圧電薄膜デバイス
【課題】圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けないようにする。
【解決手段】圧電薄膜共振子１は、支持基板１１に支持された圧電体薄膜１５の両主面に下面電極１４及び上面電極１６を形成し、圧電体薄膜１５を挟んで下面電極１４及び上面電極１６を対向させた構造を有する。導電体薄膜１６０１に導電体薄膜１６０２を付加して部分的に膜厚を厚くした上面電極１６は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する。このような膜厚の分布を有する上面電極１６を採用すれば、圧電薄膜共振子が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子１が副共振の影響を受けにくくなる。
【解決手段】圧電薄膜共振子１は、支持基板１１に支持された圧電体薄膜１５の両主面に下面電極１４及び上面電極１６を形成し、圧電体薄膜１５を挟んで下面電極１４及び上面電極１６を対向させた構造を有する。導電体薄膜１６０１に導電体薄膜１６０２を付加して部分的に膜厚を厚くした上面電極１６は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する。このような膜厚の分布を有する上面電極１６を採用すれば、圧電薄膜共振子が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子１が副共振の影響を受けにくくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）は、圧電体薄膜の両主面に電極膜を形成し、圧電体薄膜を挟んで電極膜を対向させた構造を有する。圧電薄膜共振子は、厚み縦振動や厚みすべり振動に由来する電気的な応答を利用した共振子となっている。したがって、圧電薄膜共振子の共振周波数は、圧電体薄膜の膜厚に依存する。
【０００３】
なお、特許文献１は、本願発明と関連する先行技術文献であり、電極膜の膜厚が均一ではない圧電薄膜共振子に言及している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−００６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、圧電薄膜共振子は、異種の材料を積層した構造を有しているので、材料の熱膨張係数や格子定数の差に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合がある。また、圧電体薄膜に加工を加えた場合、加工により圧電体薄膜に生じた残留応力に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合もある。すなわち、圧電薄膜共振子には、圧電体薄膜を完全に平坦にすることが困難であり、圧電体薄膜の膜厚が変動することがあるという問題がある。そして、このような圧電体薄膜の膜厚の変動は、圧電薄膜共振子が複数の共振周波数で共振するようになる、すなわち、圧電薄膜共振子が希望しない副共振の影響を受けるようになるという問題を引き起こす。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する電極膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。
【０００８】
請求項２の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイスである。
【０００９】
請求項３の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイスである。
【００１０】
請求項４の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する導電体の電極膜と、前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。
【００１１】
請求項５の発明は、前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。
【００１２】
請求項６の発明は、前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上の細長形状である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けにくくなる。
【００１４】
請求項４又は請求項５の発明によれば、副共振をより強力に抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、単独の圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）を例として、本発明の圧電薄膜デバイスの望ましい実施形態について説明する。しかし、以下で説明する実施形態は、本発明の圧電薄膜デバイスが単独の圧電薄膜共振子に限定されることを意味するものではない。すなわち、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的にいえば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を包含している。
【００１６】
＜１ 第１実施形態＞
＜１．１ 全体構造＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子１の模式図である。図１は、圧電薄膜共振子１の斜視図、図２は、圧電薄膜共振子１の平面図、図３は、図２のA-Aで示される切断線における圧電薄膜共振子１の断面図となっている。
【００１７】
図１〜図３に示すように、圧電薄膜共振子１は、支持基板１１の上に、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６，１７をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板１９５（後述）を除去加工することにより圧電体薄膜１５を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜１５は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、除去加工に先立って、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４を形成した圧電体基板１９５を支持体となる支持基板１１にあらかじめ接着している。
【００１８】
＜１．２ 支持基板＞
支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板１９５を除去加工するときに、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成された圧電体基板１９５を接着層１２を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造後に、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成され、上面電極１６，１７が上面に形成された圧電体薄膜１５を接着層１２を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板１１には、圧電体基板１９５を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
【００１９】
支持基板１１を構成する材料及び支持基板１１の板厚は、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板１１の材料を、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子１の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができ、圧電薄膜共振子１の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、支持基板１１と圧電体薄膜１５とで各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましく、支持基板１１と圧電体薄膜１５とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板１１と圧電体薄膜１５とで結晶方位を一致させることが望ましい。
【００２０】
＜１．３ 接着層＞
接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板１９５を除去加工するときに、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成された圧電体基板１９５を支持基板１１に接着固定する役割を有している。加えて、接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造後に、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成され、上面電極１６，１７が上面に形成された圧電体薄膜１５を支持基板１１に接着固定する役割も有している。したがって、接着層１２には、圧電体基板１９５を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
