WO2007004435A1

WO2007004435A1 - 音響共振器及びフィルタ

Info

Publication number: WO2007004435A1
Application number: PCT/JP2006/312523
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Nakatsuka; Keiji Onishi; Hiroyuki Nakamura; Tomohiro Iwasaki; Naohiro Tsurumi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-01-11
Also published as: EP1898525B1; EP1898525A1; US7701117B2; JPWO2007004435A1; US20090102319A1; EP1898525A4

Abstract

　基板部４０と第２の支持部２０との間に、第１の支持部３０を設ける。この第１の支持部３０は、圧電体１１及び基板部４０よりも高い音響インピーダンスを有する材料で形成された膜、又は圧電体１１及び基板部４０よりもＱ値が小さい材料で形成された膜等で構成される。この第１の支持部３０の挿入によって、第２の支持部２０から基板部４０へ向かう振動の大半が反射され（矢印ａ）、また第２の支持部２０から基板部４０へ伝わった振動が基板部４０の底面で反射して振動部１０の方向へ戻ってくることが防げる（矢印ｂ）。

Description

明細書

音響共振器及びフィルタ

技術分野

[0001] 本発明は、音響共振器及びフィルタに関し、より特定的には、スプリアスの発生を抑えることが可能な音響共振器、及び当該音響共振器を用いたフィルタに関する。背景技術

[0002] 携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使用されるフィルタには、小型化が要求されると共に、周波数特性の精密な調整が可能であることが要求される。これらの要求を満たすフィルタの 1つとして、音響共振器を用いたフィルタが知られている（特許文献 1 〜3を参照)。

[0003] 以下、図 13A〜図 13Dを参照して、特許文献 1に記載された従来の音響共振器を説明する。

図 13Aは、従来の音響共振器の基本構造を示した断面図である。従来の音響共振器は、圧電体 101を上部電極 102と下部電極 103とで挟んだ構造である。この従来の音響共振器は、キヤビティ 104が形成された基板 105の上に載置されて使用される。キヤビティ 104は、微細加工法を用いて、基板 105の裏面力も部分的にエッチングすることによって形成可能である。この従来の音響共振器は、上部電極 102及び下部電極 103によって、厚さ方向に電界が印加され、厚さ方向の振動を生じる。次に、従来の音響共振器の動作説明を、無限平板の厚み縦振動を用いて行う。

[0004] 図 13Bは、従来の音響共振器の動作を説明するための概略的な斜視図である。従来の音響共振器は、上部電極 102と下部電極 103との間に電界が加えられると、圧電体 101で電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。誘起された機械振動は厚さ方向伸び振動であり、電界と同じ方向に伸び縮みを行う。一般に、従来の音響共振器は、圧電体 101の厚さ方向の共振振動を利用し、厚さが半波長に等しくなる周波数の共振で動作する。図 13Aに示したキヤビティ 104は、この圧電体 101の厚み縦振動を確保するために利用される。 [0005] この従来の音響共振器の等価回路は、図 13Dに示すように、直列共振と並列共振とを合わせ持った等価回路となる。この等価回路は、コンデンサ Cl、インダクタ L1及び抵抗 R1からなる直列共振部と、直列共振部に並列接続されたコンデンサ COとで構成される。この回路構成によって、等価回路のアドミッタンス周波数特性は、図 13 Cに示すように、共振周波数 frでアドミッタンスが極大となり、反共振周波数 f_aでアドミッタンスが極小となる。ここで、共振周波数 frと反共振周波数 faとは、次の関係にある fr= lZ{ 2 7u (Ll X Cl) }

fa=fr^ (l + Cl/CO)

[0006] このようなアドミッタンス周波数特性を有する従来の音響共振器をフィルタとして応用した場合、圧電体 101の共振振動を利用するため、小型で低損失のフィルタを実現することが可能となる。

[0007] ここで、音響共振器の特性を大きく左右する圧電薄膜には、高品質のものが望まれる。このため、高品質な圧電薄膜を実現するための製造方法が様々に提案されている (特許文献 4を参照)。図 14は、特許文献 4で開示されている従来の音響共振器の製造方法の手順を説明するための図である。

[0008] まず、基板 111をエッチングして、後にキヤビティ 112となる窪みを基板 111上に形成する（図 14の（a) )。次に、基板 111の全面に犠牲層 115を形成する（図 14の (b) ) 。次に、基板 111の表面と犠牲層 115の表面とが等しい高さになるよう平坦ィ匕する（図 14の（c) )。そして、その上部に下部電極 121、圧電薄膜 122及び上部電極 123 をそれぞれ積層して、振動部 120を形成する（図 14の（d) )。最後に、犠牲層 115をエッチングにより除去してキヤビティ 112を設けることで、音響共振器が完成する（図 1 4の（e) )。この特許文献 4では、圧電薄膜の結晶性を向上させるために、下部電極 1 21であるモリブデン (Mo)の膜厚及び平坦性を規定することで、スパッタ法を用いた場合での高品質な圧電薄膜を実現させて、る。

