JP2008178126A - 薄膜音響共振器及びその製造方法 - Google Patents

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、電気機械結合係数および音響的品質係数を損なうことなく、共振周波数の温度安定性を向上させた圧電薄膜共振子を提供する。
【解決手段】基板１１２の上に形成された圧電積層構造体１４の一部を含んで振動部１２１が構成されている。圧電積層構造体１４は下部電極１５、圧電体膜１６および上部電極１７を積層してなる。基板１１２は振動部１２１に対応する領域にて振動部の振動を許容する空隙１２０を形成している。圧電体膜１６は窒化アルミニウムを主成分とするものであり、下部電極１５および上部電極１７がモリブデンを主成分とするものであり、振動部１２１は圧電積層構造体１４に接合された窒化シリコンを主成分とする絶縁層１３の少なくとも一部を含んでなる。
【選択図】図２３

Description

本発明は、圧電体薄膜の電気音響効果を利用した薄膜音響共振器に関するものであり、更に詳細に記せば、通信機用フィルタの構成要素として使用できる薄膜音響共振器及びその製造方法に関する。

また、本発明は、移動体通信機等に利用される薄膜振動子、薄膜ＶＣＯ（電圧制御発信器）、薄膜フィルター、送受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を利用した素子に関する。

電子機器のコストおよび寸法を減らす必要性から、その回路構成要素としてのフィルタの寸法を小さくする試みが、一貫して続けられている。セル式電話およびミニチュア・ラジオのような民生用電子装置は、内蔵される構成要素の大きさおよびコストの双方に関して厳しい要求を受けている。これらの電子装置に含まれる回路は、精密な周波数に同調させなければならないフィルタを利用している。したがって、廉価でコンパクトなフィルタを提供する努力が、絶えず続けられている。

また、圧電現象を利用する素子は広範な分野で用いられている。携帯電話機などの携帯機器の小型化と低消費電力化が進む中で、該機器に使用されるＲＦ用およびＩＦ用フィルターとして弾性表面波（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子の使用が拡大している。このＳＡＷフィルター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、利用周波数が高周波数化するに従って特性向上の限界に近づいており、電極形成の微細化と安定した出力確保と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音響共振器すなわち薄膜バルク音響共振器又は薄膜バルク波音響共振子（ＴｈｉｎＦｉｌｍ Ｂｕｌｋ ＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒｓ又はＦｉｌｍ Ｂｕｌｋ ＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ：これらを以下ＦＢＡＲという）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と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でフィルターを構成すれば、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。

薄膜音響共振器の一つの簡単な構成では、圧電体（ＰＺ）薄膜材料の層が二つの金属電極の間に挟み込まれた挟み込み構造を形成している。この挟み込み構造は、周辺部を支持され中央部が空中に吊された橋架け構造により支持される。二つの電極の間に印加される電圧により電界が発生すると、圧電体（ＰＺ）薄膜材料は、電気エネルギーの幾らかを音波の形の機械エネルギーに変換する。音波は、電界と同じ方向に伝播し、電極／空気境界面で反射する。尚、以下において、圧電体をＰＺと略記することがある。

機械的に共振している時、ＰＺ薄膜材料の電気エネルギー／機械エネルギー変換機能により、薄膜音響共振器は電気共振器としての役割を果たす。したがって、これを用いてフィルタを構成することができる。薄膜音響共振器の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが音波の半波長と等しくなる周波数で発生する。音波の周波数は、電極に印加される電気信号の周波数に等しい。音波の速度は光の速度より５〜６桁小さいから、得られる共振器を極めてコンパクトにすることができる。このため、ＧＨｚ帯の用途のための共振器を、平面寸法２００ミクロン未満、厚さ数ミクロン未満の構造で構成することができる。

以上のような薄膜音響共振器及び上記挟み込み構造を積層した形態の積層型薄膜音響共振器すなわち積層型薄膜バルク音響共振器およびフィルタ（ＳｔａｃｋｅｄＴｈｉｎ Ｆｉｌｍ ＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒｓ：以下ＳＢＡＲという）において、挟み込み構造の中心部はスパッタ法により作製された厚さ約１〜２ミクロン程度の圧電体薄膜である。上方および下方の電極は、電気リードとして働き、圧電体薄膜を挟み込んで圧電体薄膜を貫く電界を与える。圧電体薄膜は、電界エネルギーの一部を力学エネルギーに変換する。時間変化する印加電界エネルギーに応答して、時間変化する「応力／歪み」エネルギーが形成される。

このような弾性波を利用した共振器やフィルター等に応用される圧電体薄膜素子は、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基板や、シリコンウエハーなどの上に多結晶ダイヤモンドやエリンバーなどの恒弾性金属の膜を形成してなる基板の表面上に、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の積層膜からなる下地膜を形成する。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。各膜の形成後に、または全ての膜を形成した後に、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、微細加工やパターニングを行う。

ＦＢＡＲまたはＳＢＡＲを薄膜音響共振器として動作させるには、圧電体薄膜を含む挟み込み構造を橋架け構造により支持して、音波を挟み込み構造内に閉じ込めるための空気／結晶境界面を形成しなければならない。挟み込み構造は、通常、基板表面上に下方電極（下部電極）、圧電体層（圧電体膜、圧電体薄膜層）、および上方電極（上部電極）をこの順に堆積させることにより作られる。したがって、挟み込み構造の上側には、空気／結晶境界面が既に存在している。挟み込み構造の下側にも空気／結晶境界面を設けなければならない。この挟み込み構造の下側の空気／結晶境界面を得るのに、従来、以下に示すような幾つかの方法が用いられている。

第１の方法は、例えば特開昭５８−１５３４１２号公報（特許文献１）や特開昭６０−１４２６０７号公報（特許文献２）に記載のように、基板を形成しているウェーハのエッチング除去を利用している、基板がシリコンからなるものであれば、加熱ＫＯＨ水溶液を使用してシリコン基板の一部を裏側からエッチングして取り去って孔を形成する。基板の上面上に下地膜、下部電極、圧電体薄膜及び上部電極を形成した後に、基板の下面から振動部となる部分の下にある基板部分を除去する。これにより、挟み込み構造の縁をシリコン基板の前面側において孔の周囲の部分で支持した形態を有する共振器が得られる。しかし、このようなウェーハを貫いて開けられた孔は、ウェーハを非常に繊細にし、且つ、非常に破壊しやすくする。更に、基板表面に対して５４．７度のエッチング傾斜でＫＯＨを用いた湿式エッチングを行うと、最終製品の取得量、即ち、ウェーハ上のＦＢＡＲ／ＳＢＡＲの歩留まりの向上が困難である。たとえば、２５０μｍ厚さのシリコンウェーハの上に構成される約１５０μｍ×１５０μｍの横寸法（平面寸法）を有する挟み込み構造は、約４５０μｍ×４５０μｍの裏側エッチング孔開口を必要とする。したがって、ウェーハの約１／９を生産に利用できるだけである。異方性エッチングにより基板から圧電体薄膜の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に、１素子単位ごとに分離してＰＺ薄膜素子である薄膜音響共振器（これは圧電薄膜共振子とも呼ばれている）を得る。

挟み込み構造の下に空気／結晶境界面を設ける従来の第２の方法は、例えば特開平２−１３１０９号公報（特許文献３）に記載のように、空気ブリッジ式ＦＢＡＲ素子を作ることである。通常、最初に犠牲層（Ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｌａｙｅｒ）を設置し、次にこの犠牲層の上に挟み込み構造を作製する。プロセスの終りまたは終り近くに犠牲層を除去する。処理はすべてウェーハの前面側で行われるから、この方法は、ウェーハ両面側の位置合わせも大面積の裏側開口も必要としない。

特開２０００−６９５９４号公報（特許文献４）には、犠牲層として燐酸石英ガラス（ＰＳＧ）を使用した空気ブリッジ式ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲの構成と製造方法とが記載されている。同公報においては、ＰＳＧ層がシリコンウェーハ上に堆積されている。ＰＳＧは、シランおよびＰ_２Ｏ_５を使用して約４５０℃までの温度で堆積され、燐含有量約８％である軟ガラス様物質を形成する。ＰＳＧは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液で非常に高い速度でエッチングされる。

しかしながら、同公報においては、ＰＳＧ犠牲層の表面粗度を示す高さのＲＭＳ（２乗平均平方根）変動が０．５μｍ未満と記載されているものの、具体的には０．１μｍより小さいオーダーのＲＭＳ変動の具体的記載はない。この０．１μｍオーダーのＲＭＳ変動は、原子的レベルからみると非常に粗い凹凸である。ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲ形式の薄膜音響共振器は、結晶が電極平面に垂直な柱状晶を成して成長する圧電体材料を必要とする。特開２０００−６９５９４号公報では、ＰＳＧ層の表面に平行な導電シートを形成しており、該導電シートの高さのＲＭＳ変動は２μｍ未満と記載されているものの、具体的には０．１μｍより小さいオーダーのＲＭＳ変動の具体的記載はない。この０．１μｍオーダーのＲＭＳ変動は、薄膜音響共振器用の圧電体薄膜を形成する表面としては不十分な表面粗さである。圧電体薄膜を成長させる試みが行われたが、粗面上の多数の凹凸の影響で多様な方向に結晶が成長するので、得られた圧電体薄膜の結晶品質は必ずしも十分でなかった。

以上のような空気／結晶境界面を設ける代わりに、適切な固体音響ミラーを設ける方法もある。この方法は、例えば特開平６−２９５１８１号公報（特許文献５）に記載のように、挟み込み構造の下に音響的ブラッグ反射鏡からなる大きな音響インピーダンスが作り出される。ブラッグ反射鏡は、高低の音響インピーダンス材料の層を交互に積層することにより作られる。各層の厚さは共振周波数の波長の１／４に固定される。十分な層数により、圧電体／電極境界面における有効インピーダンスを、素子の音響インピーダンスよりはるかに高くすることができ、したがって、圧電体内の音波を有効に閉じ込めることができる。この方法により得られる音響共振器は、挟み込み構造の下に空隙が存在しないので、固体音響ミラー取付け共振器（ＳＭＲ）と呼ばれる。

この方法は、周辺部が固定され中心部が自由に振動できる膜を作るという前述の第１の方法及び第２の方法の問題を回避しているが、この方法にも多数の問題点がある。即ち、金属層はフィルタの電気性能を劣化させる寄生コンデンサを形成するのでブラッグ反射鏡の層に使用できないから、ブラッグ反射鏡に使用する材料の選択には制限がある。利用可能な材料から作られる層の音響インピーダンスの差は大きくない。したがって、音波を閉じ込めるには、多数の層が必要である。この方法は、各層にかかる応力を精密に制御しなければならないので、製作プロセスが複雑である。また、１０ないし１４といった多数の層を貫くバイアを作るのは困難であるから、この方法により得られる音響共振器は他の能動要素との集積化には不都合である。更に、これまでに報告された例では、この方法により得られる音響共振器は、空気ブリッジを有する音響共振器より有効結合係数がかなり低い。その結果、ＳＭＲに基づくフィルタは、空気ブリッジ式の音響共振器を用いたものに比較して、有効帯域幅が狭い。

ところで、上記のように、薄膜音響共振器においては、時間変化する印加電界エネルギーに応答して、挟み込み構造に時間変化する「応力／歪み」エネルギーが形成される。従って、基板と挟み込み構造の下方電極との間の密着力が低い場合には、基板と挟み込み構造とが剥離して耐久性が低下し即ち薄膜音響共振器の寿命が短くなる。

上記の特開２０００−６９５９４号公報等には、好適な電極材料としてＭｏが記載されているが、基板となるシリコンウェーハ等との更なる密着性の向上に関する特別の記載はない。

