特許 7116557 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュプレクサおよび圧電薄膜共振器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-02

(45)【発行日】2022-08-10

(54)【発明の名称】圧電薄膜共振器、フィルタ、デュプレクサおよび圧電薄膜共振器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20220803BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20220803BHJP

   H03H 9/72 20060101ALI20220803BHJP

   H03H 9/64 20060101ALI20220803BHJP

   H03H 9/58 20060101ALI20220803BHJP

   H01L 41/04 20060101ALI20220803BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20220803BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20220803BHJP

   H01L 41/332 20130101ALI20220803BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H3/02 B

H03H3/02 E

H03H9/72

H03H9/64 Z

H03H9/58 A

H01L41/04

H01L41/047

H01L41/09

H01L41/332

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2018036154

(22)【出願日】2018-03-01

(65)【公開番号】P2019153858

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(72)【発明者】

【氏名】西原 時弘

(72)【発明者】

【氏名】谷口 眞司

【審査官】橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１０８２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１０９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０６３８４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／１７

Ｈ０３Ｈ ３／０２

Ｈ０３Ｈ ９／７２

Ｈ０３Ｈ ９／６４

Ｈ０３Ｈ ９／５８

Ｈ０１Ｌ ４１／０４

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／３３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に空隙を介して形成され、前記基板と離れた位置に少なくとも一部の端部を
有する下部電極と、
前記基板および前記下部電極上に設けられる圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向する共振部分を形成するように、
前記下部電極と前記圧電膜とに重なる上部電極とを有し、
前記上部電極と重なる領域の前記端部と前記基板との間に位置する前記圧電膜が、前記
下部電極の前記空隙側の面と連続的に連なり、前記基板と前記面とのなす角が鋭角であり、
前記圧電膜は、前記基板の主面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第
１領域と、前記面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第２領域と、前記
端部の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第３領域とを有することを特徴
とする圧電薄膜共振器。

【請求項2】

前記基板と前記面とのなす角の角度は、前記下部電極の前記空隙側の端部の角度より小
さいことを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項3】

前記基板と前記面とのなす角の角度と、前記下部電極の前記空隙側の端部の角度との比率
は１：２である請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項4】

前記空隙の前記基板への投影形状は、前記共振部分の前記基板への投影形状より大きい、
請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項5】

前記圧電膜は窒化アルミニウムまたは圧電性を高める元素を添加した窒化アルミニウム
である請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。

【請求項7】

送信フィルタと、
受信フィルタとを有し、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項６に記載のフィル
タであるデュプレクサ。

【請求項8】

基板と、
前記基板上に空隙を介して形成され、前記基板と離れた位置に少なくとも一部の端部を
有する下部電極と、
前記基板および前記下部電極上に設けられる圧電膜と、
前記下部電極と前記圧電膜とに重なる上部電極とを有し、
前記上部電極と重なる領域の前記端部と前記基板との間に位置する前記圧電膜が、前記
下部電極の前記空隙側の面と連続的に連なり、前記基板と前記面とのなす角が鋭角であり、
前記基板と前記面とのなす角の角度と、前記下部電極の前記空隙側の端部の角度との比率
は１：２であることを特徴とする圧電薄膜共振器。

【請求項9】

基板上に前記基板とのなす角が鋭角である面を有する犠牲層を形成する第１のステップ
と、
前記犠牲層上および前記基板上に前記犠牲層の端部の一部が露出するように下部電極を形
成する第２のステップと、
前記基板上、前記犠牲層上および前記下部電極上に前記基板の主面の法線方向に前記圧
電膜の結晶軸の１つが配向される第１領域と、前記面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の
１つが配向される第２領域と、前記下部電極の基板から離れた位置にある先端部の法線方
向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第３領域となるような圧電膜を形成する第３
のステップと、
前記圧電膜上に、一部領域が前記圧電膜を挟んで前記下部電極と重なる上部電極を形成
する第４のステップと、
前記犠牲層を除去し空隙を形成する第５のステップとを含むことを特徴とする圧電薄膜
共振器の製造方法。

【請求項10】

前記第１のステップで使用する犠牲層は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、感光性樹脂また
は感光性ポリイミドである請求項９に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