特許文献 1 :特開昭 60— 68711号公報

特許文献 2 :特開 2003— 158309号公報

特許文献 3：米国特許第 5587620号明細書特許文献 4：特許第 2800905号公報

特許文献 5：米国特許第 6060818号明細書

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 上述した従来の音響共振器は、一部が基板 105に固定されている構造であるため、振動部による振動の一部がどうしても基板 105に伝わってしまう。この基板 105に伝わった不要振動は、基板 105の底面で反射して振動部側へ戻ってくるので、振動部の主共振振動に影響を与えてしまう（図 15の矢印 e)。

この影響は、図 16Aに示すように、振動部の共振周波数と反共振周波数との間にスプリアス振動を生じさせる。このようなスプリアスを有する音響共振器を、図 16Bのように並列接続してフィルタを形成すると、図 16Cに示すように、通過帯域の部分に好ましくない通過特性が現れる。この通過特性は、通信の品質低下を招く。

[0010] また、従来の製造方法によれば圧電薄膜の結晶性は下地に大きく左右される。そのため、下地となる材料には、高結晶性及び高平坦性が要求されることとなる。よつて、圧電薄膜及び上下電極で構成された振動部と基板との間の構造が複雑になれば、圧電薄膜の下地膜の結晶性及び平坦性へ影響が現れる。従って、例えば平坦性については、圧電薄膜の成膜前に平坦ィ匕プロセスを行うなどのプロセスが必要となり、プロセスが複雑となる等の課題がある。

[0011] また、高品質な圧電薄膜を実現させるためには、スパッタ法を用いた成膜よりも有機金属気相ェピタキシャル成長法 (MOCVD法)を用いた成膜の方が優れて、ることが知られている。し力し、この MOCVD法では、 1000°C近い高温でのプロセスが必要となる。このため、上述した従来の音響共振器の製造方法のように、下部から順番に成膜及び積層を行う製造方法の場合、 MOCVD法による高温プロセスに耐えるためには電極材料等が制限されるという課題もある。この高温プロセスという課題については、下部から順番に成膜及び積層を行わない他の製造方法、例えば圧電薄膜を成膜した後に電極等を基板裏面より成膜する製造方法が考えられるが、未だに実用的に有効な製造方法の実現には至って、な、。

[0012] それ故に、本発明の目的は、基板の底面で反射して戻ってくる不要振動を防ぎ、スプリアスの発生を抑制させた音響共振器及びフィルタを提供することである。

また、本発明の他の目的は、基板貼り合わせの技術を利用して圧電薄膜の成膜後に電極等の成膜を可能にすることで、支持部の構造が複雑な形状であっても、結晶性の高!、圧電薄膜を用いた音響共振器の製造できる製造方法を提供することである課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、所定の周波数で振動する音響共振器に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の音響共振器は、基板と、基板上に設けられる第 1 の支持部と、第 1の支持部上に設けられる第 2の支持部又は低インピーダンス層と高インピーダンス層とを交互に積層させた音響ミラー部と、第 2の支持部又は音響ミラー部上に設けられる、少なくとも圧電体、圧電体の上面に設けられた上部電極、及び圧電体の下面に設けられた下部電極で構成される振動部とを備える。

[0014] 好ましくは、第 1の支持部は、金と錫との共晶結晶等のように、基板よりも高い音響インピーダンスを有する材料で構成されている。また、上側に第 2の支持部が設けられる場合、第 1の支持部の厚さは、振動部で励振される共振周波数の波長えに対して、 λ Ζ4であることが望ましい。一方、上側に音響ミラー部が設けられる場合、第 1 の支持部の厚さは、振動部で励振される共振周波数の波長えに対して、 λ Ζ4以外であることが望ましい。

[0015] 上述した本発明の音響共振器は、単独でフィルタとして機能するが、いずれか又は組み合わせて 2つ以上ラダー型に接続すれば、様々な周波数特性のフィルタを実現することができる。また、上記フィルタは、入力信号を切り替えて出力するスィッチ等と共に通信機器に用いることができる。

[0016] また、本発明は、音響共振器の製造方法に向けられている。そして、本発明の音響共振器の製造方法は、下記の処理を順に行うことによって上記目的を達成させている。

犠牲基板の上に圧電薄膜を成膜する。圧電薄膜の上に第 1電極層を積層する。第 1電極層をパターユングして、音響共振器の下部電極を成形する。圧電薄膜及び下部電極の上に、第 1犠牲層を積層する。第 1犠牲層をパターユングして、除去後に音響共振器の空洞として機能する犠牲部を成形する。犠牲部、下部電極及び圧電薄膜の上に、圧電薄膜共振器を保持するための保持層を成膜する。保持層の表面に、半導体基板を貼り合わせる。貼り合わせる工程の後、犠牲基板を半導体基板から剥離する。剥離して現れた圧電薄膜の上に第 2電極層を積層する。第 2電極層をバタ一ユングして、音響共振器の上部電極を成形する。犠牲部を除去して空洞を形成する。

