JP2007067624A - 圧電薄膜振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 共振周波数の微調整が可能で、しかも、電極形成後であっても周波数調整を行うことが可能な圧電薄膜振動子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の圧電薄膜振動子は、一対の電極１１，１３間に圧電体層１２が配置されてなる積層構造１０を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子において、一方の前記電極１３の形成された電極形成領域における前記圧電体の厚みと、前記一方の電極１３の形成されていない電極非形成領域１３ａにおける前記圧電体層の厚みとが異なることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電薄膜振動子に係り、特に、圧電薄膜振動子を構成する積層構造に関する。

一般に、携帯電話機などの通信機器では高周波化や小型化が進展しつつあり、このために、ＲＦ回路部の高性能化や小型化が要求されるようになってきている。この中で、通信機器の送受信部に用いられる高周波フィルタ等の高周波素子として、従来のＳＡＷ（表面弾性波）素子と同等の性能を実現することが可能で、しかも、従来よりも高周波化及び小型化の容易なＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子が注目されている。このＢＡＷ素子は、圧電体層を電極で挟んだ積層構造を有し、圧電体層に厚み方向の音響波を生じさせるものであり、高周波化が容易、耐電圧性が良好、小型化が容易などの利点を備えている（例えば、以下の特許文献１及び２参照）。

上記のＢＡＷ素子としては、シリコン基板等からなる基板上に上記の積層構造を形成し、その後、積層構造の背後の基板部分をエッチングなどによって除去することによって積層構造部分の縦振動を可能にした、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型の素子構造を備えたもの（特許文献１の図１及び図３）と、音響インピーダンスの異なる層を交互に繰り返し積層してなる音響反射多層膜を上記の積層構造と基板との間に配置した、ＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型の素子構造を備えたもの（特許文献１の図２）と、が知られている。

一方、上記のような振動子では、製造工程において共振周波数の調整を要する場合がしばしばある。この事情は圧電薄膜振動子についても同様である。例えば、共振周波数の調整は高周波フィルタ等を構成するための複数の振動子間において共振周波数の差を得るために行われる場合があり、この場合においては、複数の振動子間で電極の厚みに差を持たせる方法、或いは、圧電体層の厚みに差を持たせる方法などが提案されている（例えば、以下の特許文献３参照）。
特開２００１−１５６５８２号公報 特開２００２−３４４２７９号公報 特開２００２−３５９５３４号公報

しかしながら、特許文献３に開示された方法のうち、電極の厚みに差を持たせる方法では、本来的に共振周波数を決定する圧電体層の厚みを変えるわけではないので、周波数の調整範囲が限定されるとともに、振動子特性が劣化するという問題点がある。また、通常の圧電薄膜振動子では、圧電体層の厚みに比べて電極の厚みはきわめて薄いことから、電極の厚み管理が難しいため、電極の厚みを変えることによる共振周波数の微調整、或いは、共振周波数の合わせ込みがきわめて困難であって、共振周波数の精度を充分に確保することができないという問題点もある。

また、特許文献３には製造プロセス中において複数の振動子間において圧電体層の厚みに差を持たせる方法（図６Ａ及び図６Ｂ参照）も開示されているが、この方法では、圧電体層が電極によって覆われるので、振動子の製造終了後に共振周波数を測定し、この測定された共振周波数に応じて圧電体層の厚みを制御して周波数を調整するといったことはできないという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、共振周波数の微調整が可能で、しかも、電極形成後であっても周波数調整を行うことが可能な圧電薄膜振動子及びその製造方法を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の圧電薄膜振動子は、一対の電極間に圧電体層が配置されてなる積層構造を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子において、一方の前記電極の形成された電極形成領域における前記圧電体層の厚みと、前記一方の電極の形成されていない電極非形成領域における前記圧電体層の厚みとが異なることを特徴とする。

