JP2011160232A - 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、大きなｋｔ^２を維持しながら高いＱ値を有する薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタを提供する。
【解決手段】基板６と、基板上に形成される下部電極８と、基板６と下部電極８との間に形成される空隙または音響反射層と、下部電極上に形成される圧電層２と、圧電層上に形成される上部電極１０と、上部電極上に形成される質量負荷層１６とを含む薄膜圧電共振器であって、下部電極８と空隙または音響反射層と圧電層２と上部電極１０とが重なる振動領域が、質量負荷層１６の投影面が形成する領域に内包されており、質量負荷層１６の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極１０の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である薄膜圧電共振器である。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機器の技術分野に属するものであり、薄膜圧電共振器とそれを用いた薄膜圧電フィルタに関する。特に、高い品質係数（Ｑ値）を有するとともにノイズの発生を抑制した薄膜圧電共振器の構造に関するものである。

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い。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。

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）等の圧電薄膜を形成し、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（エアーギャップ）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。

図１４は、従来の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図１４（ａ）は、その模式的平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図１４の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極とを有する。薄膜圧電共振器は、エアーギャップ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。該圧電スタック１２は、圧電薄膜（圧電体層）２と該圧電薄膜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とからなる。

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値が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／２ｔ_０（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、ｔ_０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。

また、薄膜圧電共振器に要求される重要な性能として品質係数（Ｑ値）、電気機械結合係数（ｋｔ^２）の増大がある。Ｑ値を大きくすることにより、ＦＢＡＲフィルタの挿入損失を小さくすることが可能となる。また、ｋｔ^２は薄膜圧電共振器の共振周波数、反共振周波数の周波数間隔を決定する因子であり、ｋｔ^２が大きくなればＦＢＡＲフィルタの通過帯域幅を大きくすることが可能となる。

図１５は一般的な薄膜圧電共振器のインピーダンス特性図（図１５（ａ））とスミスチャート図（図１５（ｂ））である。図中に記載されている共振周波数（ｆｓ）におけるインピーダンス（Ｒｓ）とＱ値（Ｑｓ）、反共振周波数（ｆｐ）におけるインピーダンス（Ｒｐ）とＱ値（Ｑｐ）が主要な特性因子となる。共振周波数、反共振周波数におけるＱ値を大きくするためにはＲｓを小さく、Ｒｐを大きくすることになる。図１５（ｂ）に示すスミスチャート図では、チャート図の左端が共振周波数（ｆｓ）になり、チャート図の右端が反共振周波数（ｆｐ）になる。ｆｓからｆｐの周波数帯（チャート図の上半分）において、チャート図の外周円に接するようになるほど薄膜圧電共振器の特性が良好であることになる。薄膜圧電共振器においては、Ｒｓは主として電極の電気抵抗に因るところが大きく、Ｒｐは主として弾性エネルギーの熱的損失と弾性波の振動領域外への漏洩によるエネルギー損失に因るところが大きい。

特許文献１には、ＡｌＮ薄膜を用いて振動領域の外周部に枠上に上部電極の厚みを増した構造を導入することにより、スプリアス振動の発生を抑制し、Ｑ値に優れる薄膜圧電共振器が得られることが示されている。また、特許文献２には上部電極または下部電極のうちの一方の表面上に位置づけられた環帯とを備え、環帯内の領域は第１の音響インピーダンスを有し、環帯は第２の音響インピーダンスを有し、環帯の外側の領域は第３の音響インピーダンスを有しており、第２の音響インピーダンスは第１および第３の音響インピーダンスより大きい薄膜圧電共振器が示されており、Ｑ値に優れる薄膜圧電共振器が得られることが示されている。

特開２００５−２３６３３７号公報 特開２００６−１０９４７２号公報

特許文献１において、１次厚み縦振動の共振周波数は振動領域中心部の一次厚み縦振動の共振周波数とは異なることを意味している。従って、薄膜圧電共振器のＲＦ信号への応答において、本来必要としていない振動領域外周部の１次厚み縦振動によるピークが発生し、フィルタ特性の劣化を招きやすい。さらに、ｋｔ^２が小さくなる。
また、特許文献２においては、特許文献１と同様に、振動領域の外周部の厚みを厚くしており、特許文献１と同様の問題点がある。

以上のように従来技術においては、スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、高いＱ値と大きなｋｔ^２を有する薄膜圧電共振器を得るという点に関しては、未だ充分ではなく改良の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、大きなｋｔ^２を維持しながら高いＱ値を有する薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタを提供することを目的としている。

本発明は、基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される上部電極と、前記上部電極上に形成される質量負荷層とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である薄膜圧電共振器に関する。

また、本発明は基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される質量負荷層と、前記質量負荷層上に形成される上部電極とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域が、前記上部電極の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である薄膜圧電共振器に関する。
さらに、本発明は、上記の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタに関する。

本発明によれば、スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、大きなｋｔ^２を維持しながら高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を得ることができる。さらに、通過帯域内における挿入損失を低減した薄膜圧電フィルタを得ることができる。