【００２１】
このような要請を満足する接着層１２の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤（熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤）やアクリル接着剤（光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤）により形成された接着層１２を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、支持基板１１と圧電体基板１９５との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板１９５の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層１２によって支持基板１１と圧電体薄膜１５とが接着固定されることを妨げるものではない。
【００２２】
＜１．４ キャビティ形成膜＞
キャビティ形成膜１３は、絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜１３は、自由振動領域１９２の外側に形成され、自由振動領域１９２において下面電極１４と圧電体薄膜１５と上面電極１６とを積層した振動体１０を支持基板１１から隔てるキャビティ（空洞）１３５を形成している。このようなスペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜１３により、振動体１０を支持基板１１で支持しつつ、自由振動領域１９２において振動体１０が支持基板１１と干渉することを防止することができるようになる。キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素（SiO2）等の絶縁材料から選択することが望ましい。
【００２３】
＜１．５ 圧電体薄膜＞
圧電体薄膜１５は、圧電体基板１９５を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜１５は、単独で自重に耐え得る厚み（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板１９５を、単独で自重に耐え得ない膜厚（例えば、１０μｍ以下）まで除去加工で薄肉化することにより得られる。
【００２４】
圧電体薄膜１５を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶（SiO2）、ニオブ酸リチウム(LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）、四ホウ酸リチウム（Li2B4O7）、酸化亜鉛（ZnO）、ニオブ酸カリウム（KNbO3）及びランガサイト（La3Ga3SiO14）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜１５を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜１５の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上することができるからである。
【００２５】
また、圧電体薄膜１５における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜１５における結晶方位は、圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「０」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。
【００２６】
圧電体基板１９５の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜１５の品質を向上し、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板１９５を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板１９５を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板１９５に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板１９５を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子１の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜１５の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。
【００２７】
このような圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料や圧電体薄膜１５における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料や圧電体薄膜１５における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子１では、所望の特性を実現することが容易になっている。
【００２８】
圧電体薄膜１５には、圧電体薄膜１５の下面と上面との間を貫通し、圧電体薄膜１５を挟んで対向する下面電極１４と上面電極１７とを導通させるバイアホール１５５が形成されている。バイアホール１５５は、その内側面に成膜された導電体薄膜により下面電極１４と上面電極１７とを電気的に接続する。
【００２９】
圧電薄膜共振子１では、図３に示すように、圧電体薄膜１５の上面はほぼ平坦となっているが、圧電体薄膜１５の下面は自由振動領域１９２において下方に湾曲している。このため、圧電体薄膜１５の膜厚は、自由振動領域１９２の周縁部から中心部へ向かって連続的に厚くなってゆく。このような膜厚の変動が生じるのは、キャビティ形成膜１２が成膜されていない自由振動領域１９２とキャビティ形成膜１２が成膜されている固定領域１９３とでは、圧電薄膜共振子１の製造途上において圧電体薄膜１５に加わる応力が異なること等による。
【００３０】
＜１．６ 下面電極及び上面電極＞
下面電極１４及び上面電極１６，１７は、それぞれ、圧電体薄膜１５の下面及び上面に導電材料を成膜することにより形成された導電体薄膜である。
【００３１】
下面電極１４及び上面電極１６，１７を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）、金（Au）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)及びタンタル（Ta）等の金属から選択することが望ましい。もちろん、下面電極１４及び上面電極１６，１７を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、下面電極１４及び上面電極１６，１７を形成してもよい。
【００３２】
下面電極１４の一部を占める細長矩形の駆動部１４１と、上面電極１６の一部を占める細長矩形の駆動部１６１とは、対向領域１９１において、圧電体薄膜１５を挟んで対向している。下面電極１４の駆動部１４１を除く残余を占める給電部１４２は、バイアホール１５５によって、上面電極１７に接続されている。
【００３３】
駆動部１４１及び駆動部１６１の平面形状を細長形状にしたのは、副共振をより強力に抑制するためである。ここで、「細長形状」とは、駆動部１４１及び駆動部１６１の長手方向の長さ（矩形の長辺や楕円形の長軸等の長さ）が短手方向の長さ（矩形の短辺や楕円形の短軸等の長さ）の２倍以上、望ましくは４倍以上、さらに望ましくは１０倍以上である平面形状をいう。ただし、このことは、平面形状が細長形状でない駆動部１４１及び駆動部１６１を採用することを妨げない。
【００３４】
このような下面電極１４及び上面電極１６，１７により、圧電薄膜共振子１では、外部に露出している、上面電極１６の駆動部１６１を除く残余を占める給電部１６２と上面電極１７とに励振信号が印加されると、下面電極１４の駆動部１４１と上面電極１６の駆動部１６１とに励振信号が印加され、自由振動領域１９２に振動が励振される。これにより、圧電薄膜共振子１は、厚み縦振動又は厚みすべり振動を利用したエネルギー閉じ込め型の共振子として機能する。
【００３５】
なお、圧電薄膜共振子１では、対向領域１９１が自由振動領域１９２を内包するようにしている。このように、対向領域１９１の周縁部が接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１に固定されるようにすると、圧電薄膜共振子１の副共振をより強力に抑制することができる。ただし、このことは、自由振動領域１９２が対向領域１９１を内包するようにすることを妨げない。
【００３６】