[0017] 保持層の表面は、半導体基板を貼り合わせる工程の前に平坦ィ匕してもよい。また、保持層の表面の平坦化は、表面ラフネスが 1000ARMS以下であることが好ましい。この貼り合わせる工程では、保持層と半導体基板とを、接着層を介して貼り合わせてもよいし、共晶接合を用いて貼り合わせてもよい。犠牲層には、モリブデン又はタンダステンシリサイドが使用されることが好ましい。また、圧電薄膜を成膜する工程では、犠牲基板の上に第 2犠牲層を介して圧電薄膜を成膜してもよい。第 2犠牲層には、窒化ガリウム又はモリブデンが使用されることが好ましい。

[0018] また、本発明の音響共振器の製造方法は、下記の処理を順に行うことによつても上記目的を達成させている。

犠牲基板の上に圧電薄膜を成膜する。圧電薄膜の上に第 1電極層を積層する。第 1電極層をパターユングして、音響共振器の下部電極を成形する。下部電極及び圧電薄膜の上に、音響共振器を保持するための保持層を成膜する。保持層の上に、ミラー層を形成する。ミラー層の上に、半導体基板を貼り合わせる。貼り合わせる工程の後、犠牲基板を半導体基板から剥離する。剥離して現れた圧電薄膜の上に第 2電極層を積層する。第 2電極層をパターユングして、音響共振器の上部電極を成形する。

[0019] 保持層の表面は、半導体基板を貼り合わせる工程の前に平坦ィ匕してもよい。また、保持層の表面の平坦化は、表面ラフネスが 1000ARMS以下であることが好ましい。この貼り合わせる工程では、ミラー層と半導体基板とを、接着層を介して貼り合わせてもよいし、共晶接合を用いて貼り合わせてもよい。また、圧電薄膜を成膜する工程では、犠牲基板の上に犠牲層を介して圧電薄膜を成膜してもよい。犠牲層には、窒化ガリウム又はモリブデンが使用されることが好ましい。発明の効果

[0020] 上記本発明の音響共振器によれば、基板部の底面で反射して振動部側へ戻ってくる不要振動の発生を防止することができる。これにより、振動部の共振周波数と反共振周波数との間にスプリアスが生じない良好なアドミッタンス周波数特性を得ることができる。

[0021] また、上記本発明によれば、基板貼り合わせ技術を利用するため、音響共振器の特性に大きく影響する圧電薄膜の成膜時に単結晶基板を下地基板として使用することができる、あるいは、 MOCVD法等の高温プロセスを用いることができるため、結晶性の高い圧電薄膜を得ることが可能となる。また、キヤビティの形成、及び支持部の形成においても、圧電薄膜の成膜後に行うため、圧電薄膜の結晶性に、支持部等の結晶性、平坦性の影響がない。さらに、キヤビティの形成に犠牲層を用い、基板剥離後に犠牲層をエッチングにより除去するため、レーザ'リフト'オフ工程において振動部のメンブレンがダメージを受けることがなく歩留まりを向上させることができる。図面の簡単な説明

[0022] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る音響共振器の構造断面図

[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る音響共振器の他の構造断面図

[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施形態に係る音響共振器の他の構造断面図

[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施形態に係る音響共振器の他の構造断面図

[図 5]図 5は、本発明の第 2の実施形態に係る音響共振器の構造断面図

[図 6A]図 6Aは、本発明の音響共振器を用いたフィルタの実施例を示す図

[図 6B]図 6Bは、本発明の音響共振器を用いたフィルタの他の実施例を示す図

[図 7]図 7は、本発明の音響共振器を用いたフィルタの他の実施例を示す図

[図 8]図 8は、本発明の音響共振器を用いた装置の実施例を示す図

[図 9A]図 9Aは、第 1例の製造方法を用いて製造された音響共振器の図

[図 9B]図 9Bは、図 9Aの音響共振器の構造断面図

[図 10A]図 10Aは、第 1例の製造方法を説明するための工程図

[図 10B]図 10Bは、第 1例の製造方法を説明するための工程図

[図 10C]図 10Cは、第 1例の製造方法を説明するための工程図圆 11]図 11は、第 2例の製造方法を用、て製造された音響共振器の構造断面図圆 12A]図 12Aは、第 2例の製造方法を説明するための工程図

