WO2002093549A1

WO2002093549A1 - Thin film acoustic resonator and method of manufacturing the resonator

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Publication number: WO2002093549A1
Application number: PCT/JP2002/004574
Authority: WO
Inventors: Tetsuo Yamada; Keigo Nagao; Chisen Hashimoto
Original assignee: Ube Electronics Ltd
Current assignee: Ube Electronics Ltd
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2003-11-11
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Description

明細書薄膜音響共振器及びその製造方法技術分野

本発明は、圧電体薄膜の電気音響効果を利用した薄膜音響共振器に関するものであり、更に詳細に記せば、通信機用フィル夕の構成要素として使用できる薄膜音響共振器及びその製造方法に関する。

また、本発明は、移動体通信機等に利用される薄膜振動子、薄膜 VCO (電圧制御発信器）、薄膜フィルター、送受切替器や各種センサーなど、広範な分野で用いられる圧電体薄膜を利用した素子に関する。背景技術

電子機器のコストおよび寸法を減らす必要性から、その回路構成要素としてのフィル夕の寸法を小さくする試みが、一貫して続けられている。セル式電話およびミニチュア ·ラジオのような民生用電子装置は、内蔵される構成要素の大きさおよびコス卜の双方に関して厳しい要求を受けている。これらの電子装置に含まれる回路は、精密な周波数に同調させなければならないフィルタを利用している。したがって、廉価でコンパクトなフィルタを提供する努力が、絶えず続けられている。

また、圧電現象を利用する素子は広範な分野で用いられている。携帯電話機などの携帯機器の小型化と低消費電力化が進む中で、該機器に使用される RF用および I F用フィルタ一として弾性表面波（S ur f ac e Ac o u s t i c Wave : SAW) 素子の使用が拡大している。この S A Wフィル夕一は設計および生産技術の向上によりユーザーの厳しい要求仕様に対応してきたが、利用周波数が高周波数化するに従って特性向上の限界に近づいており、電極形成の微細化と安定した出力確保との両面で大きな技術革新が必要となってきている。

一方、圧電体薄膜の厚み振動を利用した薄膜音響共振器すなわち薄膜バルク音響共振器又は薄膜バルク波音響共振子（Th i n F i l m B u l k Ac o us t i c Re s o nat o r s又【ま F i l m B u l k Ac o us t i c R e s o n a七 o r ：これらを以下 F B A Rとレ、う）は、基板に設けられた薄い支持膜の上に、主として圧電体より成る薄膜と、これを駆動する電極とを形成したものであり、ギガへルツ帯での基本共振が可能である。 F BARでフィルタ一を構成すれば、著しく小型化でき、かつ低損失 ·広帯域動作が可能な上に、半導体集積回路と一体化することができるので、将来の超小型携帯機器への応用が期待されている。

薄膜音響共振器の一つの簡単な構成では、圧電体（PZ) 薄膜材料の層が二つの金属電極の間に挟み込まれた挟み込み構造を形成している。この挟み込み構造は、周辺部を支持され中央部が空中に吊された橋架け構造により支持される。二つの電極の間に印加される電圧により電界が発生すると、圧電体（PZ) 薄膜材料は、電気エネルギーの幾らかを音波の形の機械エネルギーに変換する。音波は、電界と同じ方向に伝播し、電極/空気境界面で反射する。尚、以下において、圧電体を P Zと略記することがある。

機械的に共振している時、 P z薄膜材料の電気エネルギー Z機械工ネルギー変換機能により、薄膜音響共振器は電気共振器としての役割を果たす。したがって、これを用いてフィルタを構成することができる。薄膜音響共振器の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが音波の半波長と等しくなる周波数で発生する。音波の周波数は、電極に印加される電気信号の周波数に等しい。音波の速度は光の速度より 5〜6桁小さいから、得られる共振器を極めてコンパクトにすることができる。このため、 GH z帯の用途のための共振器を、平面寸法 200ミクロン未満、厚さ数ミクロン未満の構造で構成することができる。

以上のような薄膜音響共振器及び上記挟み込み構造を積層した形態の積層型薄膜音響共振器すなわち積層型薄膜バルク音響共振器およびフィル夕

(S t a c k e d Th i n F i l m B u l k Ac o u s t i c Wav e R e s o nat o r s and F i l t e r s :以下 S B A Rという）において、挟み込み構造の中心部はスパッタ法により作製された厚さ約 1〜2ミクロン程度の圧電体薄膜である。上方および下方の電極は、電気リードとして働き、圧電体薄膜を挟み込んで圧電体薄膜を貫く電界を与える。圧電体薄膜は、電界エネルギーの一部を力学エネルギーに変換する。時間変化する印加電界エネルギーに応答して、時間変化する「応カ歪み」エネルギーが形成される。

このような弾性波を利用した共振器やフィル夕一等に応用される圧電体薄膜素子は、以下のようにして製造される。シリコンなどの半導体単結晶基板や、シリコンウェハ一などの上に多結晶ダイヤモンドゃエリンバーなどの恒弾性金属の膜を形成してなる基板の表面上に、種々の薄膜形成方法 ' によって、誘電体薄膜、導電体薄膜またはこれらの積層膜からなる下地膜を形成する。この下地膜上に圧電体薄膜を形成し、さらに必要に応じた上部構造を形成する。各膜の形成後に、または全ての膜を形成した後に、各々の膜に物理的処理または化学的処理を施すことにより、微細加工ゃパターニングを行う。

F B A Rまたは S B A Rを薄膜音響共振器として動作させるには、圧電体薄膜を含む挟み込み構造を橋架け構造により支持して、音波を挟み込み構造内に閉じ込めるための空気ノ結晶境界面を形成しなければならない。挟み込み構造は、通常、基板表面上に下方電極（下部電極）、圧電体層 (圧電体膜、圧電体薄膜層）、および上方電極（上部電極）をこの順に堆積させることにより作られる。したがって、挟み込み構造の上側には、空気/結晶境界面が既に存在している。挟み込み構造の下側にも空気結晶 '境界面を設けなければならない。この挟み込み構造の下側の空気結晶境界面を得るのに、従来、以下に示すような幾つかの方法が用いられている。

第 1の方法は、例えば特開昭 5 8 - 1 5 3 4 1 2号公報や特開昭 6 0— 1 4 2 6 0 7号公報に記載のように、基板を形成しているゥヱーハのエツチング除去を利用している、基板がシリコンからなるものであれば、加熱 K O H水溶液を使用してシリコン基板の一部を裏側からエツチングして取り去って孔を形成する。基板の上面上に下地膜、下部電極、圧電体薄膜及び上部電極を形成した後に、基板の下面から振動部となる部分の下にある基板部分を除去する。これにより、挟み込み構造の縁をシリコン基板の前面側において孔の周囲の部分で支持した形態を有する共振器が得られる。しかし、このようなゥェ一ハを貫いて開けられた孔は、ゥェ一ハを非常に繊細にし、且つ、非常に破壊しやすくする。更に、基板表面に対して 5 4. 7度のエッチング傾斜で KO Hを用いた湿式エッチングを.行うと、最終製品の取得量、即ち、ゥヱーハ上の F B A R/S BARの歩留まりの向上が困難である。たとえば、 250 /zm厚さのシリコンゥヱ一ハの上に構成される約 1 50 μηιΧ 1 50 μπιの横寸法（平面寸法）を有する挟み込み構造は、約 450 μπιΧ 450 ^ mの裏側エッチング孔開口を必要とする。したがって、ゥェ一ハの約 1/9を生産に利用できるだけである。異方性エッチングにより.基板から圧電体薄膜の振動部の下に位置する部分を除去した浮き構造を作製した後に、 1素子単位ごとに分離して P z薄膜素子である薄膜音響共振器（これは圧電薄膜共振子とも呼ばれている）を得る。

挟み込み構造の下に空気ノ結晶境界面を設ける従来の第 2の方法は、例えば特開平 2— 1 3 1 09号公報に記載のように、空気プリッジ式 FB A R素子を作ることである。通常、最初に犠牲層（S a c r i f i c i a 1 l a y e r) を設置し、次にこの犠牲層の上に挟み込み構造を作製する。プロセスの終りまたは終り近くに犠牲層を除去する。処理はすべてゥーハの前面側で行われるから、この方法は、ゥ一ハ両面側の位置合わせも大面積の裏側開口も必要としない。

特開 2000— 69 594号公報には、犠牲層として燐酸石英ガラス (P S G) を使用した空気プリッジ式 FB ARZS B ARの構成と製造方法とが記載されている。同公報においては、 P SG層がシリコンゥェ一ハ上に堆積されている。 P S G'は、シランおよび P ₂ O B を使用して約 45 0 °Cまでの温度で堆積され、燐含有量約 8 %である軟ガラス様物質を形成する。 P S Gは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈 H₂ 0 ： H F溶液で非常に高い速度でエッチングされる。

しかしながら、同公報においては、 P S G犠牲層の表面粗度を示す高さの RMS (2乗平均平方根）変動が 0. 5 jam未満と記載されているものの、具体的には 0. 1 μπιより小さいオーダ一の RMS変動の具体的記載はない。この 0. 1 μπιオーダ一の RMS変動は、原子的レベルからみると非常に粗い凹凸である。 F B A R/S B A R形式の薄膜音響共振器は、結晶が電極平面に垂直な柱状晶を成して成長する圧電体材料を必要とする。特開 2000— 69594号公報では、 P S G層の表面に平行な導電シートを形成しており、該導電シートの高さの RMS変動は 2 m未満と記載されているものの、具体的には 0. 1 jamより小さいオーダ一の RM S変動の具体的記載はない。この 0. 1 μπιオーダ一の RMS変動は、薄膜音響共振器用の圧電体薄膜を形成する表面としては不十分な表面粗さである。圧電体薄膜を成長させる試みが行われたが、粗面上の多数の凹凸の影響で多様な方向に結晶が成長するので、得られた圧電体薄膜の結晶品質は必ずしも十分でなかった。

以上のような空気結晶境界面を設ける代わりに、適切な固体音響ミラ一を設ける方法もある。この方法は、例えば特開平 6— 295181号公報に記載のように、挟み込み構造の下に音響的ブラッグ反射鏡からなる大きな音響インピーダンスが作り出される。ブラッグ反射鏡は、高低の音響ィンピーダンス材料の層を交互に積層することにより作られる。各層の厚さは共振周波数の波長の 1/4に固定される。十分な層数により、圧電体 Z電極境界面における有効ィンピ一ダンスを、素子の音響ィンピ一ダンスよりはるかに高くすることができ、したがって、圧電体内の音波を有効に閉じ込めることができる。この方法により得られる音響共振器は、挟み込み構造の下に空隙が存在しないので、固体音響ミラー取付け共振器（S MR) と呼ばれる。

この方法は、周辺部が固定され中心部が自由に振動できる膜を作るという前述の第 1の方法及び第 2の方法の問題を回避しているが、この方法にも多数の問題点がある。即ち、金属層はフィル夕の電気性能を劣化させる寄生コンデンサを形成するのでブラッグ反射鏡の層に使用できないから、ブラッグ反射鏡に使用する材料の選択には制限がある。利用可能な材料から作られる層の音響インピーダンスの差は大きくない。したがって、音波を閉じ込めるには、多数の層が必要である。この方法は、各層にかかる応力を精密に制御しなければならないので、製作プロセスが複雑である。また、 1 0ないし 1 4といった多数の層を貫くバイァを作るのは困難であるから、この方法により得られる音響共振器は他の能動要素との集積化には不都合である。更に、これまでに報告された例では、この方法により得られる音響共振器は、空気プリッジを有する音響共振器より有効結合係数がかなり低い。その結果、 S M Rに基づくフィルタは、空気ブリッジ式の音響共振器を用いたものに比較して、有効帯域幅が狭い。

ところで、上記のように、薄膜音響共振器においては、時間変化する印 '加電界エネルギーに応答して、挟み込み構造に時間変化する「応力/歪み」エネルギーが形成される。従って、基板と挟み込み構造の下方電極との間の密着力が低い場合には、基板と挟み込み構造とが剥離して耐久性が低下し即ち薄膜音響共振器の寿命が短くなる。

上記の特開 2 0 0 0 - 6 9 5 9 4号公報等には、好適な電極材料として M oが記載されているが、基板となるシリコンゥヱ一ハ等との更なる密着性の向上に関する特別の記載はない。

また、例えば特開平 2— 3 0 9 7 0 8号公報等には、下方電極層として A u / T i等の 2層からなるものを用いることが記載されている。この場合、 T i層は A u層と基板との密着性を高める層として存在している。即ち、この T i密着層は薄膜音響共振器の本来の動作の点からは必須の電極層ではないが、 T i密着層を形成せずに A u電極層を単独で形成した場合 - には、基板と A u電極層との間の密着力が乏しくなり、剥離等め発生により薄膜音響共振器の動作時の耐久性を著しく損なうこととなる。

以上のような薄膜音響共振器では、電極面に対し直角の方向に伝搬する所要の縦方向振動の他に、電極面に平行の方向に伝搬する横方向振動も存在し、この横方向振動のうちには薄膜音響共振器の所要の振動にスプリアスを励振して共振器の特性を劣化させるものがある。

本発明の目的は、改良された性能を有する F B A R / S B A Rを提供することである。

本発明の他の目的は、圧電体（P Z ) 薄膜の結晶品質を向上させることにより、電気機械結合係数、音響品質係数値）、温度特性などに優れ ' た高性能の FBAR/SBARを提供することである。

本発明の更に別の目的は、上方電極の形状を工夫することにより、電気機械結合係数、音響品質係数（Q値）、温度特性などに優れた高性能の F B A RZS B A Rを提供することである。

また、本発明の他の目的は、特にスプリアス励振が低減された FBAR /S B A Rを提供することにある。

本発明の他の目的は、下方電極層と基板との密着性（接合強度）を向上させることで FB A R/S BARの耐久性を向上させ長寿命化を図ることにある。

本発明の更なる目的は、下方電極層と基板との密着性を向上させると共に、下方電極層上での結晶品質及び配向性の良好な圧電体薄膜の形成を可能とすることで、電気機械結合係数や音響品質係数（Q値）などに優れた '高性能な FBARZSBARを提供することである。

圧電体薄膜素子用の圧電体材料としては、窒化アルミニウム（A 1 N) , 酸化亜鉛（ZnO) 、硫化カドミウム（CdS) 、チタン酸鉛 [P T] (P bT i 0₃ ) 、チタン酸ジルコン酸鉛 [P ZT] (Pb (Z r, T i ) 0₃ ) などが用いられている。特に、 A 1 Nは、弾性波の伝播速度が速く、高周波帯域で動作する薄膜音響共振器ゃフィルターの圧電薄膜共振子の圧電体材料として適している。