図３に示すように、上面電極１６は、自由振動領域１９２において、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより形成されている。導電体薄膜１６０２は、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に付加されている。導電体薄膜１６０１を構成する導電材料と導電体薄膜１６０２を構成する導電材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、ウェットエッチングを利用してフォトリソグラフィプロセスにより上面電極１６を形成する場合は、選択的なエッチングを行う必要があるので、導電体薄膜１６０１と導電体薄膜１６０２とを異なる導電材料で構成することが望ましい。
【００３７】
このように、導電体薄膜１６０１に導電体薄膜１６０２を付加加工して部分的に膜厚を厚くした上面電極１６は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有するようになる。このような膜厚の分布を有する上面電極１６を採用すれば、圧電薄膜共振子１が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子１が副共振（スプリアス）の影響を受けにくくなる。
【００３８】
なお、圧電体薄膜１５の膜厚が連続的に変化する場合は、上面電極１６の膜厚も連続的に変化させること、すなわち、圧電体薄膜１５の膜厚が連続的に厚くなるにつれて上面電極１６の膜厚が連続的に薄くなるようにすることが最も望ましいが、図３に示すように、上面電極１６の膜厚を段階的に変化させるだけでも実用的な副共振の抑制効果を得ることができる。もちろん、膜厚を２段階に変化させることは必須ではなく、３段階以上に変化させてもよい。このように膜厚が段階的に変化する上面電極１６は、膜厚が連続的に変化するものよりも容易に形成することができる。
【００３９】
また、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極１５を形成することに代えて、又は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極１５を形成することに加えて、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する下面電極１４を形成してもよい。
【００４０】
＜１．７ 膜厚の分布に関する基本的な考え方＞
厚さ方向に分極された膜状の圧電体１５ａの下面及び上面にそれぞれ膜状の下面電極１４ａ及び上面電極１６ａを形成した図４の断面図に示す縦効果振動子１ａは、図５の回路図に示す等価回路１ｂでモデリングすることができ、縦効果振動子１ａのインピーダンスは、電気ポート１５３ｂのインピーダンスとして表すことができる。このモデリングは、周知のメイソンの手法によるものである。
【００４１】
等価回路１ｂは、膜厚を無視できる電極を両主面に形成した圧電体１５ａをモデリングした３ポート等価回路１５ｂと、下面電極１４ａをモデリングした２ポート等価回路１４ｂと、上面電極１６ａをモデリングした２ポート等価回路１６ｂとの結合とみなすことができる。
【００４２】
３ポート等価回路１５ｂは２個の機械ポート１５１ｂ，１５２ｂと１個の電気ポート１５３ｂとを備え、２ポート等価回路１４ｂは２個の機械ポート１４１ｂ，１４２ｂを備え、２ポート等価回路１６ｂは２個の機械ポート１６１ｂ，１６２ｂを備える。３ポート等価回路１５ｂの機械ポート１５１ｂは２ポート等価回路１４ｂの機械ポート１４２ｂと接続され、３ポート等価回路１５ｂの機械ポート１５２ｂは、２ポート等価回路１６ｂの機械ポート１６１ｂと接続されている。また、２ポート等価回路１４ｂの機械ポート１４１ｂは、下面電極１４ａの下方の媒質が音響インピーダンスを実質的に０とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。２ポート等価回路１６ｂの機械ポート１６２ｂも、上面電極１６ａの上方の媒質が音響インピーダンスを実質的に０とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。
【００４３】
３ポート等価回路１５ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１５４ｂ，１５５ｂ，１５６ｂを備える。リアクタンス素子１５４ｂの一端とリアクタンス素子１５５ｂの一端とリアクタンス素子１５６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス１５４ｂの他端は、理想トランス１５７ｂの２次側を介して、機械ポート１５１ｂの接地端及び機械ポート１５２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１５５ｂの他端は、機械ポート１５１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１５６ｂの他端は、機械ポート１５２ｂの信号端に接続されている。また、３ポート等価回路１５ｂは、逆Ｌ型に接続された容量素子１５８ｂ及び負性容量素子１５９ｂを備える。容量素子１５８ｂの一端は電気ポート１５３ｂの信号端に接続され、容量素子１５８ｂの他端は電気ポート１５３ｂの接地端及び理想トランス１５７ｂの１次側の一端に接続される。負性容量素子１５９ｂの一端は電気ポート１５３ｂの信号端に接続され、負性容量素子１５９ｂの他端は理想トランス１５７ｂの他端に接続される。
【００４４】
リアクタンス素子１５４ｂのインピーダンスＺa1及びリアクタンス素子１５５ｂ、１５６ｂのインピーダンスＺb1は、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの膜厚Ｌ1、圧電体１５ａの中における音速ν1、圧電体１５ａの密度ρ1、角周波数ω（＝２πｆ）を用いて、それぞれ、式１及び式２で表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
【数２】
【００４７】
また、２ポート等価回路１４ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１４４ｂ，１４５ｂ，１４６ｂを備える。リアクタンス素子１４４ｂの一端とリアクタンス素子１４５ｂの一端とリアクタンス素子１４６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス素子１４４ｂの他端は、機械ポート１４１ｂの接地端及び機械ポート１４２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１４５ｂの他端は、機械ポート１４１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１４６ｂの他端は、機械ポート１４２ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１４４ｂのインピーダンスＺa2及びリアクタンス素子１４５ｂ，１４６ｂのインピーダンスＺb2は、下面電極１４ａの面積Ｓ2、下面電極１４ａの膜厚Ｌ2、下面電極１４ａの中における音速ν2、下面電極１４ａの密度ρ2、角周波数ωを用いて、それぞれ、式３及び式４で表される。
【００４８】
【数３】
【００４９】
【数４】
【００５０】
同様に、２ポート等価回路１６ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１６４ｂ，１６５ｂ，１６６ｂを備える。リアクタンス素子１６４ｂの一端とリアクタンス素子１６５ｂの一端とリアクタンス素子１６６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス１６４ｂの他端は、機械ポート１６１ｂの接地端及び機械ポート１６２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１６５ｂの他端は、機械ポート１６１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１６６ｂの他端は、機械ポート１６２ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１６４ｂのインピーダンスＺa3及びリアクタンス素子１６５ｂ，１６６ｂのインピーダンスＺb3は、上面電極１６ａの面積Ｓ3、上面電極１６ａの膜厚Ｌ3、上面電極１６ａの中における音速ν3、上面電極１６ａの密度ρ3、角周波数ωを用いて、それぞれ、式５及び式６で表される。
【００５１】
【数５】
【００５２】
【数６】
【００５３】
したがって、理想トランス１５７ｂの変成比をｎとすれば、理想トランス１５７ｂの１次側からみたアドミタンスは式７で表され、電気ポート１５３ｂからみたアドミタンスＹは、容量素子１５８ｂのキャパシタンスＣdを用いて式８で表される。
【００５４】
【数７】
【００５５】
【数８】
【００５６】
ここで、電気ポート１５３ｂからみたインピーダンスは共振周波数ｆrにおいて「０」となるので、共振周波数ｆrは、式８の分母を０として得られた式を周波数ｆについて解けば得ることができ、共振周波数ｆrは、膜厚Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の関数として、式９で表される。
【００５７】
【数９】
【００５８】
