WO2006027873A1

WO2006027873A1 - 圧電薄膜共振子

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Publication number: WO2006027873A1
Application number: PCT/JP2005/008427
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Fujii; Ryuichi Kubo; Hajime Yamada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2007-03-10
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Abstract

　共振特性を損なうことなく、メンブレンの強度を確保し、実装時の取り扱いを容易にすることができる圧電薄膜共振子を提供する。　圧電薄膜共振子１０は、基板１１と、薄膜部と、補強膜１９ａ，１９ｂとを備える。薄膜部は、基板１１に支持される少なくとも２箇所の支持部分と、基板１１から間隔を設けて配置され支持部分に支持される浮き部分とを有する。浮き部分は、圧電薄膜１８と、圧電薄膜１８を挟んで対向する一対の励振電極１７ａ，１７ｂとを含む。補強膜１９ａ，１９ｂは、薄膜部の支持部分と浮き部分との境界近傍部分に形成される。

Description

明細書

圧電薄膜共振子

技術分野

[0001] 本発明は、圧電薄膜共振子に関する。

背景技術

[0002] 圧電薄膜共振子は、対向する一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された振動部を基板から音響的に分離する必要がある。そのため、薄膜部 (メンプレン)を、空隙層を介して基板カゝら部分的に浮き上がるように構成したものがある。

[0003] この種の構造の圧電薄膜共振子において、薄膜部は、基板に支持される支持部分と、基板力浮いた浮き部分とを含み、浮き部分は支持部分に支持され、浮き部分と支持部分の境界近傍部分に応力が集中してクラックが発生しやすい。また、浮き部分の振動部がたわみやすい。そこで、圧電薄膜を 1対の励振電極で挟み込み、さらにそれを 1対の誘電体薄膜で挟み込む構造が提案されている (例えば、特許文献 1 参照)。

特許文献 1：特公平 6 -40611号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 圧電薄膜を 1対の励振電極で挟み込み、さらにそれを 1対の誘電体薄膜で挟み込む構造の場合、クラックや振動部のたわみは低減できるが、良好な共振特性を得るには、振動モードを 3倍波などの高調波としなければならず、基本波の共振子に比べその共振特性は帯域の狭いものとなる。この共振子を用いた場合、フィルタの帯域も小さくなり、所望のフィルタを作製することができない。

[0005] また、ダイシング工程で、メンブレンの強度不足により、ダイアフラム破壊が生じやすい。さらに、実装時の取り扱い時に、振動部が剥き出しになっているため、振動部に負荷が力かりやすぐ素子が破壊する不良が発生しやすい。

[0006] 本発明は、力かる実情に鑑み、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保し、実装時の取り扱いを容易にすることができる圧電薄膜共振子を提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜共振子を提供する。

[0008] 圧電薄膜共振子は、基板と、薄膜部と、補強膜とを備える。前記薄膜部は、前記基板に支持される少なくとも 2箇所の支持部分と、前記基板との間に空隙層を介して配置され前記支持部分に支持される浮き部分とを有する。前記浮き部分は、一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された振動部を含む。前記補強膜は、前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界近傍部分に形成される。

[0009] 上記構成によれば、薄膜部 (メンプレン)の支持部分と浮き部分の境界近傍部分において、補強膜によりメンブレンの強度が向上されるので、クラックやたわみを低減することがでさる。

[0010] また、補強膜は、薄膜部の振動部には形成しないので、共振特性を損なうことはない。

[0011] さらに、振動部の周囲に補強膜を設けているので、振動部が補強膜に対してへこんでおり、振動部に負荷がかかりにくくなり、実装時の取り扱いが容易となる。

[0012] また、本発明は、以下のように構成した圧電薄膜共振子を提供する。

[0013] 圧電薄膜共振子は、基板と、薄膜部と、補強膜と、共振子間補強膜とを備える。前記薄膜は、前記基板に支持される少なくとも 3箇所の支持部分と、前記基板との間に空隙層を介して配置され前記支持部分に支持される浮き部分とを有する。前記浮き部分は、一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された少なくとも 2箇所の振動部を含む。各振動部は、 2つの前記支持部分を結ぶ方向に一列に配置される。前記補強膜は、前記薄膜部の前記 2つの支持部分と前記浮き部分との境界近傍部分にそれぞれ配置される。前記共振子間補強膜は、前記薄膜部の他の前記支持部分から前記薄膜部の前記浮き部分の前記 2箇所の振動部の間に延在するように配置される。

[0014] 上記構成によれば、複数の振動部を有するメンブレンのクラック、たわみを低減することができる。

[0015] また、補強膜は、薄膜部の振動部には形成しないので、共振特性を損なうことはない。

[0016] さらに、振動部の周囲に補強膜を設けているので、振動部が補強膜に対してへこんでおり、振動部に負荷がかかりにくくなり、実装時の取り扱いが容易となる。

[0017] 好ましくは、前記基板は、平坦部とテーパ部とを有する。前記薄膜部の前記支持部分は、前記浮き部分との境界近傍部分において、前記基板の前記平坦部と前記テーパ部との両方に接する。前記境界近傍部分における前記浮き部分のテーパ角度力前記基板の前記テーパ部のテーパ角度より小さい。