圆 12B]図 12Bは、第 2例の製造方法を説明するための工程図

圆 12C]図 12Cは、第 2例の製造方法を説明するための工程図

圆 13A]図 13Aは、従来の音響共振器を説明するための図

圆 13B]図 13Bは、従来の音響共振器を説明するための図

圆 13C]図 13Cは、従来の音響共振器を説明するための図

圆 13D]図 13Dは、従来の音響共振器を説明するための図

[図 14]図 14は、従来の音響共振器の製造方法を説明する図

[図 15]図 15は、従来の音響共振器に生じる問題を説明するための図

圆 16A]図 16Aは、従来の音響共振器に生じる問題を説明するための図圆 16B]図 16Bは、従来の音響共振器に生じる問題を説明するための図圆 16C]図 16Cは、従来の音響共振器に生じる問題を説明するための図符号の説明

10 振動部

11、 101 圧電体

12、 102 上部電極

13、 103 下部電極

20、 30 支持部

21、 104 キヤビティ

40、 105 基板

50 音響ミラー部

51 低インピーダンス層

52 高インピーダンス層

61、 62、 71 圧電共振器

81、 82 アンテナ

83 スィッチ

84 フイノレタ 91、 92 犠牲層

発明を実施するための最良の形態

[0024] [第 1の実施形態]

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る音響共振器の構造断面を示す図である。図 1において、第 1の実施形態に係る音響共振器は、基板部 40と、基板部 40上に設けられた第 1の支持部 30と、第 1の支持部 30上に設けられた第 2の支持部 20と、第 2 の支持部 20上に設けられた振動部 10とで構成される。第 2の支持部 20は、振動部 1 0の縦振動を確保するために、第 2の支持部 20を貫通する形状のキヤビティ 21を有している。この第 2の支持部 20は、振動部 10を基板部 40に支持させるための支持層である。振動部 10は、窒化アルミニウム (A1N)等の圧電材料で形成された圧電体 11 と、圧電体 11の上面に設けられた上部電極 12と、圧電体 11の下面に設けられた下部電極 13とカゝら構成される。上部電極 12及び下部電極 13は、例えばモリブデン (M o)で形成される。この振動部 10は、下部電極 13を下側にして第 2の支持部 20上に載置される。

[0025] 第 1の支持部 30は、第 2の支持部 20と協働して振動部 10を基板部 40に支持させるための支持層であると共に、ダンピング層でもある。この第 1の支持部 30は、圧電体 11及び基板 40よりも高、音響インピーダンスを有する材料で形成された膜、又は圧電体 11及び基板 40よりも Q値が小さヽ材料で形成された膜等で構成される。この第 1の支持部 30の材料は、絶縁材料であっても導電材料であってもよい。導電材料を用いる場合には、第 1の支持部 30を配線層として使用することもできる。高インピーダンスの第 1の支持部 30は、例えば金と錫とを共晶結晶させて形成することができる。低 Q値の第 1の支持部 30には、例えばポリマー等の接着剤を用いることができる。

[0026] 上記構成による第 1の実施形態に係る音響共振器では、基板部 40と第 2の支持部 20との間に設けられた第 1の支持部 30の作用によって、以下の特徴を発揮する。第 1に、第 2の支持部 20から基板部 40へ向かう振動の大半が、第 1の支持部 30によって反射される（図 1の矢印 a)。第 2に、第 2の支持部 20から基板部 40へ伝わったわずかな振動力基板部 40の底面で反射して振動部 10の方向に戻ってきたとしても、第 1の支持部 30によって反射される（図 1の矢印 b)。これは、第 1の支持部 30が、基板部 40及び第 2の支持部 20よりも音響インピーダンスが高いことを意味する。

[0027] なお、第 2の支持部 20の厚さ、キヤビティ 21の深さ、及び第 1の支持部 30の厚さは、図 1に示した構造以外にも、図 2〜図 4に示す構造とすることもできる。

図 2は、第 2の支持部 20を貫通しない形状のキヤビティ 21を設けた音響共振器の実施例である。図 3は、振動部 10で励振される共振周波数の波長えに対して、第 2 の支持部 20の厚さ及び第 1の支持部 30の厚さをそれぞれ λ Ζ4とした音響共振器の実施例である。図 4は、振動部 10で励振される共振周波数の波長えに対して、第 2の支持部 20の厚さを λ Ζ2とし、第 1の支持部 30の厚さを λ Ζ4とした音響共振器の実施例である。もちろん、この図 3及び図 4の構造においても、キヤビティ 21が第 2 の支持部 20を貫通しな、形状にしても構わな!/、。

[0028] [第 2の実施形態]

図 5は、本発明の第 2の実施形態に係る音響共振器の構造断面を示す図である。図 5において、第 2の実施形態に係る音響共振器は、基板部 40と、基板部 40上に設けられた支持部 30と、支持部 30上に設けられた音響ミラー部 50と、音響ミラー部 50 上に設けられた振動部 10とで構成される。音響ミラー部 50は、低インピーダンス層 5 1と高インピーダンス層 52とが交互に積層された音響反射層を構成する。この音響ミラー部 50では、振動部 10の縦振動が確保される。振動部 10は、窒化アルミニウム（ A1N)等の圧電材料で形成された圧電体 11と、圧電体 11の上面に設けられた上部電極 12と、圧電体 11の下面に設けられた下部電極 13とから構成される。上部電極 1 2及び下部電極 13は、例えばモリブデン (Mo)で形成される。この振動部 10は、下部電極 13を下側にして音響ミラー部 50上に載置される。

