JP2007110281A - 窒化アルミニウム薄膜およびそれを用いた圧電薄膜共振子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 弾性波の伝播速度が速いというＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数が大きく、共振―反共振両方の音響的品質係数（Ｑ値）、周波数温度特性に優れ、帯域幅、挿入損失などの特性面で従来に比べて著しく高性能な圧電薄膜共振子を提供する。
【解決手段】 本発明の圧電薄膜共振子は、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜であり、前記下部電極および上部電極のうち少なくとも一方の電極は、ルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であり、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が３．０゜以下である。
【選択図】 図２
【解決手段】 本発明の圧電薄膜共振子は、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜であり、前記下部電極および上部電極のうち少なくとも一方の電極は、ルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であり、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が３．０゜以下である。
【選択図】 図２
Description
本発明は、移動体通信機等に利用される薄膜共振器、薄膜ＶＣＯ（電圧制御発振器）、薄膜フィルタ、送受信切替器や各種センサーなど、広範な分野で用いられる圧電体薄膜とそれを応用した素子に関する。
圧電現象を応用した素子は広範な分野で用いられている。携帯機器の小型化と省力化が進む中で、ＲＦ用およびＩＦ用フィルタとして弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子の使用が拡大している。ＳＡＷフィルタは設計および生産技術の向上によりユーザーの厳しい要求仕様に対応してきたが、利用周波数の高周波数化と共に特性向上の限界に近づき、電極形成の微細化と安定した出力確保の両面で大きな技術革新が必要となってきている。一方、圧電体薄膜の厚み振動を利用した薄膜バルク弾性波共振子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下ＦＢＡＲ）、積層型薄膜バルク弾性波共振器およびフィルタ（Ｓｔａｃｋｅｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ｗａｖｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒｓ：以下ＳＢＡＲ）は、基板に設けられた薄い支持膜の上に、主として圧電体より成る薄膜と、これを駆動する電極を形成したものであり、ギガヘルツ帯での基本共振が可能である。ＦＢＡＲまたはＳＢＡＲでフィルタを構成すれば、著しく小型化でき、かつ低損失・広帯域動作が可能な上に、半導体集積回路と一体化することができるので、将来の超小型携帯機器への応用が期待されている。
弾性波を利用した共振器、フィルタ等に応用されるＦＢＡＲ、ＳＢＡＲなどの圧電体薄膜素子は、以下のようにして製造される。シリコンなどの半導体単結晶、シリコンウエハー上に形成した多結晶ダイヤモンドなどの基板上に、種々の薄膜形成方法によって、誘電体薄膜、導電体薄膜、またはこれらを積層した下地膜を形成する。この下地膜上に圧電体薄膜を形成し、さらに必要に応じた上部構造を形成する。各層の形成後に、または全層を形成した後に、各々の膜に物理的処理または化学的処理を施すことにより、微細加工、パターニングを行う。異方性エッチングにより基板から振動部の下に位置する部分を除去した浮き構造を作製した後、最後に１素子単位に分離することにより圧電体薄膜素子を得る。
例えば、特許文献１に記載された圧電薄膜素子は、基板上に下地膜、下部電極、圧電体薄膜、上部電極を形成した後に、基板裏面から振動部となる部分の下にある基板部分を除去して、ビアホールを形成することにより製造されている。圧電薄膜素子用の圧電材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、チタン酸鉛（ＰＴ（ＰｂＴｉＯ3））、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3））などが用いられている。特にＡｌＮは、弾性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜共振器、薄膜フィルタ用の圧電材料として適している。
特許文献２には、導電体薄膜として、チタン並びに白金、イリジウム、ルテニウムおよび酸化ルテニウムのなかの少なくとも１つを主成分とすることを特徴とする圧電薄膜素子が開示されている。しかしながら、得られる圧電薄膜素子の性能については全く記載されていない。
特許文献３には、上部電極または下部電極にルテニウムまたはルテニウム合金の層を含んだ圧電薄膜共振子が開示されている。しかしながら、高性能な圧電薄膜共振子を作製する上で必要となる、上部電極および下部電極への要求特性については明らかにされていない。
これまで、ＡｌＮ薄膜をＦＢＡＲまたはＳＢＡＲに適用するために、種々の検討が行われてきた。しかしながら、未だ、ギガヘルツ帯域で十分な性能を発揮する圧電薄膜共振器、圧電薄膜フィルタは得られておらず、ＡｌＮ薄膜の音響的品質係数（Ｑ値）、周波数温度係数および挿入損失の改善が望まれている。特に、インピーダンス特性における反共振ピークの音響的品質係数（Ｑ値）の改善が切望されている。音響的品質係数（Ｑ値）、広帯域動作、周波数温度特性の全てに優れ、高性能な共振特性を示す圧電薄膜素子は提案されていない。電気機械結合係数は共振器やフィルタを構成する上での性能を左右する重要なパラメーターであり、使用する圧電体薄膜の膜品質に大きく依存する。そこで、本発明は、弾性波の伝播速度が速いというＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数が大きく、共振―反共振両方の音響的品質係数（Ｑ値）、周波数温度特性に優れ、帯域幅、挿入損失などの特性面で従来に比べて著しく高性能な圧電薄膜共振子を提供することを目的とする。
本発明者らは、ＦＢＡＲまたはＳＢＡＲの共振特性に大きく影響を与える窒化アルミニウム薄膜の結晶性、配向性が、下部電極の材質や結晶性によってどのように影響を受けるか鋭意検討を行った。その結果、下部電極として、ルテニウムを主成分とする金属薄膜を使用し、この金属薄膜上に窒化アルミニウム薄膜を形成することにより、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下である高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを突き止めた。さらに、該金属薄膜を特定の結晶相または結晶化度に調製することにより、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜の、さらに配向性、結晶性に優れたｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを見出した。そして、これらの高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を使用することにより、低損失で、帯域幅、周波数温度特性に優れた高性能なＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを実現できることを見出し、本発明に到達した。
本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、半導体または絶縁体上に形成されたルテニウムを主成分とする層を含む金属薄膜に接して形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウム薄膜であって、前記ルテニウムを主成分とする金属薄膜は、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０゜以下であり、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であることを特徴とする窒化アルミニウム薄膜、が提供される。
本発明の一態様においては、前記半導体または絶縁体上に形成されたルテニウムを主成分とする層を含む金属薄膜の厚さが１５０ｎｍ〜４５０ｎｍであることを特徴とする前記窒化アルミニウム薄膜、が提供される。
本発明の一態様においては、窒化アルミニウム薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜であることを特徴とする前記窒化アルミニウム薄膜、が提供される。
さらに、本発明によれば、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜であり、前記下部電極および上部電極のうち少なくとも一方の電極は、ルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であり、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０゜以下であることを特徴とする圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記下部電極がルテニウムを主成分とする厚さｄ２の金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする厚さｄ１の金属薄膜との積層体であり、ｄ２／ｄ１＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍであることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。ここで、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜が密着層を有している場合には、厚さｄ１は密着層の厚さを含んだ値である。