本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示すし、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。 本発明の薄膜圧電共振器の振動領域、緩衝領域、および支持領域を示す模式的平面図である。 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）Ｘ−Ｘ断面図、（ｃ）Ｙ−Ｙ断面図である。 本発明の薄膜圧電共振器の他の一実施形態を示す、（ａ）Ｘ−Ｘ断面図および（ｂ）Ｙ−Ｙ断面図である。 本発明の薄膜圧電共振器の他の一実施形態を示す、（ａ）Ｘ−Ｘ断面図および（ｂ）Ｙ−Ｙ断面図である。 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）Ｘ−Ｘ断面図、（ｃ）Ｙ−Ｙ断面図である。 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）Ｘ−Ｘ断面図、（ｃ）Ｙ−Ｙ断面図である。 本発明の薄膜圧電共振器の作製方法を段階的に示す断面図である。 本発明の薄膜圧電共振器を用いたフィルタの一実施形態であるラダー型フィルタの回路を示す図である。 本発明の薄膜圧電共振器を用いたフィルタの一実施形態であるラティス型フィルタの回路を示す図である。 実施例１で得られた本発明の（ａ）薄膜圧電共振器のインピーダンス特性図および（ｂ）薄膜圧電共振器のスミスチャート図である。 比較例１で得られた本発明の（ａ）薄膜圧電共振器のインピーダンス特性図および（ｂ）薄膜圧電共振器のスミスチャート図である。 実施例２１、比較例１０で得られた薄膜圧電フィルタの通過特性を示す図である。 従来技術の薄膜圧電共振器の一実施形態である。（ａ）は模式的平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。 （ａ）一般的な薄膜圧電共振器のインピーダンス特性図、および（ｂ）一般的な薄膜圧電共振器のスミスチャート図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
[第１の形態（上部電極−質量負荷層）]
本発明の薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される上部電極と、前記上部電極上に形成される質量負荷層とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満であることを特徴とする。

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）、（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図およびＹ−Ｙ断面図である。本発明の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜（圧電層）２と、該圧電薄膜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。前記圧電薄膜２の前記下部電極８と前記上部電極１０に挟まれた部分の外形は楕円形であることが好ましい。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１４という）は、これらの形状には含めないものとする。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の線を延長することにより求められる。質量負荷層１６は、前述のように上部電極上に浮き構造を持つ構成層を形成するために付加されているものであり、また、その材質により厚み方向に見た弾性波エネルギー分布が変化するため、薄膜圧電共振器のQ値およびｋｔ^２が変化する。前記質量負荷層は、ヤング率が１．０×１０^１１Ｎ／ｍ^２以上である材質であることが好ましい。これにより大きなｋｔ^２を維持しながら高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を得ることができる。また、前記質量負荷層の材質の音響インピーダンスをＺ_ｆ、前記上部電極の材質の音響インピーダンスをＺ_ｕとした場合に、０．３＜Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕ＜１．５の関係を満たしていることが好ましい。これにより、大きなｋｔ^２を維持しながら高いＱ値を有する薄膜圧電共振器を得ることができる。

振動領域の形状については、特に制限されない。例えば、楕円や多角形ものが挙げられる。多角形については、平行な辺を持たない多角形が好ましい。これは、横音響モードによるノイズの発生を抑制するためである。薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域４０が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域（４０＋４３）に内包されている。ここで、内包されているとは、図１に示すように振動領域４０のすべてが質量負荷層の投影面が形成する領域（４０＋４３）に完全に包含されている場合や、振動領域４０の一方の端部が質量負荷層の投影面が形成する領域と重なり合う場合も含む概念である。さらに、振動領域４０の投影面が形成する領域は空隙または音響共振器の投影面が形成する領域に内包されていることが好ましい。これは、弾性波エネルギーの漏洩を抑制し高いＱ値を維持するとともに、高い電気機械結合係数（ｋｔ^２）を実現できるからである。

薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出す。これによって、前記質量負荷層の投影面と前記上部電極の投影面とが重なり合わない部分が生じ、質量負荷層の一部が上部電極層から浮いた構造となる。
ここで、質量負荷層の少なくとも一方の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの質量負荷層の２つの先端部のうちの一つをいう。また、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの上部電極の２つの先端部のうちの一つであり、質量負荷層の２つの先端部のうちの一つの端部と同じ方向にあるものをいう。質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出すとは、質量負荷層の端部が上部電極の端部よりも、より外方向に延びていることをいう。
質量負荷層の２つの端部（両端、薄膜圧電共振器上から見た場合には、質量負荷層の外周部のすべてに相当する。）がいずれも、上部電極の端部よりも水平方向に張り出す形態でも良い。

前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である。Ｗ値は、好ましくは１以上１０μｍ以下であり、さらに好ましくは１以上８μｍ以下である。Ｗ値が１５μｍ以上になると、Ｒｐ値とＱ値が小さくなり、実用上好ましくない。ここで、張り出した部分の水平距離（Ｗ）とは、図１で示すとおり、質量負荷層の先端部と上部電極の先端部内の距離の差をいう。
上部電極と質量負荷層の水平方向の位置や形状によって、Ｗは各地点で同じ場合もあるし、異なる場合もある。例えば、Ｗは各地点で同じ場合とは、上部電極と質量負荷層がともに円形や楕円で、中心点が同じで、上部電極が質量負荷層に内包されているような場合である。また、Ｗは各地点で異なる場合とは、例えば、上記のケースで中心点が異なるケースや、上部電極が楕円で、質量負荷層が多角形の場合などである。本発明は、側面のいずれの方向から見た場合においても、張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である。

圧電共振スタック１２は、図２に示すように前記下部電極８と前記上部電極１０とが前記圧電層２を介して互いに対向している振動領域４０と、前記基板６に接する支持領域４８と、前記振動領域４０と前記支持領域４６との間に位置する緩衝領域４２とからなることが好ましい。さらに、前記緩衝領域４２は、厚み方向に前記質量負荷層１６が存在する第１緩衝領域と、前記質量負荷層１６が存在しない第２緩衝領域４４とからなることが好ましい。本発明の薄膜圧電共振器では、特に、前記緩衝領域は、厚み方向に前記質量負荷層が存在する第１緩衝領域と、前記質量負荷層の存在しない第２緩衝領域からなり、前記質量負荷層が、前記第１緩衝領域において前記圧電層に接しないように存在する。
上記構成において、前記質量負荷層は、前記振動領域における厚みと、前記第１緩衝領域、前記第２緩衝領域および前記支持領域における厚みが同じであることが好ましい。これによれば、スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、高いＱ値と大きなｋｔ^２を有するとともに、共振周波数における抵抗値が小さい薄膜圧電共振器を提供することができる。

