特開 2022-96249 圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022096249

(43)【公開日】2022-06-29

(54)【発明の名称】圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20220622BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20220622BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20220622BHJP

   H03H 9/70 20060101ALI20220622BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H3/02 B

H03H9/54 Z

H03H9/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020209249

(22)【出願日】2020-12-17

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】岸本 亮三

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA07

5J108BB02

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE03

5J108EE07

5J108KK01

5J108KK02

5J108MM08

5J108MM11

5J108MM14

5J108NA02

(57)【要約】

【課題】制御性の高い開口を有する圧電素子を提供する。
【解決手段】圧電素子は、圧電層１４と、圧電層１４の第１面に設けられた第１電極と、圧電層１４の第２面に設けられ、少なくとも一部が第１電極の少なくとも一部と重なる第２電極と、第１面に設けられ、圧電層１４の少なくとも一部を挟み第１電極と第２電極とが重なる領域５０の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口３０を有し、開口３０内において圧電層１４に最も近い第１側面３２ａと第１側面３２ａより圧電層１４から遠い第２側面３２ｂとを有し、第１側面３２ａと第１面とがなす角度θａは第２側面３２ｂと第１面とがなす角度θｂより大きい支持層１５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電層と、
前記圧電層の第１面に設けられた第１電極と、
前記圧電層の第２面に設けられ、少なくとも一部が前記第１電極の少なくとも一部と重なる第２電極と、
前記第１面に設けられ、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口を有し、前記開口内において前記圧電層に最も近い第１側面と前記第１側面より前記圧電層から遠い第２側面とを有し、前記第１側面と前記第１面とがなす角度は前記第２側面と前記第１面とがなす角度より大きい支持層と、
を備える圧電素子。

【請求項2】

前記支持層は、前記第１側面および前記第２側面を有する第１支持層と、前記第１支持層と異なる材料からなり前記圧電層とで前記第１支持層を挟み前記開口において第３側面を有する第２支持層と、を備える請求項１に記載の圧電素子。

【請求項3】

前記第３側面と前記第１面とがなす角度は前記第２側面と前記第１面とがなす角度より大きい請求項２に記載の圧電素子。

【請求項4】

前記第１側面は前記領域より内側に位置する請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電素子。

【請求項5】

前記第２側面は、前記第１面が延長する面より外側に位置する請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電素子。

【請求項6】

前記圧電層は、単結晶である請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電素子。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電素子を備えるフィルタ。

【請求項8】

請求項７に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【請求項9】

第１面に第１電極が形成された圧電層の前記第１面に、前記圧電層とで前記第１電極を挟み、前記圧電層の第２面に形成される第２電極と前記第１電極とが前記圧電層の少なくとも一部を挟み重なる領域の少なくとも一部に少なくとも一部が重なるダミー層を形成する工程と、
前記第１面に、前記圧電層とで前記ダミー層を挟む第１支持層を形成する工程と、
前記第１支持層の前記圧電層と反対側の面に、平面視において前記ダミー層の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口を有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をマスクに、前記第１支持層をエッチングすることで第１開口を形成し、前記第１支持層のエッチング速度より速いエッチング速度で前記ダミー層をエッチングすることで前記第１開口につながる第２開口を形成する工程と、
を含む圧電素子の製造方法。

【請求項10】

前記第１支持層の前記圧電層と反対側の面に、第２支持層を形成する工程を含み、
前記マスク層を形成する工程は、前記第２支持層の前記圧電層と反対側の面に前記マスク層を形成する工程を含み、
前記第１開口および前記第２開口を形成する工程は、前記第１支持層のエッチング速度より速いエッチング速度で前記第２支持層をエッチングすることで前記第２開口とつながる第３開口を形成する工程を含む請求項９に記載の圧電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関し、例えば、圧電層を有する圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子として圧電薄膜共振器が知られている。携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）等のＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器が用いられている。ＢＡＷ共振器は圧電薄膜共振器とよばれている。圧電薄膜共振器は、基板上に、圧電層を挟み下部電極と上部電極とを設ける構造を有する。圧電層の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域は弾性波が共振する領域である（例えば特許文献１および２）。ＦＢＡＲでは、基板を貫通し共振領域の少なくとも一部と重なる開口が設けられている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－４２８７１号公報

