JP2008022305A

JP2008022305A - Thin-film piezoelectric resonator and its manufacturing method

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Publication number: JP2008022305A
Application number: JP2006192469A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Iwashita; 和樹岩下; Takuya Maruyama; 卓也丸山; Hiroshi Tsuchiya; 博史土屋
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-13
Also published as: JP4802900B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film piezoelectric resonator that has a larger electromechanical coupling coefficient (kt<SP>2</SP>) while suppressing noise near a resonance frequency. <P>SOLUTION: The thin-film piezoelectric resonator is composed of a piezoelectric resonator stack which has a piezoelectric layer and upper/lower electrodes formed so as to be opposite to each other across the piezoelectric layer, an air gap formed under the piezoelectric resonator stack, and a substrate that supports the piezoelectric resonator stack so as to form the air gap. A vibrator with the upper/lower electrodes overlapped with each other in a thickness direction has a through-hole reaching the air gap from the upper face of the piezoelectric resonator stack, and a diameter reduced on the side of the air gap. The inner wall of each through-hole has an angle of ≥20° and ≤70° with respect to the substrate face. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、通信部品の技術分野に属するものであり、薄膜圧電共振器に関するものである。 The present invention belongs to the technical field of communication components, and relates to a thin film piezoelectric resonator.

セルラ電話機のＲＦ回路部には常に小型化が求められる。最近では、セルラ電話機に多様な機能を付与することが要望されており、その実現のためにはできるだけ多くのコンポーネントを組み込むことが好ましく、一方でセルラ電話機の大きさには制約があるので、結局、機器における専有面積（実装面積）及び高さの低減の要求が厳しく、従ってＲＦ回路部を構成するコンポーネントについても専有面積が小さく、高さの低いものが求められている。 The RF circuit part of a cellular telephone is always required to be downsized. Recently, it has been demanded to add various functions to cellular phones, and it is preferable to incorporate as many components as possible in order to realize them, while the size of cellular phones is limited. Therefore, there is a strict demand for reduction of the exclusive area (mounting area) and height in the equipment, and therefore, components constituting the RF circuit portion are required to have a small exclusive area and a low height.

このような事情から、ＲＦ回路に使用される帯域通過フィルタとして、小型でかつ軽量化が可能である薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタが利用されるようになっている。前記のような薄膜圧電フィルタは、半導体基板上に上下の電極で挟まれるように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の圧電層を形成し、且つ弾性波エネルギーが半導体基板中に漏洩しないように、その直下に空洞を設けた薄膜圧電共振器（Thin Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）からなるＲＦフィルタである。 Under such circumstances, a thin film piezoelectric filter using a thin film piezoelectric resonator that is small and can be reduced in weight is used as a band pass filter used in an RF circuit. The thin film piezoelectric filter as described above forms a piezoelectric layer such as aluminum nitride (AlN) or zinc oxide (ZnO) so as to be sandwiched between upper and lower electrodes on a semiconductor substrate, and elastic wave energy leaks into the semiconductor substrate. In order to avoid this, an RF filter is formed of a thin film bulk acoustic resonator (FBAR) having a cavity directly below it.

図９は、従来の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図９（ａ）は、その模式的平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図９の薄膜圧電共振器は、圧電層と、該圧電層を挟むように形成された下部電極８および上部電極１０とを有する。薄膜圧電共振器は、空隙部４を有する基板６と、該基板６の上面上の端縁に周縁部が支持されて吊られた形態の圧電スタック１２とを有する。該圧電共振器スタック１２は、圧電層２と該圧電層を挟むように形成された下部電極（下部電極層）８および上部電極（上部電極層）１０とからなり、空隙部４を形成するために圧電共振器スタック上面から、空隙部に達する貫通孔２２が形成されている。 FIG. 9 shows an embodiment of a conventional thin film piezoelectric resonator, FIG. 9 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 9 (b) is an XX sectional view of FIG. 9 (a). is there. The thin film piezoelectric resonator of FIG. 9 includes a piezoelectric layer, and a lower electrode 8 and an upper electrode 10 that are formed so as to sandwich the piezoelectric layer. The thin film piezoelectric resonator includes a substrate 6 having a gap portion 4 and a piezoelectric stack 12 in a form in which a peripheral portion is supported by an edge on the upper surface of the substrate 6 and suspended. The piezoelectric resonator stack 12 includes a piezoelectric layer 2, a lower electrode (lower electrode layer) 8 and an upper electrode (upper electrode layer) 10 formed so as to sandwich the piezoelectric layer, and forms a gap 4. In addition, a through hole 22 reaching the gap is formed from the upper surface of the piezoelectric resonator stack.

圧電層２と電極層８、１０との積層体から構成される圧電共振器スタック１２は、その周縁部で吊られており、その主表面が両方とも空気その他の周囲ガス叉は真空と接している。この場合、圧電共振器スタック１２はＱの高い音波共振器を形成する。電極層８，１０に加えられる交流信号は、圧電共振器スタック１２における音速を該スタック１２の重み付き厚さの２倍で割った値に等しい周波数を持つものである。即ち、ｆｒ＝ｖ／２ｔ₀（ここで、ｆｒは共振周波数であり、ｖはスタック１２内の音速であり、ｔ₀はスタック１２の重み付き厚さである）の場合、その交流信号によって、圧電共振器スタック１２が共振する。スタック１２を構成する層内における音速が各層を構成する材料ごとに異なるため、圧電共振器スタック１２の共振周波数は、物理的厚さではなく、圧電層２や電極層８，１０内の音速とそれらの物理的厚みを考慮した重み付き厚さにより決まる。 A piezoelectric resonator stack 12 composed of a laminate of the piezoelectric layer 2 and the electrode layers 8 and 10 is suspended at the peripheral edge thereof, and both main surfaces thereof are in contact with air or other surrounding gas or vacuum. Yes. In this case, the piezoelectric resonator stack 12 forms an acoustic resonator having a high Q. The AC signal applied to the electrode layers 8 and 10 has a frequency equal to a value obtained by dividing the speed of sound in the piezoelectric resonator stack 12 by twice the weighted thickness of the stack 12. That is, in the case of fr = v / 2t ₀ (where fr is the resonance frequency, v is the speed of sound in the stack 12, and t ₀ is the weighted thickness of the stack 12), The piezoelectric resonator stack 12 resonates. Since the sound velocity in the layers constituting the stack 12 differs depending on the material constituting each layer, the resonance frequency of the piezoelectric resonator stack 12 is not the physical thickness but the sound velocity in the piezoelectric layer 2 and the electrode layers 8 and 10. It is determined by the weighted thickness considering their physical thickness.

前記の薄膜圧電共振器は、厚み方向に伝搬する弾性波（縦音響モード）を用いた共振器であり、圧電共振器スタックの厚み分布が存在すると、共振周波数近傍にノイズが発生し、フィルタの通過帯域内のリップルの発生、位相特性の劣化に繋がる。従って、圧電共振器スタック内の厚みの均一性が非常に重要であり、圧電共振器スタックを構成する圧電層、上部および下部電極の圧電共振器スタック内での不均一部が発生しないように構造および製造方法を決定する必要がある。また、薄膜で構成される共振器スタックはその機械的強度を保持するためには、圧電共振器スタックと支持基板との密着性、圧電共振器スタックを構成する圧電層と下部電極または上部電極との密着性が重要であり、これらの界面の密着性を劣化させる構造および製造方法は避けなければならない。 The thin film piezoelectric resonator is a resonator using an elastic wave (longitudinal acoustic mode) propagating in the thickness direction. When the thickness distribution of the piezoelectric resonator stack exists, noise is generated near the resonance frequency, and the filter Ripple is generated in the passband and phase characteristics are deteriorated. Therefore, the uniformity of the thickness in the piezoelectric resonator stack is very important, and the piezoelectric layer and the upper and lower electrodes constituting the piezoelectric resonator stack are structured so as not to generate uneven portions in the piezoelectric resonator stack. It is necessary to determine the manufacturing method. In addition, in order to maintain the mechanical strength of the resonator stack composed of a thin film, the adhesion between the piezoelectric resonator stack and the support substrate, the piezoelectric layer and the lower electrode or the upper electrode constituting the piezoelectric resonator stack, The structure and the manufacturing method that deteriorate the adhesion at these interfaces must be avoided.