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い。圧電薄膜（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が挙げられる。この中で、弾性損失が小さい窒化アルミニウムが好ましい。また、下部電極および上電極は、モリブデン、タングステン、ルテニウム、白金、アルミニウムなどの薄膜として製造できる金属材料からなるものでよい。さらに、質量負荷層は、絶縁材料、道電材料などの薄膜として製造できる材料からなるものでよく、好ましくは金属材料からなるものでよい。質量負荷層の具体的な金属材料としては、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

本発明では、このように、前記振動領域と前記支持領域の間に存在する前記緩衝領域が、厚み方向に前記質量負荷層が存在する第１緩衝領域と、前記質量負荷層の存在しない第２緩衝領域からなり、前記質量負荷層が、前記第１緩衝領域において前記圧電層に接しないように存在することにより、高いＱ値と大きなｋｔ^２を有する優れた薄膜圧電共振器が得られる。

図１のような薄膜圧電共振器は、例えば次のように作製することができる。シリコン基板などの半導体基板８上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の成膜技術により絶縁層を形成する。絶縁層がＳｉＯ_２からなる場合には熱酸化により絶縁層を形成することも可能である。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を形成し、湿式エッチング、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて、振動空間４を形成すべき位置に犠牲層を残留させるように、パターニングする。犠牲層としては、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酸化物が適当である。その後、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、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、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。さらに、質量負荷層１６を成膜するとともに前記パターニング技術を用いてパターニングする。続いて、湿式エッチングにより、前記上部電極が端面から僅かにエッチングされ、上部電極の外周形状が質量負荷層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングを行う。エッチャントとしては上部電極を構成している材質へのエッチング速度が大きく、質量負荷層、圧電層などの他の構成層を形成している材質はエッチングされないエッチェントを選択することが好ましい。これにより、上部電極は端部からエッチングされる。その後、前記パターング技術を用いて、上部電極上面から犠牲層にまで達する貫通孔３０を形成した後、該貫通孔３０を介して供給されるエッチング液にて犠牲層２４を除去する。さらに、絶縁層２２のエッチングが可能なエッチング液を選択し、絶縁層をエッチングすることにより、犠牲層と同一パターンで絶縁層をエッチングすることができる。これにより除去された犠牲層及び絶縁層の部分に振動空間４が形成される。

前記上部電極と前記質量負荷層の材質は、異なることが好ましい。また、前記上部電極または前記質量負荷層のうち下位の材質は、上位の材質よりもエッチング速度が大きい材質であることが好ましい。これにより、上部電極または質量負荷層のうち下位の構成層上に浮き構造を持つ上位層を形成する方法として、最終的に除去される構成層を追加するなどの複雑な製造方法を用いる必要が無く、前述のような比較的簡便な手法により目的の構造を形成することができる。

本発明の主要な特徴である質量負荷層の投影面と前記上部電極の投影面とが重なり合わない部分が生じ、質量負荷層の一部が上部電極層から浮いた構造を作製する方法について、図８を用いてより詳細に説明する。図８は本発明の薄膜圧電共振器の作製方法を段階的に示す断面図であり、図１に示すＸ−Ｘ断面図に対応している。図８（ａ）では、パターニングされた下部電極上に圧電層２が、さらに、圧電層２上に上部電極（１０ａ、１０ｂ）がパターニングされた状態を示している。前記上部電極は、１０ａで示された部分が最終形状となる領域であり、１０ｂは後にエッチング除去される領域を示している。つまり、この段階では、上部電極（１０ａ、１０ｂ）は、最終形状より大きめにパターニングされている。その後、（ｂ）に示すように上部電極層（１０ａ、１０ｂ）上に質量負荷層（１６）を成膜する。さらに、パターニング用レジストを塗布、露光、現像を行い、（ｃ）に示すように、所定形状にパターニングレジストをパター二ングする。其のあと、（ｄ）に示すように、質量負荷層１６を上部電極（１０ａ、１０ｂ）と同一形状となるように前記エッチング技術を用いてパターニングする。この際のエッチング法としては、ＲＩＥ、イオンビームエッチングなどのドライエッチング法が所定形状を得やすく好ましい。さらに、上部電極層材質のエッチング速度が大きく、質量負荷層および圧電層をエッチングしないエッチング液を選択し、湿式エッチングを行うことにより、上部電極層が端面からエッチングされる。この際、エッチング時間等を調整し、上部電極の１０ｂの領域がエッチングされるように制御することにより、（ｆ）に示すように質量負荷層が圧電層に接していない構造を作製することができる。

[第２の形態（質量負荷層−上部電極）]
本発明の別の実施形態である薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される質量負荷層と、前記質量負荷層上に形成される上部電極とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域が、前記上部電極の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満であることを特徴とする。第２の実施形態は、第１の実施形態の上部電極と質量負荷層の上下の位置が反対である。