[0029] 上記構成による第 2の実施形態に係る音響共振器では、基板部 40と音響ミラー部 50との間に設けられた支持部 30の作用によって、以下の特徴を発揮する。

第 1に、音響ミラー部 50から基板部 40へ向かう振動の大半が、支持部 30によって反射される（図 5の矢印 c)。第 2に、音響ミラー部 50から基板部 40へ伝わったわずかな振動が、基板部 40の底面で反射して振動部 10の方向に戻ってきたとしても、支持部 30によって反射される（図 5の矢印 d)。これは、支持部 30が、基板部 40及び音響ミラー部 50よりも音響インピーダンスが高いことを意味する。 [0030] この第 2の実施形態に係る音響共振器の構造では、音響ミラー部 50の低インピーダンス層 51及び高インピーダンス層 52の厚みが、それぞれ音響共振器の振動波長えの 1Z4であるのに対して、支持部 30の厚みが λ Ζ4以外であることが特徴である。このとき、振動部 10が載置される部分の支持部 30の厚みと、振動部 10が載置されない部分の支持部 30の厚みとを、異ならせてもよい。これらの特徴によって、よりダンビング効果を発揮することができる。また、振動部 10の共振周波数と、振動部 10以外の共振周波数とを変えることで、エネルギーを振動部 10内に閉じ込めることができ、更なるダンピング効果を期待できる。

[0031] また、支持部 30は、圧電体 11及び基板部 40よりも高、音響インピーダンスを有する材料で形成された膜、又は圧電体 11及び基板部 40よりも Q値が小さヽ材料で形成された膜等構成される。この支持部 30の材料は、絶縁材料であっても導電材料であってもよい。導電材料を用いる場合には、支持部 30を配線層として使用することもできる。高インピーダンスの支持部 30は、例えば金と錫とを共晶結晶させて形成することができる。低 Q値の支持部 30には、例えばポリマー等の接着剤を用いることができる。

[0032] 以上のように、本発明の第 1及び第 2の実施形態に係る音響共振器によれば、基板部 40の底面で反射して振動部 10側へ戻ってくる不要振動の発生を防止することができる。これにより、振動部 10の共振周波数と反共振周波数との間にスプリアスが生じない良好なアドミッタンス周波数特性を得ることができる。

[0033] なお、上述した第 1及び第 2の実施形態に係る音響共振器は、 1つ又は複数組み合わせることでフィルタとなり得る。以下、複数組み合わせた場合のフィルタ及びこのフィルタを用いた装置について説明する。

[0034] (音響共振器を用いたフィルタの第 1実施例）

図 6Αは、本発明の音響共振器を用いたフィルタの第 1実施例を示す図である。図 6Αに示すフィルタは、音響共振器を L型に接続したラダーフィルタである。音響共振器 61は、直列共振器として動作するように接続される。すなわち、入力端子 63と出力端子 64との間に直列に接続される。音響共振器 62は、並列共振器として動作するように接続される。すなわち、入力端子 63から出力端子 64へ向力経路と接地面との間に接続される。ここで、音響共振器 61の共振周波数を音響共振器 62の共振周波数よりも高く設定すれば、帯域通過特性を有するラダーフィルタを実現することができる。好ましくは、音響共振器 61の共振周波数と音響共振器 62の反共振周波数とを、実質上一致又は近傍に設定することにより、より通過帯域の平坦性に優れるラダーフィルタを実現することができる。

[0035] なお、上記第 1実施例では、 L型構成のラダーフィルタを例示して説明を行ったが、その他の T型構成や π型構成のラダーフィルタや、格子型構成のラダーフィルタでも同様の効果を得ることができる。また、ラダーフィルタは、図 6Αのように 1段構成であつても、図 6Βのように多段構成であってもよい。

[0036] (音響共振器を用いたフィルタの第 2実施例）

図 7は、本発明の音響共振器を用いたフィルタの第 2実施例を示す図である。図 7 に示すフィルタは、スタック型のフィルタである。音響共振器 71は、入力端子 73と出力端子 74との間に直列に接続される。音響共振器 71の中間電極は、接地面に接続される。このように、スプリアスのない音響共振器 71を使用すれば、通過帯域の平坦性に優れるスタック型フィルタを実現することができる。もちろん、スタック型フィルタは、図 7のように 1段構成であっても、多段構成であってもよい。

[0037] (音響共振器を用いた装置の実施例）

図 8は、本発明の音響共振器を用いた装置の実施例を示す図である。図 8に示す装置は、図 6Α、図 6Βや図 7に示したフィルタを用いた通信機器である。この装置は、 2つのアンテナ 81及び 82と、 2つの周波数信号を切り替えるためのスィッチ 83と、フィルタ 84とで構成される。このような構成によって、低損失な通信機器を実現することができる。