また、例えば特開平２−３０９７０８号公報（特許文献６）等には、下方電極層としてＡｕ／Ｔｉ等の２層からなるものを用いることが記載されている。この場合、Ｔｉ層はＡｕ層と基板との密着性を高める層として存在している。即ち、このＴｉ密着層は薄膜音響共振器の本来の動作の点からは必須の電極層ではないが、Ｔｉ密着層を形成せずにＡｕ電極層を単独で形成した場合には、基板とＡｕ電極層との間の密着力が乏しくなり、剥離等の発生により薄膜音響共振器の動作時の耐久性を著しく損なうこととなる。

以上のような薄膜音響共振器では、電極面に対し直角の方向に伝搬する所要の縦方向振動の他に、電極面に平行の方向に伝搬する横方向振動も存在し、この横方向振動のうちには薄膜音響共振器の所要の振動にスプリアスを励振して共振器の特性を劣化させるものがある。
特開昭５８−１５３４１２号公報 特開昭６０−１４２６０７号公報 特開平２−１３１０９号公報 特開２０００−６９５９４号公報 特開平６−２９５１８１号公報 特開平２−３０９７０８号公報

本発明の目的は、改良された性能を有するＦＢＡＲ／ＳＢＡＲを提供することである。

本発明の他の目的は、圧電体（ＰＺ）薄膜の結晶品質を向上させることにより、電気機械結合係数、音響品質係数（Ｑ値）、温度特性などに優れた高性能のＦＢＡＲ／ＳＢＡＲを提供することである。

本発明の更に別の目的は、上方電極の形状を工夫することにより、電気機械結合係数、音響品質係数（Ｑ値）、温度特性などに優れた高性能のＦＢＡＲ／ＳＢＡＲを提供することである。

また、本発明の他の目的は、特にスプリアス励振が低減されたＦＢＡＲ／ＳＢＡＲを提供することにある。

本発明の他の目的は、下方電極層と基板との密着性（接合強度）を向上させることでＦＢＡＲ／ＳＢＡＲの耐久性を向上させ長寿命化を図ることにある。

本発明の更なる目的は、下方電極層と基板との密着性を向上させると共に、下方電極層上での結晶品質及び配向性の良好な圧電体薄膜の形成を可能とすることで、電気機械結合係数や音響品質係数（Ｑ値）などに優れた高性能なＦＢＡＲ／ＳＢＡＲを提供することである。

圧電体薄膜素子用の圧電体材料としては、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］（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛［ＰＺＴ］（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）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音響共振器やフィルターの圧電薄膜共振子の圧電体材料として適している。

ＦＢＡＲは薄膜中における弾性波の伝播によって共振を得ているため、圧電体薄膜の振動特性はもとより、電極層や下地膜の振動特性がＦＢＡＲの共振特性に大きく影響する。これまで、ＡｌＮ薄膜をＦＢＡＲ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薄膜音響共振器や薄膜フィルタは得られていない。よって、ＡｌＮ薄膜のみならず、電極層や下地膜をも含めた振動部の電気機械結合係数、音響的品質係数、さらには共振周波数の温度安定性に優れた圧電薄膜共振子即ち薄膜音響共振器の実現が強く望まれている。

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、電気機械結合係数および音響的品質係数を損なうことなく、共振周波数の温度安定性を向上させた圧電薄膜共振子即ち薄膜音響共振器を提供することを目的とする。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
圧電体層と、該圧電体層の第１の表面に接合された第１の電極と、前記圧電体層の前記第１の表面と反対側の第２の表面に接合された第２の電極とを有しており、前記圧電体層の第１の表面は高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜音響共振器、
が提供される。

本発明において、高さのＲＭＳ変動は、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語、定義及び表面性状パラメータ」に記載の二乗平均平方根粗さ：Ｒｑである（以下に記載の発明についても同様）。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
圧電体層と、該圧電体層の第１の表面に接合された第１の電極と、前記圧電体層の前記第１の表面と反対側の第２の表面に接合された第２の電極とを有しており、前記第１の電極の前記圧電体層の側の表面は高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜音響共振器、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記圧電体層の前記第２の表面は高さのＲＭＳ変動が前記圧電体層の厚さの５％以下である。本発明の一態様においては、前記第２の電極の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの２５％以下である。

本発明の一態様においては、前記第２の電極は中央部と該中央部より厚い外周部とを有する。本発明の一態様においては、前記外周部は前記中央部の周囲に枠状に位置する。本発明の一態様においては、前記第２の電極は前記中央部の厚さ変動が該中央部の厚さの１％以下である。本発明の一態様においては、前記外周部の厚さは前記中央部の高さの１．１倍以上である。本発明の一態様においては、前記外周部は前記第２の電極の外縁から４０μｍまでの距離の範囲内に位置する。本発明の一態様においては、前記中央部の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの２５％以下である。

本発明の一態様においては、前記圧電体層と前記第１の電極と前記第２の電極とからなる挟み込み構造体は、基板の表面に形成された窪みをまたぐように前記基板により縁部が支持されている。本発明の一態様においては、前記基板の表面上には、前記窪みをまたぐように形成された絶縁体層が配置されており、該絶縁体層上に前記挟み込み構造体が形成されている。

更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
圧電体層と、該圧電体層の第１の表面に接合された第１の電極と、前記圧電体層の前記第１の表面と反対側の第２の表面に接合された第２の電極とを有する薄膜音響共振器を製造する方法であって、
基板の表面に窪みを形成し、該窪み内に犠牲層を充填し、該犠牲層の表面を高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下となるように研磨し、前記犠牲層の表面の一部の領域と前記基板の表面の一部の領域とにわたってそれらの上に前記第１の電極を形成し、該第１の電極上に前記圧電体層を形成し、該圧電体層上に前記第２の電極を形成し、前記窪み内から前記犠牲層をエッチング除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記第１の電極を厚さ１５０ｎｍ以下に形成し、該第１の電極の上面を高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下となるようにする。

本発明の一態様においては、前記犠牲層の上に前記第１の電極を形成するに先立って絶縁体層を形成する。

次に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
基板と、該基板上に配置され該基板側の下方電極層及びこれと対をなす上方電極層の間に圧電体薄膜層（圧電体層）を挟み込むように積層してなる挟み込み構造体とを備える薄膜音響共振器であって、
前記挟み込み構造体は更に前記下方電極層と前記基板との間に位置し且つ前記下方電極層と接合された密着電極層を有しており、該密着電極層は前記基板に前記挟み込み構造体の振動を許容するように形成された窪みの周囲において前記基板と接合されていることを特徴とする薄膜音響共振器、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記密着電極層は環状に形成されており、前記密着電極層の前記下方電極層と接する部分の平面面積をＳ１とし、前記下方電極層の平面面積をＳ２としたとき、０．０１×Ｓ２≦Ｓ１≦０．５×Ｓ２の関係が成り立ち、前記上方電極層は前記密着電極層の内側に対応する領域に位置している。

本発明の一態様においては、前記密着電極層はＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａより選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されており、前記下方電極層はＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏより選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されており、前記圧電体薄膜層はＡｌＮまたはＺｎＯで構成されている。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
窪みが形成されている基板の表面において前記窪みの周囲に密着電極層を形成し、該密着電極層より内側の前記窪みに対応する領域にて前記基板の表面上に犠牲層を形成し、該犠牲層の表面を研磨して高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下となるように平滑化し、前記犠牲層及び前記密着電極層の上に下方電極層、圧電体薄膜層及び上方電極層を順次形成し、しかる後に前記犠牲層を除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記犠牲層の形成は、先ず前記基板及び前記密着電極層を覆うように犠牲層材料の層を形成し、次いで該犠牲層材料の層を前記密着電極層の表面が露出するように研磨することで行われ、前記犠牲層の除去はエッチングにより行われ、前記犠牲層としてガラス又はプラスチックを用いる。

本発明者らは、ＡｌＮを主成分とする圧電体薄膜の両面に、弾性率が金、白金、アルミニウム及び銅等の一般的な電極材料に比べて大きく、熱弾性損失が著しく小さいモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする電極を形成し、さらに、前記圧電体薄膜の共振周波数の温度係数と異符号の温度係数を有する酸化シリコン（ＳｉＯ_２）または窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とする絶縁層を振動部に含めて形成することにより、高い電気機械結合係数と高い音響的品質係数とを維持しつつ共振周波数の温度安定性を改善することができることを見出し、本発明に到達した。さらに、窒化アルミニウムを主成分とする圧電体薄膜の厚さをｔとし、前記酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層の厚さ（絶縁層が複数ある場合にはそれらの厚さの合計）をｔ’とした時に、０．１≦ｔ’／ｔ≦０．５好ましくは０．２≦ｔ’／ｔ≦０．４を満たすように各層の厚みを設定することにより、高い電気機械結合係数と高い音響的品質係数とを有し、温度安定性が著しく良好な高性能ＦＢＡＲを実現できることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、
基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、前記圧電積層構造体の一部を含んで振動部が構成されており、前記圧電積層構造体は下部電極（下方電極）、圧電体膜（圧電体層）および上部電極（上方電極）を前記基板の側からこの順に積層してなるものであり、前記基板は前記振動部に対応する領域にて該振動部の振動を許容する空隙を形成している圧電薄膜共振子において、
前記圧電体膜が窒化アルミニウムを主成分とするものであり、前記下部電極および前記上部電極がモリブデンを主成分とするものであり、前記振動部は前記圧電積層構造体に接合された少なくとも１層の酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層の少なくとも一部を含んでなることを特徴とする圧電薄膜共振子、
が提供される。尚、本明細書において、用語「圧電薄膜共振子」は用語「薄膜音響共振器」と同義である。

本発明の一態様においては、前記圧電体膜の厚さｔと前記少なくとも１層の絶縁層の厚さの合計ｔ’とが０．１≦ｔ’／ｔ≦０．５の関係を満たす。

本発明の一態様においては、前記圧電体膜は前記窒化アルミニウムの含有量が９０当量％以上である。本発明の一態様においては、前記絶縁層は前記酸化シリコンまたは窒化シリコンの含有量が５０当量％（モル％）以上である。本発明の一態様においては、前記下部電極及び前記上部電極は前記モリブデンの含有量が８０当量％（モル％）以上である。

本発明の一態様においては、前記絶縁層のうちの１つが前記基板の表面上に形成されている。本発明の一態様においては、前記絶縁層のうちの１つが前記圧電積層構造体の前記基板と反対の側の表面上に形成されている。

本発明の一態様においては、前記基板はシリコン単結晶からなる。本発明の一態様においては、前記上部電極は互いに離隔して形成された第１の電極部と第２の電極部とからなる。

本発明の一態様においては、２．０ＧＨｚ近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数が４．０〜６．５％であり、音響的品質係数が７５０〜２０００であり、共振周波数の温度係数が−２０〜２０ｐｐｍ／℃である。

さらに、本発明によれば、以上のような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が提供され、それらにおいて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、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１および図２は、それぞれ、本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲおよびＳＢＡＲの基本構成を説明するための模式的断面図である。

図１において、ＦＢＡＲ２０は、上方電極２１および下方電極２３を備え、これらは圧電体（ＰＺ）材料の層２２の一部を挟み込んで挟み込み構造を形成している。好適なＰＺ材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。ＦＢＡＲ２０に使用される電極２１，２３は、好適にはモリブデンから作られるが、他の材料を使用することも可能である。

この素子は、薄膜ＰＺ材料内のバルク弾性音響波の作用を利用している。印加電圧により二つの電極２１，２３の間に電界が生ずると、ＰＺ材料は電気エネルギーの一部を音波の形の機械的エネルギーに変換する。音波は電界と同じ方向に伝播し、電極／空気境界面で反射される。

機械的に共振している時、ＰＺ材料の電気エネルギー／機械エネルギー変換機能により、音響共振器は電気共振器としての役割を果す。したがって、素子は、ノッチフィルタとして動作することができる。素子の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが当該音波の半波長と等しくなる周波数で発生する。音波の周波数は電極２１，２３間に印加される電気信号の周波数である。音の速度は光の速度より５〜６桁小さいから、得られる共振器を極めてコンパクトにすることができる。ＧＨｚ帯の用途に対する共振器を、平面寸法が約１００μｍおよび厚さが数μｍのオーダーで構成することができる。