図９に示した、共振器スタック上面から共振器スタック下面に達する貫通孔を有する薄膜圧電共振器は、特許文献１ないし特許文献３に開示されている。特許文献１および特許文献２には、空隙部の形成方法として、ウェットエッチング法により貫通孔を通して空隙部４となる部分に充填された材料を選択的に除去する方法が記載されている。しかし、ウェットエッチング法で行う場合には、エッチング液による圧電共振器スタックを構成する圧電層、上部電極および下部電極材料の侵食、さらに、界面へのエッチング液の侵入が問題となり、共振器スタックを構成する材料およびエッチング液の選択が制限されるという問題があった。 A thin film piezoelectric resonator having a through-hole reaching from the top surface of the resonator stack to the bottom surface of the resonator stack shown in FIG. 9 is disclosed in Patent Documents 1 to 3. Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method of selectively removing a material filled in a portion that becomes the void portion 4 through a through hole by a wet etching method as a method of forming the void portion. However, when the wet etching method is used, the piezoelectric layer, the upper electrode, and the lower electrode material constituting the piezoelectric resonator stack by the etching solution erode, and the etching solution enters the interface. There has been a problem that selection of constituent materials and etching liquid is limited.

特許文献３には、空隙部の形成方法としてドライエッチングを用いる方法が示されている。空隙部に充填された材料のエッチング速度が速く、レジスト等へのエッチングが非常に少ない侵食性ガスを用いることにより、ウェットエッチング法で発生する共振器スタックを構成する材料への侵食を低減できることが述べられている。しかし、侵食性ガスの共振器スタックを構成する材料への侵食については十分に検討されておらず、共振器スタックを構成する材料、および界面への影響を抑えるには十分ではない。従って、共振器スタックを構成する材料および侵食性ガスの選択が制限されることになる。 Patent Document 3 discloses a method of using dry etching as a method for forming a gap. By using an erodible gas that has a high etching rate for the material filled in the gap and very little etching to the resist, it is possible to reduce the erosion to the material constituting the resonator stack generated by the wet etching method. It is stated. However, the erosion of the erosive gas to the material constituting the resonator stack has not been sufficiently studied, and is not sufficient to suppress the influence on the material constituting the resonator stack and the interface. This limits the choice of materials and erosive gases that make up the resonator stack.

ＷＯ２００５／０６００９１号公報WO2005 / 060091 Publication 特開２００２−３１４３６８号公報JP 2002-314368 A 特開２００３−３１８６９６号公報JP 2003-318696 A

薄膜圧電フィルタには、通過帯域に出現するスプリアス特性を抑制し、且つ、低挿入損失を実現することが求められている。そのために薄膜圧電共振器としては、共振周波数近傍でのノイズ発生を抑制する必要がある。さらには、薄膜圧電フィルタの通過帯域の帯域幅は、薄膜圧電共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２により決定されるため、ｋｔ^２の低下は通過帯域幅を減少させることになる。 Thin film piezoelectric filters are required to suppress spurious characteristics appearing in the passband and realize low insertion loss. Therefore, it is necessary for the thin film piezoelectric resonator to suppress the generation of noise near the resonance frequency. Furthermore, since the bandwidth of the pass band of the thin film piezoelectric filter is determined by the electromechanical coupling coefficient kt ² of the thin film piezoelectric resonator, a decrease in kt ² decreases the pass band width.

貫通孔を通してエッチングすることにより空隙部を形成する方法は、従来技術によるウェットエッチング法およびドライエッチング法の何れにおいても圧電共振器スタックへの影響を皆無にすることは困難である。圧電共振器スタックへの影響を抑制する方法として、圧電共振器スタックの上面をフォトレジスト等でカバーし、エッチングを行うことも考えられる。しかし、その場合においても貫通孔側面からのエッチング液の影響を抑えることができず、共振周波数近傍でのノイズの発生を抑制し、且つ振動部の機械的強度を保持した薄膜圧電共振器を安定して製造することは困難であった。 In the method of forming a void by etching through a through hole, it is difficult to completely eliminate the influence on the piezoelectric resonator stack in both the wet etching method and the dry etching method according to the prior art. As a method for suppressing the influence on the piezoelectric resonator stack, it is conceivable to cover the upper surface of the piezoelectric resonator stack with a photoresist or the like and perform etching. However, even in this case, the influence of the etching solution from the side surface of the through hole cannot be suppressed, the generation of noise near the resonance frequency is suppressed, and the thin film piezoelectric resonator that maintains the mechanical strength of the vibration part is stabilized. It was difficult to manufacture.

このため、図９に示した、共振器スタック上面から共振器スタック下面に達する貫通孔を有する薄膜圧電共振器においては、通過帯域に出現するスプリアス特性を抑制し、且つ、電気機械結合係数ｋｔ^２を改善することが求められている。 Therefore, as shown in FIG. 9, in the thin film piezoelectric resonator having a through hole from the resonator stack top reaches resonator stack underside, to suppress spurious characteristic that appears in the passband, and the electromechanical coupling coefficient kt ² There is a need to improve.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、共振周波数近傍のノイズを抑制するとともに、電気機械結合係数ｋｔ^２の大きな薄膜圧電共振器を提供することを目的としたものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient kt ² while suppressing noise near the resonance frequency.

本発明は、圧電層と該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する圧電共振器スタックと、該圧電共振器スタックの下に形成された空隙部と、該空隙部を形成するように圧電共振器スタックを支持する基板とからなる薄膜圧電共振器であり、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動部に、圧電共振器スタック上面から前記空隙部に達するとともに、その径が前記空隙部側で小さくなっている貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁が基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有していることを特徴とする薄膜圧電共振器に関する。 The present invention includes a piezoelectric resonator stack having a piezoelectric layer and an upper electrode and a lower electrode formed so as to face each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, a gap formed under the piezoelectric resonator stack, A thin film piezoelectric resonator comprising a substrate supporting the piezoelectric resonator stack so as to form a void portion, wherein the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction, and the void from the upper surface of the piezoelectric resonator stack And has a through hole whose diameter is smaller on the gap portion side, and the inner wall of the through hole has an angle of 20 ° to 70 ° with respect to the substrate surface. The present invention relates to a thin film piezoelectric resonator.

また、本発明は、前記振動部の基板面に平行な方向の面積をａ、前記貫通孔の圧電共振器スタック上面での開口部の面積の総和をｂ、前記貫通孔の圧電共振器下面での開口部の面積の総和をｃとしたとき、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４０であることを特徴とする請求項１記載の薄膜圧電共振器に関する。 Further, according to the present invention, the area of the vibrating part in a direction parallel to the substrate surface is a, the total area of the openings on the upper surface of the piezoelectric resonator stack of the through hole is b, and the lower surface of the piezoelectric resonator of the through hole is 2. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein (b−c) /a≦0.040, where c is the total area of the openings.

また、本発明は、前記上部電極が前記圧電共振器スタック上面側で面積が小さくなっており、上部電極の外周側面が、前記基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電共振器に関する。 In the present invention, the upper electrode has a smaller area on the upper surface side of the piezoelectric resonator stack, and an outer peripheral side surface of the upper electrode has an angle of 20 ° to 70 ° with respect to the substrate surface. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1.

また、本発明は、前記振動部の基板面に平行な方向の外形形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１記載の薄膜圧電共振器に関する。 The present invention also relates to the thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein an outer shape of the vibrating portion in a direction parallel to the substrate surface is a circle or an ellipse.

また、本発明は、前記圧電共振器スタックは、前記上部電極の上、および／又は前記下部電極の下に、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、およびＳｉＡｌＯＮからなる群より選択される少なくとも１つの誘電体層を有することを特徴とする前記薄膜圧電共振器に関する。 According to the present invention, the piezoelectric resonator stack is at least one selected from the group consisting of AlN, AlON, Si ₃ N ₄ , and SiAlON on the upper electrode and / or below the lower electrode. The present invention relates to the thin-film piezoelectric resonator having a dielectric layer.

