WO2004001964A1

WO2004001964A1 - 薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよびその製造方法

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Publication number: WO2004001964A1
Application number: PCT/JP2003/007857
Authority: WO
Inventors: Tetsuo Yamada; Kosuke Nishimura; Keigo Nagao
Original assignee: Ube Industries, Ltd.
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2003-12-31
Also published as: DE60336567D1; JPWO2004001964A1; JP3940932B2; EP1542362A4; AU2003244319A1; EP1542362B1; EP1542362A1; US7388318B2; US20050248238A1

Abstract

ビアホール２２を有する基板１２と、その上に絶縁体層１３を介して形成された下部電極１５、圧電体膜１６及び上部電極１７からなる圧電積層構造体１４とを含み、ビアホール２２に対応して複数の薄膜圧電共振器２１０，２２０が形成されている薄膜圧電デバイス。圧電積層構造体１４は、ビアホール２２に面して位置するダイアフラム２３とそれ以外の支持領域とからなり、薄膜圧電共振器２１０，２２０は下部電極１５により電気的に接続されている。薄膜圧電共振器２１０，２２０のダイアフラム２３の中心１，２を通過する基板面内の直線が支持領域を通過する線分の長さＤ１と、薄膜圧電共振器２１０，２２０のダイアフラム中心間の距離Ｄ０との比率Ｄ１／Ｄ０が０．１～０．５である。ビアホール２２は、深彫り型反応性イオンエッチング法により形成される。

Description

薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよびその製造方法技術分野：

本発明は、圧電体薄膜を利用した薄膜圧電共振器を複数個組み合せることにより作製される薄膜圧電デバイスに関するものであり、更に詳細に記せば、通信機用フィルターに使用される薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよ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フィルター、送受信切替器、薄膜 VCO (電圧制御発振器）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応用した薄膜圧電共振器、およびそれを用いたデバイスならびにその製造方法に関する。背景技術：

圧電現象を応用したデバイスは広範な分野で用いられている。携帯機器の小型化と省力化が進む中で、 RF用および I F用フィルタ一として弾性表面波（Su r f a c e Ac ou s t i c W a v e ： S AW) デバイスの使用が拡大している。 S AWフィルタ一は設計および生産技術の向上によりユーザ一の厳しい要求仕様に対応してきたが、利用周波数の高周波数化と共に特性向上の限界に近づき、電極形成の微細化と安定した出力確保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バルク波共振器（Th i n F i 1 m Bu l k Ac ou s t i c R e s o n a t o r ：以下 F B AR) 、積層型薄膜バルク波共振器およびフィル夕一（S t a c ke d Th i n F i lm B u 1 k Ac ou s t i c Re s on a t o r s and F i l t e r s :以下 SBAR) 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を形成したものであり、ギガへルツ帯での基本共振が可能である。 F BARまたは S BAR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。

このような弹性波を利用した共振器、フィルタ一等に応用される F B A R、 S B A R'などの薄膜圧電振動子は、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、シリコンウェハー上に形成された多結晶ダイヤモンド、エリンバーなどの恒弾性金属などの基板上に、種々の薄膜形成方法によって、誘電体薄膜、導電体薄膜、またはこれらを積層した下地膜を形成する。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。各層の形成後に、または全層を形成した後に、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、パターニングを行う。湿式法に基づく異方性エッチングにより基板から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、必要に応じて、その後 1デバイス単位に分離することにより、薄膜圧電デバイスを得る。例えば、特開昭 5 8— 1 5 3 4 1 2号公報や特開昭 6 0— 1 4 2 6 0 7号公報に記載された薄膜圧電振動子は、基板の上面上に下地膜、下部電極、圧電体薄膜および上部電極を形成した後に、基板の下面側から振動部となる部分の下にある基板部分を除去して、ビアホールを形成することにより製造されている。基板がシリコンからなるものであれば、加熱 K〇H水溶液を使用してシリコン基板の一部を裏面からエッチングして取り去ることにより、ビアホールを形成する。これにより、シリコン基板の前面側（上面側）において、圧電材料の層が複数の金属電極の間に挟み込まれた構造体の緣部をビアホールの周囲の部分で支持した形態を有する共振器を作製できる。

しかしながら、 K OHなどのアルカリを使用した湿式エッチングを行うと、（1 1 1 ) 面に平行にエッチングが進行するため、（1 0 0 ) シリコン基板表面に対して 5 4 . 7度の傾斜でエッチングが進行し、隣り合う共振器の中心間の距離を著しく大きくしなければならない。例えば、厚さ 3 0 0 mのシリコンゥエー八の上に構成された約 1 5 0 πι Χ 1 5 0 mの平面寸法の振動部を有する共振器は、約 5 7 5 m 5 7 5 mの裏面側エッチング孔を必要とし、隣り合う共振器の中心間距離は 5 7 5 m以上になってしまう。このことは、 F B A R共振器の高密度集積化を妨げるばかりでなく、圧電体薄膜を挟むように配置されている金属電極を延長して隣り合う共振器を接続する場合に該金属電極が長くなり、その電気抵抗が大きくなるために、 F BAR共振器を複数個組み合わせて作製される薄膜圧電デバイスの挿入損失が著しく大きくなるという問題がある。また、最終製品の取得量、即ち、ゥエーハ上にて単位面積あたりに形成される薄膜圧電共振器の数も制限を受け、ゥエーハ面積の約 1 Z 15の領域を共振器のために利用するのみでデバイス生産が行われることになる。

薄膜圧電デバイスに応用される FBAR、 SBARなどの薄膜圧電共振器を製造する従来技術の第 2の方法は、例えば特開平 2— 13109号公報に記載のように、空気ブリッジ式 FBARデバイスを作ることである。通常、最初に犠牲層（S a c r i f i c i a l l aye r) を設置し、次にこの犠牲層の上に圧電共振器を製作する。プロセスの終わりまたは終わり近くに、犠牲層を除去して、振動部を形成する。処理はすべてウェハー前面側で行なわれるから、この方法は、ウェハ一両面におけるパターンの整列および大面積のウェハ一裏面側開口部を必要としない。特開 2000— 69594号公報には、犠牲層として燐石英ガラス（PSG) を使用した空気ブリッジ式の F B A R Z S B A Rデバイスの構成と製造方法が記載されている。

しかしながら、この方法においては、エッチングによるウェハー前面での空洞形成、熱 C VD (Chemi c a l Vap o r De p o s i t i on) 法によるウェハー前面での犠牲層の堆積、 C M P研磨によるウェハー表面の平坦化および平滑化、犠牲層上への下部電極、圧電体薄膜および上部電極の堆積とパターン形成という一連の工程の後に、空洞まで貫通するバイァ（穴）を開け、ウェハー前面に堆積させた上部構造をレジスト等で保護して、バイァを通してエッチング液を浸透させることにより犠牲材料を空洞から除去する、という長くて複雑な工程を必要とし、パターン形成に使用するマスク数も大幅に増加する。製造工程が長くて複雑になると、それ自体、デバイスの高コスト化をもたらすと共に、製品の歩留りが低下して、更にデバイスを高コストなものにしてしまう。このような高価なデバイスを移動体通信機用の汎用部品として普及させることは困難である。また、燐石英ガラス (PSG) などの犠牲材料を除去するために使用するエッチング液が、上部構造を形成する下部電極、圧電体薄膜および上部電極の各層を浸食してしまうので、前記の上部構造に使用できる材料が著しく限定されるばかりでなく、所望の寸法精度を有する F BARまたは S BAR構造を作製することが難しいという深刻な問題がある。

薄膜圧電デバイス用の圧電材料としては、窒化アルミニウム（A 1 N) ，酸化亜鉛（ΖηΟ) , 硫化カドミウム（CdS) ，チタン酸鉛（PT (PbT i 0₃ ) ) , チタン酸ジルコン酸鉛（PZT (Pb (Z r, T i) 0₃ ) ) などが用いられてレ ^る。特に A I Nは、弾性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜圧電共振器、薄膜フィル夕一用の圧電材料として適している。

FBARおよび SBARは薄膜中における弾性波の伝播によつ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 F BARおよび S BARの共振特性に大きく影響する。このため、電極層および下地膜の形状、厚さに対しては、振動特性面から様々な制約が存在する。例えば、電極層や下地膜を厚くすると、 FBARおよび SBARの実効的な電気機械結合係数が小さくなるという問題がある。一方、金属電極層を薄く、細長くすると、電気抵抗が高くなり、導体損が増加するため、複数個の FBARまたは SBARを組合せて作製される薄膜圧電デバイスの構造設計に種々の制約が生じてくる。

このような理由により、ギガへルツ帯域で十分な性能を発揮する薄膜圧電デバイスは、未だ得られていない。したがって、圧電薄膜のみならず、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（Q値）、共振周波数の温度安定性、挿入損失などの特性が総て改善された、高性能な薄膜圧電デバイスの実現が強く望まれている。特に挿入損失は、共振器やフィルターを構成する上での性能を左右する重要なパラメ一夕一であり、使用する金属電極薄膜の品質、特性に大きく依存している。発明の開示：

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電気機械結合係数が大きく、音響的品質係数（Q値）及び周波数温度特性に優れた FBARまたは SBARより成る複数個の共振器を組み合せることにより作製される、揷入損失が小さくて、性能の改良された薄膜圧電デバイスを提供することである。

本発明によれば、以上のごとき目的を達成するものとして、下記のような音響的品質係数、帯域幅、温度特性などに優れ、挿入損失の小さな高性能薄膜圧電デバイスおよびこれを製造する方法が提供される。

複数個の薄膜圧電共振器を組合せて作製されるフィルタ一などの薄膜圧電デバイスの挿入損失は金属電極層の導体損失に依存することが知られている。本発明者らは、隣り合う薄膜圧電共振器の間の中心間距離を短くすることにより、該隣り合う薄膜圧電共振器を電気的に接続する金属電極の電気抵抗が低下し、その結果、挿入損失を大幅に低下させることができると考えた。そこで、隣り合う薄膜圧電共振器の間の中心間距離を短くする方策を種々検討した結果、プラズマを利用した深いトレンチエッチングである D e e p R I E (深彫り型反応性ィオンエッチング) 法による異方性ェッチングを適用することが、薄膜圧電デバイスの高性能化と低コスト化の両面で最も好ましい解決手段であることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、

複数の振動空間を有する基板と該基板上に形成された圧電積層構造体とを含み、前記振動空間に対応して複数の薄膜圧電共振器が形成された薄膜圧電デバイスであつて、

前記圧電積層構造体は少なくとも圧電体膜と該圧電体膜の両面のそれぞれの少なくとも一部に形成された金属電極とを有しており、

前記圧電積層構造体は、前記振動空間に面して位置するダイァフラムと、該ダイャフラム以外の支持領域とからなり、

前記薄膜圧電共振器は 2つの隣り合うもの同士の少なくとも 1組が前記金属電極により電気的に接続されており、

電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心を通過する直線が前記支持領域を通過する線分の長さ D 1と、前記電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心間の距離 D 0との比率 D 1 ZD 0が 0 . 1〜0 . 5である少なくとも 1組の前記薄膜圧電共振器を有することを特徴とする薄膜圧電デバイス、

が提供される。

本発明の一態様においては、前記電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の組の全てに関して前記比率 D 1 ZD 0が 0 . 1〜0 . 5である。本発明の一態様においては、前記振動空間は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面からその反対側の面まで貫通するビアホールにより形成されており、該ビアホールの側壁面は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面に対して 8 0〜1 0 0 ° の範囲内の角度をなしている。

本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電積層構造体が、前記基板側から順に積層された、前記金属電極を構成する下部電極と、前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する上部電極とからなる。本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器の上部電極が 2つの電極部から構成されている。

本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電積層構造体が、前記基板側から順に積層された、前記金属電極を構成する下部電極と、第 1の前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する内部電極と、第 2の前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する上部電極とからなる。