式９からわかるように、自由振動領域１９２において下面電極１４の膜厚及び上面電極１６の膜厚が一定のまま圧電体１５の膜厚が増減すれば、自由振動領域１９２において共振周波数も変動するが、自由振動領域１９２において圧電体１５の膜厚の増減に応じて下面電極１４の膜厚や上面電極１６の膜厚を減増すれば自由振動領域１９２における共振周波数の変動を小さくすることができ、副共振を抑制することができる。例えば、自由振動領域１９２をｎ個の領域Ｒi（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）に分割し、式９により特定される領域Ｒiの共振周波数ｆriの偏差が小さくなるように、領域Ｒiの各々における下面電極１４や上面電極１６の膜厚を減増すれば、副共振を抑制することができる。
【００５９】
なお、容量素子１５８ｂのキャパシタンスＣdは、圧電体１５ａの誘電率ε33 、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの板厚Ｌ1を用いて式１０で表され、理想トランス１５７ｂの変成比ｎは、圧電体１５ａの圧電定数ｅ33 、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの板厚Ｌ1を用いて式１１で表される。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
【数１１】
【００６２】
＜１．８ 製造方法＞
続いて、支持基板１１及び圧電体薄膜１５を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層１２を構成する材料としてエポキシ接着剤、キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素、下面電極１４を構成する導電材料としてモリブデン、上面電極１６を構成する導電材料として金を用いた場合を例として、圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する。ただし、以下で説明する製造方法は例示に過ぎず、所望の特性に応じて材料を変更することを妨げるものではない。また、圧電体薄膜１５を圧電体基板１９５の除去加工により得ることも必須ではなく、従来から行われているように、支持基板の上に下面電極、圧電体薄膜及び上面電極をスパッタリング等の付加加工で順次成膜することにより圧電薄膜共振子１を製造してもよい。
【００６３】
なお、以下で説明する製造方法においては、圧電薄膜共振子１は、製造原価の低減のために、多数（典型的には、数１００個〜数１０００個）の圧電薄膜共振子１を一体化したマザー基板を作製した後に、当該マザー基板をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離することによって得られている。
【００６４】
以下では、便宜上、当該マザー基板に含まれる１個の圧電薄膜共振子１に着目して説明を進めるが、マザー基板に含まれる他の圧電薄膜共振子１も着目した圧電薄膜共振子１と同時平行して製造されている。
【００６５】
圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、最初に、圧電体基板１９５の下面の全面にモリブデン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、下面電極１４を得る（図６）。
【００６６】
続いて、圧電体基板１９５の下面の全面に二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、キャビティ形成膜１３を形成する（図７）。
【００６７】
さらに続いて、支持基板１１の上面に接着層１２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板１１の上面と、下面電極１４及びキャビティ形成膜１３が形成された圧電体基板１９５の下面とを張り合わせる。そして、支持基板１１及び圧電体基板１９５に圧力を印加してプレス圧着を行う。しかる後に、エポキシ接着剤を硬化させ、支持基板１１と圧電体基板１９５を接着する（図８）。
【００６８】
支持基板１１と圧電体基板１９５との接着が完了した後、圧電体基板１９５を支持基板１１に接着した状態を維持したまま、支持基板１１の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板１９５の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板１９５を薄肉化する。さらに、圧電体基板１９５の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板１９５をさらに薄肉化する。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板１９５に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板１９５の仕上げ研磨を行い、所望の膜厚の圧電体薄膜１５を得る（図９）。なお、図９には、圧電体基板１９５を除去加工して圧電体薄膜１５を得た際に圧電体薄膜１５の膜厚の変動が生じた状態が示されている。ただし、他の工程において圧電体薄膜１５の膜厚の変動が生じることもありうる。
【００６９】
次に、圧電体薄膜１５の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、クロム膜と金膜とを圧電体薄膜１５の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜１５の、バイアホール１５５を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスク１９６を得る（図１０）。
【００７０】
エッチングマスク１９６の形成後、加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜１５のエッチングを行い、圧電体薄膜１５の上面と下面との間を貫通するバイアホール１５５を形成して下面電極１４を露出させるとともに、エッチングマスク１９６をエッチングにより除去する（図１１）。
【００７１】
そして、圧電体薄膜１５の上面の全面に金膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極１６の下層の導電体薄膜１６０１及び上面電極１７を得る（図１２）。このとき、バイアホール１５５の内側面にも導電体薄膜が形成されるので、下面電極１４と上面電極１７との導通が確保される。
【００７２】
さらに、導電体薄膜１６０１が形成された圧電体薄膜１５の上面に金膜をスパッタリングにより成膜し、上面電極１６の上層の導電体薄膜１６０２を得る。これにより、圧電薄膜共振子１が製造されたことになる（図３）。
【００７３】
＜１．９ 副共振の抑制効果＞
図１３は、駆動部１４１，１６１の平面形状を縦２００μｍ×横２５μｍの矩形、導電体薄膜１６０２の幅を３μｍ、導電体薄膜１６０２の膜厚を０．０８７μｍとした圧電薄膜共振子１の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図１４は、導電体薄膜１６０２が付加されていない点以外は当該圧電薄膜共振１と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図１３及び図１４からは、導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極１６に与えることにより、共振周波数より周波数が高い副共振を抑制できることがわかる。
【００７４】
＜２ 第２実施形態＞
図１５は、本発明の第２実施形態の圧電薄膜共振子２の模式図である。図１５は、圧電薄膜共振子２の断面図となっている。
【００７５】
図１５に示すように、圧電薄膜共振子２は、支持基板２１の上に、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２４、圧電体薄膜２５及び上面電極２６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子２は、上面電極２６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板２１、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２４、圧電体薄膜２５及び上面電極２６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００７６】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子２との相違は、圧電薄膜共振子１では、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子２では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して溝２６５を形成することにより、自由振動領域２９２において圧電体薄膜２５の膜厚の分布を相殺する上面電極２６の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子２では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜２５の膜厚が厚くなる自由振動領域２９２の中心部をレーザ加工やイオンビーム（ＩＢ）加工等で除去加工することにより、上面電極２６を形成している。
【００７７】