次に、図２を参照してＳＢＡＲについて説明する。ＳＢＡＲ４０は、帯域フィルタと類似の電気的機能を与える。ＳＢＡＲ４０は、基本的には機械的に結合されている二つのＦＢＡＲフィルタである。圧電体層４１の共振周波数で電極４３および４４を横断する信号は、音響エネルギーを圧電体層４２に伝える。圧電体層４２内の機械的振動は、電極４４および４５を横断する電気信号に変換される。

図３〜図８は、本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図（図３〜図６，図８）及び模式的平面図（図７）である。

先ず、図３に示されているように、集積回路製作に利用されている通常のシリコンウェーハ５１に、エッチングにより窪みを形成する。窪みの深さは好適には１．５〜３０μｍ、更に好ましくは１．５〜１０μｍあるいは場合によっては３〜３０μｍである。ＦＢＡＲの挟み込み構造の下の空洞の深さは圧電体層により生ずる変位を許容すればよいことを考えれば、空洞の深さは数μｍあれば十分である。

ウェーハ５１の表面に熱酸化により酸化シリコンの薄層５３を形成し、これにより、その上に以後の工程で形成される犠牲層のＰＳＧからウェーハ５１内に燐が拡散しないようにする。この薄層５３としては、酸化シリコン層の代わりに、低圧ＣＶＤ法により形成した窒化シリコン層を用いてもよい。このようにウェーハ内への燐の拡散を抑制することにより、シリコンウェーハが導体に変換されることが阻止され、作製された素子の電気的動作に対する悪影響をなくすことができる。以上のようにしてウェーハ５１の表面に酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層５３を形成したものを、基板として用いる。即ち、図３は、基板の表面に深さが好適には１．５〜３０μｍ、更に好ましくは１．５〜１０μｍあるいは場合によっては３〜３０μｍの窪み５２を形成した状態を示す。

次に、図４に示されているように、基板の酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層５３上に燐酸石英ガラス（ＰＳＧ）層５５を堆積させる。ＰＳＧは、シランおよびＰ_２Ｏ_５源となる物質を原料に使用して約４５０℃までの温度で堆積され、燐含有量約８％の軟ガラス様物質を形成する。シランの例としては、モノシラン（Ｍｏｎｏｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨ_４）、トリクロルシラン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨＣｌ_３）、テトラメトキシシラン（Ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｍｅｔｈｏｘｉｄｅ：Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４）、テトラエトキシシラン（Ｓｉｌｉｃｏｎｔ ｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）などが挙げられる。Ｐ_２Ｏ_５源となる物質の例としては、Ｐ_２Ｏ_５の他に、ホスフィン（ＰＨ_３）、亜リン酸トリメチル（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｉｔｅ：Ｐ（ＯＣＨ_３）_３）、亜リン酸トリエチル（Ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ：Ｐ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、リン酸トリメチル（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ：ＰＯ（ＯＣＨ_３）_３）、リン酸トリエチル（Ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ：ＰＯ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）などが挙げられる。この低温プロセスは、当業者に周知である。ＰＳＧは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液で非常に高いエッチング速度でエッチングされる非常にクリーンな不活性材料であるから、犠牲層の材料として好適である。以後の工程で実行されるエッチングにおいて１０：１の希釈割合で毎分約３μｍのエッチング速度が得られる。

堆積したままのＰＳＧ犠牲層５５の表面は、原子レベルでみると非常に粗い。したがって、堆積したままのＰＳＧ犠牲層５５は、音響共振器を形成する基体としては不十分である。ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲ形式の音響共振器は、結晶が電極面に垂直な柱状晶をなして成長する圧電材料を必要とする。微細な研磨粒子を含む研磨スラリーを用いてＰＳＧ犠牲層５５の表面を磨いて滑らかにすることにより、優れた結晶の圧電材料の薄膜を形成する。

即ち、図５に示されているように、ＰＳＧ層５５の表面を粗仕上げスラリーで磨くことにより全体的に平面化して、窪み５２の外側のＰＳＧ層の部分を除去する。次に、残っているＰＳＧ層５５を更に微細な研磨粒子を含むスラリーで磨く。代替方法として、磨き時間がかかってもよければ一つの更に微細なスラリーを用いて上記二つの磨きステップを実行してもよい。目標は、鏡面仕上げである。

本発明においては、ＰＳＧ層を研磨する前に、緻密化とリフローとを兼ねて、ＰＳＧ層を高温で熱処理することが好ましい。このＰＳＧ層の熱処理は、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法により行なうことができる。これは、窒素雰囲気中または窒素−酸素混合雰囲気中で７５０℃〜９５０℃の温度で行なわれる。または、高温熱処理を拡散炉またはランプ加熱により行なってもよい。本発明においては、ＰＳＧ層を高温で熱処理することにより、ＰＳＧ層をより緻密な構造にするとともに、その硬度を高める。硬度を高めることにより、その後のＣＭＰ（化学的機械的研磨）において、ＰＳＧ膜表面にスクラッチ等の研磨傷が発生するのを抑制し、表面を良好に平坦化することができる。

以上のようにして窪み５２に対応する位置にＰＳＧ層５５を残留させた基板のクリーニングも重要である。スラリーはウェーハ上に少量のシリカ粗粉を残す。この粗粉を除去せねばならない。本発明の好適な実施形態では、この粗粉除去をポリテックス（Ｐｏｌｙｔｅｘ（商標）：ロデール・ニッタ社）のような堅いパッドの付いた第２の研磨具を使用して行う。その際の潤滑剤として、脱イオン水を使用し、磨いてから最終クリーニングステップの準備が完了するまでウェーハを脱イオン水中に入れておく。基板を、最後の磨きステップと最後のクリーニングステップとの間で乾燥させないように注意する。最後のクリーニングステップは、基板を色々な化学薬品の入っている一連のタンクに漬けることから成る。各タンクに超音波撹拌を加える。このようなクリーニング手段は当業者に周知である。

研磨剤は、シリカ微粒子から構成されている。本発明の好適な実施形態では、シリカ微粒子のアンモニア主体スラリー（ＲｏｄｅｌＫｌｅｂｏｓｏｌ＃３０Ｎ：ローデル・ニッタ社）を利用する。

以上の説明では特定の研磨およびクリーニングの様式を示したが、必要な滑らかさの表面を与えるどんな研磨およびクリーニングの様式をも利用することができる。本発明の好適な実施形態では、最終表面は、原子間力顕微鏡プローブで測った高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）である。

以上のようにして表面をきれいにしてから、図６に示されているように、挟み込み構造体６０の下方電極６１を堆積させる。下方電極６１の好適な材料は、モリブデン（Ｍｏ）である。しかし、下方電極６１を他の材料たとえばＡｌ、Ｗ、Ａｕ、ＰｔまたはＴｉから構成することもできる。その低い熱弾性損失のためモリブデン（Ｍｏ）が好適である。たとえば、Ｍｏの熱弾性損失は、Ａｌの約１／５６である。

下方電極６１の厚さも重要である。厚い層は、薄い層より表面が粗くなる。圧電体層６２の堆積のための滑らかな表面を維持することは、得られる共振器の性能にとって非常に重要である。したがって、下方電極の厚さは、好適には１５０ｎｍ以下である。Ｍｏは好適にはスパッタリングにより堆積される。これにより、表面の高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）のＭｏ層が得られる。

下方電極６１を堆積し終わってから、圧電体層６２を堆積する。圧電体層６２の好適な材料は、ＡｌＮまたはＺｎＯであり、これもスパッタリングにより堆積される。本発明の好適な実施形態では、圧電体層６２の厚さは、０．１μｍから１０μｍの間（好ましくは０．５μｍ〜２μｍ）にある。圧電体層６２の上面は、高さのＲＭＳ変動が圧電体層厚さ（平均値）の５％以下であるのが好ましい。

最後に、上方電極６３を堆積させる。上方電極６３は、下方電極６１と同様な材料から構成され、好適にはＭｏから構成される。

以上のようにして、下方電極６１、圧電体層６２及び上方電極６３からなり、所要の形状にパターニングされた挟み込み構造体６０を形成してから、図７に示されているように、挟み込み構造体６０の端部または挟み込み構造体６０により覆われずに露出している犠牲層５５の部分から、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液でエッチングすることにより、挟み込み構造体６０の下方のＰＳＧをも除去する。これにより、図８に示されているように、窪み５２の上に橋架けされた挟み込み構造体６０が残る。即ち、挟み込み構造体６０は、基板の表面に形成された窪み５２をまたぐように基板により縁部が支持されている。

以上のようにして得られたＦＢＡＲにおいては、犠牲層５５の表面（高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下））に従って、その上に形成された下方電極６１の下面の高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）であり、更に該下方電極６１は厚さが薄いので上面も高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）である。そして、この下方電極６１の上面に従って、その上に形成された圧電体層６２の下面の高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）である。下方電極６１の滑らかな上面は、圧電体層６２の成長核となる結晶構造を備えていないにもかかわらず、形成される圧電体層６２に非常に規則正しい構造のｃ軸配向を形成し優れた圧電特性を与える。

図９〜図１０は、本発明による音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの更に別の実施形態を説明するための模式的断面図である。この実施形態では、上記図３〜５に関し説明したような工程の後に、図９に示されているように、絶縁体層５４を形成する。絶縁体層５４は、たとえばＳｉＯ_２膜であり、ＣＶＤ法により堆積することができる。なお、犠牲層５５の除去のためのエッチング液に対する耐性を考慮すれば、絶縁体層５４としてはＳｉＯ_２膜よりも低圧ＣＶＤ法により形成されたＳｉ_３Ｎ_４膜を使用するほうが好ましい。絶縁体層５４としてＳｉＯ_２膜を使用する場合には、犠牲層５５の除去のためのエッチングの際に、ＳｉＯ_２膜の露出面に適宜のプロテクトを施せばよい。

その上に、上記図６に関し説明したような工程を行って挟み込み構造体６０を形成する。次いで、図１０に示されているように、上記図７及び図８に関し説明したような工程を行って、ＦＢＡＲを得る。その際に、犠牲層５５をエッチング除去するために、挟み込み構造体６０の端部または挟み込み構造体６０により覆われていない絶縁体層５４の部分であって犠牲層５５の上方の部分に適宜の大きさの開口を形成し、該開口からエッチング液を供給する。

本実施形態のＦＢＡＲは、挟み込み構造体６０と空洞５２との間に絶縁体層５４が配置されており、挟み込み構造体６０に加えて絶縁体層５４をも含んで振動部が構成されるので、該振動部の強度が向上し、更に振動部の振動における周波数温度特性が改善される。

絶縁体層５４の厚さｔ’は、好ましくは５０〜１０００ｎｍの範囲内の値である。これは、圧電体層６２の厚さｔに対する絶縁体層５４の厚さｔ’の比ｔ’／ｔが０．１以上０．５以下の範囲内にあることが好ましく、圧電体層６２の厚さｔは上記のように５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にあるのが好ましいからである。比ｔ’／ｔが０．１以上０．５以下の範囲内にあることが好ましい理由としては、ｔ’／ｔを０．１以上とすることで絶縁体層５４を含む振動部の振動における周波数温度特性を改善する効果が高められ、ｔ’／ｔを０．５以下とすることで絶縁体層５４を含む振動部の振動における電気機械結合係数及び音響的品質係数（Ｑ値）の低下を阻止し得るからである。絶縁体層５４の上面は、高さのＲＭＳ変動が例えば２５ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以下）である。

以上の実施形態において、一層高い音響的品質係数（Ｑ値）を得るには、絶縁体層５４や、下方電極６１、圧電体層６２及び上方電極６３の各層における厚さの均一性が一層良好であることが必要である。この厚さの均一性は、上方電極６３の表面のうねり高さに反映される（即ち、上方電極６３の表面のうねり高さが大きい場合には、少なくとも１つの層の厚さ均一性が低い）。そこで、一層高い音響的品質係数（Ｑ値）を得るために、上方電極６３の表面のうねり高さは、圧電体層６２の厚さの２５％以下となるようにするのが好ましい。また、別の観点からは、上方電極６３の表面のうねり高さは、測定長の０．５％以下となるようにする（測定長が１５０μｍの場合には、うねり高さ０．７５μｍ以下）のが好ましい。

