JP2008109402A - 薄膜圧電共振器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、弾性波の歪みエネルギーの閉じこめ性が良く、電気抵抗も低く、酸化の抑制または密着性にも優れた薄膜圧電共振器を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに酸化物の生成自由エネルギー（ΔＧ）が銅よりも負に大きい第２の元素を含有することを特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに酸化物の生成自由エネルギー（ΔＧ）が銅よりも負に大きい第２の元素を含有することを特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。
【選択図】図１
Description
本発明は、薄膜圧電共振器およびその製造方法に関する。
近年の移動体無線端末の高性能化および高機能化に伴い、移動体無線端末に用いる部品の点数が大幅に増加しており、部品の小型化およびモジュール化などが重要となっている。ここで、無線回路の中でも、特にフィルタは大きなスペースを占めており、無線回路を小型化し部品点数を削除するためには、フィルタの小型化およびモジュール化が必要となってきている。
従来から用いられてきたフィルタとしては、例えば、誘電体フィルタ、表面弾性波（Surface Acoustic Wave：SAW）フィルタ、ＬＣフィルタなどが挙げられるが、近年では、薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Wave Resonator）フィルタが、フィルタの小型化およびモジュール化に最も有望であると考えられている。
薄膜圧電共振器は、上部電極、下部電極、上部電極と下部電極に挟まれた圧電膜、下部電極の下方に設けられたキャビティを備えている。
このような薄膜圧電共振器の上部電極と下部電極の材料には、電気抵抗が低く、かつ、配向性が良好であることが求められる。
そのため、上部電極と下部電極に銅（Ｃｕ）を用いる技術が提案されている。（例えば、特許文献１）
しかしながら、この技術では、銅（Ｃｕ）の密着性の悪さと、酸化しやすいという性質が考慮されておらず、これらが原因で生じるフィルタ特性の劣化を抑制することができなかった。
特開２００３−２０４２３９号公報
しかしながら、この技術では、銅（Ｃｕ）の密着性の悪さと、酸化しやすいという性質が考慮されておらず、これらが原因で生じるフィルタ特性の劣化を抑制することができなかった。
本発明は、弾性波の歪みエネルギーの閉じこめ性が良く、電気抵抗による損失も小さく、酸化または密着性低下の抑制により信頼性にも優れた薄膜圧電共振器およびその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、基板と、前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに酸化物の生成自由エネルギー（ΔＧ）が銅よりも負に大きい第２の元素を含有することを特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、基板と、前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに銅よりも表面エネルギーが小さい第２の元素を含むことを特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。
本発明によれば、弾性波の歪みエネルギーの閉じこめ性が良く、電気抵抗による損失も小さく、酸化または密着性低下の抑制により信頼性にも優れた薄膜圧電共振器およびその製造方法が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１を例示するための模式断面図である。
図１に例示するように、例えば、薄膜圧電共振器１の基板２の上面には、図示しない熱酸化膜、図示しない非晶質バッファ層、下部電極３、圧電膜５、上部電極４が、この順に下層から形成されている。基板２には基板２を貫通するキャビティ６が設けられ、キャビティ６の基板上面側開口部を覆うように下部電極３が設けられている。この下部電極３に対向するように上部電極４が設けられ、下部電極３と上部電極４との間には圧電膜５が設けられている。
図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜圧電共振器１を例示するための模式断面図である。
図１に例示するように、例えば、薄膜圧電共振器１の基板２の上面には、図示しない熱酸化膜、図示しない非晶質バッファ層、下部電極３、圧電膜５、上部電極４が、この順に下層から形成されている。基板２には基板２を貫通するキャビティ６が設けられ、キャビティ６の基板上面側開口部を覆うように下部電極３が設けられている。この下部電極３に対向するように上部電極４が設けられ、下部電極３と上部電極４との間には圧電膜５が設けられている。