【特許文献2】特開２００６－３１９４７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基板を貫通する開口の形状は、圧電薄膜共振器の特性に影響する。しかし、基板をエッチングし開口を形成するときに、開口の形状および大きさを制御することが難しい。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、制御性の高い開口を有する圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、圧電層と、前記圧電層の第１面に設けられた第１電極と、前記圧電層の第２面に設けられ、少なくとも一部が前記第１電極の少なくとも一部と重なる第２電極と、前記第１面に設けられ、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口を有し、前記開口内において前記圧電層に最も近い第１側面と前記第１側面より前記圧電層から遠い第２側面とを有し、前記第１側面と前記第１面とがなす角度は前記第２側面と前記第１面とがなす角度より大きい支持層と、を備える圧電素子である。

【0007】

上記構成において、前記支持層は、前記第１側面および前記第２側面を有する第１支持層と、前記第１支持層と異なる材料からなり前記圧電層とで前記第１支持層を挟み前記開口において第３側面を有する第２支持層と、を備える構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記第３側面と前記第１面とがなす角度は前記第２側面と前記第１面とがなす角度より大きい構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第１側面は前記領域より内側に位置する構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第２側面は、前記第１面が延長する面より外側に位置する構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記圧電層は、単結晶である構成とすることができる。

【0012】

本発明は、上記圧電素子を備えるフィルタである。

【0013】

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

【0014】

本発明は、第１面に第１電極が形成された圧電層の前記第１面に、前記圧電層とで前記第１電極を挟み、前記圧電層の第２面に形成される第２電極と前記第１電極とが前記圧電層の少なくとも一部を挟み重なる領域の少なくとも一部に少なくとも一部が重なるダミー層を形成する工程と、前記第１面に、前記圧電層とで前記ダミー層を挟む第１支持層を形成する工程と、前記第１支持層の前記圧電層と反対側の面に、平面視において前記ダミー層の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層をマスクに、前記第１支持層をエッチングすることで第１開口を形成し、前記第１支持層のエッチング速度より速いエッチング速度で前記ダミー層をエッチングすることで前記第１開口につながる第２開口を形成する工程と、を含む圧電素子の製造方法である。

【0015】

上記構成において、前記第１支持層の前記圧電層と反対側の面に、第２支持層を形成する工程を含み、前記マスク層を形成する工程は、前記第２支持層の前記圧電層と反対側の面に前記マスク層を形成する工程を含み、前記第１開口および前記第２開口を形成する工程は、前記第１支持層のエッチング速度より速いエッチング速度で前記第２支持層をエッチングすることで前記第２開口とつながる第３開口を形成する工程を含む構成とすることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、制御性の高い開口を有する圧電素子およびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図6】図６（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図、図６（ｂ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図7】図７（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図8】図８は、箇所Ａ～Ｄにおける横モードの分散特性を示す図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１における製造方法を示す断面図である。

【図10】図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例２および３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図12】図１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１２（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

【実施例0019】

以下の実施例では圧電素子として圧電薄膜共振器を例に説明する。図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。圧電層１４の法線方向をＺ方向、圧電層１４の平面方向のうち上部電極１６の引き出し方向を＋Ｘ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0020】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０上に絶縁層１１が設けられている。絶縁層１１上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４の下面（第１面）に下部電極１２（第１電極）が設けられている。圧電層１４の上面（第２面）に少なくとも一部が下部電極１２の少なくとも一部と平面視において重なる上部電極１６（第２電極）が設けられている。圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域は共振領域５０である。基板１０と絶縁層１１は、下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６を支持する支持層１５である。

【0021】

下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力を印加すると、共振領域５０内の圧電層１４に弾性波が励振する。弾性波の波長は下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６の厚さの合計のほぼ２倍である。支持層１５に開口３０が設けられている。開口３０内は空隙である。平面視において、開口３０の少なくとも一部は共振領域５０の少なくとも一部と重なる。圧電層１４を伝搬する弾性波は下部電極１２と開口３０の界面により反射される。

