WO1998048464A1

WO1998048464A1 - Element piezo-electrique a couche mince

Info

Publication number: WO1998048464A1
Application number: PCT/JP1997/001442
Authority: WO
Inventors: Shusou Wadaka; Koichiro Misu; Tsutomu Nagatsuka; Tomonori Kimura; Shumpei Kameyama
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-10-29
Also published as: EP0952618A1; KR20010073196A; EP0952618A4; JP3839492B2; US20010038255A1; US6963155B1; US7196452B2

Description

明細書薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法及び回路素子技術分野

この発明は、弾性波を利用した共振器、フィルタ等の薄膜圧電素子に関する。また、上記薄膜圧電素子の製造方法に関する。背景技術

薄膜圧電素子は、圧電体材料が電気信号と弾性波との変換作用を行うことを利用して、共振器やフィルタとして動作するものである。

図 3 4，図 3 5，図 3 6及び図 3 7は、例えば、日本国公開特許公報 "特開昭 6 1 - 2 6 9 4 1 0 " (以下、文献 1と記す）に示されている従来のこの種の薄膜圧電素子を示す図である。

図 3 4は、従来のこの種の薄膜圧電素子の構造を示す図である。図 3 5は、図 3 4中の A— A間の断面図である。

図中、 1はガラス基板、 2は酸化亜鉛（Z n O ) からなる圧電薄膜、 3は入力側すだれ状電極、 4は出力側すだれ状電極、 5は電極指、 6はアルミニウム（A 1 ) からなる対向電極である。

図 3 6及び図 3 7は、図 3 4及び図 3 5に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の特性を示す図であり、図 3 6は、音速 V s と規格化膜厚 k h との関係を示す図、図 3 7は、電気機械結合係数 K ² と規格化膜厚 k hとの関係を示す図である。

図 3 8，図 3 9及び図 4 0は、日本国公開特許公報 "特開昭 6 3— 1 8 7 0 8 " (以下、文献 2と記す）に示されている従来のこの種の薄膜圧電素子を示す図である。図 3 8は、図 3 5と同様の断面図である。

図 3 9は、図 3 8に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の音速 V sと規格化膜厚 k hとの関係を示す図、図 4 0は、電気機械結合係数 K ² と規格化膜厚 k hとの関係を示す図である。

図 4 1及び図 4 2は、日本国公開特許公報 "特開平 2— 1 8 9 0 1 1

" (以下、文献 3と記す）に示されている従来のこの種の圧電素子を示す図である。

図中、 5は電極指であり、 7は基板となる圧電体である。

次に、図 3 4〜図 4 2を用いて、動作について説明する。

図 3 4及び図 3 5にて、ガラス基板 1の上に電極指 5が形成され、さらにその上に、酸化亜鉛（Z n O ) からなる圧電薄膜 2が形成されている。入力側すだれ状電極 3に印加された電気信号は、交差する電極指 5 の部分に電界をつくる。上記電界により上記圧電薄膜 2は伸縮し、弾性波を励振する。上記入力側すだれ状電極 3で励振された弾性波は、表面に平行に伝搬し、電界と弾性振動を伴って出力側すだれ状電極 4に至る。上記出力側すだれ状電極 4では、上記弾性波がつくる電界を再び電極指 5が受信し、電気信号に戻す。電気信号と弾性波との変換は可逆性がなりたつので、上記弾性波がつくる電界を電気信号に戻すプロセスは入力側すだれ状電極 3の場合と同じに考えてよい。

図 3 5に示したような圧電薄膜 2中を伝搬する弾性波には、いくつかのモードがある。例えば、表面にエネルギーが集中して表面に平行な方向に伝搬する表面弾性波や、表面に平行な方向に伝搬するバルク波ゃ厚み方向に伝搬するバルク波等の多くのモードが存在する。どのモードの弾性波がどのような強度で励振されるかは、使用する材料及び材料の組み合わせや、各材料の厚み等の物理寸法及ぴ弾性波を励振する電極の構造等により決まる。図 3 5に示した薄膜圧電素子では、表面弾性波を用いている。図 34及び図 3 5に示したような電極指 5の構造は表面弾性波の励振に広く用いられている。

上記入力側すだれ状電極 3に印加された電気信号から上記表面弾性波に変換される効率は、このような薄膜圧電素子の性能に大きく関係する量であり、この変換効率を示す性能指数の一つに電気機械結合係数 K² がある。電気機械結合係数 K² が大きいほど、例えば、より低損失なフィルタを実現できたり、或いは、より広帯域なフィルタを実現できたりする特徴がある。この電気機械結合係数 K² は、使用する材料及び材料の組み合わせや、各材料の厚み等の物理寸法及び弾性波を励振する電極の構造等により決まる。

文献 1に示された従来のこの種の薄膜圧電素子は、ガラス基板 1に密度 p = 5. 7 ±0. 3、ラメ定数 μ = (0. 48 ± 0. 02) X 1 0¹ 'N ² 、ポアソン比 σ = 0. 25の P b O— Β₂ 0₃ 系ガラスを用 —い、電極指 5にアルミニウムを用い、圧電薄膜 2に酸化亜鉛（Ζ ηΟ) を用いている。さらに、厚みは、電極指 5が 0. 1 /zm、圧電薄膜 2が 0. 3〜25. 5 /m、対向電極 6が 0. Ι μηである。このように構成された薄膜圧電素子の特性が、図 36及び図 3 7に示すようになることが文献 1中で述べられている。

図 36は、音速 V sと規格化膜厚 k hとの関係を示す図、図 37は、電気機械結合係数 K² と規格化膜厚 k hとの関係を示す図である。ここで、 hは圧電薄膜 2の厚さ、 kは表面に平行な方向に伝搬する表面弾性波の波数である。規格化膜厚 k hは、波数 kと厚さ hの積である。弾性波の波長をえ、周波数を f とすると、波数 kは（2 πΖλ) または（2 f /V s) であるから、ある一定の周波数 f に固定した場合には、波数 kは一定値であり、横軸の規格化膜厚 k hは厚み hに置き換えて考えることができる。即ち、図 36は、ある一定の周波数 f について考える場合の、圧電薄膜 2の厚み hと音速 V s との関係を示しており、上記厚み hが変化しても、音速 V sはほぼ一定値となることを示している。また、図 3 7は、ある一定の周波数 f について考える場合、圧電薄膜 2の厚み hと電気機械結合係数 K ² との関係を示しており、 k hが 3から 4に至る範囲では、電気機械結合係数 K ² がほぼ最大であり、かつ、一定の値となることを示している。

従って、上記のようにガラス基板 1等の材質を選択することにより、上記圧電薄膜 2の厚みがばらついても、上記薄膜圧電素子の音速 V sや電気機械結合係数 K ² をほぼ一定値にすることができる。音速 V sは、上記薄膜圧電素子の中心周波数に関係し、電気機械結合係数 K ² は上記薄膜圧電素子の挿入損失に大きく関係する。従って、図 3 6，図 3 7は、規格化膜厚 k hが 3から 4の範囲となるような周波数 f 及び上記圧電薄膜 2の厚み hの範囲では、上記薄膜圧電素子は中心周波数や挿入損失がほぼ一定値となることを示している。

図 3 8は、文献 2に示された従来のこの種の薄膜圧電素子を示す図である。図 3 5の場合と同様に、断面図である。

図中、 1はガラス等の基板、 2は酸化亜鉛（Z n O ) 、或いは、窒化アルミニウム（A 1 N ) 等からなる圧電薄膜、 5はすだれ状電極を構成する電極指である。

図 3 8に示した従来のこの種の薄膜圧電素子も図 3 4 , 図 3 5の場合と同様に、表面弾性波を用いている。ガラス基板 1上に電極指 5を構成し、その上に圧電薄膜 2を形成する構造も、図 3 5に示した構造に類似している。しかし、この例では、圧電薄膜 2の上に対向電極 6を形成しない。互いに交差する電極指 5がっくる電界によって表面弾性波が励振されるのも図 3 4，図 3 5に示した場合と同様であるが、上記圧電薄膜 2表面に金属がないため、図 3 4，図 3 5に示した場合とは異なる特性を示す。

図 3 9は、規格化膜厚 k hと音速 V sとの関係を示す図、図 4 0は、規格化膜厚 k hと電気機械結合係数 K ² の関係を示す図である。

図 3 4 , 図 3 5に示した場合と構造や材料が似ているにも関わらず、図 3 6，図 3 7と異なる特性を示すのは、上記圧電薄膜 2表面に金属がないことによる。図 3 9に示す場合は、図 3 6に示した場合と異なり、規格化膜厚 k hが変化すると音速 V sが変化する。一方、電気機械結合係数 ² は規格化膜厚 k hが 2以上の領域で 2以上の大きな値となる。このため、規格化膜厚 k hが 2以上の範囲で圧電薄膜 2の厚み hを変えた場合、音速 V sは変化するが、電気機械結合係数 K ² は大きく変化しない。即ち、薄膜圧電素子の中心周波数を、圧電薄膜 2の厚み hを直接変化させることで調整する。文献 2中では、上記圧電薄膜 2の厚み hの調整手段として、例えば、エッチングにより薄くする方法とスパッタにより厚くする方法を示している。図 3 8に示した構造であれば、上記圧電薄膜 2をエッチングゃスパッタにより変化させても、電極指 5には影響がない。