【請求項11】

前記第１のステップで前記犠牲層を形成する方法は、グレースケールマスクによる露光
法を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

【請求項12】

前記第１のステップで前記犠牲層を形成する方法は、ナノインプリント法、リフロー法
、グレースケールマスクによる露光法またはインクジェット法のいずれかを含むことを特
徴とする請求項９または１０に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

【請求項13】

前記第２から第４のステップで前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極は、それ
ぞれ圧縮応力が－１００～１００ＭＰａの範囲で形成される請求項９から１２のいずれか
一項に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

【請求項14】

前記第５のステップで前記犠牲層は、ドライエッチングで除去することを特徴とする請
求項９から１３のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器の製造方法。

【請求項15】

前記第４のステップおよび前記第５のステップの間に、前記圧電膜および前記下部電極
に前記犠牲層を除去するためのエッチング媒体を導入するための孔部を形成するステップ
を含むことを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器の製造
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイスとして特に圧電薄膜共振器、それを使用したフィルタおよびデュプレクサ、ならびに圧電薄膜共振器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびデュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器の一つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として、上部電極膜と圧電膜と下部電極膜の積層膜を有し、上部電極と下部電極が対向する部分の下部電極下には空隙が形成されている。このような空隙は、素子基板として用いられるＳｉ基板を裏面からエッチング、または、Ｓｉ基板の表面に設けた犠牲層をエッチングすることで形成される。ＦＢＡＲの動作には数１００ｎｍ～数μｍの薄い積層膜の共振部分を形成する必要があるため、機械的な強度を確保することが課題となる。

【0003】

近年、スマートフォンやタブレット端末等の普及に伴い急激にモバイルデータトラフィックが増加している。通信容量の増大に対応するためには搬送波の周波数帯域幅を確保する必要がある。従来の７００ＭＨｚ帯～２.５ＧＨｚ帯にかけた周波数帯は、現在非常に混みあっており、搬送波の周波数帯域幅の確保が困難なため、サブ６ＧＨｚ帯など搬送波の高周波化が検討されている。圧電薄膜共振器では高周波化に伴い積層膜の膜厚が薄くなる。この結果、ＦＢＡＲの共振部分の機械的な強度が弱くなり信頼性が低下する問題が生じる。

【0004】

従来のＦＢＡＲ構造の概略構成の断面図を図７に示す（特許文献１参照）。この構造の製造方法として、基板１１１上に断面が台形状の犠牲層（不図示）を形成する。この犠牲層上に、ＳｉＯ２膜１１２、下部電極１１４、圧電膜１１５、上部電極１１６とを形成する。その後、犠牲層をエッチング液で除去することにより空隙１１３が形成される。空隙１１３上のＳｉＯ２膜１１２および圧電膜１１５の積層膜が振動することにより共振器として作用する。

【0005】

しかしながら、本構造では犠牲層パターンの台形状を引き継いで空隙１１３も台形状となり、その端部でＳｉＯ２膜１１２および下部電極１１４に角部１１７ができる。そして、角部１１７を起点にしてクラックが圧電膜１１５に生じ共振部分が破壊されるという機械的な強度の問題がある。

【0006】

従来の別のＦＢＡＲの製造方法を図８（ａ）から（ｄ）に示す（特許文献２参照）。この構造の製造方法として、次の工程が挙げられている。
１）基板２１１上に断面が長方形状の薄い犠牲層２２２を形成する（図８（ａ））。
２）次に、下部電極２１４、圧電膜２１５および上部電極２１６を形成する（図８（ｂ））。
３）続いて、下部電極２１４に対して導入孔２２０を形成し、導入孔２２０からエッチング液を導入して犠牲層２２２を除去することで空隙２１２を形成する。（図８（ｃ））
下部電極２１４、圧電膜２１５および上部電極２１６の積層膜の応力は圧縮応力となるように形成している。
この結果、犠牲層のエッチング終了時点で積層膜が膨れ、下部電極２１４と基板２１１との間にドーム形状の空隙２１２が形成される（図８（ｄ））。