本発明の一態様においては、前記ダイァフラムには少なくとも一層の酸化シリコンおよび Zまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁体層が付されている。本発明の一態様においては、前記圧電積層構造体の支持領域と前記基板との間にのみ少なくとも一層の酸化シリコンおよび Zまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁体層が介在する。

本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜がー般式八 1 ₁ _；₍ & &：₍ 1 (伹し、 0 < χ < 1 ) で表され、 c軸配向を示す窒ィ匕アルミニゥムと窒化ガリゥムとの固溶体より成る配向性結晶膜であつて、その（0 0 0 2 ) 面の回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) が 3 . 0 ° 以下である。本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜が c軸配向を示す酸化亜鉛薄膜であって、その（0 0 0 2 ) 面の回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) が 3 . 0 ° 以下である。本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜がチタン酸鉛薄膜またはチタン酸ジルコン酸鉛薄膜である。

本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、 2対の対辺を有し、少なくとも一方の対の対辺が非平行に形成されている。本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、少なくともその一部が非方形の不規則な多角形で形成されている。本発明の一態様においては、少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、少なくともその一部に曲線部分を含む非方形の不規則な多角形で形成されている。

本発明の一態様においては、前記薄膜圧電デバイスが薄膜圧電フィルタ一である。本発明の一態様においては、 1前記薄膜圧電フィル夕一は、直列接続された複数の前記薄膜圧電共振器とこれに対して分路接続された前記薄膜圧電共振器とを備えた梯子型回路で構成されている。

本発明の一態様においては、前記薄膜圧電デバイスが、複数個の薄膜圧電フィル夕一を備えた送受信切替器である。本発明の一態様においては、 2前記薄膜圧電フィルターは、直列接続された複数の前記薄膜圧電共振器とこれに対して分路接続された前記薄膜圧電共振器とを備えた梯子型回路で構成されている。

また、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、

上記薄膜圧電デバイスを製造する方法であつて、半導体あるいは絶縁体からなる基板上に前記圧電積層構造体を形成した後に、該圧電積層構造体の形成された側と反対側から前記基板に対して深彫り型反応性ィオンエッチング法により前記振動空間を形成する工程を有することを特徴とする、薄膜圧電デバイスの製造方法、が提供される。

更に、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、

振動空間を有する基板と該基板上に形成された圧電積層構造体とを用いて形成された薄膜圧電共振器であって、前記圧電積層構造体は少なくとも圧電体膜と該圧電体膜の両面のそれぞれの少なくとも一部に形成された金属電極とを有しており、前記振動空間は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面からその反対側の面まで貫通するビアホールにより形成されており、該ビアホールの側壁面は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面に対して 8 0〜1 0 0 ° の範囲内の角度をなしていることを特徴とする薄膜圧電共振器、

が提供される。

本発明では、半導体あるいは絶縁体からなる基板の上面にて、圧電材料の層が複数の金属電極の間に挟み込まれた構造を有する振動部を形成するにあたり、プラズマを利用した深いトレンチエッチングである De e p R I E (深彫り型反応性ィオンエッチング）法によって、振動部となる部分の下にある基板部分を基板の下面側から異方的に除去して、振動空間となるビアホールを形成する。なお、本明細書では、基板の 2つの主面のうちの一方であって振動部を含む圧電積層構造体の形成される主面を便宜上「上面」と呼び、他方の主面を便宜上「下面」と呼ぶことがある。

De e p R I E法は、反応性ガスを用いるプラズマエッチングであり、シリコンウェハ一を高いエッチング速度で異方的に加工して、垂直に近いテーパー角でほぼ垂直な断面形状を有する深いトレンチまたはピアホールを形成するのに適している。その一例を説明する。誘導結合型プラズマ（I ndu c t i ve l y C o u p l e d P 1 a sma) 発生電源を備えたドライエッチング装置の反応容器内に、パターン形成されたフォトレジス 1、で所定の部分をマスクしたシリコンウェハ一を装填する。シリコンウェハーは、静電チャックにより高周波（13. 56MHz ) 電極上にクランプされ、ヘリウムガス冷却により、室温付近（一 20〜60°C) に保持される。ガス切替制御器により、容器内部にエッチングガスである SF₆ガスと保護膜形成用の C₄F₈ガスとを交互に導入するという T ime Modu 1 a t i on法の採用により、プラズマ状態を一定に保ったままでシリコンのエッチングと側壁での保護膜形成とを交互に周期的に行うことができる。第 1ステップの C ₄ F ₈放電時に、 C ₄ F ₈ガスのイオン化と解離による n C F ₂ポリマー系膜堆積で側壁保護膜が形成される。第 2ステップでは、高周波バイアス電位が印加され、加工バターン底面の保護膜が効率的に除去される。第 3ステップの SF₆放電によって発生したフッ素ラジカルの衝突で、垂直方向のエッチングが進行する。各ステップの時定数を最適化することにより、必要最小限の保護膜堆積と S F ₆プラズマによる高異方性エッチングを実現することができる。エッチング速度、エッチング加工形状、シリコンとマスク物質との選択比、エッチングの均一性などは、前記各ステップの時定数に左右される。この方法には、試料温度制御のための特別な設備を必要とせず、室温付近で高エッチング速度、高異方性の加工ができるという特徴がある。

即ち、 De e p R I E法の適用により、前記基板の下面から上面に向かって垂直に近いテーパー角でビアホ一ルの側壁が形成される。かくして、振動空間としてのビアホールに下部電極または絶縁体層が面した部位であるダイァフラムの寸法と基:^下面開口部の寸法との差が小さなビアホールが形成され、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離を短くすることができる。ここでテーパー角とは、基板の下面から上面に向かって形成されたビアホールの側壁面を代表する平均平面と基板下面または基板上面との為す角度であり、テーパー角 8 0〜1 0 0度であれば、垂直に近いと言える。電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の基板上面と平行な面内での中心（2次元の幾何学的重心）を結ぶ直線上において、該直線が隣り合う薄膜圧電共振器のダイヤフラム同士の間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と、該電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 D Oとの比率 D l ZD 0が、 0 . 1〜0 . 5となるように、複数個の薄膜圧電共振器を構成して、これをデバイス化する。電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器のすべての組合わせにおいて上記比率 D 1 ZD 0が 0 . 1〜 0 . 5になるような配置が好ましいが、少なくとも 1組の隣り合う薄膜圧電共振器にこのような配置が適用されていてもよい。このように集積化された複数個の薄膜圧電共振器を組み合わせることにより、挿入損失が小さくて高特性、高性能な薄膜圧電デバイスを製造することができる。

本発明における薄膜圧電共振器の基板上面と平行な面内での中心（2次元の幾何学的重心）とは、薄膜圧電共振器を構成するダイァフラムの 2次元的中心でり、ダイァフラムの 2次元的な幾何学的重心を意味する。 2次元的な幾何学的重心は、任意の閉曲線で囲まれた形状について、その重力方向の釣り合いを 2ケ所実測して求め得るが、図形的に求めることもできる。例えば、四角形については、コクセタ —著の「幾何学入門」に記載の如く「四角形の各辺の 3等分点 8個をとり、この四角形の各頂点に隣接する 2つの前記 3等分点を通る直線 4本により囲まれる四角形を作ると、この四角形は平行四辺形である」。このとき、その平行四辺形の対角線の交点が幾何学的重心となる。また、 n角形（nは 4以上の整数）の場合には、 n 角形の 1頂点を始点とした対角線を引いて、 n _ 2個の三角形に分割する。分割したそれぞれの三角形の重心の加重平均を求めれば、 n角形全体の重心が得られる。本発明における薄膜圧電共振器を構成する前記圧電積層構造体は、振動空間を有する基板との位置関係により、 2つの領域から形成されている。 1つの領域は、前記振動空間上部に位置するダイアフラムであり、もう 1つの領域は前記振動空間を除く基板部（支持部）上部に位置する支持領域である。

本発明においては、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の 2次元的な中心、即ち、電気的に接続された隣り合う圧電薄膜共振器のダイァフラムの 2次元的な中心を結ぶ直線（基板上面と平行な面内にある）は、該隣り合う薄膜圧電共振器の各ダイアフラム上および 2つのダイァフラムの間に存在する前記支持領域を通過する。隣り合う薄膜圧電共振器の各ダイアフラム上を通過する線分の長さを、それぞれ D2， D3とし、支持領域を通過する線分の長さを D 1とすれば、該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 D 0は、

D 0 =D 1 +D 2 +D 3

と表される。

本発明においては、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の 2次元的中心 (ダイァフラムの中心）を結ぶ直線が、隣り合う薄膜圧電共振器の間に存在する支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 D 0との比率 D 1ZD0が 0. 1〜0. 5、好ましくは 0. 18~0. 3となるような位置に、個々の薄膜圧電共振器を配置する。 D 1/D0比が 0. 1よりも小さいと、隣り合う薄膜圧電共振器を構成する 2つのビアホールの間の基板部分（即ち側壁部 ) が薄くなり、強度が著しく低下して、取り扱いが困難となる。例えば、ダイシングなどの加工中やデバイス組立て中に壊れてしまうので好ましくない。この隣り合うビアホール間の側壁部は、基板の上面に形成された圧電体膜を含む圧電積層構造体を支持する役目を果たしている。 D 1ZD0比が 0. 5を超えると、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離が広がり過ぎて、両者を接続する金属電極の寸法（長さ）が大きくなり、該金属電極の電気抵抗が大きくなり過ぎてしまう。金属電極の電気抵抗が大きくなると、組立てた薄膜圧電デバイスの挿入損失が増大し、通信機用フィルターなどの高周波回路部品として実用に供することができなくなる。

本発明において、 D 1は、例えば、 25〜70 m好ましくは 30〜60 mであり、 D 0は、例えば、 100~300 /m好ましくは 150〜250 mである。これらは、小さすぎると、隣り合う薄膜圧電共振器を構成する 2つのビアホールの間の基板部分（即ち側壁部）が薄くなり、強度が著しく低下して、取り扱いが困難となる。一方、大きすぎると、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離が広がり過ぎて、両者を接続する金属電極の寸法（長さ）が大きくなり、該金属電極の電気抵抗が大きくなり過ぎてしまう。

また、本発明によれば、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器のダイァフラム間に存在する支持領域を通過する前記の線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 D Oとの比率 D l ZD 0が 0 . 1〜0 . 5となるような位置に構成された薄膜圧電共振器において、該薄膜圧電共振器の振動部を構成するダイァフラムの平面形状を工夫し、最適化することにより、通過帯域内に余分なスプリアス信号、ノイズが入らず、低挿入損失で高特性、高性能な薄膜圧電デバイスを製造することができる。好ましいダイアフラム平面形状の具体例としては、少なくとも一方の対の対辺同士が非平行に形成されている 2対の対辺を有する形状（四辺形）、少なくともその一部に非方形の不規則な多角形を含む多角形、少なくともその一部に曲線部分を含む非方形の不規則な多角形などが挙げられる。このように、ダイァフラムの平面形状の対称性を低下させることにより、所望の通過帯域内に余分なスプリアス信号、ノイズが入って来ないようにすることができ、高周波回路部品として使用される薄膜圧電デバイスの性能が向上する。

本発明の薄膜圧電デバイスは、複数の振動空間を有する基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、該基板を用いて複数の薄膜圧電共振器が形成されている。その薄膜圧電共振器の一実施形態として、複数の振動空間を有する基板の上に、下部電極、圧電体膜および上部電極が形成されたものを挙げることが出来る。また、上部電極は、 2つの電極部から構成されていてもよい。

また、本発明の薄膜圧電デバイスを構成する薄膜圧電共振器の他の実施形態として、前記圧電積層構造体が、前記基板側から順に積層された、下部電極、圧電体膜、内部電極、圧電体膜および上部電極からなるものを挙げることが出来る。