このような膜厚の分布を有する上面電極２６を採用しても、圧電薄膜共振子２が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子２が副共振の影響を受けにくくなる。
【００７８】
＜３ 第３実施形態＞
図１６は、本発明の第３実施形態の圧電薄膜共振子３の模式図である。図１６は、圧電薄膜共振子３の断面図となっている。
【００７９】
図１６に示すように、圧電薄膜共振子３は、支持基板３１の上に、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子３は、圧電体薄膜３５、上面電極３６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００８０】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子３との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子３では、圧電体薄膜３５の下面が自由振動領域３９２において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜３６０１の上に重ねて、圧電体薄膜３５の膜厚が薄くなる自由振動領域３９２の中心部に導電体薄膜３６０２を付加し、自由振動領域３９２において圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００８１】
このような膜厚の分布を有する上面電極３６を採用しても、圧電薄膜共振子３が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子３が副共振の影響を受けにくくなる。
【００８２】
＜４ 第４実施形態＞
図１７は、本発明の第４実施形態の圧電薄膜共振子４の模式図である。図１７は、圧電薄膜共振子４の断面図となっている。
【００８３】
図１７に示すように、圧電薄膜共振子４は、支持基板４１の上に、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４４、圧電体薄膜４５及び上面電極４６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子４は、上面電極４６を除いては、圧電薄膜共振子３と同様の構造を有し、支持基板４１、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４４、圧電体薄膜４５及び上面電極４６は、それぞれ、圧電薄膜共振子３の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６に相当するものとなっている。
【００８４】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子４との相違は、圧電薄膜共振子３では、均一な膜厚の導電体薄膜３６０１の一部にさらに導電体薄膜３６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子４では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより、自由振動領域４９２において圧電体薄膜４５の膜厚の分布を相殺する上面電極４６の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子４では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜４５の膜厚が厚くなる自由振動領域４９２の周縁部を除去加工することにより、上面電極４６を形成している。
【００８５】
このような膜厚の分布を有する上面電極４６を採用しても、圧電薄膜共振子４が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子４が副共振の影響を受けにくくなる。
【００８６】
例えば、図１８は、駆動部４４１，４６１の平面形状を縦２００μｍ×横２５μｍの矩形、除去加工することにより得られた溝４６５の幅を４．５μｍ、イオンビーム（ＩＢ）を用いた除去加工により形成した溝の幅を４．５μｍの深さを０．１５μｍとした圧電薄膜共振子４の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図１９は、溝４６５が形成されていない点以外は圧電薄膜共振１と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図１８及び図１９からは、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して、圧電体薄膜４５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極４６に与えることにより、共振周波数より周波数が低い副共振を抑制できることがわかる。
【００８７】
＜５ 第５実施形態＞
図２０は、本発明の第５実施形態の圧電薄膜共振子５の模式図である。図２０は、圧電薄膜共振子５の断面図となっている。
【００８８】
図２０に示すように、圧電薄膜共振子５は、支持基板５１の上に、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５４、圧電体薄膜５５及び上面電極５６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子５は、圧電体薄膜５５、上面電極５６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板５１、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５４、圧電体薄膜５５及び上面電極５６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００８９】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子５との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子５では、圧電体薄膜５５の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜５５の上面が下方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜５６０１の上に重ねて、圧電体薄膜５５の膜厚が薄くなる自由振動領域５９２の中心部に導電体薄膜５６０２を付加し、自由振動領域５９２において圧電体薄膜５５の膜厚の分布を相殺する上面電極５６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９０】
このような膜厚の分布を有する上面電極５６を採用しても、圧電薄膜共振子５が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子５が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９１】
＜６ 第６実施形態＞
図２１は、本発明の第６実施形態の圧電薄膜共振子６の模式図である。図２１は、圧電薄膜共振子６の断面図となっている。
【００９２】
図２１に示すように、圧電薄膜共振子６は、支持基板６１の上に、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６４、圧電体薄膜６５及び上面電極６６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子６は、圧電体薄膜６５、上面電極６６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板６１、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６４、圧電体薄膜６５及び上面電極６６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００９３】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子６との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる対向領域１９１の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子６では、圧電体薄膜６５の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜６５の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜６６０１の上に重ねて、圧電体薄膜６５の膜厚が薄くなる伏部に導電体薄膜６６０２を付加し、自由振動領域６９２において圧電体薄膜６５の膜厚の分布を相殺する上面電極６６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９４】
このような膜厚の分布を有する上面電極６６を採用しても、圧電薄膜共振子６が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子６が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９５】
