JP2009290365A - Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】平面視において共振子３を取り囲んで形成された絶縁層４が支持基板１に支持されるとともに、支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されてなり、支持基板１の上記一表面側において上部電極３３における支持基板１側とは反対側の表面に形成された音響ミラー層２が、絶縁層４のうち支持基板１の上記一表面における空洞１ａの周部に重なる領域の支持基板１側とは反対側の表面上まで延設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、２ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能なＢＡＷ共振装置として、例えば、図８や図９に示すように、支持基板１’と、支持基板１’の一表面側に形成され下部電極３１’、圧電層３２’、上部電極３３’の積層構造を有する共振子３’とを備え、支持基板１’の上記一表面に、共振子３’の下部電極３１’を露出させる空洞１ａ’が形成されてなり、支持基板１’の上記一表面側において上部電極３１’における支持基板１’側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備えてなるＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型のＢＡＷ共振装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ところで、図８や図９に示した構成のＢＡＷ共振装置では、支持基板１’の上記一表面側に共振子３および音響ミラー層２’を封止する封止材料からなる封止部６’が形成されている。

なお、上記特許文献１，２には、支持基板１’の上記一表面側に複数個の共振子３’を形成してフィルタ（ＢＡＷフィルタ）を構成することも記載されている。また、図８に示した構成のＢＡＷ共振装置では、圧電層３２’の圧電材料としてＡｌＮなどを採用し、支持基板１’の材料としてＳｉを採用しているが、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに応用する場合、圧電層３２’の圧電材料として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能な鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＺＴなど）を採用し、圧電層３２’の結晶性を向上させるために支持基板１’の材料としてＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ_３を採用することが考えられる。
特表２００７−５１０３８２号公報（図４Ａ，４Ｂ） 特表２００５−５３６９５８号公報（段落〔００３０〕および図４）

ところで、一般的にＦＢＡＲ型のＢＡＷ共振装置は、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型のＢＡＷ共振装置に比べて脆弱であるが、図８や図９に示した構成のＢＡＷ共振装置は、支持基板１’の上記一表面側に共振子３’および音響ミラー層２’を封止する封止部６’が形成されているので、封止部６’が形成されていない場合に比べて堅牢化を図れる。しかしながら、図８や図９に示した構成のＢＡＷ共振装置では、音響ミラー層２’に不備があった場合、共振子３’と封止部６’との間の音響結合に起因して共振特性が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなることを特徴とする。

この発明によれば、平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層が支持基板に支持されるとともに、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成された音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されているので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記支持基板は、ＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ_３により形成され、前記圧電層は、鉛系圧電材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記圧電層が鉛系圧電材料により形成されているので、前記圧電層がＡｌＮにより形成されている場合に比べて電気機械結合係数を大きくすることができ、前記支持基板がＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ_３により形成されているので、前記支持基板がＳｉなどにより形成されている場合に比べて、前記圧電層の結晶性を向上させることができ、前記共振子全体の機械的品質係数を向上させることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記低音響インピーダンス層は、ＳｉＯ_２により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記音響ミラー層のうち前記共振子の前記圧電層に最も近い前記最下層がＳｉＯ_２により形成され、前記最下層の音速の温度係数と前記圧電層の音速の温度係数との極性が逆になるので、前記最下層により前記共振子の共振特性の温度特性を補償することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記音響ミラー層は、前記高音響インピーダンス層が導電性材料により形成されるとともに前記低音響インピーダンス層が絶縁性材料により形成されてなり、前記共振子に重なるミラー機能領域の周辺に、当該ミラー機能領域を全周に亘って囲み前記絶縁性材料のみにより形成された絶縁領域が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記音響ミラー層の前記高音響インピーダンス層が導電性材料により形成されるとともに前記低音響インピーダンス層が絶縁性材料により形成されていることにより、前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層との音響インピーダンス比を大きくすることができる一方で、前記共振子に重なるミラー機能領域の周辺に、当該ミラー機能領域を全周に亘って囲み前記絶縁性材料のみにより形成された絶縁領域が設けられていることにより、前記音響ミラー層のうち前記共振子に重なるミラー機能領域以外の部位に形成された部分に起因した寄生容量を低減でき、共振特性を向上させることができる。