F B A Rは薄膜中における弾性波の伝播によって共振を得ているため、圧電体薄膜の振動特性はもとより、電極層や下地膜の振動特性が F B A R の共振特性に大きく影響する。これまで、 A 1 N薄膜を FB ARに適用するために、種々の検討が行われてきた。しかしながら、未だ、ギガへルツ帯域で十分な性能を発揮する薄膜音響共振器や薄膜フィルタは得られてい ' ない。よって、 A 1 N薄膜のみならず、電極層や下地膜をも含めた振動部の電気機械結合係数、音響的品質係数、さらには共振周波数の温度安定性に優れた圧電薄膜共振子即ち薄膜音響共振器の実現が強く望まれている。

そこで、本発明は、弾性波の伝播速度が速いという A 1 N薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数および音響的品質係数を損なうことなく、共振周波数の温度安定性を向上させた圧電薄膜共振子即ち薄膜音響共振器を提供することを目的とする。発明の開示

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、

圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有しており、前記圧電体層の第 1の表面は高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 O n m以下であることを特徴とする薄膜音響共振器、

が提供される。

本発明において、高さの R M S変動は、日本工業規格 J I S B 0 6 0 1 : 2 0 0 1 「製品の幾何特性仕様（G P S ) —表面性状：輪郭曲線方式 -用語、定義及び表面性状パラメ一夕」に記載の二乗平均平方根粗さ：

R qである（以下に記載の発明についても同様）。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有しており、前記第 1の電極の前記圧電体層の側の表面は高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 0 n m以下であることを特徴とするが提供される。

本発明の一態様においては、前記圧電体層の前記第 2の表面は高さの R M S変動が前記圧電体層の厚さの 5 %以下である。本発明の一態様においては、前記第 2の電極の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの 2 5 % 以下である。

本発明の一態様においては、前記第 2の電極は中央部と該中央部より厚い外周部とを有する。本発明の一態様においては、前記外周部は前記中央部の周囲に枠状に位置する。本発明の一態様においては、前記第 2の電極は前記中央部の厚さ変動が該中央部の厚さの 1 %以下である。本発明の一態様においては、前記外周部の厚さは前記中央部の高さの 1 . 1倍以上である。本発明の一態様においては、前記外周部は前記第 2の電極の外縁から 4 0 μ πιまでの距離の範囲内に位置する。本発明の一態様においては、前記中央部の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの 2 5 %以下である。

本発明の一態様においては、前記圧電体層と前記第 1の電極と前記第 2 の電極とからなる挟み込み構造体は、基板の表面に形成された窪みをまた - ぐように前記基板により縁部が支持されている。本発明の一態様においては、前記基板の表面上には、前記窪みをまたぐように形成された絶縁体層が配置されており、該絶縁体層上に前記挟み込み構造体が形成されている。

更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有する薄膜音響共振器を製造する方法であって、

基板の表面に窪みを形成し、該窪み内に犠牲層を充填し、該犠牲層の表面を高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 0 n m以下となるように研磨し、前記犠牲層の表面の一部の領域と前記基板の表面の一部の領域とにわたつてそれらの上に前記第 1の電極を形成し、該第 1の電極上に前記圧電体層を形成し、該圧電体層上に前記第 2の電極を形成し、前記窪み内から前記犠牲層をエッチング除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法、

が提供される。

本発明の一態様においては、前記第 1の電極を厚さ 1 5 0 n m以下に形成し、該第 1の電極の上面を高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 0 n m以下となるようにする。

本発明の一態様においては、前記犠牲層の上に前記第 1の電極を形成するに先立つて絶縁体層を形成する。

次に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、基板と、該基板上に配置され該基板側の下方電極層及びこれと対をなす上方電極層の間に圧電体薄膜層（圧電体層）を挟み込むように積層してなる挟み込み構造体とを備える薄膜音響共振器であって、

前記挟み込み構造体は更に前記下方電極層と前記基板との間に位置し且つ前記下方電極層と接合された密着電極層を有しており、該密着電極層は前記基板に前記挟み込み構造体の振動を許容するように形成された窪みの周囲において前記基板と接合されていることを特徴とする薄膜音響共振器、

が提供される。

本発明の一態様においては、前記密着電極層は環状に形成されており、前記密着電極層の前記下方電極層と接する部分の平面面積を S 1とし、前記下方電極層の平面面積を S 2としたとき、 0 . 0 1 X S 2≤S 1≤0 . ' 5 X S 2の関係が成り立ち、前記上方電極層は前記密着電極層の内側に対応する領域に位置している。

本発明の一態様においては、前記密着電極層は T i、 C r、 N i、 T a より選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されており、前記下方電極層は A u、 P t、 W、 M oより選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されており、前記圧電体薄膜層は A 1 Nまたは Z n Oで構成されている。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、窪みが形成されている基板の表面において前記窪みの周囲に密着電極層を形成し、該密着電極層より内側の前記窪みに対応する領域にて前記基板の表面上に犠牲層を形成し、該犠牲層の表面を研磨して高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 0 n m以下となるように平滑化し、前記犠 -牲層及び前記密着電極層の上に下方電極層、圧電体薄膜層及び上方電極層を順次形成し、しかる後に前記犠牲層を除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法、

が提供される。

本発明の一態様においては、前記犠牲層の形成は、先ず前記基板及び前記密着電極層を覆うように犠牲層材料の層を形成し、次いで該犠牲層材料の層を前記密着電極層の表面が露出するように研磨することで行われ、前記犠牲層の除去はエッチングにより行われ、前記犠牲層としてガラス又はプラスチックを用いる。

本発明者らは、 A 1 Nを主成分とする圧電体薄膜の両面に、弾性率が -金、白金、アルミニウム及び銅等の一般的な電極材料に比べて大きく、熱弾性損失が著しく小さいモリブデン（M o ) を主成分とする電極を形成し、さらに、前記圧電体薄膜の共振周波数の温度係数と異符号の温度係数を有する酸化シリコン（S i 0 ₂ ) または窒化シリコン（S i ₃ N ₄ ) を主成分とする絶縁層を振動部に含めて形成することにより、高い電気機械結合係数と高い音響的品質係数とを維持しつつ共振周波数の温度安定性を改善することができることを見出し、本発明に到達した。さらに、窒化ァルミユウムを主成分とする圧電体薄膜の厚さを tとし、前記酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層の厚さ（絶縁層が複数ある場合にはそれらの厚さの合計）を七' とした時に、 0 . 1≤七' /七≤0 . 5 好ましくは 0 . 2≤t ' / t≤0 . 4を満たすように各層の厚みを設定することにより、高い電気機械結合係数と高い音響的品質係数とを有し、温 -度安定性が著しく良好な高性能 F B A Rを実現できることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記の目的を達成するものとして、

基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、前記圧電積層構造体の一部を含んで振動部が構成されており、前記圧電積層構造体は下部電極（下方電極）、圧電体膜（圧電体層）および上部電極（上方電極）を前記基板の側からこの順に積層してなるものであり、前記基板は前記振動部に対応する領域にて該振動部の振動を許容する空隙を形成している圧電薄膜共振子において、

前記圧電体膜が窒化アルミニウムを主成分とするものであり、前記下部電極および前記上部電極がモリブデンを主成分とするものであり、前記振動部は前記圧電積層構造体に接合された少なくとも 1層の酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層の少なくとも一部を含んでなるこ • とを特徴とする圧電薄膜共振子、

が提供される。尚、本明細書において、用語「圧電薄膜共振子」は用語「薄膜音響共振器」と同義である。本発明の一態様においては、前記圧電体膜の厚さ七と前記少なくとも 1 層の絶縁層の厚さの合計七' とが 0 . l≤t ' / t≤0 . 5の関係を満たす。

本発明の一態様においては、前記圧電体膜は前記窒化アルミニウムの含有量が 9 0当量％以上である。本発明の一態様においては、前記絶縁層は前記酸化シリコンまたは窒化シリコンの含有量が 5 0当量％ (モル％) 以上である。本発明の一態様においては、前記下部電極及び前記上部電極は前記モリブデンの含有量が 8 0当量％ (モル％) 以上である。

本発明の一態様においては、前記絶縁層のうちの 1つが前記基板の表面上に形成されている。本発明の一態様においては、前記絶縁層のうちの 1 つが前記圧電積層構造体の前記基板と反対の側の表面上に形成されている。

本発明の一態様においては、前記基板はシリコン単結晶からなる。本発明の一態様においては、前記上部電極は互いに離隔して形成された第 1の電極部と第 2の電極部とからなる。

本発明の一態様においては、 2 . 0 G H z近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数が 4 . 0〜6 . 5 %であり、音響的品質係数が 7 5 0〜2 0 0 0であり、共振周波数の温度係数が— 2 0〜2 0 p p m/°Cである。

さらに、本発明によれば、以上のような圧電薄膜共振子を用いて構成される V C O (電圧制御発振器）、フィルタおよび送受切替器が提供され、それらにおいて 1 G H z以上の高い周波数での特性を著しく向上させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの基本構成を説明するための模式的断面図である。

図 2は、本発明による薄膜音響共振器である S B A Rの基本構成を説明するための模式的断面図である。

図 3は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 4は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 5は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 6は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 7は、本発明による薄膜音響共振器である F BARの製造方法及びそれにより得られた F BARの実施形態を説明するための模式的平面図である。

図 8は、本発明による薄膜音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 9は、本発明による薄膜音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた F B A Rの実施形態を説明するための模式的断面図である。

図 10は、本発明による薄膜音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた F B A Rの実施形態を説明するための模式的断面図であな。

図 1 1は、本発明による薄膜音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた FBARの実施形態を説明するための模式的断面図でめる。

図 1 2は、本発明による薄膜音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた F BARの上方電極の平面図である。

図 13は、本発明による FBARの模式的断面図である。

図 14は、本発明による S BARの模式的断面図である。図 1 5は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

' 図 1 6は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

図 1 7は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

図 18は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

図 1 9は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

図 20は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的断面図である。

図 2 1は、本発明による FBAR及びその製造方法を説明するための模式的平面図である。

' 図 22は、本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。

図 23は、図 22の X— X断面図である。

図 24は、本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。

図 25は、図 2 '4の X— X断面図である。

図 26は、本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。

図 27は、図 26の X— X断面図である。

図 28は、本発明による圧電薄膜共振子の実施形態を示す模式的平面図である。

図 29は、図 28の X— X断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図 1および図 2は、それぞれ、本発明による薄膜音響共振器である FB A Rおよび S BARの基本構成を説明するための模式的断面図である。図 1において、 F BAR 20は、上方電極 2 1および下方電極 23を備え、これらは圧電体（PZ) 材料の層 22の一部を挟み込んで挟み込み構 -造を形成している。好適な P Z材料は窒化アルミニウム（A 1 N) または酸化亜鉛（ Z n 0) である。 F B A R 20に使用される電極 2 1， 23 は、好適にはモリブデンから作られるが、他の材料を使用することも可能である。

この素子は、薄膜 P Z材料内のバルク弾性音響波の作用を利用している。印加電圧により二つの電極 2 1 , 23の間に電界が生ずると、 P Z材料は電気エネルギーの一部を音波の形の機械的エネルギーに変換する。音波は電界と同じ方向に伝播し、電極/空気境界面で反射される。

機械的に共振している時、 p z材料の電気エネルギー z機械エネルギー変換機能により、音響共振器は電気共振器としての役割を果す。したがつて、素子は、ノッチフィルタとして動作することができる。素子の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが当該音波の半波長と等しくなる周波 -数で発生する。音波の周波数は電極 2 1 , 23間に印加される電気信号の周波数である。音の速度は光の速度より 5〜6桁小さいから、得られる共振器を極めてコンパク卜にすることができる。 GHz帯の用途に対する共振器を、平面寸法が約 100 iLtmおよび厚さが数 iumのオーダーで構成することができる。

次に、図 2を参照して S BARについて説明する。 S BAR 40は、帯域フィル夕と類似の電気的機能を与える。 SBAR40は、基本的には機械的に結合されている二つの F BARフィルタである。圧電体層 41の共振周波数で電極 43および 44を横断する信号は、音響エネルギーを圧電体層 42に伝える。圧電体層 42内の機械的振動は、電極 44および 45 を横断する電気信号に変換される。

図 3〜図 8は、本発明による薄膜音響共振器である F BARの製造方法 .及びそれにより得られた F BARの実施形態を説明するための模式的断面図（図 3〜図 6，図 8) 及び模式的平面図（図 7) である。

先ず、図 3に示されているように、集積回路製作に利用されている通常のシリコンゥエーハ 51に、エッチングにより窪みを形成する。窪みの深さは好適には 1. 5~30 μιη、更に好ましくは 1. 5〜10 /xmあるいは場合によっては 3〜30 / mである。 F BARの挟み込み構造の下の空洞の深さは圧電体層により生ずる変位を許容すればよいことを考えれば、空洞の深さは数 μηιあれば十分である。

ゥェ一ハ 51の表面に熱酸化により酸化シリコンの薄層 53を形成し、これにより、その上に以後の工程で形成される犠牲層の P S Gからゥヱ一ハ 51内に燐が拡散しないようにする。この薄層 53としては、酸化シリコン層の代わりに、低圧 CVD法により形成した窒化シリコン層を用いてもよい。このようにゥエーハ内への燐の拡散を抑制することにより、シリコンゥヱ一ハが導体に変換されることが阻止され、作製された素子の電気的動作に対する悪影響をなくすことができる。以上のようにしてゥヱ一ハ 5 1の表面に酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層 53を形成したものを、基板として用いる。即ち、図 3は、基板の表面に深さが好適には 1. 5〜30 m、更に好ましくは 1. 5〜 10 μ mあるいは場合によっては 3〜30 ;amの窪み 52を形成した状態を示す。