本発明においては、薄膜圧電デバイス用の圧電材料として、窒化アルミニウム（ A 1 N) 、窒化アルミニウムー窒化ガリウム系固溶体（A l i—x G a x N) 、酸化亜鉛（Z n O) 、チタン酸鉛（P b T i〇₃ ) 、チタン酸ジルコン酸鉛（P Z T ( P b (Z r， T i) 0₃ ) ) などを用いることができる。特に A I Nは、弾性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜圧電共振器、薄膜フィル夕一用の圧電材料として適している。

前記の圧電体薄膜の特長を活かしつつ、共振周波数の温度安定性を改善するには、振動部に絶縁体層として酸化シリコン（S i〇₂ ) 層を形成することが有効である。振動部とは、前記ダイアフラムのうち、圧電体膜を挟む少なくとも 2つの電極が重なり合う領域を意味する。 S i 0₂ は正の温度係数を有しており、負の温度係数を有する前記の圧電体の共振周波数の温度変化を補償することができる。絶縁体層は、 S i〇₂単層でも良く、 S i 0₂ および窒化シリコン（S i ₃ N₄ または S i N_x ) を主成分とする複合層であっても良い。また、絶縁体層として S i 3 N₄ 単層または S i N_x単層を用いることもできる。さらに、圧電体層の材料として用いられる A 1 Nを絶縁体層の材料として使用することも可能である。

ここで、薄膜圧電共^器本来の優れた共振特性を実現するには、絶縁体層の厚みを特別の範囲内に設定するのが好ましい。例えば、 A 1 Nを主成分とする圧電体薄膜の厚さを t，前記酸化シリコンを主成分とする絶縁体層全体の厚さを t'とした時に、 0. l≤ t'/t≤0. 5を満たす範囲にある場合，特にその効果が顕著であり，電気機械結合係数，音響的品質係数および共振周波数の温度安定性の全てが著しく良好となる。 /t<0. 1となると、電気機械結合係数、音響的品質係数は向上する傾向を示すが、共振周波数の温度特性を改善する効果が小さくなる。また、 t'/t>0. 5となると、絶縁体層の存在により、電気機械結合係数，音響的品質係数が損なわれてくる。また、絶縁体層が S i o₂ 層の場合には、圧電体薄膜として A 1 N以外からなるものを用いた方が、共振周波数の温度係数の絶対値が小さくなるので， FBARとしての特性が良好であり好ましい。

本発明の薄膜圧電デバイスを構成する薄膜圧電共振器においては、共振周波数の温度特性を改善する目的で、上記のように、振動部に S i 0₂ および/または窒化シリコン（S i ₃ N₄ または S i N_x ) を主成分とする絶縁体層を形成することもできるが、一方で、共振周波数の温度安定性が良好な圧電体を用いる場合には、絶緣体層を全く無くしてしまうことも可能である。即ち、 S i 0₂ を主成分とする絶緣体層が前記圧電積層構造体の支持領域と前記基板の支持部との間にのみ存在し、振動部であるダイァフラムの部分には絶縁体層が存在しないような構成も採用することができる。

薄膜圧電デバイス用の圧電材料として使用される窒化アルミニウム一窒化ガリウム系固溶体（A l

、酸化亜鉛（Zn〇）より成る圧電体薄膜は、それぞれ c軸配向を示し、 X線回折法により測定した（0002) 面の回折ピークの口ッキング'カーブ半値幅（FWHM) は 3. 0° 以下であるものが好ましい。ロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) が 3. 0° を超えると、電気機械結合係数 k_t ² が低下し、デバイス化に必要な通過帯域幅が十分に取れなくなることがあり、共振特性が悪化することがある。

チタン酸鉛（PT (PbT i〇₃ ) ) 、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT (Pb ( Z r, T i) 0₃ ) ) については、結晶の配向性を表すロッキング ·カーブ半値幅

(FWHM) に関するデバイス特性の依存性は少ない。

以上のように、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離を短くし、好ましくはダイァフラムの平面形状を最適化して共振特性の良好な複数個の薄膜圧電共振器を組み合せて集積化することにより、金属電極の導体損に起因する揷入損失を著しく低減でき、電気機械結合係数（例えば、 2. 0〜3. 0 GHzの範囲における共振周波数と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 が 4. 0%以上である) および音響的品質係数（Q値）が大きく、挿入損失が小さくて、利得、帯域特性に優れた高性能な薄膜圧電デバイスを実現することができる。このような高性能な薄膜圧電デバイスは、移動体通信機向けの各種デバィスとして利用することができる。また、本発明の薄膜圧電共振器は、前記振動空間が DEE P R I E (深彫り型反応性イオンエッチング）法により前記基板の下面から上面に向かって垂直に近いテーパー角で形成されているために、薄膜圧電共振器同士を近接して設置することが可能となり、上記のような高性能のデバイスを提供できる

図面の簡単な説明：

図 1 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスの一実施形態を示す模式的平面図である。図 IBは、図 1Aの X— X，線に沿った模式的断面図である。

図 1 Cは、図 1Aの Y— Y' 線に沿った模式的断面図である。

図 2 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスの別の実施形態を示す模式的平面図である。

図 2Bは、図 2Aの X— X' 線に沿った模式的断面図である。

図 2Cは、図 2Aの Y— Y' 線に沿った模式的断面図である。

図 3 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスの更に別の実施形態を示す模式的平面図である。

図 3Bは、図 3Aの X— X' 線に沿った模式的断面図である。

図 4 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスの更に別の実施形態を示す模式的平面図である。

図 4Bは、図 4 Aにおける隣り合うダイヤフラムの中心間距離の説明図である。図 5 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスの更に別の実施形態を示す模式的平面図である。

図 5Bは、図 5 Aにおける隣り合うダイヤフラムの中心間距離の説明図である。図 6 Aは、実施例 6の薄膜圧電デバイスのインピーダンス周波数特性を示すダラフである。

図 6 Bは、実施例 6の薄膜圧電デバイスのフィルター通過帯域特性を示すグラフである。

図 7 Aは、実施例 13の薄膜圧電デバイスのインピーダンス周波数特性を示すグラフである。

図 7 Bは、実施例 13の薄膜圧電デバイスのフィル夕一通過帯域特性を示すダラフである。

図 8 Aは、薄膜圧電デバイスの一参考例を示す模式的平面図である。

図 8Bは、図 8Aの X— X' 線に沿った模式的断面図である。

図 9は、本発明による薄膜圧電デバイスのさらに別の実施形態を示す模式的断面平面図である。

図 10は、本発明による送受信切替器の構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態：

以下に、本発明による薄膜圧電共振器、薄膜圧電デバイスおよびその製造方法の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施形態を説明する前に、先ず、参考のための薄膜圧電デバイスについて説明する。

図 8 Aは薄膜圧電デバイスの一参考例を示す模式的平面図であり、図 8 Bはその X-X' 模式的断面図である。これらの図において、薄膜圧電デバイス 100は F BAR 110, FBAR120, F B AR 130および F B AR 140を組み合せることにより作製されている。 FBAR 120は、基板 12、該基板 12の上面に形成された絶縁体層 13、および該絶縁体層 13の上面に作製された圧電積層構造体 14を有する。圧電積層構造体 14は、絶縁体層 13の上面に形成された下部電極 15、該下部電極 15を覆うようにして下地膜としての絶縁体層 13の上面に形成された圧電体膜 16および該圧電体膜 16の上面に形成された上部電極 17を備えている。基板 12には、空隙を形成するビアホール 22が設けられている。絶縁体層 13の一部はビアホール 22に向けて露出している。絶縁体層 13の露出部分およびこれに対応する位置に存在する圧電積層構造体 14の部分が、振動部を形成するダイアフラム 23を構成する。また、下部電極 15および上部電極 17はダイァフラム 23に対応する領域内に形成された主体部 15 a、 17 aと、該主体部 1 5 a、 17 aと他の FBARまたは外部回路との接続のための端子部 15 b、 17 bを有する。端子部 15 b、 17 bはダイアフラム 23に対応する領域外に延びている。 FBAR110, FBAR 130および FBAR 140の構成についても同様である。

この参考例においては、例えば基板 12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下面からエッチングして取り去ることにより、ビアホール 22を形成している。しかしながら、 KOHなどのアルカリを使用した湿式エッチングを行うと、（111) 面に平行にエッチングが進行するため、（ 100 ) シリコン基板表面に対して 54. 7度の傾斜でェッチングが進行し、隣り合う共振器のダイアフラム間の距離が著しく大きくなつてしまう。例えば、厚さ 300 mのシリコンゥェ一ハの上面に構成された約 150 mX 150 mの平面寸法を有するダイアフラム 23は、約 575 mX 575 mの下面側ェツチング開口部 24を必要とし、隣り合う共振器のダイアフラム中心間距離は 57 5 m以上になってしまう。即ち、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の間に存在する圧電積層構造体の支持領域の寸法は、該隣り合う薄膜圧電共振器のダィァフラム中心間距離の約 0. 74倍以上の長い距離になってしまっている。このことにより、 FBAR共振器の高密度集積ィ匕が妨げられるばかりでなく、圧電体層 16を挟む金属電極（下部電極 15と上部電極 17) により隣り合う共振器同士を電気的に接続する場合に、該金属電極の電気抵抗が大きくなるために、 FB AR共振器 110、 120、 130および 140を組み合わせて作製される薄膜圧電デバイス 100の挿入損失が著しく大きくなつてしまうという問題を引き起こすこれに対して、本発明による薄膜圧電デバイスの一実施形態は、図 1A〜図 1 C に示す様な構成を有する。図 1 Aは本実施形態の薄膜圧電デバイスを示す模式的平面図であり、図 1 Bはその X— X' 模式的断面図、図 1 Cはその Y— Y' 模式的断面図である。これらの図において、薄膜圧電デバイス 200は FBAR 210， F BAR 220, FBAR 230および FBAR 240を組み合せることにより作製されている。 FBAR 220は、基板 12、該基板 12の上面に形成された絶縁体層 13、および該絶縁体層 13の上面に作製された圧電積層構造体 14を有する。圧電積層構造体 14は、絶縁体層 13の上面に形成された下部電極 15、該下部電極 15を覆うようにして絶縁体層 13の上面に形成された圧電体膜 16および該圧電体膜 16の上面に形成された上部電極 17を備えている。基板 12には、空隙を形成するビアホール 22が設けられている。絶縁体層 13の一部はビアホール 22 に向けて露出している。この絶縁体層 13の露出部分およびこれに対応する位置に存在する圧電積層構造体 14の部分が、振動部を含むダイアフラム 23を構成する。また、下部電極 15および上部電極 17はダイアフラム 23に対応する領域内に形成された主体部 15 a、 17 aと、該主体部 15 a、 17 aと他の FBARまたは外部回路との接続のための端子部 15 b、 17 bを有する。端子部 15 b、 17 bはダイアフラム 23に対応する領域外に延びている。 FBAR210, FBAR 230および FBAR 240の構成についても同様である。本実施形態では、 De e p R I E法の適用により、基板 12の一面（例えば下面）から対向面（例えば上面）に向かって垂直に近いテ一パー角でビアホール 22 の側壁面が形成されている。かくして、振動空間としてのビアホール 22に下部電極 15または絶縁体層 13が面した部位であるダイアフラム 23の寸法と基板下面のエッチング開口部 24の寸法との差が小さなビアホール 22を形成しているため、隣り合う薄膜圧電共振器同士を接近させて設置することができる。このため、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 210及び 220のダイアフラム 23の基板表面と平行な面内での中心（ 2次元的な幾何学的重心） 1及び 2を結ぶ直線上 (図 1Aにおける X— X' 線）において、該直線が隣り合う薄膜圧電共振器のダイァフラム 23間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間距離 D 0との比率 D 1/D 0を小さくすることができる（図 1A及び図 1 B参照）。薄膜圧電共振器 210及び 22 0の電気的接続は下部電極 15を介して行われる。電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 210と 230との関係についても同様である。また、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 220と 240との関係についても同様であるが、この場合には電気的接続が上部電極 17を介して行われる。