[0018] 上記構成によれば、薄膜部と基板とが接する面から略連続的に浮き部分が延在するようにして、薄膜部の支持部分と浮き部分との境界近傍における応力集中を緩和し

、クラックやたわみを低減することができる。

[0019] 好ましくは、上記各構成の圧電薄膜共振子は、前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界が直線状である。

[0020] 上記構成によれば、浮き部分の占める面積を小さくでき、圧電薄膜共振子を小型にできる。

[0021] 好ましくは、上記各構成の圧電薄膜共振子は、前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界が曲線状である。

[0022] 上記構成によれば、薄膜部の支持部分と浮き部分との境界の剛性を高め、クラックやたわみを低減することができる。

[0023] 具体的には、以下のように構成する。

[0024] 好ましくは、前記基板力 ¾面サファイアである。前記圧電薄膜が ZnO又は A1Nである。

[0025] 好ましくは、前記基板が C面サファイア、 Z面 LiTaO又は Z面 LiNbOである。前記

3 3

圧電薄膜力 ηθ又は A1Nである。

[0026] この場合、共振周波数が 1. 5GHz以上において、補強膜の効果がより大きい。

[0027] また、本発明は、上記いずれかの構成の圧電薄膜共振子を用いた圧電フィルタを提供する。この圧電フィルタは、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子を用いるので、信頼性が高ぐ所望の共振特性とすることが可能である。 [0028] また、本発明は、上記いずれかの構成の圧電薄膜共振子又は上記いずれかの構成の圧電フィルタを用いたデュプレクサを提供する。このデュプレクサは、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子、またはこの圧電薄膜共振子を用いた圧電フィルタを用いるので、信頼性が高ぐ所望の周波数特性とすることが可能である。

[0029] また、本発明は、上記いずれかの構成の圧電薄膜共振子又は上記いずれかの構成の圧電フィルタを用いた通信装置を提供する。この通信装置は、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子、またはこの圧電薄膜共振子を用いた圧電フィルタを用いるので、信頼性が高ぐ所望の周波数特性とすることが可能である。

発明の効果

[0030] 本発明の圧電薄膜共振子は、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保し、実装時の取り扱いを容易にすることができる。

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]圧電薄膜共振子の要部平面図である。（実施例 1)

[図 2]図 1の線 II IIに沿って切断した断面図である。（実施例 1)

[図 3]圧電薄膜共振子の要部平面図である。（変形例）

圆 4]圧電薄膜共振子の要部平面図である。（実施例 2)

[図 5]図 4の線 V— Vに沿って切断した断面図である。（実施例 2)

[図 6]圧電薄膜共振子の要部平面図である。（実施例 3)

[図 7]圧電薄膜共振子の断面図である。（実施例 4)

[図 8]圧電薄膜共振子の要部断面図である。（実施例 4)

[図 9]圧電薄膜共振子の要部平面図である。（実施例 7)

[図 10a]ラダーフィルタの回路図である。（実施例 10)

[図 10b]ラテイス型フィルタの回路図である。（実施例 10)

[図 10c]多重モード型フィルタの回路図である。（実施例 10)

[図 11]デュプレクサの回路図である。（実施例 11)

[図 12]通信装置のブロックである。（実施例 12) 符号の説明

10 圧電薄膜共振子

11 基板

14 空隙層

17a, 17b 電極 (励振電極）

18 圧電薄膜

19a, 19b 補強膜

27a, 27b 電極 (励振電極）

28 圧電薄膜

29a, 29b 補強膜

30 圧電薄膜共振子

31 基板

34 空隙層

37a, 37b 電極 (励振電極）

38 圧電薄膜

39a, 39b 補強膜

42s, 42t 振動部

47a, 47b, 47c 電極 (励振電極)

48 圧電薄膜

49a, 49b, 49c, 49d 補強膜

49s 補強膜 (共振子間補強膜） 50 圧電薄膜共振子

51 基板

51a 上面（平坦部）

51s 斜面（テーパ部）

54 空隙層

57a, 57b 電極 (励振電極） 58 圧電薄膜 59a, 59b 補強膜

63s, 63t 稜（境界）

67a, 67b 電極 (励振電極）

68 圧電薄膜

69a, 69b 補強膜

70 圧電フィルタ

80 デュプレクサ

90 通信装置

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下、本発明の実施の形態として実施例について、図 1〜図 12を参照しながら説明する。

[0034] (実施例 1)

図 1は、実施例 1の圧電薄膜共振子 10の構造を模式的に示す要部平面図である。図 2は、図 1の線 II— IIに沿って切断した断面図である。

[0035] 圧電薄膜共振子 10は、基板 11上に、誘電体膜 16、下部電極 17a、圧電薄膜 18、上部電極 17b、および補強膜 19a, 19bが形成されている。基板 11と誘電体膜 16との間には、犠牲層 13 (図 1参照)を除去することにより形成された空隙層 14 (図 2参照 )によって、電極 17a, 17bが重なり合った積層方向の部分 12の誘電体膜 16、下部電極 17a、圧電薄膜 18及び上部電極 17b、すなわち振動部 12が基板 11から浮き上つた構造となっている。