[0038] (音響共振器の製造方法の第 1例）

図 9Αは、第 1例の製造方法を用いて製造された第 1の実施形態に係る音響共振器の上面図の一例である。図 9Βは、図 9Αに示した音響共振器の Χ—Χ断面図である。この第 1例の製造方法では、 2つの基板を貼り合わせる方法を用いることによって音響共振器を製造する。以下、図 10A〜図 10Cをさらに参照して、第 1例の製造方法の手順を説明する。 [0039] まず、犠牲基板 92の上に、犠牲層 91を積層する（図 10A、工程 a)。次に、犠牲層 91の上に、圧電薄膜 11aを成膜する（図 10A、工程 b)。ここで、犠牲基板 92とは、音響共振器を形成する過程で一時的に利用される基板であり、製造後の音響共振器には含まれない構成である。この犠牲基板 92は、例えばサファイア力もなる。犠牲層 91は、後述する貼り合わせ工程の後に、犠牲基板 92を圧電薄膜 11aから剥離するために設けられるバッファ層である。この犠牲層 91は、例えば窒化ガリウム (GaN)からなる。圧電薄膜 11aは、窒化アルミニウム (A1N)力もなり、 MOCVD法によって犠牲層 91の上に成膜される。このように、 MOCVD法を用いることにより、膜質に優れた圧電体層を形成することができ、広帯域及び高 Q値で、かつ信頼性の高い音響共振器を製造することができる。

[0040] なお、 MOCVD法は、 1050°Cという高温下で行われる。し力し、本実施例では高融点材料である窒化ガリウムを犠牲層 91として用いていており、 1050°Cという高温に十分に耐えられる。従って、圧電薄膜 11aの成膜に MOCVD法を用いることは、製造プロセス上何ら問題とならない。なお、犠牲層 91には、窒化ガリウム以外にモリブデンを使用することも可能である。

[0041] 次に、圧電薄膜 11aの上に、導電体である電極層 13aを積層する（図 10A、工程 c) 。その後、積層した電極層 13aをパターユングして、下部電極 13を成形する（図 10A 、工程 d)。次に、成形した下部電極 13及び圧電薄膜 11aの上に、犠牲層 21aを積層する（図 10A、工程 e)。このとき、犠牲層 21aを、下部電極 13よりも厚い層で積層する。そして、この積層した犠牲層 21aをパターユングして、犠牲部 21を成形する（図 1 0A、工程 f)。この犠牲部 21は、後述するキヤビティ形成工程において除去される部分であり、除去されることで音響共振器のキヤビティ 21を形成する。この犠牲層 21a の材料としては、例えばモリブデンやタングステンシリサイド等を使用することができる。なお、この場合には、下部電極 13の材料にモリブデン以外のアルミニウム等が使用されることとなる。

[0042] 次に、犠牲部 18、下部電極 13及び圧電薄膜 11aの上に、第 2の支持層 20を積層する（図 10B、工程 g)。第 2の支持層 20は、酸化珪素（Si02)ゃ窒化珪素（Si3N4) 等の絶縁体が望ましい。そして、この積層した第 2の支持層 20の表面に段差がなくなるように、平坦化処理を行う（図 10B、工程 h)。この平坦化処理は、後述する貼り合わせ工程において、基板 40を全面均一に上手く貼り合わせられるように行われる。平坦ィ匕処理には、 CMP等を用いることが可能であり、表面のラフネスを RMS2000A 以下とすることで、均一な貼り合わせを行うことができる。

[0043] 次に、金錫の合金カゝらなる第 1の支持層 30を形成した基板 40を、第 1の支持層 30 の面で第 2の支持層 20と貼り合わせる（図 10B、工程 i)。この基板 40は、例えばシリコンカもなる。このとき、基板 40と第 1の支持層 30との間に、酸化珪素又は窒化珪素等カゝらなる絶縁体層を形成することも可能である。第 1例では、第 1の支持層 30として金錫の合金膜を成膜して、金錫の共晶接合を利用した貼り合わせを行っている。具体的には、犠牲基板 92と基板 40とを対向させて、 15NZcm²の圧力を加えた状態で 375°Cの温度を 10分間加えることにより、 2枚の基板を貼り合わせている。なお、共晶接合可能な材料であれば、金錫以外の合金で同様の効果を得ることができる。

[0044] 次に、犠牲基板 92の裏面力もイットリウム 'アルミニウム 'ガーネット (YAG) 'レーザを照射して、バンドギャップの小さい窒化ガリウム力もなる犠牲層 91の接合を切ることにより、犠牲基板 92と基板 40とを剥離する（図 10B、工程。このとき、犠牲層 91より上側に形成されていた圧電薄膜 l la、下部電極 13、犠牲部 18、及び第 2の支持層 2 0は、基板 40に転写される。なお、剥離に用いた YAGレーザは、使用する犠牲基板 92及び犠牲層 91の膜厚や種類に応じてレーザ波長を選択することにより、犠牲層 9 1の厚さによるバンドギャップの変化や、他の材料を選択した場合にも対応が可能である。