振動領域の形状については、特に制限されない。例えば、楕円や多角形ものが挙げられる。多角形については、平行な辺を持たない多角形が好ましい。これは、横音響モードによるノイズの発生を抑制するためである。薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域４０が、前記上部電極の投影面が形成する領域（４０＋４３）に内包されている。ここで、内包されているとは、図１に示すように振動領域４０のすべてが上部電極の投影面が形成する領域（４０＋４３）に完全に包含されている場合や、振動領域４０の一方の端部が上部電極の投影面が形成する領域と重なり合う場合も含む概念である。さらに、振動領域４０の投影面が形成する領域は空隙または音響共振器の投影面が形成する領域に内包されていることが好ましい。これは、弾性波エネルギーの漏洩を抑制し高いＱ値を維持するとともに、高い電気機械結合係数（ｋｔ^２）を実現できるからである。

薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出す。これによって、前記上部電極の投影面と質量負荷層の投影面とが重なり合わない部分が生じ、上部電極層の一部が質量負荷層から浮いた構造となる。
ここで、上部電極の少なくとも一方の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの上部電極の２つの先端部のうちの一つをいう。また、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの質量負荷層の２つの先端部のうちの一つであり、前記上部電極質量負荷層の２つの先端部のうちの一つの端部と同じ方向にあるものをいう。上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出すとは、上部電極の端部が質量負荷層の端部よりも、より外方向に延びていることをいう。
上部電極の２つの端部（両端、薄膜圧電共振器上から見た場合には、上部電極の外周部のすべてに相当する。）がいずれも、質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出す形態でも良い。

前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である。Ｗ値は、好ましくは１以上１０μｍ以下であり、さらに好ましくは１以上８μｍ以下である。Ｗ値が１５μｍ以上になると、Ｒｐ値とＱ値が小さくなり、実用上好ましくない。ここで、張り出した部分の水平距離（Ｗ）とは、図１で示すとおり、上部電極の先端部と質量負荷層の先端部内の距離の差をいう。
質量負荷層と上部電極の水平方向の位置や形状によって、Ｗは各地点で同じ場合もあるし、異なる場合もある。例えば、Ｗは各地点で同じ場合とは、質量負荷層と上部電極とがともに円形や楕円で、中心点が同じで、質量負荷層が上部電極に内包されているような場合である。また、Ｗは各地点で異なる場合とは、例えば、上記のケースで中心点が異なるケースや、質量負荷層が楕円で、上部電極が多角形の場合などである。本発明は、側面のいずれの方向から見た場合においても、張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である。

図３は本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示し、図３（ａ）はその模式的平面図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図およびＹ−Ｙ断面図である。本発明の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜（圧電層）２と、圧電層上に設けられた質量負荷層１６と、圧電薄膜及び質量負荷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。前記圧電薄膜２の前記下部電極８と前記質量負荷層１６に挟まれた部分の外形は楕円形である。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１４という）は、これらの形状には含めないものとする。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の線を延長することにより求められる。

図３の実施形態における圧電共振スタック１２は、前記下部電極８と前記質量負荷層１６とが前記圧電層２を介して互いに対向している領域を振動領域４０としており、この点が図１の実施形態とは異なる。また、本実施形態における圧電共振スタックは、さらに前記基板６に接する支持領域４６と、前記振動領域４０と前記支持領域４６との間に位置する緩衝領域４２とからなり、前記緩衝領域４２は、厚み方向に前記上部電極１０が存在する第１緩衝領域４３と、前記上部電極１０が存在しない第２緩衝領域４４とからなることが好ましい。本発明の薄膜圧電共振器では、特に、前記緩衝領域は、厚み方向に前記上部電極が存在する第１緩衝領域と、前記上部電極の存在しない第２緩衝領域からなり、前記上部電極が、前記第１緩衝領域において前記圧電層に接しないように存在する。

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い。圧電薄膜（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く、好ましくは弾性損失が小さい窒化アルミニウムが好ましい。また、下部電極および上部電極は、モリブデン、タングステン、ルテニウム、白金、アルミニウムなどの薄膜として製造できる金属材料からなるものでよい。さらに、質量負荷層は、絶縁材料、導電材料などの薄膜として製造できる材料からなるものでよく、好ましくは金属材料からなるものでよい。

本発明では、このように、前記振動領域と前記支持領域の間に存在する前記緩衝領域が、厚み方向に前記上部電極が存在する第１緩衝領域と、前記上部電極の存在しない第２緩衝領域からなり、前記上部電極が、前記第１緩衝領域において前記圧電層に接しないように存在することにより、高いＱ値と大きなｋｔ^２を有する優れた薄膜圧電共振器が得られる。

図３のような薄膜圧電共振器は、例えば次のように作製することができる。シリコン基板などの半導体基板８上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の成膜技術により絶縁層を形成する。絶縁層がＳｉＯ_２からなる場合には熱酸化により絶縁層を形成することも可能である。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を形成し、湿式エッチング、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて、振動空間４を形成すべき位置に犠牲層を残留させるように、パターニングする。犠牲層としては、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酸化物が適当である。その後、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、質量負荷層１６を成膜するとともに、湿式エッチング、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、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。さらに、上部電極１０を成膜するとともに前記パターニング技術を用いてパターニングする。続いて、湿式エッチングにより、前記質量負荷層が端面から僅かにエッチングされ、質量負荷層の外周形状が上部電極のそれより僅かに小さくなるようにエッチングを行う。エッチャントとしては質量負荷層を構成している材質へのエッチング速度が大きく、上部電極層、圧電層などの他の構成層を形成している材質はエッチングされないエッチェントを選択することにより、質量負荷層は端部からエッチングされる。その後、前記パターング技術を用いて、上部電極上面から犠牲層にまで達する貫通孔１８を形成した後、該貫通孔１８を介して供給されるエッチング液にて犠牲層を除去する。さらに、絶縁層のエッチングが可能なエッチング液を選択し、絶縁層をエッチングすることにより、犠牲層と同一パターンで絶縁層をエッチングすることができる。これにより除去された犠牲層及び絶縁層の部分に振動空間４が形成される。