次に、図 4に示されているように、基板の酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層 53上に燐酸石英ガラス（P S G) 層 55を堆積させる。 P S Gは、シランおよび P ₂ 0₅ 源となる物質を原料に使用して約 450°Cまでの温度で堆積され、燐含有量約 8%の軟ガラス様物質を形成する。シランの例としては、モノシラン（Mo no s i 1 ane ： S i H₄ ) 、トリクロルシラン（Tr i c h l o r o s i l ane : S i HC l ₃ ) 、テトラメトキシシラン (S i 1 i c o n t e t r am e t h o x i d e ： S i (0 CH₃ ) ₄ ) 、テトラエトキシシラン（S i l i c o n t e t r a e t h o x i d e ： S i (0 C₂ H₅ ) ₄ ) などが挙げられる。 P ₂ 0₅ 源となる物質の例としては、 P ₂ 0₅ の他に、ホスフィン（P H ₃ ) 、亜リン酸トリメチル（Tr i me thy l pho s ph i t e ： P (0 CH₃ ) ) 、亜リン酸トリェチル（ T r i e t h y 1 p h o s p h i t e : P (0C₂ H₅ ) ₃ ) 、リン酸トリメチル（T r i m e t h y 1 pho s phat e : P0 (0CH₃ ) ₃ ) 、リン酸トリエチル (T r i e thy l pho s pha t e ： PO (0 C₂ H₅ ) ₃ ) などが挙げられる。この低温プロセスは、当業者に周知である。 P SGは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈 H₂ 0 ： HF溶液で非常に高いエッチング速度でエッチングされる非常にクリーンな不活性材料であるから、犠牲層の材料として好適である。以後の工程で実行されるエッチングにおいて 10 ： 1の希釈割合で毎分約 3 μπιのエッチング速度が得られる。

堆積したままの P S G犠牲層 55の表面は、原子レベルでみると非常に粗い。したがって、堆積したままの P S G犠牲層 55は、音響共振器を形成する基体としては不十分である。 FBARZSBAR形式の音響共振器は、結晶が電極面に垂直な柱状晶をなして成長する圧電材料を必要とす + る。微細な研磨粒子を含む硏磨スラリーを用いて P SG犠牲層 55の表面を磨いて滑らかにすることにより、優れた結晶の圧電材料の薄膜を形成する。

即ち、図 5に示されているように、 P S G層 55の表面を粗仕上げスラリーで磨くことにより全体的に平面化して、窪み 52の外側の P S G層の部分を除去する。次に、残っている P S G層 55を更に微細な研磨粒子を含むスラリーで磨く。代替方法として、磨き時間がかかってもよければ一つの更に微細なスラリ一を用いて上記二つの磨きステップを実行してもよレ、。目標は、鏡面仕上げである。

本発明においては、 P S G層を研磨する前に、緻密化とリフローとを兼ねて、 P S G層を高温で熱処理することが好ましい。この P S G層の熱処理は、 RTA (R ap i d The rma l Anne a l ) 法により行 •なうことができる。これは、窒素雰囲気中または窒素—酸素混合雰囲気中で 750 °C〜 950 Cの温度で行なわれる。または、高温熱処理を拡散炉またはランプ加熱により行なってもよい。本発明においては、 P S G層を高温で熱処理することにより、 P S G層をより緻密な構造にするとともに、その硬度を高める。硬度を高めることにより、その後の CMP (化学的機械的研磨）において、 P S G膜表面にスクラッチ等の研磨傷が発生するのを抑制し、表面を良好に平坦化することができる。以上のようにして窪み 52に対応する位置に PS G層 55を残留させた基板のクリ一二ングも重要である。スラリーはゥェ一ハ上に少量のシリ力粗粉を残す。この粗粉を除去せねばならない。本発明の好適な実施形態で 'は、この粗粉除去をポリテックス（P o 1 yt ex (商標）：ロデ一ル . ユッタ社）のような堅いパッドの付いた第 2の研磨具を使用して行う。その際の潤滑剤として、脱イオン水を使用し、磨いてから最終クリーニングステツプの準備が完了するまでゥェ一ハを脱ィォン水中に入れておく。基板を、最後の磨きステップと最後のクリ一ニングステツプとの間で乾燥させないように注意する。最後のクリーニングステップは、基板を色々な化学薬品の入っている一連のタンクに漬けることから成る。各タンクに超音波撹拌を加える。このようなクリ一ユング手段は当業者に周知である。研磨剤は、シリカ微粒子から構成されている。本発明の好適な実施形態では、シリカ微粒子のアンモニア主体スラリー（R o d e 1 K l eb o s o 1 # 30 N ：口一デル ·ニッ夕社）を利用する。

以上の説明では特定の研磨およびクリーニングの様式を示したが、必要 ' な滑らかさの表面を与えるどんな研磨およびクリ一ユングの様式をも利用することができる。本発明の好適な実施形態では、最終表面は、原子間力顕微鏡プローブで測つた高さの R M S変動が 25 n m以下（好ましくは 2 0 nm以下）である。

以上のようにして表面をきれいにしてから、図 6に示されているように、挟み込み構造体 60の下方電極 61を堆積させる。下方電極 6 1の好適な材料は、モリブデン（Mo) である。しかし、下方電極 6 1を他の材料たとえば A 1、 W、 Au、 P tまたは T iから構成することもできる。その低い熱弾性損失のためモリブデン（Mo) が好適である。たとえば、 Moの熱弾性損失は、 A 1の約 1/56である。

下方電極 61の厚さも重要である。厚い層は、薄い層より表面が粗くなる。圧電体層 62の堆積のための滑らかな表面を維持することは、得られ ' る共振器の性能にとって非常に重要である。したがって、下方電極の厚さは、好適には 1 50 nm以下である。 Moは好適にはスパッタリングにより堆積される。これにより、表面の高さの RMS変動が 25 nm以下（好ましくは 20 nm以下）の Mo層が得られる。

下方電極 61を堆積し終わってから、圧電体層 62を堆積する。圧電体層 62の好適な材料は、 A 1 Nまたは ZnOであり、これもスパッタリングにより堆積される。本発明の好適な実施形態では、圧電体層 62の厚さは、 0. 1 mから 10 mの間（好ましくは 0. 5 m〜2 / m) にある。圧電体層 62の上面は、高さの RMS変動が圧電体層厚さ（平均値）の 5 %以下であるのが好ましい。

最後に、上方電極 63を堆積させる。上方電極 63は、下方電極 61と同様な材料から構成され、好適には Moから構成される。

以上のようにして、下方電極 61、圧電体層 62及び上方電極 63からなり、所要の形状にパターユングされた挟み込み構造体 60を形成してから、図 7に示されているように、挟み込み構造体 60の端部または挟み込み構造体 60により覆われずに露出している犠牲層 55の部分から、希釈 H ₂ 0 ： H F溶液でエッチングすることにより、挟み込み構造体 60の下方の P S Gをも除去する。これにより、図 8に示されているように、窪み 52の上に橋架けされた挟み込み構造体 60が残る。即ち、挟み込み構造体 60は、基板の表面に形成された窪み 52をまたぐように基板により縁部が支持されている。

以上のようにして得られた FBARにおいては、犠牲層 55の表面（高さの RMS変動が 25 nm以下（好ましくは 2 O nm以下） ) に従って、その上に形成された下方電極 61の下面の高さの RMS変動が 25 nm以下（好ましくは 20 nm以下）であり、更に該下方電極 61は厚さが薄いので上面も高さの R MS変動が 25 nm以下（好ましくは 20 nm以下）である。そして、この下方電極 61の上面に従って、その上に形成された圧電体層 62の下面の高さの RMS変動が 25 nm以下（好ましくは 20 nm以下）である。下方電極 61の滑らかな上面は、圧電体層 62の成長核となる結晶構造を備えていないにもかかわらず、形成される圧電体層 62に非常に規則正しい構造の c軸配向を形成し優れた圧電特性を与える。

図 9〜図 1 0は、本発明による音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた F B A Rの更に別の実施形態を説明するための模式的断面図である。この実施形態では、上記図 3〜5に関し説明したような工程の後に、図 9に示されているように、絶縁体層 54を形成する。絶縁体層 54は、たとえば S i 0₂ 膜であり、 CVD法により堆積することができる。なお、犠牲層 55の除去のためのエッチング液に対する耐性を考慮すれば、絶縁体層 54としては S i 0₂ 膜よりも低圧 CVD法により形成された S i ₃ N₄ 膜を使用するほうが好ましい。絶縁体層 54として S i 0₂ 膜を使用する場合には、犠牲層 55の除去のためのエッチングの際に、 S i 0₂ 膜の露出面に適宜のプロテクトを施せばよい。

その上に、上記図 6に関し説明したような工程を行って挟み込み構造体 60を形成する。次いで、図 10に示されているように、上記図 7及び図 8に関し説明したような工程を行って、 FBARを得る。その際に、犠牲層 55をエッチング除去するために、挟み込み構造体 60の端部または挟み込み構造体 60により覆われていない絶縁体層 54の部分であつて犠牲層 55の上方の部分に適宜の大きさの開口を形成し、該開口からエツチング液を供給する。

本実施形態の F BARは、挟み込み構造体 60と空洞 52との間に絶縁体層 54が配置されており、挟み込み構造体 60に加えて絶縁体層 54をも含んで振動部が構成されるので、該振動部の強度が向上し、更に振動部の振動における周波数温度特性が改善される。

絶縁体層 54の厚さ t' は、好ましくは 50〜 1 000 nmの範囲内の値である。これは、圧電体層 62の厚さ " tに対する絶縁体層 54の厚さ f の比 t' Ztが 0. 1以上 0. 5以下の範囲内にあることが好ましく、圧電体層 62の厚さ tは上記のように 500 nrr！〜 2000 nmの範囲内にあるのが好ましいからである。比 t' 七が 0. 1以上 0. 5以下の範囲内にあることが好ましい理由としては、七' 七を 0. 1以上とすることで絶縁体層 54を含む振動部の振動における周波数温度特性を改善する効果が高められ、 t' Ztを 0. 5以下とすることで絶縁体層 54を含む振動部の振動における電気機械結合係数及び音響的品質係数（ I値）の低下を阻止し得るからである。絶縁体層 54の上面は、高さの RMS変動が例えば 2 5 n m以下（好ましくは 2 0 n m以下）である。

以上の実施形態において、一層高い音響的品質係数（Q値）を得るに -は、絶縁体層 5 4や、下方電極 6 1、圧電体層 6 2及び上方電極 6 3の各層における厚さの均一性が一層良好であることが必要である。この厚さの均一性は、上方電極 6 3の表面のうねり高さに反映される（即ち、上方電極 6 3の表面のうねり高さが大きい場合には、少なくとも 1つの層の厚さ均一性が低い）。そこで、一層高い音響的品質係数値）を得るために、上方電極 6 3の表面のうねり高さは、圧電体層 6 2の厚さの 2 5 %以下となるようにするのが好ましい。また、別の観点からは、上方電極 6 3 の表面のうねり高さは、測定長の 0 . 5 %以下となるようにする（測定長が 1 5 0 mの場合には、うねり高さ 0 . 以下）のが好ましい。

以上の実施形態は、 F B A Rに関するものである。しかし、当業者には、以上の説明から、同様なプロセスを用いて S B A Rを作製することが可能であることが明らかであろう。 S B A Rの場合には、もう一つの圧電体層（第 2の圧電体層）およびその上の電極（第 2の上方電極）を堆積しなければならない。第 2の圧電体層は上記実施形態で示されているような「F B A R」の上方電極の上に形成されているから、この上方電極の厚さをも 1 5 0 n m以下に維持して第 2の圧電体層を堆積するための適切な表面（第 1の圧電体層の下方電極の表面と同様）を与えなければならない。

図 1 1は、本発明による音響共振器である F B A Rの製造方法及びそれにより得られた F B A Rの更に別の実施形態を説明するための模式的断面図であり、図 1 2はその上方電極の平面図である。この実施形態では、上方電極 6 3の形状のみ、上記図 3〜8に関し説明した実施形態と異なる。

- 本実施形態では、上方電極 6 3が中央部 6 3 1と該中央部の周囲に枠状に位置し且つ中央部 6 3 1より肉厚の外周部 6 3 2とを有する。中央部 6 3 1と外周部 6 3 2との境界は段差により形成されている。

外周部 6 3 2の厚さは、中央部 6 3 1の厚さの 1 . 1倍以上であるのが P T/JP02/04574

22 好ましい。また、中央部 63 1の厚変動は、該中央部の厚さ（平均値）の 1 %以下であるのが好ましい。上方電極 63の寸法 aは、例えば 100 mである。外周部 632は上方電極 63の外縁から距離 bまでの範囲内に位置しており、距離 bは例えば 40 μιηまでの値である。

このような上方電極構造とすることで、上方電極外周部での横方向の振動発生を抑制し、音響共振器の振動に余分なスプリァス振動が重なることを防止することができる。その結果、音響共振器およびフィルタの共振特性や品質係数が改善される。

本実施形態では、一層高い音響的品質係数（ U直）を得るために、上方電極 63の中央部 631の表面のうねり高さは、圧電体層 62の厚さの 2 5%以下となるようにするのが好ましい。また、別の観点からは、上方電極 63の中央部 631の表面のうねり高さは、測定長の 0. 5%以下となるようにするのが好ましい。

本発明の上述の実施形態では、 P S Gから構成された犠牲層を利用しているが、犠牲層には他の材料をも使用することができる。たとえば、 B P S G (B o r o n— Pho s pho r— S i 1 i c at e— G l a s s ：ボロン—燐—シリコン—ガラス）または、スピン .ガラスのような他の形態のガラスを利用することもできる。これ以外にも、スピユングにより材料上に堆積できるポリビニール、ポリプロピレン、およびポリスチレンのような、プラスチックがある。堆積したこれら材料の表面は原子的レベルからみて滑らかでないので、これら材料から犠牲層を構成する場合にも、 P S G犠牲層の場合のように、研磨による表面平滑化が重要である。これらの犠牲層は、有機除去材あるいは 0₂ プラズマエッチングによって取り去ることもできる。

次に、図 1 3および図 14は、それぞれ、本発明による薄膜音響共振器である F B ARおよび S BARの断面図である。

図 13において、 F B A R 20は、上方電極層 2 1、下方電極層 23及び密着電極層 24を備え、これらは圧電体薄膜層 22の一部を挟み込んで挟み込み構造体を形成している。圧電体薄膜層 22の好適な材料は窒化ァルミニゥム（A 1 N) または酸化亜鉛（ZnO) である。 F BAR 20に使用される密着電極層 24は、好適には T i、 Cr、 N i、 T aから作られるが、他の材料を使用することも可能である。上方及び下方の電極層 2 1， 23は、好適には Au、 P t、 W、 Moから作られるが、他の材料を使用することも可能である。挟み込み構造体は、基板 1 1の上面に形成さ 'れた窪み 12の周囲において該基板 1 1上に密着電極層 24が位置するようにして、配置されている。

この素子は、圧電体薄膜層内のバルク弾性音響波の作用を利用している。印加電圧により二つの電極 21， 23の間に電界が生ずると、圧電体薄膜は電気エネルギーの一部を音波の形の機械的エネルギーに変換する。音波は電界と同じ方向に伝播し、電極ノ空気境界面で反射される。