本発明の一態様においては、前記上部電極がルテニウムを主成分とする厚さｄ４の金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする厚さｄ３の金属薄膜との積層体であり、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍであることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、ＲＭＳで表わされる前記下部電極上面の表面粗さをＲB［ｎｍ］と標記した場合に、前記下部電極端部における金属薄膜と前記窒化アルミニウム薄膜とが接する面の前記基板に対する傾斜角が５／ＲB°以上かつ３０／ＲB°以下であることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記下部電極の厚さと前記上部電極の厚さとの比率（上部電極の厚さ）／（下部電極の厚さ）が、０．６より大きく１．５より小さいことを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、圧電薄膜共振子の振動部位に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層を有することを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記絶縁体層が前記下部電極の下面に接して形成されていることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記絶縁体層が前記上部電極の上面に接して形成されていることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５が２５〜３００ｎｍであることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が４０〜６００ｎｍであることを特徴とする前記圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、第１の窒化アルミニウム薄膜、内部電極、第２の窒化アルミニウム薄膜、および上部電極とを有する積層型圧電薄膜共振子において、前記第１および第２の窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜あり、下部電極、内部電極および上部電極のうち少なくとも一つの金属電極がルテニウムを主成分とする厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であることを特徴とする積層型圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、積層型圧電薄膜共振子の振動部位に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層を有することを特徴とする前記積層型圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記絶縁体層が前記下部電極の下面に接して形成されていることを特徴とする前記積層型圧電薄膜共振子、が提供される。また、本発明の一態様においては、前記絶縁体層が前記上部電極の上面に接して形成されていることを特徴とする前記積層型圧電薄膜共振子、が提供される。
本発明の一態様においては、前記下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５が２５〜３００ｎｍであることを特徴とする前記積層型圧電薄膜共振子、が提供される。また、前記上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が４０〜６００ｎｍであることを特徴とする前記積層型圧電薄膜共振子が提供される。さらに、圧電薄膜共振子を構成する上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６と下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５との比率、ｄ６／ｄ５は、
１≦ｄ６／ｄ５＜４
であることが好ましい。
１≦ｄ６／ｄ５＜４
であることが好ましい。
さらに本発明は、インピーダンス曲線における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が１０００以上であることを特徴とする前記圧電薄膜共振子および前記積層型圧電薄膜共振子に関する。
さらに、本発明は、前記圧電薄膜共振子を有する圧電薄膜デバイスに関する。前記圧電薄膜共振子は、積層型圧電薄膜共振子も含む。圧電薄膜デバイスとしては、以上のような圧電薄膜共振子や積層型圧電薄膜共振子を用いて構成されるＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器などが挙げられるがこれに限定されるものではない。このような圧電薄膜デバイスでは、１ＧＨｚ以上の高い周波数での特性を著しく向上させることができる。
ルテニウムを主成分とする金属薄膜を用いて下部電極を構成し、下部電極の結晶配向性、下部電極の厚さ、あるいは、絶縁体層も含めた構成を特定のものにすることにより、その上に形成したｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜の配向性、結晶性が著しく向上し、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下である高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜を形成できる。さらに、下部電極パターン端面の傾斜角を所定の範囲にすることにより、良好な圧電体薄膜を形成できる。その結果、従来の電極構成で問題となっていたインピーダンス特性における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）を改善でき、電気機械結合係数ｋt 2と音響品質係数（Ｑ値）が優れた圧電薄膜共振子が提供できる。したがって、それを用いて構成されるＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器において１ＧＨｚ以上の高い周波数での特性を著しく向上させることができる。
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、圧電薄膜共振子１０は基板１１、該基板１１の上面上に形成された絶縁体層１３および該絶縁体層１３の上面上に形成された圧電積層構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は絶縁体層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成された圧電体膜１６および該圧電体膜１６の上面上に形成された上部電極１７からなる。基板１１には、空隙を形成するビアホール２０が形成されている。絶縁体層１３の一部はビアホール２０に向けて露出している。この絶縁体層１３の露出部分、およびこれに対応する圧電積層構造体１４の部分が振動部（振動ダイヤフラム）２１を構成する。また、下部電極１５および上部電極１７は、振動部２１に対応する領域内に形成された主体部１５ａ、１７ａと、該主体部１５ａ、１７ａと外部回路との接続のための端子部１５ｂ、１７ｂを有する。端子部１５ｂ、１７ｂは振動部２１に対応する領域外に位置する。
基板１１としては、Ｓｉ（１００）単結晶などの単結晶、またはＳｉ単結晶などの基材の表面にシリコン、ダイヤモンドその他の多結晶膜を形成したものを用いることができる。基板１１としては、その他の半導体さらには絶縁体を用いることも可能である。基板１１のビアホール２０の形成方法としては、基板下面側からの深堀りエッチング（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ）法が例示される。なお、基板１１に形成される空隙は、ビアホール２０によるものには限定されず、振動部２１の振動を許容するものであればよく、該振動部２１に対応する基板上面領域に形成した凹部であってもよい。
絶縁体層１３としては、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を主成分とする誘電体膜、窒化アルミニウムを主成分とする誘電体膜、酸化アルミニウムを主成分とする誘電体膜、ムライトを主成分とする誘電体膜、フォルステライトを主成分とする誘電体膜、酸化ジルコニウムを主成分とする誘電体膜、酸化ハフニウムを主成分とする誘電体膜、酸化二オブを主成分とする誘電体膜、酸化タンタルを主成分とする誘電体膜、およびこれらの誘電体膜を重ね合わせた積層膜を用いることができる。この絶縁体層１３の材質について、主成分とは、誘電体膜中の含有量が５０当量％以上である成分を指す。誘電体膜は単相からなるものであっても良いし、積層体であっても良い。さらに、密着性を高めるための層などを付加した複数層からなるものであってもよい。絶縁体層１３の厚さｄ５は、２５〜３００ｎｍ、好ましくは、３０〜２００ｎｍである。前記の絶縁体層１３の厚さが２５ｎｍ未満になると、その上に堆積するルテニウム、モリブデン、タングステンなどを主成分とする金属層の結晶配向性が悪化し、対応するＸ線回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が広くなるので好ましくない。絶縁体層１３の厚さが３００ｎｍを超えると、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数が低下し、特性が悪化するので好ましくない。