図 4 1及び図 4 2は、文献 3に示された従来のこの種の圧電素子を示す図である。

この場合は、圧電薄膜 2を使わずに、圧電体 7を使用している。 5は電極指である。

図 4 1に示した従来のこの種の圧電素子は、電極指 5により表面弾性波を励振して用いる表面弾性波素子である。上記電極指 5中を伝搬する表面弾性波は、電極指 5の電気的な境界条件による効果と、電極指 5の質量負荷による効果とにより、上記電極指 5のない領域における音速と異なった音速になることが知られている。図 4 1に示した表面弾性波素子は、電極材料エッチングにより電極指 5の厚みを変化させることで、上記質量負荷効果により音速を変化させ、上記表面弾性波素子の中心周波数の調整を行う。電極指 5の質量負荷効果による周波数の変化については、文献 "電子情報通信学会論文誌 A、 Vol. J74-A, No. 9, pp. 1 359- 1365, 1 9 9 1年 9月" （以下、文献 4と記す）中に詳しく述べられている。

図 4 2に示した従来のこの種の圧電素子では、圧電体 7の電極指 5のない領域をエッチングして削ることにより、中心周波数の調整を行う。図 4 2に示したような圧電体 7表面が削られた構造では、上記圧電体 7 表面の段差の部分で、上記圧電体 7表面を伝搬する表面弾性波がエネルギー蓄積効果による遅延を生じることが知られている。このため、上記段差の大小により、等価的に、弾性表面波素子の中心周波数を調整することができる。このような、圧電体 7表面をエッチングすることによる中心周波数の調整については、文献 "IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-29, No. 6, pp. 299-310, November 1 982" (以下、文献 5と記す）中に詳しく述べられている。

ここで、図 4 3，図 4 4を用いて、圧電薄膜 2や金属電極を成膜する場合について説明する。

圧電薄膜 2や金属電極を成膜する場合、通常の工程では、蒸着ゃスパッタを用いる。これらの成膜方法では、蒸着ゃスパッタのターゲット 8 から見てウェハの中心付近に位置する場合は比較的厚く、ウェハの周辺部に位置する場合は比較的薄く成膜されるため、例えば、図 4 3に示すように、上記ターゲット 8と成膜されるウェハ 9が真空容器 1 0中に 1 対 1で配置された場合、図 4 4に示すように、上記ウェハ 9の中心付近には h _e で示すように厚く、周辺付近には h _e で示すように薄く成膜される。このため、この種の薄膜圧電素子では、ウェハ内での上記圧電薄膜や金属電極の膜厚のばらつきに対する周波数の調整手段が必要であつた発明の開示

以上のように、従来のこの種の薄膜圧電素子では、ガラス基板 1と圧電薄膜 2と電極指 5の各材料の種類と各材料の組み合わせ及び上記ガラス基板 1と上記圧電薄膜 2と上記電極指 5の各厚みを適切な範囲に限定していた。限定することにより、上記圧電薄膜 2の厚みの変化が所定の範囲内で、上記薄膜圧電素子の特性が大きく変化しないように設計することで、製造時の上記圧電薄膜 2の厚みのばらつきに対応していた。しかし、この場合、限定されたガラス基板 1 と圧電薄膜 2と電極指 5の各材料の種類と各材料の組み合わせ及び上記ガラス基板 1 と上記圧電薄膜 2と上記電極指 5の各厚みの場合にしか適用できないため、適用できる薄膜圧電素子に限りがあり、多様な薄膜圧電素子に適用することができないという問題があった。

また、従来のこの種の薄膜圧電素子及ぴ圧電素子では、圧電薄膜 2の厚みや、電極指 5の厚みや、圧電体 7の部分的な厚みを変化させることで、上記薄膜圧電素子及び上記圧電素子の中心周波数を調整していた。通常、この種の薄膜圧電素子ゃ圧電素子は、 1枚のガラス基板 1ゃ圧電体 7からなるウェハ上に多数を配列し、一回のプロセスで多数の素子を作成する。このため、圧電薄膜 2の厚みや、電極指 5の厚みや、圧電体 7の部分的な厚みを変化させる場合、ウェハ単位で厚みの調整を行うか、個々の素子に分離してから素子毎に厚みの調整を行うことになる。上記素子毎に調整を行う場合は、個々の調整費用が素子の価格に直接加わるため、現在のこの種の薄膜圧電素子ゃ圧電素子の価格では現実的な方法ではない。また、ウェハ単位で厚みの調整を行う場合は、ウェハ内に厚みのばらつきが生じた場合には、適用できない。即ち、蒸着ゃスパッタを用いて、圧電薄膜や金属電極を成膜する場合、前述した図 4 4に示したように、上記ウェハ 9の中心付近には厚く、周辺付近には薄く成膜される。このため、この種の薄膜圧電素子では、ウェハ内での上記圧電薄膜や金属電極の膜厚のばらつきに対する周波数の調整手段が不可欠であるが、従来のこの種の薄膜圧電素子では、調整を行うことができない問題があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、製造コストを増大させることなく、ウェハ内でのばらつきに対しても調整が可能な薄膜圧電素子及び薄膜圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る薄膜圧電素子は、半導体基板からなるウェハと、上記半導体基板上に形成された下地電極と、上記下地電極上に形成された圧電薄膜と、上記圧電薄膜上に形成された上部電極とを用いて構成された薄膜圧電素子において、

上記薄膜圧電素子のパターン形状を、上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記上部電極の長さを上記ウェハ上の位置によつて変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記上部電極の幅を上記ウェハ上の位置によつて変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記上部電極を複数有し、上記上部電極間の距離を上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、さらに、上記上部電極に接続されるボンディングパッド部を備え、

上記薄膜圧電素子は、上記ボンディングパッド部の形状を、ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする。上記薄膜圧電素子は、さらに、上記上部電極と上記ボンディングパッド部を接続する引き出し電極を備え、

上記薄膜圧電素子は、上記引き出し電極の形状を、上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記引き出し電極にエアブリッジを用いたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記薄膜圧電素子と同じ上記半導体基板上にコンデンサを備え、上記コンデンサの容量を、上記ウェハ上の位置によつて変えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記半導体基板にガリウム砒素（G a A s) を用い、上記圧電薄膜にチタン酸鉛（P b T i〇₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記半導体基板にシリコン（S i ) を用い、上記圧電薄膜にチタン酸鉛（P b T i 0₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に P ZT (P b T i〇₃ — P b Z r 0₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に酸化亜鉛（Z nO) を用いたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に窒化アルミニウム（A 1 N) を用いたことを特徴とする。

上記半導体基板と、上記下地電極との間に誘電体を備えたことを特徴とする。この発明に係る回路素子は、基板と、上記基板上に複数の素子を形成して構成する回路素子において、

上記基板表面に形成する素子のパターン形状を、上記基板上の位置によって変えたことを特徴とする。

この発明に係る薄膜圧電素子の製造方法は、以下の工程を備えたことを特徴とする。

( a ) 半導体基板からなるウェハ上に下地電極を形成する工程、

( b ) 上記下地電極上に、圧電薄膜を形成する工程、

( c ) 上記圧電薄膜上に、上部電極を形成する工程、

( d ) 上記ウェハ上の位置によって、上記圧電薄膜上に形成する上記上部電極のパターン形状を変える工程。

上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極の長さを上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする。

上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極の幅を上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする。

上記上部電極を形成する工程は、上記上部電極を複数形成し、上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極間の距離を上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする。

上記上部電極を形成する工程は、さらに、上記上部電極とボンディングパッド部とを接続して形成し、

上記パターン形状を変える工程は、上記ボンディングパッド部の形状を、上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする上記上部電極を形成する工程は、さらに、上記上部電極と上記ボンデイングパッド部を引き出し電極で接続する工程を有し、

上記パターン形状を変える工程は、上記引き出し電極の形状を、上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする。

上記パターン形状を変える工程は、上記引き出し電極をェアブリッジで形成する工程を備えたことを特徴とする。

上記薄膜圧電素子の製造方法は、上記薄膜圧電素子と同じ上記半導体 ' 基板上にコンデンサを設ける工程を有し、

上記パターン形状を変える工程は、上記コンデンサの容量を、上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1の薄膜圧電素子を示す図である。図 2は、図 1に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 3は、図 2に示した薄膜圧電素子の断面図である。

図 4は、図 2に示した薄膜圧電素子の等価回路を示す図である。

図 5は、図 2に示した薄膜圧電素子の上部電極付近の断面図である。図 6は、共振周波数を変えた場合の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 7は、この発明の実施の形態 2の薄膜圧電素子を示す図である。図 8は、この発明の実施の形態 2の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 9は、この発明の実施の形態 3の薄膜圧電素子を示す図である。図 1 0は、この発明の実施の形態 3の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 1 1は、この発明の実施の形態 4の薄膜圧電素子を示す図である。図 1 2は、この発明の実施の形態 4の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 1 3は、この発明の実施の形態 5の薄膜圧電素子を示す図である。図 1 4は、この発明の実施の形態 5の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 1 5は、この発明の実施の形態 6の薄膜圧電素子を示す図である。図 1 6は、この発明の実施の形態 6の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 1 7は、この発明の実施の形態 7の薄膜圧電素子を示す図である。図 1 8は、この発明の実施の形態 7の薄膜圧電素子の通過特性計算結果例を示す図である。