機械的に共振している時、 P Z材料の電気工ネルギ一 /機械エネルギー変換機能により、音響共振器は電気共振器としての役割を果たす。したがって、素子は、ノッチフィルタとして動作することができる。素子の機械的共振は、音波が伝播する材料の厚さが当該音波の半波長と等しくなる周波数において発生する。音波の周波数は電極 21 , 23間に印加される電気信号の周波数である。音波の速度は光の速度より 5〜6桁小さいか ' ら、得られる共振器を極めてコンパクトにすることができる。 GHz帯の用途に対する共振器を、平面寸法が約 1 00 μιη、厚さが数 πιのォーダ一の寸法で構成することができる。

次に、図 14を参照して S BARについて説明する。 S BAR 40は、帯域フィルタと類似の電気的機能を与える。 S BAR 40は、基本的には機械的に結合されている二つの F B A Rフィルタである。圧電体薄膜層 4 2の共振周波数で密着電極層 24及び下方電極層 45と電極層 44とを横断する信号は、音響エネルギーを圧電体薄膜層 41に伝える。圧電体薄膜層 41内の機械的振動は、電極層 44と電極層 43とを横断する電気信号に変換される。

図 1 5〜図 2 1は、本発明による薄膜音響共振器である FBARの製造方法及びそれにより得られた F BARの実施形態を説明するための模式的 •断面図（図 1 5〜図 20) 及び模式的平面図（図 21 ) である。

先ず、図 1 5に示されているように、集積回路製作に利用されている通常のシリコンゥェ一ハ 51に、エッチングにより窪みを形成する。窪みの深さは好適には 1. 5〜30 μπι、更に好ましくは 1. 5~10 mあるいは場合によっては 3〜30 μπιである。 F BARの挟み込み構造体の下の空洞の深さは圧電体薄膜層により生ずる変位を許容すればよい。したがって、空洞の深さは数 μπιあれば十分である。

ゥ一ハ 51の表面に熱酸化により酸化シリコンの薄層 53を形成し、これにより、その上に以後の工程で形成される犠牲層の P S Gからゥェ一ハ 51内に燐が拡散しないようにする。この薄層 53としては、酸化シリコン層の代わりに、低圧 C V D法により形成した窒化シリコン層を用いてもよい。このようにゥェ一ハ 51内への燐の拡散を抑制することにより、シリコンゥヱーハが導体に変換されることが阻止され、作製された素子の電気的動作に対する悪影響をなくすことができる。以上のようにしてゥヱーハ 5 1の表面に酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層 53を形成したものを、基板として用いる。即ち、図 1 5は、基板の表面に深さが好適には 1. 5〜30 、更に好ましくは 1. 5〜； L O wmあるいは場合によっては 3〜30 wmの窪み 52を形成した状態を示す。

次に、図 1 6に示されているように、基板上に窪み 52を取り囲むようにして密着電極層 1 61を接合形成する。密着電極層 161の上面の面積 (平面面積）を S 1とし、その上に形成する下方電極の平面面積を S 2としたとき、 S 1が 0. 01 X S 2≤S 1≤0. 5 x S 2の範囲内にあることが好ましい。 S 1 <0. 01 X S 2の場合には、基板と下方電極との密着力が弱くなり、本発明の効果が十分に発現しなくなる傾向にある。また、 S 1 >0. 5 X S 2の場合には、密着電極層 1 61が薄膜音響共振器の動作に影響を与え、良好な共振特性が得られなくなる傾向にある。密着電極層 1 61の厚さは、その上に形成する下方電極層を保持するに十分なものであれば良く、例えば 20 nmから 1 μ mまでの範囲内であれば良レヽ。また、密着電極層 1 6 1の材料は、好適には、 T i、 C r、 N i、 T aより選ばれる少なくとも一種を含みさえすれば良い。

以上のように密着電極層 1 6 1を基板の窪み 52の周囲に設けることで、薄膜音響共振器における横方向の振動発生を抑制し、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリァス振動が重なることを防止することができる。その結果、薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性、品質係数が改善される。また、 Au、 P t、 W、 Moなどからなる下方電極層の中央部の下側には、 T i、 Cr、 N i、 T aなどからなる密着電極層 1 61が存在しないため、この部分では下方電極層の配向性及び結晶性を高めることができ、その結果、ロッキングカーブにおける回折ピーク半値幅（FWHM) が小さく、配向性及び結晶品質に優れた圧電体薄膜層を形成できることが見出された。圧電体薄膜層の高配向性及び良質結晶化により、本発明の薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性及び品質係数が改善される。

さて、次に、図 17に示されているように、密着電極層 16 1の形成された基板の酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄層 53上に P S Gからなる犠牲層 55を堆積させる。上記のように、 P SGは、シランおよび P₂ O_s 源となる物質を原料に使用して約 450°Cまでの温度で堆積され、燐含有量約 8%の軟ガラス様物質を形成する。シランの例としては、モノシラン（Mo no s i l ane : S i H₄ ) 、トリクロルシラン（Tr i e h l o r o s i l ane : S i HC l ₃ ) , テトラメトキシシラン（S i l i c o n t e t r ame t hox i de ： S i (0し H₃ ) ₄ ) 、テトラエトキシシラン (S i 1 i c o n 七 e t r a e t h o x i d e ： S i (0 C₂ H₅ ) 4 ) などが挙げられる。 P₂ O s 源となる物質の例としては、 P ₂ 0₅ の他に、ホスフィン（PH₃ ) 、亜リン酸卜リメチル (T r i me t hy l pho s ph i t e ： P (0 C H₃ ) ₃ ) 、亜リン酸トリェチル（Tr i e t hy l p h o s p h i t e : P ( 0 C ₂ H ₅ ) 3 ) 、リン酸トリメチル（T r i me t hy l pho s ph a t e ： P 0 (0 C H₃ ) ₃ ) 、リン酸卜リエチル（Tr i e t hy l P h o s p h at e : P0 (0C₂ H₅ ) ₃ ) などが挙げられる。この低温プロセスは、当業者に周知である。 P SGは、比較的低温で堆積させることができ、且つ、希釈 H₂ 0 ： HF溶液で非常に高いエッチング速度でエツチングされる非常にクリーンな不活性材料であるから、犠牲層の材料として好適である。以後の工程で実行されるエッチングにおいて 10 ： 1の希釈割合で毎分約 3 μιηのエッチング速度が得られる。堆積したままの P S G犠牲層 55の表面は、原子レベルでみると非常に粗い。従って、堆積したままの P S G犠牲層 55は、薄膜音響共振器を形成する基体としては不十分である。 FBARZSBAR形式の薄膜音響共振器は、結晶が電極面に垂直な柱状晶を成して成長する圧電体材料を必要とする。微細な研磨粒子を含む研磨スラリーを用いて PS G犠牲層 55の表面を磨いて滑らかにすることにより、優れた配向性及び結晶品質を持つ -下方電極層の形成が可能となり、ひいては優れた配向性及び結晶品質を持つ圧電体薄膜層の形成が可能となる。

即ち、図 18に示されているように、 P S G犠牲層 55の表面を粗仕上げスラリーで磨くことにより平面化して、密着電極層 1 61の上に堆積した P S G層の部分を除去する。次に、残っている P S G層 55を更に微細な研磨粒子を含む精密仕上げスラリーを使用して磨くことができる。代替方法として、磨き時間が長くかかっても良ければ、一つの微細な精密仕上げスラリーを二つの磨きステップにて使用することもできる。目標は、「ミラー」状仕上げ（鏡面仕上げ）を実現することである。

本発明においては、 P S G層を研磨する前に、緻密化とリフローとを兼ねて、 P S G層を高温で熱処理することが好ましい。この P SG層の熱処理は、 RTA (R ap i d The rma l Anne a l ) 法により行なうことができる。これは、窒素雰囲気中または窒素—酸素混合雰囲気中で 75 (TC〜950°Cの温度で行なわれる。または、高温熱処理を拡散炉またはランプ加熱により行なってもよい。本発明においては、 P S G層を高温で熱処理することにより、 P S G層をより緻密な構造にするとともに、その硬度を高める。硬度を高めることにより、その後の CMP (化学的機械的研磨）において、 P SG膜表面にスクラッチ等の研磨傷が発生するのを ¾1制し、表面を良好に平坦化することができる。

以上のようにして実行された研磨の後の基板のクリーユングも重要である。スラリーは基板上に少量のシリカ粗粉を残すので、この粗粉を除去せねばならない。本発明の好適な実施形態では、このシリカ粗粉の除去をポリテックス（P o l y七 ex (商標）：口デール 'ユッタ社）のような堅いパッドの付いた第 2の研磨具を使用して行う。その際の潤滑剤として、脱ィ才ン水を使用し、磨いてから最終クリ一ニンダステップの準備が完了するまで基板を脱イオン水中に入れておく。基板を、最後の磨きステップと最後のクリーニングステップとの間で乾燥させないように注意する。最後のクリーニングステップは、基板を色々な化学薬品の入っている一連のタンクに漬けることから成る。各タンクでは超音波撹拌が加えられる。このようなクリーニング手段は当業者には周知である。

研磨剤は、シリカ微粒子から構成されている。本発明の好適な実施形態では、シリカ微粒子のアンモニア主体スラリー（Ro de 1 K 1 e b o s o 1 # 30 N ：ローデル ·ユッタ社）を利用する。

以上の説明では特定の研磨およびクリーニングの様式を示したが、必要な滑らかさの表面を与えるどんな研磨およびクリーニングの様式をも利用することができる。本発明の好適な実施形態では、最終表面は、原子間力顕微鏡プローブで測った高さの RMS変動が 25 nm以下、好ましくは 2 O nm以下、更に好ましくは 1 Onm以下の表面粗度である。

以上のようにして表面を平滑にし、さらに密着電極層 161の表面をプラズマエッチングにより清浄化処理した後、図 1 9に示されているように、挟み込み構造体 60の下方電極層 1 62を堆積させる。下方電極層 1 62の好適な材料は、 Au、 P t、 W、 Moである。この下方電極層 1 6 2の配向性及び結晶性が、その上に形成される圧電体薄膜層 1 63の配向性及び結晶品質に反映される。

下方電極層 1 62の厚さも重要である。厚い層は、薄い層より表面が粗くなる。上記のように、圧電体薄膜層 1 63の堆積のための滑らかな表面を維持することは、得られる共振器の性能にとって非常に重要である。したがって、下方電極層 162の厚さは、好適には 200 nm未満である。 Au、 P t、 W、 Moは好適にはスパッタリングにより堆積される。この方法により、表面の高さの RMS変動が 25 nm以下、好ましくは 20 η m以下、更に好ましくは 10 nm以下の表面粗度の下方電極層 162が得られる。

下方電極層 1 62を堆積し終わってから、下方電極層 1 62の周囲に残った P S G犠牲層を除去し、圧電体薄膜層 163を堆積する。圧電体薄膜層 163の好適な材料は、 A 1 Nまたは ZnOであり、これもスパッタリングにより堆積される。本発明の好適な実施形態では、圧電体薄膜層 1 63の厚さは、 0. 1 μτηから 10 tmの間、好ましくは 0, 5 mから 2 rnの間にある。

最後に、上方電極層 164を堆積させる。上方電極層 1 64は、下方電極層 162と同様な材料から構成され、好適には Au、 P七、 W、 Moから構成される。

以上のようにして、密着電極層 161、下方電極層 1 62、圧電体薄膜層 1 63及び上方電極層 164の接合されたものからなり所要の形状にパターユングされた挟み込み構造体 60を形成してから、 R I E (反応性ィオンエッチング）などの乾式エッチング法により、上方電極層 1 64の周辺部から下方へ向かって、該上方電極層 1 64、圧電体薄膜層 163及び下方電極層 1 62を通って犠牲層 55にまで到達するような貫通小孔を開け、希釈 H₂ 0 ： HF溶液でエッチングすることにより、挟み込み構造体 60の下方の P S Gを除去する。これにより、図 20及び図 2 1に示されているように、窪み 52の上に橋架けされた挟み込み構造体 60が残る。即ち、挟み込み構造体 60は、基板の表面に形成された窪み 52の周囲に密着電極層 1 6 1が位置し、窪み 52をまたぐようにして、縁部が基板により支持されている。

以上のようにして得られた薄膜音響共振器においては、挟み込み構造体 60の周辺部では密着電極層 161の分だけ質量が大きくなるので、横方向の振動発生が抑制され、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリァス振動の重なりが生ずるのを防止することができる。また、窪み 52の周囲に密着電極層 16 1を形成することにより、従来空洞上に単独では堆積できなかった Au、 P tなどからなる下方電極層を堆積することが可能となり、 W、 Moなどからなる下方電極層についても下地基板との密着性が改善される。

また、以上のような薄膜音響共振器の製造方法によれば、 Au、 P t、 W、 Moなどからなる下方電極層 162の中央部をシリカガラス、燐酸石英ガラスなどのガラス質の犠牲層上に形成するので、従来の T i等からなる密着層上に A u、 P七、 W、 Moなどの電極層を全体的に形成する場合よりも、下方電極層の配向性及び結晶性が優れたものとなり、ロッキングカーブにおける回折ピーク半値幅（FWHM) の小さな良質な結晶膜が得られる。このようにして下方電極層 162の配向性及び結晶品質を改良することにより、その上に形成される圧電体薄膜層の配向性及び結晶品質の -向上が実現される。

以上の実施形態は、 FBARに関するものである。しかし、当業者には、以上の説明から、同様なプロセスを用いて S BARを作製することが可能であることが明らかであろう。 S BARの場合には、もう一つの圧電体層（第 2の圧電体層）およびその上の電極層を堆積しなければならなレ、。第 2の圧電体層は上記実施形態で示されているような「FBAR」の上方電極層の上に形成されているから、この上方電極層の厚さをも例えば 1 00 nmに維持して第 2の圧電体層を堆積するための適切な表面状態を与えるようにする。例えば、高さの RMS変動が 25 nm以下、好ましくは 20 nm以下、更に好ましくは 10 n m以下の表面粗度である平滑な表面とするのが好ましい。

本発明の上述の実施形態では、 P S Gから構成された犠牲層を利用しているが、犠牲層には他の材料をも使用することができる。例えば、 B P S G (B o r o n— P ho s pho r— s i 1 i c at e- l a s s ：ボロン—燐—シリコン-ガラス）または、スピン .ガラスのような他の形態のガラスを利用することもできる。これ以外にも、スピユングにより基板上に堆積できるポリビニール、ポリプロピレン、およびポリスチレンのようなプラスチックがある。これらの材料から犠牲層を構成する場合にも、 P S G犠牲層の場合のように、研磨による表面平滑化が重要である。これらの犠牲層は、有機除去材あるいは 0₂ プラズマエッチングによって取り去ることもできる。