ここで、各部の材料を例示するものとすれば、例えば、基板２をシリコン（Ｓｉ）など、図示しない熱酸化膜を酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、図示しないバッファ層をＴｉＡｌやタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）などの非晶質バッファ層もしくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など、圧電膜５を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など、下部電極３と上部電極４を所定の元素を添加した銅（Ｃｕ）とすることができる。尚、下部電極３と上部電極４の材料についての詳細は後述することにする。
薄膜圧電共振器１は、圧電膜５の圧電効果を利用して入力信号をフィルタリングする作用を有する。図示しない入力端子に入力された信号は、図示しない入力端子に接続されている上部電極４から圧電膜５を介して下部電極３へと出力される。この時、逆圧電効果により圧電膜５がその厚み方向に振動するが、上部電極４、圧電膜５、下部電極３からなる積層体は、圧電膜５に発生する振動に対して一定の共振周波数を有するので、入力された信号のうちこの共振周波数と一致する信号のみが出力されることになる。そのため、このようなフィルタリング機能を有する薄膜圧電共振器１を、少なくとも直並列に２つ以上用いれば共振器フィルタを構成させることができる。
次に、下部電極３と上部電極４の材料について説明する。
まず最初に、下部電極３または上部電極４に銅（Ｃｕ）を用いることについて説明をする。
まず最初に、下部電極３または上部電極４に銅（Ｃｕ）を用いることについて説明をする。
薄膜圧電共振器１の特性を向上させるためには、励振された弾性波の歪みエネルギーを共振部分である圧電膜５の部分に閉じこめる必要がある。そのためには、下部電極３または上部電極４の材料として音響インピーダンス のより高いものを選べばよい。これは、弾性波が伝搬する二媒質間の，音響インピーダンスの差が大きいほど，境界面での反射が大きくなり漏れが少なくなるからである。
例えば、アルミニウム（Ａｌ）のような音響インピーダンスが低い材料を下部電極３または上部電極４に用いるものとすれば、弾性波の歪みエネルギーの漏れによるダンピングが発生する。その結果、電気機械結合係数ｋ２や品質係数Ｑ値が低下することになり、薄膜圧電共振器１の特性が劣化する。
図２は、下部電極と上部電極における音響インピーダンスの影響を説明するための模式図である。
図２（ａ）は、下部電極３と上部電極４に低音響インピーダンスの材料を用いた時の影響を説明するための模式図である。図２（ｂ）は、下部電極３と上部電極４に高音響インピーダンスの材料を用いた時の影響を説明するための模式図である。
図２（ａ）は、下部電極３と上部電極４に低音響インピーダンスの材料を用いた時の影響を説明するための模式図である。図２（ｂ）は、下部電極３と上部電極４に高音響インピーダンスの材料を用いた時の影響を説明するための模式図である。
図２（ａ）に示すように、圧電膜５の逆圧電効果により生じた振動は、下部電極３ａと上部電極４ａで反射をして圧電膜５の部分に閉じこめられるが、低音響インピーダンスの材料からなる下部電極３ａと上部電極４ａから弾性波の歪みエネルギーが外部に漏れる。その結果、圧電膜５の部分に閉じこめられる弾性波の歪みエネルギーは減少することになる。図２（ａ）中の応力σａの分布は、この様子を測定が容易な応力σａを用いて目視的に説明するためのものである。
一方、図２（ｂ）に示すように、圧電膜５の逆圧電効果により生じた振動は、下部電極３ｂと上部電極４ｂで反射をして圧電膜５の部分に閉じこめられるが、高音響インピーダンスの材料から成る下部電極３ｂ、上部電極４ｂにおいては境界面での反射が大きく、外部に漏れる弾性波の歪みエネルギーが少ない。その結果、圧電膜５の部分に閉じこめられる弾性波の歪みエネルギーの減少が抑制される。図２（ｂ）中の応力σｂの分布は、このことを目視的に説明するためのものである。すなわち、図２（ａ）中の応力σａの分布と比べて、圧電膜５の部分の応力σｂの値が大きく、かつ、分布も均一となり、弾性波の歪みエネルギーがより多く閉じこめられていることがわかる。
ここで、共振点の品質係数Ｑ値に影響を及ぼす因子としては、圧電膜５・下部電極３・上部電極４における弾性損失、直列抵抗がある。また、反共振点の品質係数Ｑ値に影響を及ぼす因子としては、圧電膜５・下部電極３・上部電極４における弾性損失、基板２のコンダクタンス、圧電膜５の誘電損失がある。
