膜の弾性損失、電極の弾性損失、電極の直列抵抗であり、一方反共振のＱ値に影響を及ぼす因子は、圧電体膜の弾性損失、電極の弾性損失、基板のコンダクタンス、圧電体膜の誘電損失である。本発明者らの実験データの解析によれば、共振のＱ値を低下させる因子は、電極の直列抵抗が最も大きな割合を占めており、ついで圧電体膜の弾性損失、影響が最も小さい因子が電極の弾性損失であった。一方、反共振点のＱ値については、基板のコンダクタンスや圧電体膜の誘電損失はほとんど影響せず、圧電体膜の弾性損失が支配的であった。したがって、電極材料の選定に当たっては、材料の比抵抗が最も重要な材料定数となる。

一般に、金属材料の薄膜を形成した場合、その比抵抗値はバルクのそれよりも高くなる。これは、金属薄膜の抵抗率が、金属薄膜の表面での散乱、金属薄膜の結晶粒界での散乱、金属薄膜の結晶欠陥による散乱によって影響を受けるためである。薄膜圧電共振器において、上部電極及び下部電極を構成する電極層は、それぞれ数百ｎｍの厚みをもつ金属薄膜であるため、金属薄膜の表面での散乱の影響は少なく、支配的な因子は金属薄膜の結晶粒界での散乱と考えられる。同じ成膜温度であれば高融点金属ほど金属薄膜の結晶粒のサイズは小さくなり、したがってバルクの比抵抗と比べて抵抗上昇幅が大きい。例えば、ほぼ同程度のバルクの比抵抗値であるコバルト（Ｃｏ）とモリブデン（Ｍｏ）の薄膜の比抵抗を比べると、Ｃｏがバルクに比べて１．５倍程度の抵抗上昇率であるのに対し、Ｍｏは２．５以上の抵抗上昇率である（応用物理、第ｌ４７巻、第３号、（１９７８年）、ｐ１９２；及び、太陽エネルギー材料と太陽電池（Solar Energy Materials and Solar Cells）第５１巻、（１９９８年）、ｐ３２７参照。）。又本発明者らの実験的検討によっても、Ｍｏやイリジウム（Ｉｒ）等の高融点金属は、成膜条件を最適化することによって抵抗値を低下させた場合、金属薄膜の残留応力が大きくなるケースがあり、金属薄膜の製造上のマージンが極めて狭いことが明らかとなった。

そこで、本発明者らはどのような金属であれば抵抗上昇率が小さくなるのかを実験的に検討した。従来、薄膜圧電共振器の圧電体膜下部の電極（下部電極）については、圧電体膜を配向させて良好な圧電特性を得るために多くの検討がなされてきた。その反面、圧電体膜上部の電極（上部電極）についてはほとんど検討はなされていなかった。本発明者らは、種々の実験的・理論的考察を始めて行い、以下の第１〜第４の実施の形態に例示する本発明をなすに至った。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第４の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、図１に示すように、基板１１；基板１１上の絶縁膜１２，この絶縁膜１２を介し、基板１１に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６とを備える。そして、上部電極１６が圧電体膜１５の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下であり、厚み方向の圧電体膜１５中のバルク振動を利用する。「配向半値幅」はＸ線回折のロッキングカーブから求めれば良い。６°より配向半値幅が大きくなり、上部電極１６の結晶性が悪くなれば、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の所望の電気機械結合係数ｋ_t ²及びＱ値が得られなくなる。好ましくは、上部電極１６の配向半値幅は、４°以下が良い。更に好ましくは、３°以下が良い。配向半値幅が小さくなればなるほど、上部電極１６の結晶の完全性が高くなるので、高い電気機械結合係数ｋ_t ²及びＱ値が得られるからである。

更に、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、基板１１の裏面から基板１１表面に向かって、下部電極１４の底部を露出するキャビティ（空洞）１８を備える。図１（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器において、平面パターン上では、キャビティ１８が占有する領域は、下部電極１４が占有する領域の内部に収納されている。しかしながら、キャビティ１８が下部電極１４の外側まで広がっていても良い。下部電極１４の底部のキャビティ１８に露出した部分以外は、下部電極１４と絶縁膜１２との間に、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の非晶質下地層１３が挿入されている。

図１に示す薄膜圧電共振器は、圧電体膜１５の厚み方向のバルク振動を利用するので、圧電体膜１５、下部電極１４及び上部電極１６の厚みを調整することにより共振振動数が決定できる。非晶質下地層１３を備えることにより、圧電体膜１５を縦波の弾性波の伝搬方向に単一配向させることが容易になる。例えば、圧電体膜１５としてウルツ鉱型構造のＡｌＮ，ＣｄＳ或いはＺｎＯを採用すれば、六方晶系のｃ軸、即ち（０００１）方向に圧電体膜１５を単一配向させることが容易になる。圧電体膜１５の分極軸をｃ軸方向に揃えられる結果、圧電体膜１５としての電気機械結合係数ｋ_t ²やＱ値を高い値に確保しやすくなる。

上部電極１６の材料は、融点が６００℃〜２３００℃の金属を主成分であることが好ましい。特に、融点が６００〜２３００℃の範囲にあり、且つバルク本来の比抵抗値が１５［μΩ・ｃｍ］以下である金属材料を用いれば、融点が高いために結晶性が良好になり、結晶欠陥に伴う抵抗上昇が問題となることもない。又融点が低いことにより薄膜形成時に表面モホロジーが良好である。具体的には、上部電極１６は、融点が６６０℃のアルミニウム（Ａｌ）、融点が１８７５℃のクロム（Ｃｒ）、融点が１５３６℃の鉄（Ｆｅ）、融点が１４９２℃のコバルト（Ｃｏ）、融点が１４５３℃のニッケル（Ｎｉ）、融点が２２８０℃のルテニウム（Ｒｕ）、融点が１９６０℃のロジウム（Ｒｈ）、融点が１５５２℃のパラジウム（Ｐｄ）、融点が１７７０℃の白金（Ｐｔ）、融点が１０８３℃の銅（Ｃｕ）等の材料群から電極材料を選択することが好ましい。もっとも、これらの材料は融点が２６１７℃のモリブデン（Ｍｏ）、融点が３３８０℃のタングステン（Ｗ）、融点が２４４３℃のイリジウム（Ｉｒ）等の高融点金属に比べると、弾性定数が小さく、音響インピーダンスが小さい。そのため、圧電体膜との境界から振動の歪みが染み出し、結果的に圧電体膜に閉じ込められる振動エネルギーの減少を招くため、共振器としての実効的電気機械結合係数ｋ_t ²は若干小さくなるが、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では、上部電極１６が配向半値幅が６°以下で特定の方位に配向しているので、この特定の配向方位では、弾性定数が最大となり、電気機械結合係数ｋ_t ²の低下を抑制している。例えば、Ｎｉは（１００）方位の弾性定数と比べて（１１１）方位の弾性定数は二倍以上大きい。したがって、（０００１）方位に配向したＣｏ、Ｒｕ、或いは（１１１）方位に配向したＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄを主成分とする電極材料を電極として用いることが好ましい。