【0007】

上述のＦＢＡＲ構造では犠牲層２２２を使用し、下部電極２１４、圧電膜２１５および上部電極２１６の圧縮応力を利用しドーム形状の空隙を形成する点に特徴がある。しかしながら、下部電極２１４、圧電膜２１５および上部電極２１６の圧縮応力は、空隙２１２の角部２１７を起点にクラックを生じさせ、空隙２１２上の下部電極２１４、圧電膜２１５および上部電極２１６の重なる部分である共振部分を破壊する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特公平５-８４６８４号公報

【文献】特許第４１４９４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、機械的強度、信頼性、生産性に優れる圧電薄膜共振器、これを用いたフィルタおよび圧電薄膜共振器の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を解決するために、本発明の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板上に空隙を
介して形成され、前記基板と離れた位置に少なくとも一部の端部を有する下部電極と、前
記基板および前記下部電極上に設けられる圧電膜と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み
前記下部電極と対向する共振部分を形成するように、前記下部電極と前記圧電膜とに重な
る上部電極とを有し、前記上部電極と重なる領域の前記端部と前記基板との間に位置する
前記圧電膜が、前記下部電極の前記空隙側の面と連続的に連なり、前記基板と前記面との
なす角が鋭角であり、前記圧電膜は、前記基板の主面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の
１つが配向される第１領域と、前記面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向され
る第２領域と、前記端部の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第３領域と
を有することを特徴とする。

【0011】

上記構成において、前記基板と前記面とのなす角の角度は、前記下部電極の前記空隙側の端部の角度より小さい構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前期基板と前記面とのなす角の角度と、前記下部電極の前記空隙側
の端部の角度との比率は１：２である構成とすることができる。

【0013】

前記空隙の前記基板への投影形状は、前記共振部分の前記基板への投影形状より大きい
構成とすることができる。

【0014】

前記圧電膜は窒化アルミニウムまたは圧電性を高める元素を添加した窒化アルミニウム
である構成とすることができる。

【0015】

また、上記構成の圧電薄膜共振器を含むフィルタとすることができる。

【0016】

また、送信フィルタと、受信フィルタとを有し、前記送信フィルタおよび前記受信フィ
ルタの少なくとも一方が上述したフィルタであるデュプレクサとすることができる。

【0017】

上記目的を解決するために、本発明の圧電薄膜共振器は、基板と、
前記基板上に空隙を介して形成され、前記基板と離れた位置に少なくとも一部の端部を
有する下部電極と、
前記基板および前記下部電極上に設けられる圧電膜と、
前記下部電極と前記圧電膜とに重なる上部電極とを有し、
前記上部電極と重なる領域の前記端部と前記基板との間に位置する前記圧電膜が、前記
下部電極の前記空隙側の面と連続的に連なり、前記基板と前記面とのなす角が鋭角であり、
前記基板と前記面とのなす角の角度と、前記下部電極の前記空隙側の端部の角度との比率
は１：２であることを特徴とする。

【0018】

本発明の圧電薄膜共振器の製造方法は、基板上に前記基板とのなす角が鋭角である面を有
する犠牲層を形成する第１のステップと、前記犠牲層上および前記基板上に前記犠牲層の
端部の一部が露出するように下部電極を形成する第２のステップと、前記基板上、前記犠
牲層上および前記下部電極上に前記基板の主面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが
配向される第１領域と、前記面の法線方向に前記圧電膜の結晶軸の１つが配向される第２
領域と、前記下部電極の基板から離れた位置にある先端部の法線方向に前記圧電膜の結晶
軸の１つが配向される第３領域となるような圧電膜を形成する第３のステップと、前記圧
電膜上に、一部領域が前記圧電膜を挟んで前記下部電極と重なる上部電極を形成する第４
のステップと、前記犠牲層を除去し空隙を形成する第５のステップとを含むことを特徴と
する。

【0019】

また、前記第１のステップで使用する犠牲層は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、感光性樹脂または感光性ポリイミドであることを特徴とする。

【0020】

また、前記第１のステップで前記犠牲層を形成する方法は、グレースケールマスクによる露光法を含むことを特徴とする。

【0021】

また、前記第１のステップで前記犠牲層を形成する方法は、ナノインプリント法、リフロー法、グレースケールマスクによる露光法またはインクジェット法のいずれかを含むことを特徴とする。