[0036] 圧電薄膜共振子 10は、以下のようにして作製する。

[0037] 基板 11上の一部分に、スパッタリングやエッチングなどの手法を用いて、化学的に溶解しやすい酸化亜鉛などの犠牲層 13を形成する。基板 11には、安価で加工性に優れた基板を用いる。表面が平坦な Si基板やガラス基板は、なおよい。犠牲層 13は、空隙層 14を形成するため、最終的には除去する。犠牲層 13の材料は、圧電薄膜 1 8の成膜時に達する可能性のある高温に耐え、かつ容易に除去できるものであることが好ましい。例えば、 Ge, Sb, Ti, Al, Cuなどの金属や、リン酸シリケートガラス（PS G)や、ポリマーなどである。ポリマーとしては、ポリテトラフルォロエチレン又はその誘導体、ポリフエ-レンスルフイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ビュルエーテル、ポリフエニル、ノリレン—n、パリレン f、ベンゾシクロブテンなどが好ましい。形成する犠牲層 13の厚さは、メンブレンがたわんでも振動部 12が基板 11と接触しない厚さが必要であり、作製上の容易さ力も 50nm以上数 μ m以下が好ま、。

[0038] 次に、犠牲層 13と基板 11の上に全面を覆うようにスパッタリング、 CVD、電子ビーム蒸着等で誘電体膜 (図示せず)を形成する。誘電体膜 (図示せず)として、圧電薄膜 18に用いる材料と逆の周波数温度特性 (TCF)を持つ材料を用いることで、共振子'フィルタの温度変化に対する周波数変化が小さくなり特性が向上する。圧電薄膜 18に酸ィ匕亜鉛ゃ窒化アルミニウムを用いる場合は、それらとは逆の TCFをもつ SiO

2 を用いるとよい。

[0039] 次に、誘電体膜（図示せず)の上に、スパッタリング、 CVD、電子ビーム蒸着などによる成膜と、フォトリソグラフィー技術によるパターユングを用いることにより、下部電極 17aを形成する。下部電極 17aは、 Mo, Pt, Al, Au, Cu, Tiなどの金属材料を主材とし、犠牲層 13上から基板 11上にかけて帯状に形成する。

[0040] 次に、下部電極 17a上に、スパッタリングなどによる成膜と、フォトリソグラフィー技術によるパターユングを用いることにより、酸化亜鉛ゃ窒化アルミニウムなどの圧電薄膜 18を形成する。窒化アルミニウムを形成する場合、酸ィ匕亜鉛を用いたリフトオフにより窒化アルミニウムをパター-ングする。犠牲層 13上に SiOなどの誘電体膜 16を全面

2

に形成しているので、リフトオフ用の酸ィ匕亜鉛のパターユング時や、窒化アルミニウムのリフトオフ時に、酸ィ匕亜鉛をウエットエッチングしても、犠牲層 13に用いた酸化亜鉛などがエッチングされることはな!/、。

[0041] 次に、圧電体膜 18上に、下部電極 17aと同様に、上部電極 17bを形成する。

[0042] 次に、補強膜 19a, 19bを形成する。図 1に示したように、下部電極 17aと上部電極 17bとが直線状に配置されている場合、メンブレンと基板 11の接続部（すなわち、メンブレンの浮き部分と支持部分との境界近傍部分。以下、同じ。）の下部電極 17a及び上部電極 17bの上に、補強膜 19a、 19bを形成する。さらに、振動部 12にかからない電極 17a, 17b上にも、できるだけ補強膜 19a、 19bを形成するようにする。補強膜 19a, 19bの形成方法は、スパッタリング、 CVD、電子ビーム蒸着等である。補強膜 1 9a, 19b【こ用! /、る材料 ίま、 Al, Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, In, Mo, Nb, Ni, Ti, P d, Pt, W, Zrなど、これらのうち少なくとも 1つの元素を含む金属（合金も含む)材料である。

[0043] 次に、犠牲層エッチホール 13a, 13bと誘電体膜 16とを形成する。犠牲層エッチホール 13a, 13bは、誘電体膜 16力も露出している犠牲層 13の部分である。フォトリソグラフィ一によりフォトレジストなどをパターユングし、反応性イオンエッチングや、ゥェットエッチングなどにより、犠牲層エッチホール 13a、 13b上の誘電体膜（図示せず）を除去する。たとえば、誘電体膜 (図示せず）に SiOを用いた場合、 CFなどのフッ

2 4

素系のガスを用いて反応性イオンエッチングを行う。また、フッ酸などの溶液でゥエツトエッチングしてもよい。エッチング後には、フォトレジストなどのエッチマスクをァセトンなどの有機溶媒により除去する。