シリコンからなる基板１１の表面に絶縁体層１３を形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが例示される。また、本発明においては、エッチングにより、振動部２１に対応する領域の絶縁体層１３を総て除去して、下部電極１５がビアホール２０に向けて露出した構造の圧電薄膜共振子も採用することができる。このように、振動部２１に対応する領域の絶縁体層１３を総て除去することにより、共振周波数の温度特性は若干悪化するものの、電気機械結合係数が向上するという利点がある。
下部電極１５は、ルテニウムを主成分とする金属薄膜、モリブデンを主成分とする金属薄膜、タングステンを主成分とする金属薄膜、及び必要に応じて該金属薄膜と絶縁体層１３との間に形成される密着金属層を積層することにより構成され、その厚さは、１５０〜４５０ｎｍが好ましい。また、本発明においては、下部電極１５として、ルテニウムを主成分とする厚さｄ２の金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする厚さｄ１の金属薄膜との積層体を用いることができる。ここで、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜が密着層を有している場合には、厚さｄ１は密着層の厚さを含んだ値である。ルテニウムを主成分とする金属薄膜の厚さｄ２とモリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜の厚さｄ１との関係として、ｄ２／ｄ１＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍとなるような膜厚構成を採用することで、得られる圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）を向上させることができる。特に、インピーダンス特性における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が改善され、複数の圧電薄膜共振子を組合わせて作製される圧電薄膜フィルタの通過帯域の高域側におけるロール・オフ特性が向上する。
圧電体膜１６は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成り、その厚さは、例えば０．５〜３．０μｍである。１ＧＨｚ程度の周波数で使用する場合には膜厚を厚くし、５ＧＨｚ付近の高周波数で使用する場合には膜厚を薄くする。
上部電極は、下部電極と同様に、ルテニウムを主成分とする金属薄膜の他に、モリブデンを主成分とする金属、タングステンを主成分とする金属、イリジウムを主成分とする金属、アルミニウムを主成分とする金属、白金を主成分とする金属、タンタルを主成分とする金属などの材質から選別された金属薄膜、及びルテニウムを主成分とする金属薄膜とモリブデンを主成分とする金属、タングステンを主成分とする金属、イリジウムを主成分とする金属、アルミニウムを主成分とする金属、白金を主成分とする金属などの材質から選別された金属薄膜との積層体を用いることができる。また、必要に応じて該金属薄膜と圧電体膜１６の間に形成される密着金属層を積層することにより構成される。特に、ルテニウムを主成分とする金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜との積層体を用いることで、得られる圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）が向上する。上部電極の厚さは、例えば１５０〜４５０ｎｍである。ここで、ルテニウムを主成分とする金属薄膜とは、９０％以上のルテニウムを含有していることを意味する。モリブデンを主成分とする金属、タングステンを主成分とする金属、イリジウムを主成分とする金属、アルミニウムを主成分とする金属、白金を主成分とする金属などについても同様である。ルテニウムを主成分とする金属薄膜の厚さｄ４とモリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜の厚さｄ３との関係として、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍとなるような膜厚構成を採用することで、得られる圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）を向上させることができる。特に、インピーダンス特性における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が改善され、複数の圧電薄膜共振子を組合わせて作製される圧電薄膜フィルタの通過帯域の高域側におけるロール・オフ特性が向上する。ここで、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜が密着層を有している場合には、厚さｄ４は密着層の厚さを含んだ値である。
一般に圧電材料の圧電特性は、結晶性や配向性などの結晶性状に強く依存する。本発明で用いる圧電薄膜においても、その圧電性は薄膜を構成する結晶の粒子サイズ、配向性、結晶性などの結晶性状に依存すると考えられる。本明細書において単一配向膜とは、基板表面と平行に目的とする結晶面が揃っている結晶化膜のことを意味する。例えば、（０００１）単一配向膜は、膜面と平行に（０００１）面が成長している膜を意味する。具体的には、ディフラクトメーター法によるＸ線回折測定を行った場合に、ＡｌＮ結晶に起因した目的とする回折面以外の反射ピークがほとんど検出できないものを意味する。例えば、（０００Ｌ）単一配向膜、即ち、ｃ面単一配向膜は、θ−２θ回転のＸ線回折測定で（０００Ｌ）面以外の反射強度が（０００Ｌ）面反射の最大ピーク強度の５％未満、好ましくは２％未満、さらに好ましくは検出限界以下のものである。なお、（０００Ｌ）面は、（０００１）系列の面、即ち、（０００１）面、（０００２）面、（０００４）面などの等価な面を総称する表示である。
本発明者らは、図１、２に示す構成の圧電薄膜共振子において、その共振特性が、下部電極の材質や結晶性とＡｌＮ薄膜の配向性、結晶性などの性状との両方にどのように依存するかについて検討した。図示する圧電薄膜共振子は、ビアホール２０が形成された基板１１を有し、該基板上に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層１３、必要に応じてルテニウムを主成分とする金属薄膜と絶縁体層１３との間に形成される密着金属層、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜、およびルテニウムを主成分とした金属薄膜から構成される下部電極１５、ＡｌＮ薄膜１６、必要に応じてＡｌＮ薄膜１６とモリブデンまたはタングステンを主成分とする金属層との間に形成される密着金属薄膜、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜およびルテニウムを主成分とする金属薄膜から構成された上部電極１７をこの順に積層したものである。さらに、必要に応じて、上部電極１７の上に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層２３を積層する。
下部電極の下面に接して形成される絶縁体層１３の厚さｄ５は、２５〜３００ｎｍ、好ましくは、３０〜２００ｎｍであることが望ましい。前記の絶縁体層１３の厚さが２５ｎｍ未満になると、その上に堆積するルテニウム、モリブデン、タングステンなどを主成分とする金属薄膜の結晶配向性が悪化し、対応するＸ線回折ピークのロッキング・カーブ半値幅が広くなるので好ましくない。下部電極となる金属薄膜のロッキング・カーブ半値幅の広がりは、その上面に堆積するＡｌＮ薄膜の結晶配向性の低下をもたらす。絶縁体層１３の厚さが３００ｎｍを超えると、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数が低下し、圧電特性が悪化するので好ましくない。
また、上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６は、４０〜６００ｎｍであることが好ましい。さらに、下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５と上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６との比率、ｄ６／ｄ５が、１≦ｄ６／ｄ５≦４という関係を満足するように、厚さｄ５および厚さｄ６を制御することが好ましい。
上部電極の上面に接した絶縁体層を形成することにより、得られる圧電薄膜共振子の共振ピーク付近におけるスプリアスが減少する。特に、ｄ６／ｄ５が、１≦ｄ６／ｄ５≦４という関係を満足する場合に、スプリアスの低減効果が大きい。上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が４０ｎｍ未満になると、スプリアス抑制効果が著しく低下するので好ましくない。逆に、上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が６００ｎｍを超えると、得られる圧電薄膜共振子の電気機械結合係数、音響品質係数（Ｑ値）などの圧電特性が悪化するので好ましくない。また、上部電極の上面に接して形成された絶縁体層は化学的に安定な材質で構成されており、得られる圧電薄膜共振子の耐環境性が向上するという効果もある。以上のようなスプリアス低減効果および耐環境性改善効果を高めるには、上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の結晶配向性を向上させることが重要である。本発明においては、上部電極を構成するルテニウムなどの金属薄膜のロッキング・カーブ半値幅を３°以下となるように制御することにより、高配向性の上部絶縁体層を形成して、良好なスプリアス低減効果と優れた耐環境性を実現することができる。