この発明によれば、一方の電極に関する電極形成領域における圧電体層の厚みと、電極非形成領域における圧電体層の厚みとが異なることにより、圧電体層の実質的な厚みが電極形成前の圧電体層の厚みに対して異なることとなるため、共振周波数も電極形成前と異ならしめることができるとともに、電極非形成領域の圧電体層の厚みについては、一方の電極に影響を与えなくても、電極形成後においても圧電体の除去や追加により変更することが可能になるため、共振周波数の微調整が可能になるとともに、共振周波数を測定した後に周波数調整を行うことも可能になる。したがって、一方の電極構造を何ら変えずに周波数調整を行うことにより、周波数精度の高い振動子を実現することができる。また、電極非形成領域を設けることで振動子のインピーダンスを低下させることができるので、インピーダンス特性を電極非形成領域の範囲及び位置に応じて設定することにより、インピーダンス整合のためのインピーダンス変換回路の形成を省略することが可能になる。

本発明において、一対の電極が平面的に重なる範囲の内側に前記電極非形成領域が配置されていることが好ましい。これによれば、一対の電極が平面的に重なる範囲の内側に電極非形成領域が配置されることにより、電極非形成領域における圧電体層の除去や追加による共振周波数の調整効果及び調整精度を高めることができる。

次に、本発明の別の圧電薄膜振動子は、一対の電極間に圧電体層が配置されてなる積層構造を基板上に有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子において、前記一対の電極が平面的に重なる範囲の内側に、少なくとも一方の前記電極の形成されていない電極非形成領域が設けられていることを特徴とする。

本発明において、前記一方の電極は前記電極非形成領域を取り囲む枠状の平面パターンを有することが好ましい。これによれば、一方の電極が枠状の平面パターンを有し、この一方の電極により電極非形成領域が取り囲まれた構造とすることにより、電極非形成領域における圧電体層の除去や追加による共振周波数の調整効果及び調整精度を高めることができるとともに、一対の電極による振動領域への電界印加効率の低下を抑制できるため振動子性能の悪化を抑制できる。

本発明において、前記積層構造を支持する基板を有することが好ましい。積層構造が基板によって支持されることで、積層構造を容易に支持することができ、しかも、容易に製造することができる。また、基板を半導体基板等とすることにより、振動子と回路構造とを一体的に構成することが可能になる。

本発明において、前記電極非形成領域は、前記積層構造と、前記基板への前記音響振動の伝播を阻害する構造とが平面的に重なる範囲に配置されていることが好ましい。基板に支持された積層構造を有する振動子では、基板と積層構造との間に空隙を設けたＦＢＡＲ型の振動子構造や、基板と積層構造との間に音響反射多層膜を設けたＳＭＲ型の振動子構造があるが、積層構造と上記空隙や音響反射多層膜とが平面的に重なる範囲は実質的に積層方向の音響振動が生成される領域であるため、当該領域に電極非形成領域が配置されることで、当該電極非形成領域における圧電体層の厚み制御による共振周波数の調整効果及び調整精度を高めることができる。

本発明において、前記一方の電極は前記基板の反対側に配置された表面側の電極であることが好ましい。基板の反対側に配置された表面側の電極が電極非形成部を備えた一方の電極であることにより、基板に邪魔されずに電極非形成部を通して圧電体層に対して容易に調整作業を施すことが可能になる。

本発明において、前記一方の電極は前記基板側に配置された裏面側の電極であり、前記基板には前記電極非形成部を露出する貫通孔が設けられていることが好ましい。基板側に配置された裏面側の電極が一方の電極であり、しかも、電極非形成部を露出する貫通孔が基板に設けられていることにより、電極非形成部において、基板の貫通孔を通して圧電体層に対して容易に調整作業を行うことが可能になる。

この発明によれば、一対の電極が平面的に重なる範囲には圧電体層に対して電極間に電界が印加されるため、直接に音響振動が生成されることとなるが、この範囲の内側に少なくとも一方の電極が形成されていない電極非形成領域が設けられていることにより、電極形成後においても、当該電極非形成領域を通して圧電体の除去や追加を行うことが可能になるため、共振周波数の微調整が可能になるとともに、共振周波数を測定した後に周波数調整を行うことも可能になる。したがって、周波数精度の高い振動子を実現することができる。また、電極非形成領域を設けることで振動子のインピーダンスを低下させることができるので、振動子に接続されるインピーダンス整合のためのバッファを省略することが可能になる。