上部電極１６の材料は、融点が６００℃〜２３００℃の金属は、この範囲を超える融点の金属に比し、同じ成膜温度であれば融点が低い金属ほど金属薄膜の結晶粒のサイズは大きくなり、結晶性が良好となり、薄膜でもバルクの比抵抗に近い値が得られる。即ち、金属薄膜の抵抗率は、金属薄膜の表面での散乱、金属薄膜の結晶粒界での散乱、金属薄膜の結晶欠陥による散乱によって影響を受けるが、上部電極１６の材料を融点が６００℃〜２３００℃の金属に選ぶことにより、結晶粒のサイズは大きくなるので、結晶粒界での散乱の影響が少なくなる。又、結晶性が良好となるので、金属薄膜の結晶欠陥による散乱による影響も小さくなる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さくなり、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が減少するので、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。

なお、融点が６００℃〜２３００℃であり、且つバルクの比抵抗が１５μΩ・ｃｍ以下である金属として、上記以外にも、マグネシウム（Ｍｇ）融点６４９℃；ランタン（Ｌａ）融点９２０℃；銀（Ａｇ）融点９６１℃；金（Ａｕ）融点１０６３℃；ベリリウム（Ｂｅ）融点１２８７℃；トリウム（Ｔｈ）融点１７５５℃等がある。これらの金属材料も原理的には、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の上部電極１６の材料として使用可能であるが、化学的安定性、放射性の存在、商業的の入手容易性等の面で考慮が必要なものが含まれている。

このように、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器においては、上部電極１６の材料として、６００℃〜２３００℃の範囲の融点をもつ金属材料を選び、最も弾性定数が大きくなる方位に配向させているので、音響インピーダンスが大きくなり、圧電振動の上部電極１６部への染み出しが小さい。更に、上部電極１６の直列抵抗が小さので、Ｑ値が高く、実効的な電気機械結合係数ｋ_t ²が大きな薄膜圧電共振器が実現できる。上記において、上部電極１６に着目して説明したが、これらの説明は下部電極１４に対しても同様に適用可能なことは原理的に明白であろう。

例えば、基板１１としてＳｉ基板、絶縁膜１２として酸化膜を用い、膜厚２０ｎｍのＴａ−Ａｌ合金膜からなる非晶質下地層１３、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる下部電極１４、膜厚２．２μｍのＡｌＮ膜からなる圧電体膜１５、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる上部電極１６を備える薄膜圧電共振器の共振特性は、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）による評価によれば、共振周波数がおよそ１．９ＧＨｚ、電気機械結合係数ｋ_t ²は６．４％、共振のＱ値は８５０、反共振のＱ値は７５０と極めて良好な共振特性を示した。又、スプリアス振動もほとんど観測されなかった。測定レンジの広い（０．１〜１０ＧＨｚ）インピーダンスの周波数依存性からフィッティングにより求めた共振器の電極の直列抵抗は０．５Ω以下であった。又、残留応力に起因した中空構造の破断・亀裂なども認められなかった。

第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の比較例として、下部電極１４及び上部電極１６としてＩｒ薄膜を用い、他を同一の構造とした薄膜圧電共振器の測定結果は、共振のＱ値は３７０、反共振のＱ値は８００であり、電気機械結合係数ｋ_t ²は６．７％であった。但し、下部電極１４及び上部電極１６としてのＩｒ薄膜の残留応力に起因して中空構造の破断・亀裂が多き見られ、歩留まりは２０％に満たなかった。又、測定レンジの広いインピーダンスの周波数依存性からフィッティングにより求めた共振器の電極の直列抵抗は１〜３Ωの範囲でばらついていた。ばらつきの原因は共振器構造の亀裂の有無によるものであることが、ＳＥＭ観察により、認められた。

上部電極１６の配向半値幅を６°以下にするためには、以下に述べるように、下部電極１４上に圧電体膜１５を堆積し、引き続き、この圧電体膜１５上に上部電極１６を連続的に堆積し、上部電極１６をパターニングし、その後圧電体膜１５をパターニングする一連の順序で薄膜圧電共振器を製造すれば良い。図２を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を説明する。なお、以下に述べる薄膜圧電共振器の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。

（イ）まず、Ｓｉ（１００）基板等の基板１１を用意する。この基板に熱酸化法等により絶縁膜１２を形成する。更に、絶縁膜１２の上に膜厚５〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの非晶質下地層１３をＲＦマグネトロンスパッタリング法等により、図２（ａ）に示すように堆積する。非晶質下地層１３として、Ｔａ−Ａｌ合金膜を用いるのであれば、Ｔａ及びＡｌターゲットとアルゴンガスを使用し、基板温度を室温として、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等で堆積できる。

（ロ）次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等を用いて膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍのＡｌ膜等の金属膜を、非晶質下地層１３上に堆積する。非晶質下地層１３と金属膜１４の堆積は、同一チャンバー中で連続的に実施すれば良い。そして、フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるパターニングを行い、下部電極１４のパターンを図２（ｂ）に示すように形成する。下部電極１４がＡｌ膜の場合は、塩化物系ガスを用いたＲＩＥで下部電極１４をパターニングすれば良い。非晶質下地層１３として、Ｔａ−Ａｌ合金膜を用いた場合は、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈などのフッ素系ガスを使用してＲＩＥで選択的にエッチングできる。

（ハ）その後、図２（ｃ）に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により厚さ０．５〜３μｍのウルツ鉱型構造の圧電体膜１５を下部電極１４の上に堆積する。圧電体膜１５の厚さは、共振周波数により異なり、圧電体膜１５がＡｌＮで共振周波数を１．９ＧＨｚ、程度にするのであれば、厚さ２．２μｍ程度にすれば良い。

（ニ）引き続き、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により、１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜１６を圧電体膜１５の上全面に堆積する。例えば、反応性ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、膜厚２．２μｍのＡｌＮからなる圧電体膜１５、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる金属膜１６を同一の製造装置（スパッタリング装置）の堆積空間（真空チャンバー）から外に出すことなく連続成膜により形成する。引き続き、フォトリソグラフィー、非酸化性の酸（例えば塩酸）によるウェットエッチングにより金属膜１６をパターニングする。

（ホ）次に、フォトリソグラフィー、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより圧電体膜１５をパターニングする。その後、基板１１を研磨により厚さ６０〜３００ｎｍ、好ましくは８０〜２５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの厚さになるまで研磨により厚み調整をする。その後、基板１１の裏面をフォトリソグラフィーでエッチングマスクを形成する。基板１１がＳｉ基板の場合は、フッ化物系のガスを用いたＲＩＥにより基板１１を裏面側からエッチングし、図２（ｅ）に示すように、垂直側壁の断面形状を有するキャビティ１８ｐを形成する。

（ヘ）その後、キャビティ１８ｐの底部に残る絶縁膜１２及び非晶質下地層１３は、ウェットエッチングと弗化物系ガスを使用したＲＩＥを併用することにより除去すれば、図１（ｂ）に示す断面構造が完成する。

上記のように、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法においては、圧電体膜１５と上部電極１６とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積しているので、圧電体膜１５と上部電極１６との界面のモホロジーが良好になり、このため、上部電極１６の結晶の完全性が高まり、簡単に上部電極１６の配向半値幅が６°以下になる。このため、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法によれば、電極の直列抵抗が小さく、電極薄膜に残留応力が入りにくく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が、簡単に製造できる。