【0022】

支持層１５は開口３０内において複数の側面３２ａ～３２ｃを有している。側面３２ａは絶縁層１１のうち最も圧電層１４側に設けられている。側面３２ｂは絶縁層１１のうち圧電層１４から遠い方に設けられている。側面３２ｃは基板１０に設けられている。共振領域５０の外周を位置６０とする。側面３２ａ、３２ｃおよび３２ｃの上端の位置をそれぞれ位置６２、６３および６４とする。位置６２は位置６０の内側であり、位置６３は位置６０の外側、位置６４は位置６３の外側である。側面３２ａ～３２ｃとＸＹ平面（圧電層１４の下面）とのなす角度をそれぞれθａ～θｃとする。θａはほぼ９０°であり、θａ＞θｃ＞θｂである。側面３２ａ～３２ｃの断面はほぼ直線であるが曲線でもよい。

【0023】

共振領域５０の外側において、圧電層１４を貫通する貫通孔１８が設けられている。金属層２０は貫通孔１８を介し下部電極１２に電気的に接続される。共振領域５０の外側において、金属層２１は上部電極１６上に設けられ、上部電極１６と電気的に接続される。金属層２０および２１は、下部電極１２および上部電極１６を外部と電気的に接続するためのパッド、および／または下部電極１２および上部電極１６を他の圧電薄膜共振器と電気的に接続するための配線として機能する。

【0024】

基板１０は、例えばシリコン基板であり、例えばサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板等でもよい。圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム層、単結晶ニオブ酸リチウム層または単結晶水晶基板である。圧電層１４が単結晶タンタル酸リチウムまたは単結晶ニオブ酸リチウムの場合、圧電層１４には、厚みすべり振動の弾性波が励振される。

【0025】

絶縁層１１は、例えば酸化シリコン層であり、例えば窒化シリコン層、酸化アルミニウム層または樹脂膜でもよい。下部電極１２および上部電極１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜であり、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。

【0026】

例えば、圧電層１４に励振する弾性波が厚みすべり振動する例を説明する。圧電層１４を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）は結晶方位のＹ軸Ｚ軸平面内の方向となる。これにより、圧電層１４の平面方向に厚みすべり振動が生じる。また、Ｘ方向を結晶方位でＸ軸方向とし、Ｚ方向を、結晶方位のＹ軸Ｚ軸平面内においてＹ軸方向からＺ軸方向に１０５°回転させた方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向はＹ方向となる。

【0027】

別の例として、圧電層１４をＸカットタンタル酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）は結晶方位のＸ軸方向である。これにより、圧電層１４の平面方向では厚みすべり振動が生じる。また、Ｙ方向を結晶方位の＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向はＹ方向となる。

【0028】

例えば、共振周波数を２ＧＨｚとする場合、圧電層１４を厚さが１０００ｎｍの回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とし、下部電極１２および上部電極１６を各々厚さが１００ｎｍのアルミニウム層とする。下部電極１２および上部電極１６の厚さは各々圧電層１４の厚さの１％～２０％である。絶縁層１１の厚さは、下部電極１２を覆う厚さであり、例えば５００ｎｍである。金属層２０および２１の厚さは例えば各々０．１μｍ～５μｍである。基板１０の厚さは、例えば５０μｍ～５００μｍである。絶縁層１１の厚さは、例えば１００ｎｍ～１μｍである。開口３０の高さは、例えば５０ｎｍ～５００ｎｍであり、例えば絶縁層１１の厚さの１／１０～３／４である。開口３０の幅は例えば５０μｍ～１ｍｍである。共振領域５０のＸ方向の幅は例えば１０μｍ～５００μｍである。

【0029】

［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、圧電層１４として圧電基板を準備する。圧電層１４上に下部電極１２を形成する。下部電極１２の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法（例えばイオンビームを用いたエッチングまたはドライエッチング）を用い下部電極１２を所望形状にパターニングする。下部電極１２はリフトオフ法を用い形成してもよい。

【0030】

図２（ｂ）に示すように、下部電極１２上に犠牲層３８を形成する。犠牲層３８は基板１０とエッチング速度が同じ程度の材料である。例えば基板１０がシリコン基板のとき、犠牲層３８はシリコン層である。犠牲層３８の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い犠牲層３８を所望形状にパターニングする。犠牲層３８がシリコン層の場合、犠牲層３８の形成にはスパッタリング法を用いる。