本実施形態の薄膜圧電デバイスは、薄膜圧電共振器 210と 220とを直列接続し、これらに対してそれぞれ薄膜圧電共振器 230と 240とを分路接続してなる梯子型回路で構成された薄膜圧電フィルターである。

図 2 A〜図 2 Cには、本発明による薄膜圧電デバイスの別の実施形態が示されている。図 2 Aは本実施形態の薄膜圧電デバイスを示す模式的平面図であり、図 2B はその X— X' 模式的断面図、図 2Cはその Y— Y，模式的断面図である。これらの図において、上記図 1 Α〜図 1 Cにおけるのと同様の機能を有する部材には同一の符号が付けられている。

薄膜圧電デバイス 200は FBAR210, FBAR 220, FBAR 230および FBAR 240を組み合せることにより作製されている。 FBAR220は、空隙を形成するビアホール 22が設けられた基板 12、該基板 12の上面に形成された絶縁体層 13、および該絶縁体層 13の上面にてビアホール 22をまたいで橋架けされるように作製された圧電積層構造体 14を有する。本実施形態においては、絶縁体層 1 3は基板 1 2の上面のビアホール 2 2以外の部分（圧電積層構造体 1 4のための支持部）に存在しており、圧電積層構造体 1 4の支持領域と基板の支持部との間に絶縁体層 1 3が介在する。

ビアホール 2 2に対応するダイアフラム 2 3の部分に絶縁体層 1 3が存在しないので、電気機械結合係数が高くなり、帯域幅が広がる。圧電積層構造体 1 4は、その一部が絶縁体層 1 3の上面に接している下部電極 1 5、該下部電極 1 5を覆うようにして絶縁体層 1 3の上面に形成された圧電体膜 1 6および該圧電体膜 1 6の上面に形成された上部電極 1 7を備えている。下部電極 1 5の一部は、絶縁体層 1 3 を介することなく、ビアホール 2 2に向けて露出している。この下部電極 1 5の露出部分およびこれに対応する位置に存在する圧電積層構造体 1 4の部分が、振動部を含むダイアフラム 2 3を構成する。また、下部電極 1 5および上部電極 1 7はダィァフラム 2 3に対応する領域内に形成された主体部 1 5 a、 1 7 aと、該主体部 1 5 a、 1 7 aと他の F B A Rまたは外部回路との接続のための端子部 1 5 b、 1 7 bを有する。端子部 1 5 b、 1 7 bはダイアフラム 2 3に対応する領域外に延びている。 F B A R 2 1 0 , F B AR 2 3 0および F B A R 2 4 0の構成についても同様である。

本実施形態においても、図 1 A〜図 1 Cの実施形態と同じく、隣り合う薄膜圧電共振器同士を接近させて設置することができるため、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 1 0及び 2 2 0のダイアフラム 2 3の中心（2次元的な幾何学的重心） 1及び 2を結ぶ直線上（図 2 Aにおける X— X ' 線）において、該直線が隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム 2 3間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間距離 D 0との比率 D 1 ZD 0を小さくすることができる（図 2 A及び図 2 B参照）。薄膜圧電共振器 2 1 0及び 2 2 0の電気的接続は下部電極 1 5を介して行われる。電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 1 0と 2 3 0との関係についても同様である。また、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 2 0と 2 4 0との関係についても同様であるが、この場合には電気的接続が上部電極 1 7を介して行われる。

本実施形態の薄膜圧電デバイスは、薄膜圧電共振器 2 1 0と 2 2 0とを直列接続し、これらに対してそれぞれ薄膜圧電共振器 230と 240とを分路接続してなる梯子型回路で構成された薄膜圧電フィルターである。

図 3 A及び図 3 Bには、本発明による薄膜圧電デバイスのさらに別の実施形態が示されている。図 3 Aは本実施形態による薄膜圧電デバイスを示す模式的平面図であり、図 3Bはその X— X' 模式的断面図である。これらの図においても、上記図 1 A〜図 2 Cにおけるのと同様の機能を有する部材には同一の符号が付けられている。

薄膜圧電デバイス 200は FBAR 210, FBAR 220, FBAR 230, FBAR 240および FBAR250を組み合せることにより作製されている。 F B AR 220は、基板 12、該基板 12の上面に形成された絶縁体層 13、および該絶縁体層 13の上面に作製された圧電積層構造体 14を有する。圧電積層構造体 14は、絶縁体層 13の上面に形成された下部電極 15、該下部電極 15を覆うようにして絶縁体層 13の上面に形成された圧電体膜 16および該圧電体膜 16の上面に形成された上部電極 17を備えている。基板 12には、空隙を形成するビアホール 22が設けられている。絶縁体層 13の一部はビアホール 22に向けて露出している。この絶縁体層 13の露出部分およびこれに対応する位置に存在する圧電積層構造体 14の部分が、振動部を含むダイアフラム 23を構成する。下部電極 15 はダイアフラム 23に対応する領域内に形成された主体部 15 aと、該主体部 15 aと他の FBARまたは外部回路との接続のための端子部 15 bを有する。端子部 15 bはダイアフラム 23に対応する領域外に延びている。本実施形態では、上部電極 17は、第 1の電極部 17Aと第 2の電極部 17 Bとからなる。これら電極部 17 A, 17 Bはそれぞれ主体部 17Aa, 17 B aと端子部 17Ab、 17 B b とを有する。主体部 17 A a, 17 B aはダイアフラム 23に対応する領域内に位置しており、該主体部 17Aa, 17 B aと他の FBARまたは外部回路との接続のための端子部 17Ab、 17 Bbはダイアフラム 23に対応する領域外に延びている。

図 3 A及び図 3 Bの実施形態に示す 2個の電極部からなる上部電極を備えた F B AR 220は、多重モード共振器と呼ばれるものであり、上部電極 17のうちの一方の電極部（例えば第 2の電極部 17 B) と下部電極 15との間に入力電圧を印加し、上部電極 1 7のうちの他方の電極部（例えば第 1の電極部 1 7 A) と下部電極 1 5との間の電圧を隣の F B A R 2 1 0への出力電圧として伝播させることができるので、 F B AR 2 2 0自体がフィルタ一としての機能を発現する。このような構成のフィルターを通過帯域フィルターの構成要素として使用することにより、素子内配線.を省略できるので、該配線に起因する損失が無く、阻止帯域の減衰特性が良好となって、周波数応答性が向上する。 F B A R 2 1 0についても同様である。

本実施形態においても、図 1 A〜図 1 Cの実施形態と同じく、隣り合う薄膜圧電共振器同士を接近させて設置することができるため、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 1 0及び 2 2 0のダイアフラム 2 3の中心（2次元的な幾何学的重心） 1及び 2を結ぶ直線上（図 3 Aにおける X— X ' 線）において、該直線が隣り合う薄膜圧電共振器のダイァフラム 2 3間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間距離 D 0との比率 D 1 /D 0を小さくすることができる（図 3 A及び図 3 B参照）。電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 1 0と 2 4 0との関係及び電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 2 0と 2 4 0との関係についても同様である。また、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 1 0と 2 3 0との関係及び電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器 2 2 0と 2 5 0との関係についても同様であるが、この場合には電気的接続が下部電極 1 5を介して行われる。

本実施形態の薄膜圧電デバイスは、薄膜圧電共振器 2 1 0と 2 2 0とを直列接続し、これらに対してそれぞれ薄膜圧電共振器 2 3 0と 2 4 0と 2 5 0とを分路接続してなる梯子型回路で構成された薄膜圧電フィルターである。

本発明の薄膜圧電デバイスの基板 1 2としては、シリコン（1 0 0 ) 単結晶などの半導体単結晶、シリコンウェハーなどの基材表面にダイヤモンドなどの多結晶膜を形成したものを用いることができる。基板 1 2として、その他の半導体または絶縁体基板を用いることも可能である。

本発明においては、プラズマを利用した深いトレンチエッチングである D e e p R I E (深彫り型反応性イオンエッチング）法によって振動部を構成するダイァフラムとなる部分の下にある基板部分を異方的に除去して、基板 1 2にビアホール 2 2を形成する。例えば、基板がシリコンからなるものであれば、内部に SF₆ ガスと C₄ F₈ ガスとを交互に導入してエッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、側壁面と底面のエッチング速度比を制御し、毎分数 m のエッチング速度で、側壁面を垂直に立てた深い角柱状または円柱状のビアホール加工を行うことができる。したがって、ダイアフラム 23の平面形状および寸法と基板下面の開口部 24の平面形状および寸法とがほぼ等しくなり、隣り合う共振器のダイアフラム 23を著しく接近させることができる。例えば、約 150 mX l 50 mの横寸法を有するダイアフラム 23を同寸法の下面側エッチング開口部 2 4で形成することにより、隣り合う共振器のダイアフラム中心間距離を 180 /im 前後の値にすることができる。

これにより、 FBAR共振器の高密度の集積化が可能となり、圧電体層 16を挟む金属電極（下部電極 15と上部電極 17) を用いて隣り合う共振器同士を電気的に接続する際の該金属電極の電気抵抗を小さく抑えて、 8八尺共振器210、 2 20、 230及び 240更には 250を組み合せて作製される薄膜圧電デバイス 2 00の揷入損失を著しく小さくすることができる。尚、基板 12に形成される空隙は、ビアホール 22によるものには限定されず、振動部となるダイアフラム 23の振動を許容するものであれば、別の形態であってもよい。

絶縁体層 13としては、酸化シリコン（S i〇₂ ) または窒化シリコン（S i 3 N₄ または S i N_x ) を主成分とする誘電体膜を用いることができる。この絶緣体層 13の材質について、主成分とは、誘電体膜中の含有量が 50当量％以上である成分を指す。誘電体膜は、単層からなるものであっても良いし、密着性を高めるための層（密着層）などを付加した複数層からなるものであっても良い。複数層からなる誘電体膜の例としては、前記の酸化シリコン（S i〇₂ ) 層と窒化シリコン（ S i 3 N₄ または S i N_x ) 層とを積層したものが例示される。絶縁体層 13の厚さは、例えば 0. 2〜1. 0 mである。絶縁体層 13の形成方法としては、シリコンからなる基板 12の表面を熱酸化する方法や CVD (Ch em i c a 1 V a p o r De o s i t i on) 法が例示される。さらに、ダイアフラム部に存在する誘電体膜を完全に除去してしまうことも可能である。

下部電極 15および上部電極 17としては、モリブデン（Mo) 、タングステン (W) 、白金（P t) 、金（Au) などの導電膜を用いることができる。 Moは熱弾性損失が A 1の約 1/56と低いことから、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、 W単体だけでなく、 Moまたは Wを主成分（好ましくは含有量が 80原子％以上）とする合金を使用することも可能である。また、 Moまたは Wまたは P tまたは Auとチタン（T i) 、ジルコニウム（Z r) 、クロム（Cr) などの密着力を向上させる下地層（密着層）とを積層した電極を使用することも可能である。例えば、 Mo/T i積層膜、 WZT i積層膜、 MoZZ r 積層膜、 P t/T i積層膜、 AuZT i積層膜、 Au/C r積層膜などを用いることができる。下部電極 15および上部電極 17の厚さは、例えば 50〜250 nm である。下部電極 15および上部電極 17の形成方法としては、スパッタリング法または真空蒸着法が例示され、さらに必要に応じて所望の形状へのパターン形成のためにフォトリソグラフィー技術が適用される。

圧電体膜 16は、窒化アルミニウム（A1 N) 、窒化アルミニウム—窒化ガリウム系固溶体（A 1 ,— _xGa_xN (但し、 0<χ<1) ) 、酸化亜鉛（ZnO) 、チタン酸鉛（PT (PbT i〇₃ ) ) 、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT (Pb (Z r, T i) 0₃ ) ) などから選ばれる圧電材料を主成分とする圧電体膜からなる。窒化アルミニウム—窒化ガリウム系固溶体（ΑΙ ,-x G axN) 、酸化亜鉛（ZnO) より成る圧電薄膜は、それぞれ c軸配向を示し、 X線回折法により測定した（000 2) 面の回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) は狭い。ロッキング •カーブ半値幅（FWHM) が大きくなり、配向性が低下すると、電気機械結合係数 k_t ² が低下し、デバイス化に必要な通過帯域幅が取れなくなる傾向にあるばかりでなく、共振特性が悪化する傾向にある。圧電体膜 16の厚さは、例えば 0. 5〜 2. 5 mである。圧電体膜 16の形成方法としては、反応性スパッタリング法が例示され、さらに必要に応じて所要の形状へのパターン形成のためにフォトリソグラフィー技術が適用される。