第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を利用したフィルタ回路の例を図３に示す。図３に示す梯子型フィルタ４１は、４個の薄膜圧電共振器Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄が直並列接続されるように配列されて構成されている。図３に示す梯子型フィルタ４１の現実の構造は、種々のトポロジーがあり得る。例えば、図３の入力ポートＰ_inの一方の端子１１１と他方の端子１１２に、それぞれ薄膜圧電共振器Ｆ₄の上部電極１６と下部電極１４が接続され、薄膜圧電共振器Ｆ₄の上部電極１６に薄膜圧電共振器Ｆ₃の上部電極１６が接続され、薄膜圧電共振器Ｆ₃の下部電極１４に薄膜圧電共振器Ｆ₁及びＦ₂のそれぞれの上部電極１６が接続されるように、同一基板上にモノリシックに構成できる。そして、薄膜圧電共振器Ｆ₁の下部電極１４に出力ポートＰ_outの一方の端子１２１が接続され、薄膜圧電共振器Ｆ₂の下部電極１４に出力ポートＰ_outの他方の端子１２２が接続される。

又、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、図４に示すようにバリアブルキャパシタンスＣ２及び増幅器１０５と組み合せて移動体通信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）に利用することができる。増幅器１０５として、例えばＣＭＯＳインバータが使用できる。即ち、図４では、バリアブルキャパシタンスＣ２と固定キャパシタンスＣ１に、それぞれ薄膜圧電共振器１０１の上部電極１６と下部電極１４とが接続され、薄膜圧電共振器１０１の上部電極１６には更に抵抗Ｒ２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子と、薄膜圧電共振器１０１の下部電極１４との間には、増幅器（インバータ）１０５と帰還抵抗Ｒ１との並列回路が接続されている。増幅器１０５の入力端子には、帰還抵抗Ｒ１により増幅器１０５の出力端子の信号が正帰還し、薄膜圧電共振器１０１の共振周波数で発信するコルピッツ型の発振回路である。バリアブルキャパシタンスＣ２は、可変容量ダイオード（バリキャップ）で構成すれば良く、バリアブルキャパシタンスＣ２により発振周波数の調整を行う。図４に示した、バリアブルキャパシタンスＣ２、固定キャパシタンスＣ１、薄膜圧電共振器１０１、抵抗Ｒ２，Ｒ１及び増幅器１０５は、同一基板上にモノリシックに構成しても良く、ハイブリッドに集積化しても構わない。

図５には、図３に示すフィルタ回路を、高周波（ＲＦ）フィルタ４１及び中間周波数（ＩＦ）フィルタ４２として備える携帯型情報端末の受信回路を示す。図５に示す携帯型情報端末の受信回路は、ＲＦフロントエンド部として、図３に示したフィルタ回路によるＲＦフィルタ４１、ＲＦフィルタ４１に接続されたミキサ４８、ミキサ４８に接続された局部発振器４９を備える。ミキサ４８は、ＲＦフィルタ４１の出力するＲＦ信号と局部発振器４９の出力するＲＦ信号とを混合し、例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ）の信号を生成する。ＲＦフィルタ４１にはアンテナスイッチ４７を介して、第１アンテナ４５及び第２アンテナ４６が接続されている。図５において、２本の、第１アンテナ４５及び第２アンテナ４６が接続されているがこれは例示であり、アンテナの本数は２本に限定されない。

ミキサ４８で混合された第１アンテナ４５及び第２アンテナ４６が受信したＲＦ信号と局部発振器４９の出力するＲＦ信号とは、図３に示したフィルタ回路によるＩＦフィルタ４２に伝達される。ＩＦフィルタ４２には、増幅器５０が接続され、増幅器５０には、Ｉ／Ｑ復調回路を備えるレシーバＬＳＩチップ３が接続されている。レシーバＬＳＩチップ３には、共振器５８を備えたＩＱ発信器５７が接続されている。ＩＦフィルタ４２により、第１アンテナ４５及び第２アンテナ４６が受信したＲＦ信号と局部発振器４９の出力するＲＦ信号との差の周波数が抽出され、増幅器５０により、差の周波数であるＩＦ信号が増幅され、安定化される。このＩＦ信号は、レシーバＬＳＩチップ３により直交位相復調され、互いに９０°位相がずれたＩ信号及びＱ信号が生成される。レシーバＬＳＩチップ３が備えるミキサ５１及びミキサ５２において、更に低周波、例えば１０ＭＨｚ以下のベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号がそれぞれ生成される。ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、それぞれ、増幅器５３，５４で増幅された後、ベースバンドフィルタ４３，４４に入力される。ベースバンドフィルタ４３，４４を介したベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、更に、Ａ−Ｄ変換器５５，５６でディジタル信号に変換され、図示を省略したディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）に入力される。即ち、ベースバンドフィルタ４３及びベースバンドフィルタ４４を介してそれぞれ抽出されたベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ａ−Ｄ変換器５５及びＡ−Ｄ変換器５６により、ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）により信号処理される。

図６は、携帯型情報端末の送信回路２を示す。送信回路２のベースバンド処理部にはディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）からのディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換器６５，６６がそれぞれ備えられている。ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ｄ−Ａ変換器６５及びＤ−Ａ変換器６６により、アナログのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ベースバンドフィルタ６１及びベースバンドフィルタ６２を介して、変調器ＬＳＩチップ５の増幅器８８，８９に入力される。

変調器ＬＳＩチップ５は、増幅器８８，８９と、増幅器８８，８９に接続されたミキサ８５，８６を備える。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、発振器６０及び移相器８７を備える。ミキサ８５及びミキサ８６には、発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数が、移相器８７により互いに９０°位相がずらされて供給される。増幅器８８，８９の出力は、ミキサ８５，８６において発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数と混合され、変調される。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、加算器８４及び加算器８４の出力に接続された増幅器８３を備える。ミキサ８５及びミキサ８６の出力は、加算器８４に入力され、加算器８４の出力は増幅器８３に入力される。増幅器８３の出力は、送信回路２のＲＦフロントエンド部を構成するＭＭＩＣ４に供給される。ＭＭＩＣ４には多段接続されたマイクロ波用パワートランジスタ８１，８２を備え、ＲＦ増幅後、アンテナスイッチ４７を介して、第１アンテナ４５及び第２アンテナ４６に供給される。

図５及び図６に示す携帯型情報端末においては、空洞共振器やインダクタを用いたＬＣ回路の代わりに、小型のフィルタ回路を、ＲＦフィルタ４１及びＩＦフィルタ４２として用いているので、小型薄型、且つ低消費電力の１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域で使用可能な携帯型情報端末が実現できる。勿論、図５のベースバンドフィルタ４３，４４、或いは図６のベースバンドフィルタ６１，６２等の、低周波領域におけるフィルタ等にも適用可能であるが、図３に示したフィルタ回路の高周波特性を鑑みれば、３００ＭＨｚ以上、特に１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域におけるフィルタに用いるのが好適である。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、図７に示すように、基板１１；基板１１上の絶縁膜１２；この絶縁膜１２を介し、基板１１に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４の一部を露出して、下部電極１４の他の一部上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６、平面パターン上、圧電体膜１５が占有する領域の境界から外部に延在した下部電極１４の一部に接続される下部電極配線１７、上部電極１６の一部に接続される上部電極配線４６とを備える。下部電極１４の底部のキャビティ１８に露出した部分以外は、下部電極１４と絶縁膜１２との間に、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の非晶質下地層（第１の非晶質下地層）１３が挿入されている点までは、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様な構成であるが、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では更に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の第２の非晶質下地層１９が挿入されている。上部電極１６が圧電体膜１５の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下、好ましくは４°以下、更に好ましくは３°以下であり、厚み方向の圧電体膜１５中のバルク振動を利用することは、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様である。配向半値幅が小さくなればなるほど、上部電極１６の結晶の完全性が高くなるので、高い電気機械結合係数ｋ_t ²及びＱ値が得られるが、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では、第２の非晶質下地層１９が上部電極１６と圧電体膜１５との間に挿入されているため、配向半値幅を４°以下、更に好ましくは３°以下にするのが容易である。