[第３の形態（音響反射層）]
図４は、本発明の薄膜圧電共振器の他の実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、エアーギャップ４の代わりに、音響反射層２２を設けている点がこれまでの態様とは異なる。尚、図４においては、上部電極の上部に質量負荷層を設けている（図１に対応）が、質量負荷層の上部に上部電極を設ける（図３に対応）構成とすることができる。

図４に示すような薄膜圧電共振器は、例えば次のようにして作製することができる。シリコン基板などの基板６上にスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などの成膜技術、または熱酸化法により絶縁層を形成した後、湿式エッチング等の技術により絶縁層および基板６にピット部を形成した後、前述の成膜技術により音響反射層３４を形成する。その後、ＣＭＰ法などの平坦化技術により基板上の絶縁層および音響反射層３４の全体表面を平坦化し、ピット部内にのみ音響反射層３４が堆積された形態とする。音響反射層３４において、低インピーダンス層としてＳｉＯ_２やＡｌＮなどの音響インピーダンスの小さな材料が好ましく、高インピーダンス層としてはＭｏ、Ｗ、Ｔａ_２Ｏ_５などの音響インピーダンスの大きな材料が好ましい。音響反射層２２は、低インピーダンス層と高インピーダンス層とを、それぞれの厚みが弾性波の４分の１波長に相当するように交互に積層することにより、作製される。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、ＲＩＥ、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。さらに、質量負荷層１６を前述の成膜技術で成膜するとともに、前述のパターニング技術を用いてパターニングする。その後、湿式エッチングにより、前記上部電極が端面から僅かにエッチングされ、上部電極の外周形状が質量負荷層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングを行う。

[第４の形態（誘電体層）]
本発明における薄膜圧電共振器は、図５に示すように、下部電極の下側に誘電体層１８を、上部電極の上面に誘電体層２０を有した実施形態もある。下部誘電体層２２及び上部誘電体層２４としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ（ここで、ｘ及びｙは例えば、０．９＜ｘ＜１．４、０．１＜ｙ＜０．５を満たす。））、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、およびサイアロン（ＳｉＡlＯＮ）などの比較的弾性率の大きな材料からなるものが好ましく、これらからなる群より選択される少なくとも一種の材質を主成分とする誘電体層から形成されることが好ましい。その他は図１と同様であり、同様の方法にて作製する。尚、図５においては、上部電極の上部に質量負荷層を設けている（図１に対応）が、質量負荷層の上部に上部電極を設ける（図３に対応）構成とすることができる。また、エアーギャップ４の代わりに、音響反射層２２を設けることもできる。

図５に示す下部誘電体層２２および／又は上部誘電体層２４を有した薄膜圧電共振器であっても、図１から図４までのそれぞれの実施形態の薄膜圧電共振器と同様に、高いＱ値と大きなｋｔ^２を有する薄膜圧電共振器を得ることができる。さらに、下部誘電体層２２および／又は上部誘電体層２４を設けることにより、下部電極８および／又は上部電極１０を保護することができる。

[第５の形態（質量負荷層の拡張）]
本発明における薄膜圧電共振器は、図６に示すように、振動領域、緩衝領域および支持領域にまで質量負荷層を拡張した実施形態もある。質量負荷層１６が金属材料からなる場合には、緩衝領域および支持領域上に質量負荷層１６を拡張することにより、接続導体１４における電気抵抗を小さくすることが可能となり、薄膜圧電共振器の共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｓ）を小さくでき、Ｑ値（Ｑｓ）を大きくできる。エアーギャップ４の代わりに、音響反射層２２を設けることもできる。

[第６の形態（環帯構造）]
本発明における薄膜圧電共振器は、図７に示すように、振動領域の外周部に凸状の環帯構造を設けた実施形態もある。環帯物が、前記上部電極または前記質量負荷層のうち上位にある上部電極または質量負荷層の上部に形成される。振動領域の外周部に凸状の環帯構造を設けることにより、反共振周波数（ｆｐ）におけるＱ値がさらに大きくなり好ましい。より好ましくは、環帯物は振動領域の外周に沿って形成され、その幅は３μｍ以下とすることができる。また、環帯部中心側端面がスロープ形状とすることにより、共振周波数近傍のノイズが低減され好ましい。より好ましくは、基板の上面に対するスロープの角度が６０°以下とすることができる。エアーギャップ４の代わりに、音響反射層２２を設けることもできる。

図７のような薄膜圧電共振器は、例えば次のように作製することができる。シリコン基板などの半導体基板８上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の成膜技術により絶縁層を形成する。絶縁層がＳｉＯ_２からなる場合には熱酸化により絶縁層を形成することも可能である。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を用いて、振動空間４を形成すべき位置に犠牲層を残留させるように、パターニングする。犠牲層としては、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酸化物が適当である。その後、スパッタリング法、蒸着法などの成膜方法で下部電極１０、圧電層２、上部電極１２を成膜するとともに、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を用いて各層をパターニングする。さらに、質量負荷層１６を成膜するとともに前記パターニング技術を用いてパターニングする。続いて、湿式エッチングにより、前記上部電極が端面から僅かにエッチングされ、上部電極の外周形状が質量負荷層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングを行う。さらに、凸状の環帯構造となる層を、前記製膜技術を用いて成膜するとともに、前記パターニング技術を用いてパターニングする。この際、環帯部の中心側端面がスロープ状になるようにパターニング条件を制御することが好ましい。その後、前記パターング技術を用いて、上部電極上面から犠牲層にまで達する貫通孔１８を形成した後、該貫通孔１８を介して供給されるエッチング液にて犠牲層を除去する。さらに、絶縁層のエッチングが可能なエッチング液を選択し、絶縁層をエッチングすることにより、犠牲層と同一パターンで絶縁層をエッチングすることができる。これにより除去された犠牲層及び絶縁層の部分に振動空間４が形成される。
上記においては、さまざまな実施形態を説明した。本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。