次に、図 22は本発明による圧電薄膜共振子（薄膜音響共振器）の実施形態を示す模式的平面図であり、図 23はその X— X断面図である。これらの図において、圧電薄膜共振子 1 1 1は基板 1 12、該基板 1 1 2の上 ·面上に形成された絶縁層 13及び該絶縁層 13の上面上に接合された圧電積層構造体 14を有する。圧電積層構造体 14は、絶縁層 13の上面上に形成された下部電極 1 5、該下部電極 1 5の一部を覆うようにして下地膜 1 3の上面上に形成された圧電体膜 16および該圧電体膜 16の上面上に形成された上部電極 17からなる。基板 1 12には、空隙を形成するビアホ一ル 1 20が形成されている。絶縁層 13の一部はビアホール 1 20に向けて露出している。この絶縁層 13の露出部分、及びこれに対応する圧電積層構造体 14の部分が振動部（振動ダイヤフラム） 1 2 1を構成する。また、下部電極 15及び上部電極 17は、振動部 12 1に対応する領域内に形成された主体部 1 5 a， 1 7 aと、該主体部 15 a， 17 aと外部回路との接続のための端子部 15 b, 1 7 bを有する。端子部 1 5 b, 1 7 bは振動部 12 1に対応する領域外に位置する。

基板 1 1 2としては、 S i ( 1 00) 単結晶などの単結晶、または、 S i単結晶などの基材の表面にシリコン、ダイヤモンドその他の多結晶膜を形成したものを用いることができる。基板 1 1 2のビアホ一ル 1 20の形成方法としては、基板下面側からの異方性エッチング法が例示される。尚、基板 1 12に形成される空隙は、ビアホール 120によるものには限定されず、振動部 1 21の振動を許容するものであればよく、該振動部 1 2 1に対応する基板上面領域に形成した凹部であってもよい。

絶縁層 1 3は、酸化シリコン（S i 0₂ ) または窒化シリコン（S i Nx ) を主成分とする（好ましくは含有量が 50当量％以上の）誘電体膜である。誘電体膜は、単層からなるものであってもよいし、密着性を高めるための層などを付加した複数層からなるものであってもよい。複数層からなる誘電体膜の例としては、 S i 0₂ 層の片面または両面に窒化シリコン層を付加したものが例示される。絶縁層 1 3の厚さは、例えば 0. 2〜 2. 0 μπιである。絶縁層 13の形成方法としては、シリコンからなる基板 1 1 2の表面の熱酸化法や CVD法や低圧 CVD法が例示される。下部電極 1 5及び上部電極 17は、モリブデン（Mo) を主成分とする (好ましくは含有量が 80当量％以上の）導電膜である。 Moは熱弾性損失が低い（A 1の約 1Z56) ことから、特に高周波で振動する振動部を構成するのに好適である。 Mo単体だけでなく、 Moを主成分とする合金を使用することも可能である。下部電極 15及び上部電極 17の厚さは、例えば 50〜200 nmである。下部電極 1 5及び上部電極 1 7の形成方法としては、スパッタ法または蒸着法が例示され、更に必要に応じて所要の形状へのパ夕一ユングのためにフォトリソグラフィ一技術が用いられる。

圧電体膜 1 6は、 A 1 Nを主成分とする（好ましくは含有量が 90当量％以上の）圧電膜からなり、その厚さは例えば 0. 5〜2. 5 μπιである。圧電体膜 1 6の形成方法としては、反応性スパッタ法が例示され、更に必要に応じて所要の形状へのパターユングのためにフォトリソグラ " フィー技術が用いられる。

本発明者らは、図 22及び図 23に示す構成で A 1 Nを主成分とする圧電体膜 1 6を持ち 2 GHz近傍に基本モードの共振を持つ F B A Rについて、弾性波の伝搬速度が速いという A 1 N薄膜の特長を活かしつつ、電気機械結合係数及び音響的品質係数を損なうことなく共振周波数の温度安定性を高めるべく、鋭意検討した結果、絶縁層 1 3として S i 0₂ または S i χ を主成分とするものを用い且つ上下部電極 15， 17として Mo を主成分とするものを用いることが有効であることを見出した。更に、圧電体膜 1 6の厚さ tと絶縁層 13の厚さ" t' とが 0. 1≤七' /七≤0. 5好ましくは 0. 2≤七' /t≤0. 4を満たすことにより、電気機械結合係数、音響的品質係数及び共振周波数の温度安定性の全てが一層良好となることを見出した。 t' /t <0. 1となると、電気機械結合係数及び '音響的品質係数は若干向上する場合があるものの、共振周波数の温度係数の絶対値が大きくなり、 F BARとしての特性が低下する傾向にある。また、 t' Zt>〇. 5となると、電気機械結合係数及び音響的品質係数が低下し、共振周波数の温度係数の絶対値が大きくなり、 F BARとしての特性が低下する傾向にある。

図 24は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図 25はその X— X断面図である。これらの図において、上記図 22及び図 23におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。本実施形態では、絶縁層 1 3の他にも、 S i 0 ₂ または S i N x を主成分とする（好ましくは含有量が 5 0当量％以上の）絶縁層 1 8が圧電積層構造体 1 4に接合されている。絶縁層 1 8は上部電極 1 7の主体部 1 7 a 上に形成されている。絶縁層 1 8は、振動部 1 2 1に対応する領域以外に延びて、圧電体膜 1 6上にて広い範囲にわたって形成されていてもよい。さらに、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層 1 8が形成される場合には、絶縁層 1 3を省略することもできる。但し、この場合、下部電極 1 5の主体部 1 5 aを基板 1 1 2の上面におけるビアホール 1 2 0の矩形状開口の 2辺を通って該開口内へと延出させ、下部電極 1 5 による振動部 1 2 1の保持を行うことが好ましい。

図 2 4， 2 5の実施形態においても、図 2 2， 2 3の実施形態と同様の効果が得られる。

図 2 6は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図 2 7はその X— X断面図である。これらの図において、上記図 2 2〜図 2 5におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。

本実施形態では、下部電極 1 5は矩形状をなしており、上部電極 1 Ί は、第 1の電極部 1 7 Aと第 2の電極部 1 7 Bとからなる。これら電極部 ' 1 7 A， 1 7 Bはそれぞれ主体部 1 7 A a， 1 7 B aと端子部 1 7 A b， 1 7 B bとを有する。主体部 1 7 A a， 1 7 B aは振動部 1 2 1に対応する領域内に位置しており、端子部 1 7 A b , 1 7 B bは振動部 1 2 1に対応する領域外に位置している。

図 2 8は本発明による圧電薄膜共振子の更に別の実施形態を示す模式的平面図であり、図 2 9はその X— X断面図である。これらの図において、上記図 2 2〜図 2 7におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。

本実施形態では、下部電極 1 5は矩形状をなしており、上部電極 1 Ί は、第 1の電極部 1 7 Aと第 2の電極部 1 7 Bとからなる。これら電極部 1 7 A , 1 7 Bはそれぞれ主体部 1 7 A a , 1 7 B aと端子部 1 7 A b , 1 7 B bとを有する。主体部 1 7 A a , 1 7 B aは振動部 1 2 1に対応する領域内に位置しており、端子部 1 7 A b , 1 7 B bは振動部 1 2 1に対応する領域外に位置している。本実施形態では、絶縁層 1 8は第 1電極部の主体部 1 7 A a及び第 2電極部の主体部 1 7 B aの双方を覆うように形成されている。

図 2 6 , 2 7の実施形態及び図 2 8 , 2 9の実施形態においても、図 2 2 , 2 3の実施形態及び図 2 4 , 2 5の実施形態と同様の効果が得られる。また、図 2 6， 2 7及び図 2 8， 2 9の実施形態は、多重モード共振子と呼ばれるものであり、上部電極 1 7のうちの一方（例えば第 2の電極部 1 7 B ) と下部電極 1 5との間に入力電圧を印加し、上部電極 1 7のうちの他方（例えば第 1の電極部 1 7 A) と下部電極 1 5との間の電圧を出力電圧として取り出すことができる。

以上のような圧電薄膜共振子において、マイクロ波プローバを使用して測定したィンピ一ダンス特性における共振周波数 f r および反共振周波数 f a と電気機械結合係数 k t²との間には、以下の関係

k _t ²= Φ r /T an ( φ _Γ )

Φ Γ = (π/2 ) ( f r / f a )

がある。

簡単のため、電気機械結合係数 k_t ²として、次式

k t² = 4. 8 ( f a - f r ) / ( f a + f r )

から算出したものを用いることができ、本明細書では、電気機械結合係数 k _t ²の数値は、この式を用いて算出したものを用いている。

図 2 2 , 2 3、図 2 4 , 2 5，図 2 6 , 2 7及び図 2 8， 2 9に示した構成の F B A Rにおいて、 2 , 0 GH z近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数 k _t ²は 4. 0〜6. 5 %である。電気機械結合係数 k_t ²が 4. 0 %未満になると、作製した F B A R の帯域幅が小さくなり、高周波域で実用に供することが難しくなる傾向にある。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 '

[実施例 1 ]

図 3〜図 8に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、 S iゥヱ一ハ 51の表面を P tZT i保護膜により被覆し、エツ - チングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成して、 S iゥェ一ハ 51のエッチングのためのマスクを形成した。その後、 Ρ ΐ /T iパターンマスクを用いて湿式エッチングを行い、図 3に示されているように、深さ 20 jumで幅 1 50 imの窪みを形成した。このエツチングは、 5重量％の1^011水溶液を用い、液温 70°Cで実施した。なお、窪みの深さを 3 μιηとしてもよい。

その後、 P t/T iパターンマスクを除去し、図 3に示されているように、熱酸化により S iゥヱ一ハ 5 1の表面に厚さ 1 mの S i 0₂ 層 53 を形成し、 S iゥヱーハ 51及び S i 0₂ 層 53からなる基板上に窪み 5 2の形成されている構造を得た。

次いで、図 4に示されるように、窪み 52の形成されている S i 0₂ 層 53上に、厚さ 30 )Ltmの P SG犠牲層 55を堆積させた。この堆積は、 . 450°Cでシラン及び P ₂ 0₅ を原料として用いた熱 CVD法により行つた。なお、 P S G犠牲層 55の厚さを 5 mとしてもよく、熱 CVD法における原料としてシラン及びリン酸トリメチル（P 0 (◦ CH₃ ) ₃ ) を用いてもよく、更に、堆積した PS G層を 1 %酸素ノ窒素混合雰囲気中で 850°Cにて 20分間熱処理してリフローさせ硬度を高めてもよい。次いで、図 5に示されているようにして、 P SG犠牲層 55の表面を研磨し、窪み 52以外の領域の P S G犠牲層 55を除去した。続いて、窪み 52内に残留する P S G犠牲層 55の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、その表面粗さを高さの RMS変動が 10 nmとなるようにした。 '

次いで、図 6に示されているように、 P S G犠牲層 55上に厚さ 1 00 nmで寸法 200 X 200 μ mの M o膜からなる下部電極 6 1を形成し - た。 Mo膜の形成は、スパッタガスとして Arを用い、室温で DCマグネトロンスパッタ法により行った。そして、リフトオフ法により Mo膜のパターニングを行った。形成された Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの RM S変動は 15 nmであった。次いで、下部電極 61上に ZnO膜からなる 1. 厚の圧電体層 6 2を形成した。 ZnO膜の形成は、スパッタリングターゲットとして Z n 0を用い、スパッタガスとして Arと 0₂ との混合ガスを用い、スパッ夕ガス圧を 5mT o r rとし、基板温度 400 Cで R Fマグネト口ンスパッ夕法により行った。形成された ZnO膜の表面粗さを測定したところ、高さの R M S変動は膜厚の 5 %以下の 1 1 n mであった。湿式ェチングにより ZnO膜を所定形状にパターユングして圧電体層 62を得た。

次いで、圧電体層 62上に、厚さ 1 00 nmの Mo膜からなる上部電極 63を形成した。 Mo膜の形成及びパターユングは、下部電極 61の形成の際と同様にした。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 iumでうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の0. 2 μπιであった。

次いで、希釈 H₂ 0 ： HF溶液でエッチングすることにより P S G犠牲層 55を除去した。これにより、図 8に示されているように、窪み 52の上に M oノ Z n 0 /M oの挟み込み構造体 60が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 88. 5度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調ベた結果、ピークの半値幅は 2. 5度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プロ一バを使用して上部電極 63と下部電極 6 1との間のィンピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数 f r及び反共振周波数 f aを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数 k t ² を算出した。電気機械結合係数 k 七² は 5. 5%で、音響的品質係数は 700であった。実施例 1において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[比較例 1 ]

P S G犠牲層 55の表面粗さを高さの RMS変動が 70 nmとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例 1と同様にして音響共振器を作製した。 TJP02/04574

36 下部電極 61の Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は 80 nmであった。また、 ZnO膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%を越える 75 nmであった。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 μιηでうねり高さを調べたところ、測定長の 0. 5%を越える 1. 0 Aimであった。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 85. 0度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 7. 0度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数 k t ² は 3. 0%で、音響的品質係数は 400であった。比較例 1において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 2]

圧電体層 62として Z ηθ膜に代えて A 1 N膜からなるものを用いたこと以外は、実施例 1と同様にして音響共振器を作製した。即ち、下部電極 6 1上に A 1 N膜からなる 1. 2 m厚の圧電体層 62を形成した。 A 1 N膜の形成は、スパッタリングターゲットとして A 1を用い、スパッ夕ガスとして Arと N₂ との混合ガスを用い、基板温度 400°Cで R Fマグネト口ンスパッタ法により行った。形成された A 1 N膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%以下の 14nmであった。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 μηιでうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の 0. 2 nmであつすこ。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 88. 5度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調ベた結果、ピークの半値幅は 2. 8度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数 k t² は 6. 5%で、音響的品質係数は 900であった。実施例 2において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[比較例 2] P S G犠牲層 55の表面粗さを高さの RMS変動が 70 nmとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例 2と同様にして音響共振器を作製した。

下部電極 61の Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの R MS変動は 85 nmであった。また、 A 1 N膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%を越える 80 nmであった。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 //mでうねり高さを調べたところ、測定長の 0. 5%を越える 1. 25 zmであった。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 83. 0度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 8. 5度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数 k七² は 3. 5%で、音響的品質係数は 450であった。比較例 2においで得られた F BARの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 3]

図 3〜図 5，図 9〜図 10に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、実施例 1と同様にして、図 5に示される構造体を得た。但し、窪み 52内に残留する P S G犠牲層 55の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、その表面粗さを高さの RMS変動が 5 nmとなるようにした。

次いで、図 9に示されているように、 P S G犠牲層 55の表面をも覆うように基板上に CVD法により厚さ 500 nmの S i 0₂ 膜からなる絶縁体層 54を形成した。形成された絶縁体層 54の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は 10 nmであった。