図 4 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスのさらに別の実施形態を示す模式的平面図であり、図 4 Bはそのダイアフラム間の各距離を示す説明図である。これらの図においても、上記図 1 A〜図 3 Bにおけるのと同様の機能を有する部材には同一の符号が付けられている。図 4 A及び図 4 Bの薄膜圧電デバイス 200は FBAR 210, FBAR 220, FBAR 230, F BAR 240および F BAR 250 を組み合せることにより作製されている。

本発明においては、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器の中心（即ち、ダイァフラムの中心 1〜5) を結ぶ直線上において、該直線が隣り合う薄膜圧電共振器の間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 DOとの比率 D 1ZD0が 0. 1〜0. 5となるような位置に複数個の薄膜圧電共振器を配置して、これをデバイス化する。図 4A 及び図 4 Bの薄膜圧電デバイス 200において、隣り合う薄膜圧電共振器の中心を結ぶ直線が、該隣り合う薄膜圧電共振器のダイァフラム上を通過する線分の長さを、それぞれ D 2， D 3とし、該隣り合う薄膜圧電共振器の間に存在する支持領域を通過する線分の長さを D 1とすれば、該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 DO は、図 4 Bに示すように、

D 0=D 1 +D 2+D 3

と表される。

図 5 Aは、本発明による薄膜圧電デバイスのさらに別の実施形態を示す模式的平面図であり、図 5 Bはそのダイアフラム間の各距離を示す説明図である。これらの図においても、上記図 1 A〜図 4 Bにおけるのと同様の機能を有する部材には同一の符号が付けられている。図 5 A及び図 5 Bの薄膜圧電デバイス 200は FBAR 210， FBAR 220, F BAR 230および F BAR 240を組み合せることにより作製されている。

本発明の薄膜圧電共振器においては、振動部を構成するダイァフラムの平面形状を工夫し、最適ィ匕することにより、通過帯域内に余分なスプリアス信号、ノイズが入らず、低挿入損失で高特性、高性能な薄膜圧電デバイスを製造する。好ましいダィァフラム平面形状の具体例としては、少なくとも一方の対の対辺が非平行に形成されている 2対の対辺を有する形状（四辺形）、少なくともその一部に非方形の不規則な多角形を含む多角形、少なくともその一部に曲線部分を含む非方形の不規則な多角形などが挙げられる。図 5 A及び図 5 Bの薄膜圧電デバイス 200は、 2対の対辺が共に非平行に形成された四辺形の例を示す。これらの図の薄膜圧電デバイス 200においても、隣り合う薄膜圧電共振器の中心を結ぶ直線が、該隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム上を通過する線分の長さを、それぞれ D2， D3とし、該隣り合う薄膜圧電共振器の間に存在する支持領域を通過する線分の長さを D 1 とすれば、該隣り合う薄膜圧電共振器の中心間距離 DOは、図 5 Bに示すように、

D 0=D 1+D2+D3

と表される。

図 4 A及び図 4 B並びに図 5 A及び図 5 Bに示した薄膜圧電デバイスの実施形態において、 F BAR 220は、基板の上面に作製された圧電積層構造体 14を有する。圧電積層構造体 14は、絶縁体層の上面に形成された下部電極 15、該下部電極 15を覆うようにして絶縁体層の上面に形成された圧電体膜 16および該圧電体膜 16の上面に形成された上部電極 17を備えている。また、下部電極 15および上部電極 17はダイァフラムに対応する領域内に形成された主体部 15 a、 17 a と、該主体部 15 a、 17 aと他の F BARまたは外部回路との接続のための端子咅 15 b、 17 bを有する。端子部 15 b、 17 bはダイァフラムに対応する領域外に延びている。 FBAR210, FBAR 230, F B AR 240および F B A R 250の構成についても同様である。

図 5A及び図 5Bに示した FBAR210， FBAR 220, FBAR 230および F BAR 240におけるように、振動部を構成するダイアフラムを、その平面形状が 2対の対辺が共に非平行である四辺形となるように形成して、ダイアフラムの対称性を低下させることにより、所望の通過帯域内に余分なスプリアス信号、ノィズが入って来ないようにすることができ、高周波回路部品として使用される薄膜圧電デバイスの性能が向上する。

図 9は、本発明による薄膜圧電デバイスのさらに別の実施形態を示す模式的断面平面図である。これらの図においても、上記図 1 A〜図 5 Bにおけるのと同様の機能を有する部材には同一の符号が付けられている。

本実施形態は、上記実施形態で説明した圧電積層構造体を 2つ積層したものに相当する圧電積層構造体を備えた S BAR 210' 及び 220' を有する。即ち、絶緣体層 13上に下部電極 15、第 1の圧電体膜 16- 1, 内部電極 17' 、第 2の圧電体膜 16— 2及び上部電極 18がこの順に積層されている。内部電極 17' は、第 1の圧電体膜 16— 1に対する上部電極としての機能と第 2の圧電体膜 16 - 2に対する下部電極としての機能とを有する。本実施形態では、各 S BARにおいて、下部電極 15または上部電極 18と内部電極 17 ' との間に入力電圧を印加し、上部電極 18または下部電極 15と内部電極 17' との間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、これ自体を多極型フィルターとして使用することができる。

S BAR 210' と 220' とは、下部電極 15を介して電気的に接続されている。上部電極 18または内部電極 17' を介して S BAR 210，と 220' とを電気的に接続することも可能である。

本実施形態においても、電気的に接続された隣り合う S BARのダイアフラム 2 3の中心を結ぶ直線上において、該直線が隣り合う S BARの間に存在する圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と該隣り合う S BARの中心間距離 D 0との比率 D 1ZD 0が 0. 1〜0. 5となるような位置に複数個の S BARを配置している。

以上のような薄膜圧電デバイスを構成する個々の薄膜圧電共振器において、マイクロ波プローバ一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 = r/Tan (Φ r )

Φ r = {π/2) ( f r / f a )

がある。ここで φ rは複素インピーダンスの位相の変化を表す。

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採用している。

本発明者らは、図 1A〜図 1 C、図 2A〜図 2C、図 3 A及び図 3 B、図 4 A 及び図 4 B、図 5 A及び図 5 B、並びに図 9に示す構成の薄膜圧電デバイスについて、その特性、性能が、薄膜圧電デバイスを構成する FBAR, S BARの構造、配置にどのように依存するのかについて検討した。その結果、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間の距離を短くし、好ましくはダイァフラムの平面形状を最適化することにより、金属電極の導体損に起因する挿入損失を著しく低減でき、共振特性の良好な複数個の薄膜圧電共振器を高密度に集積化して、利得、帯域特性に優れた高性能な薄膜圧電デバイスを実現できることを見出した。

本発明の薄膜圧電デバイスにおいては、 2. 0 GHz近傍における共振周波数と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%以上であるのが好ましい。電気機械結合係数が 4. 0%未満になると、作製した薄膜圧電フィルタ一の帯域幅が小さくなり、高周波域で使用するフィル夕一として実用に供することが難しくなる傾向にある。また、挿入損失は 3. 0 dB以下であることが好ましい。挿入損失が 3. 0 dBを超えるとフィルター特性が著しく悪化し、高周波域で使用するフィルタ一として実用に供することが難しくなる傾向にある。実施例：

以下に実施例および比較例を示し，本発明をさらに詳細に説明する。

[実施例 1 ]

本実施例では、以下のようにして、図 2 A〜図 2 Cに示されている構造の薄膜圧電フィルターを作製した。

即ち、フォトリソグラフィ一により、厚さ 250 mの（100) S i基板 12 の上面を所望の形状にパターン化した後、エッチングして、高さ 3. 0 mで平面寸法 140 X 160 m程度の矩形に近い形状の平坦な台地を残すように、その周囲に窪みを設けた。尚、台地は形成すべき共振器のダイァフラムに対応する位置に形成した。熱酸化法により、基板の上下両面に厚さ 1. O^mの S i 0₂ 層を形成した後、テトラエトキシシラン（S i (〇 (C₂ H₅ ) ₄ ) を原料に用いた熱 CV D法により、 450。Cで基板上面に厚さ 3. 5 ^ mの S i 0₂ 層を堆積させ、 10 00°Cでァ二一ルした。次に、微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて、 CMP ( Chemi c a l Me c h an i c a l P o 1 i s h i n g) 研磨法により基板上面の S i 0₂ 層を研磨して、窪みを S i〇₂層で埋めた個所以外の S i〇₂ 層を完全に除去し、平坦な台地形状の S i基板部が表面に露出するまでの表面状態にした。研磨表面は高さの RMS変動が 1 Onmであった。表面に露出した S i〇₂ 層をマスクとして、 S i基板の露出した部分を深さ 0. 3 mほどエッチング除去した後、 DCマグネトロンスパッ夕一法により、 T i金属層（密着層）および Mo 金属層（主電極層）をこの順番に形成し、表 1に記載した材質と厚さを有する Mo を主体とする下部電極膜を形成した。フォトリソグラフィ一により下部電極膜を所望の形状にパターン化して、 Mo/T i下部電極 15を形成した。個々の FBAR の下部電極 15の主体部 15 aは、平面寸法 140 X 160 mのダイァフラムよりも各辺が 15 m程度大きな矩形に近い形状とした。下部電極 15を構成する M o金属層が（110) 配向膜即ち単一配向膜であることは、 X線回折測定により確認した。この MoZT i下部電極 15を形成した基板 12上に，純度 5Nの金属 A 1を夕ーゲットとして反応性 RFマグネトロンスパッ夕一法により、表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの A 1 N圧電体薄膜を形成した。熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、 A 1 N膜を所定の形状にパターン化して、 A 1 N圧電体膜1 6を形成した。その後， DCマグネトロンスパッター法とリフトオフ法を使用して、図 2 A〜図 2Cに示すごとく、直列回路は厚さ 0. 180 xm、分路回路は厚さ 0. 209 mで、主体部 17 aがダイアフラムよりも各辺 5 m程度小さな矩形に近い形状の Mo上部電極 17を形成した。上部電極 17の主体部 17 aは、下部電極主体部 15 aに対応する位置に配置した。

以上のようにして圧電積層構造体 14を形成した基板 12の下面の S i 0₂層を、フォトリソグラフィ一により、上面の S i 0₂ マスクに対応した所定の形状にパターン化した。さらに、マイクロマシン加工用フォトレジスト（M i c r oCh e m Co r p製NANO SU— 8ネガレジスト）を塗布して、フォトリソグラフィ一により下面 S i 0₂ マスクと同一形状のレジストマスクを形成した。マスクを形成した基板 12を De e p R I E (深彫り型反応性イオンエッチング）仕様のドライエッチング装置に装入し、装置内部に SF₆ ガスと C₄ F₈ ガスとを交互に導入してエッチングと側壁保護膜形成とを繰り返した。側壁面と底面のエッチング速度比を制御し、毎分数/ mの速度でエッチングを続けることにより、下部電極 1 5がビアホール 22に露出するまでエッチング加工を行って、側壁面を垂直に立てた深い角柱状のビアホール 22を作製した。その結果、ダイアフラム 23と基板下面の開口部 24とをほぼ等しい平面形状と寸法にすることができた。電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心を通過する直線が該隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム間に存在する前記圧電積層構造体の支持領域を通過する線分の長さ D 1と、前記隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心間距離 D 0との比率 D 1/D 0の値は、 0. 18であった。この比率 D 1 /D 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1ZD 0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された、図 2 A〜図 2 Cの構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、表面構造評価用多機能 X線回折装置を使用して、ディフラクトメ一夕—法による A 1 N薄膜の格子定数測定と（0002) 回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) 測定を行った。 A 1 N薄膜の結晶性の評価結果を表 1に示す。