以上の実施形態は、ＦＢＡＲに関するものである。しかし、当業者には、以上の説明から、同様なプロセスを用いてＳＢＡＲを作製することが可能であることが明らかであろう。ＳＢＡＲの場合には、もう一つの圧電体層（第２の圧電体層）およびその上の電極（第２の上方電極）を堆積しなければならない。第２の圧電体層は上記実施形態で示されているような「ＦＢＡＲ」の上方電極の上に形成されているから、この上方電極の厚さをも１５０ｎｍ以下に維持して第２の圧電体層を堆積するための適切な表面（第１の圧電体層の下方電極の表面と同様）を与えなければならない。

図１１は、本発明による音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの更に別の実施形態を説明するための模式的断面図であり、図１２はその上方電極の平面図である。この実施形態では、上方電極６３の形状のみ、上記図３〜８に関し説明した実施形態と異なる。

本実施形態では、上方電極６３が中央部６３１と該中央部の周囲に枠状に位置し且つ中央部６３１より肉厚の外周部６３２とを有する。中央部６３１と外周部６３２との境界は段差により形成されている。

外周部６３２の厚さは、中央部６３１の厚さの１．１倍以上であるのが好ましい。また、中央部６３１の厚変動は、該中央部の厚さ（平均値）の１％以下であるのが好ましい。上方電極６３の寸法ａは、例えば１００μｍである。外周部６３２は上方電極６３の外縁から距離ｂまでの範囲内に位置しており、距離ｂは例えば４０μｍまでの値である。

このような上方電極構造とすることで、上方電極外周部での横方向の振動発生を抑制し、音響共振器の振動に余分なスプリアス振動が重なることを防止することができる。その結果、音響共振器およびフィルタの共振特性や品質係数が改善される。

本実施形態では、一層高い音響的品質係数（Ｑ値）を得るために、上方電極６３の中央部６３１の表面のうねり高さは、圧電体層６２の厚さの２５％以下となるようにするのが好ましい。また、別の観点からは、上方電極６３の中央部６３１の表面のうねり高さは、測定長の０．５％以下となるようにするのが好ましい。

本発明の上述の実施形態では、ＰＳＧから構成された犠牲層を利用しているが、犠牲層には他の材料をも使用することができる。たとえば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏｒ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ：ボロン−燐−シリコン−ガラス）または、スピン・ガラスのような他の形態のガラスを利用することもできる。これ以外にも、スピニングにより材料上に堆積できるポリビニール、ポリプロピレン、およびポリスチレンのような、プラスチックがある。堆積したこれら材料の表面は原子的レベルからみて滑らかでないので、これら材料から犠牲層を構成する場合にも、ＰＳＧ犠牲層の場合のように、研磨による表面平滑化が重要である。これらの犠牲層は、有機除去材あるいはＯ_２プラズマエッチングによって取り去ることもできる。

次に、図１３および図１４は、それぞれ、本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲおよびＳＢＡＲの断面図である。

図１３において、ＦＢＡＲ２０は、上方電極層２１、下方電極層２３及び密着電極層２４を備え、これらは圧電体薄膜層２２の一部を挟み込んで挟み込み構造体を形成している。圧電体薄膜層２２の好適な材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。ＦＢＡＲ２０に使用される密着電極層２４は、好適にはＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａから作られるが、他の材料を使用することも可能である。上方及び下方の電極層２１，２３は、好適にはＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏから作られるが、他の材料を使用することも可能である。挟み込み構造体は、基板１１の上面に形成された窪み１２の周囲において該基板１１上に密着電極層２４が位置するようにして、配置されている。

この素子は、圧電体薄膜層内のバルク弾性音響波の作用を利用している。印加電圧により二つの電極２１，２３の間に電界が生ずると、圧電体薄膜は電気エネルギーの一部を音波の形の機械的エネルギーに変換する。音波は電界と同じ方向に伝播し、電極／空気境界面で反射される。

機械的に共振している時、ＰＺ材料の電気エネルギー／機械エネルギー変換機能により、音響共振器は電気共振器としての役割を果たす。したがって、素子は、ノッチフィルタとして動作することができる。素子の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが当該音波の半波長と等しくなる周波数において発生する。音波の周波数は電極２１，２３間に印加される電気信号の周波数である。音波の速度は光の速度より５〜６桁小さいから、得られる共振器を極めてコンパクトにすることができる。ＧＨｚ帯の用途に対する共振器を、平面寸法が約１００μｍ、厚さが数μｍのオーダーの寸法で構成することができる。

次に、図１４を参照してＳＢＡＲについて説明する。ＳＢＡＲ４０は、帯域フィルタと類似の電気的機能を与える。ＳＢＡＲ４０は、基本的には機械的に結合されている二つのＦＢＡＲフィルタである。圧電体薄膜層４２の共振周波数で密着電極層２４及び下方電極層４５と電極層４４とを横断する信号は、音響エネルギーを圧電体薄膜層４１に伝える。圧電体薄膜層４１内の機械的振動は、電極層４４と電極層４３とを横断する電気信号に変換される。

図１５〜図２１は、本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図（図１５〜図２０）及び模式的平面図（図２１）である。

先ず、図１５に示されているように、集積回路製作に利用されている通常のシリコンウェーハ５１に、エッチングにより窪みを形成する。窪みの深さは好適には１．５〜３０μｍ、更に好ましくは１．５〜１０μｍあるいは場合によっては３〜３０μｍである。ＦＢＡＲの挟み込み構造体の下の空洞の深さは圧電体薄膜層により生ずる変位を許容すればよい。したがって、空洞の深さは数μｍあれば十分である。

ウェーハ５１の表面に熱酸化により酸化シリコンの薄層５３を形成し、これにより、その上に以後の工程で形成される犠牲層のＰＳＧからウェーハ５１内に燐が拡散しないようにする。この薄層５３としては、酸化シリコン層の代わりに、低圧ＣＶＤ法により形成した窒化シリコン層を用いてもよい。このようにウェーハ５１内への燐の拡散を抑制することにより、シリコンウェーハが導体に変換されることが阻止され、作製された素子の電気的動作に対する悪影響をなくすことができる。以上のようにしてウェーハ５１の表面に酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層５３を形成したものを、基板として用いる。即ち、図１５は、基板の表面に深さが好適には１．５〜３０μｍ、更に好ましくは１．５〜１０μｍあるいは場合によっては３〜３０μｍの窪み５２を形成した状態を示す。

次に、図１６に示されているように、基板上に窪み５２を取り囲むようにして密着電極層１６１を接合形成する。密着電極層１６１の上面の面積（平面面積）をＳ１とし、その上に形成する下方電極の平面面積をＳ２としたとき、Ｓ１が０．０１×Ｓ２≦Ｓ１≦０．５×Ｓ２の範囲内にあることが好ましい。Ｓ１＜０．０１×Ｓ２の場合には、基板と下方電極との密着力が弱くなり、本発明の効果が十分に発現しなくなる傾向にある。また、Ｓ１＞０．５×Ｓ２の場合には、密着電極層１６１が薄膜音響共振器の動作に影響を与え、良好な共振特性が得られなくなる傾向にある。密着電極層１６１の厚さは、その上に形成する下方電極層を保持するに十分なものであれば良く、例えば２０ｎｍから１μｍまでの範囲内であれば良い。また、密着電極層１６１の材料は、好適には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａより選ばれる少なくとも一種を含みさえすれば良い。

以上のように密着電極層１６１を基板の窪み５２の周囲に設けることで、薄膜音響共振器における横方向の振動発生を抑制し、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリアス振動が重なることを防止することができる。その結果、薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性、品質係数が改善される。また、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏなどからなる下方電極層の中央部の下側には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａなどからなる密着電極層１６１が存在しないため、この部分では下方電極層の配向性及び結晶性を高めることができ、その結果、ロッキングカーブにおける回折ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）が小さく、配向性及び結晶品質に優れた圧電体薄膜層を形成できることが見出された。圧電体薄膜層の高配向性及び良質結晶化により、本発明の薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性及び品質係数が改善される。

さて、次に、図１７に示されているように、密着電極層１６１の形成された基板の酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層５３上にＰＳＧからなる犠牲層５５を堆積させる。上記のように、ＰＳＧは、シランおよびＰ_２Ｏ_５源となる物質を原料に使用して約４５０℃までの温度で堆積され、燐含有量約８％の軟ガラス様物質を形成する。シランの例としては、モノシラン（Ｍｏｎｏｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨ_４）、トリクロルシラン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨＣｌ_３）、テトラメトキシシラン（Ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｍｅｔｈｏｘｉｄｅ：Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４）、テトラエトキシシラン（Ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）などが挙げられる。Ｐ_２Ｏ_５源となる物質の例としては、Ｐ_２Ｏ_５の他に、ホスフィン（ＰＨ_３）、亜リン酸トリメチル（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｉｔｅ：Ｐ（ＯＣＨ_３）_３）、亜リン酸トリエチル（Ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ：Ｐ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、リン酸トリメチル（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ：ＰＯ（ＯＣＨ_３）_３）、リン酸トリエチル（Ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ：ＰＯ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）などが挙げられる。この低温プロセスは、当業者に周知である。ＰＳＧは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液で非常に高いエッチング速度でエッチングされる非常にクリーンな不活性材料であるから、犠牲層の材料として好適である。以後の工程で実行されるエッチングにおいて１０：１の希釈割合で毎分約３μｍのエッチング速度が得られる。

堆積したままのＰＳＧ犠牲層５５の表面は、原子レベルでみると非常に粗い。従って、堆積したままのＰＳＧ犠牲層５５は、薄膜音響共振器を形成する基体としては不十分である。ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲ形式の薄膜音響共振器は、結晶が電極面に垂直な柱状晶を成して成長する圧電体材料を必要とする。微細な研磨粒子を含む研磨スラリーを用いてＰＳＧ犠牲層５５の表面を磨いて滑らかにすることにより、優れた配向性及び結晶品質を持つ下方電極層の形成が可能となり、ひいては優れた配向性及び結晶品質を持つ圧電体薄膜層の形成が可能となる。

即ち、図１８に示されているように、ＰＳＧ犠牲層５５の表面を粗仕上げスラリーで磨くことにより平面化して、密着電極層１６１の上に堆積したＰＳＧ層の部分を除去する。次に、残っているＰＳＧ層５５を更に微細な研磨粒子を含む精密仕上げスラリーを使用して磨くことができる。代替方法として、磨き時間が長くかかっても良ければ、一つの微細な精密仕上げスラリーを二つの磨きステップにて使用することもできる。目標は、「ミラー」状仕上げ（鏡面仕上げ）を実現することである。

本発明においては、ＰＳＧ層を研磨する前に、緻密化とリフローとを兼ねて、ＰＳＧ層を高温で熱処理することが好ましい。このＰＳＧ層の熱処理は、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法により行なうことができる。これは、窒素雰囲気中または窒素−酸素混合雰囲気中で７５０℃〜９５０℃の温度で行なわれる。または、高温熱処理を拡散炉またはランプ加熱により行なってもよい。本発明においては、ＰＳＧ層を高温で熱処理することにより、ＰＳＧ層をより緻密な構造にするとともに、その硬度を高める。硬度を高めることにより、その後のＣＭＰ（化学的機械的研磨）において、ＰＳＧ膜表面にスクラッチ等の研磨傷が発生するのを抑制し、表面を良好に平坦化することができる。