ビアホール２０は、図中の下面側からＳｉを深堀りエッチング（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ））することにより形成したものであり、このビアホール２０の上に積層された薄膜がダイヤフラムを構成している。この圧電薄膜共振子において、ビアホール２０上のＡｌＮ薄膜１６と、これを挟む下部電極１５および上部電極１７とが、圧電積層構造体１４を構成し、前記のように、圧電積層構造体１４の少なくとも一方には、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルから選ばれる少なくとも一種の材質を主成分とする絶縁体層が存在している。
下部電極１５および上部電極１７を形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法などが例示される。
下部電極１５は、必要に応じて堆積される密着金属層、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜、ルテニウムを主成分とした金属薄膜をこの順に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、これらの金属薄膜層を所定の形状にパターニングする。本発明においては、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜とルテニウムを主成分とする金属薄膜との位置関係を入れ替えて、ルテニウムを主成分とする金属薄膜を下層側に配置することも可能である。ＡｌＮ薄膜１６は、下部電極１５を形成した基板１１の上面に反応性スパッタリング法により膜形成できる。上部電極１７として、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜、ルテニウムを主成分とした金属薄膜をこの順に形成した後、下部電極１５と同様にフォトリソグラフィ技術を用いて、これらの金属薄膜層を所定の形状（例えば、円形に近い形状）にパターニングする。上部電極についても、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜とルテニウムを主成分とする金属薄膜との位置関係を入れ替えて、ルテニウムを主成分とする金属薄膜を下層側に配置することが可能である。上部電極のパターニング後に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ薄膜１６のビアホール２０上の部分を除く領域の一部分をエッチング除去することにより、ＡｌＮ薄膜１６を所定の形状にパターニングする。
本発明者らは、下部電極１５の材質としてルテニウムを主成分とする金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする金属薄膜との積層体を使用し、この金属薄膜積層体上に窒化アルミニウム薄膜を形成することにより、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下である高配向性、高結晶性のｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを見出した。さらに、この金属薄膜を特定の結晶相または結晶化度に調製することにより、ロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜のさらに配向性、結晶性に優れたｃ軸配向窒化アルミニウム薄膜が得られることを見出した。
即ち、本発明の窒化アルミニウム薄膜は、半導体または絶縁体上に形成されたルテニウムを主成分とする金属薄膜を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜に接して形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウム薄膜であって、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であることを特徴とする。このような窒化アルミニウム薄膜は圧電特性に優れており、これを使用した圧電薄膜共振子は、低損失の優れた周波数特性を有する。さらに、ルテニウムを主成分とする金属薄膜は、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０゜以下であることが好ましい。これによりさらにｃ軸配向に優れた窒化アルミニウム薄膜を形成することができる。
また、本発明の圧電薄膜共振子は、上記のような共振子であり、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜であり、前記下部電極および上部電極のうち少なくとも一方の電極は、ルテニウムを主成分とする金属薄膜を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であることを特徴とする。
下部電極１５に使用されるルテニウムを主成分とする金属薄膜、モリブデンを主成分とする金属薄膜、タングステンを主成分とする金属薄膜は、スパッタリング法や真空蒸着法で形成される。これらの金属を主成分とした薄膜は、通常はＤＣマグネトロンスパッタ法やＲＦマグネトロンスパッタ法により容易に形成できるが、真空蒸着法を用いる場合は融点が高いため（ルテニウム２３１０℃、モリブデン２６２０℃、タングステン３４１０℃）、抵抗加熱蒸着法では作製が困難で、電子ビーム蒸着法を用いることが必要である。結晶相としては、ルテニウムは六方晶系、モリブデンおよびタングステンは立方晶系であることが知られている。これらの金属結晶相の薄膜を形成した場合、ルテニウムの（０００２）面やモリブデンおよびタングステンの（１１０）面が基板面と平行に成長しやすい。しかしながら、従来技術では、Ｘ線回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０°以下というような高配向性の金属結晶膜を堆積させることは困難であった。本発明においては、下地層となる絶縁膜の厚さと微細構造（結晶配向性、表面粗さ）を制御すると共に、超高真空のスパッタリング装置（到達真空度：１０-6Ｐａ以下、好ましくは４ｘ１０-7Ｐａ以下）を使用し、成膜圧力、成膜温度、ＤＣ出力またはＲＦ出力などの成膜条件を最適化することにより、前記のような高配向性の金属結晶膜を堆積させることが可能となる。この他に、金属薄膜の結晶配向性の制御には、ルテニウムを主成分とする金属層と絶縁体層との間に介在させる密着層の材質を変えることも有効である。密着層の材質としては、チタン、クロム、ニッケルなどが一般的に利用される。さらには、成膜前の熱処理やソフトエッチングなどの前処理を施すことによりその結晶配向性を向上させることも可能である。
下部電極および上部電極の抵抗は、共振特性の損失に影響する。このため、本発明においては、入力信号の損失の要因となる下部電極および上部電極の比抵抗を十分に小さな値となるように金属薄膜の形成条件を制御する。例えば、電極の比抵抗を５〜２０μΩ・ｃｍとなるように制御した。比抵抗がこの範囲の値となるようにすることで、入力される高周波信号の損失を低減し、良好な共振特性を実現することができる。
本発明において、下部電極の材質、厚さ、電気伝導度、音響インピーダンス及び結晶配向性に着目し、該金属薄膜上に形成した窒化アルミニウム薄膜の結晶配向性と、圧電薄膜共振子を構成した場合の電気機械結合係数ｋt 2、音響品質係数（Ｑ値）、特にインピーダンス特性における半共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）との関係を詳細に検討した。すなわち、下部電極としてルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜を使用することにより、該金属薄膜上に形成されたｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜のＸ線回折により測定した（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は２．０゜以下が得られ、これにより電気機械結合係数ｋt 2と音響品質係数（Ｑ値）が大きく、高性能の圧電薄膜共振子が作製できる。
さらに、ルテニウムを主成分とする金属薄膜のＸ線回折測定において、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を３．０゜以下に制御することにより、該金属膜上に形成されたｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜のＸ線回折により測定した（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は２．０゜以下が得られ、これにより電気機械結合係数ｋt 2と音響品質係数（Ｑ値）がさらに大きく、高性能の圧電薄膜共振子が作製できる。さらに好ましくは、上記ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を２．０゜以下に制御することにより、該金属膜上に形成されたｃ軸配向の窒化アルミニウム薄膜のＸ線回折により測定した（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は０．８〜１．６゜、さらに電気機械結合係数ｋt 2と音響品質係数（Ｑ値）が大きく、高性能の圧電薄膜共振子を作製できる。