請求項５の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板の前記一表面に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層形成工程の後で上部電極を形成する上部電極形成工程と、上部電極形成工程の後で支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成する音響ミラー層形成工程と、音響ミラー層形成工程の後で絶縁層と音響ミラー層との積層構造部に厚み方向に貫通するエッチングホールを形成するエッチングホール形成工程と、エッチングホール形成工程の後でエッチングホールを通してエッチング液を導入して支持基板の前記一表面に空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成し、その後、上部電極を形成してから、支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成し、その後、絶縁層と音響ミラー層との積層構造部に厚み方向に貫通するエッチングホールを形成し、続いて、エッチングホールを通してエッチング液を導入して支持基板の前記一表面に空洞を形成するので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。

請求項６の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が厚み方向に貫通する形で形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層形成工程の後で上部電極を形成する上部電極形成工程と、上部電極形成工程の後で支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成する音響ミラー層形成工程と、音響ミラー層形成工程の後で支持基板の前記一表面とは反対の他表面側から支持基板の一部をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成し、その後、上部電極を形成してから、支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成し、その後、支持基板の前記一表面とは反対の他表面側から支持基板の一部をエッチングすることにより空洞を形成するので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。

請求項１の発明では、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能となるという効果がある。

請求項５，６の発明では、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態のＢＡＷ共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成され下部電極３１、圧電層３２、上部電極３３の積層構造を有する共振子３と、支持基板１の上記一表面側に形成されて支持基板１に支持され平面視において共振子３を取り囲んで共振子３を保持した絶縁層４とを備え、支持基板１の上記一表面に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されている。要するに、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側へのバルク弾性波のエネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、支持基板１の上記一表面側において上部電極３１における支持基板１側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層２１と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層２２とが最下層を低音響インピーダンス層２１として交互に積層された音響ミラー層２を備えており、当該音響ミラー層２が、共振子３の表面と絶縁層４の表面とに跨って形成されている。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、絶縁層４と音響ミラー層２との積層構造部に、厚み方向に貫通し空洞１ａに連通する複数（本実施形態では、２つ）のエッチングホール５，５が形成されている。しかして、絶縁層４における各エッチングホール５，５それぞれの周部が音響ミラー層２により補強されている。なお、各エッチングホール５の開口形状は矩形状（ここでは、正方形状）となっている。

上述の共振子３は、下部電極３１が支持基板１側に形成され、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に圧電層３２が形成され、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に上部電極３３が形成されている。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の絶縁層４に、上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定する開孔部４ａが形成されており、圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が共振領域を構成している。

本実施形態のＢＡＷ共振装置は、圧電層３２の圧電材料として、ＰＭＮ−ＰＺＴを採用しており、圧電層３２として（００１）配向のＰＭＮ−ＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜が得られるように、支持基板１として、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、支持基板１としては、上記一表面である主表面が（００１）面の単結晶ＳＴＯ（：ＳｒＴｉＯ_３）基板を用いてもよい。また、ＰＭＮ−ＰＺＴ薄膜は、単結晶膜もしくは単一配向膜であればよく、配向は（００１）配向に限らず、例えば、（１１１）配向でもよい。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、下部電極３１および上部電極３３の金属材料としてＰｔを採用しているが、これらの金属材料は特に限定するものではなく、例えば、Ａｌや他の金属材料を採用してもよく、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｕの群から選択される少なくとも一種を採用すれば、下部電極３１および上部電極３３それぞれの金属材料が代表的な電極材料であるＡｕの場合に比べて、下部電極３１および上部電極３３それぞれの機械的品質係数を高めることができ、共振子３全体の機械的品質係数を高めることが可能となる。なお、下部電極３１と上部電極３３とは必ずしも同じ金属材料を採用する必要はなく、下部電極３１の金属材料は、圧電層３２の格子歪を抑制するために圧電層３２の圧電材料との格子定数差の小さな金属材料を採用することが望ましい。