第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様に、上部電極１６の材料は、融点が６００℃〜２３００℃の金属を主成分であることが好ましい。特に、融点が６００〜２３００℃の範囲にあり、且つバルク本来の比抵抗値が１５［μΩ・ｃｍ］以下である金属材料を用いれば、融点が高いために結晶性が良好になり、結晶欠陥に伴う抵抗上昇が問題となることもない。又融点が低いことにより薄膜形成時に表面モホロジーが良好である。具体的には、上部電極１６は、（０００１）方位に配向したＣｏ、Ｒｕ、又は（１１１）方位に配向したＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄを主成分とする材料群から電極材料を選択することが好ましい。これらの材料はＭｏ、Ｗ、Ｉｒ等の融点が６００〜２３００℃の範囲を越える高融点金属に比べると、弾性定数が小さく、音響インピーダンスが小さいが、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では、上部電極１６が配向半値幅が４°以下、更に好ましくは３°以下で特定の方位に配向することが容易なので、この特定の配向方位では、弾性定数が最大となり、電気機械結合係数ｋ_t ²の低下を抑制している。第１の実施の形態で説明したように、融点が６００℃〜２３００℃の金属は、この範囲を超える融点の金属に比し、同じ成膜温度であれば融点が低い金属ほど金属薄膜の結晶粒のサイズは大きくなり、結晶性が良好となり、薄膜でもバルクの比抵抗に近い値が得られる。即ち、上部電極１６の材料を融点が６００℃〜２３００℃の金属に選ぶことにより、上部電極１６の結晶粒のサイズは大きくなるので、結晶粒界での散乱の影響が少なくなる。又、上部電極１６の結晶性が良好となるので、金属薄膜の結晶欠陥による散乱による影響も小さくなる。

特に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、第２の非晶質下地層１９としてＴａ−Ａｌ合金膜のように音響インピーダンスの高い材料を選んだ場合、上部電極１６の配向性が向上するばかりでなく、更に電気機械結合係数ｋ_t ²が上昇する効果が得られる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さく、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が小さい効果との相乗効果により、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。このように、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器においては、上部電極１６の材料として、６００℃〜２３００℃の範囲の融点をもつ金属材料を選び、最も弾性定数が大きくなる方位に配向させているので、音響インピーダンスが大きくなり、圧電振動の上部電極１６部への染み出しが小さい。更に、上部電極１６の直列抵抗が小さので、Ｑ値が高く、実効的な電気機械結合係数ｋ_t ²が大きな薄膜圧電共振器が実現できる。上記において、上部電極１６に着目して説明したが、これらの説明は下部電極１４に対しても同様に適用可能なことは勿論である。
第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様に、膜厚２０ｎｍのＴａ−Ａｌ合金膜からなる第１の非晶質下地層１３、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる下部電極１４、膜厚１．７μｍのＡｌＮ膜からなる圧電体膜１５、膜厚２０ｎｍのＴａ−Ａｌ合金膜からなる第２の非晶質下地層１９、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる上部電極１６を備える薄膜圧電共振器の共振特性は、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）による評価によれば、電気機械結合係数ｋ_t ²が６．７％の大きな値が得られた。又、Ｑ値は共振が８５０、反共振が７５０であり、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様な値であった。圧電体膜１５の膜厚を１．７μｍと、第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の圧電体膜１５より薄くしたのは、第２の非晶質下地層１９を備えることにより、質量負荷の大きい上部電極構造となることを考慮したためである。

配向半値幅が小さく、結晶性の良好な上部電極１６を実現するためには、以下に述べるように、下部電極１４上に圧電体膜１５、非晶質下地層１９、上部電極１６を順に連続的に堆積し、上部電極１６と非晶質下地層１９をパターニングし、その後圧電体膜１５をパターニングする一連の順序で薄膜圧電共振器を製造すれば良い。図８を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を説明する。なお、以下に述べる薄膜圧電共振器の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。

（イ）前述した第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法の図２（ａ）〜図２（ｃ）と同様な手順で、図８（ａ）に示す基板１１、基板１１上の絶縁膜１２、この絶縁膜１２上の非晶質下地層１３、この非晶質下地層１３上の下部電極１４、下部電極１４上の圧電体膜１５からなる構造を実現する。この際、下部電極１４及び非晶質下地層１３の積層構造のパターニングは、図８（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示した場合よりも短く形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により厚さ０．５〜３μｍの圧電体膜１５を下部電極１４と絶縁膜１２の上の全面に堆積する。圧電体膜１５の厚さは、共振周波数により異なるが、圧電体膜１５がＡｌＮで共振周波数を２．０ＧＨｚ程度にするのであれば、膜厚１．７μｍ程度にすれば良い。

（ロ）引き続き、圧電体膜１５の上に膜厚５〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの第２の非晶質下地層１９をＲＦマグネトロンスパッタリング法等により、図８（ｂ）に示すように堆積する。第２の非晶質下地層１９として、Ｔａ−Ａｌ合金膜を用いるのであれば、Ｔａ及びＡｌターゲットとアルゴンガスを使用し、基板温度を室温として、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等で堆積すれば良い。

（ハ）その後、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により、１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜１６を圧電体膜１５の上全面に堆積する。例えば、反応性ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、圧電体膜１５、第２の非晶質下地層１９、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる金属膜１６を同一の製造装置（スパッタリング装置）の堆積空間（真空チャンバー）から外に出すことなく連続成膜により形成する。引き続き、フォトリソグラフィー、非酸化性の酸（例えば塩酸）によるウェットエッチングにより金属膜（Ａｌ膜）１６をパターニングし上部電極１６を形成する。そして、第２の非晶質下地層１９として、Ｔａ−Ａｌ合金膜を用いた場合は、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈などのフッ素系ガスを使用してＲＩＥで選択的にエッチングし、第２の非晶質下地層１９を引き続き、パターニングする。更に、フォトリソグラフィー、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより圧電体膜１５を、図８（ｃ）に示すようにパターニングする。