【0031】

図２（ｃ）に示すように、圧電層１４および下部電極１２上に絶縁層１１を形成する。絶縁層１１の形成は、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。絶縁層１１の上面を例えばＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用い平坦化する。これにより、絶縁層１１の上面は略平坦化される。

【0032】

図２（ｄ）に示すように、上下逆にする。絶縁層１１の上面（図２（ｄ）では下面）を基板１０の下面（図２（ｄ）では上面）に接合させる。接合には例えば表面活性化法を用いる。基板１０と絶縁層１１との間にはシリコン膜または酸化アルミニウム膜等の接合膜を設けてもよい。

【0033】

図３（ａ）に示すように、圧電層１４を薄膜化することで圧電層１４を所望の厚さとする。薄膜化には、例えば研削法またはＣＭＰ法を用いる。これにより、圧電層１４の上面は製造誤差程度に略平坦面となる。

【0034】

図３（ｂ）に示すように、圧電層１４上に上部電極１６を形成する。上部電極１６の形成には、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法（例えばイオンビームを用いたエッチングまたはドライエッチング）を用い上部電極１６を所望形状にパターニングする。上部電極１６はリフトオフ法を用い形成してもよい。

【0035】

図３（ｃ）に示すように、圧電層１４に下部電極１２に達する貫通孔１８を形成する。貫通孔１８の形成は例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる。エッチングには例えばイオンビームを用いたエッチング（イオンミリング法）を用いる。貫通孔１８の側面および圧電層１４の上面に下部電極１２と接触する金属層２０を形成する。上部電極１６上に金属層２１を形成する。金属層２０および２１の形成は、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い金属層２０および２１をパターニングする。金属層２０および２１はリフトオフ法により形成してもよい。金属層２０および２１は例えば同時に形成される。

【0036】

図４（ａ）に示すように、上下を逆にする。基板１０上に開口４１を有するマスク層４０を形成する。マスク層４０は例えばフォトレジストである。マスク層４０の形成には、フォトレジストの塗布、露光現像を行う。

【0037】

図４（ｂ）に示すように、エッチングガス４２を導入しドライエッチング法を用い基板１０をエッチングする。基板１０は圧電層１４等を支持するため例えば１００μｍ以上と厚い。このため、エッチングにはドライエッチング法を用いる。基板１０がシリコン基板の場合、基板１０のエッチングにはフッ素系ガス（例えばＳＦ_６）を用いる。ＳＦ_６を用いシリコンをエッチングするとサイドエッチングが大きくなる。そこで、ＳＦ_６によるエッチング後Ｃ_４Ｆ_８を用い基板１０の開口３０ｃの側面３２ｃにフロロカーボン系の保護膜を形成する。ＳＦ_６による基板１０のエッチングとＣ_４Ｆ_８による保護膜形成を交互に行うことで基板１０に開口３０ｃを形成する。これにより、サイドエッチングが抑制され、アスペクト比の大きな開口３０ｃが形成される。開口３０ｃのアスペクト比を大きくするため、側面３２ｃの角度θｃが９０°に近くなるように、エッチング条件が選択される。

【0038】

図５（ａ）に示すように、基板１０に開口３０ｃが形成されると、絶縁層１１がエッチングされ、開口３０ｂが形成される。エッチングガス４２は厚い基板１０を高速にエッチングするためのガスを選択しており、エッチングガス４２により絶縁層１１のエッチング速度は基板１０のエッチング速度より遅い。このため、側面３２ｂの角度θｂはθｃより小さくなる。絶縁層１１のエッチングガスおよびエッチング条件を基板１０のエッチングガスおよびエッチング条件と異ならせ、絶縁層１１のエッチング速度が速くなるように選択することも考えられる。しかし、基板１０の厚さは絶縁層１１の厚さの１００倍以上あり、基板１０のエッチングが終了した時点でエッチングガスおよびエッチング条件を切り替えることは難しい。このため、絶縁層１１のエッチングガスおよびエッチング条件は基板１０のエッチングのために最適化されたものとなる。