[薄膜圧電フィルタ]
本発明の薄膜圧電共振器を複数使用することによって、通過帯域での挿入損失を低減した薄膜圧電フィルタを構成することができる。薄膜圧電フィルタの実施形態としては、図９に示す薄膜圧電共振器をラダー型に配置したフィルタ、図１０に示す薄膜圧電共振器をラティス型に配置したフィルタがあるが、これに限定されるものではない。

図９に示したラダー型フィルタは、入出力ポートに直列に接続された直列薄膜圧電共振器（１３１、１３３、１３５、１３７）と、直列薄膜圧電共振器間のノードと接地との間に接続される並列薄膜圧電共振器（１３２、１３４、１３６、１３８）とからなる。直列薄膜圧電共振器の共振周波数をｆｓ１、反共振周波数をｆｐ１、並列薄膜圧電共振器の共振周波数をｆｓ２、反共振周波数をｆｐ２とした場合、ｆｓ１とｆｐ２が帯域通過フィルタの中心周波数近傍になるように設定される。従って、直列薄膜圧電共振器の共振周波数近傍での共振器性能（Ｒｓ、Ｑｓ）、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数近傍での共振器性能（Ｒｐ、Ｑｐ）が帯域通過フィルタの通過帯域での性能に大きく影響することになる。前述したように本発明における薄膜圧電共振器は、反共振周波数におけるＲｐを高くし、Ｑｐを大きくできる特徴を有しており、通過帯域での挿入損失を低減した薄膜圧電フィルタを得ることができる。

表１に本発明の実施例および比較例の実施条件を、表２に得られた薄膜圧電共振器の電気特性を示す。

（実施例１）［上部電極−質量負荷層］
シリコン基板上に、絶縁層として熱酸化法により２μｍのＳｉＯ_２を形成し、その後、絶縁層上にスパッタリング法により犠牲層として５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）を成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。さらに、スパッタリング法により下部電極として厚みが３００ｎｍのＭｏを成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。スパッタリング法により下部電極上に圧電層として厚みが１２００ｎｍのＡｌＮを成膜した。その後、圧電層上に上部電極層として厚みが２５０ｎｍのＭｏ（音響インピーダンス（Ｚ_ｕ）は６．９×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓである。）をスパッタリング法を用いて製膜し、ドライエッチング法によりパターニングした。さらに、スパッタリング法により上部電極層の上に質量負荷層として厚みが５０ｎｍのＲｕ（ヤング率は４．４×１０^１１Ｎ／ｍ²であり、音響インピーダンス（Ｚ_ｆ）は８．６×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓである。）を成膜するとともにイオンビームエッチング法を用いてパターニングした。Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕは１．２５である。続いて、硝酸、硫酸混合水溶液を用いて湿式エッチングにより、前記上部電極が端面から僅かにエッチングされ、上部電極の外周形状が質量負荷層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングした。上部電極形状は楕円形で、長軸径ａが１０７μｍ、短軸径ｂが７２μｍとし、張り出した部分の水平距離（Ｗ）を１μｍとした。その後、ドライエッチング法を用いて、質量負荷層上面から犠牲層にまで達する一辺が５μｍの正方形である貫通孔を形成した後、貫通孔を介してフッ酸水溶液にて犠牲層および絶縁層を除去した。これにより、振動領域が楕円形で、長軸径ａが１０７μｍ、短軸径ｂが７２μｍの図１記載の薄膜圧電共振器を作製した。

図１１（ａ）にこのようにして形成した共振器のインピーダンスの周波数特性と、図１１（ｂ）にスミスチャート図を示す。共振周波数から反共振周波数の間の周波数帯およびその周辺においては、ノイズの発生が抑制されおり、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２３００Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）は、１３２０であり高い値を示した。尚、図１１（ａ）、（ｂ）で示されるノイズについては、ノイズレベルは「小」とした。

（実施例２〜５）［上部電極−質量負荷層（Ｗの変更）］
張り出した部分の水平距離（Ｗ）を４〜１０μｍとした以外は実施例１と同様とした図１の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極を端面からエッチングする際のエッチャントとしては、硝酸、硫酸混合水溶液を用いてエッチングすることによりエッチングすることができ、エッチング時間を制御することで張り出した部分の水平距離（Ｗ）を制御した。表２に示されているように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２０００〜２４４０Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）は１２５０〜１４２０であり高い値を示した。Ｗが１から８μｍの場合のＲｐとＱｐ値は、Ｗが１０μｍの場合と比べて、特に高い値を示し良好であることが明らかとなった。また、共振周波数から反共振周波数の間の周波数帯およびその周辺におけるノイズの大きさは、表２のノイズレベルに示すように小さく、ノイズの発生を抑制できていることがわかる。