＜７ 第７実施形態＞
図２２は、本発明の第７実施形態の圧電薄膜共振子７の模式図である。図２２は、圧電薄膜共振子７の断面図となっている。
【００９６】
図２２に示すように、圧電薄膜共振子７は、支持基板７１の上に、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７４、圧電体薄膜７５及び上面電極７６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子７は、圧電体薄膜７５、上面電極７６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板７１、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７４、圧電体薄膜７５及び上面電極７６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００９７】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子７との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる対向領域１９１の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子７では、圧電体薄膜６５の下面及び上面がほぼ平坦で下面と上面とが非平行になっており、膜厚が均一な導電体薄膜７６０１の上に重ねて、圧電体薄膜７５の膜厚が薄くなる自由振動領域７９２の一端から圧電体薄膜７５の膜厚が厚くなる自由振動領域７９２の他端へ向かって膜厚が段階的に薄くなる導電体薄膜７６０２を付加し、自由振動領域７９２において圧電体薄膜７５の膜厚の分布を相殺する上面電極７６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９８】
このような膜厚の分布を有する上面電極７６を採用しても、圧電薄膜共振子７が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子７が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９９】
＜８ 第８実施形態＞
図２３は、本発明の第８実施形態の圧電薄膜共振子８の模式図である。図２３は、圧電薄膜共振子８の断面図となっている。
【０１００】
図２３に示すように、圧電薄膜共振子８は、支持基板８１の上に、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８４、圧電体薄膜８５、上面電極８６及び付加膜８７をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子８は、上面電極８６及び付加膜８７を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板８１、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８４、圧電体薄膜８５及び上面電極８６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【０１０１】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子８との相違は、圧電薄膜共振子１では、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子８では、均一な膜厚の導電体薄膜からなる上面電極８６の一部にさらに絶縁体薄膜からなる付加膜８７を付加加工することにより、自由振動領域８９２において圧電体薄膜８５の膜厚の分布を相殺する上面電極８６と付加膜８７との積層膜８８の膜厚の分布を得ている点にある。付加膜８７を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素（SiO2）等の絶縁材料から選択することが望ましい。
【０１０２】
このような膜厚の分布を有する積層膜８８を採用しても、圧電薄膜共振子８が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子８が副共振の影響を受けにくくなる。
【０１０３】
＜９ 第９実施形態＞
図２４は、本発明の第９実施形態の圧電薄膜共振子９の模式図である。図２４は、圧電薄膜共振子９の断面図となっている。
【０１０４】
図２４に示すように、圧電薄膜共振子９は、支持基板９１の上に、接着層９２、キャビティ形成膜９３、下面電極９４、圧電体薄膜９５及び上面電極９６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子９は、圧電体薄膜９５、上面電極９６を除いては、圧電薄膜共振子３と同様の構造を有し、支持基板９１、接着層９２、キャビティ形成膜９３、下面電極９４、圧電体薄膜９５及び上面電極９６は、それぞれ、圧電薄膜共振子３の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６に相当するものとなっている。
【０１０５】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子９との相違は、圧電薄膜共振子３では、圧電体薄膜３５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜３５の下面が自由振動領域３９２において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜３６０１の上に重ねて、圧電体薄膜３５の膜厚が薄くなる自由振動領域３９２の中心部に導電体薄膜３６０２を付加し、自由振動領域３９２において圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子９では、圧電体薄膜９５の下面が自由振動領域９６２において上方に湾曲しているとともに圧電体薄膜９５の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜９６０１の上に重ねて、圧電体薄膜９５の膜厚が薄くなる自由振動領域９６２の中心部の伏部に導電体薄膜９６０２を付加し、自由振動領域９６２において圧電体薄膜９５の膜厚の分布を相殺する上面電極９６の膜厚の分布を得ている点にある。
【０１０６】
圧電体薄膜９５の上面及び下面の両方が非平坦である圧電薄膜共振子９において、このような膜厚の分布を有する上面電極９６を採用しても、圧電薄膜共振子９が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子９が副共振の影響を受けにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３】図２のA-Aの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４】縦効果振動子の断面図である。
【図５】縦効果振動子の等価回路を示す回路図である。
【図６】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図７】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図８】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図９】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１０】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１１】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１２】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１３】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１４】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１８】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１９】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第５実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２１】本発明の第６実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２２】本発明の第７実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２３】本発明の第８実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２４】本発明の第９実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２，３，４，５，６，７，８，９ 圧電薄膜共振子
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ 支持基板