そのため、薄膜圧電共振器１の特性を向上させるためには、下部電極３ｂと上部電極４ｂの材料の電気的損失をも考慮する必要があり、下部電極３ｂと上部電極４ｂには、音響インピーダンスが高く、かつ、電気抵抗の低い材料を選ぶことが好ましいことになる。
図３は、各種電極材料の音響インピーダンスと電気抵抗（比抵抗）との関係を説明するための図表である。
図３の図表の上側に挙げられた材料ほど比抵抗は低いが、音響インピーダンスが比較的低いものが含まれている。ここで、比抵抗が低く、かつ、音響インピーダンスもモリブデン（Ｍｏ）に近い銅（Ｃｕ）を電極材料に選べば、薄膜圧電共振器１の特性を向上させるのに有効である。
図３の図表の上側に挙げられた材料ほど比抵抗は低いが、音響インピーダンスが比較的低いものが含まれている。ここで、比抵抗が低く、かつ、音響インピーダンスもモリブデン（Ｍｏ）に近い銅（Ｃｕ）を電極材料に選べば、薄膜圧電共振器１の特性を向上させるのに有効である。
すなわち、銅（Ｃｕ）は密度が８．９３g/cm3と大きく、さらに弾性定数も大きいことから、音響インピーダンスが比較的高く、圧電共振特性の劣化を起こしにくい。また、比抵抗値が１．６９μΩ・cmとアルミニウム（Ａｌ）よりさらに低いため、直列抵抗増加による共振点での品質係数Ｑ値（Qr）の低下が抑制できる。また、比較的〈111〉方位に配向しやすいため、圧電膜５の材料である窒化アルミ（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）の配向性を向上させることもできる。
しかし、一方、銅（Ｃｕ）は表面エネルギーが高く、他材料との濡れ性が良くないことから、密着性が悪いという問題がある。さらに、酸化物の生成自由エネルギーが負であることから酸化しやすく、また形成された酸化膜が緻密ではないために、銅（Ｃｕ）イオンが酸化膜中の空孔を介して表面に向かって外方拡散もしくは酸素の連続的な内方拡散により連続的に酸化するという問題もある。そして、電極酸化による酸化膜形成は、膜厚および積層構造の変化による共振周波数のシフトを発生させることから、薄膜圧電共振器１を組み合わせてフィルターを形成させた場合、通過帯域のずれが発生してしまう。
本発明者は、検討の結果、所定の元素を銅（Ｃｕ）に添加すれば、酸化の抑制と密着性の改善が図れるとの知見を得た。
まず、酸化の抑制について説明をする。
酸化については、酸素との結合のしやすさを示す酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）がその指標となる。
図４は、酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を説明するためのグラフ図である。
図４に示すように、下方に示された元素の方が酸素と結合がしやすく、また、生成された酸化物も安定している。そのため、酸化銅より小さい（負に大きい）酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を有する元素を銅（Ｃｕ）に添加すれば、表面に選択酸化被膜を形成することができるので、それ以上酸化が進まず酸化を抑制することができる。
酸化については、酸素との結合のしやすさを示す酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）がその指標となる。
図４は、酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を説明するためのグラフ図である。
図４に示すように、下方に示された元素の方が酸素と結合がしやすく、また、生成された酸化物も安定している。そのため、酸化銅より小さい（負に大きい）酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を有する元素を銅（Ｃｕ）に添加すれば、表面に選択酸化被膜を形成することができるので、それ以上酸化が進まず酸化を抑制することができる。
酸化銅より小さい（負に大きい）酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を有する元素を例示するものとすれば、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などを挙げることができる。
図５は、選択酸化被膜の形成を説明するための模式図である。
図５に示すように、酸化銅より小さい（負に大きい）酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を有する元素Ｍｅを銅（Ｃｕ）に添加すると、元素Ｍｅのイオンが選択的に外方拡散を起こし、表面（電極表面）において大気中の酸素（Ｏ２）と反応して酸化膜（ＭｘＯｙ；例えば、Ａｌを添加した場合はＡｌ２Ｏ３）を形成する。そして、この後起きる酸化は、この酸化膜を介しての拡散による酸化反応であり酸化膜自体も安定しているため、結果として、銅（Ｃｕ）自体の酸化が抑制されることになる。また、酸素欠損型（ｎ型）の酸化物を形成する元素を選択するものとすれば、表面（電極表面）に緻密な酸化物を形成できるので、酸素（Ｏ２）の拡散をより阻害することができる。酸素欠損型（ｎ型）の酸化物を形成する元素を例示するものとすれば、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などを挙げることができる。