【0039】

図５（ｂ）に示すように、開口３０ｂの下面が犠牲層３８の上面に達すると、犠牲層３８がエッチングされ、開口３０ａが形成される。エッチングガス４２による犠牲層３８のエッチング速度は絶縁層１１のエッチング速度より速い。例えば犠牲層３８の材料を基板１０の材料とほぼ同じとすると、犠牲層３８のエッチング速度は基板１０のエッチング速度とほぼ同じとなる。開口３０ａの側面３２ａは犠牲層３８の側面によりほぼ画定される。これにより、開口３０ａの大きさは犠牲層３８の大きさによりほぼ決まる。犠牲層３８の側面がほぼ垂直の場合、側面３２ａの角度θａはほぼ９０°となる。その後、マスク層４０を除去することにより、実施例１の圧電薄膜共振器が製造できる。

【0040】

［比較例１］
図６（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図、図６（ｂ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図６（ａ）に示すように、比較例１では、犠牲層３８を用いない。基板１０に開口３０を形成した後、絶縁層１１に開口３０ｂを形成すると、絶縁層１１のエッチング速度は基板１０のエッチング速度より遅いため、側面３２ｂの角度θｂがθｃより小さくなる。

【0041】

図６（ｂ）に示すように、比較例１では、開口３０が下部電極１２に接する側面３２ｂの角度θｂが小さくなる。このため、開口３０の上端の位置６２がばらついてしまう。例えば図６（ａ）において、オーバーエッチング量が小さい場合、開口３０の上端の位置６２はより内側になる。オーバーエッチング量が大きい場合、開口３０の上端の位置６２はより外側になる。このように、開口３０の大きさがばらつくと、実質的に弾性波励振する領域の面積がばらつき、圧電薄膜共振器の特性がばらついてしまう。

【0042】

また、横モードの弾性波の観点から説明する。図７（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７（ａ）に示すように、実施例１において、共振領域５０のうち、絶縁層１１が設けられていない位置６２より内側を箇所Ａとし、位置６０と６２との間を箇所Ｂとする。図７（ｂ）に示すように、比較例１において共振領域５０の外周の位置６０と開口３０の端の位置６２の間では絶縁層１１の厚さは連続的に変化する。位置６０と６２との間を箇所Ｃとする。図７（ｃ）に示すように、比較例１において開口３０を形成するときのエッチングがオーバーエッチングの場合、開口３０の端の位置６２は共振領域５０の外周の位置６０より外側に位置する。位置６０と６２との間を箇所Ｄとする。

【0043】

図８は、箇所Ａ～Ｄにおける横モードの分散特性を示す図である。横軸は横方向（ＸＹ平面方向）に伝搬する弾性波の波数である。波数が０より右側は波数が実数であり、左側は波数が虚数である。縦軸は周波数ｆである。波数が虚数のとき弾性波は伝搬しない。波数が０のとき、弾性波は横方向に伝搬せず、厚みすべり振動または厚み縦振動の応答が生じる。波数が０の周波数は遮断周波数である。波数が実数であり０より大きい場合、横方向に弾性波が伝搬し、横モードの弾性波となる。

【0044】

図８に示すように、分散特性は波数が実数では波数が大きくなると周波数ｆが低くなる。これはポアソン比が１／３以下の場合に相当する。ポアソン比が１／３以下の圧電材料としては、ニオブ酸リチウムおよび窒化アルミニウムである。箇所Ａにおける遮断周波数は圧電薄膜共振器の共振周波数ｆｒにほぼ対応する。箇所Ｂでは、箇所Ａに比べ絶縁層１１が付加される。このとき、伝搬特性は箇所Ａより低くなる。共振周波数ｆｒにおいて波数は虚数である。よって、箇所Ｂでは、共振周波数ｆｒにおける横モード弾性波は伝搬しない。このため、横モード弾性波（すなわち弾性波のエネルギー）が共振領域５０の外側に漏洩せず、Ｑ値を高くでき損失が抑制される。側面３２ａの角度θａが９０°に近いため、位置６２において伝搬特性は急激に箇所Ｂの伝搬特性となる。このため、横モード弾性波の共振領域５０内への閉じ込め効果が高い。

【0045】

比較例１の箇所Ｃでは、実施例１の箇所Ｂより絶縁層１１が薄い。このため、伝搬特性は箇所ＡとＢとの間に位置する。図７（ｂ）において、側面３２ｂのθｂが９０°より小さいため、位置６２から６０にかけて絶縁層１１の厚さが徐々に厚くなる。このため、位置６２から６０にかけて箇所Ａの伝搬特性から箇所Ｂの伝搬特性に徐々に変化する。このため、比較例１では横モード弾性波の閉じ込め効果が実施例１より弱くなり、損失が実施例１より大きくなる。