[0044] 次に、犠牲層エッチホール 13a, 13bから、犠牲層 13をエッチングし、空隙層 14を形成する。フォトリソグラフィ一によりフォトレジストなどをパターユングし、反応性ィォンエッチングや、ウエットエッチングなどにより犠牲層 13を除去する。たとえば、犠牲層 13に酸化亜鉛を用いた場合、塩酸やリン酸など酸性の溶液を用いて酸化亜鉛を除去する。エッチング後には、フォトレジストなどのエッチマスクをアセトンなどの有機溶媒により除去する。また、圧電薄膜 18、誘電体膜 16、電極 17a, 17b、補強膜 19a , 19bをエッチングしない溶液であれば、フォトリソグラフィ一によるパターユングと、このエッチマスクの除去という工程は削除することができる。たとえば、圧電薄膜 18に窒化アルミニウム、誘電体膜 16に SiO、電極 17a, 17bに Pt, Au, Tiなどを用いた

2

場合、ノターユングすることなく酢酸とリン酸などの混合水溶液により、犠牲層 13の酸化亜鉛を除去することができる。エッチング後、 IPA (イソプロピルアルコール）など揮発性の溶液で十分置換し、乾燥させて空隙層 14を形成する。

[0045] 空隙形成用の犠牲層 13と、圧電薄膜 18の窒化アルミニウム形成用のリフトオフ用のマスクに同じ酸ィ匕亜鉛を用いる場合、窒化アルミニウムパターニング時は、犠牲層 13上に全面に誘電体膜 16を形成しているので、窒化アルミニウムリフトオフ時に、犠牲層 13の形状を損なうことがない。犠牲層 13以外の構成膜に、犠牲層 13のエッチング溶液に耐性のあるものを用いれば、犠牲層エッチング時のパターユングの工程を削除することができ、工程安定化、工数低減によるコストダウンが可能となる。犠牲層 13をウエットエッチングした後、エツチャントを IPAなどの揮発性溶液に十分置換することにより、犠牲層除去後の乾燥工程に要する時間が早くなり、コストダウンが可能である。

[0046] 圧電薄膜共振子 10は、犠牲層 13の除去後に、メンブレンの応力が集中するメンブレンと基板 11の接続部に、金属の補強膜 19a, 19bが形成されているので、メンブレンの強度が上り、メンブレンのクラックや、たわみによる特性不良を低減することができる。また、金属の補強膜 19a, 19bを、下部電極 17aや上部電極 17bの上に配置することにより、配線抵抗が低下し、フィルタの挿入損失が低減するので、良好なフィルタ特性を得ることができる。また、補強膜 19a, 19bに熱伝導率の高い金属を用いることにより、より放熱性が向上し、より耐電力性に優れた共振子となる。

[0047] 図 3に、実施例 1の変形例として、下部電極 27aと上部電極 27bとが直線状でない場合を示す。基板上に、誘電体膜 26、下部電極 27a、圧電薄膜 28、上部電極 27b、および補強膜 29a, 29b, 29cが形成されている。下部電極 27aは、犠牲層 23をまたぐように形成し、振動部 22の両側にメンブレンと基板の接続部を設け、この 2箇所の接続部の下部電極 27a上に補強膜 29a, 29bを形成する。上部電極 27bは、下部電極 27aと直角に配置され、犠牲層 23上から少なくとも一端が基板上まで延在する。メンブレンと基板の少なくとも 1箇所の接続部の上部電極 27b上に補強膜 29cを形成する。

[0048] (実施例 2)

図 4は、実施例 2の圧電薄膜共振子 30の構造を模式的に示す要部平面図である。図 5は、図 4中の線 V— Vに沿って切断した断面図である。

[0049] 圧電薄膜共振子 30は、実施例 1と略同様に、基板 31上に、誘電体膜 36、下部電極 37a、圧電薄膜 38、上部電極 37b、および補強膜 39a, 39bが形成され、基板 31 と誘電体膜 36との間に形成された空隙層 34によって、電極 37a, 37bが重なり合つた積層方向の部分 32の誘電体膜 36、下部電極 37a、圧電薄膜 38及び上部電極 37 b、すなわち振動部 32が基板 31から浮き上った構造となっている。 [0050] ただし、メンブレンの具体的な構造は、実施例 1と異なる。すなわち、犠牲層 33を図 4に示すように略 H形状に形成し、メンブレンと基板 31の接続部を 4箇所設ける。補強膜 39a, 39bは、下部電極 37a上及び上部電極 37b上の部分以外の振動部 32に隣接する 2箇所に形成している。補強膜 39a, 39bの形成方法は、スパッタリング、 C VD、電子ビーム蒸着等である。補強膜 39a, 39bの材料は、酸化ケィ素、窒化ケィ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸ィ匕タンタルなどを主材料とした絶縁材料で、 2層以上の多層構造としてもよい。

[0051] 実施例 1では、下部電極 17aと上部電極 17bを電気的に短絡させないように、また、電極 17a, 17b間の寄生容量が共振特性に悪影響を及ぼさないように、補強膜 19 a, 19bを配置しなければならない。実施例 2のように、補強膜 39a, 39bに絶縁材料を用いる場合、共振子の電気的配線を考慮しないですむため、補強材料のレイァゥトの自由度が大きくなる。補強膜 39a, 39bを 2種類以上の絶縁材料を用いた多層構造にすることで、補強膜 39a, 39bの応力を緩和することができるため、メンブレンの強度が向上する。補強膜 39a, 39bとして、熱伝導率のよい窒化アルミニウムを用いると、放熱性も上がり、耐電力性に優れた共振子を得ることができる。