次いで、絶縁体層 54上に、実施例 1と同様にして、図 10に示されているように、 Mo膜からなる下部電極 61を形成した。形成された Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は 15 nmであった。次いで、実施例 1と同様にして、下部電極 61上に ZnO膜からなる圧電体層 62を形成した。形成された ZnO膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%以下の 1 0 nmであった。湿式エツチングにより Z n 0膜を所定形状にパ夕一ユングして圧電体層 62を得た。

次いで、実施例 1と同様にして、圧電体層 62上に Mo膜からなる上部電極 63を形成した。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 m でうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の0. であった。

次いで、絶縁体層 54の露出している部分に P SG犠牲層 55に達するバイァホールを開口し、該開口を介して希釈 H₂ 0 ： HF溶液でエツチングすることにより P S G犠牲層 55を除去した。これにより、図 10に示されているように、窪み 52の上に絶縁体層 54と MoZZnO/Moの挟み込み構造体 60との積層体が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 88. 5度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調ベた結果、ピークの半値幅は 2. 3度であり、良好な配向性を示していた。

' 以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プロ一バを使用して上部電極 63と下部電極 61との間のィンピ一ダンス特性を測定するとともに、共振周波数： f r及び反共振周波数： f aを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数 k t ² を算出した。電気機械結合係数 k t² は 4. 5%で、音響的品質係数は 650であった。実施例 3において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[比較例 3]

P S G犠牲層 55の表面粗さを高さの RMS変動が 7 O nmとなるように研磨を行ったこと以外は、実施例 3と同様にして音響共振器を作製した。

絶縁体層 54の S i 0₂ 膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS 変動は 85 nmであった。また、下部電極 61の M o膜の表面粗さを測定 ' したところ、高さの RMS変動は 90 nmであった。また、 ZnO膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%を越える 85 n 204574

39 mであった。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 tmでうねり高さを調べたところ、測定長の 0. 5%を越える 1. Ο μπιであった。得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 83. 0度と大きく傾いており、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 9. 5度であった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数 k t² は 2. 8%で、音響的品質係数は 360であった。比較例 3において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 4]

上部電極 63の形成以外は、実施例 2と同様にして音響共振器を作製した。即ち、実施例 2と同様にして圧電体層 62上に厚さ 1 00 nmの Mo 膜を形成した後に、' その外縁から 30 /zmの幅の領域において、更にリフトオフ法により厚さ 20 nmの Mo膜を形成して、図 1 1に示されているような上部電極 63を形成した。

上部電極 63の中央部 63 1の表面について、測定長さ 100 /zmでうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の 0. 1 5 μηιであった。

以上のようにして得られた音響共振器の電気機械結合係数 k t ² は 7. 5%で、音響的品質係数は 950であった。実施例 4において得られた F BARの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 5]

先ず、 S iゥーハ 51の表面を S i 0₂ 保護膜により被覆し、エッチングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成して、 S iゥェ一ハ 5 1のエッチングのためのマスクを形成した。その後、該マスクを用いて湿式エッチングを行い、図 3に示されているように、深さ 3 mで幅 1 50 mの窪みを形成した。このエッチングは、実施例 1と同様にして実施した。

その後、湿式エッチングにより S i 0₂ パターンマスクを除去し、図 3に示されているように、 S iゥェ一ハ 5 1の表面に厚さ 200 nmの S i 3 N₄ 層 53を形成し、 S iゥェ一ハ 51及び S i ₃ N₄ 層 53からなる基板上に窪み 52の形成されている構造を得た。この S i ₃ N₄ 層 5 3の堆積は、 800°Cで、モノシラン（S i H₄ ) 及びアンモニア（N H₃ ) を原料として用いた低圧 CVD法により行なった。

次いで、図 4に示されているように、窪み 52の形成されている S i ₃ N₄ 層 53上に、厚さ5 111の？ 86犠牲層55を堆積させた。この堆積は、 450°Cで、テトラエトキシシラン（S i (0C₂ H₅ ) ₄ ) 及びリン酸トリメチル（PO (0CH₃ ) a ) を原料として用いた熱 CVD法により行った。更に、堆積した P SG層を 1 %酸素窒素混合雰囲気中で 8 50°Cにて 20分間熱処理してリフローさせて硬度を高めた。

次いで、実施例 1と同様にして、図 5に示されている構造を得た。但し、研磨粒子の選択により、窪み 52内に残留する P S G犠牲層 55の表面粗さを高さの R M S変動が 5 n mとなるようにした。

次いで、実施例 1と同様にして、図 6に示されているように、 Mo膜からなる下部電極 61を形成した。形成された Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は 13 nmであった。

次いで、実施例 2と同様にして、下部電極 6 1上に A 1 N膜からなる 1. 2 μπι厚の圧電体層 62を形成した。形成された A 1 N膜の表面粗さ · を測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%以下の 10 nmであつた。

次いで、実施例 1と同様にして、圧電体層 62上に Mo膜からなる上部電極 63を形成した。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 ^m でうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の0. 15 mであった。

次いで、実施例 1と同様にして、 PS G犠牲層 55を除去し、これにより、図 8に示されているように、窪み 52の上に Moノ A 1 Nノ Moの挟み込み構造体 60が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 89. 5度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調 PC翻聽 74

41 ベた結果、ピークの半値幅（FWHM) は 2. 2度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プロ一バを使用して上部電極 63と下部電極 61との間のィンピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数: f r及び反共振周波数 f aを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数 k t ² を算出した。電気機械結合係数 k 七² は 6. 7%で、音響的品質係数は 980であった。実施例 5において -得られた F BARの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 6]

図 3〜図 5，図 9〜図 1 0に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

先ず、実施例 5と同様にして、図 5に示される構造を得た。但し、研磨粒子の選択により、窪み 52内に残留する P S G犠牲層 55の表面粗さを高さの R MS変動が 10 nmとなるようにした。

次いで、図 9に示されているように、 P S G犠牲層 55の表面をも覆うように基板上に厚さ 500 nmの S i ₃ N₄ 膜からなる絶縁体層 54を形成した。この S i ₃ N₄ 膜からなる絶縁体層 54の堆積は、 800°Cで、モノシラン（S i H₄ ) 及びアンモニア（NH₃ ) を原料として用いた低圧 C V D法により行なった。形成された絶縁体層 54の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は 12 nmであった。

次いで、絶縁体層 54上に、実施例 5と同様にして、図 10に示されているように、 Mo膜からなる下部電極 61を形成した。形成された Mo膜の表面粗さを測定したところ、高さの R MS変動は 17nmであった。次いで、実施例 5と同様にして、下部電極 61上に A 1 N膜からなる圧電体層 62を形成した。形成された A 1 N膜の表面粗さを測定したところ、高さの RMS変動は膜厚の 5%以下の 15 nmであった。

次いで、実施例 5と同様にして、圧電体層 62·上に Mo膜からなる上部電極 63を形成した。上部電極 63の表面について、測定長さ 1 50 μπι でうねり高さを調べたところ、圧電体層 62の膜厚の 25%以下で且つ測定長の 0. 5%以下の0. 2 1 )Ltmであった。次いで、実施例 3と同様にして、 P SG犠牲層 55を除去し、これにより、図 10に示されているように、窪み 52の上に絶縁体層 54と MoZ A 1 N /Moの挟み込み構造体 60との積層体が橋架けされた形態を形成した。

得られた圧電体層 62の薄膜 XRD分析を行ったところ、膜の c軸は膜面に対して 88. 4度の方向であり、ロッキングカープにより配向度を調ベた結果、ピークの半値幅（FWHM) は 2. 8度であり、良好な配向性を示していた。

以上のようにして得られた音響共振器について、マイクロ波プローバを使用して上部電極 63と下部電極 61との間のインピーダンス特性を測定するとともに、共振周波数及び反共振周波数: f aを測定し、これらの '測定値に基づき電気機械結合係数 kt ² を算出した。電気機械結合係数 k 2 は 5. 2%で、音響的品質係数は 700であった。実施例 6において得られた F B A Rの構成および音響共振器としての特性を表 1に示す。

[実施例 7]

図 1 5〜図 2 1に記載されているようにして、薄膜音響共振器を作製した。

まず、 S iゥヱーハ 51の表面を S i 0₂ 保護膜により被覆し、エッチングにより該保護膜を窪み形成のための所定のパターン状に形成し、 S i ゥエーハ 51のエッチングのためのマスクを形成した。その後、該マスクを用いて湿式エッチングを行い、図 1 5に示されているように、深さ 20 ； mの窪みを形成した。エッチングは、エッチング液として 5 w七％の O H水溶液を用い、液温 70 °Cで行った。なお、窪みの深さを 3 μιηとし ' てもよい。

その後、熱酸化により、ゥヱーハ 51の表面に再度 S i 0₂ 層 53を形成した。これにより、 S iゥヱ一ハ 51及び S i 0₂ 層 53からなる基板上に窪み 52の形成されている構造を得た。

その後、基板の表面（上面）に C r膜を形成し、該 Cr膜のうちの窪み 52の周囲を取り囲む部分のみを環状に残すようにようパターンエツチングした。これにより、図 16に示されているように、窪み 52の周囲を取り囲むように Cr膜からなる密着電極層 161が形成された。 Cr膜の形成は、 D Cマグネ卜ロンスパッタ法を用い、スパックガスとして A rを用レ、、基板温度を室温として行った。 Cr密着電極層 161は、上面の下方電極層との接触面となる平面の面積（S 1 ) が 4500 / m² で、膜厚が 1 00 nmとなるように形成された。

その後、図 17に示されているように、窪み 52の形成されている S i 0₂ 層 53及び C r密着電極層 61の上に、シランおよびホスフィン（P H₃ ) を使用して 450°Cで PSGを堆積させた。なお、堆積した P S G 層を 1 %酸素/窒素混合雰囲気中で 850°Cにて 20分間熱処理してリフローさせ硬度を高めてもよい。

' 次いで、図 18に示されているように、堆積した P S Gの表面を研磨して密着電極層 1 61の上の P S G層の部分を除去し、続いて PS G層 55 の表面を微細な研磨粒子を含むスラリーを用いて研磨し、逆スパッタリング処理により C r密着電極層 161の表面を清浄化した。これにより、 P S G犠牲層 55の表面は、高さの RMS変動が 8 nmとなる表面粗さであった。

その後、図 19に示されているように、 Cr密着電極層 161及び P S G犠牲層 55の上に、 A uからなる下方電極層 162を形成した。該下方電極層 1 62のパ夕一ニングにはリフトオフ法を採用し、 Cr密着電極層 1 6 1の外周縁に対応する外周縁を有する所定形状の下方電極層 162を得た。 A u膜の形成は、 DCマグネトロンスパッ夕法を用い、スパッタガスとして A rを用い、基板温度を室温として行った。下方電極層 1 62 ' は、平面面積（S 2) が 27225 j m² で、膜厚が 100 nmとなるように形成された。得られた A u膜の表面粗さを調べた結果、高さの RMS 変動は 7 nmであった。

次に、下方電極層 162の周囲に残った P S G犠牲層を除去し、下方電極層 1 62上に ZnOからなる圧電体薄膜層 163を形成した。 ZnO膜の形成は、 R Fマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングタ一ゲットとして ZnOを用い、スパッタガスとして A r ： 0₂ が 9 ： 1の Ar— 0₂ 混合ガスを用い、スパッタガス圧を 5 mT o r rとし、基板温度を 400°Cとして行った。 Z nO膜の膜厚は 1. 0 mであった。得られ .た Z n 0膜の表面粗さを調べた結果、高さの R MS変動は 4 nmであつた。

続いて、 ZnO圧電体薄膜層 16'3を湿式エッチングして、結合電極引き出しに必要な開口部以外は C r密着電極層 1 61の外周縁及び下方電極層 1 62の外周縁に対応する外周縁を有する所定形状にパターニングした。そして、 ZnO圧電体薄膜 163上に A uからなる上部電極層 1 64 を形成した。該上部電極層 1 64は、リフトオフ法によるバタ一ユングで、外周縁が Cr密着電極層 161の内周縁より内側となるような所定形状とされた（図 2 1参照）。 Au膜の形成は、 DCマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとして Arを用い、基板温度を室温として行つた。八11膜の膜厚は 1001 111とした。

次いで、 R I E (反応性イオンエッチング）により、上方電極層 1 64 ，の周辺部から下方へ向かって、該上方電極層 1 64、圧電体薄膜層 1 63 及び下方電極層 162を通って犠牲層 55まで貫通する小さな穴を開け、希釈 Η₂ 0 ： HF溶液でエッチングすることにより P S G犠牲層 55を除去した。これにより、図 20に示されているように、窪み 52の上に Cr /Au/ZnO/Auの挟み込み構造体 60が橋架けされた形態を形成した。得られた挟み込み構造体 60について、スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板との間での剥離は観察されなかった。得られた ZnO圧電体薄膜層 1 63について、薄膜 XRD分析を行った結果、膜の c軸は膜面内に対して 88. 6度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、（0002) ピークの半値幅（FWH M) は 2. 3度であり、良好な配向性を示していた。

また、このようにして得られた図 20及び図 2 1に示される薄膜音響共振器について、マイクロ波プロ一バを使用して、上方電極層 164と下方電極層 1 62及び密着電極層 161との間のィンピ一ダンス特性を測定するとともに、共振周波数 f rおよび反共振周波数 f aを測定し、これらの測定値に基づき電気機械結合係数 kt²を算出した。このとき、スプリアスは励振せず、電気機械結合係数係数 k ₁ ²は 5. 5 %で音響的品質係数は 1 145であった。実施例 7において得られた FBARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[実施例 8]

密着電極層 1 61として C rに代えて T iからなるものを用いたこと以外は、実施例 7と同様にして薄膜音響共振器を作製した。 T i膜の形成は、 D Cマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタリングターゲットとして T iを用い、スパッ夕ガスとして Arを用い、基板温度を室温として行った。 T i膜の膜厚は、 2 Onmとした。得られた ZnO圧電体薄膜層 1 63の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 9 nmであった。スコヅチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 X RD分析を行った結果、 ZnO圧電体薄膜層 1 63の c軸は膜面内に対して 89. 2 度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 2. 1度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数 k_t ²は 5. 9%で、音響的品質係数は 772であった。実施例 8において得られた F B A Rの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[実施例 9]