また、本発明は圧電層と該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する圧電共振器スタックと、該圧電共振器スタックの下に形成された空隙部と、該空隙部を形成するように圧電共振器スタックを支持する基板とからなる薄膜圧電共振器であり、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動部に、圧電共振器スタック上面から前記空隙部に達するとともに、その径が前記空隙部側で小さくなっている貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁が基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有していることを特徴とする薄膜圧電共振器の作製方法であり、圧電共振器スタック上部、前記貫通孔の側面及び前記上部電極の外周側面を覆うようにマスキングを行い、前記空隙部をウェットエッチング法またはドライエッチング法により形成する薄膜圧電共振器の作製方法に関する。 Further, the present invention provides a piezoelectric resonator stack having a piezoelectric layer and an upper electrode and a lower electrode formed to face each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, a gap formed under the piezoelectric resonator stack, A thin film piezoelectric resonator comprising a substrate that supports the piezoelectric resonator stack so as to form the gap, and the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction from the upper surface of the piezoelectric resonator stack to the vibrating portion. The through hole has a through hole that reaches the gap and has a smaller diameter on the gap side, and the inner wall of the through hole has an angle of 20 ° to 70 ° with respect to the substrate surface. The thin film piezoelectric resonator manufacturing method is characterized in that masking is performed so as to cover an upper portion of the piezoelectric resonator stack, a side surface of the through-hole, and an outer peripheral side surface of the upper electrode, and the gap is etched by a wet etching method or A method for manufacturing a thin film piezoelectric resonator formed by a dry etching method.

本発明の薄膜圧電共振器によれば、圧電層と該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する圧電共振器スタックと、該圧電共振器スタックの下に形成された空隙部と、該空隙部を形成するように圧電共振器スタックを支持する基板とからなる薄膜圧電共振器であり、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動部に、圧電共振器スタック上面から前記空隙部に達するとともに、その径が前記空隙部側で小さくなっている貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁が基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有していることで、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 According to the thin film piezoelectric resonator of the present invention, a piezoelectric resonator stack having a piezoelectric layer and an upper electrode and a lower electrode formed so as to face each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, and formed below the piezoelectric resonator stack A thin-film piezoelectric resonator comprising a substrate that supports a piezoelectric resonator stack so as to form the void, and the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction with a piezoelectric portion. It has a through hole that reaches the gap from the top surface of the resonator stack and has a diameter that is smaller on the gap side, and the inner wall of the through hole is 20 ° or more and 70 ° or less with respect to the substrate surface. By having the angle, it is possible to suppress the generation of noise near the resonance frequency and realize a thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ).

また、本発明の薄膜圧電共振器によれば、前記振動部の基板面に平行な方向の面積をａ、前記貫通孔の圧電共振器スタック上面での開口部の面積の総和をｂ、前記貫通孔の圧電共振器下面での開口部の面積の総和をｃとしたとき、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４０とすることで、さらに、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 According to the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the area of the vibrating portion in the direction parallel to the substrate surface is a, the total area of the openings on the top surface of the piezoelectric resonator stack is b, When the sum of the areas of the openings on the bottom surface of the piezoelectric resonator is c, (bc) /a≦0.040 is set to further suppress noise generation near the resonance frequency and A thin film piezoelectric resonator having a large mechanical coupling coefficient (kt ² ) can be realized.

また、本発明の薄膜圧電共振器によれば、前記上部電極が前記圧電共振器スタック上面側で面積が小さくなっており、上部電極の外周側面が、前記基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有することで、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 According to the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the area of the upper electrode is small on the upper surface side of the piezoelectric resonator stack, and the outer peripheral side surface of the upper electrode is 20 ° or more and 70 ° with respect to the substrate surface. By having the following angles, it is possible to realize a thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ) while suppressing generation of noise near the resonance frequency.

また、本発明の薄膜圧電共振器によれば、前記振動部に形成される前記貫通孔の内壁が基板面に対して２０°以上７０°以下の角度を有しているとともに、前記振動部の基板面に平行な方向の外形形状を円形または楕円形とすることにより、さらに、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制し、電気機械結合係数（ｋｔ^２）が大きく、また反共振周波数における品質係数（Ｑ値）が大きな薄膜圧電共振器を得ることができる。 According to the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the inner wall of the through hole formed in the vibrating part has an angle of 20 ° or more and 70 ° or less with respect to the substrate surface, By making the outer shape in the direction parallel to the substrate surface circular or elliptical, noise generation near the resonance frequency is further suppressed, the electromechanical coupling coefficient (kt ² ) is large, and the quality factor at the anti-resonance frequency ( A thin film piezoelectric resonator having a large (Q value) can be obtained.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明は、共振周波数近傍のノイズを抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a thin film piezoelectric resonator that suppresses noise near the resonance frequency and has a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ).

図１は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図１（ａ）はその模式的平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本発明の薄膜圧電共振器は、圧電共振器スタック１２と、該圧電共振器スタックの下に形成された空隙部４と、該空隙部を形成するように圧電共振器スタックを支持する基板６と、前記圧電共振器スタック１２の上面から前記空隙部４まで達する貫通孔２２とからなる。貫通孔２２は、その径が前記圧電共振器スタック１２の上面より前記空隙部側で小さくなっている。図１（ａ）では、５個の貫通孔が図示されているが、本発明はこれに制限されるものではなく、貫通孔２２の個数は共振器面積などの条件から適宜決定されれば良い。 FIG. 1 shows an embodiment of the thin film piezoelectric resonator of the present invention, FIG. 1 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 1 (b) is an XX cross-sectional view of FIG. 1 (a). is there. The thin film piezoelectric resonator of the present invention includes a piezoelectric resonator stack 12, a gap portion 4 formed below the piezoelectric resonator stack, and a substrate 6 that supports the piezoelectric resonator stack so as to form the gap portion. And a through hole 22 extending from the upper surface of the piezoelectric resonator stack 12 to the gap 4. The diameter of the through hole 22 is smaller on the gap side than the upper surface of the piezoelectric resonator stack 12. In FIG. 1A, five through holes are illustrated, but the present invention is not limited to this, and the number of through holes 22 may be determined as appropriate based on conditions such as the resonator area. .

本発明の薄膜圧電共振器を構成する圧電共振器スタックは、圧電層２と、該圧電層を挟むように形成された下部電極８および上部電極１０とを含む積層体である。圧電共振器スタック１２は、前記基板面に並行な平面方向において、下部電極８と上部電極１０とが厚み方向で重なる振動領域１６と、振動領域１６の下に空隙部４が形成されている。本発明の薄膜圧電共振器は、貫通孔２２の径が前記空隙部側で小さくなっており、前記貫通孔２２の側面と前記基板面とのなす角度（θ_１）が２０°以上７０°以下であることを特徴とする。 The piezoelectric resonator stack constituting the thin film piezoelectric resonator of the present invention is a laminate including the piezoelectric layer 2 and the lower electrode 8 and the upper electrode 10 formed so as to sandwich the piezoelectric layer. In the piezoelectric resonator stack 12, a vibration region 16 in which the lower electrode 8 and the upper electrode 10 overlap in the thickness direction and a void portion 4 are formed under the vibration region 16 in a planar direction parallel to the substrate surface. In the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the diameter of the through hole 22 is small on the gap portion side, and an angle (θ ₁ ) between the side surface of the through hole 22 and the substrate surface is 20 ° or more and 70 ° or less. It is characterized by being.

本発明の薄膜圧電共振器では、前記貫通孔の側面と前記基板面とのなす角度（θ_１）が２０°以上７０°以下とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 In the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the angle (θ ₁ ) formed between the side surface of the through hole and the substrate surface is set to 20 ° or more and 70 ° or less, thereby suppressing generation of noise near the resonance frequency and A thin film piezoelectric resonator having a large mechanical coupling coefficient (kt ² ) can be realized.

また、本発明の薄膜圧電共振器を構成する圧電共振器スタックは、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動領域の面積をａ、前記貫通孔の圧電共振器スタック上面での開口部の面積をｂ、前記貫通孔の圧電共振器下面での開口部の面積をｃとしたとき、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４であることが好ましい。 In the piezoelectric resonator stack constituting the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the area of the vibration region where the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction is a, and the opening of the through hole on the upper surface of the piezoelectric resonator stack is formed. It is preferable that (b−c) /a≦0.04, where b is the area of the portion and c is the area of the opening of the through hole on the lower surface of the piezoelectric resonator.

本発明の薄膜圧電共振器では、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 In the thin film piezoelectric resonator of the present invention, by setting (b−c) /a≦0.04, the generation of noise near the resonance frequency is suppressed, and the thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ). Can be realized.