[0045] 次に、剥離されて表面に現れた圧電薄膜 11aの上に、導電体である電極層 12aを積層する（図 10C、工程 k)。その後、積層した電極層 12aをパターユングして、上部電極 12を成形する（図 10C、工程 1)。さら〖こ、必要に応じて圧電薄膜 11aをパター- ングして、圧電体 11を成形する（図 10C、工程 m)。最後に、犠牲部 18をエッチング等により除去して、キヤビティ 21を形成する（図 10C、工程 n)。これにより、図 9Bに示した音響共振器が完成する。

[0046] 以上のように、この第 1例の製造方法では、基板貼り合わせ技術を利用する。このため、圧電薄膜の成膜時において下地をシリコン等の単結晶基板を用いることができ、複雑な膜構成 (支持部構成）においても下地の影響を無くし高品質の圧電薄膜を得ることができる。また、圧電薄膜形成時に MOCVD法等の高温プロセスを用いることができ、ェピタキシャル成長した圧電薄膜を得ることが可能となる。

また、キヤビティの形成に犠牲層を用い、基板剥離後に犠牲層をエッチングにより除去するため、レーザ'リフト'オフ工程にぉ、て振動部のメンブレンがダメージを受けることがなく歩留まりを向上させることができる。また、基板を全面で貼り合わせることができるため、製造工程を簡略ィ匕することが可能である。

[0047] なお、貼り合わせ条件によっては、第 2の支持層 20の平坦ィ匕工程（図 10B、工程 h) を省くことも可能である。このように平坦ィ匕を行わない場合においても、振動部 10が貼り合わせ面力も離れているため、音響共振器の特性に影響を与えることがなぐかつ、簡便に音響共振器を製造することが可能となる。

[0048] また、第 2の支持層 20と基板 40との貼り合わせ面が振動部 10から離れているため、第 1の支持層 30に接着剤等を用いることも可能である。この場合、表面のラフネスを改善する必要がなぐ平坦ィ匕工程（図 10B、工程 g)を省略することができ、より簡便に音響共振器を製造することが可能となると共に、接着剤で構成された第 1の支持層 30によるダンピング効果により、基板 40に伝搬する振動を効率よく減衰させることが可能となる。

[0049] また、犠牲基板 92には、サファイアの基板以外にも、圧電薄膜 11aが成膜可能であればシリコン又は炭化珪素（SiC)等の基板を用いてもよい。また、犠牲層 91には、窒化ガリウム以外にも、基板から容易に剥離することができ、圧電体層が成膜可能な材料を用いることができる。例えば、モリブデンを犠牲層 91として用いることにより過酸化水素水により容易に形成基板から剥離することができる。この場合、基板剥離工程 (本実施例ではレーザ'リフト'オフ工程に対応）において、ウエット 'エッチング等を用いた場合においても、振動部 10は第 2の支持層 20で覆われているため、下部電極 1 3がダメージを受けることがな、。

[0050] また、圧電薄膜 11aの成膜方法としては MOCVD法に限らず、スパッタ法を用いても同様の効果があることは言うまでもない。さらに、圧電薄膜 11aには、 MOCVD法により形成された窒化アルミニウムの他、高温スパッタ法より形成された酸化亜鉛、高温処理が施されたチタン酸鉛 (PbTi03)又はチタン酸ジルコン酸鉛（PbTiZrO)等の PZT材料等を用いてもよい。但し、これらの膜を形成する際には、酸素雰囲気下で 800°C程度の高温処理を行わなければならな、ため、犠牲層に用いる材料には耐熱性が必要とされる。

[0051] また、基板剥離工程として、レーザ 'リフト'オフ工程の例を示した力貼り合わせェ程後、犠牲基板 92を除去可能な方法であれば他の方法を用いることができる。犠牲基板除去工程としては、犠牲基板 92をエッチング等の手段を用いて除去する方法が考えられる。例えば、ウエットエッチングの場合、犠牲基板 92がシリコン基板である場、フッ硝酸を用いて除去可能であり、ドライエッチング等を用いても同様に除去可能である。

[0052] (音響共振器の製造方法の第 2例）

図 11は、第 2例の製造方法を用いて製造された第 2の実施形態に係る音響共振器の断面図の一例である。この第 2例の製造方法も、 2つの基板を貼り合わせる方法を用いることによって音響共振器を製造する。以下、図 12A〜図 12Cをさらに参照して、第 2例の製造方法の手順を説明する。