本発明では、ＲＭＳで表わされる下部電極上面の表面粗さをＲB［ｎｍ］と標記し、下部電極のパターニング時において、下部電極端部における金属薄膜と窒化アルミニウム薄膜とが接する面の基板に対する傾斜角が５／ＲB°以上かつ３０／ＲB°以下となるように、下部電極端部の形状を制御する。表面粗さをＲBは通常１〜４ｎｍである。下部電極端部の傾斜角が３０／ＲB°を超えて急峻になると、図７に示したように下部電極端のエッジ部でＡｌＮの異常成長が起こり、隣り合う柱状のＡｌＮ粒子間に深いクレータ状の欠陥を生ずる。このクレータはＡｌＮ膜の破壊の原因となり、圧電薄膜共振子としての信頼性を損なうこととなる。このため、図８に示したように、下部電極端部における金属薄膜と窒化アルミニウム薄膜とが接する面の基板に対する傾斜角を３０／ＲB°以下に制御して、クレータ状分離成長を防止する必要がある。逆に、下部電極端部の傾斜角が５／ＲB°未満の緩やかなものになると、傾斜部の水平距離が長くなり過ぎて、圧電薄膜共振子の音響品質係数（Ｑ値）が著しく低下する。また、インピーダンス特性における共振ピーク付近に数多くのノイズが発生するようになるので、好ましくない。
図１、２に示す構成の圧電薄膜共振子では、圧電体膜の上下の電極に電界を印加することでバルク弾性波を励振させている。この為、下部電極を端子電極とすべく、下部電極を露出させることが必要である。この構成は共振器としてしか利用できず、フィルタにするには、２個以上の共振子を組み合わせる必要がある。このため、金属薄膜の電気抵抗が大きい場合には、配線に起因する損失が多くなるという欠点がある。このため、本発明においては、入力信号の損失の要因となる下部電極および上部電極の比抵抗を十分に小さな値となるように金属薄膜の形成条件を制御する。例えば、電極の比抵抗を５〜２０μΩ・ｃｍとなるように制御することで、入力される高周波信号の損失を低減し、良好なフィルタ性能を実現することができる。
図３は本発明による圧電薄膜共振子の別の実施形態を示す模式的平面図であり、図４はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図においては、上記図１および図２におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
本実施形態では、圧電薄膜共振子１０は基板１１、該基板１１の上面上に形成された絶縁体層１２、１３および該絶縁体層１２の一部を除去して形成した振動空間２０を跨ぐよう形成された圧電積層構造体１４を有する。圧電積層構造体１４は絶縁体層１３の上面上に形成された下部電極１５、該下部電極１５の一部を覆うようにして絶縁体層１３の上面上に形成された圧電体膜１６および該圧電体膜１６の上面上に形成された上部電極１７からなる。下部電極１５は矩形に近い形状をなしており、主体部１５ａ（図示せず）と該主体部１５ａと外部回路との接続のための端子部１５ｂ（図示せず）を有する。
上部電極１７は、振動空間２０に対応する領域内に形成された主体部１７ａ（図示せず）と、該主体部１７ａと外部回路との接続のための端子部１７ｂ（図示せず）を有する。端子部１５ｂ、１７ｂは振動空間２０に対応する領域外に位置する。下部電極１５と上部電極１７の少なくとも一方はルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜で形成されている。例えば、下部電極１５は、ルテニウムを主成分とする金属薄膜で構成され、その厚さは１５０〜４５０ｎｍである。上部電極１７は、モリブデンを主成分とする厚さｄ３の金属薄膜とルテニウムを主成分とする厚さｄ４の金属薄膜との積層体であり、それぞれの金属薄膜の厚さｄ３、ｄ４は、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍという関係を満足している。また、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする絶縁体層１３が下部電極の下面に接して形成され、同様に、必要に応じて、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材質を主成分とする絶縁体層２３が上部電極の上面に接して形成されている。
本発明の圧電薄膜共振子の構成を利用して、本発明の圧電薄膜共振子を有する積層型圧電薄膜共振子を作製することができる。即ち、本発明の積層型圧電薄膜共振子は、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、第１の窒化アルミニウム薄膜、内部電極、第２の窒化アルミニウム薄膜、および上部電極とを有する積層型圧電薄膜共振子において、前記第１および第２の窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜あり、下部電極、内部電極および上部電極のうち少なくとも一つの金属電極がルテニウムを主成分とする厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であることを特徴とする。
図５は本発明による圧電薄膜共振子のさらに別の実施形態を示す模式的平面図であり、図６はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図においては、上記図１〜図４におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
本実施形態は、図１および図２に記載の実施形態の圧電積層構造体を２つ積層したものに相当する圧電積層構造体を有するＳＢＡＲである。即ち、絶縁体層１３上に下部電極１５、第１の圧電体膜１６−１、内部電極１７’、第２の圧電体膜１６−２および上部電極１８がこの順に形成されている。内部電極１７’は、第１の圧電体膜１６−１に対する上部電極としての機能と第２の圧電体膜１６−２に対する下部電極としての機能を有する。即ち、本発明の積層型圧電薄膜共振子（ＳＢＡＲ）は、本発明の下部電極、圧電体層、および上部電極の構成を含む構造を有しているとともに、本発明の圧電薄膜共振子の一実施形態である。
本実施形態では、下部電極１５と内部電極１７’との間に入力電圧を印加し、該内部電極１７’と上部電極１８との間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、これ自体を多極型フィルタとして使用することができる。このような構成の多極型フィルタを通過帯域フィルタの構成要素として使用することにより、阻止帯域の減衰特性が良好となり、フィルタとしての周波数応答性が向上する。
以上のような圧電薄膜共振子において、マイクロ波プローバーを使用して測定したインピーダンス特性における共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaと電気機械結合係数ｋt 2との間には、以下の関係がある。
ｋt 2＝φr／Ｔａｎ（φr）
φr＝（π／２）（ｆr／ｆa）
簡単のため、電気機械結合係数ｋt 2は、次式から算出した。
ｋt 2＝４．８（ｆa−ｆr）／（ｆa＋ｆr）
図１、２、図３、４および図５、６に示した構成の圧電薄膜共振子または積層型圧電薄膜共振子において、１．５〜２．５ＧＨｚの範囲における共振周波数と反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数ｋt 2は５．４〜６．９％である。電気機械結合係数ｋt 2が５．４％未満になると、これらの圧電薄膜共振子を組み合わせて作製した圧電薄膜フィルタの帯域幅が小さくなり、高周波域で使用する圧電薄膜デバイスとして実用に供することが難しくなる傾向にある。
ｋt 2＝φr／Ｔａｎ（φr）
φr＝（π／２）（ｆr／ｆa）
簡単のため、電気機械結合係数ｋt 2は、次式から算出した。
ｋt 2＝４．８（ｆa−ｆr）／（ｆa＋ｆr）
図１、２、図３、４および図５、６に示した構成の圧電薄膜共振子または積層型圧電薄膜共振子において、１．５〜２．５ＧＨｚの範囲における共振周波数と反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数ｋt 2は５．４〜６．９％である。電気機械結合係数ｋt 2が５．４％未満になると、これらの圧電薄膜共振子を組み合わせて作製した圧電薄膜フィルタの帯域幅が小さくなり、高周波域で使用する圧電薄膜デバイスとして実用に供することが難しくなる傾向にある。
本発明によれば、本発明の圧電薄膜共振子およびその一形態である、積層型圧電薄膜共振子を使用して、ＶＣＯ（電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器などの圧電薄膜共振子を有する優れた圧電薄膜デバイスを提供することができる。本発明の圧電薄膜デバイスは、圧電薄膜共振子およびその一形態である積層型圧電薄膜共振子を有していれば特に上記のデバイスに限定されない。
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。