（ニ）その後、１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜を上部電極１６、上部電極１６から露出した圧電体１５、圧電体１５から露出した下部電極１４及び絶縁膜１２の上を含むように、全面に堆積する。そして、フォトリソグラフィー及び選択エッチングにより、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成する。金属膜がＡｌ膜、圧電体１５がＡｌＮ膜であれば、非酸化性の酸、例えば塩酸によるウェットエッチングにより、上部電極１６がオーバーエッチングされないように注意しながら、Ａｌ膜を選択エッチングし、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成すれば良い。上部電極１６がオーバーエッチングされないようにするためには、上部電極１６をＡｌ膜とはエッチング選択比の異なるＣｏ、Ｒｕ、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の材料を用いれば良い。或いは、上部電極１６をＡｌ膜の上にとＡｌ膜とはエッチング選択比の異なるＴａ，Ｍｏ，Ｗ等のエッチングストップ層を形成し、上部電極１６をエッチングストップ層とＡｌ膜との２層構造にしても良い。この結果、下部電極配線１７は圧電体１５の端部の裾から露出した下部電極１４に、上部電極配線４６は上部電極１４に電気的に接続される。その後、基板１１を研磨により厚さ６０〜３００ｎｍ、好ましくは８０〜２５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの厚さになるまで研磨により厚み調整をする。その後、基板１１の裏面をフォトリソグラフィーでエッチングマスクを形成する。基板１１がＳｉ基板の場合は、フッ化物系のガスを用いたＲＩＥにより基板１１を裏面側からエッチングし、図８（ｄ）に示すように、垂直側壁の断面形状を有するキャビティ１８ｐを形成する。

（ホ）その後、キャビティ１８ｐの底部に残る絶縁膜１２及び非晶質下地層１３は、ウェットエッチングと弗化物系ガスを使用したＲＩＥを併用することにより除去すれば、図７に示す断面構造が完成する。

上記のように、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法においては、圧電体膜１５、非晶質下地層１９、及び上部電極１６とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積しているので、圧電体膜１５と非晶質下地層１９との界面のモホロジー、及び非晶質下地層１９と上部電極１６との界面のモホロジーが共に良好になり、上部電極１６の結晶の完全性が高まる。この結果、簡単に上部電極１６の配向半値幅が４°〜３°以下になる。このため、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法によれば、電極の直列抵抗が小さく、電極薄膜に残留応力が入りにくく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が、簡単に製造できる。

第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、第１の実施の形態で図３を用いて説明した梯子型フィルタ４１や、図４を用いて説明したＶＣＯに利用することができる。更に、第１の実施の形態の図５及び図６に示したような携帯型情報端末において、第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器をフィルタ回路として用い、ＲＦフィルタ４１やＩＦフィルタ４２として用いることも可能である。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、図９に示すように、基板１１；基板１１上の絶縁膜１２；この絶縁膜１２上にキャビティ（空洞）２０を介して、一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６とを備える。そして、上部電極１６が圧電体膜１５の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下、好ましくは４°以下、更に好ましくは３°以下であり、厚み方向の圧電体膜１５中のバルク振動を利用することは、第１及び第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様である。配向半値幅が小さくなればなるほど、上部電極１６の結晶の完全性が高くなるので、高い電気機械結合係数ｋ_t ²及びＱ値が得られる。

更に、基板１１の裏面から基板１１表面に向かって、下部電極１４の底部を露出するキャビティ（空洞）２０を備える。図９（ａ）に示すように、平面パターン上では、キャビティ２０が占有する領域は、枝部を除けば、下部電極１４が占有する領域の内部に収納されている。キャビティ２０は、図９に示すように断面が台形形状、即ち、上に向かって凸形状である。下部電極１４の底部のキャビティ２０に露出した部分、及び下部電極１４と絶縁膜１２との間には、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の非晶質下地層１３が挿入されている。このため、圧電体１５及び非晶質下地層１３からなる２層構造の底部（腹部）の一部はキャビティ２０の片側の斜面近傍及び天井においてキャビティ２０のなす空間に露出し、一部中空状態になっている。

図９に示す薄膜圧電共振器は、圧電体膜１５の厚み方向のバルク振動を利用するので、圧電体膜１５、下部電極１４及び上部電極１６の厚みを調整することにより共振振動数が決定できる。非晶質下地層１３を備えることにより、圧電体膜１５としてウルツ鉱型構造のＡｌＮ或いはＺｎＯを採用すれば、ＡｌＮやＺｎＯ等の六方晶系の結晶はｃ軸、即ち（０００１）方向に圧電体膜１５を単一配向させることが容易になる。圧電体膜１５の分極軸をｃ軸方向に揃えられる結果、圧電体膜１５としての電気機械結合係数ｋ_t ²やＱ値を高い値に確保しやすくなる。

第１及び第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様に、上部電極１６の材料は、融点が６００℃〜２３００℃の金属を主成分であることが好ましい。特に、融点が６００〜２３００℃の範囲にあり、且つバルク本来の比抵抗値が１５［μΩ・ｃｍ］以下である金属材料を用いれば、融点が高いために結晶性が良好になり、結晶欠陥に伴う抵抗上昇が問題となることもない。又融点が低いことにより薄膜形成時に表面モホロジーが良好である。具体的には、上部電極１６は、（０００１）方位に配向したＣｏ、Ｒｕ、又は（１１１）方位に配向したＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄを主成分とする材料群から電極材料を選択することが好ましい。これらの材料はＭｏ、Ｗ、Ｉｒ等の融点が６００〜２３００℃の範囲を越える高融点金属に比べると、弾性定数が小さく、音響インピーダンスが小さいが、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では、上部電極１６が配向半値幅が６°以下で特定の方位に配向しているので、この特定の配向方位では、弾性定数が最大となり、電気機械結合係数ｋ_t ²の低下を抑制している。第１の実施の形態で説明したように、融点が６００℃〜２３００℃の金属は、この範囲を超える融点の金属に比し、同じ成膜温度であれば融点が低い金属ほど金属薄膜の結晶粒のサイズは大きくなり、結晶性が良好となり、薄膜でもバルクの比抵抗に近い値が得られる。即ち、上部電極１６の材料を融点が６００℃〜２３００℃の金属に選ぶことにより、上部電極１６の結晶粒のサイズは大きくなるので、結晶粒界での散乱の影響が少なくなる。又、上部電極１６の結晶性が良好となるので、金属薄膜の結晶欠陥による散乱による影響も小さくなる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さくなり、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が減少するので、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。

このように、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器においては、上部電極１６の材料として、６００℃〜２３００℃の範囲の融点をもつ金属材料を選び、最も弾性定数が大きくなる方位に配向させているので、音響インピーダンスが大きくなり、圧電振動の上部電極１６部への染み出しが小さい。更に、上部電極１６の直列抵抗が小さので、Ｑ値が高く、実効的な電気機械結合係数ｋ_t ²が大きな薄膜圧電共振器が実現できる。上記において、上部電極１６に着目して説明したが、これらの説明は下部電極１４に対しても同様に適用可能なことは勿論である。

例えば、膜厚２０ｎｍのＴａ−Ａｌ合金膜からなる非晶質下地層１３、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜からなる下部電極１４、膜厚１．６μｍのＡｌＮ膜からなる圧電体膜１５、膜厚３００ｎｍのＣｏ膜からなる上部電極１６を備える薄膜圧電共振器の共振特性を、ベクトルネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて測定した結果、共振周波数がおよそ１．９ＧＨｚ、電気機械結合係数ｋ_t ²は６．６％、共振のＱ値は７５０、反共振のＱ値は７３０であり、極めて良好な共振特性を示す。又、スプリアス振動もほとんど観測されい。測定レンジの広い（０．１〜１０ＧＨｚ）インピーダンスの周波数依存性からフィッティングにより求めた共振器の電極の直列抵抗は０．５Ω以下であった。又、残留応力に起因した中空構造の破断・亀裂なども認められなかった。

図１０〜１３を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を説明する。なお、以下に述べる薄膜圧電共振器の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。