【0046】

図７（ｃ）のように、比較例１において開口３０が大きくなりすぎた場合、箇所Ｄの伝搬特性は箇所Ａより高くなる。このため、共振周波数ｆｒの波数はｋ０となり、位置６０と６２の間を横モード弾性波が伝搬し、弾性波エネルギーが共振領域５０の外側に漏洩する。よって、損失が大きくなる。

【0047】

このように、比較例１では、横モードの弾性波が共振領域５０の外側に漏洩し損失が大きくなる。開口３０の形状の制御性が悪いため、圧電薄膜共振器の特性がばらついてしまう。実施例１では、側面３２ａの角度θａが急峻なため、横モード弾性波の共振領域５０への閉じ込め効果が高く、損失を抑制できる。

【0048】

図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１における製造方法を示す別の断面図である。図９（ａ）に示すように、マスク層４０の開口４１が犠牲層３８に対し－Ｘ方向に位置合わせずれしている。エッチングガス４２を用い開口３０を形成するときに、絶縁層１１に開口３０ｂが形成される。開口３０ｂの底面が犠牲層３８に接する。

【0049】

図９（ｂ）に示すように、犠牲層３８のエッチング速度は絶縁層１１のエッチング速度より速いため、開口３０ｂの底面が犠牲層３８に接すると、犠牲層３８がエッチングされ絶縁層１１に開口３０ａが形成される。

【0050】

犠牲層３８は、圧電層１４の下面の下部電極１２に対し位置合わせするため位置合わせ精度が高い。また、犠牲層３８は薄いため、平面形状および大きさのばらつきは小さい。一方、開口４１は圧電層１４の上面の上部電極１６に対し位置合わせするため位置合わせ精度が低い。また、厚い基板１０をエッチングするため開口３０ｃの形状および大きさがばらつき、さらに絶縁層１１のエッチング速度が遅いと開口３０ｂの形状および大きさがばらつく。実施例１のように開口３０ａを犠牲層３８を用い形成することで、圧電薄膜共振器の特性に影響する下部電極１２側の開口３０ａの形状および大きさを再現性よく形成できる。これにより、圧電薄膜共振器の特性の制御性を向上させることができる。

【0051】

［実施例１の変形例１］
図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、側面３２ａの上端の位置６２は共振領域５０の外周の位置６０より外側に位置している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0052】

実施例１の変形例１のように、開口３０の側面３２ａは共振領域５０の外側に位置してもよい。この場合、図７（ｃ）と同様に、横モード弾性波は共振領域５０の外に漏洩する。しかし、開口３０の側面３２ａを再現性よく形成できるため、特性の制御性を向上させることができる。

【0053】

［実施例１の変形例２］
図１１（ａ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ａ）に示すように、側面３２ａと３２ｂとの間に段差は形成されていない。側面３２ｂの上端の位置６３は側面３２ａの上端の位置６２に略一致する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例２のように、位置６２と６３とは略一致していてもよい。また、位置６３は位置６２より内側に位置していてもよい。

【0054】

［実施例１の変形例３］
図１１（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ｂ）に示すように、基板１０内の開口３０に側面３２ｃが形成され、絶縁層１１内の開口に側面３２ａが形成されている。側面３２ｂは形成されていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0055】

実施例１およびその変形例１によれば、開口３０内における圧電層１４に最も近い側面３２ａ（第１側面）と圧電層１４の下面とがなす角度θａは、側面３２ａより圧電層１４から遠い側面３２ｂ（第２側面）と圧電層１４の下面とがなす角度θｂより大きい。これにより、圧電層１４に最も近い開口３０ａの形状および大きさの制御性を向上できる。よって、圧電薄膜共振器の特性のばらつきを向上させることができる。

【0056】

開口３０ａの形状および大きさの制御性を向上するため、角度θａは７０°～１１０°が好ましく、８０°～１００°がより好ましい。角度θａ、θｂおよびθｃは９０°以下が好ましい。角度θａは角度θｂより１０°以上大きいことが好ましく、２０°以上大きいことがより好ましく、３０°以上大きいことがさらに好ましい。角度θｂが小さすぎると開口３０ｂの形成が難しい。よって、角度θｂは１０°以上が好ましい。