金属電極の材質と厚さ圧電体薄膜の作製条件と特性薄膜圧電デバイスの構造下部電極 ' 上部電極薄膜形成条件 m信；絶縁体層

密着層中間層主電極層厚さ密着層主電極層厚さ * 材質窒素濃度基板温度ロッキンク' 図面材質厚さ

材質材質材質 (nm) 材質材質 (nm) (vol%) CC) FWH (deg) (urn) 実施例 1 Ti Mo 200 Mo 180 A1N 30 350 2.4 図 2 Si02 0.00

208

実施例 2 Ti Pt Mo 230 Ti Mo 210 A1N 35 300 1.8 図 2 Si02 0.00

¾44

実施例 3 Ti Au Mo 210 ― Mo 190 A1N 25 325 1.6 図 1 Si02 0.25

225

実施例 4 V Au Mo (TZM合金) 220 一 Mo (TZM合金） 200 (Al,Ga)N 35 340 1.9 図 1 Si02 0.35

235

実施例 5 Ti Al Mo 225 - Mo 205 A1N 50 315 1.7 図 2 Si02 0.00

237

実施倒 6 Ti Au Mo 210 Ti Mo 190 A1N 50 305 1.4 図 2 Si02 0.00

228

実施例 7 Ti - Mo 195 一 Al 175 A1N 25 250 2.6 図 2 Si02 0.00

196

実施例 8 Ti ― Au 170 - Au 150 ZnO 一 240 2.3 図 3 Si02 0.30

180

実施例 9 Ti Pt Mo (TZM合金） 235 Ti Mo (TZM合金） 215 A1N 45 340 2.0 図 1 SiNx 0.30

250

実施例 10 Zr Au Mo 205 Zr Mo 185 A1N 35 280 2.2 図 2 Si02 0.00

219

実施例 11 Ti - Pt 220 Ti Pt 200 PZT - 600 図 1 SiNx 0.43

実施例 12 Ni Al W 225 - Al 205 A1N 30 250 4.0 図 1 SiNx 0.40

222

実施例 13 Nb Pt W-Mo合金 210 Nb W - Mo合金 190 (Al,Ga)N 50 270 3.5 図 1 Si02 0.20

223

実施例 U Hf Pt 210 Pt 190 ZnO 270 3.6 図 2 Si02 0.00

211

較例 1 Ni Mo-Re合金 195 Mo- Re合金 175 A1N 45 345 3.2 図 1 Si02 0.38

205

比較例 1 Ti Mo 230 Ti Mo 210 AIN 45 270 2.9 図 8 Si02 0.35

243

比較例 3 Ti Au 160 Au 140 ZnO 260 3.0 図 8 Si 021 0.40

158

比較例 4 Zr Au Mo 210 Mo 190 AIN 40 260 2.8 図 2 Si02 0.00

218

*上段は直列回路における上部電極の厚さ、下段は分路回路における上部電極の厚さを表す «ダイアフラム部における絶縁体層の厚さを記載

. また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルタ一を構成する F B A Rの電極端子 15 b， 1 7 b間のインピ一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 および音響的品質係数 Qを求めた。

マイクロ波プローバ一を使用して測定した共振特性における共振周波数： f rおよび反共振周波数 ί aと電気機械結合係数 k_t ² との間には，以下の関係がある。

k ₁ ² = Φ r /Ύ a n ( r )

Φ r = (π/2) ( f r/ f a)

ここで φ rは複素ィンピーダンスの位相の変化を表す。

簡単のため，電気機械結合係数 k_t ² は次式から算出した。

k _t ² =4. 8 (f a- f r) / (f a+ f r)

得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであつた。

薄膜圧電デバイスの構造薄膜圧電共振器の特 14 * 薄膜圧電デバイスの性能

ダイァ隣合うダイアフラム間の距離圧電薄膜共振反共振電気機械音響的デバイス通過挿入損失 1 ±域フラム D1 D2+D3 DO D1/D0 の厚さ周 ΚΙ ffiΐίi7粉SC 周波数結合係数ロロ具 1¾ の種類帯域幅 I.L. 減衰量形状 ( in) (•id) ( m) (GHz) (GHz) K,² (%) Q値 (MHz) (dB) (dB) 実施例 1 矩形 34 150 184 0.18 1.17 2.65 2.72 5.92 1012 梯子型フィルター 66.3 1.8 45.6

2.59 2.65

実施例 2 台形 35 150 185 0.19 1.32 2.45 2.51 6.19 1256 梯子型フィルタ一 64.0 1.4 47.0

2.39 2.45

実施例 3 台形 35 150 185 0.19 1.50 1.91 1.96 5.29 1757 梯子型フィル夕一 42.6 1.3 51.9

1.87 1.91

実施例 4 矩形 33 135 168 0.20 1.30 1.85 1.89 5.13 1556 梯子型フィルター 40.0 1.7 49.8

1.81 1.85

実施例 5 矩形 50 160 210 0.24 1.40 2.36 2.42 6.27 1065 梯子型フィルター 62.5 2.0 46.1

2.30 2.36

実施例 6 5角形 53 170 223 0.24 1.57 2.12 2.18 6.50 1188 梯子型フィルター 58.2 1.7 47.3

2.06 2.12

実施俩 7 曲線を含 50 150 200 0.25 1.05 2.32 2.37 5.88 941 梯子型フィル夕一 57.5 1.3 45.6

む非方形 2.26 2.32

実施例 8 矩形 44 180 224 0.20 0.98 1.35 1.39 6.98 650 梯子型フィルター 39.8 1.9 45.3

1.31 1.35

実施例 9 矩形 38 160 198 0.19 1.20 2.20 2.25 5.64 1351 格子型フィルター 52.3 2.3 46.0

2.15 2.20

実施例 10 台形 35 150 185 0.19 1.40 2.25 2.31 5.99 1100 送受信切替器（梯子 56.9 1.4 46.3

2.20 2.25 型フィルター） **

実施例 11 矩形 50 150 200 0.25 0.58 1.72 1.78 8.13 189 梯子型フィルター 59.4 2.9 24.0

1.67 1.72

実施例 12 矩形 55 Ϊ75 ¹ 230 0.24 0.99 2.06 2.09 4.00 825 梯子 S{フィルター 34.6 1.6 39.7

2.03 2.06

実施例 13 矩形 40 165 205 0.20 1.30 2.16 2.20 4.27 872 梯子型フィルター 38.8 2.0 40.2

2.12 2.16

実施例 14 矩形 35 140 175 0.20 1.02 1.89 1.93 4.33 500 梯子型フィルター 34.5 2.5 35.4

1.86 1.89

台形 180 150 330 0.55 1.00 2.14 2.19 4.84 456 梯子型フィルター 43.7 5.0 26.2

2.10 2.14

比較例 2 矩形 450 160 610 0.74 1.05 2.09 2.13 4.96 539 梯子型フィルター 43.6 8.0 28.8

2.05 2.09

比較例 3 矩形 450 150 600 0.75 0.41 1.70 1.74 5.18 276 梯子型フィルタ一 37.1 6.0 25.1

1.67 1.70

比較例 4 矩形 20 190 210 0.095 1.50 2.29 2.34 5.20 加工中に破損してデバイス化不能

2.24 2.29

上段は直列回路における FBARの周波数特性、下段は分路回路における FBARの周波数特性を表す送受信切替器については Tx (送信側）の性能を記載

〕 ¾2 さらに、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プローバ一とネットワークァナライザ一を使用して，梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一の信号通過特性を測定し、フィル夕一としての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルタ一の通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 2]

本実施例では、以下のようにして、図 2に示されている構造（但し、ダイアフラム 23は台形）の薄膜圧電フィル夕一を作製した。

即ち、下部電極として、 T i金属層（密着層）、 P t金属層（中間層）および Mo金属層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する MoZP tZT i下部電極 15を形成したこと、上部電極として、 T i金属層（密着層）および Mo金属層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する Mo ZT i上部電極 17を形成したこと、および De e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状を台形とすることでダイアフラム 23の形状を台形としたこと以外は、実施例 1と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本実施例の前記 D l /D0は、 0. 19であつた。この比率 D 1ZD0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1/D 0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテ一パー角は、基板上面に対して 80〜 100 ° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された、図 2の構造（但し、ダイアフラム 23は台形）の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、表面構造評価用多機能 X線回折装置を使用して、実施例 1と同様に、ディフラクトメ一ター法による A 1 N薄膜の格子定数測定と（0002) 回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM ) 測定を行った。 A 1 N薄膜の結晶性の評価結果を表 1に示す。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バ一とネットワークアナライザ一を使用して、実施例 1と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一を構成する F B ARの共振周波数 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 および音響的品質係数 Qを求めた。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。

さらに、実施例 1と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターの信号通過特性を測定し、フィルターとしての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィル夕一の通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 3]

本実施例では、以下のようにして、図 1に示されている構造（但し、ダイアフラム 23は台形）の薄膜圧電フィルタ一を作製した。

即ち、熱酸化法により，厚さ 250 amの (100) S i基板 12の上下両面に厚さ 1. 2 mの S i〇₂ 層を 1100°Cで形成した後、上面側の S i 0₂ 層のみをエッチングして、上面の S i〇₂ 層の厚さを調整し、 S i〇₂ から成り、表 1に記載の厚さ値を有する絶縁体層 13を形成した。この絶縁体層 13の上面に、 DC マグネトロンスパッ夕一法により、 T i金属層（密着層）、 Au金属層（中間層）および Mo金属層（主電極層）をこの順番に形成し，フォトリソグライ一により，所望の形状にパターン形成して、 Mo/Au T i下部電極 15を形成した。下部電極 15の主体部 15 aは矩形に近い形状とした。 Mo金属層が（110) 配向膜、即ち単一配向膜であることは X線回折測定により確認した。この Mo下部電極 1 5を形成した絶縁体層 13上に、純度 5 Nの金属 A 1をターゲットとして反応性 R Fマグネトロンスパッタ一法により、表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの A 1 N圧電体薄膜を形成した。熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、 A 1 N膜を所定の形状にパターン化して A 1 N圧電体膜 16を形成した。その後， DCマグネトロンスパッ夕一法とリフトオフ法を使用して，図 1に示すごとく，直列回路では厚さ 0. 190 /zm，分路回路では厚さ 0. 225 mで，主体部 17 aの平面面積 23， 000 urn² 前後の台形に近い形状の Mo上部電極 17を形成した。上部電極 17の主体部 17 aは、下部電極主体部 15 aに対応する位置に配置した。

以上のようにして圧電積層構造体 14を形成した基板 12の下面の S i〇₂ 層を、フォトリソグラフィ一により、上部電極主体部 17 aに対応した所定の形状にパターン化した。さらに、マイクロマシン加工用フォトレジスト（Mi c r oCh em Co r p製 NANO S U— 8ネガレジスト）を塗布して、フォトリソグラフィ一により下面 S i 0₂ マスクと同一形状のレジストマスクを形成した。マスクを形成した基板 12を D e e p R I E (深彫り型反応性イオンエッチング）仕様のドライエッチング装置に装入し、装置内部に SF₆ ガスと C₄ F₈ ガスとを交互に導入してエッチングと側壁保護膜形成とを繰り返した。側壁面と底面のエツチング速度比を制御し、毎分数/ mの速度でエッチングを続けることにより、下部電極主体部 15 aがビアホ一ル 22に露出するまでエッチング加工を行って、側壁面を垂直に立てた深い角柱状のビアホール 22を作製した。その結果、ダイアフラム 2 3と基板裏面の開口部 24とをほぼ等しい平面形状と寸法にすることができた。本実施例の前記 D 1 ZD 0は、 0. 19であった。この比率 D 1/D 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1 ZD 0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によつて製造された、図 1の構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 1と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プローバ一とネットワークアナライザ一を使用して、実施例 1と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターを構成する F B ARの共振周波数 ί 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 および音響的品質係数 Qを求めた。得られた薄膜圧電フィル夕一の厚み振動の基本阖波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。