[0052] 圧電薄膜共振子 30は、犠牲層 33の除去後に、応力が集中するメンブレンと基板 3 1の接続部に、補強膜 39a, 39bが形成されているので、実施例 1と同様に、メンブレンの強度が上り、メンブレンのクラックや、たわみによる特性不良を低減することができる。

[0053] なお、メンブレンと基板 31の接続部で電極 37a, 37bが形成されていない領域に補強膜 39a, 39bを配置した上、さらに、メンブレンと基板 31の接続部の下部電極 37a 及び上部電極 37b上に、実施例 1のように金属材料の補強膜や、金属材料と絶縁材料の多層の補強膜を配置してよ、。

[0054] (実施例 3)

図 6は、実施例 3の圧電薄膜共振子 40の構造を模式的に示す要部平面図である。

[0055] 実施例 3の圧電薄膜共振子 40は、実施例 1と略同様に構成されるが、実施例 1と異なり、 2つの共振子素子を備えている。すなわち、基板上に、誘電体膜 46、下部電極 47a,圧電薄膜 48、上部電極 47b, 47c、および補強膜 49a, 49b, 49c, 49d, 49s が形成され、基板と誘電体膜 46との間に形成された犠牲層 43によって形成された空隙層によって、下部電極 47aと上部電極 47b, 47cが重なり合った積層方向の部分 4 2s, 42tの誘電体膜 46、下部電極 47a、圧電薄膜 48及び上部電極 47b, 47c、すなわち 2つの振動部 42s, 42tが基板力も浮き上った構造となっている。補強膜 49a, 4 9b, 49c, 49dは、実施例 1と同様に、メンブレンと基板の接続部の下部電極 47a及び上部電極 47b, 47c上に形成する。補強膜 49sは、振動部 42s, 42t以外の領域の犠牲層 43上を横断するように形成する。

[0056] 圧電薄膜共振子 40は、犠牲層 43の除去後に、応力が集中するメンブレンと基板の接続部に、補強膜 49a, 49b, 49c, 49d, 49sが形成されているので、実施例 1と同様に、メンブレンの強度が上り、メンブレンのクラックや、たわみによる特性不良を低減することができる。

[0057] (実施例 4)

図 7は、実施例 4の圧電薄膜共振子 50の構造を模式的に示す断面図である。図 8 は、その要部拡大断面図である。

[0058] 実施例 4の圧電薄膜共振子 50は、基板 51の上面 51aに形成された凸部 51xの上に空隙層 54が形成され、その上に、誘電体膜 56、下部電極 57a、圧電薄膜 58、上部電極 57b、および補強膜 59a, 59bの薄膜部が形成されている。基板 51の上面 51 aと、凸部 51xの斜面 51sとは、順テーパとなっている。すなわち、基板 51の上面 51a と凸部 51xの斜面 51sとの間の角度は、鈍角（90° を越え、 180° 未満）である。薄膜部と基板 51とは、この鈍角で交わる 2つの面 51a, 53sを介して接するようになっている。

[0059] 圧電薄膜共振子 50は、以下のようにして作製する。

[0060] 基板 51の凸部 51xを形成する部分に、最終形状よりも厚めに犠牲層 53を形成する。このとき犠牲層 53の断面は台形形状にパターユングし、その斜面が基板 51と緩やかな順テーパとなる（基板 51の上面と 180° に近い鈍角をなす)ことが好ましい。犠牲層 53の断面を緩やかな順テーパ形状にするには、たとえばフォトレジストを犠牲層 53に用いる場合は、光強度が徐々に変化するグレートーンマスクを用いてパター- ングを行い、斜面を順テーパ形状に形成する。 [0061] 次に、犠牲層 53と基板 51を反応性イオンエッチングもしくはウエットエッチングによりエッチングする。例えば、 CFなどのフッ素系のガスを用いて反応性イオンエツチン

4

グを行うことで、基板 51の Siや SiOと犠牲層 53のポリマーを共にエッチングする。こ

2

のとき、犠牲層 53に対して基板 51のエッチング速度が大きいと、図 8に示すように、犠牲層 53の斜面 53sの傾きが凸部 51xの斜面 51sの傾きより小さくなる。すなわち、断面が台形形状の犠牲層 53をマスクにして基板エッチングを行うと、基板 51が厚み方向にエッチングされるにつれて犠牲層 53も厚み方向にエッチングされて犠牲層に覆われる基板面積が減っていくので、基板 51に犠牲層 53のテーパより角度の大きいテーパが形成される。

[0062] 犠牲層 53の斜面 53sのテーパ角度が基板 51の凸部 51xの斜面 51sのテーパ角度より小さいほど、メンブレンの残留応力を小さくできてメンブレンの強度を確保できる。また、犠牲層 53上に誘電体膜 56を被覆性良く形成することができる。そして、その後に形成する電極 57a, 57bを被覆性良く形成することができ、電極 57a, 57bの断線などによる素子不良を低減することができる。