次に、本発明の圧電薄膜振動子の製造方法は、一対の電極間に圧電体が配置されてなる積層構造を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子の製造方法において、前記積層構造には一方の前記電極の形成されてない電極非形成領域が設けられ、前記一方の電極が形成された後に、前記電極非形成部において前記圧電体層の一部を除去し、或いは、新たな圧電体を追加する調整工程を有することを特徴とする。

これらの場合に、圧電体層の一部は圧電体層の表面部分であれば、エッチング法（ウエットエッチングやドライエッチングなど）によって容易に圧電体層の厚みを制御することができる。また、圧電体層の追加は既存の圧電体層の表面上に新たな圧電体を積層することによって容易に圧電体層の厚みを制御することができる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明に係る第１実施形態の圧電薄膜振動子の縦断面図、図２は同振動子の平面図である。

この圧電薄膜振動子は基板１上に形成された積層構造１０を有している。この基板１は、シリコン基板等の半導体基板、ガラス基板、サファイア基板、セラミックス基板等の各種の基板を用いることができる。特に、シリコン基板等の半導体基板を用いることによって、基板１内に各種の半導体回路を作り込むことができるため、圧電体薄膜振動子と回路とを一体化することができる。この中でも、シリコン基板を用いることが一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。

基板１上には下地層２が形成されている。この下地層２は、酸化シリコン層（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン層（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁膜であり、２層以上の複合層で構成されていてもよい。下地層２は熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成することができる。なお、下地層２は、基板１が絶縁体で構成されていたり、基板１との絶縁が不要であったりする場合には省略することができる。

基板１には裏面からのエッチング（ウエットエッチング又はドライエッチング）によって形成された開口孔１ａが設けられている。この開口孔１ａは上記下地層２をエッチングストップ層として用いることで容易に形成することができる。開口孔１ａを設けることにより、後述する積層構造に対する機械的拘束力が低減され、積層構造が比較的自由に縦振動できるように構成される。すなわち、図示例はＦＢＡＲ型の素子構造を示している。

なお、上記のように基板１を貫通する開口孔１ａを設けるのではなく、基板１の表面にエッチング等によって凹部を形成し、この凹部内をＳｉＯ_２やＰＳＧ膜等の犠牲層が充填された構造とした上で、後述する積層構造を形成し、その後、基板１上の積層構造の形成されていない部分を通して犠牲層を除去することで、積層構造の下（基板１と積層構造の間）に空洞を形成し、この空洞によって積層構造が比較的自由に縦振動できるように構成してもよい。

下地層２の上には、下部電極層１１、圧電体層１２、上部電極層１３が順次に積層されてなる構造を備えた積層構造１０が形成されている。この積層構造１０は実質的に圧電薄膜振動子を構成する部分である。

下部電極層１１は、任意の電極材料を用いることができる。ただし、特に限定されるものではないが、音響インピーダンスの高い電極材料、例えば、Ｐｔ（Ｚ＝６９．７［Ｐａ・ｓ／ｍ］）、Ｗ（Ｚ＝９８．２［Ｐａ・ｓ／ｍ］）、Ｍｏ（Ｚ＝６４．４［Ｐａ・ｓ／ｍ］）などを用いることが好ましい。また、音響インピーダンスの低い電極材料、例えば、Ａｌ（Ｚ＝１７．０［Ｐａ・ｓ／ｍ］）、Ｓｉ（Ｚ＝１９．７［Ｐａ・ｓ／ｍ］）などの層の上に、上記の音響インピーダンスの高い電極材料を積層した構造としてもよい。下部電極層１１の厚さは、高周波化を図るために軽いことが好ましいので、充分な導電性を示すのであれば薄い方が好ましい。

圧電体層１２は、圧電性を示す素材であれば如何なるものであってもよいが、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴ（Ｚ＝３１．８［Ｐａ・ｓ／ｍ］）、ＫＮｂＯ_３（Ｚ＝２９．３［Ｐａ・ｓ／ｍ］）などが挙げられる。圧電体層１２の膜厚ｈは、共振波長をλとした場合、０．９×λ／２以上、１．１×λ／２以下であることが好ましく、特にｈ〜λ／２であることが望ましい。これは、上記積層構造中に定常音響波が生ずるようにするためである。ただし、高周波化を図る必要がなければ、膜厚ｈはλ／２のほぼ自然数倍であればよい。