また、本発明の薄膜圧電共振器を構成する圧電共振器スタックは、前記上部電極が圧電層に接する側よりも前記圧電共振器スタック上面側で面積が小さくなっており、上部電極の外周側面が前記基板面に対して２０°以上７０°以下の角度であることが好ましい。 The piezoelectric resonator stack constituting the thin film piezoelectric resonator of the present invention has a smaller area on the upper surface side of the piezoelectric resonator stack than the side on which the upper electrode is in contact with the piezoelectric layer, and the outer peripheral side surface of the upper electrode is The angle is preferably 20 ° or more and 70 ° or less with respect to the substrate surface.

本発明の薄膜圧電共振器では、上部電極の外周側面が前記基板面に対して２０°以上７０°以下の角度とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 In the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the outer peripheral side surface of the upper electrode has an angle of 20 ° or more and 70 ° or less with respect to the substrate surface, thereby suppressing noise generation near the resonance frequency and electromechanical coupling coefficient ( A thin film piezoelectric resonator having a large kt ² ) can be realized.

図１の実施形態では、前記圧電層２が前記下部電極８と前記上部電極１０に挟まれた圧電共振器スタックの振動領域の形が円形である。ただし、上部電極および下部電極を外部回路に接続するために形成されている導電性の薄膜（接続導体という）１４は、上部電極または下部電極には含めないものとする。即ち、接続導体の形成されている領域は振動領域とは考えず、振動領域の形を考える場合には、接続導体と上部電極または下部電極との境界は、上部電極または下部電極の接続導体に接していない部分の外形の線を延長することにより求められる。また、振動領域の面積には、貫通孔の開口部の面積を含めるものとする。 In the embodiment of FIG. 1, the shape of the vibration region of the piezoelectric resonator stack in which the piezoelectric layer 2 is sandwiched between the lower electrode 8 and the upper electrode 10 is circular. However, a conductive thin film (referred to as a connection conductor) 14 formed to connect the upper electrode and the lower electrode to an external circuit is not included in the upper electrode or the lower electrode. That is, the region where the connection conductor is formed is not considered as a vibration region, and when considering the shape of the vibration region, the boundary between the connection conductor and the upper electrode or the lower electrode is connected to the connection conductor of the upper electrode or the lower electrode. It is obtained by extending the outline line of the part that is not in contact. Further, the area of the vibration region includes the area of the opening of the through hole.

本発明の薄膜圧電共振器の構成および材料は、従来の薄膜圧電共振器と同様な構成および材料を適用することができる。例えば、基板６はシリコン基板、ガリウム砒素基板、ガラス基板などからなるものでよく、空隙部４は異方性湿式エッチング、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）等を用いたドライエッチングなどの従来技術により形成することができる。圧電層２は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として製造できる圧電材料からなるものでよい。また、上部電極および下部電極は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）のような薄膜として製造でき、パターニングが可能な金属材料、または、それらの積層体からなるものでよい。 As the configuration and material of the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the same configuration and material as those of a conventional thin film piezoelectric resonator can be applied. For example, the substrate 6 may be made of a silicon substrate, a gallium arsenide substrate, a glass substrate, etc., and the gap 4 is formed by anisotropic wet etching, RIE (Reactive Ion Etching), ICP (Inductively Coupled Plasma), ECR (Electron Cyclotron Resonance). ) Etc. can be formed by a conventional technique such as dry etching. The piezoelectric layer 2 may be made of a piezoelectric material that can be manufactured as a thin film such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN). The upper and lower electrodes can be manufactured as thin films such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), and gold (Au). It may be made of a metal material that can be patterned, or a laminate thereof.

本発明の薄膜圧電共振器は次のようにして作製することができる。シリコンウェハなどの基板６上に湿式エッチング等の技術によりピット部を形成した後、ＣＶＤ法等の成膜技術により犠牲層を形成する。その後、ＣＭＰ法などの平坦化技術により基板表面を平坦化し、ピット内部にのみ犠牲層が堆積された基板とする。犠牲層としては、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）のように、容易にエッチングされる材料が適当である。スパッタリング法、蒸着法などの成膜方法で下部電極８、圧電層２、上部電極１０を成膜するとともに、湿式エッチング法、ドライエッチング法、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて各層をパターニングする。図５に貫通孔２２と空隙部４を形成する工程での貫通孔２２および上部電極の外周部の拡大図を示す。図５（ａ）は貫通孔形成用レジストパターン形成後の断面図、図５（ｂ）は貫通孔形成後の断面図、図５（ｃ）はマスキングパターン形成後の断面図、図５（ｄ）は犠牲層エッチング後の断面図である。 The thin film piezoelectric resonator of the present invention can be manufactured as follows. After a pit portion is formed on a substrate 6 such as a silicon wafer by a technique such as wet etching, a sacrificial layer is formed by a film forming technique such as a CVD method. Thereafter, the surface of the substrate is planarized by a planarization technique such as a CMP method to obtain a substrate on which a sacrificial layer is deposited only inside the pits. As the sacrificial layer, a material that is easily etched, such as PSG (phospho-silicate glass), is suitable. The lower electrode 8, the piezoelectric layer 2, and the upper electrode 10 are formed by a film formation method such as sputtering or vapor deposition, and each layer is patterned using a patterning technique such as a wet etching method, a dry etching method, or a lift-off method. FIG. 5 shows an enlarged view of the through hole 22 and the outer periphery of the upper electrode in the step of forming the through hole 22 and the gap 4. 5A is a cross-sectional view after forming the through hole forming resist pattern, FIG. 5B is a cross sectional view after forming the through hole, FIG. 5C is a cross sectional view after forming the masking pattern, and FIG. ) Is a cross-sectional view after sacrificial layer etching.

図５（ａ）に示すようにレジストパターンの端面に傾斜を持たせるように露光、現像処理を行う。その後、図５（ｂ）に示すようにドライエッチング法により貫通孔２２を形成する。レジストパターンの傾斜部が侵食性ガスにより後退していく。侵食性ガスとしてはＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＸｅＦ_２、Ｈ_２、Ｏ_２およびそれらの混合ガスを用いることができる。レジストパターンの傾斜部が後退していくことにより、貫通孔２２の端面部も傾斜を持って加工されていく。この際、前記基板面に対して前記貫通孔２２の側面がなす角度（θ_１）が２０°以上７０°以下となるように貫通孔２２を形成する。また、前記振動領域の面積をａ、貫通孔２２の圧電共振器スタック上面での開口部の面積をｂ、圧電共振器スタック下面での開口部の面積をｃとしたとき、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４０となるように、貫通孔２２の開口面積を設定する。上部電極１０のパターニングも、前述したようにレジストパターンの端面部をスロープ状とし、ドライエッチングによりパターニングを行うことにより、上部電極の外周側面が基板面となす角度（θ_２）を２０°以上７０°以下とすることができる。 As shown in FIG. 5A, exposure and development processing are performed so that the end face of the resist pattern is inclined. Thereafter, as shown in FIG. 5B, through holes 22 are formed by dry etching. The inclined portion of the resist pattern is retreated by the erodible gas. As the erodible gas, CF ₄ , SF ₆ , Cl ₂ , CCl ₂ F ₂ , XeF ₂ , H ₂ , O ₂ and a mixed gas thereof can be used. As the inclined portion of the resist pattern moves backward, the end surface portion of the through hole 22 is also processed with an inclination. At this time, the through hole 22 is formed such that an angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole 22 with respect to the substrate surface is 20 ° or more and 70 ° or less. When the area of the vibration region is a, the area of the opening of the through hole 22 on the upper surface of the piezoelectric resonator stack is b, and the area of the opening on the lower surface of the piezoelectric resonator stack is c, (bc) The opening area of the through hole 22 is set so that /a≦0.040. As for the patterning of the upper electrode 10, as described above, the end surface of the resist pattern is sloped and patterned by dry etching, so that the angle (θ ₂ ) between the outer peripheral side surface of the upper electrode and the substrate surface is 20 ° or more and 70 It can be below.