[0063] 基板 51に凸部 5 lxを形成した後の犠牲層 53の厚さは、メンブレンがたわんでも振動部 52が基板 51 (凸部 51xの上面 51b)と接触しない厚さが必要であり、作製の容易さから 50nm以上、十数/ z m以下が好ましい。

[0064] また、作製上の容易さから、図 8に示すように、基板 51に形成する凸部 51xの突出高さ aは、 50nm以下であることが好ましぐメンブレンの厚さ以上であるとなおよい。さらに図 8に示す aは、同図に示す hに対して半分程度であることが好ましい。

[0065] 図 8に示すように、基板 51に形成した凸部 51xの斜面 51sよりも、犠牲層 53の斜面 53sの方が傾き、メンブレンの角度の変化がなるべく少なくなる（角度が徐々に変化）ようにしている。

[0066] 圧電薄膜共振子 50は、犠牲層 53のテーパ角度が基板 51のテーパ角度より小さいほど、メンブレンの強度を確保でき、メンブレンのクラックや、たわみによる特¾不良を低減することができる。また、犠牲層 53のテーパ角度が基板 51の凸部 51xのテーパ角度より小さいほど、後に形成する電極 57a, 57bを被覆性良く形成することができ、電極 57a, 57bの断線などによる素子不良を低減することができる。犠牲層 53の除去後でも、メンブレンの強度は確保できる。

[0067] (実施例 5)

実施例 4と同様の構造の圧電薄膜共振子を、実施例とは異なる方法で作製する。

[0068] すなわち、基板に犠牲層を形成後、犠牲層上にエッチマスクを形成する。その後、犠牲層、基板を反応性イオンエッチングやウエットエッチングなどにより、エッチングして犠牲層と基板にテーパを形成する。その後、エッチマスクを除去する。エッチマスクは、フォトレジストなどのほ力 A1などの金属でもよい。また、犠牲層と基板のエツチングとエッチマスク除去工程を同じとしてもよい。すなわち、エッチング工程で、犠牲層

、基板、エッチマスクのすべてがエッチングされ、少なくともエッチマスクが除去されるまで、エッチングを行う。

[0069] 実施例 4のように犠牲層パターニング後に基板に凹凸を形成し、同時に犠牲層もェツチングする場合に比べ、犠牲層が加工される工程が少ないため、工程の安定化を図ることができる。

[0070] (実施例 6)

実施例 6の圧電薄膜共振子は、メンブレンに誘電体膜を採用せず、浮き部分は圧電薄膜とそれを挟む電極のみの構造とする。

[0071] すなわち、基板に犠牲層を形成する前に、少なくとも 1層以上の誘電体膜、金属膜

、有機膜などの構成膜を形成する。基板に Siを用いた場合は、熱酸化ケィ素を形成するとよい。また、スパッタリング、 CVD、電子ビーム蒸着などにより、窒化ケィ素などの誘電体膜を形成してもよ、。

[0072] 電極と基板間に構成膜を形成することで、電極 ·基板間の構成膜の拡散を防止でき、拡散によって生ずる電極間の絶縁抵抗の低下といった問題が解決される。

[0073] (実施例 7)

図 9は、実施例 7の圧電薄膜共振子 60の構造を模式的に示す要部平面図である。

[0074] 他の実施例と略同様に、基板上に空隙層を形成するための犠牲層 63を形成し、その上に誘電体膜 66、下部電極 67a、圧電薄膜 68、上部電極 67b及び補強膜 69a, 69bを形成する。

[0075] ただし、他の実施例と異なり、犠牲層 63の稜 63s, 63tは曲線であり、犠牲層 63が除去された後、メンブレンの基板力も浮、た浮き部分と基板に支持された支持部分の境界の形状が曲線になる。また、メンブレン内で振動部 62を形成する電極 67a, 6 7bの端部 67s, 67tの形状が曲線であり、電極 67a, 67bに隣接する犠牲層 63の稜 63s, 63tの形状を電極 67a, 67bの端部 67s, 67tの形状に略平行にする。

[0076] 実施例 7の圧電薄膜共振子 60は、犠牲層 63の除去後に応力が集中するメンブレンの浮き部分と支持部分の境界近傍部分の形状を、ゆるやかな曲線状にすることにより、メンブレンの強度が高くなり、メンブレンのクラックやたわみによる特¾不良を低減することができる。また、メンブレン内で振動部 62を形成する電極 67a, 67bの端部 67s, 67tの形状が曲線の場合、電極 67a, 67bに隣接する犠牲層 53の稜 63s, 6 3tの形状を電極 67a, 67bの端部 67s, 67tの形状に略平行にすることにより、振動部 62で発生する熱を効率よく基板へ放熱することができ、より耐電力性にすぐれた共振子を得ることができる。

[0077] (実施例 8)

他の実施例と同様の構造の圧電薄膜共振子を作製する。基板に C面を表面にもつサファイア基板上に ZnOを主成分とする犠牲層を形成する。このとき、犠牲層である ZnOの C面は、基板表面法線方向を向いている。その上に、 ZnOと格子整合性の良好な Al, Au, Cu, Ir, Mo, Ni, Pd, Pt, Ta, Wを下部電極として形成する。下部電極上には、下部電極と格子整合性の良好な圧電薄膜である ZnO, A1N, BaTiO ,