図５に示すように、酸化銅より小さい（負に大きい）酸化物生成自由エネルギー（ΔＧ）を有する元素Ｍｅを銅（Ｃｕ）に添加すると、元素Ｍｅのイオンが選択的に外方拡散を起こし、表面（電極表面）において大気中の酸素（Ｏ２）と反応して酸化膜（ＭｘＯｙ；例えば、Ａｌを添加した場合はＡｌ２Ｏ３）を形成する。そして、この後起きる酸化は、この酸化膜を介しての拡散による酸化反応であり酸化膜自体も安定しているため、結果として、銅（Ｃｕ）自体の酸化が抑制されることになる。また、酸素欠損型（ｎ型）の酸化物を形成する元素を選択するものとすれば、表面（電極表面）に緻密な酸化物を形成できるので、酸素（Ｏ２）の拡散をより阻害することができる。酸素欠損型（ｎ型）の酸化物を形成する元素を例示するものとすれば、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などを挙げることができる。
次に、密着性の改善について説明をする。
界面での密着性を高めるためには、最外殻電子のエネルギーレベルが近いこと、さらにその軌道が重なり合うことが必要である。しかし、格子定数やエネルギーレベルは大きく変化させることはできない。
界面での密着性を高めるためには、最外殻電子のエネルギーレベルが近いこと、さらにその軌道が重なり合うことが必要である。しかし、格子定数やエネルギーレベルは大きく変化させることはできない。
本発明者は検討の結果、所定の元素を添加することにより表面エネルギーを制御し、濡れ性を改善させることで密着性を改善できるとの知見を得た。
図６は、表面エネルギーと濡れ性の関係を説明するための模式図である。
図６に示すように、濡れ角θは、基板の表面エネルギーσｓ，銅（Ｃｕ）膜の表面エネルギーσｆ，界面エネルギーσｉの３つのエネルギーの釣り合いで決まり、下記の式で表される。
ＣＯＳθ＝（σｓ−σｉ）／σｆ （１）
ここで、銅（Ｃｕ）を他の材料の表面に成長させるような場合を考えると、前述したように銅（Ｃｕ）は表面エネルギーσｆ１が高く、濡れ角θが大きい。そのため、他の材料との濡れ性が悪く、密着性が悪い。
図６に示すように、濡れ角θは、基板の表面エネルギーσｓ，銅（Ｃｕ）膜の表面エネルギーσｆ，界面エネルギーσｉの３つのエネルギーの釣り合いで決まり、下記の式で表される。
ＣＯＳθ＝（σｓ−σｉ）／σｆ （１）
ここで、銅（Ｃｕ）を他の材料の表面に成長させるような場合を考えると、前述したように銅（Ｃｕ）は表面エネルギーσｆ１が高く、濡れ角θが大きい。そのため、他の材料との濡れ性が悪く、密着性が悪い。
本発明者は、検討の結果、銅（Ｃｕ）よりも表面エネルギーが低い元素を添加すれば、銅（Ｃｕ）膜自体の表面エネルギーσｆ２を低下させることができるとの知見を得た。
すなわち、銅（Ｃｕ）よりも表面エネルギーが低い元素を添加して、銅（Ｃｕ）膜自体の表面エネルギーσｆ２を低下させれば、（１）式に示すように濡れ角θが小さくなり、濡れ性が改善できる。そして、濡れ性が改善できれば、界面における原子同士の接合枝数が多くなるので、密着性が改善できる。
銅（Ｃｕ）に添加する、銅（Ｃｕ）よりも表面エネルギーが低い元素を例示するものとすれば、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などを挙げることができる。
また、所定の元素を銅（Ｃｕ）に添加すれば、酸化の抑制または密着性の改善が図れるが、ジルコニウム（Ｚｒ）またはアルミニウム（Ａｌ）を添加するものとすれば、酸化の抑制と密着性の改善の双方の効果を享受することができる。
また、所定の元素を銅（Ｃｕ）に添加すれば、酸化の抑制または密着性の改善が図れるが、ジルコニウム（Ｚｒ）またはアルミニウム（Ａｌ）を添加するものとすれば、酸化の抑制と密着性の改善の双方の効果を享受することができる。
また、酸化の抑制のために添加する元素と密着性の改善のために添加する元素とを組み合わせて、添加することもできる。
また、添加量は、１０ａｔ％（原子パーセント）以下とすることができる。本実施の形態においては、このような微量の添加としているため、銅（Ｃｕ）の有する音響インピーダンスの高さや電気抵抗の低さという基本的な効果に影響を与えることなく、酸化の抑制や密着性の改善という効果を享受することができる。
尚、所定の元素の添加は、下部電極３または上部電極４のいずれか一方としても、双方としてもよい。
このように、電極の材料に所定の元素を添加した銅（Ｃｕ）を用いることで、弾性波の歪みエネルギーの閉じこめ性が良く、電気抵抗も低く、酸化の抑制や密着性にも優れた電極を得ることができる。