図５（ｃ）に示すように貫通孔２２を形成した後、前記貫通孔の側面、前記上部電極の外周側面、および貫通孔以外の部分をマスキングする。マスキングの方法としては、一般的に行われるフォトレジストを用いたマスキング方法や、金属、金属酸化物、金属窒化物等の薄膜をパターニングしてマスキング材として用いる方法を用いることができる。マスキングは、前記貫通孔の側面、前記上部電極の外周側面を完全に覆うようにする。その後、犠牲層２４を選択的にエッチングするエッチング液にて犠牲層２４を除去するウェットエッチングを行うことにより、ピット部は空隙部４となる。また、犠牲層２４を選択的にエッチングする侵食性ガスを用いてドライエッチング法により空隙部４を形成することもできる。貫通孔２２および上部電極の外周側面をマスキングしておくことにより、エッチャントによる貫通孔側壁部および上部電極の外周側面部へのダメージを抑えることが可能となる。貫通孔側面および上部電極の外周側面を一般的に行われているマスキング方法で完全に覆うためには、基板面に対して貫通孔の側面がなす角度（θ_１）と上部電極の外周側面が基板面となす角度（θ_２）を７０°以下とする必要がある。図１０（ａ）に、従来の薄膜圧電共振器の貫通孔形成、マスキングパターン形成後の模式的断面図と、図１０（ｂ）に犠牲層をエッチングした後の模式的断面図を示す。図１０に示すように、貫通孔２２側面および上部電極の外周部端面が基板に対してほぼ垂直に形成されている場合、貫通孔側面および上部電極の外周部端面へのマスキングが不十分となり、エッチャントによる共振器構成材料へのダメージが起こり、良好な薄膜圧電共振器を得ることが困難となる。一方で、前述したように貫通孔側面と基板面のなす角度（θ_１）と上部電極の外周側面が基板面となす角度（θ_２）の角度が小さすぎると、共振周波数近傍でノイズが発生するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の低下が起こり好ましくない。 After the through hole 22 is formed as shown in FIG. 5C, the side surface of the through hole, the outer peripheral side surface of the upper electrode, and portions other than the through hole are masked. As a masking method, a commonly used masking method using a photoresist or a method of patterning a thin film of metal, metal oxide, metal nitride or the like and using it as a masking material can be used. The masking completely covers the side surface of the through hole and the outer peripheral side surface of the upper electrode. Thereafter, wet etching is performed to remove the sacrificial layer 24 with an etchant that selectively etches the sacrificial layer 24, so that the pit portion becomes the void portion 4. Alternatively, the void 4 can be formed by dry etching using an erosive gas that selectively etches the sacrificial layer 24. By masking the outer peripheral side surfaces of the through hole 22 and the upper electrode, it is possible to suppress damage to the side wall portion of the through hole and the outer peripheral side portion of the upper electrode due to the etchant. In order to completely cover the side surface of the through hole and the outer peripheral side surface of the upper electrode by a commonly performed masking method, the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface and the outer peripheral side surface of the upper electrode are The angle (θ ₂ ) formed with the substrate surface must be 70 ° or less. FIG. 10A shows a schematic cross-sectional view after forming a through-hole and a masking pattern of a conventional thin film piezoelectric resonator, and FIG. 10B shows a schematic cross-sectional view after etching the sacrificial layer. As shown in FIG. 10, when the side surface of the through hole 22 and the outer peripheral end surface of the upper electrode are formed substantially perpendicular to the substrate, masking to the side surface of the through hole and the outer peripheral end surface of the upper electrode becomes insufficient. Damage to the resonator constituent material due to the etchant occurs, making it difficult to obtain a good thin film piezoelectric resonator. On the other hand, if the angle between the side surface of the through hole and the substrate surface (θ ₁ ) and the angle between the outer peripheral side surface of the upper electrode and the substrate surface (θ ₂ ) are too small as described above, noise is generated near the resonance frequency. In addition, the electromechanical coupling coefficient (kt ² ) is lowered, which is not preferable.

また、本発明の別の実施形態として、図１（ｂ）に示した実施形態以外に、図２に示すような実施形態もある。図２は、本発明の他の実施形態を示す薄膜圧電共振器の断面図である。図１（ｂ）の実施形態では、基板６に空隙部４を形成していた。図２の実施形態では、基板６の上部に、空隙部４を形成している。 As another embodiment of the present invention, there is an embodiment as shown in FIG. 2 in addition to the embodiment shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 1B, the gap 4 is formed in the substrate 6. In the embodiment of FIG. 2, the gap 4 is formed in the upper part of the substrate 6.

図２に示した薄膜圧電共振器は、例えば次のようにして作製することができる。シリコンウェハなどの基板６上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の成膜技術、または熱酸化により酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を形成する。その後、スパッタリング法、蒸着法などの成膜法により、エッチング液にて容易に溶解する犠牲層２４を形成し、湿式エッチング、ＲＩＥ、リフトオフ法などのパターニング技術用いてパターニングする。犠牲層２４としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの金属またはそれらの金属酸化物が適当である。その後、図１に示した薄膜圧電共振器の作製方法と同様に、下部電極８、圧電層２、上部電極１０、および貫通孔２２を形成する。 The thin film piezoelectric resonator shown in FIG. 2 can be manufactured, for example, as follows. A silicon oxide (SiO ₂ ) layer is formed on a substrate 6 such as a silicon wafer by a film formation technique such as sputtering or CVD, or thermal oxidation. Thereafter, a sacrificial layer 24 that is easily dissolved in an etching solution is formed by a film forming method such as sputtering or vapor deposition, and is patterned using a patterning technique such as wet etching, RIE, or lift-off. As the sacrificial layer 24, a metal such as germanium (Ge), aluminum (Al), titanium (Ti), magnesium (Mg), or a metal oxide thereof is suitable. Then, the lower electrode 8, the piezoelectric layer 2, the upper electrode 10, and the through-hole 22 are formed similarly to the manufacturing method of the thin film piezoelectric resonator shown in FIG.

貫通孔２２を形成した後、前記貫通孔の側面、前記上部電極の外周側面、および貫通孔以外の部分を覆うようにマスキングする。マスキング方法は前述したように一般的に行われる方法で行うことができる。その後、犠牲層２４を選択的にエッチングするエッチング液を用いたウェットエッチング法、または犠牲層２４を選択的にエッチングする侵食性ガスを用いたドライエッチング法にて犠牲層を除去する。さらに、ＳｉＯ₂層のエッチングが可能なエッチング液を用いたウェットエッチング法、または侵食性ガスを用いたドライエッチング法により、ＳｉＯ₂層をエッチングする。これにより、犠牲層と同一パターンでＳｉＯ₂層をエッチングすることができ、犠牲層とＳｉＯ₂層に空隙部４を形成することができる。貫通孔の側面および上部電極の外周側面をマスキングしておくことにより、エッチャントによる貫通孔側壁部および上部電極の外周側面部へのダメージを抑えることが可能となる。前述したように基板面に対して貫通孔の側面がなす角度（θ_１）と上部電極の外周側面が基板面となす角度（θ_２）を２０°以上７０°以下とすることにより、貫通孔側壁部および上部電極外周部へのダメージを抑え、良好な共振器特性を示す薄膜圧電共振器を得ることができる。 After the through hole 22 is formed, masking is performed so as to cover the side surface of the through hole, the outer peripheral side surface of the upper electrode, and a portion other than the through hole. The masking method can be performed by a generally performed method as described above. Thereafter, the sacrificial layer is removed by a wet etching method using an etchant that selectively etches the sacrificial layer 24 or a dry etching method using an erosive gas that selectively etches the sacrificial layer 24. Further, wet etching etching of the SiO ₂ layer was used an etching solution which can be, or by a dry etching method using a erodible gas to etch the SiO ₂ layer. Thereby, the SiO ₂ layer can be etched in the same pattern as the sacrificial layer, and the gap 4 can be formed in the sacrificial layer and the SiO ₂ layer. By masking the side surface of the through hole and the outer peripheral side surface of the upper electrode, damage to the side wall portion of the through hole and the outer peripheral side surface portion of the upper electrode due to the etchant can be suppressed. As described above, the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface and the angle (θ ₂ ) formed by the outer peripheral side surface of the upper electrode with the substrate surface are set to 20 ° or more and 70 ° or less. It is possible to obtain a thin film piezoelectric resonator exhibiting good resonator characteristics while suppressing damage to the side wall portion and the outer peripheral portion of the upper electrode.