以上のようにして実行された研磨の後の基板のクリーニングも重要である。スラリーは基板上に少量のシリカ粗粉を残すので、この粗粉を除去せねばならない。本発明の好適な実施形態では、このシリカ粗粉の除去をポリテックス（Ｐｏｌｙｔｅｘ（商標）：ロデール・ニッタ社）のような堅いパッドの付いた第２の研磨具を使用して行う。その際の潤滑剤として、脱イオン水を使用し、磨いてから最終クリーニングステップの準備が完了するまで基板を脱イオン水中に入れておく。基板を、最後の磨きステップと最後のクリーニングステップとの間で乾燥させないように注意する。最後のクリーニングステップは、基板を色々な化学薬品の入っている一連のタンクに漬けることから成る。各タンクでは超音波撹拌が加えられる。このようなクリーニング手段は当業者には周知である。

研磨剤は、シリカ微粒子から構成されている。本発明の好適な実施形態では、シリカ微粒子のアンモニア主体スラリー（ＲｏｄｅｌＫｌｅｂｏｓｏｌ＃３０Ｎ：ローデル・ニッタ社）を利用する。

以上の説明では特定の研磨およびクリーニングの様式を示したが、必要な滑らかさの表面を与えるどんな研磨およびクリーニングの様式をも利用することができる。本発明の好適な実施形態では、最終表面は、原子間力顕微鏡プローブで測った高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の表面粗度である。

以上のようにして表面を平滑にし、さらに密着電極層１６１の表面をプラズマエッチングにより清浄化処理した後、図１９に示されているように、挟み込み構造体６０の下方電極層１６２を堆積させる。下方電極層１６２の好適な材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏである。この下方電極層１６２の配向性及び結晶性が、その上に形成される圧電体薄膜層１６３の配向性及び結晶品質に反映される。

下方電極層１６２の厚さも重要である。厚い層は、薄い層より表面が粗くなる。上記のように、圧電体薄膜層１６３の堆積のための滑らかな表面を維持することは、得られる共振器の性能にとって非常に重要である。したがって、下方電極層１６２の厚さは、好適には２００ｎｍ未満である。Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏは好適にはスパッタリングにより堆積される。この方法により、表面の高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の表面粗度の下方電極層１６２が得られる。

下方電極層１６２を堆積し終わってから、下方電極層１６２の周囲に残ったＰＳＧ犠牲層を除去し、圧電体薄膜層１６３を堆積する。圧電体薄膜層１６３の好適な材料は、ＡｌＮまたはＺｎＯであり、これもスパッタリングにより堆積される。本発明の好適な実施形態では、圧電体薄膜層１６３の厚さは、０．１μｍから１０μｍの間、好ましくは０．５μｍから２μｍの間にある。

最後に、上方電極層１６４を堆積させる。上方電極層１６４は、下方電極層１６２と同様な材料から構成され、好適にはＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏから構成される。

以上のようにして、密着電極層１６１、下方電極層１６２、圧電体薄膜層１６３及び上方電極層１６４の接合されたものからなり所要の形状にパターニングされた挟み込み構造体６０を形成してから、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの乾式エッチング法により、上方電極層１６４の周辺部から下方へ向かって、該上方電極層１６４、圧電体薄膜層１６３及び下方電極層１６２を通って犠牲層５５にまで到達するような貫通小孔を開け、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液でエッチングすることにより、挟み込み構造体６０の下方のＰＳＧを除去する。これにより、図２０及び図２１に示されているように、窪み５２の上に橋架けされた挟み込み構造体６０が残る。即ち、挟み込み構造体６０は、基板の表面に形成された窪み５２の周囲に密着電極層１６１が位置し、窪み５２をまたぐようにして、縁部が基板により支持されている。

以上のようにして得られた薄膜音響共振器においては、挟み込み構造体６０の周辺部では密着電極層１６１の分だけ質量が大きくなるので、横方向の振動発生が抑制され、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリアス振動の重なりが生ずるのを防止することができる。また、窪み５２の周囲に密着電極層１６１を形成することにより、従来空洞上に単独では堆積できなかったＡｕ、Ｐｔなどからなる下方電極層を堆積することが可能となり、Ｗ、Ｍｏなどからなる下方電極層についても下地基板との密着性が改善される。

また、以上のような薄膜音響共振器の製造方法によれば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏなどからなる下方電極層１６２の中央部をシリカガラス、燐酸石英ガラスなどのガラス質の犠牲層上に形成するので、従来のＴｉ等からなる密着層上にＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏなどの電極層を全体的に形成する場合よりも、下方電極層の配向性及び結晶性が優れたものとなり、ロッキングカーブにおける回折ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）の小さな良質な結晶膜が得られる。このようにして下方電極層１６２の配向性及び結晶品質を改良することにより、その上に形成される圧電体薄膜層の配向性及び結晶品質の向上が実現される。

以上の実施形態は、ＦＢＡＲに関するものである。しかし、当業者には、以上の説明から、同様なプロセスを用いてＳＢＡＲを作製することが可能であることが明らかであろう。ＳＢＡＲの場合には、もう一つの圧電体層（第２の圧電体層）およびその上の電極層を堆積しなければならない。第２の圧電体層は上記実施形態で示されているような「ＦＢＡＲ」の上方電極層の上に形成されているから、この上方電極層の厚さをも例えば１００ｎｍに維持して第２の圧電体層を堆積するための適切な表面状態を与えるようにする。例えば、高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の表面粗度である平滑な表面とするのが好ましい。

本発明の上述の実施形態では、ＰＳＧから構成された犠牲層を利用しているが、犠牲層には他の材料をも使用することができる。例えば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ：ボロン−燐−シリコン−ガラス）または、スピン・ガラスのような他の形態のガラスを利用することもできる。これ以外にも、スピニングにより基板上に堆積できるポリビニール、ポリプロピレン、およびポリスチレンのようなプラスチックがある。これらの材料から犠牲層を構成する場合にも、ＰＳＧ犠牲層の場合のように、研磨による表面平滑化が重要である。これらの犠牲層は、有機除去材あるいはＯ_２プラズマエッチングによって取り去ることもできる。

次に、図２２は本発明による圧電薄膜共振子（薄膜音響共振器）の実施形態を示す模式的平面図であり、図２３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１１１は基板１１２、該基板１１２の上面上に形成された絶縁層１３及び該絶縁層１３の上面上に接合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下地膜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１１２には、空隙を形成するビアホール１２０が形成されている。絶縁層１３の一部はビアホール１２０に向けて露出している。この絶縁層１３の露出部分、及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）１２１を構成する。また、下部電極１５及び上部電極１７は、振動部１２１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１２１に対応する領域外に位置する。

基板１１２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１１２のビアホール１２０の形成方法としては、基板下面側からの異方性エッチング法が例示される。尚、基板１１２に形成される空隙は、ビアホール１２０によるものには限定されず、振動部１２１の振動を許容するものであればよく、該振動部１２１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。

絶縁層１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）または窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）を主成分とする（好ましくは含有量が５０当量％以上の）誘電体膜である。誘電体膜は、単層からなるものであってもよいし、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。複数層からなる誘電体膜の例としては、ＳｉＯ_２層の片面または両面に窒化シリコン層を付加したものが例示される。絶縁層１３の厚さは、例えば０．２〜２．０μｍである。絶縁層１３の形成方法としては、シリコンからなる基板１１２の表面の熱酸化法やＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法が例示される。

下部電極１５及び上部電極１７は、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする（好ましくは含有量が８０当量％以上の）導電膜である。Ｍｏは熱弾性損失が低い（Ａｌの約１／５６）ことから、特に高周波で振動する振動部を構成するのに好適である。Ｍｏ単体だけでなく、Ｍｏを主成分とする合金を使用することも可能である。下部電極１５及び上部電極１７の厚さは、例えば５０〜２００ｎｍである。下部電極１５及び上部電極１７の形成方法としては、スパッタ法または蒸着法が例示され、更に必要に応じて所要の形状へのパターニングのためにフォトリソグラフィー技術が用いられる。

圧電体膜１６は、ＡｌＮを主成分とする（好ましくは含有量が９０当量％以上の）圧電膜からなり、その厚さは例えば０．５〜２．５μｍである。圧電体膜１６の形成方法としては、反応性スパッタ法が例示され、更に必要に応じて所要の形状へのパターニングのためにフォトリソグラフィー技術が用いられる。

本発明者らは、図２２及び図２３に示す構成でＡｌＮを主成分とする圧電体膜１６を持ち２ＧＨｚ近傍に基本モードの共振を持つＦＢＡＲについて、弾性波の伝搬速度が速いというＡｌＮ薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数及び音響的品質係数を損なうことなく共振周波数の温度安定性を高めるべく、鋭意検討した結果、絶縁層１３としてＳｉＯ_２またはＳｉＮ_ｘを主成分とするものを用い且つ上下部電極１５，１７としてＭｏを主成分とするものを用いることが有効であることを見出した。更に、圧電体膜１６の厚さｔと絶縁層１３の厚さｔ’とが０．１≦ｔ’／ｔ≦０．５好ましくは０．２≦ｔ’／ｔ≦０．４を満たすことにより、電気機械結合係数、音響的品質係数及び共振周波数の温度安定性の全てが一層良好となることを見出した。ｔ’／ｔ＜０．１となると、電気機械結合係数及び音響的品質係数は若干向上する場合があるものの、共振周波数の温度係数の絶対値が大きくなり、ＦＢＡＲとしての特性が低下する傾向にある。また、ｔ’／ｔ＞０．５となると、電気機械結合係数及び音響的品質係数が低下し、共振周波数の温度係数の絶対値が大きくなり、ＦＢＡＲとしての特性が低下する傾向にある。

図２４は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図２５はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、上記図２２及び図２３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、絶縁層１３の他にも、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ_ｘを主成分とする（好ましくは含有量が５０当量％以上の）絶縁層１８が圧電積層構造体１４に接合されている。絶縁層１８は上部電極１７の主体部１７ａ上に形成されている。絶縁層１８は、振動部１２１に対応する領域以外に延びて、圧電体膜１６上にて広い範囲にわたって形成されていてもよい。さらに、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層１８が形成される場合には、絶縁層１３を省略することもできる。但し、この場合、下部電極１５の主体部１５ａを基板１１２の上面におけるビアホール１２０の矩形状開口の２辺を通って該開口内へと延出させ、下部電極１５による振動部１２１の保持を行うことが好ましい。

図２４，２５の実施形態においても、図２２，２３の実施形態と同様の効果が得られる。

図２６は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図２７はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、上記図２２〜図２５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、下部電極１５は矩形状をなしており、上部電極１７は、第１の電極部１７Ａと第２の電極部１７Ｂとからなる。これら電極部１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ主体部１７Ａａ，１７Ｂａと端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂとを有する。主体部１７Ａａ，１７Ｂａは振動部１２１に対応する領域内に位置しており、端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂは振動部１２１に対応する領域外に位置している。

図２８は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図２９はそのＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、上記図２２〜図２７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、下部電極１５は矩形状をなしており、上部電極１７は、第１の電極部１７Ａと第２の電極部１７Ｂとからなる。これら電極部１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ主体部１７Ａａ，１７Ｂａと端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂとを有する。主体部１７Ａａ，１７Ｂａは振動部１２１に対応する領域内に位置しており、端子部１７Ａｂ，１７Ｂｂは振動部１２１に対応する領域外に位置している。本実施形態では、絶縁層１８は第１電極部の主体部１７Ａａ及び第２電極部の主体部１７Ｂａの双方を覆うように形成されている。

図２６，２７の実施形態及び図２８，２９の実施形態においても、図２２，２３の実施形態及び図２４，２５の実施形態と同様の効果が得られる。また、図２６，２７及び図２８図２８，２９の実施形態は、多重モード共振子と呼ばれるものであり、上部電極１７のうちの一方（例えば第２の電極部１７Ｂ）と下部電極１５との間に入力電圧を印加し、上部電極１７のうちの他方（例えば第１の電極部１７Ａ）と下部電極１５との間の電圧を出力電圧として取り出すことができる。

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ｆ_ｒおよび反共振周波数ｆ_ａと電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２との間には、以下の関係
ｋ_ｔ ^２＝φ_ｒ／Ｔａｎ（φ_ｒ）
φ_ｒ＝（π／２）（ｆ_ｒ／ｆ_ａ）
がある。