このように、電極の材料に所定の元素を添加した銅（Ｃｕ）を用いることで、弾性波の歪みエネルギーの閉じこめ性が良く、電気抵抗も低く、酸化の抑制や密着性にも優れた電極を得ることができる。
次に、薄膜圧電共振器の製造方法について例示する。
尚、説明の便宜上、基板２を貫通するキャビティ６を備えている薄膜圧電共振器の製造方法について説明をする。
尚、説明の便宜上、基板２を貫通するキャビティ６を備えている薄膜圧電共振器の製造方法について説明をする。
図７は、本発明の実施の形態にかかる薄膜圧電共振器の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
まず、図７（ａ）に示すように、〈１００〉の方位に配向したシリコン（Ｓｉ）などからなる基板２の上面に熱酸化膜７を形成し、その上面に非晶質バッファ層８、例えば、ＴｉＡｌなどを１０ナノメートル程度の厚さに形成する。そして、さらにその上面に、前述した元素を添加した銅の層９、例えば、アルミニウムを１ａｔ％（アトミックパーセント）添加した銅−アルミニウム層（Ｃｕ−Ａｌ）などを２００ナノメートル程度の厚さに形成する。これらの形成には、例えば、スパッタ法を用いることができる。
この際、Ｃｕ−Ａｌ膜において、結晶配向性をＸ線回折法(ＸＲＤ)によるロッキングカーブ測定で測定をしたところ、銅（Ｃｕ）〈１１１〉の配向半値幅は０．９°であり良好な配向性を示すことが確認できた。
まず、図７（ａ）に示すように、〈１００〉の方位に配向したシリコン（Ｓｉ）などからなる基板２の上面に熱酸化膜７を形成し、その上面に非晶質バッファ層８、例えば、ＴｉＡｌなどを１０ナノメートル程度の厚さに形成する。そして、さらにその上面に、前述した元素を添加した銅の層９、例えば、アルミニウムを１ａｔ％（アトミックパーセント）添加した銅−アルミニウム層（Ｃｕ−Ａｌ）などを２００ナノメートル程度の厚さに形成する。これらの形成には、例えば、スパッタ法を用いることができる。
この際、Ｃｕ−Ａｌ膜において、結晶配向性をＸ線回折法(ＸＲＤ)によるロッキングカーブ測定で測定をしたところ、銅（Ｃｕ）〈１１１〉の配向半値幅は０．９°であり良好な配向性を示すことが確認できた。
次に、図７（ｂ）に示すように、前述した元素を添加した銅の層９を所定の電極形状に加工して、下部電極３を形成する。下部電極３の形成には、例えば、フォトリソグラフィ法、ウェットエッチング法を用いることができる。ここで、ウェットエッチング法においては、例えば、リン酸、硝酸、硝酸からなる混酸を用いることができる。
次に、図７（ｃ）に示すように、圧電膜５を１．７５マイクロメートル程度の厚さに形成する。圧電膜５は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などとすることができ、その形成には、例えば、ＤＣパルススパッタ法を用いることができる。また、ＤＣパルススパッタ法においては、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを用いることができ、基板温度を３００℃とすることができる。
この際、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜の結晶粒が、Ｃｕ−Ａｌ膜の結晶粒に対してエピタキシャル成長する、いわゆる局所エピタキシャル成長していることが、ＴＥＭ観察により確認できた。これは、前述した所定の元素（この場合は、アルミニウム；Ａｌ）を添加することにより、銅（Ｃｕ）膜自体の表面エネルギーσｆ２を低下させたことによる効果である。また、結晶配向性をＸ線回折法(ＸＲＤ)によるロッキングカーブ測定で測定をしたところ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）〈０００２〉の配向半値幅は１．１°であり良好な配向性を示すことが確認できた。
次に、図７（ｄ）に示すように、圧電膜５の上面を、例えば、ＲＩＥ法などで所定形状に加工した後、前述した下部電極３のものと同組成のＣｕ−Ａｌ膜を２５０ナノメートル程度の厚さに形成する。尚、添加する元素を変えて下部電極３と別組成とすることもできる。その後、所定の電極形状に加工して、上部電極４を形成する。上部電極４の形成には、例えば、フォトリソグラフィ法、ウェットエッチング法を用いることができる。そして、ウェットエッチング法においては、例えば、リン酸、硝酸、硝酸からなる混酸を用いることができる。
尚、必要に応じて、例えば、圧電膜５をＲＩＥ法などで加工して下部電極３を配線するためのビアを設けたり、アルミニウム（Ａｌ）膜などを１マイクロメートル程度の厚さに形成してボンディングパッドを設けるようにすることもできる。