3

KNbO , PZT等を形成する。このとき、圧電薄膜の C面は、基板表面法線方向を向

3

いて形成される。また、圧電薄膜の上には、圧電薄膜と格子整合性の良好な Al, Au , Cu, Ir, Mo, Ni, Pd, Pt, Ta, Wを上部電極として形成する。犠牲層、下部電極、圧電薄膜、上部電極の形成方法は、スパッタリング、 CVD、電子ビーム蒸着等である。ノターニング方法としては、リフトオフ、エッチング等を用いる。その後、犠牲層の除去をウエットエッチングやドライエッチング等で行なう。基板には、サファイア基板以外に a面を表面にもつ SiC基板、 Z面を表面にもつ LiTaO , LiNbOを用いてもよい。

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また、圧電薄膜と弾性定数の温度係数の符号の異なる SiO等と組み合わせてもよい

2

。振動モードは、厚み縦振動を利用する。

[0078] (実施例 9) 図 4に示した構造とし、厚みすベり振動を利用する圧電薄膜共振子を作製する。 R 面を表面にもつサファイア基板を用いる。犠牲層である ZnOの C面は、基板表面法線と垂直方向を向いて形成する。これにより、圧電薄膜の C面が基板表面法線と垂直方向を向いて形成される。

[0079] R面サファイア基板上に、圧電薄膜として ZnO又は A1Nを形成すると、 C軸が基板面に並行な圧電薄膜が得られ、これを基板面に平行な 1対の電極で挟むことにより、厚みすベりモードを励振できる。同一の共振周波数が得られる厚みすベりモードの B AW共振子は、厚み縦モードの BAW共振子に比べて、圧電薄膜の厚さが約 1Z2となる。破損しやすいので、補強膜の効果がより大きい。また、圧電薄膜の結晶性をよくするためには、サファイア基板の上の犠牲層と、犠牲層の上の電極とが、共に配向膜であることが必要である。

[0080] C面サファイア、 Z面 LiTaO又は Z面 LiNbOで基板上に、 ZnO又は A1Nを形成

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すると、 C軸が基板面に垂直な圧電薄膜が得られ、これを基板面に平行な 1対の電極で挟むことにより、厚み縦モードを励振できる。厚み縦モードであっても、共振周波数に反比例して厚みが薄くなり、破損しやすくなるので、共振周波数が 1. 5GHz以上においては、補強膜の効果がより大きい。

[0081] (実施例 10)

図 10a〜図 10cは、実施例 10の圧電フィルタの回路図である。

[0082] 実施例 10の圧電フィルタは、実施例 1〜9の圧電薄膜共振子を用いて構成する。

図 10aに示す圧電フィルタ 70は、 1つの直列圧電薄膜共振子 72と 1つの並列圧電薄膜共振子 74とを L型にラダー接続した L型ラダーフィルタである。図 10bに示す圧電フィルタ 100は、圧電薄膜共振子を格子型に接続したラテイス型フィルタである。この場合、平衡—平衡フィルタができる。図 10cに示す圧電フィルタ 110は、多重モード型フィルタである。この場合、高選択度のフィルタができる。

[0083] これらの圧電フィルタ 70, 100, 110は、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子を用いるので、圧電フィルタとして信頼性が高ぐ所望の周波数特性とすることが可能である。

[0084] (実施例 11) 図 11は、実施例 11のデュプレクサ 80の回路図である。

[0085] デュプレクサ 80には、アンテナ端子 82、受信側端子 84および送信側端子 86が設けられている。デュプレクサ 80は、受信側端子 84とアンテナ端子 82との間に、受信周波数帯域のみ通過させ、送信周波数帯域を減衰させる圧電フィルタを備える。また、送信側端子 86とアンテナ端子 82との間に、送信周波数帯域のみ通過させ、受信周波数帯域を減衰させる圧電フィルタを備える。デュプレクサ 80が備えるこれらの圧電フィルタは、実施例 1〜9のいずれかの圧電薄膜共振子で構成する。

[0086] デュプレクサ 80が備える圧電フィルタは、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子により構成されるので、デュプレクサ 80は、信頼性が高ぐ所望の周波数特性とすることが可能である。

[0087] (実施例 12)

図 12は、実施例 12の通信装置 90の要部ブロック図である。

[0088] 通信装置 90は、マルチバンド携帯電話など、異なる方式に対応し、スィッチ SWにより受信周波数を切り替えることができるようになつている。アンテナ 91に、デュプレクサ 92が接続されている。デュプレクサ 92には、スィッチ SWを介して、 2系統の受信回路が接続されている。すなわち、スィッチ SWと IF段の圧電フィルタ 99, 99aとの間には、受信側 RF圧電フィルタ 94, 94a、増幅器 95, 95a、及び受信側ミキサ 93, 93 aが、それぞれ接続されている。また、デュプレクサ 92と送信側のミキサ 96との間には、 RF段を構成する増幅器 97及び送信側圧電フィルタ 98が接続されて、る。

[0089] この通信装置 90は、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる圧電薄膜共振子により構成される圧電フィルタゃデュプレクサを用いることにより、信頼性が高ぐ所望の周波数特性とすることが可能である。