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ 接着層
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３ キャビティ形成膜
１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９４ 下面電極
１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５，９５ 圧電体薄膜
１６，２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６，９６ 上面電極
８７ 付加膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）は、圧電体薄膜の両主面に電極膜を形成し、圧電体薄膜を挟んで電極膜を対向させた構造を有する。圧電薄膜共振子は、厚み縦振動や厚みすべり振動に由来する電気的な応答を利用した共振子となっている。したがって、圧電薄膜共振子の共振周波数は、圧電体薄膜の膜厚に依存する。
【０００３】
なお、特許文献１は、本願発明と関連する先行技術文献であり、電極膜の膜厚が均一ではない圧電薄膜共振子に言及している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−００６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、圧電薄膜共振子は、異種の材料を積層した構造を有しているので、材料の熱膨張係数や格子定数の差に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合がある。また、圧電体薄膜に加工を加えた場合、加工により圧電体薄膜に生じた残留応力に起因して、圧電体薄膜に反りが発生したり、圧電体薄膜が変形したりしてしまう場合もある。すなわち、圧電薄膜共振子には、圧電体薄膜を完全に平坦にすることが困難であり、圧電体薄膜の膜厚が変動することがあるという問題がある。そして、このような圧電体薄膜の膜厚の変動は、圧電薄膜共振子が複数の共振周波数で共振するようになる、すなわち、圧電薄膜共振子が希望しない副共振の影響を受けるようになるという問題を引き起こす。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する電極膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。
【０００８】
請求項２の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイスである。
【０００９】
請求項３の発明は、前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイスである。
【００１０】
請求項４の発明は、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する導電体の電極膜と、前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板とを備え、前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している。
【００１１】
請求項５の発明は、前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。
【００１２】
請求項６の発明は、前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上の細長形状である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電体薄膜の膜厚の変動があっても圧電薄膜共振子が副共振の影響を受けにくくなる。
【００１４】
請求項４又は請求項５の発明によれば、副共振をより強力に抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、単独の圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）を例として、本発明の圧電薄膜デバイスの望ましい実施形態について説明する。しかし、以下で説明する実施形態は、本発明の圧電薄膜デバイスが単独の圧電薄膜共振子に限定されることを意味するものではない。すなわち、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的にいえば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を包含している。
【００１６】
＜１ 第１実施形態＞
＜１．１ 全体構造＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子１の模式図である。図１は、圧電薄膜共振子１の斜視図、図２は、圧電薄膜共振子１の平面図、図３は、図２のA-Aで示される切断線における圧電薄膜共振子１の断面図となっている。
【００１７】
図１〜図３に示すように、圧電薄膜共振子１は、支持基板１１の上に、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６，１７をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、単独で自重に耐え得る圧電体基板１９５（後述）を除去加工することにより圧電体薄膜１５を得ているが、除去加工によって得られる圧電体薄膜１５は単独で自重に耐え得ない。このため、圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、除去加工に先立って、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４を形成した圧電体基板１９５を支持体となる支持基板１１にあらかじめ接着している。
【００１８】
＜１．２ 支持基板＞
支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板１９５を除去加工するときに、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成された圧電体基板１９５を接着層１２を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板１１は、圧電薄膜共振子１の製造後に、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成され、上面電極１６，１７が上面に形成された圧電体薄膜１５を接着層１２を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板１１には、圧電体基板１９５を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
【００１９】
支持基板１１を構成する材料及び支持基板１１の板厚は、このような要請を満足するように、適宜選択することができる。ただし、支持基板１１の材料を、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と近い熱膨張率、より望ましくは、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と同じ熱膨張率を有する材料、例えば、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料と同じ材料とすれば、圧電薄膜共振子１の製造途上において、熱膨張率の差に起因する反りや破損を抑制することができ、圧電薄膜共振子１の製造後において、熱膨張率の差に起因する特性変動や破損を抑制することができる。なお、熱膨張率に異方性がある材料を用いる場合、支持基板１１と圧電体薄膜１５とで各方向の熱膨張率がともに同じとなるように配慮することが望ましく、支持基板１１と圧電体薄膜１５とに同じ圧電材料を用いる場合、支持基板１１と圧電体薄膜１５とで結晶方位を一致させることが望ましい。
【００２０】
＜１．３ 接着層＞
接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造途上で圧電体基板１９５を除去加工するときに、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成された圧電体基板１９５を支持基板１１に接着固定する役割を有している。加えて、接着層１２は、圧電薄膜共振子１の製造後に、キャビティ形成膜１３及び下面電極１４が下面に形成され、上面電極１６，１７が上面に形成された圧電体薄膜１５を支持基板１１に接着固定する役割も有している。したがって、接着層１２には、圧電体基板１９５を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子１の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
【００２１】