上部電極層１３は、任意の電極材料を用いることができる。ただし、特に限定されるものではないが、上記の下部電極層１１の素材として列記した材料を用いることが好ましい。また、充分な導電率を確保しつつ、なるべく質量が小さい電極材料を用いることが高周波化には好ましい。

本実施形態においては、図１及び図２に示すように、基板１の開口孔１ａの形成範囲は、積層構造１０が基板１に比較的拘束されずに縦振動可能な振動領域１０Ｘとなっている。振動領域１０Ｘは、本実施形態の構造においては、積層構造１０内においてその積層方向の音響振動が実質的に生ずる領域、すなわち、実際に圧電薄膜振動子として機能する部分であると考えることができる。ここで、一般的には、積層構造１０が基板１上の一部領域にのみ部分的に形成されているのであれば、当該部分が振動領域となる場合もあり、また、下部電極層１１と上部電極層１２が平面的に重なる部分が振動領域となる場合もある。ただし、本実施形態では、積層構造１０の形成範囲内に縦振動が基板１へ伝播することを阻害する開口孔１ａが明確な領域として画成され、この開口孔１ａの形成されている平面範囲が主として音響振動を生ずる領域を示すこととなるため、開口孔１ａや空洞を有する構造においては、これらによって拘束度合が低減される領域を振動領域１０Ｘと呼ぶこととする。

この振動領域１０Ｘには、上部電極層１３の形成されていない電極非形成領域１３ａが存在している。この電極非形成領域１３ａは、振動領域１０Ｘの中央に配置され、電極非形成領域１３ａよりも周辺側に上部電極層１３が配置されている。

また、本実施形態では、下部電極層１１と上部電極層１３が平面的に重なる範囲の内側に、電極非形成領域１３ａが配置されている。上記範囲は圧電体層１２に対して正規に積層方向の電界が印加される範囲であり、積層方向の音響振動の生成はこの範囲内に限定されるわけではないが、振動子としての機能は主として当該範囲において生ずる。そして、この範囲の内側に電極非形成領域１３ａが形成されていることにより、電極非形成領域１３ａの振動子特性に対する影響を大きくすることができるため、後述する電極非形成領域１３ａに対する調整効果や調整精度を高めることができる。

図示例の場合、電極非形成領域１３ａは上部電極層１３によって取り囲まれ、上部電極層１３は電極非形成領域１３ａの周囲に枠形状の平面パターンを有している。具体的には、矩形（長方形若しくは正方形）状の電極非形成領域１３ａの周囲に矩形枠状の上部電極層１３が形成されている。すなわち、本実施形態では、電極非形成領域１３ａは上部電極層１３の中央に形成された電極開口部となっている。ただし、本発明において電極非形成領域１３ａは上部電極層１３の内側に配置されていればよく、上部電極層１３によって完全に取り囲まれている必要はない。

上部電極層１３の少なくとも一部は上記振動領域１０Ｘの内部に配置されている。上部電極層１３が振動領域１０Ｘの外部にのみ形成されている場合でも、上下の電極間に形成される電界によって積層構造１０の積層方向の音響振動を生成させることは不可能ではないが、上記のように上部電極層１３の少なくとも一部が振動領域１０Ｘ内に配置されることで、振動領域１０Ｘ内の上記音響振動の生成効率を向上させることができ、振動子の挿入損失を低減することができる。

図示例の場合、上部電極層１３は振動領域１０Ｘの外側にも配置され、その内縁部が振動領域１０Ｘ内に配置されるように構成されている。すなわち、上部電極層１３は振動領域１０Ｘ外から振動領域１０Ｘ内に亘って連続的に形成されている。

なお、図２に示すように、上部電極層１３には振動領域１０Ｘの外に電極パッド１３ｅが設けられている。この電極パッド１３ｅは外部と上部電極層１３とを導電接続するための端子となる。また、図示しないが、下部電極層１１にも外部との接続に用いる配線や端子が設けられる。