[0053] まず、犠牲基板 92の上に、犠牲層 91を積層する（図 12A、工程 A)。次に、犠牲層 91の上に、圧電薄膜 11aを成膜する（図 12A、工程 B)。次に、圧電薄膜 11aの上に、導電体である電極層 13aを積層する（図 12A、工程 C)。その後、積層した電極層 1 3aをパターユングして、下部電極 13を成形する（図 12A、工程 D)。次に、成形した下部電極 13及び圧電薄膜 11aの上に、高音響インピーダンス層 51を積層する（図 1 2A、工程 E)。このとき、高音響インピーダンス層 51を、下部電極 13よりも厚い層で積層する。そして、この積層した高音響インピーダンス層 51の表面に段差がなくなるように、平坦化処理を行う（図 12A、工程 F)。次に、平坦ィ匕した高音響インピーダンス層 51の上に、低音響インピーダンス層 52を積層する（図 12B、工程 G)。この工程 F 及び工程 Gを複数回繰り返して、音響ミラー層 50を形成する（図 12B、工程 H)。図 1 2Bでは、高音響インピーダンス層 51と低音響インピーダンス層 52とが交互に 3段積層された音響ミラー層 50の例を示している。

[0054] 次に、金錫の合金カゝらなる第 1の支持層 30を形成した基板 40を、第 1の支持層 30 の面で音響ミラー層 50と貼り合わせる（図 12B、工程 1)。次に、犠牲基板 92の裏面力もイットリウム ·アルミニウム ·ガーネット'レーザを照射して、バンドギャップの小さ!/ヽ窒化ガリウムカゝらなる犠牲層 91の接合を切ることにより、犠牲基板 92と基板 40とを剥離する（図 12C、工 @J)。このとき、犠牲層 91より上側に形成されていた圧電薄膜 11 a、下部電極 13、及び音響ミラー層 50は、基板 40に転写される。次に、剥離されて表面に現れた圧電薄膜 11aの上に、導電体である電極層 12aを積層する（図 12C、工程 )。最後に、積層した電極層 12aをパターユングして、上部電極 12を成形する (図 12C、工程 L)。これ〖こより、図 11に示した音響共振器が完成する。

[0055] 以上のように、この第 2例では、基板貼り合わせ技術を利用する。このため、圧電薄膜形成時に MOCVD法等の高温プロセスを用いることができ、結晶性の高い圧電薄膜を得ることが可能となる。

なお、上記図 12Aの工程 Eでは、下部電極 13a及び圧電薄膜 11の上に、高音響ィンピーダンス層 51を直ちに積層する例を説明したが、その前に酸ィ匕珪素や窒化珪素等の絶縁体力もなる保持層を形成してもよい。

産業上の利用可能性

[0056] 本発明の音響共振器及びフィルタは、携帯電話、無線通信又はワイヤレスのインタ一ネット接続等に利用可能であり、特にスプリアスを抑えたアドミッタンス周波数特性を得た、場合等に適して、る。

また、本発明の製造方法は、携帯電話や無線 LAN等の移動体通信端末の高周波回路に用いられる音響共振器の製造方法等として利用可能であり、特に、結晶性の高、圧電薄膜を利用して広帯域力つ低損失な音響共振器を実現した、場合等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 所定の周波数で振動する音響共振器であって、

基板と、

前記基板上に設けられる第 1の支持部と、

前記第 1の支持部上に設けられる第 2の支持部と、

前記第 2の支持部上に設けられる、少なくとも圧電体、圧電体の上面に設けられた上部電極、及び圧電体の下面に設けられた下部電極で構成される振動部とを備え、前記第 1の支持部は、前記基板よりも高、音響インピーダンスを有する材料で構成されていることを特徴とする、音響共振器。

[2] 所定の周波数で振動する音響共振器であって、

基板と、

前記基板上に設けられる支持部と、

前記支持部上に設けられる、低インピーダンス層と高インピーダンス層とを交互に積層させた音響ミラー部と、

前記音響ミラー部上に設けられる、少なくとも圧電体、圧電体の上面に設けられた上部電極、及び圧電体の下面に設けられた下部電極で構成される振動部とを備え、前記支持部は、前記基板よりも高、音響インピーダンスを有する材料で構成されていることを特徴とする、音響共振器。

[3] 前記第 1の支持部は、金と錫とを共晶結晶させて形成されていることを特徴とする、請求項 1に記載の音響共振器。

[4] 前記支持部は、金と錫とを共晶結晶させて形成されていることを特徴とする、請求項 2に記載の音響共振器。

[5] 前記第 1の支持部の厚さは、前記振動部で励振される共振周波数の波長 λに対して、 λ Ζ4であることを特徴とする、請求項 1に記載の音響共振器。

[6] 前記支持部の厚さは、前記振動部で励振される共振周波数の波長 λに対して、 λ

Ζ4以外であることを特徴とする、請求項 2に記載の音響共振器。

[7] 請求項 1に記載の音響共振器を、 2つ以上ラダー型に接続して構成された、フィルタ。 [8] 請求項 7に記載のフィルタを備える、通信機器。