下方電極層 1 62及び上方電極層 164として A uに代えて P tからなるものを用い且つ C r密着電極層 1 61の厚みを 60 nmとしたこと以外は、実施例 7と同様にして薄膜音響共振器を作製した。 Pt膜の形成は、 D Cマグネト口ンスパッタ法を用い、スパヅ夕リングターゲットとして P 七を用い、スパッタガスとして Arを用い、基板温度を室温として行つた。 P t膜の膜厚は 1 O O nmとした。得られた ZnO圧電体薄膜層 1 6 3の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 6 nmであった。スコッチテープによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 XRD分析を行った結果、 ZnO圧電体薄膜層 1 63の c軸は膜面内に対して 88. 8度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 2. 5度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数 k_t ²は 5. 2%で、音響的品質係数は 898であった。実施例 9において得られた F B A Rの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[実施例 10]

密着電極層 161として C rに代えて N iからなるものを用い、その平面面積 S 1を 15000 μπι² に広げて下方電極層 1 62の平面面積 S 2 との比率 S 1ZS 2を 0. 55にしたこと以外は、実施例 7と同様にして薄膜音響共振器を作製した。 N i膜の形成は、 DCマグネトロンスパッ夕法を用い、スパッタリングターゲットとして N iを用い、スパッ夕ガスとして Arを用い、基板温度を室温として行った。 N i膜の膜厚は 50 nm とした。得られた ZnO圧電体薄膜層 1 63の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 1 l nmであった。スコッチテ一ブによるピーリングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 XRD分析を行った結果、 ZnO圧電体薄膜層 1 63の c軸は膜面内に対して 89. 0度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 2. 9度と良好な配向性をこのようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数 k_t ²は 4. 8%で、音響的品質係数は 707であった。実施例 10において得られた FBARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[実施例 1 1 ]

上方及び下方の電極層 1 62, 1 64として A uに代えて P七からなるものを用い、圧電薄膜層 1 63として Z ηθに代えて A 1 Nからなるものを用い、且つ T i密着電極層 161の平面面積 S 1を 4000 μπι² とし厚みを 30 n mとしたこと以外は、実施例 8と同様にして薄膜音響共振器を作製した。 P t膜の形成は、実施例 9と同様に行った。また、 A 1 N膜の形成は、 RFマグネトロンスパヅ夕法を用い、スパッタリングタ一ゲットとして A lを用い、スパッタガスとして Ar ： N₂ が 1 ： 1の Ar— N₂ 混合ガスを用い、基板温度を 40 CTCとして行った。 A 1 N膜の膜厚は 1. 4 μιηとした。得られた A 1 Ν膜の表面粗さを調べた結果、高さの RM S変動は 7 nmであった。スコッチテープによるピーリングテス卜を行ったところ、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 XRD分析を行った結果、 A 1 N圧電体薄膜層 1 63 の c軸は膜面内に対して 90. 0度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 2. 7度と良好な配向性を示していた。

' このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数 k_t ²は 6. 4%で、音響的品質係数は 984であった。実施例 1 1において得られた F BARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[実施例 1 2 ]

密着電極層 1 61として C rからなるものを用い、上方及び下方の電極層 1 62， 164として Moからなるものを用い、且つ C r密着電極層 1 6 1の平面面積 S 1を 5000 μηι² とし厚みを 40 nmとしたこと以外は、実施例 1 1と同様にして薄膜音響共振器を作製した。得られた A l N 膜の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 5 nmであった。スコッチテープによるピーリングテス.トを行ったところ、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 XRD分析を行った '結果、 A 1 N圧電体薄膜層 163の c軸は膜面内に対して 89. 8度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 2. 9度と良好な配向性を示していた。

このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスの励振はなく、電気機械結合係数 k_t ²は 6. 1 %で、音響的品質係数は 1 140であつた。実施例 12において得られた FBARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[比較例 4]

S iゥヱーハ 51及び S i 0₂ 層 53からなる基板上に窪み 52の形成されている構造の上に P S Gを堆積させ、その表面を研磨して窪み 52以外の領域の P S G層の部分を除去し、窪み 52の領域の P S G層の表面を高さの RMS変動が 38nmとなるような表面粗さにし、その上に Cr膜及び A u膜を形成し、これらの膜を同一形状にパターユングして、密着電極層 1 6 1を下方電極層 1 62の全面に接合した形態を得たこと以外は、実施例 7と同様にして薄膜音響共振器を作製した。得られた ZnO膜の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 30 nmであった。スコッチテープによるピ一リングテストを行ったところ、基板と挟み込み構造体 6 0との間での剥離は観察されなかった。また、薄膜 XRD分析を行った結果、 Zn O圧電体薄膜層 1 63の c軸は膜面内に対して 87. 5度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 4. 8度と実施例 7に比べて 2. 5度ほどの劣化を示した。

また、このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスが励振し、電気機械結合係数 k_t ²は 2. 5%で、音響的品質係数は 404であつた。比較例 4において得られた FBARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。

[比較例 5]

密着電極層 161を設けなかったこと以外は、比較例 4と同様にして薄膜音響共振器を作製した。但し、窪み 52の領域の PSG層の表面を高さの RMS変動が 33 nmとなるような表面粗さにした。得られた ZnO膜の表面粗さを調べた結果、高さの RMS変動は 23 nmであった。薄膜 X RD分析を行った結果、 ZnO圧電体薄膜層 163の c軸は膜面内に対して 88. 4度の方向であり、ロッキングカーブにより配向度を調べた結果、ピークの半値幅は 4. 2度であり、スコッチテープによるピーリングテストにおいて、基板と挟み込み構造体 60との間での剥離が観察された。

また、このようにして得られた薄膜音響共振器は、スプリアスが励振し、電気機械結合係数 kt²は 3. 2で、音響的品質係数は 446であつた。比較例 5において得られた FBARの構成、密着強度および音響共振器としての特性を表 2に示す。 [実施例 1 3-1 5]

本実施例では、以下のようにして、図 22， 23に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、厚さ 250 i mの（1 00) S i基板 1 1 2の上面及び下面に、熱酸化法により厚さ 0. 3〜0. 6 μπιの酸化シリコン（S i 0₂ ) 層を形成した。上面側の S i 0₂ 層を絶縁層 1 3とした。また、下面側の S i 02 層は基板 1 1 2に対する後述のビアホール形成のためのマスクのパターンに形成した。

絶縁層 1 3の表面に、 DCマグネトロンスパッ夕法により厚さ 0. 1 mの Mo層を形成し、フォトリソグラフィ一によりパターン化して下部電極 1 5を形成した。下部電極 1 5の主体部 1 5 aは平面寸法 140 X 1 6 0 μιηの矩形に近い形状とした。この Mo下部電極 1 5上に、結晶面が C 軸に配向した厚さ 1. 3〜2. 0 tmの A 1 N薄膜を形成した。 A 1 N薄膜の形成は、反応性 RFマグネトロンスパック法により行った。熱燐酸を使用した湿式エッチングにより、 A 1 N薄膜を所定の形状にパターン化して圧電体膜 1 6を形成した。その後、 DCマグネトロンスパッタ法及びリフトオフ法を使用して、厚さ 0. 1 mの Moからなる上部電極 1 7を形成した。上部電極 1 7の主体部 1 Ί aは平面寸法 140 X 1 60 μπιの矩形に近い形状とし、下部電極主体部 1 5 aに対応する位置に配置した。次に、以上のようにして得られた構造体の上下部電極 1 5， 1 7及び圧電体膜 1 6の形成されている側を PMMA樹脂で被覆し、 S i基板 1 1 2 の下面に形成したパターン状 S i 0₂ 層をマスクとして、振動部 1 2 1に対応する S i基板 1 1 2の部分を K0 H水溶液でエッチング除去して、空隙となるビアホール 1 20を形成した。 S i基板 1 1 2の上面に形成されたビアホール開口の寸法（振動部 2 1の平面寸法）は、 200 Χ 200 μ mであつ 7こ。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（F BAR) について、カスケ一ド ·マイクロテック製マイクロ波プロ一バ及びネットワークアナライザを使用して、上記薄膜圧電共振子の電極端子 1 5 b， 1 7 b間のインピーダンス特性を測定すると共に、共振周波数 f r および反共振周波数 f a の測定値から、電気機械結合係数 k_t ²や周波数温度特性及び音響的品質係数 CIを求めた。得られた圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波 -数、電気機械結合係数 kt²、周波数温度特性 r_f 及び音響的品質係数 Ciは表 3に示す通りであった。

[実施例 1 6〜； L 8]

本実施例では、以下のようにして、図 24， 25に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、上部電極 1 7の形成の後であってビアホール 1 20の形成の前に、上部電極 1 7上に R Fマグネトロンスパッタ法により厚さ 0. 1〜 0. 3 mの S i 0₂ 層を形成し、振動部 1 2 1に対応するようにパターン化して上部絶縁層 18を形成すること、及び、下部絶縁層 1 3の厚さ及び圧電体膜 1 6の厚さを表 3に示されているようにすること以外は、実施例 13〜15と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施 ·例 13〜 15と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k_t ²、周波数温度特性及び音響的品質係数 CIは表 3に示す通りであった。

[実施例 19〜22]

本実施例では、以下のようにして、図 26, 27に示されている構造の圧電薄膜共振子及び図 28， 29に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、上下部絶縁層 13， 18の厚さ及び圧電体膜 1 6の厚さを表 3に示されているようにすること、及び、上下部電極 1 5, Γ7の形状及び寸法を除いて、実施例 13〜1 5と同様の工程 [実施例 19, 20] 及び実施例 1 6〜 18と同様の工程 [実施例 2 1， 22] を実施した。下部電極 1 5は振動部 12 1に対応する領域を含むように延びている平面寸法 1 5 - 0 X 300 mの矩形状のものとし、上部電極 17はそれぞれ平面寸法 7 0 X 90 zmの矩形に近い形状の主体部 1 7 Aa， 17 B aが間隔 20 μ mをおいて配置されたものとした。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施例 13〜15及び実施例 1 6〜18と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k _t ²、周波数温度特性 T _f 及び音響的品質係数 Qは表 3に示す通りであった。

[実施例 23〜25]

本実施例では、以下のようにして、図 22, 23に示されている構造の圧電薄膜共振子及び図 24, 25に示されている構造の圧電薄膜共振子を作製した。

即ち、圧電体膜 1 6の厚さ及び上下絶縁層 13, 18の厚さを表 3に示されているようにすることを除いて、実施例 13と同様の工程 [実施例 2 3, 24] 及び実施例 1 6と同様の工程 [実施例 25 ] を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施例 13及び実施例 1 6と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波 -数、電気機械結合係数 k_t ²、周波数温度特性て _f 及び音響的品質係数 CIは表 3に示す通りであった。

[比較例 6， 7]

上下電極層の材料として Moに代えてアルミニウム（A 1 ) を用い、圧電体膜 1 6の厚さ及び絶縁層 13の厚さを表 3に示されているようにすることを除いて、実施例 13と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施例 13と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械結合係数 k _t ²、周波数温度特性 T _f 及び音響的品質係数 Qは表 3に示す通りであった。

[比較例 8]

絶縁層 13を振動部 12 1に対応する領域外にのみ形成したことを除い ' て、実施例 13と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施例 13と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械糸合係数 k _t ²、周波数温度特性て _f 及び音響的品質係数 Qは表 3に示す通りであった。

[比較例 9, 10] 圧電体膜 1 6の材料として A 1 Nに代えて酸化亜鉛（ZnO) を用い、圧電体膜 16の厚さ及び絶縁層 13の厚さを表 3に示されているようにすることを除いて、実施例 13と同様の工程を実施した。

以上の工程により得られた薄膜圧電共振子（FBAR) について、実施例 1 3と同様にして圧電薄膜共振子の厚み振動の基本周波数、電気機械糸 i吉合係数 k_t ²、周波数温度特性て _f 及び音響的品質係数 CIは表 3に示す通りであった。

以上の結果から、モリブデンを主成分とする電極と窒化アルミニウムを主成分とする圧電体膜とで構成された圧電積層構造体の一部を含む振動部の共振周波数の温度係数とは異符号の温度係数を有する酸化シリコンを主成分とする絶縁層を圧電積層構造体に接合して追加することにより、電気機械結合係数と音響的品質係数を維持したまま共振周波数の温度安定性の良好な圧電薄膜共振子を実現することができ、特に、 1 GHz以上の高周波域で使用される V CO (圧電薄膜共振子）、フィルタ、送受切替器に適用した場合に、その性能を著しく向上させることができる。

[表 1 ]

F B A R 構成としての特性絶縁体層下部 «@ 圧電体層上部電極電気機械

結合係数品質係数材質表面粗さ材質表面粗さ材質表面粗さ c軸方向 αッキングカ-ブ' 材質うねり高さ kt² (%) Q

RMS (nm) RMS (nm) R S (nm) (deg) 誦 (deg) (nm) 実施例 1 なし -— Mo 15 ZnO 11 88. 5 2.5 Mo 200 5.5 700 実施例 2 なし Mo 15 A1N 14 88.5 2.8 Mo 200 6.5 900

J

魏例 3 Si0₂ 10 Mo 15 ZnO 10 88. 5 2.3 o 200 4.5 650 難例 4 なし Mo 15 A1N 14 88.5 2.8 Mo 150 7.5 950 実施例 5 なし Mo 13 A1N 10 89.5 2.2 Mo 150 6.7 980 鋼列 6 Si₃N₄ 12 Mo 17 A1N 15 88.4 2.8 Mo 210 5.2 700 比較例 1 なし Mo 80 ZnO 75 85.0 7.0 Mo 1000 3.0 400 比較例 2 なし Mo 85 A1N 80 83.0 8.5 Mo 1250 3.5 450 比較例 3 Si0₂ 85 Mo 90 ZnO 85 83.0 9.5 Mo 1000 2.8 360

[表 2]

F B A R 構成密着強度としての if寺' ffi 密着電極層下方 ¾llf 圧電体薄膜層ピーリング電気機械

層の材質試験結合係数品質係数材質平面面積厚さ材質表面粗さ材質表 ώ粗さロッキング力-プ ² ( ) Q SKMIH²) (nm) RMS (nm) RMS(nm) (deg) FWH (deg) 難例 7 Cr 4,500 100 Au 7 ZnO 4 88.6 2.3 Au 剥離無し 5.5 1145 難例 8 Ti 4,500 20 Au 10 ZnO 9 89.2 2.1 Au 剥離無し 5.9 772 難例 9 Cr 4,500 60 Pt 9 ZnO 6 88.8 2.5 Pt 剥離無し 5.2 898 難例 10 Ni 15,000 50 Au 12 ZnO 11 89.0 2.9 Au 剥離無し 4.8 707 難例 11 Ti 4,000 30 Pt 9 A1N 7 90.0 2.7 Pt 剥離無し 6.4 984 難例 12 Cr 5,000 40 Mo 8 A1N 5 89.8 2.9 Mo 剥離無し 6.1 1140 比較例 4 Cr 27,225 20 Au 40 ZnO 30 87.5 4.8 Au 剥離無し 2.5 404 比較例 5 Au 28 ZnO 23 88.4 4.2 Au 剥離有り 3.2 446