【0057】

絶縁層１１（第１支持層）は側面３２ａおよび３２ｂを有し、基板１０（第２支持層）は絶縁層１１と異なる材料からなり側面３２ｃ（第３側面）有する。側面３２ｃと圧電層１４の下面とがなす角度θｃは角度θｂより大きい。角度θｃは角度θｂより１０°以上大きいことが好ましく、２０°以上大きいことがより好ましく、３０°以上大きいことがさらに好ましい。

【0058】

側面３２ａは共振領域５０の内側に位置する。また、側面３２ｂは側面３２ａが延長する面（平面）より外側に位置する。これにより、図８において説明したように損失を抑制できる。

【0059】

圧電層１４が単結晶であるとき、電気機械結合係数が大きくなる。例えば圧電層１４として単結晶タンタル酸リチウム層、単結晶ニオブ酸リチウム層または単結晶窒化アルミニウム層を用いると電気機械結合係数が大きくなる。

【0060】

図２（ａ）のように、下部電極１２が形成された圧電層１４の面に、共振領域５０の少なくとも一部に少なくとも一部が重なる犠牲層３８（ダミー層）を形成する。図２（ｃ）に示すように、圧電層１４に、圧電層１４とで犠牲層３８を挟む絶縁層１１を形成する。図４（ａ）のように、絶縁層１１の圧電層１４と反対側の面に、平面視において犠牲層３８の少なくとも一部と少なくとも一部が重なる開口４１を有するマスク層４０を形成する。図５（ａ）および図５（ｂ）のように、マスク層４０をマスクに、絶縁層１１をエッチングすることで開口３０ｂ（第１開口）を形成し、絶縁層１１のエッチング速度より速いエッチング速度で犠牲層３８をエッチングすることで開口３０ｂにつながる開口３０ａ（第２開口）を形成する。

【0061】

絶縁層１１のエッチング速度が遅い場合、比較例１のように圧電層１４付近の開口３０の形状および大きさの制御性がよくない。そこで、絶縁層１１のエッチング速度より速いエッチング速度で犠牲層３８をエッチングすることで開口３０ａを形成する。これにより、開口３０ａの形状および大きさの制御性が向上する。また、犠牲層３８を設けることで開口３０を効率よく形成できる。

【0062】

図２（ｄ）のように、絶縁層１１の圧電層１４と反対側の面に、基板１０（第２支持層）を形成する。図４（ａ）のように、マスク層を形成する工程では、基板１０の圧電層１４と反対側の面にマスク層４０を形成する。図４（ｂ）のように、開口３０を形成するときに、絶縁層１１のエッチング速度より速いエッチング速度で基板１０をエッチングすることで開口３０ｂとつながる開口３０ｃ（第３開口）を形成する。このように、基板１０は厚いため、エッチング速度の速いエッチングガスおよび条件を用いて基板１０をエッチングする。基板１０と異なる材料の絶縁層１１のエッチング速度は遅くなり、開口３０ｂの形状および大きさの制御性が悪くなる。そこで、犠牲層３８を用い開口３０ａを形成することで、開口３０ａの形状および大きさの制御性を向上できる。

【0063】

実施例１およびその変形例では、共振領域５０の平面形状が略矩形の例を説明したが、共振領域５０は略楕円形状でもよいし、多角形状でもよい。

【実施例0064】

実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１２（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

【0065】

図１２（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１２（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４４が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４６が接続されている。送信フィルタ４４は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４６は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４４および受信フィルタ４６の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

【0066】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0067】

実施例１およびその変形例では、圧電素子の例として、圧電薄膜共振器について説明した。圧電素子は、弾性波素子以外に例えばＬａｍｂ波デバイス、アクチュエータおよびセンサ等でもよい。アクチュエータとしては、例えばインクジェットを用いたマイクロポンプ、ＲＦ（Radio Frequency）－ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、および光ミラーである。センサは、例えば加速度センサ、ジャイロセンサ、およびエナジーハーベストセンサである。下部電極１２の下に別の圧電層が設けられていてもよい。

【0068】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。