【0022】

また、前記第２から第４のステップで前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極は、それぞれ圧縮応力が－１００～１００ＭＰａの範囲で形成されることを特徴とする。

【0023】

また、前記第５のステップで前記犠牲層は、ドライエッチングで除去することを特徴とする。

【0024】

また、前記第４のステップおよび前記第５のステップの間に、前記圧電膜および前記下部
電極に前記犠牲層を除去するためのエッチング媒体を導入するための孔部を形成するステ
ップを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、機械的強度、信頼性に優れる圧電薄膜共振器、これを用いたフィルタおよびデュプレクサならびに圧電薄膜共振器の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係り、直列共振器に用いられ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、図１（ｃ）は、実施例１に係り、並列共振器に用いられる圧電薄膜共振器の構造を示す断面図である。

【図2】図２（ａ）および（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の空隙の端部を示す図である。

【図3】図３は、圧電膜の結晶軸の方向を示す図２（ａ）の拡大図である。

【図4】図４（ａ）から（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図（その１）であり、図４（ｄ）は、図４（ｃ）の下部電極の端部の拡大図である。

【図5】図５（ａ）から（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図（その２）である。

【図6】図６は、実施例１に係る圧電薄膜共振器を用いたフィルタの回路図である。

【図7】図７は、特許文献１に記載される従来の圧電薄膜共振器の概略構成を示す断面図である。

【図8】図８は、特許文献２に記載される従来の圧電薄膜共振器の製造方法を示す図である。

【図9】図９は、比較例に係る圧電薄膜共振器の空隙の端部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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1】

【0028】

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器１０の平面図である。圧電薄膜共振器１０は後述する直列共振器と並列共振器とで構造が異なるが、平面視において差異はないため、両方の説明に図１（ａ）の平面図を用いる。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図であり、例えば、ラダー型フィルタの直列共振器の断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図であり、例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図である。

【0029】

図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器の構造について説明する。Ｓｉ（シリコン）の基板１１上に、ドーム状の形状を有する空隙１２が形成されるように下部電極１３が設けられている。ドーム状の形状とは、端部１７に近づくほど高さが低く、中央に近づくほど高さが高くなるような形状である。点線で囲んだ領域３１および領域３２は、それぞれ空隙１２の端部１７ａおよび端部１７ｂを含む領域であり、後述する図２で示す拡大部分を示す。端部１７ａは下部電極１３と上部電極１６とが重なり合う部分、すなわち図１（ａ）に示す共振部分２１の、点αから点βの短周側にある。端部１７ｂは、共振部分２１の、点αから点βの長周側にある。共振部分２１については後述する。

【0030】

下部電極１３は、例えばＣｒ（クロム）層１３ａとＣｒ層上のＲｕ（ルテニウム）層１３ｂとを含んでいる。下部電極１３には後述する犠牲層をエッチングするための孔部１９が形成されている。犠牲層は空隙１２を形成するための層である。下部電極１３上に、（００２）方向を主軸とするＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４と下部電極１３とに重なるように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられており、共振部分２１を構成する。上部電極１６はＲｕ層１６ａとＲｕ層１６ａ上のＣｒ層１６ｂとを含んでいる。共振部分２１は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）の点線３３で挟まれた領域を指しており、空隙１２の上に下部電極１３と圧電膜１４と上部電極１６が積層された構造の部分である。

【0031】

圧電膜１４内には、例えばＳｉＯ２（二酸化シリコン）膜からなる挿入膜１５が、共振部分２１の外部から共振部分に一部かかるような領域に設けられている。挿入膜１５は圧電膜１４の膜厚方向のほぼ中央に挿入される。ただし、中央でなくてもよい。圧電膜１４上および上部電極１６上には周波数調整膜としてＳｉＯ２膜が形成されている（不図示）。周波数調整膜はパッシベーション膜として機能させてもよい。