即ち、熱酸化法により、厚さ３００μｍの（１００）Ｓｉ基板の両面に厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2層を形成した後、第二面（下面）側にビアホール２０の形状に対応したマスクパターンを形成し、パターンに対応したＳｉＯ2層をエッチングして、除去した。同時に、第一面（上面）側のＳｉＯ2層を総てエッチングして、除去した。次に、反応性スパッタリング法により、第一面側に厚さ２２０ｎｍのＡｌ2Ｏ3薄膜を形成した。このＳｉ基板の第一表面に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、厚さ９０ｎｍのＭｏ薄膜、厚さ１００ｎｍのＲｕ薄膜を順番に堆積して下部電極層を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。パターン形成に際しては、意図的にデフォーカスさせた紫外光でレジストを露光、現像して、レジストの形状をなだらかな蒲鉾型形状にした。レジスト端面になだらかな傾斜を持たすことで、電極パターン端面の傾斜角を制御することに注力した。Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは２．０ｄｅｇ、Ｒｕ（０００２）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは２．０ｄｅｇであった。このＲｕ／Ｍｏ積層下部電極上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表２に記載の条件で、厚さ１．０μｍのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表２に示すごとくそのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．７゜であった。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、厚さ２６５ｎｍのＭｏ薄膜を形成し、フォトリソグラフィにより、図１に示すごとく平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状にパターン化した。次に、熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、ＡｌＮ薄膜を所定の形状にパターン化した。さらに、反応性スパッタリング法により、圧電積層体上に厚さ４４０ｎｍのＡｌ2Ｏ3薄膜を形成し、リフトオフ法によってパターニングした。上下部電極、ＡｌＮ薄膜および上部絶縁体層を形成したＳｉ基板表面をプロテクトワックスで被覆し、Ｓｉ基板の第二表面に形成された厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2層をマスクとして、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスとを交互に用いて深堀エッチングを行うＤｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、振動部位にあたるＳｉ基板をエッチングして、ビアホールを形成し、図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記圧電薄膜共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例２）
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１と同様な方法を用い、図１及び図２に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１と同様な方法を用い、図１及び図２に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記圧電薄膜共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例３）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、熱酸化法により、厚さ６２５μｍのＳｉウェハの両面に、厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ2層を形成した後、Ｓｉウェハの第一面（上面）に犠牲層となる厚さ５０ｎｍのＴｉ薄膜を堆積して、フォトリソグラフィにより、所望のエアーブリッジ形状にパターン形成した。次に、反応性スパッタリング法により、第一面側に厚さ１００ｎｍのＡｌＮ薄膜を形成した。このＳｉ基板の第一表面に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、表１に記載した厚さのＭｏ薄膜とＲｕ薄膜を順番に堆積して下部電極層を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。パターン形成に際しては、意図的にデフォーカスさせた紫外光でレジストを露光、現像して、レジストの形状をなだらかな蒲鉾型形状にした。レジスト端面になだらかな傾斜を持たすことで、電極パターン端面の傾斜角を制御することに注力した。Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．４ｄｅｇ、Ｒｕ（０００２）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．３ｄｅｇであった。このＲｕ／Ｍｏ積層下部電極上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表２に記載の条件で、厚さ１．５μｍのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表２に示すごとくそのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．０゜であった。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、表１に記載した厚さのＲｕ薄膜とＷ薄膜を順番に堆積して上部電極層を形成し、フォトリソグラフィにより、図３に示すごとく平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状にパターン化した。次に、熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、ＡｌＮ薄膜を所定の形状にパターン化した。上下部電極とＡｌＮ薄膜を形成したＳｉウェハ上面に、上部絶縁体層となる表１に記載した厚さのＡｌＮ薄膜を堆積して、パターン形成した。次に、Ｓｉウェハ上面にフォトレジストを塗布し、図３に示した振動空間を形成するためのビアホールパターンを形成して、Ｃｌ2とＡｒの混合ガスを用いたドライエッチングにより、ビアホールを開けた。フォトレジストを剥離することなく、Ｓｉウェハ下面もフォトレジストで被覆して、希釈フッ酸溶液に浸漬し、ビアホールを通じた液の循環により、Ｔｉ犠牲層とその下方に位置する厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ2層とをエッチング除去した。酸素プラズマ中でのアッシングによりレジストを除去して、図４に示した振動空間２０を作製した、以上の製造工程により、図３及び４に記載の構造の薄膜圧電共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、熱酸化法により、厚さ６２５μｍのＳｉウェハの両面に、厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ2層を形成した後、Ｓｉウェハの第一面（上面）に犠牲層となる厚さ５０ｎｍのＴｉ薄膜を堆積して、フォトリソグラフィにより、所望のエアーブリッジ形状にパターン形成した。次に、反応性スパッタリング法により、第一面側に厚さ１００ｎｍのＡｌＮ薄膜を形成した。このＳｉ基板の第一表面に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて、表１に記載した厚さのＭｏ薄膜とＲｕ薄膜を順番に堆積して下部電極層を形成し、さらに、フォトリソグラフィによりパターン化した。パターン形成に際しては、意図的にデフォーカスさせた紫外光でレジストを露光、現像して、レジストの形状をなだらかな蒲鉾型形状にした。レジスト端面になだらかな傾斜を持たすことで、電極パターン端面の傾斜角を制御することに注力した。Ｘ線回折装置により下部電極の結晶配向性を評価した結果、表１に示すごとくＭｏ（１１０）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．４ｄｅｇ、Ｒｕ（０００２）面のロッキング・カーブＦＷＨＭは１．３ｄｅｇであった。このＲｕ／Ｍｏ積層下部電極上に、純度９９．９９９％のＡｌターゲットを用い、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表２に記載の条件で、厚さ１．５μｍのＡｌＮ薄膜を形成した。Ｘ線回折法によりＡｌＮ薄膜の結晶性を評価した結果、（０００２）面を初めとするｃ面に対応したピークのみ観測され、表２に示すごとくそのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は１．０゜であった。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、表１に記載した厚さのＲｕ薄膜とＷ薄膜を順番に堆積して上部電極層を形成し、フォトリソグラフィにより、図３に示すごとく平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状にパターン化した。次に、熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、ＡｌＮ薄膜を所定の形状にパターン化した。上下部電極とＡｌＮ薄膜を形成したＳｉウェハ上面に、上部絶縁体層となる表１に記載した厚さのＡｌＮ薄膜を堆積して、パターン形成した。次に、Ｓｉウェハ上面にフォトレジストを塗布し、図３に示した振動空間を形成するためのビアホールパターンを形成して、Ｃｌ2とＡｒの混合ガスを用いたドライエッチングにより、ビアホールを開けた。