[0090] なお、携帯電話用マルチバンド RFフィルタモジュールは、少なくとも受信側 RF圧電フィルタ 94, 94aを含む回路素子をモジュールィ匕した通信装置である。

[0091] 以上の各実施例に説明したように、上記各実施例の圧電薄膜共振子は、基板と、この基板の間に犠牲層が形成されるように、電極に挟まれた圧電体を主たる構成要素とした共振子で、メンブレンと基板の接続部に、補強膜が形成されている。

[0092] 犠牲層除去後に、メンブレンが変形する。このときに応力が集中するのは、メンブレンと基板の接続部 (支持部分と浮き部分の境界近傍部分)である。補強膜は、圧電薄膜共振子の振動部には形成せずに、この応力が集中する領域にのみ設けることで、共振特性を損なうことなぐメンブレンの強度を確保することができる。

[0093] 金属の補強膜を用いれば、共振子力基板への放熱性が向上し、耐電力性に優れた共振子となる。

[0094] 振動部の周囲に補強膜があり、振動部が補強膜に対してへこんでおり、ダイシングや実装時などの工程で、振動部に負荷力 Sかかることによる素子不良を低減することができる。また、実装時の取り扱いも容易なる。

[0095] また、従来のダイアフラムタイプだと、メンブレン支持基板のテーパ部分が必要であり、素子小型化に限界が生じる。したがって、素子の小型化には犠牲層タイプが好ましい。また、工程数も犠牲層タイプの方が少なぐ安価に素子を作製することができる

[0096] また、メンブレンと基板の接続部の下部電極や上部電極上には、補強膜の一部として金属膜が形成されてヽる。補強膜は圧電薄膜共振子の配線抵抗を低減することができるので、フィルタの挿入損失を低減し、良好なフィルタ特性を得ることができる。熱伝導率の高い金属膜を用いることにより、より放熱性が向上し、より耐電力性に優れた共振子となる。

[0097] なお、補強膜の厚さは、金属膜、絶縁膜ともに、ノターユング形成が容易な範囲である 0. 1 111〜50 111が望ましぃ。補強膜の膜厚は厚いほど補強効果が大きいが、補強膜が厚すぎると、応力によりメンブレンが破壊する。

[0098] 尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなぐ種々変更を加えて実施可能である。

[0099] 例えば、実施例 4とは逆に、基板に凹部を設けてもよい。この場合、薄膜部の支持部分と浮き部分との境界近傍において、浮き部分のテーパ角度は、支持部分が接する凹部のテーパ角度より小さくすることが好ましい。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

前記基板に支持される少なくとも 2箇所の支持部分と、前記基板との間に空隙層を介して配置され前記支持部分に支持される浮き部分とを有し、前記浮き部分は、一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された振動部を含む、薄膜部と、

前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界近傍部分に形成される補強膜とを備えたことを特徴とする、圧電薄膜共振子。

[2] 基板と、

前記基板に支持される少なくとも 3箇所の支持部分と、前記基板との間に空隙層を介して配置され前記支持部分に支持される浮き部分とを有し、前記浮き部分は、一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された少なくとも 2箇所の振動部を含み、各振動部は、 2つの前記支持部分を結ぶ方向に一列に配置された、薄膜部と、

前記薄膜部の前記 2つの支持部分と前記浮き部分との境界近傍部分にそれぞれ配置された補強膜と、

前記薄膜部の他の前記支持部分から前記薄膜部の前記浮き部分の前記 2箇所の振動部の間に延在するように配置された共振子間補強膜とを備えたことを特徴とする、圧電薄膜共振子。

[3] 前記基板は、平坦部とテーパ部とを有し、

前記薄膜部の前記支持部分は、前記浮き部分との境界近傍部分において、前記基板の前記平坦部と前記テーパ部との両方に接し、

前記境界近傍部分における前記浮き部分のテーパ角度が、前記基板の前記テーパ部のテーパ角度より小さいことを特徴とする、請求項 1又は 2に記載の圧電薄膜共振子。

[4] 前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界が直線状であることを特徴とすることを特徴とする、請求項 1、 2又は 3に記載の圧電薄膜共振子。

[5] 前記薄膜部の前記支持部分と前記浮き部分との境界が曲線状であることを特徴とすることを特徴とする、請求項 1、 2又は 3に記載の圧電薄膜共振子。

[6] 前記基板力 ¾面サファイアであり、前記圧電薄膜が ZnO又は AINであることを特徴とする、請求項 1乃至 5のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。

[7] 前記基板が C面サファイア、 Z面 LiTaO又は Z面 LiNbOであり、

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前記圧電薄膜力 ¾nO又は A1Nであることを特徴とする、請求項 1乃至 6のいずれかに記載の圧電薄膜共振子。

[8] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の圧電薄膜共振子を用いたことを特徴とする、圧電フィルタ。

[9] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の圧電薄膜共振子又は請求項 8に記載の圧電フィルタを用いたことを特徴とする、デュプレクサ。

[10] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の圧電薄膜共振子又は請求項 8に記載の圧電フィルタを用いたことを特徴とする、通信装置。