図 1 9は、この発明の実施の形態 8の薄膜圧電素子を示す図である。図 2 0は、図 1 9に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 2 1は、図 2 0に示した薄膜圧電素子の断面図である。

図 2 2は、この発明の実施の形態 9の薄膜圧電素子を示す図である。図 2 3は、図 2 2に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 2 4は、図 2 3に示した薄膜圧電素子の断面図である。

図 2 5は、この発明の実施の形態 1 0の薄膜圧電素子を示す図である図 2 6は、図 2 5に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 2 7は、図 2 6に示した薄膜圧電素子の断面図である。

図 2 8は、この発明の実施の形態 1 1の薄膜圧電素子を示す図である o

図 2 9は、図 2 8に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 3 0は、図 2 9に示した薄膜圧電素子の断面図である。

図 3 1は、この発明の実施の形態 1 2の薄膜圧電素子を示す図である図 3 2は、図 3 1に示した薄膜圧電素子の拡大図である。

図 3 3は、図 3 2に示した薄膜圧電素子の断面図である。図 3 4は、従来のこの種の薄膜圧電素子を示す図である。

図 3 5は、図 3 4に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の断面を示す図である。

図 3 6は、図 3 4，図 3 5に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の規格化膜厚と音速との関係を示す図である。

図 3 7は、図 3 4，図 3 5に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の規格化膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。

図 3 8は、従来のこの種の薄膜圧電素子を示す図である。

図 3 9は、図 3 8に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の規格化膜厚と音速との関係を示す図である。

図 4 0は、図 3 8に示した従来のこの種の薄膜圧電素子の規格化膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。

図 4 1は、従来のこの種の薄膜圧電素子の周波数調整法を示す図である。

図 4 2は、従来のこの種の薄膜圧電素子の周波数調整法を示す図である。

図 4 3は、圧電薄膜成膜装置におけるターゲッ卜とウェハの配置例を示す図である。

図 4 4は、ウェハ上での圧電薄膜の厚みの分布例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 ·

図 1は、この発明に係る薄膜圧電素子の 1実施の形態を示す図である図 2は、図 1に示した薄膜圧電素子の拡大図、図 3は、図 2の B— B 断面図である。図中、 1 1はガリウム砒素（G a A s ) 等の半導体からなるウェハであり、 1 2 a〜 1 2 cはウェハ上に形成される薄膜圧電素子、 1 3はゥェハ 1 1の基準面を示すオリエンテーションフラット、 1 4はガリウム砒素（G a A s ) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7はチタン酸鉛（P b T i 03) を用いた圧電薄膜、 1 8 a , 1 8 bは上部電極、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極、 2 0 a， 20 bは上部電極 1 8 a， 1 8 bにそれぞれ接続されたボンディングパッド、 2 1はバイァホールである。

図 2に示した薄膜圧電素子 1 2は、ひとつの入力側上部電極 1 8 aとひとつの出力側上部電極 1 8 bとからなるフィルタである。このフィルタは、表面弾性波フィルタとは異なり、バルク波を用いている。即ち、厚み方向の共振と、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 b間の共振を利用して、上記弾性表面波フィルタよりも少ない電極数でフィルタを実現している。ここで、上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さが L e、幅が W e、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bの間隔が L gであり、さらに、引き出し電極 1 9 a , 1 9 bの長さが L a、幅が W aである。図 3に示すように、ここでは、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bにはエアブリッジを用いている。これらの各部パターン寸法 L e， We, L g， L a, Waは、圧電薄膜 1 7の厚み hと共に、上記薄膜圧電素子 1 2の通過特性を決定する。

通常、この種の薄膜圧電素子 1 2を製造する場合、図 1に示すように、 1枚のウェハ 1 1上に多数の薄膜圧電素子 1 2 a〜 1 2 cを配列する。実際には、 1 00以上の薄膜圧電素子を配列するが、図 1は、説明を簡単にするために簡略化じている。 1枚のウェハ 1 1上に多数の薄膜圧電素子 1 2 a〜 1 2 cを配列するため、 1枚のウェハ 1 1を処理することで一度に多数の上記薄膜圧電素子 1 2を製造することができる。 1枚のウェハ 1 1を処理するコストは、薄膜圧電素子 1 2の数を問わず、ゥェハに投入するプロセスの工数等で決まる。このことから、 1枚のゥェハから得ることができる上記薄膜圧電素子 1 2の数が多いほど、ひとつの上記薄膜圧電素子 1 2あたりの製造コストは低くなる。さらに、製造コストを下げるために、 1回に処理するウェハ数を 1枚以上にする場合もある。

この種の薄膜圧電素子では、下地電極 1 5、圧電薄膜 1 7、上部電極 1 8 a , 1 8 b等の成膜には、蒸着ゃスパッタを多く用いる。このとき、上記ウェハ 1 1の面内で成膜した下地電極 1 5、圧電薄膜 1 7、上部電極 1 8 a， 1 8 b等は、厚みにわずかな分布ができてしまう。ここで言う分布とは、組織的な変化のことを意味している。例えば、ウェハ 1 枚に上記圧電薄膜 1 7をスパッタすると、図 4 4に示したように、ゥェハの中央部が厚く、ウェハの端部が薄くなることがある。この場合の厚みの分布は、スパッタする時のウェハの状態によっても変わる。例えば、ウェハをスパッタ装置内で回転させる場合は、ウェハの中央部に帯状に厚みの分布ができる場合もある。上記圧電薄膜 1 7の厚みの変化は、薄膜圧電素子 1 2を構成した場合の周波数の変化となる。

このため、 1枚のウェハ 1 1に同じ各部パターン寸法 L e， W e , L g， L a , W aのパターンで配列すると、例えば、ウェハ 1 1中央部で上記圧電薄膜 1 7が厚い場合には、ウェハ 1 1中央部では上記薄膜圧電素子 1 2 aは周波数が低くなり、ウェハ 1 1端部では上記圧電薄膜 1 7 はウェハ中央部と比較して薄くなり、上記薄膜圧電素子 1 2 bは周波数が高くなる。このため、この発明に係る薄膜圧電素子では、ウェハ 1 1 中央部の薄膜圧電素子 1 2 aと、ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 b で、各部パターン寸法 L e， W e , L g， L a , W aのうちの少なくともひとつ以上を変えることにより、ウェハ中央部とウェハ端部の薄膜圧電素子の周波数を調整している。図 1では、さらに、オリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向のウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 cも、オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向の薄膜圧電素子 1 2 b と各部パターン寸法 L e， We , L g， L a , Waのうちの少なくともひとつ以上を変えている。具体的な変え方については、以下の実施の形態で説明する。

ここで、以下の実施の形態で使用する等価回路について説明する。図 4〜図 6は、通過特性の計算について説明するための図である。図 4に、図 2に示した薄膜圧電素子 1 2の等価回路を示す。

図 5は、図 2に示した薄膜圧電素子 1 2の上入力側部電極 1 8 a、出力側上部電極 1 8 b付近の断面図である。

図 4中、破線で囲まれた範囲がバルク超音波フィルタの等価回路 24 であり、入力側上部電極 1 8 aから出力側上部電極 1 8 bに相当する部分と接続されている。バルク超音波フィルタの等価回路 24は、図 5に示す入力側上部電極 1 8 aから出力側上部電極 1 8 bに至る信号の経路に相当している。上記各部パターン寸法 L e， We, L g， L a , Wa を変えた場合は、このバルク超音波フィルタの等価回路 24の素子値を変える。上記超音波フィルタの等価回路 2 4の上側のコンデンサ C_{S 1} ， C_{s 2}， C _{i 0}、インダクタ L_sい抵抗 R_{S 1}は、薄膜圧電素子 1 2の引き出し電極 1 9 a， 1 9 bや、ボンディングパッド 20 a， 2 O b等の寄生成分を表わしている。上記コンデンサ C_{S 1}は、上記ボンディングパッド 20 a， 20 bの静電容量と、上記引き出し電極 1 9 a， 1 9 b の容量性リアクタンス成分を代表して表わす。上記コンデンサ C _{s 2}は、上部電極 1 8 a， 1 8 bが上記圧電薄膜 1 7以外に有する静電容量と、上記引き出し電極 1 9 a, 1 9 bの容量性リアクタンス成分を代表して表わす。上記コンデンサ C i。は、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの間の静電容量を表わす。上記インダクタ L_{S 1}は、上記引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの誘導性リアクタンス成分を代表して表わす。上記抵抗 R_{S 1}は、上部電極 1 8 a， 1 8 bや上記引き出し電極 1 9 a, 1 9 b及び上記ボンディングパッド 20 a， 20 bの導体抵抗等の抵抗成分を代表して表わす。なお、上記バルク超音波フィルタの等価回路 24については、文献 "電子通信学会論文誌、 '76/11、 Vol. J59 -A, No. 11， pp. 985-992, 1976" (以下、文献 6と記す）、文献 " 電子通信学会論文誌、 '79/1, Vol. J62-A, No. 1， pp. 8-15, 1979" (以下、文献 7と記す）、文献 "電子通信学会論文誌、 '80/6， Vol. J6 3-A, No. 6, pp. 327-334, 1980" (以下、文献 8と記す）等に詳しく述べられている。

図 6は、図 4に示した等価回路を用いて計算した薄膜圧電素子 1 2の通過特性である。

図中、破線は共振周波数 f 。が 2. 5GH zの場合、 2点鎖線は共振周波数 f 。が 2. 5 2 GHzの場合、 1点鎖線は共振周波数 f 。が 2.