本発明における薄膜圧電共振器は、図３に示すように、下部電極８の下側に誘電体層１８を、上部電極１０の上面に誘電体層２０を有した実施形態もある。誘電体層としては、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、およびＳｉＡｌＯＮなどの比較的弾性率の大きな材料が好ましい。図３に示す下部誘電体層１８、および／又は上部誘電体層２０を有した薄膜圧電共振器であっても、図１および図２に示した薄膜圧電共振器と同様に、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。下部誘電体層１８、および／又は上部誘電体層２０を設けることにより、下部電極８および／又は上部電極１０の酸化劣化を防止することが可能となる。 As shown in FIG. 3, the thin film piezoelectric resonator according to the present invention has an embodiment in which a dielectric layer 18 is provided below the lower electrode 8 and a dielectric layer 20 is provided on the upper surface of the upper electrode 10. As the dielectric layer, a material having a relatively large elastic modulus such as AlN, AlON, Si ₃ N ₄ , and SiAlON is preferable. Even in the thin film piezoelectric resonator having the lower dielectric layer 18 and / or the upper dielectric layer 20 shown in FIG. 3, similar to the thin film piezoelectric resonator shown in FIGS. A thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ) can be realized while suppressing noise generation. By providing the lower dielectric layer 18 and / or the upper dielectric layer 20, it is possible to prevent the lower electrode 8 and / or the upper electrode 10 from being oxidized and deteriorated.

また、本発明の他の薄膜圧電共振器は、図４に示すように前記振動領域の形が楕円形である実施形態もある。図４（ａ）はその模式的平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。薄膜圧電共振器は、圧電層２と、該圧電層を挟むように形成された下部電極８および上部電極１０とからなる。前記圧電層２の前記下部電極８と前記上部電極１０に挟まれた圧電共振器スタックの振動領域の形が楕円形である。ただし、上部電極および下部電極を外部回路に接続するために形成されている導電性の薄膜（接続導体という）１４は、上部電極または下部電極には含めないものとする。即ち、接続導体の形成されている領域は振動領域とは考えず、振動部の形状を考える場合には、また、接続導体と上部電極または下部電極との境界は、上部電極または下部電極の外形線を延長することで求められる。また、振動領域の面積には、貫通孔の開口部の面積を含めるものとする。 Further, another thin film piezoelectric resonator of the present invention has an embodiment in which the shape of the vibration region is an ellipse as shown in FIG. 4A is a schematic plan view thereof, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 4A. The thin film piezoelectric resonator includes a piezoelectric layer 2, and a lower electrode 8 and an upper electrode 10 formed so as to sandwich the piezoelectric layer. The shape of the vibration region of the piezoelectric resonator stack sandwiched between the lower electrode 8 and the upper electrode 10 of the piezoelectric layer 2 is an ellipse. However, a conductive thin film (referred to as a connection conductor) 14 formed to connect the upper electrode and the lower electrode to an external circuit is not included in the upper electrode or the lower electrode. That is, the region where the connection conductor is formed is not considered as a vibration region, but when considering the shape of the vibration part, the boundary between the connection conductor and the upper electrode or the lower electrode is the outer shape of the upper electrode or the lower electrode. Required by extending the line. Further, the area of the vibration region includes the area of the opening of the through hole.

圧電共振器スタック１２は、下部電極８と上部電極１０とが厚み方向で重なる振動領域１６と、振動領域１６の下に空隙部４が形成されている。本発明の薄膜圧電共振器は、前記貫通孔の側面と前記基板面とのなす角度（θ_１）が２０°以上７０°以下とすることにより、共周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 In the piezoelectric resonator stack 12, a vibration region 16 where the lower electrode 8 and the upper electrode 10 overlap in the thickness direction, and a gap 4 is formed under the vibration region 16. In the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the angle (θ ₁ ) formed between the side surface of the through hole and the substrate surface is set to 20 ° or more and 70 ° or less, thereby suppressing generation of noise near the co-frequency and electric A thin film piezoelectric resonator having a large mechanical coupling coefficient (kt ² ) can be realized.

また、圧電共振器スタックは、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動領域の面積をａ、前記貫通孔の圧電共振器スタック上面での開口部の面積をｂ、前記貫通孔の圧電共振器下面での開口部の面積をｃとしたとき、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４０であることが好ましく、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４０とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 In the piezoelectric resonator stack, the area of the vibration region where the upper electrode and the lower electrode overlap with each other in the thickness direction is a, the area of the opening of the through hole on the upper surface of the piezoelectric resonator stack is b, When the area of the opening on the lower surface of the piezoelectric resonator is c, it is preferable that (b−c) /a≦0.040, and (b−c) /a≦0.040 to resonate. A thin-film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ) can be realized while suppressing noise generation near the frequency.

さらに、圧電共振器スタックは、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動領域の外形形状を形成している前記上部電極の外周側面が前記基板面となす角度（θ_２）が２０°以上７０°以下であることを特徴とし、θ_２が２０°以上７０°以下とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 Further, in the piezoelectric resonator stack, the angle (θ ₂ ) between the outer peripheral side surface of the upper electrode and the substrate surface forming the outer shape of the vibration region where the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction is 20 It is characterized in that it is not less than 70 ° and not more than 70 °. When θ ₂ is not less than 20 ° and not more than 70 °, the generation of noise near the resonance frequency is suppressed and the thin film piezoelectric resonance having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ). Can be realized.

本発明の薄膜圧電共振器の構成および材料は、従来の薄膜圧電共振器と同様な構成および材料を適用することができる。例えば、基板６はシリコン基板、ガリウム砒素基板、ガラス基板などからなるものでよく、空隙部４は異方性湿式エッチング、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などの従来技術により形成することができる。圧電層２は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として製造できる圧電材料からなるものでよい。また、上部電極および下部電極は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）のような薄膜として製造でき、パターニングが可能な金属材料、または、それらの積層体からなるものでよい。 As the configuration and material of the thin film piezoelectric resonator of the present invention, the same configuration and material as those of a conventional thin film piezoelectric resonator can be applied. For example, the substrate 6 may be made of a silicon substrate, a gallium arsenide substrate, a glass substrate, or the like, and the gap 4 can be formed by a conventional technique such as anisotropic wet etching or RIE (Reactive Ion Etching). The piezoelectric layer 2 may be made of a piezoelectric material that can be manufactured as a thin film such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN). The upper and lower electrodes can be manufactured as thin films such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), and gold (Au). It may be made of a metal material that can be patterned, or a laminate thereof.

上記のような薄膜圧電共振器は図１に示した薄膜圧電共振器と同様の方法にて作製することができる。 The thin film piezoelectric resonator as described above can be manufactured by the same method as the thin film piezoelectric resonator shown in FIG.

また、本発明の薄膜圧電共振器において、上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる振動領域の形が楕円形の実施形態として、図４（ｂ）に示した実施形態以外に、図２と同様な断面図を有する実施形態もある。図２は、本発明の他の実施形態を示す薄膜圧電共振器の断面図でもある。図４（ｂ）の実施形態では、基板６に空隙部４を形成していたが、図２に示した断面図を有する本発明の実施形態では、基板６の上部に、空隙部４を形成している。さらに、図３のような断面図を有する実施形態もある。図３の断面図を有する実施形態では、基板６に空隙部４を形成している点は、図４（ｂ）と同様であるが、図３の実施形態では、下部電極下に下部誘電体層１８を、上部電極上に上部誘電体層２０を有している。図２および図３の断面図を有する実施形態においても、共振周波数近傍のノイズ発生を抑制するとともに、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の大きな薄膜圧電共振器を実現することができる。 Further, in the thin film piezoelectric resonator of the present invention, as an embodiment in which the shape of the vibration region in which the upper electrode and the lower electrode overlap with each other in the thickness direction is an ellipse, in addition to the embodiment shown in FIG. There is also an embodiment having the same cross-sectional view. FIG. 2 is also a cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4B, the gap 4 is formed in the substrate 6, but in the embodiment of the present invention having the cross-sectional view shown in FIG. 2, the gap 4 is formed in the upper part of the substrate 6. is doing. Further, there is an embodiment having a cross-sectional view as shown in FIG. In the embodiment having the sectional view of FIG. 3, the gap 4 is formed in the substrate 6 in the same manner as in FIG. 4B. However, in the embodiment of FIG. Layer 18 has an upper dielectric layer 20 on the upper electrode. Also in the embodiment having the cross-sectional views of FIGS. 2 and 3, it is possible to realize a thin film piezoelectric resonator having a large electromechanical coupling coefficient (kt ² ) while suppressing generation of noise near the resonance frequency.