簡単のため、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２として、次式
ｋ_ｔ ^２＝４．８（ｆ_ａ−ｆ_ｒ）／（ｆ_ａ＋ｆ_ｒ）
から算出したものを用いることができ、本明細書では、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２の数値は、この式を用いて算出したものを用いている。

図２２，２３、図２４，２５、図２６，２７及び図２８，２９に示した構成のＦＢＡＲにおいて、２．０ＧＨｚ近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は４．０〜６．５％である。電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２が４．０％未満になると、作製したＦＢＡＲの帯域幅が小さくなり、高周波域で実用に供することが難しくなる傾向にある。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

［実施例１］
図３〜図８に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、Ｓｉウェーハ５１の表面をＰｔ／Ｔｉ保護膜により被覆し、エッチングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成して、Ｓｉウェーハ５１のエッチングのためのマスクを形成した。その後、Ｐｔ／Ｔｉパターンマスクを用いて湿式エッチングを行い、図３に示されているように、深さ２０μｍで幅１５０μｍの窪みを形成した。このエッチングは、５重量％のＫＯＨ水溶液を用い、液温７０℃で実施した。なお、窪みの深さを３μｍとしてもよい。

その後、Ｐｔ／Ｔｉパターンマスクを除去し、図３に示されているように、熱酸化によりＳｉウェーハ５１の表面に厚さ１μｍのＳｉＯ_２層５３を形成し、Ｓｉウェーハ５１及びＳｉＯ_２層５３からなる基板上に窪み５２の形成されている構造を得た。

次いで、図４に示されるように、窪み５２の形成されているＳｉＯ_２層５３上に、厚さ３０μｍのＰＳＧ犠牲層５５を堆積させた。この堆積は、４５０℃でシラン及びＰ_２Ｏ_５を原料として用いた熱ＣＶＤ法により行った。なお、ＰＳＧ犠牲層５５の厚さを５μｍとしてもよく、熱ＣＶＤ法における原料としてシラン及びリン酸トリメチル（ＰＯ（ＯＣＨ_３）_３）を用いてもよく、更に、堆積したＰＳＧ層を１％酸素／窒素混合雰囲気中で８５０℃にて２０分間熱処理してリフローさせ硬度を高めてもよい。

次いで、図５に示されているようにして、ＰＳＧ犠牲層５５の表面を研磨し、窪み５２以外の領域のＰＳＧ犠牲層５５を除去した。続いて、窪み５２内に残留するＰＳＧ犠牲層５５の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、その表面粗さを高さのＲＭＳ変動が１０ｎｍとなるようにした。

次いで、図６に示されているように、ＰＳＧ犠牲層５５上に厚さ１００ｎｍで寸法２００×２００μｍのＭｏ膜からなる下部電極６１を形成した。Ｍｏ膜の形成は、スパッタガスとしてＡｒを用い、室温でＤＣマグネトロンスパッタ法により行った。そして、リフトオフ法によりＭｏ膜のパターニングを行った。形成されたＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１５ｎｍであった。

次いで、下部電極６１上にＺｎＯ膜からなる１．０μｍ厚の圧電体層６２を形成した。ＺｎＯ膜の形成は、スパッタリングターゲットとしてＺｎＯを用い、スパッタガスとしてＡｒとＯ_２との混合ガスを用い、スパッタガス圧を５ｍＴｏｒｒとし、基板温度４００℃でＲＦマグネトロンスパッタ法により行った。形成されたＺｎＯ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％以下の１１ｎｍであった。湿式エッチングによりＺｎＯ膜を所定形状にパターニングして圧電体層６２を得た。

次いで、圧電体層６２上に、厚さ１００ｎｍのＭｏ膜からなる上部電極６３を形成した。Ｍｏ膜の形成及びパターニングは、下部電極６１の形成の際と同様にした。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．２μｍであった。

次いで、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液でエッチングすることによりＰＳＧ犠牲層５５を除去した。これにより、図８に示されているように、窪み５２の上にＭｏ／ＺｎＯ／Ｍｏの挟み込み構造体６０が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８８．５度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．５度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して上部電極６３と下部電極６１との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数ｋｔ^２を算出した。電気機械結合係数ｋｔ^２は５．５％で、音響的品質係数は７００であった。実施例１において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［比較例１］
ＰＳＧ犠牲層５５の表面粗さを高さのＲＭＳ変動が７０ｎｍとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例１と同様にして音響共振器を作製した。

下部電極６１のＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は８０ｎｍであった。また、ＺｎＯ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％を越える７５ｎｍであった。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、測定長の０．５％を越える１．０μｍであった。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８５．０度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は７．０度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２は３．０％で、音響的品質係数は４００であった。比較例１において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例２］
圧電体層６２としてＺｎＯ膜に代えてＡｌＮ膜からなるものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして音響共振器を作製した。即ち、下部電極６１上にＡｌＮ膜からなる１．２μｍ厚の圧電体層６２を形成した。ＡｌＮ膜の形成は、スパッタリングターゲットとしてＡｌを用い、スパッタガスとしてＡｒとＮ_２との混合ガスを用い、基板温度４００℃でＲＦマグネトロンスパッタ法により行った。形成されたＡｌＮ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％以下の１４ｎｍであった。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．２μｍであった。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８８．５度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．８度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２は６．５％で、音響的品質係数は９００であった。実施例２において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［比較例２］
ＰＳＧ犠牲層５５の表面粗さを高さのＲＭＳ変動が７０ｎｍとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例２と同様にして音響共振器を作製した。

下部電極６１のＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は８５ｎｍであった。また、ＡｌＮ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％を越える８０ｎｍであった。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、測定長の０．５％を越える１．２５μｍであった。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８３．０度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は８．５度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２は３．５％で、音響的品質係数は４５０であった。比較例２において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例３］
図３〜図５，図９〜図１０に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、実施例１と同様にして、図５に示される構造体を得た。但し、窪み５２内に残留するＰＳＧ犠牲層５５の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、その表面粗さを高さのＲＭＳ変動が５ｎｍとなるようにした。

次いで、図９に示されているように、ＰＳＧ犠牲層５５の表面をも覆うように基板上にＣＶＤ法により厚さ５００ｎｍのＳｉＯ_２膜からなる絶縁体層５４を形成した。形成された絶縁体層５４の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１０ｎｍであった。

次いで、絶縁体層５４上に、実施例１と同様にして、図１０に示されているように、Ｍｏ膜からなる下部電極６１を形成した。形成されたＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１５ｎｍであった。

次いで、実施例１と同様にして、下部電極６１上にＺｎＯ膜からなる圧電体層６２を形成した。形成されたＺｎＯ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％以下の１０ｎｍであった。湿式エッチングによりＺｎＯ膜を所定形状にパターニングして圧電体層６２を得た。

次いで、実施例１と同様にして、圧電体層６２上にＭｏ膜からなる上部電極６３を形成した。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．２μｍであった。

次いで、絶縁体層５４の露出している部分にＰＳＧ犠牲層５５に達するバイアホールを開口し、該開口を介して希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液でエッチングすることによりＰＳＧ犠牲層５５を除去した。これにより、図１０に示されているように、窪み５２の上に絶縁体層５４とＭｏ／ＺｎＯ／Ｍｏの挟み込み構造体６０との積層体が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８８．５度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．３度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して上部電極６３と下部電極６１との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数ｋｔ^２を算出した。電気機械結合係数ｋｔ^２は４．５％で、音響的品質係数は６５０であった。実施例３において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［比較例３］
ＰＳＧ犠牲層５５の表面粗さを高さのＲＭＳ変動が７０ｎｍとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例３と同様にして音響共振器を作製した。

絶縁体層５４のＳｉＯ_２膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は８５ｎｍであった。また、下部電極６１のＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は９０ｎｍであった。また、ＺｎＯ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％を越える８５ｎｍであった。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、測定長の０．５％を越える１．０μｍであった。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８３．０度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は９．５度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２は２．８％で、音響的品質係数は３６０であった。比較例３において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例４］
上部電極６３の形成以外は、実施例２と同様にして音響共振器を作製した。即ち、実施例２と同様にして圧電体層６２上に厚さ１００ｎｍのＭｏ膜を形成した後に、その外縁から３０μｍの幅の領域において、更にリフトオフ法により厚さ２０ｎｍのＭｏ膜を形成して、図１１に示されているような上部電極６３を形成した。

上部電極６３の中央部６３１の表面について、測定長さ１００μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．１５μｍであった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数ｋｔ^２は７．５％で、音響的品質係数は９５０であった。実施例４において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例５］
図３〜図８に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、Ｓｉウェーハ５１の表面をＳｉＯ_２保護膜により被覆し、エッチングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成して、Ｓｉウェーハ５１のエッチングのためのマスクを形成した。その後、該マスクを用いて湿式エッチングを行い、図３に示されているように、深さ３μｍで幅１５０μｍの窪みを形成した。このエッチングは、実施例１と同様にして実施した。

その後、湿式エッチングによりＳｉＯ_２パターンマスクを除去し、図３に示されているように、Ｓｉウェーハ５１の表面に厚さ２００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層５３を形成し、Ｓｉウェーハ５１及びＳｉ_３Ｎ_４層５３からなる基板上に窪み５２の形成されている構造を得た。このＳｉ_３Ｎ_４層５３の堆積は、８００℃で、モノシラン（ＳｉＨ_４）及びアンモニア（ＮＨ_３）を原料として用いた低圧ＣＶＤ法により行なった。

次いで、図４に示されているように、窪み５２の形成されているＳｉ_３Ｎ_４層５３上に、厚さ５μｍのＰＳＧ犠牲層５５を堆積させた。この堆積は、４５０℃で、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）及びリン酸トリメチル（ＰＯ（ＯＣＨ_３）_３）を原料として用いた熱ＣＶＤ法により行った。更に、堆積したＰＳＧ層を１％酸素／窒素混合雰囲気中で８５０℃にて２０分間熱処理してリフローさせて硬度を高めた。

次いで、実施例１と同様にして、図５に示されている構造を得た。但し、研磨粒子の選択により、窪み５２内に残留するＰＳＧ犠牲層５５の表面粗さを高さのＲＭＳ変動が５ｎｍとなるようにした。

次いで、実施例１と同様にして、図６に示されているように、Ｍｏ膜からなる下部電極６１を形成した。形成されたＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１３ｎｍであった。

次いで、実施例２と同様にして、下部電極６１上にＡｌＮ膜からなる１．２μｍ厚の圧電体層６２を形成した。形成されたＡｌＮ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％以下の１０ｎｍであった。

次いで、実施例１と同様にして、圧電体層６２上にＭｏ膜からなる上部電極６３を形成した。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．１５μｍであった。

次いで、実施例１と同様にして、ＰＳＧ犠牲層５５を除去し、これにより、図８に示されているように、窪み５２の上にＭｏ／ＡｌＮ／Ｍｏの挟み込み構造体６０が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８９．５度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は２．２度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して上部電極６３と下部電極６１との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数ｋｔ^２を算出した。電気機械結合係数ｋｔ^２は６．７％で、音響的品質係数は９８０であった。実施例５において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例６］
図３〜図５，図９〜図１０に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、実施例５と同様にして、図５に示される構造を得た。但し、研磨粒子の選択により、窪み５２内に残留するＰＳＧ犠牲層５５の表面粗さを高さのＲＭＳ変動が１０ｎｍとなるようにした。

次いで、図９に示されているように、ＰＳＧ犠牲層５５の表面をも覆うように基板上に厚さ５００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜からなる絶縁体層５４を形成した。このＳｉ_３Ｎ_４膜からなる絶縁体層５４の堆積は、８００℃で、モノシラン（ＳｉＨ_４）及びアンモニア（ＮＨ_３）を原料として用いた低圧ＣＶＤ法により行なった。形成された絶縁体層５４の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１２ｎｍであった。

次いで、絶縁体層５４上に、実施例５と同様にして、図１０に示されているように、Ｍｏ膜からなる下部電極６１を形成した。形成されたＭｏ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は１７ｎｍであった。