さらに、実施例 1と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターの信号通過特性を測定し、フィルタ一としての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの通過帯域幅、挿入損失 I . L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 4] 本実施例では、以下のようにして、図 1に示されている構造の薄膜圧電フィルタ一を作製した。

即ち、下部電極として、 V金属層 (密着層）、 Au金属層（中間層）および T ZM合金層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する Mo (TZM合金） ZAu/V下部電極 15を形成したこと、この Mo (TZM合金） /Au/V下部電極 15を形成した絶縁体層 13上に，反応性 RFマグネトロンスパッ夕一法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの窒化アルミ二ゥム—窒化ガリウム系固溶体（A l GaxN) 薄膜を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した材質と厚さを有する Mo (TZM合金）上部電極 17を形成したこと、および De e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状を矩形とすることでダイアフラム 23の形状を矩形としたこと以外は、実施例 3と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィル夕一を作製した。本実施例の前記 D 1 /D 0は、 0. 20であった。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1ZD0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された，図 1の構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プローバ一とネットワークアナライザ一を使用して，実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターのインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィル夕一としての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィル夕一の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィル夕一の通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 5〜 7 ] 本実施例では、以下のようにして、図 2に示されている構造（但し、ダイアフラム 23は表 1に記載の形状）の薄膜圧電フィルターを作製した。

即ち、下部電極として、表 1に記載の T i密着層、中間層および Mo金属層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する Mo/A 1/ T iまたは Mo/Au/T iあるいは Mo ΖΤ ίからなる下部電極 15を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した材質と厚さを有する Moまたは MoZT i あるいは A 1からなる上部電極 17を形成したこと、および De e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状に基づきダイァフラム 23の形状を表 1に記載の形状としたこと以外は、実施例 1と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本実施例の前記 D l /D0は、表 2に示すとおり、 0. 24〜0. 25であった。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1ZD0の値は 0. 18 〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された，図 2の構造（但し、ダイアフラム 23は表 1に記載の形状）の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 1と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターのインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィルターとしての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルタ一の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィルターの通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。図 6 Aおよび図 6 Bには、実施例 6における薄膜圧電フィルターのインピーダンス周波数特性およびフィルタ一通過帯域特性を示す。本実施例の薄膜圧電フィル夕一では、共振周波数ピーク 31と反共振周波数ピーク 32との間の微細ピークは極めて少なく、図 6Aに示したように、通過帯域特性は著しく良好である。この良好な通過帯域特性は、ダイァフラム形状を非対称の 5角形にしたことによる。

[実施例 8]

本実施例では、以下のようにして、図 3に示されている構造の薄膜圧電フィル夕一を作製した。

即ち、下部電極として、 T i金属層（密着層）および Au金属層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する AuZT i下部電極 15 を形成したこと、 A u/T i下部電極 15を形成した絶縁体層 13上に、 ZnOをターゲットとして、 RFマグネトロンスパッター法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの ZnO圧電体薄膜を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した厚さを有する 2つの電極部 17A， 17 Bからなる Au上部電極 17を形成したこと、および De e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状に基づきダイアフラム 23の形状を矩形としたこと以外は、実施例 3と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本実施例の前記 D 1/D0は、 0. 20であった。この比率 D 1/D 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 Dl ZD 0の値は 0. 18〜 0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテ一パー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された，図 3の構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性の評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターのインピ一ダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィルタ一としての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィルターの通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 9]

本実施例では、以下のようにして、図 1に示されている構造と類似の薄膜圧電フィル夕一を作製した。

即ち、熱酸化法により形成した S i 0₂ 層に代えて、モノシラン（S i H₄ ) およびアンモニア（NH₃ ) を原料として用いた低圧 CVD法により、 800°Cで S i N_x層を堆積させたこと、下部電極の主電極層を Moから TZM合金層に変え中間層を Auから P tに変えて、表 1に記載した材質と厚さを有する Mo (TZM合金） /P t/T i下部電極 15を形成したこと、上部電極の主電極層を Moから T ZM合金層に変え T i密着層を用いて、表 1に記載した材質と厚さを有する Mo ( TZM合金） ZT i上部電極 17を形成したこと、 De e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状に基づきダイァフラム 23の形状を矩形としたこと、および薄膜圧電フィル夕一を構成する個々の FBARの配列を梯子型回路から格子型回路に変更したこと以外は、実施例 3と同様の操作を繰り返して、格子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本実施例の前記 D 1ZD0は、 0. 19であつた。この比率 D1/D0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1 ZD 0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100 ° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された、格子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バ一とネットワークアナライザ一を使用して、格子型回路より成る上記薄膜圧電フィルタ一を構成する F B ARの電極端子 15 b、 17 b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 および音響的品質係数 Qを求めた。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k ₁ ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。

さらに、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットヮ一クァナライザ一を使用して，格子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一の信号通過特性を測定し、フィル夕一としての性能（通過帯域幅、揷入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルタ一の通過帯域幅、挿入損失 I . L . および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 1 0 ]

本実施例では、以下のようにして、図 2に示されている構造（但し、ダイアフラム 2 3は台形）の送信用薄膜圧電フィルターおよび受信用薄膜圧電フィル夕一に 9

0度位相整合器を組み合せた送受信切替器を作製した。

即ち、下部電極として、表 1に記載の密着層、中間層および主電極層をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する M o /A u / Z r下部電極 1 5を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した材質と厚さを有する M o Z Z r上部電極 1 7を形成したこと、および D e e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状に基づきダイアフラム 2 3の形状を台形としたこと以外は、実施例 1と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る送信用薄膜圧電フィルターおよび受信用薄膜圧電フィルターをそれぞれ作製した。次に、これらの薄膜圧電フィルターを 9 0度位相整合器を介して結合させて、図 1 0に示すような送受信切替器を作製した。

図 1 0において、送受信切替器 3 0 0は、送信用薄膜圧電フィルター 3 1 0、受信用薄膜圧電フィルター 3 3 0及び 9 0度位相整合器 3 5 0を含んでなる。送信用薄膜圧電フィルタ一 3 1 0の一方端は送信ポート 3 0 2と接続されており、受信用薄膜圧電フィルター 3 3 0の一方端は受信ポート 3 0 4と接続されている。送信用薄膜圧電フィルタ一 3 1 0及び受信用薄膜圧電フィルター 3 3 0の他方端は 9 0度位相整合器 3 5 0を介して送受共用ポートとしてのアンテナポート 3 0 6と接続されている。すなわち、 9 0度位相整合器 3 5 0は、アンテナポート 3 0 6、送信用薄膜圧電フィルター 3 1 0及び受信用薄膜圧電フィルター 3 3 0と、それぞれ接続されている。送信ポート 3 0 2は送信回路に接続され、受信ポート 3 0 4は受信回路に接続され、アンテナポート 3 0 6はアンテナ AN Tに接続される。送信用薄膜圧電フィルター 3 1 0及び受信用薄膜圧電フィル夕一 3 3 0は、チップ状の形態をなしており、 9 0度位相整合器 3 5 0及び所要の配線の形成された基板上に実装される。

本実施例の前記 D 1/D 0は、 0. 19であった。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1/D 0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された送受信切替器を構成する、図 2の構造（但し、ダィァフラム 23は台形）の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 1と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して，実施例 1と同様に、送受信切替器を構成する上記の梯子型回路より成る薄膜圧電フィル夕一の共振周波数 f r、反共振周波数 f a、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qを求めた。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。

さらに、実施例 1と同様に、送受信切替器を構成する上記の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターの信号通過特性を測定し、フィルターとしての性能（通過帯域幅、揷入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの通過帯域幅、揷入損失 I . L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 1 1， 12]

本実施例では、以下のようにして、図 1に示されている構造の薄膜圧電フィル夕一を作製した。

即ち、下部電極として、表 1に記載の密着層、中間層および主電極層をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する P t/Ύ iまたは W/A 1ZN i からなる下部電極 15を形成したこと、 P t/T iまたは WZA 1ZN i下部電極 1 5を形成した絶縁体層 13上に、 R Fマグネトロンスパッター法または反応性 R Fマグネトロンスパッター法により、表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの PZT (Pb (Z r, T i) 0₃ ) 圧電体薄膜または A 1 N圧電体薄膜を形成したこと、および上部電極として、表 1に記載した厚さを有する P tZT iまたは A 1 からなる上部電極 17を形成したこと以外は、実施例 9と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルタ一を作製した。本実施例の前記 D 1ZD0 は、表 2に示すとおりである。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1ZD0の値は 0. 18〜0 . 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。

上記の工程によって製造された，図 1の構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性の評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一のインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィルターとしての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィル夕一の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィル夕一の通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[実施例 13 ]

本実施例では、以下のようにして、図 1に示されている構造の薄膜圧電フィルタ一を作製した。

即ち、下部電極として、 Nb金属層（密着層）、 P t金属層（中間層）および W— Mo合金層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する W— Mo合金/ P tZNb下部電極 15を形成したこと、この W— Mo合金ノ P 1:/ 1)下部電極15を形成した絶縁体層 13上に，反応性 RFマグネトロンスパッ夕一法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの窒化アルミニウム —窒化ガリウム系固溶体（A

薄膜を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した材質と厚さを有する W— Mo合金/ Nb上部電極 17を形成したこと、および D e e p R I Eにより形成されるビアホールの平面形状に基づきダ 3の形状を矩形としたこと以外は、実施例 3と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本実施例の前記 D 1 ZD 0は、 0 . 2 0であった。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D l /D Oの値は 0 . 1 8〜0 . 3 の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテーパー角は、基板上面に対して 8 0〜1 0 0 ° の範囲内であった。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターのインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィルターとしての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k _t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィル夕一の通過帯域幅、挿入損失 I . L . および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。図 7 Aおよび図 7 Bには、本実施例 1 3における薄膜圧電フィルターのインピーダンス周波数特性およびフィルター通過帯域特性を示す。図 6 Aおよび図 6 B (実施例 6 ) と図 7 Aおよび図 7 B (本実施例）とを比較すると分かるように、本実施例の図 7 Aでは共振周波数ピーク 3 1と反共振周波数 3 2との間に多くの微細なピ —クが存在するのに対して、実施例 6の図 6 Aでは、共振周波数ピーク 3 1と反共振周波数ピーク 3 2との間の微細ピ一クは極めて少ない。したがって、図 6 Bおよび図 7 Bに示したフィルター通過帯域特性を比較すると分かるように、実施例 6の薄膜圧電フィルターの方が通過帯域特性が良好である。この通過帯域特性における差異は、主としてダイアフラム形状に依存しており、同形状を非対称の 5角形することが、矩形形状よりも好ましいということを示している。

[実施例 1 4 ] 本実施例では、以下のようにして、図 2に示されている構造の薄膜圧電フィルタ一を作製した。

即ち、下部電極として、表 1に記載の密着層および主電極層をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する P tZHf下部電極 15を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した厚さを有する P t上部電極 17を形成したこと、圧電体膜として、 Z ηθをターゲットとして、 RFマグネトロンスパッ夕一法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの Zn〇圧電体薄膜を形成したこと以外は、実施例 1と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルタ一を作製した。本実施例の前記 D 1/D 0は、 0. 20であった。この比率 D 1/ DOの値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1/D0の値は 0. 18〜0. 3の範囲内であった。また、全てのビアホールの側壁面のテ一パー角は、基板上面に対して 80〜100° の範囲内であった。上記の工程によって製造された，図 2の構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 1と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バ一とネットワークアナライザ一を使用して、実施例 1と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィルターのインピ一ダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィルターとしての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィル夕一の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィルターの通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[比較例 1]