54 GH zの場合、点線は共振周波数 f 。力 S 2. 56GH zの場合、実線は共振周波数 f 。が 2. 58 GH _Zの場合の通過特性である。ここで、上記圧電薄膜 1 7の密度が 7700 k g Zm³ 、比誘電率が 200、抵抗 r _s を決める直列共振の Qが 500、コンダクタンス g _s を決める並列共振の Qが 500、規格化電極長（L e/h) 力 S 1 0、規格化電極間距離（L g/h) が 0. 6、規格化電極幅（WeZh) が 1 1 1、厚み hが約 0. 9 / m、じ₃₁が0. 8 p F、じ₃₂が0. 2 p F、 C₁₀が 0. 02 p F、 L_{S 1}が 8 nH、 R_{S 1}が 6 Ωである。また、電極部の等価圧電定数が 4. 0 C/m、上記電極部の表面に平行に伝搬する弾性波の伝搬損失が 3 d BZl O O /zm、規格化遮断周波数（ f _m / f 。）が 0. 734、分散特性の傾斜を決める定数が一 1 4. 9754、無電極部の等価圧電定数が 0. 2 C/m、上記電極部の表面に平行に伝搬する弾性波の伝搬損失が 3 d B/100 μ m、規格化遮断周波数（ f _n f 。）が 0. 802、分散特性の傾斜を決める定数が一 1 7. 5854である。上記の数値は、圧電薄膜 1 7にチタン酸鉛（P b T i 0₃ ) を用レ、、下地電極 1 5と上部電極 1 8 a， 1 8 bに白金（P t ) を用いた場合の数値である。なお、上記共振周波数 f 。は、上記圧電薄膜 1 7の両面が自由表面の場合の厚み縦振動の共振周波数を示し、厚み縦振動の音速を V sとすると、次式で表わされる。

f 0 = s / (2 h)

即ち、ウェハ 1 1上の上記圧電薄膜 1 7の材質が均一で、上記厚み縦振動の音速 V sが一定であるとすると、上記ウェハ 1 1上の上記圧電薄膜 1 7の厚み hに反比例して、上記厚み縦振動の共振周波数 f 。が変化する。従って、例えば、図 6に示したような、上記共振周波数 f 。が 2 . 5 GHzから 2. 58 GH zに変化した場合、上記圧電薄膜 1 7の厚み hは、上記共振周波数 f _Q = 2. 5 GH zに対応する厚い方の厚み h c に対し、上記共振周波数 f 。 =2. 58 GH _Zに対応する薄い方の厚み h_e は、 2. 5/2. 58 = 0. 96 9倍である。

図 6から、上記共振周波数 f 。が変化すると、ほぼ、上記共振周波数 f 。の変化に対応して、上記薄膜圧電素子 1 2の通過特性が周波数軸上で変化するのがわかる。即ち、上記圧電薄膜 1 7の厚み hの変化は、そのまま、上記薄膜圧電素子 1 2の通過域の周波数のずれとなる。

以下の実施の形態では、これを前提とし、図 4に示した等価回路を用いている。

実施の形態 2.

図 7は、この発明の実施の形態 2に係る薄膜圧電素子を示す図である図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはウェハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテ一ションフラット 1 3に平行な方向のウェハ端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向のウェハ端部付近の薄膜圧電素子、 1 8 aは入力側上部電極、 1 8 bは出力側上部電極である。

図 7に示した実施の形態では、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 aと、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 b， 1 2 cとで、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの距離である上部電極間距離 L gを変えている。

図 8に、上部電極間距離 L gを変えた場合の通過特性計算結果を示す前述したように、この通過特性の計算には、図 6に示した場合と同様に、図 4の等価回路を用いている。ここでは、規格化電極間距離（L g /h) を 0. 4から 0. 7まで変化させて計算した。また、規格化電極長（ L e Z h ) は 1 0、規格化電極幅（W e / h ) は 1 1 1であり、その他の計算パラメータは、図 6の場合と同じである。

図 8から明らかなように、規格化電極間距離（L gZh) を大きくすると、通過域が高周波数側に移動している。規格化電極間距離（L g/ h) が 0. 0 5大きくなると、通過域が約 2 MHz高周波数側に動く。ただし、規格化電極間距離（LgZh) が小さくなると、帯域内損失変動が大きくなつており、実際に、通過域の調整に使用できる上記規格化電極間距離（L g/h) の範囲には制限がある。この制限は、使用する圧電薄膜 1 7の種類や上記圧電薄膜 1 7の厚さ h、電極の種類、厚さ、寸法、図 4に示した寄生成分となる回路要素の素子値等に依存する。即ち、図 8に示した計算例では、規格化電極間距離（L g/h) が 0. 4 から 0. 7の場合について示したが、上記圧電薄膜 1 7の種類や上記圧電薄膜 1 7の厚さ h、電極の種類、厚さ、寸法、上記寄生成分となる回路要素の素子値等が図 8の場合と異なれば、適切な規格化電極間距離（ L g/h) の範囲は、図 8に示した場合と異なってくる。

実施の形態 3.

図 9は、この発明の実施の形態 3に係る薄膜圧電素子を示す図である図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはウェハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテーションフラット 1 3に平行な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテ一ションフラット 1 3に垂直な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 8 aは入力側上部電極、 1 8 bは出力側上部電極である。

図 9に示した実施の形態では、ウェハ 1 1中央部の薄膜圧電素子 1 2 aと、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 b， 1 2 cとで、上部電極 1 8 a , 1 8 bの幅 Weを変えている。

図 1 0は、規格化電極幅（We/h) を変えた場合の通過特性計算結果を示す。

ここでは、規格化電極幅（WeZh) を 1 1 1から 6 6. 7まで変化させて計算した。また、規格化電極長（L e/h) は 1 0、規格化電極間距離（L g/h) は 0. 6であり、その他の計算パラメータは、図 6 の場合と同じである。

図 1 0に示した計算例では、規格化電極幅（We/h) を変えることにより、通過域の低周波数側の領域（図中、 X I ) の変化はわずかであるのに対して、上記通過域の高周波数側の領域（図中、 Y 1 ) の変化が大きい。このため、上記通過域としては、上記規格化電極幅（WeZh ) を大きくすると、上記通過域は高周波数側に移動している。図 8に示した規格化電極間距離（LgZh) を変えた場合の計算例と、図 1 0に示した規格化電極幅（We/h) を変えた場合の計算例を比較すると、図 8と図 1 0に示した計算範囲では、図 8に示した規格化電極間距離（ L g/h) を変えた場合の方が通過域の変化量は大きい。しかし、図 8 に示した規格化電極間距離（L gZh) を変えた場合の計算例では、上' 記規格化電極間距離（L g/h) が 0. 05とごくわずかに変化すると通過域が約 2 MH _Z移動するため、上記規格化電極間距離（L g/h) の製造上の誤差が通過域のばらつきの原因になり得る。従って、このような精密な通過域の調整には、図 1 0に示した規格化電極幅（WeZh ) を変える場合のような、わずかに通過域が変化する方法が適している。上記規格化電極幅（WeZh) は、約 1 0変化させた場合に、通過域の移動量が最大で約 2 MH _Zである。この移動量は、製造上の誤差に比ベて、十分大きいので、上記規格化電極幅（WeZh) の製造上の誤差による通過域のばらつきを考慮する必要はほとんどない。

なお、ここで、上記通過域の低周波数側とは、上記通過域内の損失最小となる損失値から所要の値だけ増加させた損失を通過する通過域の低周波数側の端部であり、上記通過域の高周波数側とは、上記通過域内の損失最小となる損失値から所要の値だけ増加させた損失を通過する通過域の高周波数側の端部であり、上記損失最小となる損失値から増加させる値は通常 3 d Bであり、この場合の上記通過域の高周波数側の周波数と上記通過域の低周波数側の周波数の差を 3 d B帯域幅と言う。

実施の形態 4.

図 1 1は、この発明の実施の形態 4に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはウェハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテーションフラット 1 3に平行な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテ一ションフラット 1 3に垂直な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 8 aは入力側上部電極、 1 8 bは出力側上部電極である。

図 1 1に示した実施の形態では、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 a と、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 b, 1 2 cとで、上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eを変えている。

図 1 2は、規格化電極長（LeZh) を変えた場合の通過特性計算結果を示す。

ここでは、規格化電極長（LeZh) を 8から 1 2まで変化させて計算した。また、規格化電極幅（WeZh) は 1 1 1、規格化電極間距離 (L g/h) は 0. 6であり、その他の計算パラメータは、図 6の場合と同じである。

図 1 2に示した計算例では、規格化電極長（L e/h) を大きくすると、通過域が狭くなる傾向があるが、通過域付近では、上記通過域の高周波数側の変化（Y 2) より、上記通過域の低周波数側の変化（X 2) の方が大きいので、結果的に、上記規格化電極長（L e/h) を大きくすると通過域が高周波数側に移動する。

実施の形態 5.