次いで、実施例５と同様にして、下部電極６１上にＡｌＮ膜からなる圧電体層６２を形成した。形成されたＡｌＮ膜の表面粗さを測定したところ、高さのＲＭＳ変動は膜厚の５％以下の１５ｎｍであった。

次いで、実施例５と同様にして、圧電体層６２上にＭｏ膜からなる上部電極６３を形成した。上部電極６３の表面について、測定長さ１５０μｍでうねり高さを調べたところ、圧電体層６２の膜厚の２５％以下で且つ測定長の０．５％以下の０．２１μｍであった。

次いで、実施例３と同様にして、ＰＳＧ犠牲層５５を除去し、これにより、図１０に示されているように、窪み５２の上に絶縁体層５４とＭｏ／ＡｌＮ／Ｍｏの挟み込み構造体６０との積層体が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層６２の薄膜ＸＲＤ分析を行ったところ、膜のｃ軸は膜面に対して８８．４度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は２．８度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して上部電極６３と下部電極６１との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数ｋｔ^２を算出した。電気機械結合係数ｋｔ^２は５．２％で、音響的品質係数は７００であった。実施例６において得られたＦＢＡＲの構成および音響共振器としての特性を表１に示す。

［実施例７］
図１５〜図２１に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

まず、Ｓｉウェーハ５１の表面をＳｉＯ_２保護膜により被覆し、エッチングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成し、Ｓｉウェーハ５１のエッチングのためのマスクを形成した。その後、該マスクを用いて湿式エッチングを行い、図１５に示されているように、深さ２０μｍの窪みを形成した。エッチングは、エッチング液として５ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用い、液温７０℃で行った。なお、窪みの深さを３μｍとしてもよい。

その後、熱酸化により、ウェーハ５１の表面に再度ＳｉＯ_２層５３を形成した。これにより、Ｓｉウェーハ５１及びＳｉＯ_２層５３からなる基板上に窪み５２の形成されている構造を得た。

その後、基板の表面（上面）にＣｒ膜を形成し、該Ｃｒ膜のうちの窪み５２の周囲を取り囲む部分のみを環状に残すようにようパターンエッチングした。これにより、図１６に示されているように、窪み５２の周囲を取り囲むようにＣｒ膜からなる密着電極層１６１が形成された。Ｃｒ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。Ｃｒ密着電極層１６１は、上面の下方電極層との接触面となる平面の面積（Ｓ１）が４５００μｍ^２で、膜厚が１００ｎｍとなるように形成された。

その後、図１７に示されているように、窪み５２の形成されているＳｉＯ_２層５３及びＣｒ密着電極層６１の上に、シランおよびホスフィン（ＰＨ_３）を使用して４５０℃でＰＳＧを堆積させた。なお、堆積したＰＳＧ層を１％酸素／窒素混合雰囲気中で８５０℃にて２０分間熱処理してリフローさせ硬度を高めてもよい。

次いで、図１８に示されているように、堆積したＰＳＧの表面を研磨して密着電極層１６１の上のＰＳＧ層の部分を除去し、続いてＰＳＧ層５５の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、逆スパッタリング処理によりＣｒ密着電極層１６１の表面を清浄化した。これにより、ＰＳＧ犠牲層５５の表面は、高さのＲＭＳ変動が８ｎｍとなる表面粗さであった。

その後、図１９に示されているように、Ｃｒ密着電極層１６１及びＰＳＧ犠牲層５５の上に、Ａｕからなる下方電極層１６２を形成した。該下方電極層１６２のパターニングにはリフトオフ法を採用し、Ｃｒ密着電極層１６１の外周縁に対応する外周縁を有する所定形状の下方電極層１６２を得た。Ａｕ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。下方電極層１６２は、平面面積（Ｓ２）が２７２２５μｍ^２で、膜厚が１００ｎｍとなるように形成された。得られたＡｕ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は７ｎｍであった。

次に、下方電極層１６２の周囲に残ったＰＳＧ犠牲層を除去し、下方電極層１６２上にＺｎＯからなる圧電体薄膜層１６３を形成した。ＺｎＯ膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとしてＺｎＯを用い、スパッタガスとしてＡｒ：Ｏ_２が９：１のＡｒ−Ｏ_２混合ガスを用い、スパッタガス圧を５ｍＴｏｒｒとし、基板温度を４００℃として行った。ＺｎＯ膜の膜厚は１．０μｍであった。得られたＺｎＯ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は４ｎｍであった。

続いて、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３を湿式エッチングして、結合電極引き出しに必要な開口部以外はＣｒ密着電極層１６１の外周縁及び下方電極層１６２の外周縁に対応する外周縁を有する所定形状にパターニングした。そして、ＺｎＯ圧電体薄膜１６３上にＡｕからなる上部電極層１６４を形成した。該上部電極層１６４は、リフトオフ法によるパターニングで、外周縁がＣｒ密着電極層１６１の内周縁より内側となるような所定形状とされた（図２１参照）。Ａｕ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。Ａｕ膜の膜厚は１００ｎｍとした。

次いで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、上方電極層１６４の周辺部から下方へ向かって、該上方電極層１６４、圧電体薄膜層１６３及び下方電極層１６２を通って犠牲層５５まで貫通する小さな穴を開け、希釈Ｈ_２Ｏ：ＨＦ溶液でエッチングすることによりＰＳＧ犠牲層５５を除去した。これにより、図２０に示されているように、窪み５２の上にＣｒ／Ａｕ／ＺｎＯ／Ａｕの挟み込み構造体６０が橋架けされた形態を形成した。得られた挟み込み構造体６０について、スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板との間での剥離は観察されなかった。

得られたＺｎＯ圧電体薄膜層１６３について、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、膜のｃ軸は膜面内に対して８８．６度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、（０００２）ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は２．３度であり、良好な配向性を示していた。

また、このようにして得られた図２０及び図２１に示される薄膜音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して、上方電極層１６４と下方電極層１６２及び密着電極層１６１との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２を算出した。このとき、スプリアスは励振せず、電気機械結合係数係数ｋ_ｔ ^２は５．５％で音響的品質係数は１１４５であった。実施例７において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例８］
密着電極層１６１としてＣｒに代えてＴｉからなるものを用いたこと以外は、実施例７と同様にして薄膜音響共振器を作製した。Ｔｉ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとしてＴｉを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。Ｔｉ膜の膜厚は、２０ｎｍとした。得られたＺｎＯ圧電体薄膜層１６３の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は９ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８９．２度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．１度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は５．９％で、音響的品質係数は７７２であった。実施例８において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例９］
下方電極層１６２及び上方電極層１６４としてＡｕに代えてＰｔからなるものを用い且つＣｒ密着電極層１６１の厚みを６０ｎｍとしたこと以外は、実施例７と同様にして薄膜音響共振器を作製した。Ｐｔ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとしてＰｔを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。Ｐｔ膜の膜厚は１００ｎｍとした。得られたＺｎＯ圧電体薄膜層１６３の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は６ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８８．８度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．５度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は５．２％で、音響的品質係数は８９８であった。実施例９において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例１０］
密着電極層１６１としてＣｒに代えてＮｉからなるものを用い、その平面面積Ｓ１を１５０００μｍ^２に広げて下方電極層１６２の平面面積Ｓ２との比率Ｓ１／Ｓ２を０．５５にしたこと以外は、実施例７と同様にして薄膜音響共振器を作製した。Ｎｉ膜の形成は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとしてＮｉを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、基板温度を室温として行った。Ｎｉ膜の膜厚は５０ｎｍとした。得られたＺｎＯ圧電体薄膜層１６３の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は１１ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８９．０度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．９度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は４．８％で、音響的品質係数は７０７であった。実施例１０において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例１１］
上方及び下方の電極層１６２，１６４としてＡｕに代えてＰｔからなるものを用い、圧電薄膜層１６３としてＺｎＯに代えてＡｌＮからなるものを用い、且つＴｉ密着電極層１６１の平面面積Ｓ１を４０００μｍ^２とし厚みを３０ｎｍとしたこと以外は、実施例８と同様にして薄膜音響共振器を作製した。Ｐｔ膜の形成は、実施例９と同様に行った。また、ＡｌＮ膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとしてＡｌを用い、スパッタガスとしてＡｒ：Ｎ_２が１：１のＡｒ−Ｎ_２混合ガスを用い、基板温度を４００℃として行った。ＡｌＮ膜の膜厚は１．４μｍとした。得られたＡｌＮ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は７ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＡｌＮ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して９０．０度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．７度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は６．４％で、音響的品質係数は９８４であった。実施例１１において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例１２］
密着電極層１６１としてＣｒからなるものを用い、上方及び下方の電極層１６２，１６４としてＭｏからなるものを用い、且つＣｒ密着電極層１６１の平面面積Ｓ１を５０００μｍ^２とし厚みを４０ｎｍとしたこと以外は、実施例１１と同様にして薄膜音響共振器を作製した。得られたＡｌＮ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は５ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＡｌＮ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８９．８度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は２．９度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は６．１％で、音響的品質係数は１１４０であった。実施例１２において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［比較例４］
Ｓｉウェーハ５１及びＳｉＯ_２層５３からなる基板上に窪み５２の形成されている構造の上にＰＳＧを堆積させ、その表面を研磨して窪み５２以外の領域のＰＳＧ層の部分を除去し、窪み５２の領域のＰＳＧ層の表面を高さのＲＭＳ変動が３８ｎｍとなるような表面粗さにし、その上にＣｒ膜及びＡｕ膜を形成し、これらの膜を同一形状にパターニングして、密着電極層１６１を下方電極層１６２の全面に接合した形態を得たこと以外は、実施例７と同様にして薄膜音響共振器を作製した。得られたＺｎＯ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は３０ｎｍであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８７．５度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は４．８度と実施例７に比べて２．５度ほどの劣化を示した。

また、このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスが励振し、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は２．５％で、音響的品質係数は４０４であった。比較例４において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［比較例５］
密着電極層１６１を設けなかったこと以外は、比較例４と同様にして薄膜音響共振器を作製した。但し、窪み５２の領域のＰＳＧ層の表面を高さのＲＭＳ変動が３３ｎｍとなるような表面粗さにした。得られたＺｎＯ膜の表面粗さを調べた結果、高さのＲＭＳ変動は２３ｎｍであった。薄膜ＸＲＤ分析を行った結果、ＺｎＯ圧電体薄膜層１６３のｃ軸は膜面内に対して８８．４度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は４．２度であり、スコッチテープによるピーリングテストにおいて、基板と挟み込み構造体６０との間での剥離が観察された。

また、このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスが励振し、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２は３．２で、音響的品質係数は４４６であった。比較例５において得られたＦＢＡＲの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表２に示す。

［実施例１３〜１５］
本実施例では、以下のようにして、図２２，２３に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、厚さ２５０μｍの（１００）Ｓｉ基板１１２の上面及び下面に、熱酸化法により厚さ０．３〜０．６μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を形成した。上面側のＳｉＯ_２層を絶縁層１３とした。また、下面側のＳｉＯ_２層は基板１１２に対する後述のビアホール形成のためのマスクのパターンに形成した。

絶縁層１３の表面に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により厚さ０．１μｍのＭｏ層を形成し、フォトリソグラフィーによりパターン化して下部電極１５を形成した。下部電極１５の主体部１５ａは平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状とした。このＭｏ下部電極１５上に、結晶面がＣ軸に配向した厚さ１．３〜２．０μｍのＡｌＮ薄膜を形成した。ＡｌＮ薄膜の形成は、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ法により行った。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て圧電体膜１６を形成した。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法及びリフトオフ法を使用して、厚さ０．１μｍのＭｏからなる上部電極１７を形成した。上部電極１７の主体部１７ａは平面寸法１４０×１６０μｍの矩形に近い形状とし、下部電極主体部１５ａに対応する位置に配置した。