また、圧電層３２は、（００１）配向のＰＭＮ−ＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜により構成されている。ここにおいて、ＰＭＮ−ＰＺＴの組成は、ｘ（Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−（１−ｘ）（ＰｂＺｒ_ｙＴｉ_１−ｙＯ_３）なる化学式で表され、本実施形態では、ｘ＝０．１０、ｙ＝０．５２としてあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。なお、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、鉛系圧電材料を採用しているので、圧電材料がＡｌＮやＺｎＯである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、圧電層３２の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ_０．５Ｎａ_０．５ＮｂＯ_３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ_３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものでもよい。

また、絶縁層４の材料としては、ＳｉＯ_２を採用しているが、ＳｉＯ_２に限らず、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４を採用してもよい。また、絶縁層４は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ＳｉＯ_２からなる第１の絶縁膜とＳｉ_３Ｎ_４膜からなる第２の絶縁膜との積層膜でもよい。

音響ミラー層２は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層２１と相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層２２とが交互に積層されており、上部電極３３側の最下層が低音響インピーダンス層２１により構成されている。なお、低音響インピーダンス層２１および高音響インピーダンス層２２の厚さは、圧電層３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。

ところで、本実施形態では、低音響インピーダンス層２１の材料として絶縁性材料であるＳｉＯ_２、高音響インピーダンス層２２の材料として導電性材料であるＷを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、低音響インピーダンス層２１の材料としては、例えば、Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ａｌ，ポリマーなどを採用してもよく、高音響インピーダンス層２２の材料としては、例えば、Ａｕ，Ｍｏ，ＡｌＮ，ＺｎＯなどを採用してもよい。

なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電層３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍ、低音響インピーダンス層２１の厚みを４００ｎｍ、高音響インピーダンス層２２の厚みを３５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電層３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で、低音響インピーダンス層２１の厚みは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、高音響インピーダンス層２２の厚みは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。

ところで、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述の音響ミラー層２が、絶縁層４のうち支持基板１の上記一表面における空洞１ａの周部に重なる領域の支持基板１側とは反対側の表面上まで延設されている。なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、共振子３と絶縁層４とで構成されるメンブレン部における支持基板１側とは反対側の全面に音響ミラー層２が積層されている。

以下、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法について図２および図３を参照しながら説明する。

まず、上記一表面が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に下部電極３１の基礎となる第１の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）３１ａをスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第１の金属膜形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。

上述の第１の金属膜形成工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層３２の基礎となる（００１）配向のＰＭＮ−ＰＺＴからなる圧電材料層３２ａをスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。なお、圧電材料層３２ａの形成前に圧電材料層３２ａの配向を制御するためのシード層を形成することもある。

上述の圧電材料層形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電材料層３２ａを所望の平面形状にパターニングする圧電材料層パターニング工程を行うことで圧電材料層３２ａの一部からなる圧電層３２を形成する圧電材料層パターニング工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１の金属膜３１ａをパターニングすることにより第１の金属膜３１ａの一部からなる下部電極３１を形成する第１の金属膜パターニング工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。

その後、支持基板１の上記一表面の全面に例えばＳｉＯ_２からなる絶縁層４をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して絶縁層４に開孔部４ａを形成する絶縁層形成工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。なお、絶縁層形成工程では、開孔部４ａの形成予定領域にレジスト層を形成してから絶縁層４をスパッタ法などにより成膜してレジスト層および当該レジスト層上の絶縁層４を除去するリフトオフを行うことにより開孔部４ａを有する絶縁層４を形成するようにしてもよい。