次に、図７（ｅ）に示すように、基板２の裏面側を、例えば、厚さ２００マイクロメートル程度までラッピング、ポリッシングを行い、エタノールやアミン系剥離液などで洗浄した後、フォトリソグラフィ法によりキャビティ６を形成させるためのパターンを形成する。その後、例えば、ＣＦ４ガスとＳＦ６ガスとを交互に導入してエッチングをするＤｅｅｐ−ＲＩＥ法などを用いてキャビティ６を形成し、ＮＨ４Ｆなどを用いたウェットエッチング法などで酸化膜の除去を行う。
このようにして製造した薄膜圧電共振器の周波数特性を測定したところ、電気機械結合係数ｋ２は７．２％となり、また、品質係数Ｑ値は、共振点におけるＱ値（Ｑｒ）が１３００、反共振点におけるＱ値（Ｑａ）が１１００となり、純アルミニウム（Ａｌ）電極を用いた場合よりも、良好な特性が得られることを確認できた。
このようにして製造した薄膜圧電共振器の周波数特性を測定したところ、電気機械結合係数ｋ２は７．２％となり、また、品質係数Ｑ値は、共振点におけるＱ値（Ｑｒ）が１３００、反共振点におけるＱ値（Ｑａ）が１１００となり、純アルミニウム（Ａｌ）電極を用いた場合よりも、良好な特性が得られることを確認できた。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、具体例として例示した薄膜圧電共振子１は、基板２を貫通するキャビティ６を備えているが、これに限定される訳ではない。図８に示すように、中空部のキャビティ６ａを備える薄膜圧電共振子１ａであってもよい。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
また、下部電極３または上部電極４のいずれか一方を、本発明の実施の形態に係る電極とし、残りの一方を音響インピーダンスが高い材料、例えば、純銅（Ｃｕ）、他の銅合金、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）などとしても良い。
また、具体例として例示をした、上部電極、下部電極、圧電膜、基板、キャビティなどの形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、基板上に形成する各種の膜の形成法やエッチング法なども、具体例として例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
また、薄膜圧電共振子を単独で、または複数連結して共振器フィルタとすることもできる。
また、基板上に形成する各種の膜の形成法やエッチング法なども、具体例として例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
また、薄膜圧電共振子を単独で、または複数連結して共振器フィルタとすることもできる。
１、１ａ 薄膜圧電共振器、２ 基板、３ 下部電極、４ 上部電極、σｆ１ 表面エネルギー、ΔＧ 酸化物生成自由エネルギー
Claims (5)
- 基板と、
前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、
前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、
を備え、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに酸化物の生成自由エネルギー（ΔＧ）が銅よりも負に大きい第２の元素を含有することを特徴とする薄膜圧電共振器。 - 基板と、
前記基板に対して少なくとも一部が中空状態に保持された下部電極と、
前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、
を備え、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれかは、銅（Ｃｕ）を主成分とし、さらに銅よりも表面エネルギーが小さい第２の元素を含むことを特徴とする薄膜圧電共振器。 - 前記第２の元素は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）及びモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選ばれた少なくともいずれか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。
- 前記第２の元素は、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選ばれた少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２記載の薄膜圧電共振器。
- 前記第２の元素の含有量は、１０原子パーセント以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜圧電共振器。
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