（実施例１〜４）
上部電極の直径が１２０μｍ、圧電共振器スタック上面で一辺１０μｍの正方形の貫通孔５個を形成した図１の形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは次のように設定した。下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１７００ｎｍ、上部電極をＭｏで厚み２００ｎｍとした。即ち、振動領域の圧電共振器スタックの厚みｔを、２．２μｍとした。表１には、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）が２５°から６５°となるように作製した薄膜圧電共振器の共振器特性を示す。共振周波数近傍のノイズが抑制され、電気機械結合係数（ｋｔ^２）が６．０から６．２％と優れた共振器特性が得られている。図６には、貫通孔側面が基板面に対して３５°の角度をなすように作製した実施例２の薄膜圧電共振器の通過および反射特性を示す。共振周波数近傍のノイズは少なく、良好な共振特性を示している。 (Examples 1-4)
A thin film piezoelectric resonator of the form shown in FIG. 1 was produced, in which five square through holes each having a diameter of the upper electrode of 120 μm and a side of 10 μm on the upper surface of the piezoelectric resonator stack were formed. The thickness of each constituent layer in this example was set as follows. The lower electrode was made of Mo with a thickness of 300 nm, the piezoelectric layer was made of AlN with a thickness of 1700 nm, and the upper electrode was made of Mo with a thickness of 200 nm. That is, the thickness t of the piezoelectric resonator stack in the vibration region was set to 2.2 μm. Table 1 shows the resonator characteristics of the thin film piezoelectric resonator manufactured so that the angle (θ ₁ ) between the side surface of the through hole and the substrate surface is 25 ° to 65 °. Noise near the resonance frequency is suppressed, and excellent resonator characteristics with an electromechanical coupling coefficient (kt ² ) of 6.0 to 6.2% are obtained. FIG. 6 shows the passage and reflection characteristics of the thin film piezoelectric resonator of Example 2 manufactured so that the side surface of the through hole forms an angle of 35 ° with the substrate surface. There is little noise near the resonance frequency, and good resonance characteristics are shown.

（実施例５、６）
上部電極、即ち振動領域の直径を１５４μｍ（（ｂ−ｃ）／ａ＝０．０２６）と、１７７μｍ（（ｂ−ｃ）／ａ＝０．０２０）とした以外は、実施例１と同様な圧電薄膜共振器を作製した。表１には直径を１５４μｍおよび１７７μｍの薄膜圧電共振器の共振器特性を示す。表１からわかるように、共振周波数近傍のノイズが抑えられているとともに、ｋｔ^２が６．２％と６．４％と良好な共振特性が得られている。また、実施例１と比較してｋｔ^２が大きな値を示しており、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４の範囲内である場合には、共振器特性、特に、ｋｔ^２が改善する。図７に直径を１７７μｍとした場合の通過および反射特性を示す。共振周波数近傍のノイズは少なく、良好な共振特性を示している。 (Examples 5 and 6)
Except for the diameter of the upper electrode, that is, the vibration region, being 154 μm ((b−c) /a=0.026) and 177 μm ((b−c) /a=0.020), the same as in Example 1. A piezoelectric thin film resonator was fabricated. Table 1 shows the resonator characteristics of thin film piezoelectric resonators having diameters of 154 μm and 177 μm. As can be seen from Table 1, noise near the resonance frequency is suppressed, and good resonance characteristics are obtained with kt ² of 6.2% and 6.4%. Further, kt ² shows a larger value than that of the first embodiment, and when it is within the range of (bc) /a≦0.04, the resonator characteristics, particularly kt ² is improved. . FIG. 7 shows the transmission and reflection characteristics when the diameter is 177 μm. There is little noise near the resonance frequency, and good resonance characteristics are shown.

（比較例１）
貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）を１５°となるようにした以外は、実施例１から４と同様に、図１の形態の圧電薄膜共振器を作製した。得られた共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が５．７％と小さくなり好ましくない。 (Comparative Example 1)
A piezoelectric thin film resonator having the configuration shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface was 15 °. The obtained resonator characteristics are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, kt ² is not preferable because it decreases to 5.7%.

（比較例２）
貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）を７５°となるようにした以外は、実施例１から４と同様に、図１の形態の圧電薄膜共振器を作製した。得られた共振器特性を表１に、通過および反射特性を図８に示す。ｋｔ^２は６．３％と大きな値であるが、図８に示すように共振周波数近傍にノイズが発生するため好ましくない。 (Comparative Example 2)
A piezoelectric thin film resonator having the configuration shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface was 75 °. The obtained resonator characteristics are shown in Table 1, and the transmission and reflection characteristics are shown in FIG. Although kt ² is a large value of 6.3%, it is not preferable because noise is generated near the resonance frequency as shown in FIG.

（実施例７）
振動領域の外形を形成している上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）を１５°とした以外は、実施例３と同様な圧電薄膜共振器を作製した。共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が５．９％と僅かに小さくなるが、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）の影響に比べ小さい。上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）は２０°以上とすることにより、ｋｔ^２をより大きくすることができるため好ましい。 (Example 7)
A piezoelectric thin film resonator similar to that of Example 3 was manufactured except that the angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface forming the outer shape of the vibration region with respect to the substrate surface was set to 15 °. Table 1 shows the resonator characteristics. As can be seen from Table 1, kt ² is slightly reduced to 5.9%, but is smaller than the influence of the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface. The angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface with respect to the substrate surface is preferably 20 ° or more because kt ² can be further increased.

（実施例８）
振動領域の外形を形成している上部電極端面の基板面に対する角度θ_２を７５°とした以外は、実施例３と同様な圧電薄膜共振器を作製した。共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が６．２％と大きな値であるが、共振周波数近傍のノイズが僅かに発生するが、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）の影響に比べ小さい。上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）は、７０°以下とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生をより抑制することができるため好ましい。 (Example 8)
Except that the angle theta ₂ was 75 ° with respect to the substrate surface of the upper electrode end which forms the outer shape of the vibration region, was produced in the same manner as piezoelectric thin-film resonator as in Example 3. Table 1 shows the resonator characteristics. As can be seen from Table 1, although kt ² is a large value of 6.2%, noise near the resonance frequency is slightly generated, but the effect of the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface is affected. Smaller than The angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface with respect to the substrate surface is preferably 70 ° or less because noise generation near the resonance frequency can be further suppressed.

（実施例９〜１２）
上部電極、即ち振動領域の長径を１４４μｍ、短径を１０２μｍ、圧電共振器スタック上面で一辺１０μｍの正方形の貫通孔５個を形成した振動領域が楕円形である図４の形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは実施例１と同様とし、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）が２５°から６５°となるように作製した。結果を表１に示す。表１からわかるように、θ_１を適当な範囲にすることにより、共振周波数近傍のノイズが抑制され、電気機械結合係数（ｋｔ^２）が６．０％以上と優れた共振器特性が得られている。 (Examples 9 to 12)
The thin film piezoelectric resonator in the form of FIG. 4 in which the upper electrode, that is, the vibration region in which the long diameter of the vibration region is 144 μm, the short diameter is 102 μm, and the vibration region in which five square through holes having a side of 10 μm are formed on the upper surface Was made. The thickness of each constituent layer in this example was the same as that of Example 1, and the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface was 25 ° to 65 °. The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, by setting θ ₁ to an appropriate range, noise near the resonance frequency is suppressed, and an excellent resonator characteristic with an electromechanical coupling coefficient (kt ² ) of 6.0% or more is obtained. ing.

（実施例１３、１４）
上部電極、即ち振動領域の長径を１７６μｍ、短径を１３４μｍ（（ｂ−ｃ）／ａ＝０．０２６）と、長径を２００μｍ、短径を１６０μｍ（（ｂ−ｃ）／ａ＝０．０１９）ととした以外は、実施例９と同様な圧電薄膜共振器を作製した。共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、共振周波数近傍のノイズが抑えられているとともに、ｋｔ^２が６．３％と６．４％と良好な共振特性が得られている。また、実施例９と比較してｋｔ^２が大きな値を示しており、（ｂ−ｃ）／ａ≦０．０４の範囲内である場合には、共振器特性、特に、ｋｔ^２が改善する。 (Examples 13 and 14)
The major axis of the upper electrode, that is, the vibration region, is 176 μm, the minor axis is 134 μm ((bc) /a=0.026), the major axis is 200 μm, and the minor axis is 160 μm ((bc) /a=0.199. A piezoelectric thin-film resonator similar to that of Example 9 was manufactured except that the above was changed. Table 1 shows the resonator characteristics. As can be seen from Table 1, noise near the resonance frequency is suppressed, and good resonance characteristics are obtained with kt ² of 6.3% and 6.4%. Further, kt ² shows a large value compared with Example 9, and when it is within the range of (bc) /a≦0.04, the resonator characteristics, particularly kt ² is improved. .