次に、以上のようにして得られた構造体の上下部電極１５，１７及び圧電体膜１６の形成されている側をＰＭＭＡ樹脂で被覆し、Ｓｉ基板１１２の下面に形成したパターン状ＳｉＯ_２層をマスクとして、振動部１２１に対応するＳｉ基板１１２の部分をＫＯＨ水溶液でエッチング除去して、空隙となるビアホール１２０を形成した。Ｓｉ基板１１２の上面に形成されたビアホール開口の寸法（振動部２１の平面寸法）は、２００×２００μｍであった。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、カスケード・マイクロテック製マイクロ波プローバ及びネットワークアナライザを使用して、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ｆ_ｒおよび反共振周波数ｆ_ａの測定値から、電気機械結合係数ｋ_ｔ ^２や周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑを求めた。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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［実施例１６〜１８］
本実施例では、以下のようにして、図２４，２５に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、上部電極１７の形成の後であってビアホール１２０の形成の前に、上部電極１７上にＲＦマグネトロンスパッタ法により厚さ０．１〜０．３μｍのＳｉＯ_２層を形成し、振動部１２１に対応するようにパターン化して上部絶縁層１８を形成すること、及び、下部絶縁層１３の厚さ及び圧電体膜１６の厚さを表３に示されているようにすること以外は、実施例１３〜１５と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３〜１５と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［実施例１９〜２２］
本実施例では、以下のようにして、図２６，２７に示されている構造の圧電薄膜共振子及び図２８，２９に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、上下部絶縁層１３，１８の厚さ及び圧電体膜１６の厚さを表３に示されているようにすること、及び、上下部電極１５，１７の形状及び寸法を除いて、実施例１３〜１５と同様の工程［実施例１９，２０］及び実施例１６〜１８と同様の工程［実施例２１，２２］を実施した。下部電極１５は振動部１２１に対応する領域を含むように延びている平面寸法１５０×３００μｍの矩形状のものとし、上部電極１７はそれぞれ平面寸法７０×９０μｍの矩形に近い形状の主体部１７Ａａ，１７Ｂａが間隔２０μｍをおいて配置されたものとした。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３〜１５及び実施例１６〜１８と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［実施例２３〜２５］
本実施例では、以下のようにして、図２２，２３に示されている構造の圧電薄膜共振子及び図２４，２５に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、圧電体膜１６の厚さ及び上下絶縁層１３，１８の厚さを表３に示されているようにすることを除いて、実施例１３と同様の工程［実施例２３，２４］及び実施例１６と同様の工程［実施例２５］を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３及び実施例１６と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［比較例６，７］
上下電極層の材料としてＭｏに代えてアルミニウム（Ａｌ）を用い、圧電体膜１６の厚さ及び絶縁層１３の厚さを表３に示されているようにすることを除いて、実施例１３と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［比較例８］
絶縁層１３を振動部１２１に対応する領域外にのみ形成したことを除いて、実施例１３と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

［比較例９，１０］
圧電体膜１６の材料としてＡｌＮに代えて酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用い、圧電体膜１６の厚さ及び絶縁層１３の厚さを表３に示されているようにすることを除いて、実施例１３と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（ＦＢＡＲ）について、実施例１３と同様にして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ｋ_ｔ ^２、周波数温度特性τ_ｆ及び音響的品質係数Ｑは表３に示す通りであった。

以上の結果から、モリブデンを主成分とする電極と窒化アルミニウムを主成分とする圧電体膜とで構成された圧電積層構造体の一部を含む振動部の共振周波数の温度係数とは異符号の温度係数を有する酸化シリコンを主成分とする絶縁層を圧電積層構造体に接合して追加することにより、電気機械結合係数と音響的品質係数を維持したまま共振周波数の温度安定性の良好な圧電薄膜共振子を実現することができ、特に、１ＧＨｚ以上の高周波域で使用されるＶＣＯ（圧電薄膜共振子）、フィルタ、送受切替器に適用した場合に、その性能を著しく向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下という原子レベルで見て平滑な犠牲層表面上に直接または絶縁体層を介して第１の電極を形成し、該第１の電極の表面を高さのＲＭＳ変動が２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下となるようにし、その上に圧電体層を形成するので、第１の電極の結晶性が向上し、これに従って圧電体層の配向性及び結晶品質が著しく改善され、これにより、電気機械結合係数及び音響的品質係数に優れた高性能な薄膜音響共振器が提供される。

また、以上説明したように、本発明によれば、下方電極層と基板との間に密着電極層を設けており、該密着電極層は基板に形成された窪みの周囲において基板と接合されているので、薄膜音響共振器における横方向の振動発生が抑制され、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリアス振動が重なることが防止され、薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性、品質係数が改善される。また、下方電極層の中央部の下側（すなわち密着電極層により囲まれた内側部分）には密着電極層が存在しないため、下方電極層の中央部を極めて平滑度の高い犠牲層表面上にて形成して配向性及び結晶性を高めることができ、これに基づき配向性及び結晶品質に優れた圧電体薄膜層を形成でき、電気機械結合係数や音響品質係数（Ｑ値）などに優れた高性能な薄膜音響共振器が提供される。更に、密着電極層を用いることで、下方電極層と基板との密着性（接合強度）を向上させることができ、下方電極層の材料選択の幅が広くなり、薄膜音響共振器の耐久性を向上させ長寿命化を図ることができる。

更に、以上説明したように、本発明の圧電薄膜共振子によれば、モリブデンを主成分とする電極と窒化アルミニウムを主成分とする圧電体膜と酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層との組み合わせを用いているので、電気機械結合係数、音響的品質係数（Ｑ値）及び周波数温度特性の向上が可能となる。

本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの基本構成を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＳＢＡＲの基本構成を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的平面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明による薄膜音響共振器であるＦＢＡＲの製造方法及びそれにより得られたＦＢＡＲの上方電極の平面図である。 本発明によるＦＢＡＲの模式的断面図である。 本発明によるＳＢＡＲの模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明によるＦＢＡＲ及びその製造方法を説明するための模式的平面図である。 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る。 図２２のＸ−Ｘ断面図である。 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る。 図２４のＸ−Ｘ断面図である。 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る。 図２６のＸ−Ｘ断面図である。 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る。 図２８のＸ−Ｘ断面図である。

Claims (29)

1. 基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、前記圧電積層構造体の一部を含んで振動部が構成されており、前記圧電積層構造体は下部電極、圧電体膜および上部電極を前記基板の側からこの順に積層してなるものであり、前記基板は前記振動部に対応する領域にて該振動部の振動を許容する空隙を形成している圧電薄膜共振子において、
   前記圧電体膜が窒化アルミニウムを主成分とするものであり、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方がモリブデンを主成分とするものであり、前記振動部は前記圧電積層構造体の上面及び下面にそれぞれ接合された絶縁層を含んでなり、
   前記圧電体膜の厚さｔと前記絶縁層の厚さの合計ｔ’とが０．１≦ｔ’／ｔ≦０．５の関係を満たすことを特徴とする圧電薄膜共振子。
2. 前記絶縁層の少なくとも一方が窒化シリコンを主成分とする絶縁層であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
3. 基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、前記圧電積層構造体の一部を含んで振動部が構成されており、前記圧電積層構造体は下部電極、圧電体膜および上部電極を前記基板の側からこの順に積層してなるものであり、前記基板は前記振動部に対応する領域にて該振動部の振動を許容する空隙を形成している圧電薄膜共振子において、
   前記圧電体膜が窒化アルミニウムを主成分とするものであり、前記下部電極および前記上部電極がモリブデンを主成分とするものであり、前記振動部は前記圧電積層構造体に接合された少なくとも１層の窒化シリコンを主成分とする絶縁層の少なくとも一部を含んでなることを特徴とする圧電薄膜共振子。
4. 前記絶縁層のうちの１つが前記基板の表面上に前記空隙をまたぐように形成され、その縁部が前記基板により支持されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
5. 前記絶縁層のうちの１つが前記圧電積層構造体の前記基板と反対の側の表面上に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
6. 前記絶縁層は前記窒化シリコンの含有量が５０当量％以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
7. 前記圧電体膜の厚さｔと前記絶縁層の厚さの合計ｔ’とが０．２≦ｔ’／ｔ≦０．４の関係を満たすことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
8. 前記下部電極の前記圧電体膜の側の表面は高さのＲＭＳ変動が２０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
9. 前記圧電体膜の前記上部電極側の表面は高さのＲＭＳ変動が前記圧電体膜の厚さの５％以下であることを特徴とする、請求項８に記載の圧電薄膜共振子。
10. 前記上部電極の表面のうねり高さは前記圧電体膜の厚さの２５％以下であることを特徴とする、請求項９に記載の圧電薄膜共振子。
11. 前記上部電極は中央部と該中央部より厚い外周部とを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
12. 前記外周部は前記中央部の周囲に枠状に位置することを特徴とする、請求項１１に記載の圧電薄膜共振子。
13. 前記上部電極は前記中央部の厚さ変動が該中央部の厚さの１％以下であることを特徴とする、請求項１１〜１２のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
14. 前記外周部の厚さは前記中央部の高さの１．１倍以上であることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
15. 前記外周部は前記上部電極の外縁から４０μｍまでの距離の範囲内に位置することを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
16. 前記中央部の表面のうねり高さは前記圧電体膜の厚さの２５％以下であることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
17. 前記圧電体膜は前記窒化アルミニウムの含有量が９０当量％以上であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
18. モリブデンを主成分とする前記下部電極及び前記上部電極は前記モリブデンの含有量が８０当量％以上であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
19. 前記基板はシリコン単結晶からなることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
20. 前記上部電極は互いに離隔して形成された第１の電極部と第２の電極部とからなることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
21. ２．０ＧＨｚ近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数が４．０〜６．５％であり、音響的品質係数が７５０〜２０００であり、共振周波数の温度係数が−２０〜２０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。
22. 請求項１〜２１のいずれかに記載の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
    基板の表面に窪みを形成し、該窪み内に犠牲層を充填し、該犠牲層の表面を高さのＲＭＳ変動が２０ｎｍ以下となるように研磨し、前記犠牲層の表面の一部の領域と前記基板の表面の一部の領域とにわたってそれらの上に前記下部電極を形成し、該下部電極上に前記圧電体膜を形成し、該圧電体膜上に前記上部電極を形成し、前記窪み内から前記犠牲層をエッチング除去することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
23. 前記下部電極を厚さ１５０ｎｍ以下に形成し、該下部電極の上面を高さのＲＭＳ変動が２０ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする、請求項２２に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
24. 前記犠牲層の上に前記下部電極を形成するに先立って絶縁体層を形成することを特徴とする、請求項２２または２３に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
25. 前記犠牲層をエッチング除去するに際して、前記下部電極、前記圧電体膜及び前記上部電極により構成される前記圧電積層構造体に小孔を開け、該小孔からエッチング液を導入して、前記犠牲層を除去することを特徴とする、請求項２２に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
26. 請求項１〜２１のいずれかに記載の圧電薄膜共振子を製造する方法であって、
    基板の上に前記下部電極をその表面の高さのＲＭＳ変動が２０ｎｍ以下になるように形成し、該下部電極上に前記圧電体膜を形成し、該圧電体膜上に前記上部電極を形成し、
    かくして得られた前記圧電積層構造体に小孔を開け、該小孔からエッチング液を導入して、前記圧電積層構造体の下方の領域の一部を除去することにより空洞部を形成し、
    前記空洞部の上に橋架けされた圧電積層構造体を有する圧電薄膜共振子を得ることを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
27. 前記圧電積層構造体を構成する前記下部電極、前記圧電体膜および前記上部電極の総てを貫通するように、前記圧電積層構造体に前記小孔を開けることを特徴とする、請求項２５または２６に記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
28. 前記小孔を乾式エッチング法により開けることを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれかに記載の圧電薄膜共振子の製造方法。
29. 前記圧電体膜をその表面の高さのＲＭＳ変動が４〜１１ｎｍとなるように形成することを特徴とする、請求項２２〜２８のいずれかに記載の圧電薄膜共振子の製造方法。

Images