（比較例１）
張り出した部分の水平距離（Ｗ）を１５μｍとした以外は実施例１と同様とした図１の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極を端面からエッチングする際のエッチャントとしては、硝酸、硫酸混合水溶液を用いてエッチングすることによりエッチングすることができ、エッチング時間を制御することで張り出した部分の水平距離（Ｗ）を制御した。図１３（ａ）にこのようにして作製した薄膜圧電共振器のインピーダンスの周波数特性と、図１３（ｂ）にスミスチャート図を示す。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は１５８０Ωで実施例１〜５と比較して小さくなっていることがわかる。また、Ｑ値（Ｑｐ）は９８０で実施例１〜５と比較して小さくなっている。

（比較例２〜４）
張り出した部分の水平距離（Ｗ）を−４〜０μｍとした以外は実施例１と同様とした図１の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極のサイズに比べ、質量負荷層のそれが大きい場合にマイナスとして表記した。実施例１とほぼ同様の作製方法にて作製することができるが、質量負荷層を形成した後に上部電極層を湿式エッチングにてエッチングする工程を含まない点が実施例１の作製方法と異なる。表２に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は１３４０〜１３８０Ωで実施例１〜５と比較して小さくなっていることがわかる。また、Ｑ値（Ｑｐ）は８１０〜８４０で実施例１〜５と比較して小さくなっている。

（実施例７〜１２）［質量負荷層−上部電極］
シリコン基板上に、絶縁層として熱酸化法により２μｍのＳｉＯ_２を形成し、その後、絶縁層上にスパッタリング法により犠牲層として５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）を成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。さらに、スパッタリング法により下部電極として厚みが３００ｎｍのＭｏを成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。スパッタリング法により下部電極上に圧電層として厚みが１２００ｎｍのＡｌＮを成膜した。その後、圧電層上に質量負荷層として厚みが５０ｎｍのＭｏ（ヤング率は３．２×１０^１１Ｎ／ｍ²であり、音響インピーダンス（Ｚ_ｆ）は６．９×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓである。）をスパッタリング法を用いて製膜し、ドライエッチング法によりパターニングした。さらに、スパッタリング法により質量負荷層の上に上部電極層として厚みが２５０ｎｍのＲｕ（音響インピーダンス（Ｚ_ｕ）は８．６×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓである。）を成膜するとともにイオンビームエッチング法を用いてパターニングした。Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕは０．８０である。続いて、硝酸、硫酸混合水溶液を用いて湿式エッチングにより、前記質量負荷層が端面から僅かにエッチングされ、質量負荷層の外周形状が上部電極層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングした。質量負荷層の形状は楕円形で、長軸径ａが１０７μｍ、短軸径ｂが７２μｍとし、張り出した部分の水平距離（Ｗ）が１〜１０μｍとなるように上部電極サイズを調整した。その後、ドライエッチング法を用いて、上部電極上面から犠牲層にまで達する一辺が５μｍの正方形である貫通孔を形成した後、貫通孔を介してフッ酸水溶液にて犠牲層および絶縁層を除去した。これにより、振動領域が楕円形で、長軸径ａが１０７μｍ、短軸径ｂが７２μｍの図３記載の薄膜圧電共振器を作製した。表２に示されているように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は１９９０〜２４６０Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）は１２３０〜１４２０であり高い値を示した。また、Ｗが１から８μｍの場合のＲｐとＱｐ値は、Ｗが１０μｍの場合と比べて、特に高い値を示し良好であることが明らかとなった。

（比較例５〜８）
張り出した部分の水平距離（Ｗ）を１５、−４〜０μｍとした以外は実施例７〜１２と同様とした図３の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極のサイズに比べ、質量負荷層のそれが大きい場合にマイナスとして表記した。実施例７〜１２とほぼ同様の作製方法にて作製することができるが、上部電極層を形成した後に質量負荷層を湿式エッチングにてエッチングする工程を含まない点が実施例７〜１２の作製方法と異なる。表２に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は１３１０〜１５２０Ωで実施例６〜１０と比較して小さくなっていることがわかる。また、Ｑ値（Ｑｐ）は７９０〜９６０で実施例６〜１０と比較して小さくなっている。

（実施例１３、１４）［質量負荷層の材質の変更１］
質量負荷層の材質をＡｌ（ヤング率＝０．７×１０^１１Ｎ／ｍ^２、音響インピーダンス（Ｚ_ｆ）は１．７×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓ）とした以外は、それぞれ実施例３、４と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕは０．２５である。表２に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２２００、２２１０Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）は１２９０、１３００であり高い値を示した。また、ｋｔ^２はいずれも６．１％と、実施例２、３の６．５％に比べ僅かに低下しおり、質量負荷層のヤング率が１．０×１０^１１Ｎ／ｍ^２以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比（Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕ）が０．３より大きいことが好ましいことがわかる。

（実施例１５、１６）［質量負荷層の材質の変更２］
質量負荷層の材質をＳｉＯ_２（ヤング率＝０．７×１０^１１Ｎ／ｍ^２、音響インピーダンス（Ｚ_ｆ）は１．３×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓ）とした以外は、実施例３、４と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕは０．１９である。表２に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２２３０、２２５０Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）はいずれも１３１０であり高い値を示した。また、ｋｔ^２はいずれも６．２％と、実施例２、３の６．５％に比べ僅かに低下しおり、質量負荷層のヤング率が１．０×１０^１１Ｎ／ｍ^２以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比（Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕ）が０．３より大きいことが好ましいことがわかる。

（実施例１７、１８）［質量負荷層の材質の変更３］
質量負荷層の材質をＡｌ_２Ｏ_３（ヤング率＝３．８×１０^１１Ｎ／ｍ^２、音響インピーダンス（Ｚ_ｆ）は４．２×１０^７Ｋｇ／ｍ^２・ｓ）とした以外は、実施例３、４と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕは０．６１である。表２に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２３７０、２４１０Ωと大きく、Ｑ値（Ｑｐ）は１３００、１３３０であり高い値を示した。また、ｋｔ^２は６．５％と、実施例２、３の６．５％と同等の値であり、質量負荷層のヤング率が１．０×１０^１１Ｎ／ｍ^２以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比（Ｚ_ｆ／Ｚ_ｕ）が０．３より大きいことが好ましいことがわかる。