一方、図示例では、下部電極層１１は振動領域１０Ｘの外部にも無制限に広がるように示されているが、所定の領域内に限定して形成されていて構わない。ただし、振動子の性能を高めるためには、少なくとも振動領域１０Ｘ内において上部電極１３と平面的に重なる部分を有することが好ましい。特に、下部電極層１１が少なくとも振動領域１０Ｘの全体に亘って形成されていることがより望ましい。

図３は、本実施形態の圧電薄膜振動子の周波数調整作業（調整工程）を実施した後の様子を示す概略縦断面図である。図１に示す状態で、圧電体層１２にエッチング処理を施すことによって、図示のように圧電体層１２の一部を除去することができる。図示例の場合には、圧電体層１２の表面を所定の厚みで除去した様子を示す。これによって、本実施形態の圧電薄膜振動子においては、上部電極層１３の形成されている電極形成領域における圧電体層１２の厚みと、上記電極非形成領域１３ａにおける圧電体層１２の厚みとが異なるものとされる。

上記の調整工程では、上部電極層１３が或る程度の耐性を有する方法（例えば、上部電極層１３がエッチングされないエッチング液を用いた処理方法など、エッチング選択比が圧電体１２と上部電極層１３で充分大きい方法）で処理することによって、そのまま図示のように圧電体層１２の表面を所定の厚みで除去することができる。また、上部電極層１３を図示しないレジスト等のマスクで覆うことにより、図示のように上部電極１３をそのままとし、圧電体層１２のみを処理することができる。後者の方法では、ドライエッチングなどの比較的エッチング選択比を確保しにくい方法を用いることもできる。

なお、図示例の場合には、上部電極層１３の内側の上記電極非形成領域１３ａだけでなく、上部電極層１３の外側の領域についても圧電体層１２を処理しているが、内側の電極非形成領域１３ａのみを処理してもよく、或いは、電極非形成領域１３ａ内の一部領域のみを処理しても構わない。

上記のように圧電体層１２を処理することにより、圧電体層１２の少なくとも一部の厚みを低減することができるので、積層構造１０中の圧電体の厚みが実質的に低減され、これによって振動子の共振周波数を高めることができる。また、この調整工程は、上部電極層１３を形成した後であっても支障なく実施できるとともに、上部電極層１３を何ら変えることなく、すなわち、上部電極に起因する影響を生じさせることなく実施できる。

図４は、本実施形態の圧電薄膜振動子に他の周波数調整（調整工程）を実施した後の様子を示す概略縦断面図である。この調整工程では、圧電体層１２上に新たな追加圧電体層１４を積層することによって、圧電体全体の厚みを実質的に増加させ、これによって共振周波数を低下させることができる。この場合にも、上部電極層１３の形成された電極形成領域における圧電体層１２の厚みと、上記電極非形成領域１３ａにおける圧電体層１２の厚みとが異なることになる。ここで、追加圧電体層１４は蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの気相成長法やＬＰＥ法等の液相成長法などで成膜できる。

追加圧電体層１４は上記圧電体層１２と同材質であることが好ましいが、必ずしも同じ圧電体素材で構成されるものでなくても調整効果を果たすことは可能である。また、図示例の場合、追加圧電体層１４は電極非形成領域１３ａだけでなく、上部電極層１３の外側にも形成しているが、電極非形成領域１３ａ内だけに形成してもよく、また、電極非形成領域１３ａ内の一部領域のみに形成してもよい。

図示例の場合、追加圧電体層１４は上部電極層１３上にも形成されている。これは、追加圧電体層１４は共振周波数の微調整に用いられることからきわめて薄く形成される場合が多いため、上部電極層１３上に追加圧電体層１４が形成されていても動作上の支障がほとんどなく、また、上部電極層１３と外部との導電接続に際しても、ワイヤボンディング等の実装作業において容易に追加圧電体層１４を破ることができるため、導電接続性にも影響をほとんど与えないからである。なお、図示例とは異なり、上部電極層１３を避けて追加圧電体層１４を形成しても何ら構わない。