（イ）初めに、熱酸化膜等の絶縁膜１２が形成されたＳｉ（１００）基板１１上に、膜厚０．５〜２μｍ、好ましくは０．８〜１．５μｍ、例えば１μｍのＭｏ膜をＲＦマグネトロンスパッタリング法等により形成し、フォトリソグラフィー及びフッ素系ガスを用いたケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法によりパターニングして、図１０（ｂ）に示すように断面が台形形状の犠牲層２１を形成する。図１０（ａ）に示すように、犠牲層２１の平面パターンは、矩形パターンに４本のストライプ状の枝部が直交するように設けられた形状である。ストライプ状の枝部は４本に限られず、１〜３本でも５本以上でも良い。

（ロ）更に、犠牲層２１の上に膜厚５〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの非晶質下地層１３、膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍのＡｌ膜等の金属膜１４を順に堆積する。非晶質下地層１３と金属膜１３の堆積は、同一チャンバー中で連続的に実施すれば良い。そして、フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、金属膜１４と非晶質下地層１３の選択エッチングし、下部電極１４のパターンを図１１（ａ）に示すように形成する。その後、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により厚さ０．５〜３μｍのウルツ鉱型構造の圧電体膜１５を下部電極１４の上に堆積する。圧電体膜１５の厚さは、共振周波数により異なり、圧電体膜１５がＡｌＮで共振周波数を１．９ＧＨｚ、程度にするのであれば、厚さ１．６μｍ程度にすれば良い。更に、圧電体膜１５の上に、膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜１６を順に堆積する。例えば、膜厚３００ｎｍのＣｏ膜を同一の製造装置（スパッタリング装置）の堆積空間（真空チャンバー）から外に出すことなく、圧電体膜１５との連続成膜により形成する。引き続き、フォトリソグラフィー、ＲＩＥによりＣｏ膜（金属膜）１６を選択エッチングし、図１１に示すような上部電極１６のパターンを形成する。

（ハ）更に、フォトリソグラフィー、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより圧電体膜１５をパターニングする。この結果、図１２（ｂ）に示すように、圧電体膜１５の片方（図１２の左側）の端部が下部電極１４の上に位置するようにパターニングし、圧電体膜１５の端部の裾から下部電極１４の一部を露出させる。更に、図１２（ａ）の平面パターンに示すように、犠牲層２１の矩形パターンに設けられたストライプ状の枝部が圧電体膜１５の端部の裾から露出する。

（ニ）その後、７５℃に加熱した過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）溶液に３０分間浸漬すると、圧電体膜１５の端部の裾から露出した犠牲層２１のストライプ状の枝部がエッチングされる。ストライプ状の枝部のエッチングが進行するにつれ、圧電体膜１５の底部（腹部）に埋め込まれた犠牲層２１へのエッチング液経路が形成される。そして、エッチング液経路を介して、犠牲層２１をエッチングし、図１１に示すようなキャビティ２０が形成される。過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）溶液によるエッチングの後、イソプロピルアルコールでリンスの後、乾燥させる。

上記のように、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法によれば、電極の直列抵抗が小さく、電極薄膜に残留応力が入りにくく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が、簡単に製造できる。第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法において、犠牲層２１のエッチング前にＸ線回折法により上部電極１６の結晶性を評価したところ、（０００１）方位の配向半値幅は２．２°と良好な結晶性を示した。

一方、ＡｌＮ膜からなる圧電体膜１５のパターニングを先に進め、その後にリフトオフ法により膜厚３００ｎｍの上部電極１６をパターニングした場合、上部電極１６のパターニング時に、アルカリ性の現像液で圧電体膜１５の表面が荒れ、上部電極１６の平坦性が劣化していた。キャビティ２０の形成後に測定した共振特性は、電気機械結合係数ｋ_t ²は６．６％であったが、共振のＱ値は４００、反共振のＱ値は３４０であり、圧電体膜１５及び上部電極１６を連続成膜により形成した場合よりもＱ値が劣化していた。上記のように、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法においては、圧電体膜１５と上部電極１６とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積しているので、圧電体膜１５と上部電極１６との界面のモホロジーが良好になり、このため、上部電極１６の結晶の完全性が高まり、簡単に上部電極１６の配向半値幅が６°以下になる。このため、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法によれば、電極の直列抵抗が小さく、電極薄膜に残留応力が入りにくく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が、簡単に製造できる。

第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、第１の実施の形態で図３を用いて説明した梯子型フィルタ４１や、図４を用いて説明したＶＣＯに利用することができる。更に、第１の実施の形態の図５及び図６に示したような携帯型情報端末において、第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器をフィルタ回路として用い、ＲＦフィルタ４１やＩＦフィルタ４２として用いることも可能である。

本発明の第３の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器は、図１３に示すように、基板１１；基板１１上の絶縁膜１２；この絶縁膜１２上にキャビティ（空洞）２０を介して、一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４の一部を露出して、下部電極１４の他の一部上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６；平面パターン上、圧電体膜１５が占有する領域の境界から外部に延在した下部電極１４の一部に接続される下部電極配線１７；上部電極１６の一部に接続される上部電極配線４６とを備える。

下部電極１４の底部に第１の非晶質下地層１３が挿入されている点は、図９に示した薄膜圧電共振器と同様な構成であるが、第３の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器では更に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の第２の非晶質下地層１９が挿入されている。第３の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器では、第２の非晶質下地層１９が上部電極１６と圧電体膜１５との間に挿入されているため、配向半値幅を４°以下、更に好ましくは３°以下にするのが容易である。特に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、第２の非晶質下地層１９としてＴａ−Ａｌ合金膜のように音響インピーダンスの高い材料を選んだ場合、上部電極１６の配向性が向上するばかりでなく、更に電気機械結合係数ｋ_t ²が上昇する効果が得られる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さく、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が小さい効果との相乗効果により、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。

第３の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器の製造方法は、図１２に示す工程において、フォトリソグラフィー、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより、図１３（ａ）に示すように、圧電体膜１５を矩形形状にパターニングする。そして、その後、１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜を上部電極１６、上部電極１６から露出した圧電体１５及び圧電体１５から露出した下部電極１４の上を含むように、全面に堆積する。そして、フォトリソグラフィー及び選択エッチングにより、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成する。金属膜がＡｌ膜、圧電体１５がＡｌＮ膜であれば、非酸化性の酸、例えば塩酸によるウェットエッチングにより、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成すれば良い。この結果、下部電極配線１７は圧電体１５の端部の裾から露出した下部電極１４に、上部電極配線４６は上部電極１４に電気的に接続される。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、図１４に示すように、基板１１；この基板１１の表面に形成された舟形（逆台形）のキャビティ（空洞）２１を介して、基板１１に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６；下部電極１４に電気的に接続された下部電極配線１７とを備える。図１４では断面図のみを示し、平面パターンは、基本的に図９（ａ）と同様であるので図示を省略している。即ち、図９（ａ）に示す平面パターンと同様に、圧電体膜１５の占有する領域の境界の一部が下部電極１４の上を横切り、圧電体膜１５の境界（端部）の裾から下部電極１４の一部が圧電体膜１５が占有する領域の外部に延在している。そして、上部電極１６が圧電体膜１５の厚み方向に配向した結晶軸を有し、この結晶軸に関する配向半値幅が６°以下、好ましくは４°以下、更に好ましくは３°以下であり、厚み方向の圧電体膜１５中のバルク振動を利用することは、第１〜第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様である。配向半値幅が小さくなればなるほど、上部電極１６の結晶の完全性が高くなるので、高い電気機械結合係数ｋ_t ²及びＱ値が得られる。