フォトレジストを剥離することなく、Ｓｉウェハ下面もフォトレジストで被覆して、希釈フッ酸溶液に浸漬し、ビアホールを通じた液の循環により、Ｔｉ犠牲層とその下方に位置する厚さ１５００ｎｍのＳｉＯ2層とをエッチング除去した。酸素プラズマ中でのアッシングによりレジストを除去して、図４に示した振動空間２０を作製した、以上の製造工程により、図３及び４に記載の構造の薄膜圧電共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記圧電薄膜共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例４）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例５）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ／Ｍｏ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋｔ2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例６）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例７）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、絶縁体層として低圧ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ層を使用し、上下部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、絶縁体層として低圧ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ層を使用し、上下部絶縁体層の材質と厚さ、Ｒｕ下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｒｕ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例８）
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１と同様な方法を用い、図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｍｏ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１と同様な方法を用い、図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、Ｍｏ下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例９）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ／Ｔｉ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、Ｒｕ／Ｍｏ／Ｔｉ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の厚さ、Ｒｕ／Ｍｏ／Ｔｉ積層下部電極の形成条件と厚さ、および上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、Ｒｕ／Ｍｏ／Ｔｉ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例１０）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、実施例３と同様な方法で、下部絶縁体層、下部電極及びＡｌＮ薄膜を形成しパターン化した後、上部電極を形成することにより図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、Ｒｕ／Ｃｒ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、実施例３と同様な方法で、下部絶縁体層、下部電極及びＡｌＮ薄膜を形成しパターン化した後、上部電極を形成することにより図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、Ｒｕ／Ｃｒ積層下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響的品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例１１〜１４）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質、形成条件および厚さ、ならびに上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質、形成条件および厚さ、ならびに上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製ＧＳＧマイクロプローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2を、インピーダンス特性における共振ピークおよび反共振ピークのピーク波形（ピークトップから３ｄＢ離れた位置におけるピーク幅）から共振ピークおよび反共振ピークの音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（実施例１５）
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部電極端部の傾斜角を変えた以外は、実施例５と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。また、実施例５と同様な圧電特性の評価を行った。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
本実施例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部電極端部の傾斜角を変えた以外は、実施例５と同様な方法を用い、図３及び図４に記載の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚み、下部電極のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を、表３にＡｌＮ薄膜のロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を記載した。また、実施例５と同様な圧電特性の評価を行った。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（比較例１）
本比較例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層として熱酸化によるＳｉＯ2層を、下部電極密着層としてＣｒを、下部電極としてＭｏを使用するなど、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１記載の方法で図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
本比較例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層として熱酸化によるＳｉＯ2層を、下部電極密着層としてＣｒを、下部電極としてＭｏを使用するなど、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例１記載の方法で図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（比較例２）
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（比較例３）
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変え、上部絶縁体層を形成しなかった以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変え、上部絶縁体層を形成しなかった以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（比較例４）
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
本比較例では、以下のようにして、図３、４に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層および上部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変えた以外は、実施例３記載の方法で図３及び図４に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
（比較例５，６）
本比較例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変え、上部絶縁体層を形成しなかった以外は、比較例１記載の方法で図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
本比較例では、以下のようにして、図１、２に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。即ち、下部絶縁体層の材質と厚さ、下部電極の材質と厚さおよび上部電極の材質と厚さを変え、上部絶縁体層を形成しなかった以外は、比較例１記載の方法で図１及び図２に記載の構造の圧電薄膜共振子を製造した。表１および表２に振動部位の各層の材質と厚みを、表３にＡｌＮ薄膜の結晶性を記載した。