【0032】

図１（ｃ）を参照し、並列共振器の構造について説明する。並列共振器は直列共振器と比較し、共振部分２１においてＲｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に、Ｔｉ（チタン）層からなる質量負荷膜１８が設けられている。その他の構成は直列共振器の図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。直列共振器と並列共振器との共振周波数の差は、質量負荷膜１８の膜厚を調整して設けられる。直列共振器と並列共振器との両方の共振周波数の調整は、前述の周波数調整膜の膜厚を調整することにより行なう。

【0033】

６ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１３のＣｒ層１３ａの膜厚は３０ｎｍ、Ｒｕ層１３ｂの膜厚は６５ｎｍ、ＡｌＮ層からなる圧電膜１４の膜厚は４００ｎｍである。ＳｉＯ２膜からなる挿入膜１５の膜厚は５０ｎｍである。上部電極１６のＲｕ層１６ａの膜厚は７５ｎｍ、Ｃｒ層１６ｂの膜厚は１０ｎｍである。ＳｉＯ２膜からなる周波数調整膜の膜厚は２５ｎｍである。共振部分の総厚は６５５ｎｍである。Ｔｉ膜からなる質量負荷膜１８の膜厚は３５ｎｍである。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。

【0034】

基板１１としては、Ｓｉ基板以外に、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板等を用いることができる。下部電極１３および上部電極１６としては、ＣｒおよびＲｕ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）もしくはＩｒ（イリジウム）等の金属単層膜またはこれらの複合膜を用いることができる。圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ３（チタン酸鉛）等を用いることができる。

【0035】

また、例えば、圧電膜１４は、ＡｌＮを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の改善のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素としてＳｃ（スカンジウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）などを用いることにより、実効的電気機械結合係数を向上できる。

【0036】

挿入膜１５としては、Ａｕ（金）、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｃｒ、ＳｉＯ２等のヤング率が小さい材料を使用した方がQ値を向上できる点で好ましい。周波数調整膜（不図示）としては、ＳｉＯ２膜以外にもＳｉＮ（窒化シリコン膜）またはＡｌＮ等を用いることができる。

【0037】

質量負荷膜１８としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の金属単層膜またはこれらの複合膜を用いることができる。また、例えばＳｉＮまたは等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜１８は、上部電極１６の層間以外にも、下部電極１３の下、下部電極１３の層間、上部電極１６の上、下部電極１３と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜１８は、共振部分２１内に形成されていれば、共振部分２１より大きくてもよい。

【0038】

図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）の点線で囲んだ領域３１および領域３２の部分拡大図であり空隙１２の２つの端部１７を拡大して示した図である。図２（ａ）に示されるように、下部電極１３は、端部１７ａにおいて基板１１と接していない。下部電極１３の空隙１２側の面２５と、圧電膜１４が空隙１２と接する境界の面２６とは連続的に連なっている。図２（ｂ）に示されるように、端部１７ｂにおいて、下部電極１３は、基板１１と接する。点線で囲んだ領域３３は、後述する図３で示す部分である。なお、面２５および面２６は、厳密には曲面であるが、端部１７ａおよび端部１７ｂにおいて曲率は非常に小さいため、斜面として近似する。

【0039】

図３は、図２（ａ）の点線で囲んだ領域３３をさらに拡大した図である。図３に示すように、圧電膜１４における端部１７ａ付近には圧電膜１４の結晶軸の配向される方向が異なる領域２４があり、基板１１の主面の法線方向に配向されている第１領域２４ａ、面２６の法線方向に配向されている第２領域２４ｂ、下部電極１３の先端の面の法線方向に配向されている第３領域２４ｃが存在する。θ１は基板１１の主面と面２６とがなす角度であり、θ２は下部電極１３の先端の角度である。

【0040】

圧電膜１４の結晶軸が配向される方向は、領域２４ａと領域２４ｃとでは大きく異なるが、基板１１が面２６とのなす角を鋭角にすることにより、端部１７ａにおける圧電膜１４の結晶軸の配向される方向は、領域２４ａから領域２４ｃへと領域２４ｂを介して漸次変化する構造にすることができる。これにより圧電膜１４の形成時における結晶の圧縮による応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。領域２４ｂにおける結晶軸の角度は、領域２４ａと領域２４ｃの中間であるのが好ましいため、θ１は、θ２の半分であるのが好ましい。より好ましくは、θ１＝１５°、θ２＝３０°である。