キャビティ２１は、図９に示すように断面が逆台形形状、即ち、下に向かって凸形状である。下部電極１４の底部のキャビティ２１に露出した部分、及び下部電極１４と基板１１との間には、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の非晶質下地層１３が挿入されている。そして、圧電体１５及び非晶質下地層１３からなる２層構造の底部（腹部）の一部が、キャビティ２１の天井においてキャビティ２１のなす空間に露出し、一部中空状態になっている。

第１〜第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器と同様に、上部電極１６の材料は、融点が６００℃〜２３００℃の金属を主成分であることが好ましい。特に、融点が６００〜２３００℃の範囲にあり、且つバルク本来の比抵抗値が１５［μΩ・ｃｍ］以下である金属材料を用いれば、融点が高いために結晶性が良好になり、結晶欠陥に伴う抵抗上昇が問題となることもない。又融点が低いことにより薄膜形成時に表面モホロジーが良好である。具体的には、上部電極１６は、（０００１）方位に配向したＣｏ、Ｒｕ、又は（１１１）方位に配向したＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄを主成分とする材料群から電極材料を選択することが好ましい。これらの材料はＭｏ、Ｗ、Ｉｒ等の融点が６００〜２３００℃の範囲を越える高融点金属に比べると、弾性定数が小さく、音響インピーダンスが小さいが、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器では、上部電極１６が配向半値幅が６°以下で特定の方位に配向しているので、この特定の配向方位では、弾性定数が最大となり、電気機械結合係数ｋ_t ²の低下を抑制している。第１の実施の形態で説明したように、融点が６００℃〜２３００℃の金属は、この範囲を超える融点の金属に比し、同じ成膜温度であれば融点が低い金属ほど金属薄膜の結晶粒のサイズは大きくなり、結晶性が良好となり、薄膜でもバルクの比抵抗に近い値が得られる。即ち、上部電極１６の材料を融点が６００℃〜２３００℃の金属に選ぶことにより、上部電極１６の結晶粒のサイズは大きくなるので、結晶粒界での散乱の影響が少なくなる。又、上部電極１６の結晶性が良好となるので、金属薄膜の結晶欠陥による散乱による影響も小さくなる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さくなり、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が減少するので、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。

このように、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器においては、上部電極１６の材料として、６００℃〜２３００℃の範囲の融点をもつ金属材料を選び、最も弾性定数が大きくなる方位に配向させているので、音響インピーダンスが大きくなり、圧電振動の上部電極１６部への染み出しが小さい。更に、上部電極１６の直列抵抗が小さので、Ｑ値が高く、実効的な電気機械結合係数ｋ_t ²が大きな薄膜圧電共振器が実現できる。上記において、上部電極１６に着目して説明したが、これらの説明は下部電極１４に対しても同様に適用可能なことは勿論である。

図１５を用いて、本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を説明する。なお、以下に述べる薄膜圧電共振器の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。

（イ）初めに、Ｓｉ（１００）基板１１上に、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより図１５（ａ）に示すように、深さ０．５〜２μｍ、好ましくは０．８〜１．５μｍの溝部３１を形成する。平面図の図示を省略しているが、溝部３１の平面パターンは、図１０（ａ）と同様な矩形パターンにストライプ状の枝部が直交するように設けられた形状であり、溝部３１は図１０に示した犠牲層２１を逆さまにしたトポロジーに対応する。ストライプ状の枝部の本数は任意に選定可能である。

（ロ）例えば、溝部３１の深さが１．０μｍとすれば、膜厚１．２μｍ程度のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により形成し、ＣＭＰ法により平坦化して犠牲層３２を形成する。犠牲層３２平面パターンは、溝部３１の平面パターンと同じであり、矩形パターンにストライプ状の枝部が直交するように設けられた形状である。次に、犠牲層２１及び犠牲層２１を囲む基板１１の上の全面に、膜厚５〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの非晶質下地層１３、膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍのＡｌ膜等の金属膜１４を順に堆積する。非晶質下地層１３と金属膜１３の堆積は、同一チャンバー中で連続的に実施すれば良い。そして、フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、金属膜１４と非晶質下地層１３の選択エッチングし、下部電極１４のパターンを図１５（ｂ）に示すように形成する。

（ハ）その後、図１５（ｃ）に示すようにＲＦマグネトロンスパッタリング法等により厚さ０．５〜３μｍのウルツ鉱型構造の圧電体膜１５を下部電極１４及び基板１１の上の全面に堆積する。圧電体膜１５の厚さは、共振周波数により異なり、圧電体膜１５がＡｌＮで共振周波数を１．９ＧＨｚ程度にするのであれば、厚さ１．６μｍ程度にすれば良い。

（ニ）更に、圧電体膜１５の上に、膜厚１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜１６を順に堆積する。例えば、膜厚３００ｎｍのＣｏ膜１６を同一の製造装置（スパッタリング装置）の堆積空間（真空チャンバー）から外に出すことなく、圧電体膜１５との連続成膜により形成する。引き続き、フォトリソグラフィー、ＲＩＥによりＣｏ膜（金属膜）１６を選択エッチングし、図１１に示すような上部電極１６のパターンを形成する。その後、フォトリソグラフィー及び塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより図１５（ｄ）に示すように圧電体膜１５をパターニングする。ＡｌＮ膜のパターニングは、圧電体膜１５の片方の端部が下部電極１４の上に位置するようにパターニングし、圧電体膜１５の端部の裾から下部電極１４の一部を露出させる。更に、平面パターンにおいては、図１２と同様に、犠牲層３２の矩形パターンに設けられたストライプ状の枝部が圧電体膜１５の端部の裾から露出する。

（ホ）その次に、フッ酸（ＨＦ）・フッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）溶液等のＢＰＳＧ膜エッチング液に、基板１１を浸漬する。これにより、圧電体膜１５の端部の裾から露出した犠牲層３２のストライプ状の枝部がエッチングされる。ストライプ状の枝部のエッチングが進行するにつれ、下部電極１４の底部（腹部）に埋め込まれた犠牲層３２へのエッチング液経路が形成される。そして、エッチング液経路を介して、犠牲層３２をエッチングし、図１４に示すようなキャビティ２１が形成される。ＢＰＳＧ膜エッチング液によるエッチングの後、イソプロピルアルコールでリンスの後、乾燥させる。
上記のように、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法においては、圧電体膜１５と上部電極１６とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積しているので、圧電体膜１５と上部電極１６との界面のモホロジーが良好になり、このため、上部電極１６の結晶の完全性が高まり、簡単に上部電極１６の配向半値幅が６°以下になる。このため、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法によれば、電極の直列抵抗が小さく、電極薄膜に残留応力が入りにくく、且つ電気機械結合係数ｋ_t ²の大きな薄膜圧電共振器が、簡単に製造できる。
第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器は、第１の実施の形態で図３を用いて説明した梯子型フィルタ４１や、図４を用いて説明したＶＣＯに利用することができる。更に、第１の実施の形態の図５及び図６に示したような携帯型情報端末において、第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器をマイクロメカニカルフィルタとして用い、ＲＦフィルタ４１やＩＦフィルタ４２として用いることも可能である。