[表 3 ] 圧電体薄膜絶縁層厚さ（^m) 廳匕鍾反 «1澱夂讓吉合周麵驢膽

FBARf苒] ¾

厚さ（ m) 下部上部 t'/t f_r (GHz) fa (GHz) 賺 t² {%) て _f (ppm/°C) 品質鍵 Q

実施例 13 図 22， 23 1.60 0.50 ― 0.31 2.055 2.093 4.4 3.7 1640

実施例 14 図 22， 23 2. 00 0.30 ― 0.15 2.049 2.090 4.8 -13.4 1720

実施例 15 図 22， 23 1.30 0.60 ― 0.46 2.118 2.155 4.2 14.5 1120

実施例 16 図 24, 25 1.60 0.30 0.20 0.31 2.030 2.076 5.3 4.2 1610

実施例 17 図 24， 25 1.90 0.30 0.10 0.21 2.005 2.051 5.5 -5.6 1800

難例 18 図 24, 25 1.30 0.30 0.30 0.46 2.158 2.202 4.9 14.2 1060

実施例 19 図 26, 27 1.90 0.40 ― 0.21 1.984 2.024 4.7 -3.9 1670

実施例 20 図 26, 27 1.30 0.60 0.46 2.141 2.179 4.3 14.4 980 c 難例 21 図 28， 29 1.90 0.30 0.10 0.21 1.998 2.043 5.4 -5.1 1650

難例 22 図 28， 29 1.30 0.30 0.30 0.46 2.118 2.163 5.1 14.1 940

実施例 23 図 22, 23 1.00 0.53 0.53 2.525 2.568 4.1 18.5 800

実施例 24 図 22, 23 2.20 0.19 0.08 2.077 2.124 5.5 -18.3 1720

難例 25 図 24, 25 2. 10 0.10 0.08 0.08 2.091 2.144 6.1 -18.1 1880

比較例 6 図 22, 23 1. 10 0.60 0.55 2.262 2.293 3.3 24.0 320

比較例 7 図 22, 23 1.60 0.50 0.31 1.774 1.800 3.5 -20.5 550

比較例 8 図 22, 23 2.20 2.318 2.375 5.8 -35.0 1750

比較例 9 図 22, 23 1.90 0.16 0.08 2.136 2.171 3.9 -47.4 750

比較例 10 図 22， 23 0.90 0.80 0.89 1.748 1.768 2.8 23.7 210

産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 O n m以下という原子レベルで見て平滑な犠牲層表面上に直接または絶縁体層を介して第 1の電極を形成し、該第 1の電極の表面を高さの R M S変動が 2 5 n m以下、好ましくは 2 0 n m以下となるようにし、その上に圧電体層を形成するので、第 1の電極の結晶性が向上し、これに従って圧電体層の配向性及び結晶品質が著しく改善され、これにより、電気機械結合係数及び音響的品質係数に優れた高性能な薄膜音響共振器が提供される。

また、以上説明したように、本発明によれば、下方電極層と基板との間に密着電極層を設けており、該密着電極層は基板に形成された窪みの周囲において基板と接合されているので、薄膜音響共振器における横方向の振動発生が抑制され、薄膜音響共振器の振動に余分なスプリァス振動が重なることが防止され、薄膜音響共振器およびフィルタの共振特性、品質係数が改善される。また、下方電極層め中央部の下側（すなわち密着電極層により囲まれた内側部分）には密着電極層が存在しないため、下方電極層の中央部を極めて平滑度の高い犠牲層表面上にて形成して配向性及び結晶性を高めることができ、これに基づき配向性及び結晶品質に優れた圧電体薄膜層を形成でき、電気機械結合係数や音響品質係数値）などに優れた高性能な薄膜音響共振器が提供される。更に、密着電極層を用いることで、下方電極層と基板との密着性（接合強度）を向上させることができ、下方電極層の材料選択の幅が広くなり、薄膜音響共振器の耐久性を向上させ長寿命化を図ることができる。

更に、以上説明したように、本発明の圧電薄膜共振子によれば、モリブデンを主成分とする電極と窒化アルミニウムを主成分とする圧電体膜と酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層との組み合わせを用いているので、電気機械結合係数、音響的品質係数（Q値）及び周波数温度特性の向上が可能となる。

Claims

請求の範囲

I . 圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有しており、前記圧電体層の第 1の表面は高さの R M S変動が 2 5 n m以下であることを特徴とする薄膜音響共振器。

2 . 前記圧電体層の第 1の表面は高さの R M S変動が 2 0 n m以下であることを特徴とする、請求項 1に記載の薄膜音響共振器。

3 . 前記圧電体層の前記第 2の表面は高さの R M S変動が前記圧電体層の厚さの 5 %以下であることを特徴とする、請求項 1に記載の薄膜音響共振器。

4 . 前記第 2の電極の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの 2 5 %以下であることを特徴とする、請求項 1に記載の薄膜音響共振器。

5 . 前記第 2の電極は中央部と該中央部より厚い外周部とを有することを特徴とする、請求項 1に記載の薄膜音響共振器。

6 . 前記外周部は前記中央部の周囲に枠状に位置することを特徴とする、請求項 5に記載の薄膜音響共振器。

7 . 前記第 2の電極は前記中央部の厚さ変動が該中央部の厚さの 1 %以下であることを特徴とする、請求項 5に記載の薄膜音響共振器。

8 . 前記外周部の厚さは前記中央部の高さの 1 . 1倍以上であることを特徴とする、請求項 5に記載の薄膜音響共振器。

9 . 前記外周部は前記第 2の電極の外縁から 4 0 / mまでの距離の範囲内に位置することを特徴とする、請求項 5に記載の薄膜音響共振 1 0 . 前記中央部の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの 2 5

%以下であることを特徴とする、請求項 5に記載の薄膜音響共振器。

I I . 前記圧電体層と前記第 1の電極と前記第 2の電極とからなる挟み込み構造体は、基板の表面に形成された窪みをまたぐように前記基板により縁部が支持されていることを特徴とする、請求項 1に記載の薄膜音

1 2 . 前記基板の表面上には、前記窪みをまたぐように形成された絶縁体層が配置されており、該絶縁体層上に前記挟み込み構造体が形成されていることを特徴とする、請求項 1 1に記載の薄膜音響共振器。

1 3 . 圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第' 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有しており、前記第 1の電極の前記圧電体層の側の表面は高さの R M S変動が 2 5 n m以下であることを特徴とする薄膜音響共振

1 4 . 前記第 1の電極の前記圧電体層の側の表面は高さの R M S変動が 2 O n m以下であることを特徴とする、請求項 1 3に記載の薄膜音響共振器。

1 5 . 前記圧電体層の前記第 2の表面は高さの R M S変動が前記圧電体層の厚さの 5 %以下であることを特徴とする、請求項 1 3に記載の薄

1 6 . 前記第 2の電極の表面のうねり高さは前記圧電体層の厚さの 2 5 %以下であることを特徴とする、請求項 1 3に記載の薄膜音響共振器。

1 7 . 前記第 2の電極は中央部と該中央部より厚い外周部とを有することを特徴とする、請求項 1 3に記載の薄膜音響共振器。

1 8 . 前記外周部は前記中央部の周囲に枠状に位置することを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜音響共振器。

1 9 . 前記第 2の電極は前記中央部の厚さ変動が該中央部の厚さの 1 %以下であることを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜音響共振器。

2 0 . 前記外周部の厚さは前記中央部の高さの 1 . 1倍以上であることを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜音響共振器。

2 1 . 前記外周部は前記第 2の電極の外縁から 4 0 mまでの距離の範囲内に位置することを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜音響共振

2 2 . 前記中央部の表面のうねり高さは前記圧電体餍の厚さの 2 5 %以下であることを特徴とする、請求項 1 7に記載の薄膜音響共振器。

2 3 . 前記圧電体層と前記第 1の電極と前記第 2の電極とからなる挟み込み構造体は、基板の表面に形成された窪みをまたぐように前記基板により縁部が支持されていることを特徴とする、請求項 1 3に記載の薄膜

2 4 . 前記基板の表面上には、前記窪みをまたぐように形成された '絶縁体層が配置されており、該絶縁体層上に前記挟み込み構造体が形成されていることを特徴とする、請求項 2 3に記載の薄膜音響共振器。

2 5 . 圧電体層と、該圧電体層の第 1の表面に接合された第 1の電極と、前記圧電体層の前記第 1の表面と反対側の第 2の表面に接合された第 2の電極とを有する薄膜音響共振器を製造する方法であって、

基板の表面に窪みを形成し、該窪み内に犠牲層を充填し、該犠牲層の表面を高さの R M S変動が 2 5 n m以下となるように研磨し、前記犠牲層の表面の一部の領域と前記基板の表面の一部の領域とにわたってそれらの上に前記第 1の電極を形成し、該第 1の電極上に前記圧電体層を形成し、該 • 圧電体層上に前記第 2の電極を形成し、前記窪み内から前記犠牲層をエツチング除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法。

2 6 . 前記犠牲層の表面を高さの R M S変動が 2 O n m以下となる ' ようにすることを特徴とする、請求項 2 5に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

2 7 . 前記第 1の電極を厚さ 1 5 O n m以下に形成し、該第 1の電極の上面を高さの R M S変動が 2 5 n m以下となるようにすることを特徴とする、請求項 2 5に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

2 8 . 前記第 1の電極の上面を高さの R M S変動が 2 0 n m以下となるようにすることを特徴とする、請求項 2 7に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

2 9 . 前記犠牲層の上に前記第 1の電極を形成するに先立って絶縁体層を形成することを特徴とする、請求項 2 5に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

3 0 . 基板と、該基板上に配置され該基板側の下方電極層及びこれと対をなす上方電極層の間に圧電体薄膜層を挟み込むように積層してなる挟み込み構造体とを備える薄膜音響共振器であって、

前記挟み込み構造体は更に前記下方電極層と前記基板との間に位置し且つ前記下方電極層と接合された密着電極層を有しており、該密着電極層は前記基板に前記挟み込み構造体の振動を許容するように形成された窪みの周囲において前記基板と接合されていることを特徴とする薄膜音響共振

3 1 . 前記密着電極層は環状に形成されていることを特徴とする、請求項 3 0に記載の薄膜音響共振器。

3 2 . 前記密着電極層の前記下方電極層と接する部分の平面面積を

S 1とし、前記下方電極層の平面面積を S 2としたとき、 0 . 0 1 X S 2 ≤S 1≤0 . 5 X S 2の関係が成り立つことを特徴とする、請求項 3 0に

3 3 . 前記上方電極層は前記密着電極層の内側に対応する領域に位置することを特徴とする、請求項 3 0に記載の薄膜音響共振器。

3 4 . 前記密着電極層は T i、 C r、 N i、 T aより選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されていることを特徴とする、請求項 3 0に

3 5 . 前記下方電極層は A u、 P "b、 W、 M oより選ばれる少なくとも一種を含む材料で構成されていることを特徴とする、請求項 3 0に記載の薄膜音響共振器。

3 6 . 前記圧電体薄膜層は A 1 Nまたは Z n Oで構成されていることを特徴とする、請求項 3 0に記載の薄膜音響共振器。

3 7 . 請求項 3 0の薄膜音響共振器を製造する方法であって、窪みが形成されている基板の表面において前記窪みの周囲に密着電極層を形成し、該密着電極層より内側の前記窪みに対応する領域にて前記基板の表面上に犠牲層を形成し、該犠牲層の表面を研磨して高さの R M S変動が 2 5 n m以下となるように平滑化し、前記犠牲層及び前記密着電極層の上に下方電極層、圧電体薄膜層及び上方電極層を順次形成し、しかる後に前記犠牲層を除去することを特徴とする、薄膜音響共振器の製造方法。

3 8 . 前記犠牲層の表面を研磨して高さの R M S変動が 2 0 n m以下となるように平滑化することを特徴とする、請求項 3 7に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

- 3 9 . 前記犠牲層の形成は、先ず前記基板及び前記密着電極層を覆うように犠牲層材料の層を形成し、次いで該犠牲層材料の層を前記密着電極層の表面が露出するように研磨することで行われることを特徴とする、請求項 3 7に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

4 0 . 前記犠牲層の除去はェツチングにより行われることを特徴とする、請求項 3 7に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

4 1 . 前記犠牲層としてガラス又はプラスチックを用いることを特徴とする、請求項 3 7に記載の薄膜音響共振器の製造方法。

4 2 . 基板と、該基板上に形成された圧電積層構造体とを有しており、前記圧電積層構造体の一部を含んで振動部が構成されており、前記圧電積層構造体は下部電極、圧電体膜および上部電極を前記基板の側からこの順に積層してなるものであり、前記基板は前記振動部に対応する領域に -て該振動部の振動を許容する空隙を形成している圧電薄膜共振子において、

前記圧電体膜が窒化アルミニウムを主成分とするものであり、前記下部電極および前記上部電極がモリブデンを主成分とするものであり、前記振動部は前記圧電積層構造体に接合された少なくとも 1層の酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁層の少なくとも一部を含んでなることを特徴とする圧電薄膜共振子。

4 3 . 前記圧電体膜の厚さ tと前記少なくとも 1層の絶縁層の厚さの合計七' とが 0 . l≤t ' / t≤0 . 5の関係を満たすことを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

4 4 . 前記圧電体膜は前記窒化アルミニウムの含有量が 9 0当量％以上であることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。 - 4 5 . 前記絶縁層は前記酸化シリコンまたは窒化シリコンの含有量が 5 0当量％以上であることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

4 6 . 前記下部電極及び前記上部電極は前記モリブデンの含有量が 8 0当量％以上であることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

4 7 . 前記絶縁層のうちの 1つが前記基板の表面上に形成されていることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

• 4 8 . 前記絶縁層のうちの 1つが前記圧電積層構造体の前記基板と反対の側の表面上に形成されていることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

4 9 . 前記基板はシリコン単結晶からなることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

5 0 . 前記上部電極は互いに離隔して形成された第 1の電極部と第 2の電極部とからなることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振子。

5 1 . 2 . 0 G H z近傍における共振周波数及び反共振周波数の測定値から求めた電気機械結合係数が 4 . 0〜6 . 5 %であり、音響的品質係数が 7 5 0〜2 0 0 0であり、共振周波数の温度係数が— 2 0〜2 0 P P m / °Cであることを特徴とする、請求項 4 2に記載の圧電薄膜共振 •子。