図 1 3は、この発明の実施の形態 5に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはゥヱハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテ一ションフラット 1 3に平行な方向のウェハ端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向のウェハ端部付近の薄膜圧電素子、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極である図 1 3に示した実施の形態では、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 a と、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 bとで、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aを変えている。また、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 a と、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 cとで、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの幅 Waを変えている。

図 1 4に、図 4に示したインダクタ L_{S 1}を変えた場合の通過特性計算結果を示す。

ここでは、上記インダクタ L_{S 1}を 4 nHから 1 2 nHまで変化させて計算した。上記インダクタ L_{S 1}の値は、主に、引き出し電極 1 9 a , 1 9 bの長さ L aや幅 Waの少なくともいずれかを変えることにより変化する。また、規格化電極幅（WeZh) は 77. 8、規格化電極長 (L eZh) は 1 0、規格化電極間距離（L gZh) は 0. 6であり、その他の計算パラメータは、図 6の場合と同じである。

図 1 4に示した計算例では、上記ィンダクタ L_s が 4 n Hから 1 0 nHに大きくなる場合は、通過域の低周波数側（X 3) はほとんど変化せず、上記通過域の高周波数側（Y3) が周波数の高い方に変化している。これは、上記インダクタ L_s iのインダクタンスが大きくなると、通過域の帯域幅が大きくなりながら、かつ、通過域が高周波数側に変化することを示している。また、上記インダクタ L_{S 1}が 1 2 nHになると、上記通過域の高周波数側は、上記インダクタ L_{S 1}が 1 0 nHの場合よりも低くなつている。これは、図 14に示した計算例では、使用する上記ィンダクタ L_s iの値が 1 0 n H以下が適切であることを示すものである。

図 1 3に示した実施の形態では、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aと幅 Waをそれぞれ変える場合を示したが、長さ L aだけを変えてもよレ、。また、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの幅 W aだけを変えてもよい。また、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aと幅 Waを同時に変えてもよレヽ。実施の形態 6.

図 1 5は、この発明の実施の形態 6に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはウェハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテーションフラット 1 3に平行な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極、 20 a， 2 0 bはボンディングパッドである。

図 1 5に示した実施の形態では、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 a と、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 b， 1 2 cとで、引き出し電極 1 9 a , 1 9 bの長さ L aと幅 Wa及びボンディングパッド 20 a， 20 b の面積を変えている。これは、図 4に示したコンデンサ C_{S 1}を変えることに相当する。

図 1 6に、図 4に示したコンデンサ C_{S 1}を変えた場合の通過特性計算結果を示す。

ここでは、上記コンデンサ C_{S 1}を 0. 4 p Fから 1. 2 p Fまで変化させて計算した。上記コンデンサ C_s iの値は、主に、ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積や、上記ボンディングパッド 20 a， 2 0 bに電気的に接続されたコンデンサの静電容量や、引き出し電極 1 9 a , 1 9 bの長さ L aや幅 Waを変えることにより変化する。また、規格化電極幅（W e / h ) は 7 7. 8、規格化電極長（ L e / h ) は 1 0、規格化電極間距離（L g/h) は 0. 6であり、その他の計算パラメ一タは、図 6の場合と同じである。

図 1 6に示した計算例では、上記コンデンサ C_{S 1}の静電容量が大きくなると、通過域の低周波数側はわずかずつ高周波数側に移動し、上記通過域の高周波数側は低周波数側に移動する。このとき、上記低周波数側の移動量よりも上記高周波数側の移動量の方が大きいので、結果的に、上記コンデンサ C_{S 1}の静電容量が大きくなると、上記通過域の帯域幅が狭くなりながら、かつ、通過域が低周波数側に変化する。

実施の形態 7.

図 1 7は、この発明の実施の形態 7に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はウェハ、 1 2 aはウェハ中央部の薄膜圧電素子、 1 2 b はオリエンテ一ションフラット 1 3に平行な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 2 cはオリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向の上記ウェハ 1 1端部付近の薄膜圧電素子、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極である。

図 1 7に示した実施の形態では、ウェハ中央部の薄膜圧電素子 1 2 a と、ウェハ端部の薄膜圧電素子 1 2 b， 1 2 cとで、引き出し電極 1 9 a , 1 9 bの長さ L aと幅 Waを変えている。これは、図 4に示したコンデンサ C_{S 2}を変えることに相当する。

図 1 8に、図 4に示したコンデンサ C_{S 2}を変えた場合の通過特性計算結果を示す。

ここでは、上記コンデンサ C_{S 2}を 0. 1 ？から0. 5 p Fまで変化させて計算した。上記コンデンサ C_{S 2}の値は、主に、引き出し電極 1 9 a, 1 9 bの長さ L aや幅 Wa、上部電極 1 8 a， 1 8 bの形状や面積を変えることにより変化する。また、規格化電極幅（We/h) は 77. 8、規格化電極長（L eZh) は 1 0、規格化電極間距離（L g /h) は 0. 6であり、その他の計算パラメータは、図 6の場合と同じである。

図 1 8に示した計算例では、コンデンサ C_{S 2}の静電容量が 0. 2 p

Fから 0. 5 p Fに大きくなると、通過域の高周波数側はほとんど変化せず、上記通過域の低周波数側は低周波数側に移動する。このため、上記コンデンサ C _{s 2}の静電容量が 0. 2 から 0. 5 p Fに大きくなると、上記通過域の帯域幅が広くなりながら、かつ、通過域が低周波数側に変化する。上記コンデンサ C_{S 2}の静電容量が 0. l p Fの場合は、上記コンデンサ C_{S 2}の静電容量が 0. 2 p Fの場合よりも、上記通過域の高周波数側が低周波数側に移動してしまうため、図 1 8に示した計算例では、使用する上記コンデンサ C_{S 2}の静電容量の範囲は 0. 2 p F以上が適している。

以上、図 8から図 1 8に計算例を示したように、薄膜圧電素子 1 2の上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eや幅 We、上部電極 1 8 a， 1 8 b 間距離 L g、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aや幅 W a、ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積や上記ボンディングパッド 20 a， 20 bに電気的に接続されたコンデンサの静電容量を変えることにより、上記薄膜圧電素子 1 2の通過域を制御することができる。これを利用して、ウェハ上での圧電薄膜 1 7の厚みの分布による上記薄膜圧電素子 1 2の通過域のばらつきを補償すれば、ウェハ上の位置によらず通過特性が同じ上記薄膜圧電素子 1 2を得ることができる。ウェハ上での圧電薄膜 1 7の厚みの分布による上記薄膜圧電素子 1 2の通過域のばらつきの補償は、例えば、図 1に示すように、ウェハ上の位置によって、上記上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eや幅 We、上記上部電極 1 8 a， 1 8 b間距離 L g、上記引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aや幅 W a 、上記ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積や上記ボンディングパッド 20 a， 20 bに電気的に接続された上記コンデンサの静電容量を変えることにより行う。

実施の形態 8.

図 1 9，図 20及び図 2 1は、この発明の実施の形態 8に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はシリコン（S i ) 半導体からなるウェハであり、 1 2 a 〜1 2 cは薄膜圧電素子、 1 3はウェハ 1 1の基準面を示すオリエンテ —シヨンフラット、 2 5はシリコン（S i ) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7はチタン酸鉛（P b T i〇₃ ) を用いた圧電薄膜、 1 8 a， 1 8 bは上部電極、 1 9 a , 1 9 bは引き出し電極、 2 0 a， 20 bは上部電極 1 8 a， 1

8 bにそれぞれ接続されたボンディングパッド、 2 1はバイァホールである。

図 1 9は、ウェハ 1 1上の位置によって、薄膜圧電素子 1 2 a〜 1 2 cの上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eや幅 W e、上記上部電極 1 8 a ， 1 8 b間距離 L g、引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aや幅 W a 、ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積等のうちの少なくとも 1つ以上を変えている。図 8から図 1 8に示したように、上記薄膜圧電素子 1 2 a〜 1 2 cは、上記上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eや幅 W e、上記上部電極 1 8 a， 1 8 b間距離 L g、上記引き出し電極 1 9 a， 1

9 bの長さ L aや幅 W a、上記ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積や上記ボンディングパッド 20 a， 20 bに電気的に接続された上記コンデンサの静電容量等を変えることにより、上記ウェハ 1 1上の位置による通過特性のばらつきを補償できる。このため、上記ウェハ 1 1上の位置によって上記圧電薄膜 1 7の厚みに分布ができても、通過特性のばらつきの少ない薄膜圧電素子 1 2を得ることができる。

また、図 1に示した実施の形態のガリウム砒素（G a A s ) 半導体基板 1 4は、絶縁性がよく、上記薄膜圧電素子 1 2を構成する上で、上記半導体基板 1 4による損失を最小限にできる利点がある。だが、価格が高価であるため、製造コストの面では不利である。一方、シリコン（S i ) 半導体基板 25は、大量に生産され、ウェハ 1 1の費用が安い。それに加え、ウェハの径が大きく、 1枚のウェハでガリウム砒素（G a A s ) 半導体基板 14に比べ、より大量の上記薄膜圧電素子 1 2をつくることができるため、より安い製造コストとなる。一方で、ウェハ 1 1の面積が大きいために、ウェハ 1 1内での上記圧電薄膜 1 7の厚みのばらつきが大きくなり、ウェハ 1 1内での通過特性のばらつきを補償することがガリウム砒素（G a A s) 半導体基板 14に比べ、さらに重要になる。

図 20は、図 1 9に示した薄膜圧電素子 1 2 a， 1 2 b, 1 2 cの拡大図であり、図 21は、図 20の B— B部の断面図である。図 2，図 3 に示したガリウム砒素（G a A s) 半導体基板 4を用いた薄膜圧電素子 1 2と、図 20，図 21に示したシリコン（S i ) 半導体基板 25を用いた薄膜圧電素子 1 2が、半導体基板を除いて、全て同じ材料、同じ寸法からなる場合、図 4に示したバルク超音波フィルタの等価回路 24 は両者で同じであり、半導体基板の違いに起因して差が生じるコンデンサ C_{S 1}， C_{S 2}， C i 0、インダクタ L_{S 1}、抵抗 R_{S 1}の素子値の差が両者の通過特性の差となる。従って、シリコン（S i ) 半導体基板 25を用いた薄膜圧電素子において、上記ウェハ 1 1上の上記圧電薄膜 1 7の厚みの分布を補償する場合は、ガリウム砒素（G aA s) 半導体基板 1 4を用いた場合と補償する周波数ばらつき量が同じでも、上記薄膜圧電素子 1 2の上記上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eや幅 W e、上記上部電極 1 8 a， 1 8 b間距離 L g、上記引き出し電極 1 9 a， 1 9 bの長さ L aや幅 Wa、上記ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積等の変化量は異なったものとなる。

実施の形態 9.