上述の絶縁層形成工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に上部電極３３の基礎となる第２の金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）をスパッタ法やＥＢ蒸着法やＣＶＤ法などにより形成する第２の金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２の金属膜をパターニングすることにより第２の金属膜の一部からなる上部電極３３を形成する第２の金属膜パターニング工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。

上述の第２の金属膜パターニング工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に音響ミラー層２を形成する音響ミラー層形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、音響ミラー層形成工程では、低音響インピーダンス層２１および高音響インピーダンス層２２をスパッタ法により形成しているが、これらの成膜方法は特に限定するものではない。

上述の音響ミラー層形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して絶縁層４と音響ミラー層２との積層構造部にエッチングホール５，５を形成するエッチングホール形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。

その後、エッチングホール５，５を通してエッチング液を導入し支持基板１の一部をエッチングすることで支持基板１の上記一表面に空洞１ａを形成する空洞形成工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造のＢＡＷ共振装置を得る。なお、支持基板１として、上述のようにＭｇＯ基板を用いている場合には、上述のエッチング液として異方性エッチングが可能な燐酸などを用いればよい。

上述のＢＡＷ共振装置の製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数のＢＡＷ共振装置を形成した後、ダイシング工程で個々のＢＡＷ共振装置に分割すればよい。

以上説明した本実施形態のＢＡＷ共振装置は、平面視において共振子３を取り囲んで形成された絶縁層４が支持基板１に支持されるとともに、支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されてなり、支持基板１の上記一表面側において上部電極３３における支持基板１側とは反対側の表面に形成された音響ミラー層２が、絶縁層４のうち支持基板１の上記一表面における空洞１ａの周部に重なる領域の支持基板１側とは反対側の表面上まで延設されているので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能となる。

また、上述のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、支持基板１の上記一表面側に下部電極３１および圧電層３２を形成した後で支持基板１の上記一表面側に圧電層３２の一部を露出させる開孔部４ａを有する絶縁層４を形成し、その後、上部電極３３を形成してから、支持基板１の上記一表面側の全面に音響ミラー層２を形成し、その後、絶縁層４と音響ミラー層２との積層構造部に厚み方向に貫通するエッチングホール５を形成し、続いて、エッチングホール５を通してエッチング液を導入して支持基板１の上記一表面に空洞１ａを形成するので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置は、上述のように圧電層３２が鉛系圧電材料により形成されているが、支持基板１がＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ_３により形成されているので、支持基板１がＳｉなどにより形成されている場合に比べて、圧電層３２の結晶性を向上させることができ、共振子３全体の機械的品質係数を向上させることが可能となる。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、上述のように圧電層３２が鉛系圧電材料（ＰＭＮ−ＰＺＴ、ＰＺＴなど）により形成され、低音響インピーダンス層２１がＳｉＯ_２により形成されているので、音響ミラー層２のうち共振子３の圧電層３２に最も近い最下層がＳｉＯ_２により形成され、当該最下層の音速の温度係数と圧電層３２の音速の温度係数との極性が逆になる（音速の温度依存性の傾きが逆になる）ので、当該最下層により共振子３の共振特性の温度特性を補償することができる。

なお、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、支持基板１の上記一表面に空洞１ａを形成したときに共振子３と絶縁層４とで構成されるメンブレン部に発生する応力に起因したメンブレン部の変形が防止されるように、音響ミラー層２の材料、成膜方法などを適宜設定することが好ましい。

上述のＢＡＷ共振装置は、支持基板１の上記一表面側に共振子３が１個だけ形成されたものであるが、共振子３を支持基板１の上記一表面側に複数個形成して、図４に示すように、これら複数個の共振子３が例えばラダー型フィルタを構成するように接続すれば、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。なお、図４では、音響ミラー層２の図示を省略してある。

図４に示した構成のＢＡＷ共振装置は、下部電極３１同士が電気的に接続された２個１組の共振子３の組を複数組（図示例では、９組）備えており、各組の２個の共振子３では、下部電極３１と圧電層３２とが連続して形成される一方で上部電極３３同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する２個の共振子３の上部電極３３同士が上部電極３３と連続して形成された金属配線３４を介して電気的に接続されている。また、各組の２個の共振子３に跨って形成された圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が各共振領域を構成している。なお、エッチングホール５の数やレイアウトは、共振子３の配置に応じて適宜設定すればよい。