上記の調整工程による圧電体層１２の厚み低減量若しくは厚み増加量と、共振周波数の調整量とは正の相関を有する。通常、理想的な圧電体層１２の実質的な厚み変化率（元の厚みに対する調整後の厚みの比）と共振周波数の変化率（元の周波数に対する調整後の周波数の比）は逆数の関係にある。例えば、圧電体層全体の厚みｔがδｔ（δｔは正）だけ増加したときに共振周波数ｆがｆ−δｆ（δｆは正）に低下したとする。このときの厚み変化率は（ｔ＋δｔ）／ｔとなるが、共振周波数の変化率（ｆ−δｆ）／ｆはｔ／（ｔ＋δｔ）に一致する。実際にはこのような理想的な関係は得られないが、実験的に予め圧電体層の厚み変化量と共振周波数の変化量との関係を求めておくことにより、高精度の周波数調整が可能になる。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して本発明に係る第２実施形態の圧電薄膜振動子について説明する。この第２実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。本実施形態では、基板１上には、下部電極層２１、圧電体層２２及び上部電極層２３を有する積層構造２０が設けられている。この積層構造２０においては、振動領域２０Ｘ内に下部電極層２１の形成されていない電極非形成領域２１ａが設けられ、上部電極層２３は振動領域２０Ｘの全体に形成されている。したがって、本実施形態では、積層順序に関する記述部分を除いて、上記第１実施形態における上部電極層１３に関する説明（例えば平面パターン、形成位置などに関する説明）をそのまま下部電極層２１に適用することができ、また、上記第１実施形態における下部電極層１１に関する説明をそのまま上部電極層２３に適用することが可能である。

本実施形態において、電極非形成領域２１ａは、基板１に設けられた開口孔１ａによって露出した状態とされる。ここで、開口孔１ａによって電極非形成部２１ａが露出されるとは、電極非形成領域２１ａが基板１によって覆われていない状態を言い、必ずしも圧電体層２２が露出していることを意味しない。例えば、図示例では圧電体層２２は下地層２には覆われているが、基板１自体には覆われていない。

なお、本実施形態では、基板１に開口孔１ａを設けることによって電極非形成領域２１ａが基板１に覆われないように構成されているが、これとは異なり、基板１の厚み方向の一部が電極非形成領域２１ａに残存するように構成してもよい。この場合には、電極非形成領域２１ａを通して圧電体層２２を処理したり、圧電体層２２上に新たな圧電体を積層したりする調整工程において、上記の基板１の厚み方向の一部を除去する必要があるが、それでも、下部電極層２１に影響を与えずに調整工程を実施すること自体は可能である。

［第３実施形態］
次に、図６を参照して本発明に係る第３実施形態の圧電薄膜振動子について説明する。この実施形態においても第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。

本実施形態において、基板１上には、下部電極層３１、圧電体層３２及び上部電極層３３を有する積層構造３０が設けられている。この積層構造３０においては、振動領域３０Ｘ内に下部電極層３１の形成されていない電極非形成領域３１ａが設けられ、また、振動領域３０Ｘ内に上部電極層３３の形成されていない電極非形成領域３３ａが設けられている。

ここで、電極非形成領域３３ａは下部電極層３１と上部電極層３３が平面的に重なる範囲の内側に配置されている点で、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様である。ここで、下部電極層３１と上部電極層３３は少なくとも振動領域３０Ｘ内において平面的に一致するパターンで重なりあっていることが効率的に電界を圧電体層３２に印加する上で好ましい。この場合には、電極非形成領域３１ａと３３ａもまた平面的に一致するパターンで重なりあっていることとなる。

この実施形態では、上下電極の双方に電極非形成領域３１ａ，３３ａが設けられているため、振動子性能は或る程度悪化するが、表裏いずれからも圧電体層３２に対する処理を行うことができる。なお、図示例では、下部電極層３１と圧電体層３２の間にエッチングストップ層３４が形成されている。このエッチングストップ層はＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の絶縁体で構成される。このエッチングストップ層３４は、基板１の開口孔１ａの形成と電極非形成領域３１ａの形成とを同一工程で行う場合には当該工程において、或いは、基板１に開口孔１ａを形成する工程とは別に下部電極３１に電極非形成領域３１ａを形成する工程を設ける場合には当該工程において、それぞれエッチング作用を停止させ、圧電体層３２に影響を与えないようにするために設けられる。ただし、製造工程上、上記のエッチングストップ層３４が必要なければ、当該層３４を設けなくてもよい。