本発明の第４の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器は、図１６に示すように、基板１１；この基板１１の表面に形成された舟形（逆台形）のキャビティ（空洞）２１を介して、基板１１に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極１４；下部電極１４の一部を露出して、下部電極１４の他の一部上に配置された圧電体膜１５；この圧電体膜１５上の上部電極１６；平面パターン上、圧電体膜１５が占有する領域の境界から外部に延在した下部電極１４の一部に接続される下部電極配線１７；上部電極１６の一部に接続される上部電極配線４６とを備える。

下部電極１４の底部に第１の非晶質下地層１３が挿入されている点は、図１４に示した薄膜圧電共振器と同様な構成であるが、第４の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器では更に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、厚さ５〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜３０ｎｍ程度のＴａ−Ａｌ合金膜やＴｉＢ_２膜等の第２の非晶質下地層１９が挿入されている。第４の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器では、第２の非晶質下地層１９が上部電極１６と圧電体膜１５との間に挿入されているため、配向半値幅を４°以下、更に好ましくは３°以下にするのが容易である。特に、上部電極１６と圧電体膜１５との間に、第２の非晶質下地層１９としてＴａ−Ａｌ合金膜のように音響インピーダンスの高い材料を選んだ場合、上部電極１６の配向性が向上するばかりでなく、更に電気機械結合係数ｋ_t ²が上昇する効果が得られる。この結果、上部電極１６の比抵抗値が小さく、薄膜圧電共振器の上部電極１６の直列抵抗が小さい効果との相乗効果により、Ｑ値及び電気機械結合係数ｋ_t ²が向上する。

第４の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器の製造方法は、図１５（ｄ）に示す工程において、フォトリソグラフィー、塩化物系ガスを用いたＲＩＥにより、図１６に示すように、圧電体膜１５を矩形形状にパターニングする（図示を省略しているが、平面図は図１３（ａ）と同様である。）。そして、その後、１５０〜６００ｎｍ、好ましくは２５０〜３５０ｎｍの金属膜を上部電極１６、上部電極１６から露出した圧電体１５及び圧電体１５から露出した下部電極１４の上を含むように、全面に堆積する。そして、フォトリソグラフィー及び選択エッチングにより、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成する。金属膜がＡｌ膜、圧電体１５がＡｌＮ膜であれば、非酸化性の酸、例えば塩酸によるウェットエッチングにより、上部電極配線４６及び下部電極配線１７を形成すれば良い。この結果、下部電極配線１７は圧電体１５の端部の裾から露出した下部電極１４に、上部電極配線４６は上部電極１４に電気的に接続される。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

第１〜第４の実施の形態では圧電体膜材料としてＬＳＩプロセスに最も適合性が高いＡｌＮを例にとって本発明の詳細について説明を行ったが、本発明が適用できる圧電体膜としてはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）等のペロブスカイト型構造の圧電体材料等、圧電体膜材料ならいずれであっても良く、ＡｌＮやウルツ鉱型構造の圧電体材料に限定されるものではない。

したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な平面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な工程断面図である。 第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振を使用した高周波フィルタ回路を示す回路図である。 第１の実施の形態に係る薄膜圧電共振を使用した電圧可変発振器（ＶＣＯ）を示す回路図である。 図３に示すフィルタ回路を、高周波（ＲＦ）フィルタ及び中間周波数（ＩＦ）フィルタとして備える携帯型情報端末の受信回路を示すブロック図である。 図３に示すフィルタ回路を、高周波（ＲＦ）フィルタ及び中間周波数（ＩＦ）フィルタとして備える携帯型情報端末の送信回路を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な工程断面図である。 図９（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な平面図で、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な平面図で、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た模式的な工程断面図である（その１）。 図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な平面図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た模式的な工程断面図である（その１）。 図１２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な平面図で、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た模式的な工程断面図である（その１）。 図１３（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な平面図で、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る薄膜圧電共振器の製造方法を概略的に説明する模式的な工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態の変形例に係る薄膜圧電共振器の概略構造を説明する模式的な断面図である。

符号の説明

１…受信回路
２…送信回路
３…レシーバＬＳＩチップ
４…ＭＭＩＣ
５…変調器ＬＳＩチップ
１１…基板
１２…絶縁膜
１３…非晶質下地層（第１の非晶質下地層）
１４…上部電極
１４…下部電極（金属膜）
１５…圧電体
１５…圧電体膜
１６…上部電極（金属膜）
１７…下部電極配線
１８，１８ｐ，２０，２２…キャビティ
１９…第２の非晶質下地層
２１…犠牲層
３１…溝部
３２…犠牲層
４１…梯子型フィルタ（ＲＦフィルタ）
４２…ＩＦフィルタ
４３，４４…ベースバンドフィルタ
４５…第１アンテナ
４６…上部電極配線
４６…第２アンテナ
４７…アンテナスイッチ
４８，５１，５２，８５，８６…ミキサ
４９…局部発振器
５０，５３，５４，８３，８８，８９，１０５…増幅器
５５，５６…Ａ−Ｄ変換器
５７…ＩＱ発信器
５８…共振器
６０…発振器
６１，６２…ベースバンドフィルタ
６５，６６…Ｄ−Ａ変換器
８１，８２…マイクロ波用パワートランジスタ
８４…加算器
８７…移相器
１０１…薄膜圧電共振器
１１１，１１２…入力端子
１２１，１２２…出力端子
Ｃ１…固定キャパシタンス
Ｃ２…バリアブルキャパシタンス
Ｆ1…薄膜圧電共振器
Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4…薄膜圧電共振器
Ｒ１…帰還抵抗
Ｒ２…抵抗

Claims (8)

1. 基板と、
   該基板に対して一部が中空状態で機械的に保持された下部電極と、
   該下部電極上に配置された圧電体膜と、
   該圧電体膜上の上部電極
   とを備え、前記上部電極が前記圧電体膜の厚み方向に配向した結晶軸を有し、該結晶軸に関する配向半値幅が６°以下であることを特徴とする薄膜圧電共振器。
2. 前記上部電極は融点が６００℃〜２３００℃であり、且つ、バルクの比抵抗値が１５μΩ・ｃｍ以下の金属を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
3. 前記上部電極は（０００１）方位に配向したＣｏ、Ｒｕ、又は（１１１）方位に配向したＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器。
4. 前記上部電極と前記圧電体膜との間に非晶質下地層を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
5. 下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極上に圧電体膜を堆積し、引き続き、該圧電体膜上に上部電極を堆積する工程と、
   前記上部電極をパターニングし、その後前記圧電体膜をパターニングする工程
   とを含むことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
6. 前記圧電体膜と前記上部電極とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積することを特徴とする請求項５に記載の薄膜圧電共振器の製造方法。
7. 下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極上に圧電体膜、非晶質下地層、上部電極を順に連続的に堆積する工程と、
   前記上部電極と非晶質下地層をパターニングし、その後前記圧電体膜をパターニングする工程
   とを含むことを特徴とする薄膜圧電共振器の製造方法。
8. 前記圧電体膜、前記非晶質下地層、及び前記上部電極とを、同一製造装置の堆積空間で、大気に晒さず連続的に堆積することを特徴とする請求項７に記載の薄膜圧電共振器の製造方法。
   
   

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