（実施形態２）
本実施形態のＢＡＷ共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、実施形態１にて説明したエッチングホール５，５（図１参照）が形成されておらず、図５に示すように、支持基板１の空洞１ａが当該支持基板１の厚み方向に貫設されている点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置においても、実施形態１と同様、平面視において共振子３を取り囲んで形成された絶縁層４が支持基板１に支持されるとともに、支持基板１に、共振子３の下部電極３１および絶縁層４における支持基板１側の表面を露出させる空洞１ａが形成されてなり、支持基板１の上記一表面側において上部電極３３における支持基板１側とは反対側の表面に形成された音響ミラー層２が、絶縁層４のうち支持基板１の上記一表面における空洞１ａの周部に重なる領域の支持基板１側とは反対側の表面上まで延設されているので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能となる。

本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法は実施形態１で説明した製造方法と略同じであり、音響ミラー層形成工程の後の空洞形成工程において、支持基板１の上記一表面とは反対の他表面側から支持基板１の一部をエッチングすることにより空洞１ａを形成する点が相違する。

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置の製造方法によれば、支持基板１の上記一表面側に下部電極３１および圧電層３２を形成した後で支持基板１の上記一表面側に圧電層３２の一部を露出させる開孔部４ａを有する絶縁層４を形成し、その後、上部電極３３を形成してから、支持基板１の上記一表面側の全面に音響ミラー層２を形成し、その後、支持基板１の上記一表面とは反対の他表面側から支持基板１の一部をエッチングすることにより空洞１ａを形成するので、共振特性の低下を抑制しつつ堅牢化が可能なＢＡＷ共振装置を提供することができる。

上述のＢＡＷ共振装置は、支持基板１の上記一表面側に共振子３が１個だけ形成されたものであるが、共振子３を支持基板１の上記一表面側に複数個形成して、図６に示すように、これら複数個の共振子３が例えばラダー型フィルタを構成するように接続すれば、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。なお、図６では、音響ミラー層２の図示を省略してある。

図６に示した構成のＢＡＷ共振装置は、下部電極３１同士が電気的に接続された２個１組の共振子３の組を複数組（図示例では、９組）備えており、各組の２個の共振子３では、下部電極３１と圧電層３２とが連続して形成される一方で上部電極３３同士が絶縁分離されるようにパターニングされている。ここにおいて、隣り合う組間では、隣接する２個の共振子３の上部電極３３同士が上部電極３３と連続して形成された金属配線３４を介して電気的に接続されている。また、各組の２個の共振子３に跨って形成された圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が各共振領域を構成している。

（実施形態３）
ところで、実施形態１，２のように音響ミラー層２の高音響インピーダンス層２２が導電性材料（例えば、Ｗなど）により形成されるとともに低音響インピーダンス層２２が絶縁性材料（例えば、ＳｉＯ_２など）により形成されている場合、高音響インピーダンス層２２と低音響インピーダンス層２１との音響インピーダンス比を大きくすることができるが、音響ミラー層２の高音響インピーダンス層２２に起因した寄生容量が生じて共振特性が低下することがある。

これに対して、本実施形態のＢＡＷ共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、音響ミラー層２において共振子３に重なるミラー機能領域２ａの周辺に、当該ミラー機能領域２ａを全周に亘って囲み上記絶縁性材料のみにより形成された絶縁領域２ｂが設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態のＢＡＷ共振装置では、共振子３に重なるミラー機能領域２ａの周辺に、当該ミラー機能領域２ａを全周に亘って囲み上記絶縁性材料のみにより形成された絶縁領域２ｂが設けられていることにより、音響ミラー層２のうち共振子３に重なるミラー機能領域２ａ以外の部位に形成された部分に起因した寄生容量を低減でき、共振特性を向上させることができる。なお、実施形態２のＢＡＷ共振装置において、本実施形態と同様の絶縁領域２ｂを設けてもよい。