図 22，図 23及び図 24は、この発明の実施の形態 9に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はガリウム砒素（G a A s) 半導体からなるウェハであり、 1 2 a〜 1 2 cは薄膜圧電素子、 1 3はウェハ 1 1の基準面を示すォリエンテ一シヨンフラット、 14はガリウム砒素（G a A s) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7は PZT (P b T i 0₃ —P b Z r 0₃ ) を用いた圧電薄膜、 1 8は上部電極、 1 9は引き出し電極、 20は上部電極に接続されたボンディングパッド、 21はバイァホールである。

図 22は、ウェハ 1 1上の薄膜圧電素子の位置によってパターン形状を変えたことを示す一例である。

図 22では、オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向では、ゥェハ 1 1中央部の薄膜圧電素子 1 2 aからウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 bまでは同じ形状とし、上記オリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向に沿って、上記ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 cに近くなるに従って、ボンディングパッド 20と上部電極 1 8の幅 Weと引き出し電極 1 9の長さ L aを変えている。このような形の変化は、上記ゥェハ 1 1上での圧電薄膜 1 7の厚みの分布が、上記オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向ではほとんど均一で、上記オリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向に変化する場合に適した方法である。また、図 23に示したように、この実施の形態に係る薄膜圧電素子 1 2は、バルク超音波共振器である。バルク超音波共振器は、図 2に示したバルク超音波フィルタと異なり、上部電極 1 8は 1つである。このため、この実施の形態では、図 4に示した等価回路のうちの片側の上部電極 1 8に相当する部分を、等価回路として用いる。図 23に示したような薄膜圧電素子 1 2は、 1端子対共振器として動作する。このため、図 6に示したようなフィルタ特性ではなく、直列共振周波数と並列共振周波数を有する共振器特性となる。このため、上記圧電薄膜 1 7の厚みの変化は、直接、直列共振周波数と並列共振周波数の変化となる。この種の共振器の場合、上記直列共振周波数と上記並列共振周波数は、共振器にリアクタンス素子を接続することで変化する。図 2 3に示した薄膜圧電素子 1 2では、上部電極 1 8の長さ L eと幅 W eが共振器のインピーダンスを主に決定し、引き出し電極 1 9とボンディングパッド 2 0が上記共振器に接続されたリアクタンス素子に相当し、上記引き出し電極 1 9の長さ L aと幅 W a及びボンディングパッド 2 0の面積が、上記共振器に接続されたリアクタンス素子の素子値を決定する。

従って、上記引き出し電極 1 9の長さ L aと幅 W a及びボンディングパッド 2 0の面積を変えることにより、上記共振器の上記直列共振周波数と上記並列共振周波数を変えることができ、さらに、上記上部電極 1 8の長さ L eと幅 W eを変えることにより、上記共振器のインピーダンスと、上記共振器に接続されたリアクタンス素子のインピーダンスとの値の関係を変化させることができるので、図 1 0から図 1 8までに示した場合と類似して、上記上部電極 1 8の長さ L eと幅 W eと、上記引き出し電極 1 9の長さ L aと幅 W aと、上記ボンディングパッド 2 0の面積を変えることにより、上記共振器の上記直列共振周波数と上記並列共振周波数を変えることができる。また、上記ボンディングパッド 2 0の面積を変えることと、上記ボンディングパッド 2 0に電気的に接続されたコンデンサの容量を変えることは、ほぼ同じ効果がある。

実施の形態 1 0 .

図 2 5は、この発明の実施の形態 1 0に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図 2 6は、図 2 5に示した薄膜圧電素子の拡大図、図 2 7は、図 2 6 の B— B断面図である。図中、 1 1はシリコン（S i ) 半導体からなるウェハであり、 1 2 a 〜 1 2 cは薄膜圧電素子、 1 3はウェハ 1 1の基準面を示すオリエンテーシヨンフラット、 2 5はシリコン（S i ) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7は酸化亜鉛（Z nO) を用いた圧電薄膜、 1 8 a， 1 8 bは上部電極、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極、 20 a， 2 O bは上部電極 1 8 a， 1 8 bに接続されたボンディングパッド、 2 6はェッチングホ一ル、 2 7は誘電体薄膜、 2 8は空洞である。

図 2 5では、ウェハ 1 1中央部の薄膜圧電素子 1 2 aに対して、同心円状に上記ウェハ 1 1中央部から離れるに従って、薄膜圧電素子の形状を変え、例えば、オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向の上記ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 bと上記オリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向の上記ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 cとを同じ様に、上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eと上部電極間距離 L gを変化させている。このような、ウェハ 1 1中央部に対して、同心円状に薄膜圧電素子の形状を変える方法は、ウェハ 1 1中央部に対して、同心円状に上記圧電薄膜 1 7の厚みが変化する場合に適している。

図 2 6及び図 2 7に示した薄膜圧電素子 1 2は、上部電極 1 8 a， 1 8 bの存在する表面側から、例えば、誘電体薄膜 2 7にエッチングホ一ル 26を空け、次に、上記エッチングホール 2 6から上記シリコン（S i ) 半導体基板 2 5を異方性エッチングにより取り去り、下地電極 1 5 の裏面側に空洞 2 8をつくる。薄膜圧電素子 1 2としての弾性的な共振は、上記下地電極 1 5の下に空気の層があればよく、バイァホール 2 1 の作成法が、図 2 7に示したように表面側から作成しても、図 24に示したように裏面側から作成しても、上記薄膜圧電素子 1 2の特性は同じである。さらに、図 2 7には、半導体基板 2 5と下地電極 1 5との間に誘電体薄膜 2 7があるが、図 2 1及び図 24に示した例でも、図では省略されているが、実際の薄膜圧電素子 1 2では誘電体薄膜 2 7が存在する。

実施の形態 1 1.

図 2 8は、この発明の実施の形態 1 1に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図 2 9は、図 2 8に示した薄膜圧電素子の拡大図、図 3 0は、図 2 9 の B— B断面図である。

図中、 1 1はガリウム砒素（G a A s ) 半導体からなるウェハであり、 1 2 a〜 1 2 cは薄膜圧電素子、 1 3はウェハ 1 1の基準面を示すォリエンテーシヨンフラット、 1 4はガリウム砒素 (G a A s ) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7は窒化アルミニウム（A 1 N) を用いた圧電薄膜、 1 8 a， 1 8 bは上部電極、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極、 20 a， 20 bは上部電極 1 8 a， 1 8 bにそれぞれ接続されたボンディングパッド、 2 8 は空洞、 2 9 aは上部電極 1 8 aとは電気的に接続されていない第 2の電極である。また、 2 9 bも上部電極 1 8 bとは電気的に接続されていない第 2の電極である。

図 28に示す実施の形態では、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bの長さ L e 2と、第 2の電極 2 9 aと上部電極 1 8 a との距離 L g 2とを変えている。また、 L g 2は、第 2の電極 2 9 bと上部電極 1 8 b との距離でもある。ウェハ 1 1の中央部の薄膜圧電素子 1 2 aに対して、オリエンテ —シヨンフラット 1 3に平行な方向では、上記ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 bに近くなるのに従って、第 2の電極 2 9 aと上部電極 1 8 aとの距離 L g 2 (ないし、第 2の電極 2 9 bと上部電極 1 8 bとの距離 L g 2) を変化させ、上記オリエンテーションフラット 1 3に垂直な方向では、上記ウェハ 1 1端部の薄膜圧電素子 1 2 cに近くなるのに従つて、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bと上部電極 1 8 a， 1 8 b とのそれぞれの距離 L g 2と第 2の電極 2 9 a , 2 9 bの長さ L e 2を変化させている。このような方法は、例えば、上記圧電薄膜 1 7の厚み hの分布だけでなく、上記圧電薄膜 1 7を構成する材料の組成比の変化等により、上記ウェハ 1 1上の薄膜圧電素子の特性が、上記オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向と垂直な方向で、変化の傾向が異なった場合に適用できる。例えば、上記オリエンテーションフラット 1 3に平行な方向では、薄膜圧電素子 1 2 bの通過域が変化し、垂直な方向では、薄膜圧電素子 1 2 cの通過域と帯域幅が変化した場合、上記オリエンテ一シヨンフラット 1 3に平行な方向では、上記薄膜圧電素子 1 2 bの通過城を補償し、垂直な方向では、上記薄膜圧電素子 1 2 cの通過域と帯域幅の両方を補償する必要があり、上記オリエンテ一ションフラット 1 3に平行な方向と垂直な方向で薄膜圧電素子の形状の変化を変える必要がある。

図 2 9は、図 2 8に示した薄膜圧電素子 1 2 a， 1 2 b , 1 2 cの拡大図であり、図 3 0は、図 2 9中の B— B間の断面図である。

下地電極 1 5の裏面側の空洞 2 8を、上記ガリウム砒素（G a A s ) 半導体基板 1 4をエッチング処理することなく構成している。この場合でも、バルク超音波フィルタとしての特性は、上記ガリウム砒素（G a A s ) 半導体基板 1 4をエッチング処理した場合の特性とほとんど同じである。

実施の形態 1 2 .