【0041】

図９は、特許文献２に記載の方法で空隙３１２を形成した圧電薄膜共振器の比較例であり、空隙３１２の端部３１７ａ付近の構造を示した断面図である。なお、その切断面は図１（ｂ）、（ｃ）と同等の位置である。基板３１１上に空隙３１２を介して圧電膜３１４およびＣｒ層３１３ａとＲｕ層３１３ｂとを有する下部電極３１３が形成されている。端部３１７ａでは下部電極３１３は基板３１１に接していない。圧電膜３１４は結晶軸が配向される方向が異なる領域３２４を有し、結晶軸が基板３１１の主面の法線方向に配向される領域３２４ａ、端部３１７ａの法線方向に配向される領域３２４ｂ、下部電極３１３の先端方向に配向される領域３２４ｃを有する。

【0042】

図９に示すように、特許文献２に記載の方法では基板３１１と圧電膜３１４とのなす角がほぼ直角になるように端部３１７ａが形成される。このため、結晶軸の配向される方向が大きく異なる領域３２４ａと領域３２４ｂとの間および領域３２４ａと領域３２４ｃとの間で応力が集中し、端部３１７ａを起点にクラック３２５が発生しやすい。

【0043】

図４（ａ）から（ｄ）および図５（ａ）から（ｃ）は、実施例１に係る共振器の製造方法を示す断面図である。

【0044】

図４（ａ）に示すように、平坦主面を有する基板１１として、たとえば、二酸化シリコン２２が設けられたＳｉ基板を使用する。二酸化シリコン２２の膜厚は、好ましくは０．５～２μｍのＳｉＯ２である。二酸化シリコン２２は熱酸化法、ＣＶＤ法、またはスパッタリング法で形成する。二酸化シリコン２２は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、感光性樹脂または感光性ポリイミドであってもよく、それらの場合の膜厚は０．０１～５μｍである。二酸化シリコン２２上にドーム状のレジスト２３を形成する。このドーム状のレジスト２３の形成方法はグレースケールマスクによる露光法がある。これは濃淡の異なるグレースケールマスクを用いて透過する光量を調節することにより、レジストの反応速度を調整し、所望のレジストパターン形状を得る方法である。ドーム状のレジスト２３を形成する他の方法は、ドーム状に形成された原版をレジスト２３にあて紫外線で露光するナノインプリント法、レジスト２３を加熱溶融させるリフロー法、レジスト２３を滴下するインクジェット法等がある。

【0045】

次に、図４（ｂ）に示すように、ドーム状のレジスト２３をマスクにして、二酸化シリコン２２をドライエッチングし、二酸化シリコン２２をドーム状に形成して、犠牲層２２ａを形成する。なお、二酸化シリコン２２に感光性樹脂または感光性ポリイミドを用いる場合、レジスト２３を用いなくてもよく、これらをパターニングした後に、ベークしてドーム状に形成する。

【0046】

続いて、図４（ｃ）に示すように、犠牲層２２ａおよび基板１１上に下部電極１３としてＣｒ層１３ａおよびＲｕ層１３ｂを形成する。下部電極１３は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、下部電極１３を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状に形成する。

【0047】

図４（ｄ）は、図４（ｃ）の下部電極１３の左側に示される先端部の拡大図である。下部電極１３は、犠牲層２２ａの端部の一部が露出するようにフォトリソグラフィによるパターニングにより、位置合わせがなされる。ドーム状の犠牲層２２ａの端部と基板１１とのなす角は、１５°程度であることが好ましい。下部電極の角度θ２は、３０°程度の角度で形成するのが好ましい。下部電極１３は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0048】

図５（ａ）に示すように、下部電極１３および基板１１上に下側圧電膜１４ａ、挿入膜１５を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。挿入膜１５を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状に形成する。挿入膜１５は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0049】