また、本実施形態のＢＡＷ共振装置に関しても、支持基板１の上記一表面側に共振子３が１個だけ形成されたものであるが、共振子３を支持基板１の上記一表面側に複数個形成して、これら複数個の共振子３が例えばラダー型フィルタを構成するように接続すれば、２ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして用いることができる。

実施形態１のＢＡＷ共振装置を示す概略断面図である。 同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上のＢＡＷ共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上のＢＡＷ共振装置の他の構成例を示す要部概略平面図である。 実施形態２のＢＡＷ共振装置を示す概略断面図である。 同上のＢＡＷ共振装置の他の構成例を示す要部概略平面図である。 実施形態３のＢＡＷ共振装置を示す概略断面図である。 従来例を示すＢＡＷ共振装置の概略断面図である。 他の従来例を示すＢＡＷ共振装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 支持基板
１ａ 空洞
２ 音響ミラー層
２ａ ミラー機能領域
２ｂ 絶縁領域
３ 共振子
４ 絶縁層
４ａ 開孔部
５ エッチングホール
２１ 低音響インピーダンス層
２２ 高音響インピーダンス層
３１ 下部電極
３２ 圧電層
３３ 上部電極

Claims (6)

1. 支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなることを特徴とするＢＡＷ共振装置。
2. 前記支持基板は、ＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ_３により形成され、前記圧電層は、鉛系圧電材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷ共振装置。
3. 前記低音響インピーダンス層は、ＳｉＯ_２により形成されてなることを特徴とする請求項２記載のＢＡＷ共振装置。
4. 前記音響ミラー層は、前記高音響インピーダンス層が導電性材料により形成されるとともに前記低音響インピーダンス層が絶縁性材料により形成されてなり、前記共振子に重なるミラー機能領域の周辺に、当該ミラー機能領域を全周に亘って囲み前記絶縁性材料のみにより形成された絶縁領域が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＢＡＷ共振装置。
5. 支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板の前記一表面に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層形成工程の後で上部電極を形成する上部電極形成工程と、上部電極形成工程の後で支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成する音響ミラー層形成工程と、音響ミラー層形成工程の後で絶縁層と音響ミラー層との積層構造部に厚み方向に貫通するエッチングホールを形成するエッチングホール形成工程と、エッチングホール形成工程の後でエッチングホールを通してエッチング液を導入して支持基板の前記一表面に空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。
6. 支持基板と、支持基板の一表面側に形成され下部電極、圧電層、上部電極の積層構造を有する共振子と、支持基板の前記一表面側に形成されて支持基板に支持され平面視において共振子を取り囲んで形成された絶縁層とを備え、支持基板に、共振子の下部電極および絶縁層における支持基板側の表面を露出させる空洞が厚み方向に貫通する形で形成されてなり、支持基板の前記一表面側において上部電極における支持基板側とは反対側の表面に形成され相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とが最下層を低音響インピーダンス層として交互に積層された音響ミラー層を備え、当該音響ミラー層が、絶縁層のうち支持基板の前記一表面における空洞の周部に重なる領域の支持基板側とは反対側の表面上まで延設されてなるＢＡＷ共振装置の製造方法であって、支持基板の前記一表面側に下部電極および圧電層を形成した後で支持基板の前記一表面側に圧電層の一部を露出させる開孔部を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層形成工程の後で上部電極を形成する上部電極形成工程と、上部電極形成工程の後で支持基板の前記一表面側に音響ミラー層を形成する音響ミラー層形成工程と、音響ミラー層形成工程の後で支持基板の前記一表面とは反対の他表面側から支持基板の一部をエッチングすることにより空洞を形成する空洞形成工程とを備えることを特徴とするＢＡＷ共振装置の製造方法。

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