図 3 1，図 3 2及び図 3 3は、この発明の実施の形態 1 2に係る薄膜圧電素子を示す図である。

図中、 1 1はシリコン（S i ) 半導体からなるウェハであり、 1 2 a 〜 1 2 cは薄膜圧電素子、 1 3はウェハ 1 1の基準面を示すオリエンテ —シヨンフラット、 2 5はシリコン（S i ) 半導体基板、 1 5は下地電極、 1 6は下地電極 1 5と同電位のボンディングパッド、 1 7はチタン酸鉛（P b T i 0₃ ) を用いた圧電薄膜、 1 8 aは入力側上部電極、 1 8 bは出力側上部電極、 1 9 a， 1 9 bは引き出し電極、 20 a， 20 bは上部電極 1 8 a， 1 8 bにそれぞれ接続されたボンディングパッド、 2 9 a, 2 9 bは実施の形態 1 1 と同様に、上部電極 1 8 a， 1 8 b とは電気的に接続されていない第 2の電極、 3 0は上部電極1 8 &， 1 8 bとは電気的に接続されていない第 3の電極、 3 1は誘電体、 3 2はコンデンサの電極、 3 3は上記コンデンサの電極 3 2とボンディングパッド 20 aとを電気的に接続する接続電極、 3 4は音響的に特性の異なる材料を多層にして等価的に空洞 2 8のような機能を果たす誘電体層である。

図 3 1から図 3 3に示した実施の形態では、コンデンサの電極 3 2の面積をウェハ 1 1上の位置によって変えている。これにより、図 4に示した等価回路のコンデンサ C_{S 1}を変えたのとほぼ同じ効果となり、上記ウェハ 1 1上での上記薄膜圧電素子 1 2の特性のばらつきを補償することができる。

図 3 2は、図 3 1に示した薄膜圧電素子 1 2 a， 1 2 b, 1 2 cの拡大図である。

ここでは、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの間に、第 3の電極 3 0を配置している。

図 3 3は、図 3 2中の B— B間の断面図である。

入力側ボンディングパッド 20 aと接地側のボンディングパッド 1 6 との間に電気的に並列に、誘電体 3 1とコンデンサの電極 3 2とからなるコンデンサが接続電極 3 3により接続されている。図 3 2は、上記コンデンサが入力側ボンディングパッド 20 aにのみ接続されているが、出力側ボンディングパッド 20 bに同様に接続することも可能である。また、第 3の電極 3 0の長さ L e 3、第 3の電極 3 0と上部電極 1 8 a , 1 8 bとの距離 L g 3の少なくともいずれかを変化させてもよい。以上のように、上記ウェハ 1 1上で発生する特性ばらつき、例えば、圧電薄膜 1 7の厚みの分布を原因とする共振周波数のばらつきを、ゥェハ 1 1上の位置により、薄膜圧電素子 1 2のパターン形状を変えることにより補償し、ウェハ 1 1上の位置によらず特性のそろった薄膜圧電素子を得ることができる。

このように、薄膜圧電素子 1 2のパターン形状を変える場合、上記パターン形状を変えることによる補償範囲の限界が存在する。この限界は、上記薄膜圧電素子 1 2に使用する圧電薄膜 1 7の種類、上部電極 1 8 ， 1 8 a , 1 8 bの種類、下地電極 1 5の種類、誘電体薄膜 2 7の種類、-圧電薄膜 1 7の厚さ、上部電極 1 8， 1 8 a , 1 8 bの厚さ、下地電極 1 5の厚さ、誘電体薄膜 2 7の厚さ及び上記薄膜圧電素子のパターン形状によって異なる。特に、上記圧電薄膜 1 7の種類は、上記補償範囲の限界を決める大きな要素である。一般に、圧電薄膜 1 7の電気機械結合係数が大きい方が、上記補償範囲を大きくすることができる。上記電気機械結合係数は、図 6から図 1 8に示した計算例の場合、等価圧電係数 eと大きな相関がある。

上記電気機械結合係数は、鉛系圧電セラミクスであるチタン酸鉛（P bT i 0₃ ) や PZT (P b T 10₃ -P b Z r 0₃ ) 等が特に優れた特性を有する。また、この種の鉛系圧電セラミクスは、圧電薄膜成膜時の温度が高いため、融点が高く、かつ、化学的に安定な白金（P t) 、或いは、金（Au) を下地電極 1 5に用いること及び基板にガリウム砒素（G a A _S ) やシリコン（S i ) 等の半導体基板を用いることは必須であり、特に、白金（P t) は化学的安定性に優れている。チタン酸鉛 (P b T i 0₃ ) は、特に、高周波数での Qが優れた材料であり、薄膜圧電素子のような GH z帯以上での使用を前提とした素子には、特に、優れた材料である。しかし、一方で、他の酸化亜鉛（Z nO) や窒化ァノレミニゥム（A 1 N) に比べ、構成材料の種類が多いため、ウェハ 1 1 全面にわたって均一な組成で成膜することが難しく、ウェハ 1 1面内での特性ばらつきの補償がきわめて重要である。 PZT (P b T i〇₃ — P b Z r 0₃ ) は、構成要素であるチタン酸鉛（P b T i 0₃ ) とジルコン酸鉛（P b Z r 0₃ ) の組成比を変えることにより、様々な特性の圧電薄膜 1 7を得ることができ、チタン酸鉛（P b T i〇₃ ) だけの場合よりも、大きな電気機械結合係数を得ることができるため、この種の薄膜圧電素子の設計上の自由度が大きい利点がある。しかし、チタン酸鉛（P b T i 0₃ ) よりも、さらに構成材料の種類が多いため、ウェハ 1 1全面にわたって均一な組成で成膜することが難しく、ウェハ 1 1面内での特性ばらつきの補償がきわめて重要である。

一方、酸化亜鉛（Z nO) ゃ窒化アルミニウム（A 1 N) のような鉛を含まない圧電セラミクスは、電気機械結合係数は鉛系圧電セラミクスに劣るが、 Qがきわめて大きい特徴がある。これは、例えば、フィルタを構成する場合、狭帯域なフィルタに向いていることを意味する。狭帯域フィルタは、わずかでもウェハ 1 1面内で圧電薄膜 1 7の厚みが変化すると、所要帯域から上記フィルタの通過域がずれてしまう。このため、上記ウェハ 1 1面内での上記圧電薄膜 1 7の厚みの分布を補償する必要があり、ウェハ 1 1面内での特性ばらつきの補償がきわめて重要である。また、この種の鉛を含まない圧電セラミクスは、圧電薄膜の成膜温度が比較的低く、上記のガリゥム砒素（G a A s ) やシリコン（S 1 ) 等の半導体基板以外にガラス基板を用いることが可能であり、また、下地電極 1 5に融点の低いアルミニウム（A 1 ) 等の白金（P t ) や金（ Au) 以外の金属材料を用いることも可能である。

以上は、薄膜圧電素子 1 2のパターン形状のうち、上部電極 1 8, 1

8 a , 1 8 bの長さ L e及ぴ幅 W e、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの距離 L g、引き出し電極 1 9， 1 9 a , 1 9 bの長さ

L a及び幅 W a、ボンディングパッド 20， 20 a , 20 bの面積、ボンディングパッド 20 a, 20 bに電気的に接続されたコンデンサの電極 3 2の面積、第 2の電極 2 9 a , 2 9 bの長さ L e 2、第 2の電極 2

9 a , 2 9 bと上部電極 1 8 a， 1 8 bとの距離 L g 2、第 3の電極 3 0の長さ L e 3、第 3の電極 3 0と上部電極 1 8 a , 1 8 bとの距離 L g 3等のパラメータの中の複数の組み合わせについて変化させた例を示したが、図 8から図 1 8に示したように、上記パラメータひとつのみを変化させて補償すれば十分な場合もある。