本比較例では、以下のようにして、図 1 A〜図 1 Cに示されている構造（但し、ダイアフラム 23は台形）の薄膜圧電フィルタ一を作製した。

即ち、下部電極として、 N i金属層（密着層）、および Mo— Re合金層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する Mo— Re合金 ZN i下部電極 15を形成したこと、この Mo— Re合金 ZN i下部電極 15を形成した絶縁体層 13上に，反応性 RFマグネトロンスパッ夕一法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの A 1 N薄膜を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した材質と厚さを有する Mo— Re上部電極 17を形成したこと以外は、実施例 3と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製した。本比較例の前記 D 1/D 0は、 0. 55であった。この比率 D1/D0 の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 01 00の値は0. 5〜0. 6の範囲内であった。

上記の工程によって製造された、図 1の構造（伹し、ダイアフラム 23は台形）の梯子型回路より成る薄膜圧電フィル夕一について、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケード ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一のインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィル夕一としての性能 (通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィルターの通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[比較例 2、 3]

本比較例では、以下のようにして、図 8 A及び図 8 Bに示されている構造の薄膜圧電フィルターを作製した。

即ち、熱酸化法により，厚さ 300 /xmの（100) S i基板 12の上下両面に、厚さ 1. 0 mの S i〇₂ 層を 1100°Cで形成した後、上面側の S i〇₂ 層のみをエッチングして、上面の S i〇₂ 層の厚さを調整し、 S i 0₂ から成り、表 1 に記載の厚さ値を有する絶縁体層 13を形成した。この絶縁体層 13の上面に、 D Cマグネト口ンスパッタ一法により、表 1に記載の密着層および主電極層をこの順番に形成し，フォトリソグライ一により，所望の形状にパターニングして、 Mo/ T iまたは AuZT iからなる下部電極 15を形成した。下部電極 15の主体部 1 5 aはダイアフラム 23よりも各辺 40 m程度大きな矩形に近い形状とした。 M 0金属層が（110) 配向膜、即ち単一配向膜であることは X線回折測定により確認した。この Mo下部電極 15を形成した絶縁体層 13上に，金属 A1を夕ーゲットとする反応性 RFマグネトロンスパッター法または Z ηθを夕一ゲットとする R Fマグネトロンスパッ夕一法により，表 1に記載の条件で、表 2に記載した厚みの A 1 N圧電体薄膜または Z ηθ圧電体薄膜を形成した。熱燐酸を使用した湿式エツチングにより A 1 N膜を、または燐酸—塩酸混合水溶液を使用した湿式エッチングにより ZnO膜を、所定の形状にパターン化して、 A 1 Nまたは ZnOより成る圧電体膜 16を形成した。

その後， DCマグネトロンスパッター法とリフトオフ法を使用して、表 1に記載した材質と厚さで、主体部 17 aがダイアフラム 23よりも各辺 5 zm程度小さな矩形に近い形状の Mo/T iまたは Auからなる上部電極 17を形成した。上部電極 17の主体部 17 aは、下部電極主体部 15 aに対応する位置に配置した。

以上のようにして、下部電極 15、上部電極 17および圧電体薄膜 16より成る圧電積層構造体 14を形成した S i基板 12の下面に形成された厚さ 1. 0 の S i 0₂ 層を、フォトリソグラフィ一によりパターン形成して、湿式エッチング用のマスクを作製した。 S i基板 12の上面に形成した圧電積層構造体 14をプロテクトワックスで被覆し、下面に形成した S i 0₂ マスクを用いて、ダイアフラム 23に対応する S i基板 12の部分を加熱した K〇Hでエッチング除去し、空隙となるビアホール 22を作製した。その結果、ダイァフラムの平面寸法が 150 /m X 150 mまたは 160 mX 160 m前後であり、基板裏面の開口部の平面寸法が 575 umX 575 mまたは 585 /xmX 585 mのビアホール 22が得られた。本比較例の前記 D 1 ZD 0は、表 2に示したとおりである。この比率 D 1 ZD 0の値は、代表的な 1組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についてのものであるが、他の組の電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器についても比率 D 1/D 0の値は 0. 7〜0. 8の範囲内であった。

上記の工程によって製造された，図 8 A及び図 8 Bの構造の梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターについて、実施例 3と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。

また、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バーとネットワークアナライザ一を使用して、実施例 3と同様に、梯子型回路より成る上記薄膜圧電フィル夕一のインピーダンス特性および信号通過特性を測定し、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 および音響的品質係数 Qを求めると共に、フィル夕一としての性能（通過帯域幅、挿入損失、阻止域減衰量）を評価した。得られた薄膜圧電フィルターの厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ² および音響的品質係数 Qは表 2に示す通りであった。また、同フィル夕一の通過帯域幅、挿入損失 I. L. および阻止域減衰量は表 2に示す通りであった。

[比較例 4]

本比較例では、以下のようにして、図 2に示されている構造の薄膜圧電フィルタ一の作製を、前記 D 1ZD0が 0. 095となるように、試みた。

即ち、下部電極として、 Z r金属層（密着層）、 Au金属層（中間層）および M o金属層（主電極層）をこの順番に形成し，表 1に記載した材質と厚さを有する M oZAuZZ r下部電極 15を形成したこと、上部電極として、表 1に記載した厚さを有する Mo上部電極 17を形成したこと以外は、実施例 1と同様の操作を繰り返して、梯子型回路より成る薄膜圧電フィルターを作製しょうとしたが、隣り合うダイアフラム間に存在する支持領域の幅に相当する寸法 D 1が小さいので、ダイシング、チップ化などの加工中に基板が破損して、薄膜圧電フィル夕一としてデバイス化することが出来なかった。このため、 FBARまたはフィルターとしての特性を評価することが出来なかった。

上記の工程によって薄膜圧電フィルタ一の作製を試みた試料について、実施例 1 と同様に、 A 1 N薄膜の結晶性を評価した。評価結果を表 1に示す。産業上の利用可能性：

以上説明したように、本発明によれば、プラズマを利用した深いトレンチエッチングである De e p R I E (深彫り型反応性イオンエッチング）法により、振動部となる部分の下にある基板部分を基板の下面側から異方的に除去して、振動空間となるビアホールを形成することで、ダイァフラムの寸法と基板下面開口部の寸法との差が小さなビアホールを作製でき、これにより、薄膜圧電デバイスの金属電極により電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間距離を短くして、金属電極の導体損に起因する挿入損失を著しく低減することができる。本発明の薄膜圧電デバイスによれば、電気的に接続された隣り合う薄膜圧電共振器のダイアフラム中心間距離が短く、近接した位置に配置された複数個の薄膜圧電共振器を組み合せて集積化することにより、金属電極の導体損に起因する挿入損失を著しく低減でき、低挿入損失で、電気機械結合係数や音響的品質係数（Q) の優れた薄膜圧電デバイスを実現できる。また、薄膜圧電共振器の振動部を構成するダィァフラムの平面形状を工夫し、最適化することにより、通過帯域内に余分なスプリアス信号、ノイズが入らず、低挿入損失で、利得、帯域特性に優れた薄膜圧電デバイスに仕上がる。本発明の薄膜圧電デバイスを用いた場合、挿入損失が小さく、利得、帯域特性に優れているため， V C O (圧電薄膜共振子），フィルター，送受信切替器としての性能が向上し、移動体通信機向けの各種デバイスとして利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の振動空間を有する基板と該基板上に形成された圧電積層構造体とを含み、前記振動空間に対応して複数の薄膜圧電共振器が形成された薄膜圧電デバイスであって、

電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心を通過する直線が前記支持領域を通過する線分の長さ D 1と、前記電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の前記ダイァフラムの中心間の距離 D 0との比率 0 1 0 0が0 . 1〜0 . 5である少なくとも 1組の前記薄膜圧電共振器を有することを特徴とする薄膜圧電デバイス。

2 . 前記電気的に接続された隣り合う 2つの薄膜圧電共振器の組の全てに関して前記比率 D 1 /D 0が 0 . 1〜0 . 5であることを特徴とする、請求項 1記載

3 . 前記振動空間は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面からその反対側の面まで貫通するビアホールにより形成されており、該ビアホールの側壁面は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面に対して 8 0〜1 0 0 ° の範囲内の角度をなしていることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

4. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電積層構造体が、前記基板側から順に積層された、前記金属電極を構成する下部電極と、前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する上部電極とからなることを特徴とする、請求項 1 記載の薄膜圧電デバイス。

5 . 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器の上部電極が 2つの電極部から構成されていることを特徴とする、請求項 4記載の薄膜圧電デバイス。

6. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電積層構造体が、前記基板側から順に積層された、前記金属電極を構成する下部電極と、第 1の前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する内部電極と、第 2の前記圧電体膜と、前記金属電極を構成する上部電極とからなることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

7. 前記ダイアフラムには少なくとも一層の酸化シリコンおよび/または窒化シリコンを主成分とする絶縁体層が付されていることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

8. 前記圧電積層構造体の支持領域と前記基板との間にのみ少なくとも一層の酸化シリコンおよび Zまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁体層が介在することを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

9. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜が一般式 A l^.Ga.N (但し、 0ぐ: Xぐ 1) で表され、 c軸配向を示す窒化アルミニウムと窒化ガリウムとの固溶体より成る配向性結晶膜であって、その (0002) 面の回折ピークのロッキング ·カーブ半値幅（FWHM) が 3. 0° 以下であることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

10. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜が c軸配向を示す酸化亜鉛薄膜であって、その（0002) 面の回折ピークのロッキング

•カーブ半値幅（FWHM) が 3. 0° 以下であることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

11. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記圧電体膜がチタン酸鉛薄膜またはチタン酸ジルコン酸鉛薄膜であることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

12. 少なくとも 1つの前記薄 Ji莫圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、 2対の対辺を有し、少なくとも一方の対の対辺が非平行に形成されていることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

13. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、少なくともその一部が非方形の不規則な多角形で形成されていることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

1 4. 少なくとも 1つの前記薄膜圧電共振器において、前記ダイァフラムの平面形状は、少なくともその一部に曲線部分を含む非方形の不規則な多角形で形成されていることを特徴とする請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

1 5 . 前記薄膜圧電デバイスが薄膜圧電フィルターであることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

1 6 . 前記薄膜圧電フィルタ一は、直列接続された複数の前記薄膜圧電共振器とこれに対して分路接続された前記薄膜圧電共振器とを備えた梯子型回路で構成されていることを特徴とする、請求項 1 5に記載の薄膜圧電デバイス。

1 7 . 前記薄膜圧電デバイスが、複数個の薄膜圧電フィル夕一を備えた送受信切替器であることを特徴とする、請求項 1記載の薄膜圧電デバイス。

1 8 . 前記薄膜圧電フィルタ一は、直列接続された複数の前記薄膜圧電共振器とこれに対して分路接続された前記薄膜圧電共振器とを備えた梯子型回路で構成されていることを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜圧電デバイス。

1 9 . 請求項 1に記載の薄膜圧電デバイスを製造する方法であって、半導体あるいは絶縁体からなる基板上に前記圧電積層構造体を形成した後に、該圧電積層構造体の形成された側と反対側から前記基板に対して深彫り型反応性ィオンエッチング法により前記振動空間を形成する工程を有することを特徴とする、薄膜圧電デバイスの製造方法。

2 0 . 振動空間を有する基板と該基板上に形成された圧電積層構造体とを用いて形成された薄膜圧電共振器であって、前記圧電積層構造体は少なくとも圧電体膜と該圧電体膜の両面のそれぞれの少なくとも一部に形成された金属電極とを有しており、前記振動空間は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面からその反対側の面まで貫通するビアホールにより形成されており、該ビアホールの側壁面は前記基板の圧電積層構造体の形成された側の面に対して 8 0〜1 0 0 ° の範囲内の角度をなしていることを特徴とする薄膜圧電共振器。