そして、図５（ｂ）に示すように、上側圧電膜１４ｂ並びに上部電極１６としてＲｕ層１６ａおよびＣｒ層１６ｂを例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状に形成する。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。なお、図１（ｃ）に示す並列共振器においては、上部電極Ｒｕ層１６ａを成膜した後、質量負荷膜１８を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。質量負荷膜１８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状に形成する。その後、上部電極Ｃｒ層１６ｂを形成する。

【0050】

続いて、圧電膜１４および上部電極１６を覆うように周波数調整膜（不図示）を、例えばスパッタリング法またはＣＶＤ法を用いて形成する。その後、エッチングガスを下部電極１３の下の犠牲層２２ａに導入し犠牲層２２ａを除去する。エッチングガスは、図１（ａ）に示した孔部１９を介して導入される。犠牲層２２ａをエッチングする媒体としては、犠牲層２２以外の共振器を構成する材料を極力エッチングしない媒体であることが好ましい。特に、エッチング媒体は、エッチング媒体が接触する下部電極１３が極力エッチングされない媒体であることが好ましい。例えば、犠牲層としてＳｉＯ２を使用した場合は、ドライエッチングではＣＦ４＋Ｈ２等のガス、ウェットエッチングではバッファードフッ酸等の溶液が用いられる。

【0051】

図５（ｃ）に示すように、ドーム状の犠牲層２２ａが除去された時、ほぼ同じ形状のドーム状の空隙１２が形成される。ドーム状の犠牲層２２ａを用いるため下部電極１３、圧電膜１４および上部電極１６の各膜の応力は圧縮応力である必要がなく、応力を極力なくして形成することができる。下部電極１３、圧電膜１４および上部電極１６は、０をねらい値として好ましくは－１００Ｍｐａから１００Ｍｐａの範囲で形成する。これにより前述の圧縮応力によるクラックの発生を抑制することができる。

【0052】

以上により、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した直列共振器、および図１（ｃ）に示した並列共振器が製作される。

【実施例2】

【0053】

図６は、本発明の実施例２に係り、実施例１に係る圧電薄膜共振器を送信用フィルタに用いたデュプレクサの回路図の例である。送信用フィルタ２７は、複数の圧電薄膜共振器が直列共振器及び並列共振器としてラダー型に接続されたラダー型フィルタであり、直列共振器Ｓ１からＳ４と並列共振器Ｐ１からＰ３とを備えている。並列共振器Ｐ１からＰ３のグランドは共通化され、並列共振器Ｐ１からＰ３とグランドとの間にインダクタＬ２が接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ４と並列共振器Ｐ１からＰ３は、実施例１に示した構造を有する圧電薄膜共振器である。共振器の膜厚構成は、実施例１に記載した通りである。

【0054】

デュプレクサ２６は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に前述した送信用フィルタ２７が接続され、アンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信用フィルタ２８が接続されている。受信用フィルタ２８は送信用フィルタ２７と同様に、圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタでもよい。また、ＳＡＷ（surface acoustic wave）フィルタを用いたラダー型フィルタでもよいし、多重モード型フィルタでもよい。アンテナ端子Ａｎｔとグランドとの間にはインダクタＬ1が接続されている。送信用フィルタ２７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アンテナ端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信用フィルタ２８は、アンテナ端子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。インダクタＬ１は整合用に用いられ、送信用フィルタ２７を通過した送信信号が、受信用フィルタ２８側に漏れずにアンテナ端子Ａｎｔから出力するようにインピーダンスを整合させる。

【0055】

なお、直列共振器と並列共振器の数、共振部分の形状とサイズ、共振器を構成する材料と各膜厚は、仕様に応じて適宜変更される。本実施例では本発明に係る圧電薄膜共振器を送信用フィルタ２７に用いた場合を説明したが、送信用フィルタ２７及び受信用フィルタ２８の少なくとも一方に用いることができる。フィルタ設計は、本実施例のラダー型フィルタの場合の他にも、例えばラティス型フィルタ等、複数の圧電薄膜共振器を備えるフィルタであればよい。

【符号の説明】

【0056】

１０ 圧電薄膜共振器
１１，３１１ 基板
１２，３１２ 空隙
１３，３１３ 下部電極
１４，３１４ 圧電膜
１６，３１６ 上部電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】