一方、上部電極 1 8， 1 8 a , 1 8 bの長さ L e及び幅 We、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの距離 L g、引き出し電極 1 9， 1 9 a, 1 9 bの長さ L a及び幅 W a、ボンディングパッド 20 a ， 20 bの面積、ボンディングパッド 20 a， 20 bに電気的に接続されたコンデンサの電極 3 2の面積、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bの長さ L e 2、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bと上部電極 1 8 a， 1 8 bとの距離 L g 2、第 3の電極 3 0の長さ L e 3、第 3の電極 3 0と上部電極 1 8 a ， 1 8 bとの距離 L g 3等のパラメータの中で、実施の形態では示していない組合わせが最も有効な場合もある。即ち、上部電極 1 8， 1 8 a ， 1 8 bの長さ L e及び幅 W e、入力側上部電極 1 8 aと出力側上部電極 1 8 bとの距離 L g、引き出し電極 1 9 , 1 9 a , 1 9 bの長さ L a 及び幅 W a、ボンディングパッド 2 0， 20 a， 20 bの面積、ボンデイングパッド 20 a， 2 0 bに電気的に接続されたコンデンサの電極 3 2の面積、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bの長さ L e 2、第 2の電極 2 9 a ， 2 9 b と上部電極 1 8 a， 1 8 b との距離 L g 2、第 3の電極 3 0の長さ L e 3、第 3の電極 3 0と上部電極 1 8 a， 1 8 bとの距離 L g 3 等のパラメータの中での任意の組み合わせについて、ウェハ 1 1上で変化させてばらつきを補償することができる。

また、この発明の実施の形態で、図 7，図 9，図 1 1，図 1 3，図 1 5，図 1 7，図 1 9, 図 20，図 2 2，図 2 3，図 2 5，図 26，図 2 8, 図 2 9，図 3 1，図 3 2に示した薄膜圧電素子のパターン形状は一例である。上記実施の形態で述べたパターン形状に限定する必要はなく、薄膜圧電素子の特性に影響する任意のパターン形状をウェハ 1 1上で変化させて、この発明を実施することができる。

さらに、この発明は、図 2 1，図 24，図 2 7，図 3 0，図 3 3に示した薄膜圧電素子の断面形状に限定する必要はなく、例えば、図 2 3に示したバルク超音波共振器を直列要素と並列要素として、はしご型接続したラダー型フィルタの場合でも効果は同じである。また、図 2 1 , 図 24, 図 2 7，図 3 0，図 3 3に示した薄膜圧電素子の断面形状と、図 7，図 9，図 1 1，図 1 3，図 1 5，図 1 7，図 1 9，図 20，図 2 2 ，図 2 3，図 2 5，図 2 6，図 2 8，図 2 9，図 3 1，図 3 2に示した薄膜圧電素子のパターン形状は、任意の組合わせの場合でも効果は同じである。

また、前述した実施の形態では、薄膜圧電素子のパターン形状のうち、上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L e及び幅 W e、引き出し電極 1 9 a ， 1 9 bの長さ L a及び幅 W a、ボンディングパッド 20 a， 20 bの面積、ボンディングパッド 20 a， 2 0 bに電気的に接続されたコンデンサの電極 3 2の面積、第 2の電極 2 9 a， 2 9 bの長さ L e 2、第 2 の電極 2 9 a , 2 9 bと上部電極 1 8 a， 1 8 bとのそれぞれの距離 L g 2、第 3の電極 3 0と上部電極 1 8 a， 1 8 bとのそれぞれの距離 L g 3等のパラメータを、ウェハ上の位置によって変化させる場合に、ひとつの薄膜圧電素子上では、各要素 a， bに対して、上記パラメータを等しく変化させる例を示したが、各要素 a， bに対して、上記パラメ一タを異ならせて変化させても構わない。上記パラメータを異ならせて変化させるとは、例えば、上部電極 1 8 a， 1 8 bの長さ L eを薄膜圧電素子のウェハ上の位置により異ならせるのみならず、ひとつの薄膜圧電素子上で上部電極 1 8 aの長さ L eと上部電極 1 8 bの長さ L eを異ならせることである。また、例えば、第 2の電極 2 9 a , 2 9 bと上部電極 1 8 a， 1 8 bとのそれぞれの距離 L g 2を薄膜圧電素子のウェハ上の位置により異ならせるのみならず、第 2の電極 2 9 aと上部電極 1 8 aとの距離 L g 2と第 2の電極 2 9 bと上部電極 1 8 bとの距離 L g 2 をひとつの薄膜圧電素子上で異ならせることである。

-このように、パラメ一タを異ならせて変化させることにより、等しく変化させるよりも補償できる範囲をより広くできる。産業上の利用可能性

以上のように、この発明によれば、ウェハ上の位置により、上部電極の長さ L eや幅 W e、入出力上部電極間距離 L g、引き出し電極の長さ L aや幅 W a、ボンディングパッドの面積、ボンディングパッドに電気的に接続されたコンデンザの電極面積等の薄膜圧電素子のパタ一ン形状のうちの少なくともひとつ以上を変えることにより、ウェハ上の位置により生じる上記薄膜圧電素子の特性ばらつきを低減し、上記ウェハ上の位置によらず同じ特性の薄膜圧電素子を得ることができる。

これにより、薄膜圧電素子の材料の種類と材料の組み合わせ及び圧電薄膜の厚みを限定せず、多様な薄膜圧電素子を実現でき、産業上有用で

Of

Z lOIL6d£llDd W /86 OAS.

Claims

請求の範囲

1 . 半導体基板からなるウェハと、上記半導体基板上に形成された下地電極と、上記下地電極上に形成された圧電薄膜と、上記圧電薄膜上に形成された上部電極とを用いて構成された薄膜圧電素子において、上記薄膜圧電素子のパターン形状を、上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする薄膜圧電素子。

2 . 上記薄膜圧電素子は、上記上部電極の長さを上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

3 . 上記薄膜圧電素子は、上記上部電極の幅を上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

4 . 上記薄膜圧電素子は、上記上部電極を複数有し、上記上部電極間の距離を上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 1 記載の薄膜圧電素子。

5 . 上記薄膜圧電素子は、さらに、上記上部電極に接続されるボンデイングパッド部を備え、

上記薄膜圧電素子は、上記ボンディングパッド部の形状を、ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

6 . 上記薄膜圧電素子は、さらに、上記上部電極と上記ボンディングパッド部を接続する引き出し電極を備え、

上記薄膜圧電素子は、上記引き出し電極の形状を、上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 5記載の薄膜圧電素子。

7 . 上記薄膜圧電素子は、上記引き出し電極にエアブリッジを用いたことを特徴とする請求項 6記載の薄膜圧電素子。

8 . 上記薄膜圧電素子は、上記薄膜圧電素子と同じ上記半導体基板上にコンデンサを備え、上記コンデンサの容量を、上記ウェハ上の位置によって変えたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

9. 上記薄膜圧電素子は、上記半導体基板にガリウム砒素（G aA s ) を用い、上記圧電薄膜にチタン酸鉛（P b T i〇₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

1 0. 上記薄膜圧電素子は、上記半導体基板にシリコン（S i ) を用い、上記圧電薄膜にチタン酸鉛（P b T i o₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

1 1. 上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に PZT (P b T i〇₃ — P b Z r 0₃ ) を用い、上記下地電極及び上記上部電極の少なくともいずれかに白金（P t) を主とした導体を用いたことを特徴とする請求項 1 記載の薄膜圧電素子。

1 2. 上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に酸化亜鉛（Z nO) を用いたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

1 3. 上記薄膜圧電素子は、上記圧電薄膜に窒化アルミニウム（A 1 N ) を用いたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

1 4. 上記半導体基板と、上記下地電極との間に誘電体を備えたことを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電素子。

1 5. 基板と、上記基板上に複数の素子を形成して構成する回路素子において、

上記基板表面に形成する素子のパターン形状を、上記基板上の位置によって変えたことを特徴とする回路素子。

1 6. 以下の工程を備えたことを特徴とする薄膜圧電素子の製造方法 (a) 半導体基板からなるウェハ上に下地電極を形成する工程、 (b) 上記下地電極上に、圧電薄膜を形成する工程、 ( c ) 上記圧電薄膜上に、上部電極を形成する工程、

1 7 . 上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極の長さを上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 1 6 記載の薄膜圧電素子の製造方法。

1 8 . 上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極の幅を上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 1 6記載の薄膜圧電素子の製造方法。

1 9 . 上記上部電極を形成する工程は、上記上部電極を複数形成し、上記パターン形状を変える工程は、上記上部電極間の距離を上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 1 6記載の薄膜圧電素子の製造方法。

2 0 . 上記上部電極を形成する工程は、さらに、上記上部電極とボンデイングパッド部とを接続して形成し、

上記パターン形状を変える工程は、上記ボンディングパッド部の形状を、上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 1 6記載の薄膜圧電素子の製造方法。

2 1 . 上記上部電極を形成する工程は、さらに、上記上部電極と上記ボンディングパッド部を引き出し電極で接続する工程を有し、

上記パターン形状を変える工程は、上記引き出し電極の形状を、上記ウェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 2 0記載の薄膜圧電素子の製造方法。

2 2 . 上記パターン形状を変える工程は、上記引き出し電極をエアプリッジで形成する工程を備えたことを特徴とする請求項 2 1記載の薄膜圧電素子の製造方法。

2 3 . 上記薄膜圧電素子の製造方法は、上記薄膜圧電素子と同じ上記半導体基板上にコンデンサを設ける工程を有し、

上記パターン形状を変える工程は、上記コンデンサの容量を、上記ゥェハ上の位置によって変える工程を備えたことを特徴とする請求項 1 6 記載の薄膜圧電素子の製造方法。