また、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバーとネットワークアナライザーを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子１５ｂ、１７ｂ間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数ｆrおよび反共振周波数ｆaの測定値から、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑを求めた。また、耐環境性評価のために、８５℃―Ｒ．Ｈ．８５％の高温高湿条件下に２００時間保持した後の周波数シフトを測定した。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数ｋt 2、および音響品質係数Ｑは表４に示す通りであった。
１０ 圧電薄膜共振子
１１ 単結晶または多結晶からなる基板
１２ 下部絶縁体層
１３ 下部絶縁体層
１４ 圧電積層構造体
１５ 下部電極
１５ａ 下部電極主体部
１５ｂ 下部電極端子部
１６ 圧電体薄膜
１７ 上部電極
１７ａ 上部電極主体部
１７ｂ 上部電極端子部
１７‘ 内部電極
１８ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極
１８ａ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極の主体部
１８ｂ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極の端子部
１９ エッチング用のビアホール
２０ エッチングによって基板に形成した振動空間
２１ 振動部
２３ 上部絶縁体層
１１ 単結晶または多結晶からなる基板
１２ 下部絶縁体層
１３ 下部絶縁体層
１４ 圧電積層構造体
１５ 下部電極
１５ａ 下部電極主体部
１５ｂ 下部電極端子部
１６ 圧電体薄膜
１７ 上部電極
１７ａ 上部電極主体部
１７ｂ 上部電極端子部
１７‘ 内部電極
１８ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極
１８ａ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極の主体部
１８ｂ 積層型圧電薄膜共振子における上部電極の端子部
１９ エッチング用のビアホール
２０ エッチングによって基板に形成した振動空間
２１ 振動部
２３ 上部絶縁体層
Claims (22)
- 半導体または絶縁体上に形成されたルテニウムを主成分とする層を含む金属薄膜に接して形成されたｃ軸配向を示す窒化アルミニウム薄膜であって、前記ルテニウムを主成分とする金属薄膜は、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０゜以下であり、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であることを特徴とする窒化アルミニウム薄膜。
- 前記半導体または絶縁体上に形成されたルテニウムを主成分とする層を含む金属薄膜の厚さが１５０ｎｍ〜４５０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム薄膜。
- 前記窒化アルミニウム薄膜の（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が０．８〜１．６゜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化アルミニウム薄膜。
- 振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、窒化アルミニウム薄膜および上部電極とを少なくとも有する圧電薄膜共振子において、前記窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜であり、前記下部電極および上部電極のうち少なくとも一方の電極は、ルテニウムを主成分とする層を含む厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であり、ルテニウムの（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が３．０゜以下であることを特徴とする圧電薄膜共振子。
- 前記下部電極がルテニウムを主成分とする厚さｄ２の金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする厚さｄ１の金属薄膜との積層体であり、ｄ２／ｄ１＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ１＋ｄ２）＜４５０ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の圧電薄膜共振子。
- 前記上部電極がルテニウムを主成分とする厚さｄ４の金属薄膜とモリブデンまたはタングステンを主成分とする厚さｄ３の金属薄膜との積層体であり、ｄ４／ｄ３＞１かつ１５０ｎｍ＜（ｄ３＋ｄ４）＜４５０ｎｍであることを特徴とする請求項４または請求項５記載の圧電薄膜共振子。
- ＲＭＳで表わされる前記下部電極上面の表面粗さをＲB［ｎｍ］と標記した場合に、前記下部電極端部における金属薄膜と前記窒化アルミニウム薄膜とが接する面の前記基板に対する傾斜角が５／ＲB°以上かつ３０／ＲB°以下であることを特徴とする請求項４ないし請求項６に記載の圧電薄膜共振子。
- 前記下部電極の厚さと前記上部電極の厚さとの比率（上部電極の厚さ）／（下部電極の厚さ）が、０．６より大きく１．５より小さいことを特徴とする請求項４ないし請求項７記載の圧電薄膜共振子。
- 圧電薄膜共振子の振動部位に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層を有することを特徴とする請求項４記載の圧電薄膜共振子。
- 前記絶縁体層が前記下部電極の下面に接して形成されていることを特徴とする請求項９記載の圧電薄膜共振子。
- 前記絶縁体層が前記上部電極の上面に接して形成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の圧電薄膜共振子。
- 前記下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５が２５〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１０記載の圧電薄膜共振子。
- 前記上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が４０〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１１記載の圧電薄膜共振子。
- 振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、該基板の該振動空間に面する位置に、順に配置された下部電極、第１の窒化アルミニウム薄膜、内部電極、第２の窒化アルミニウム薄膜、および上部電極とを有する積層型圧電薄膜共振子において、前記第１および第２の窒化アルミニウム薄膜は、（０００２）回折ピークのロッキング・カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が２．０゜以下であるｃ軸配向性結晶膜あり、下部電極、内部電極および上部電極のうち少なくとも一つの金属電極がルテニウムを主成分とする厚さ１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの金属薄膜であることを特徴とする積層型圧電薄膜共振子。
- 積層型圧電薄膜共振子の振動部位に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、ムライト、フォルステライト、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化二オブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくと一種の材料を主成分とする絶縁体層を有することを特徴とする請求項１４記載の積層型圧電薄膜共振子。
- 前記絶縁体層が前記下部電極の下面に接して形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の積層型圧電薄膜共振子。
- 前記絶縁体層が前記上部電極の上面に接して形成されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の積層型圧電薄膜共振子。
- 前記下部電極の下面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ５が２５〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１６記載の積層型圧電薄膜共振子。
- 前記上部電極の上面に接して形成される絶縁体層の厚さｄ６が４０〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１７記載の積層型圧電薄膜共振子。
- インピーダンス曲線における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が１０００以上であることを特徴とする請求項４記載の圧電薄膜共振子。
- インピーダンス曲線における反共振ピークの音響品質係数（Ｑ値）が１０００以上であることを特徴とする請求項１４記載の積層型圧電薄膜共振子。
- 請求項４または請求項１４記載の圧電薄膜共振子を有する圧電薄膜デバイス。
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