（比較例３）
貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）を１５°となるようにした以外は、実施例９から１２と同様に、図２の形態の圧電薄膜共振器を作製した。結果を表１に示す。θ_１がθ_１＜２０°では、ｋｔ^２が５．６％と小さくなり好ましくない。 (Comparative Example 3)
A piezoelectric thin film resonator having the configuration shown in FIG. 2 was produced in the same manner as in Examples 9 to 12, except that the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface was 15 °. The results are shown in Table 1. When θ ₁ is θ ₁ <20 °, kt ² is as small as 5.6%, which is not preferable.

（比較例４）
貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）を７５°となるようにした以外は、実施例９から１２と同様に、図２の形態の圧電薄膜共振器を作製した。結果を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が６．３％と大きな値であるが、共振周波数近傍のノイズが発生するため好ましくない。 (Comparative Example 4)
A piezoelectric thin film resonator having the configuration shown in FIG. 2 was produced in the same manner as in Examples 9 to 12 except that the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface was 75 °. The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, kt ² is a large value of 6.3%, but this is not preferable because noise near the resonance frequency is generated.

（実施例１５）
振動領域の外形を形成している上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）を１５°とした以外は、実施例１１と同様な圧電薄膜共振器を作製した。共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が５．９％と僅かに小さくなるが、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）の影響に比べ小さい。上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）は２０°以上とすることにより、ｋｔ^２をより大きくすることができるため好ましい。 (Example 15)
A piezoelectric thin film resonator similar to that of Example 11 was manufactured except that the angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface forming the outer shape of the vibration region with respect to the substrate surface was set to 15 °. Table 1 shows the resonator characteristics. As can be seen from Table 1, kt ² is slightly reduced to 5.9%, but is smaller than the influence of the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface. The angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface with respect to the substrate surface is preferably 20 ° or more because kt ² can be further increased.

（実施例１６）
振動領域の外形を形成している上部電極端面の基板面に対する角度を７５°とした以外は、実施例１１と同様な圧電薄膜共振器を作製した。共振器特性を表１に示す。表１からわかるように、ｋｔ^２が６．２％と大きな値であるが、共振周波数近傍のノイズが僅かに発生するが、貫通孔側面が基板面に対してなす角度（θ_１）の影響に比べ小さい。上部電極端面の基板面に対する角度（θ_２）は、７０°以下とすることにより、共振周波数近傍のノイズ発生をより抑制することができるため好ましい。 (Example 16)
A piezoelectric thin film resonator similar to that of Example 11 was manufactured, except that the angle of the end face of the upper electrode forming the outer shape of the vibration region with respect to the substrate surface was set to 75 °. Table 1 shows the resonator characteristics. As can be seen from Table 1, although kt ² is a large value of 6.2%, noise near the resonance frequency is slightly generated, but the effect of the angle (θ ₁ ) formed by the side surface of the through hole with respect to the substrate surface is affected. Smaller than The angle (θ ₂ ) of the upper electrode end surface with respect to the substrate surface is preferably 70 ° or less because noise generation near the resonance frequency can be further suppressed.

本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す、（ａ）模式的平面図、（ｂ）図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。1A is a schematic plan view showing an embodiment of a thin film piezoelectric resonator of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX in FIG. 本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the thin film piezoelectric resonator of this invention. 本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the thin film piezoelectric resonator of this invention. 本発明の薄膜圧電共振器の他の一実施形態を示す、（ａ）模式的平面図および（ｂ）断面図である。It is (a) typical top view and (b) sectional view showing other embodiments of the thin film piezoelectric resonator of the present invention. 本発明の薄膜圧電共振器の貫通孔の形成方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation method of the through-hole of the thin film piezoelectric resonator of this invention. 実施例２で得られた薄膜圧電共振器の通過および反射特性を示す図である。It is a figure which shows the passage and reflection characteristic of the thin film piezoelectric resonator obtained in Example 2. 実施例５で得られた薄膜圧電共振器の通過および反射特性を示す図である。It is a figure which shows the passage and reflection characteristic of the thin film piezoelectric resonator obtained in Example 5. 比較例２で得られた薄膜圧電共振器の通過および反射特性を示す図である。It is a figure which shows the passage and reflection characteristic of the thin film piezoelectric resonator obtained by the comparative example 2. 従来の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the conventional thin film piezoelectric resonator. 従来の薄膜圧電共振器の貫通孔および上部電極部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the through-hole and upper electrode part of the conventional thin film piezoelectric resonator.

Explanation of symbols

２圧電層
４空隙部
６基板
８下部電極
１０上部電極
１２圧電共振器スタック
１４接続導体
１６振動領域
１８下部誘電体層
２０上部誘電体層
２２犠牲層エッチング用貫通孔
２４犠牲層
２６犠牲層エッチング用貫通孔形成工程フォトレジスト
２８犠牲層エッチング工程フォトレジスト 2 Piezoelectric layer 4 Gap 6 Substrate 8 Lower electrode 10 Upper electrode 12 Piezoelectric resonator stack 14 Connection conductor 16 Vibration region 18 Lower dielectric layer 20 Upper dielectric layer 22 Sacrificial layer etching through hole 24 Sacrificial layer 26 For sacrificial layer etching Through-hole formation process photoresist 28 Sacrificial layer etching process photoresist

Claims

A piezoelectric resonator stack having a piezoelectric layer and an upper electrode and a lower electrode formed so as to face each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, a void formed under the piezoelectric resonator stack, and forming the void A thin film piezoelectric resonator comprising a substrate for supporting the piezoelectric resonator stack, wherein the upper electrode and the lower electrode reach the cavity from the upper surface of the piezoelectric resonator stack in a vibrating portion where the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction. And having a through-hole whose diameter is smaller on the gap portion side, and the inner wall of the through-hole has an angle of 20 ° or more and 70 ° or less with respect to the substrate surface. Thin film piezoelectric resonator.

The area of the vibrating part in the direction parallel to the substrate surface is a, the total area of the openings on the upper surface of the piezoelectric resonator stack of the through hole is b, and the area of the opening of the through hole on the lower surface of the piezoelectric resonator is 2. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein (b−c) /a≦0.040, where c is a sum.

The upper electrode has a smaller area on the upper surface side of the piezoelectric resonator stack, and an outer peripheral side surface of the upper electrode has an angle of 20 ° to 70 ° with respect to the substrate surface. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1.

2. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein an outer shape in a direction parallel to the substrate surface of the vibrating portion is a circle or an ellipse.

The piezoelectric resonator stack has at least one dielectric layer selected from the group consisting of AlN, AlON, Si ₃ N ₄ , and SiAlON on the upper electrode and / or below the lower electrode. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1.

A piezoelectric resonator stack having a piezoelectric layer and an upper electrode and a lower electrode formed so as to face each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, a void formed under the piezoelectric resonator stack, and forming the void And a substrate that supports the piezoelectric resonator stack, and has a through-hole that reaches the gap from the upper surface of the piezoelectric resonator stack in the vibrating portion where the upper electrode and the lower electrode overlap each other in the thickness direction. A method of manufacturing a thin film piezoelectric resonator, the step of forming a selectively etchable conductive layer and / or insulating layer on the substrate, and the formation of a lower electrode layer on the conductive layer and / or insulating layer A step of forming a piezoelectric layer on the lower electrode, a step of forming an upper electrode on the piezoelectric layer, and a pattern end for forming a through hole reaching the gap from the upper electrode. Tilt A step of forming a resist pattern, a step of forming the through hole by a dry etching method so that the inner wall of the through hole is 20 ° to 70 ° with respect to the substrate surface, and the inner wall of the through hole is covered A method of manufacturing a thin film piezoelectric resonator comprising a step of masking and a step of selectively etching the conductive layer and / or the insulating layer through the through hole.