最後に、図７及び図８を参照して、上記各実施形態の圧電薄膜振動子のインピーダンスＺの周波数特性について説明する。振動領域が上下の電極が平面的に重なる範囲として構成される通常の圧電薄膜振動子では、図７に示すようなインピーダンス特性を示すが、通常、この種の振動子のインピーダンスは５０Ωより小さい終端インピーダンスを有するため、多くの場合、当該振動子にインピーダンス変換回路等を介在させて終端インピーダンスを調整し、インピーダンス整合を図る必要がある。

これに対して、本実施形態の圧電薄膜振動子では、図８に示すように上記の電極非形成領域を設けることにより振動子特性が悪化するが、終端インピーダンスも増大するので、終端インピーダンスが適度な値になるように設定することが可能になり、上記のインピーダンスを調整するための回路が必要なくなるというメリットがある。

尚、本発明の圧電薄膜振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の各実施形態ではいずれもＦＢＡＲ型の振動子構造を有するが、基板との間に音響振動を反射させるための音響反射多層膜を配置したＳＭＲ型の振動子構造を採用しても構わない。また、上記各実施形態では、いずれも電極非形成領域が周辺の電極に取り囲まれた構造を有するが、電極非形成涼気が電極に完全に取り囲まれていなくても、電極非形成領域が振動領域の内側に設けられ、電極が周辺に設けられていればよい。

第１実施形態の圧電薄膜振動子の構造を示す概略縦断面図。 第１実施形態の圧電薄膜振動子の構造を示す概略平面図。 第１実施形態に調整工程を実施した後の様子を示す概略縦断面図。 第１実施形態に別の調整工程を実施した後の様子を示す概略縦断面図。 第２実施形態の圧電薄膜振動子の構造を示す概略縦断面図。 第３実施形態の圧電薄膜振動子の構造を示す概略縦断面図。 従来の圧電薄膜振動子のインピーダンス特性を示すグラフ。 実施形態の圧電薄膜振動子のインピーダンス特性を示すグラフ。

符号の説明

１…基板、１ａ…開口孔、２…下地層、１０、２０、３０…積層構造、１０Ｘ，２０Ｘ，３０Ｘ…振動領域、１１、２１、３１…下部電極層、１２、２２、２３…圧電体層、１３、２３，３３…上部電極層、１３ａ，２１ａ，３１ａ，３３ａ…電極非形成領域

Claims (9)

1. 一対の電極間に圧電体層が配置されてなる積層構造を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子において、
   一方の前記電極の形成された電極形成領域における前記圧電体層の厚みと、前記一方の電極の形成されていない電極非形成領域における前記圧電体層の厚みとが異なることを特徴とする圧電薄膜振動子。
2. 一対の電極が平面的に重なる範囲の内側に前記電極非形成領域が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜振動子。
3. 一対の電極間に圧電体層が配置されてなる積層構造を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子において、
   前記一対の電極が平面的に重なる範囲の内側に、少なくとも一方の前記電極の形成されていない電極非形成領域が設けられていることを特徴とする圧電薄膜振動子。
4. 前記一方の電極は前記電極非形成部を取り囲む枠状の平面パターンを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧電薄膜振動子。
5. 前記積層構造を支持する基板を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧電薄膜振動子。
6. 前記電極非形成領域は、前記積層構造と、前記基板への前記音響振動の伝播を阻害する構造とが平面的に重なる範囲に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電薄膜振動子。
7. 前記一方の電極は前記基板の反対側に配置された表面側の電極であることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧電薄膜振動子。
8. 前記一方の電極は前記基板側に配置された裏面側の電極であり、前記基板には前記電極非形成部を露出する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧電薄膜振動子。
9. 一対の電極間に圧電体が配置されてなる積層構造を有し、前記一対の電極で与えられる電界により前記積層構造内に積層方向の音響振動が生成される圧電薄膜振動子の製造方法において、
   前記積層構造には一方の前記電極の形成されていない電極非形成領域が設けられ、
   前記一方の電極が形成された後に、前記電極非形成領域において前記圧電体層の一部を除去し、或いは、新たな圧電体を追加する調整工程を有することを特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
   

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