（実施例１９、２０）［質量負荷層の拡張］
質量負荷層を緩衝領域、支持領域まで拡張した図６記載の薄膜圧電共振器を作製した。その他の条件は実施例３、４と同様とした。表２に得られた薄膜圧電共振器の共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｓ）とＱ値（Ｑｓ）の値と、反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）とＱ値（Ｑｐ）の値とノイズレベルの大きさを示している。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２３７０、２４３０Ωで、Ｑ値（Ｑｐ）は１３００、１４００と大きな値を示した。さらに、共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｓ）は１．１Ωと小さく、Ｑ値（Ｑｓ）は１５９０、１５７０と大きな値を示した。このように、質量負荷層を緩衝領域、支持領域まで拡張することにより、共振周波数におけるＱ値の改善に有効であることがわかる。

（実施例２１、２２）［環帯構造物の設置］
質量負荷層上に凸状の環帯構造物を形成した図７記載の薄膜圧電共振器を作製した。凸状の環帯構造物は、材質がＲｕで、幅（Ｗ’）は３．３μｍで、厚み（Ｔ’）は１００ｎｍとした。その他の条件は実施例３、４と同様とした。表２に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）とＱ値（Ｑｐ）の値とノイズレベルの大きさを示している。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は２６６０、２７２０Ωで、Ｑ値（Ｑｐ）は１４３０、１４４０と大きな値を示した。特に、本実施例におけるＲｐ値は、他の実施例のそれと比べてさらに高いことが明らかとなった。また、共振周波数から反共振周波数の間の周波数帯およびその周辺におけるノイズの大きさは、表２のノイズレベルに示すように、小であり、ノイズの発生を抑制できていることがわかる。

（比較例９）
質量負荷層を有していない図１４の薄膜圧電共振器を作製した。各構成層の厚みは、下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１２００ｎｍ、上部電極をＲｕで厚み２５０ｎｍとした。表２に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス（Ｒｐ）は１３２０Ωで実施例と比較して小さくなっていることがわかる。また、Ｑ値（Ｑｐ）は８２０で実施例と比較して小さくなっている。

（実施例２３）［薄膜圧電フィルタの製造］
図１に示す実施形態で、質量負荷層に関する条件は実施例３と同様とした薄膜圧電共振器を用いて、図９に示すラダー型フィルタの薄膜圧電フィルタを作製した。本実施例では、直列薄膜共振器および並列薄膜圧電共振器に実施例３で示した薄膜圧電共振器の質量負荷層を適用している。薄膜圧電フィルタの通過特性を図１２に示す。質量負荷層を有していない薄膜圧電共振器にて作製した比較例９の薄膜圧電フィルタの通過特性と比べ、通過帯域（１９２０〜１９８０ＭＨｚ）での挿入損失が小さくなっていることがわかる。さらに、通過帯域内におけるノイズの発生はほとんど見られない。

（比較例１０）
図１４に示す形態で、構成層に関する条件は比較例９と同様とした薄膜圧電共振器を用いて、図９に示すラダー型フィルタの薄膜圧電フィルタを作製した。薄膜圧電フィルタの通過特性を図１３に示す。質量負荷層を有している薄膜圧電共振器にて作製した実施例２１の薄膜圧電フィルタの通過特性と比べ、通過帯域（１９２０〜１９８０ＭＨｚ）での挿入損失が大きくなっていることがわかる。

２ 圧電層
４ 振動空間
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 質量負荷層
１８ 下部誘電体層
２０ 上部誘電体層
２２ 絶縁層
２４ 犠牲層
２６ 音響インピーダンス変換器
２８ パターニング用レジスト
３０ 犠牲層エッティング用貫通孔
３２ 凸状の環帯構造体
４０ 振動領域
４２ 緩衝領域
４３ 第１緩衝領域
４４ 第２緩衝領域
４６ 支持領域
１０４、１０６ 入出力ポート
１３１、１３３、１３５、１３７ ラダー型フィルタの直列共振素子（直列薄膜圧電共振子）
１３２、１３４、１３６、１３８ ラダー型フィルタの並列共振素子（並列薄膜圧電共振子）
１４１、１４３ ラティス型フィルタの直列共振素子（直列薄膜圧電共振子）
１４２、１４４ ラティス型フィルタの並列共振素子（並列薄膜圧電共振子）

Claims (6)

1. 基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される上部電極と、前記上部電極上に形成される質量負荷層とを含む薄膜圧電共振器であって、
   薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域に内包されており、
   薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出し、
   前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である薄膜圧電共振器。
2. 基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される質量負荷層と、前記質量負荷層上に形成される上部電極とを含む薄膜圧電共振器であって、
   薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域が、前記上部電極の投影面が形成する領域に内包されており、
   薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出し、
   前記張り出した部分の水平距離（Ｗ）は、０を超え１５μｍ未満である薄膜圧電共振器。
3. 前記Ｗは、１以上１０μｍ以下である請求項１または２記載の薄膜圧電共振器。
4. 前記Ｗは、１以上８μｍ以下である請求項１または２記載の薄膜圧電共振器。
5. 環帯物が、前記上部電極または前記質量負荷層のうち上位にある上部電極または質量負荷層の上部に形成された請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜圧電共振器。
6. 請求項１から５記載の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタ。

Images