このような要請を満足する接着層１２の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤（熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤）やアクリル接着剤（光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤）により形成された接着層１２を挙げることができる。このような樹脂を採用することにより、支持基板１１と圧電体基板１９５との間に期待しない空隙が生じることを防止し、当該空隙により圧電体基板１９５の除去加工時にクラック等が発生することを防止可能である。ただし、このことは、これ以外の接着層１２によって支持基板１１と圧電体薄膜１５とが接着固定されることを妨げるものではない。
【００２２】
＜１．４ キャビティ形成膜＞
キャビティ形成膜１３は、絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜１３は、自由振動領域１９２の外側に形成され、自由振動領域１９２において下面電極１４と圧電体薄膜１５と上面電極１６とを積層した振動体１０を支持基板１１から隔てるキャビティ（空洞）１３５を形成している。このようなスペーサとしての役割を有するキャビティ形成膜１３により、振動体１０を支持基板１１で支持しつつ、自由振動領域１９２において振動体１０が支持基板１１と干渉することを防止することができるようになる。キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素（SiO2）等の絶縁材料から選択することが望ましい。
【００２３】
＜１．５ 圧電体薄膜＞
圧電体薄膜１５は、圧電体基板１９５を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜１５は、単独で自重に耐え得る厚み（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板１９５を、単独で自重に耐え得ない膜厚（例えば、１０μｍ以下）まで除去加工で薄肉化することにより得られる。
【００２４】
圧電体薄膜１５を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶（SiO2）、ニオブ酸リチウム(LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）、四ホウ酸リチウム（Li2B4O7）、酸化亜鉛（ZnO）、ニオブ酸カリウム（KNbO3）及びランガサイト（La3Ga3SiO14）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜１５を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜１５の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上することができるからである。
【００２５】
また、圧電体薄膜１５における結晶方位も、所望の圧電特性を有する結晶方位を選択することができる。ここで、圧電体薄膜１５における結晶方位は、圧電薄膜共振子１の共振周波数や反共振周波数の温度特性が良好となる結晶方位とすることが望ましく、周波数温度係数が「０」となる結晶方位とすることがさらに望ましい。
【００２６】
圧電体基板１９５の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜１５の品質を向上し、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板１９５を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板１９５を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板１９５に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板１９５を削る速度が早くなり、圧電薄膜共振子１の生産性を向上することができるとともに、圧電体薄膜１５の品質を向上することにより、圧電薄膜共振子１の特性を向上することができる。
【００２７】
このような圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料や圧電体薄膜１５における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜１５を構成する圧電材料や圧電体薄膜１５における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、圧電薄膜共振子１では、所望の特性を実現することが容易になっている。
【００２８】
圧電体薄膜１５には、圧電体薄膜１５の下面と上面との間を貫通し、圧電体薄膜１５を挟んで対向する下面電極１４と上面電極１７とを導通させるバイアホール１５５が形成されている。バイアホール１５５は、その内側面に成膜された導電体薄膜により下面電極１４と上面電極１７とを電気的に接続する。
【００２９】
圧電薄膜共振子１では、図３に示すように、圧電体薄膜１５の上面はほぼ平坦となっているが、圧電体薄膜１５の下面は自由振動領域１９２において下方に湾曲している。このため、圧電体薄膜１５の膜厚は、自由振動領域１９２の周縁部から中心部へ向かって連続的に厚くなってゆく。このような膜厚の変動が生じるのは、キャビティ形成膜１２が成膜されていない自由振動領域１９２とキャビティ形成膜１２が成膜されている固定領域１９３とでは、圧電薄膜共振子１の製造途上において圧電体薄膜１５に加わる応力が異なること等による。
【００３０】
＜１．６ 下面電極及び上面電極＞
下面電極１４及び上面電極１６，１７は、それぞれ、圧電体薄膜１５の下面及び上面に導電材料を成膜することにより形成された導電体薄膜である。
【００３１】
下面電極１４及び上面電極１６，１７を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）、金（Au）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)及びタンタル（Ta）等の金属から選択することが望ましい。もちろん、下面電極１４及び上面電極１６，１７を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、下面電極１４及び上面電極１６，１７を形成してもよい。
【００３２】
下面電極１４の一部を占める細長矩形の駆動部１４１と、上面電極１６の一部を占める細長矩形の駆動部１６１とは、対向領域１９１において、圧電体薄膜１５を挟んで対向している。下面電極１４の駆動部１４１を除く残余を占める給電部１４２は、バイアホール１５５によって、上面電極１７に接続されている。
【００３３】
駆動部１４１及び駆動部１６１の平面形状を細長形状にしたのは、副共振をより強力に抑制するためである。ここで、「細長形状」とは、駆動部１４１及び駆動部１６１の長手方向の長さ（矩形の長辺や楕円形の長軸等の長さ）が短手方向の長さ（矩形の短辺や楕円形の短軸等の長さ）の２倍以上、望ましくは４倍以上、さらに望ましくは１０倍以上である平面形状をいう。ただし、このことは、平面形状が細長形状でない駆動部１４１及び駆動部１６１を採用することを妨げない。
【００３４】
このような下面電極１４及び上面電極１６，１７により、圧電薄膜共振子１では、外部に露出している、上面電極１６の駆動部１６１を除く残余を占める給電部１６２と上面電極１７とに励振信号が印加されると、下面電極１４の駆動部１４１と上面電極１６の駆動部１６１とに励振信号が印加され、自由振動領域１９２に振動が励振される。これにより、圧電薄膜共振子１は、厚み縦振動又は厚みすべり振動を利用したエネルギー閉じ込め型の共振子として機能する。
【００３５】
なお、圧電薄膜共振子１では、対向領域１９１が自由振動領域１９２を内包するようにしている。このように、対向領域１９１の周縁部が接着層１２及びキャビティ形成膜１３を介して支持基板１１に固定されるようにすると、圧電薄膜共振子１の副共振をより強力に抑制することができる。ただし、このことは、自由振動領域１９２が対向領域１９１を内包するようにすることを妨げない。
【００３６】
図３に示すように、上面電極１６は、自由振動領域１９２において、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより形成されている。導電体薄膜１６０２は、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に付加されている。導電体薄膜１６０１を構成する導電材料と導電体薄膜１６０２を構成する導電材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、ウェットエッチングを利用してフォトリソグラフィプロセスにより上面電極１６を形成する場合は、選択的なエッチングを行う必要があるので、導電体薄膜１６０１と導電体薄膜１６０２とを異なる導電材料で構成することが望ましい。
【００３７】
このように、導電体薄膜１６０１に導電体薄膜１６０２を付加加工して部分的に膜厚を厚くした上面電極１６は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有するようになる。このような膜厚の分布を有する上面電極１６を採用すれば、圧電薄膜共振子１が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子１が副共振（スプリアス）の影響を受けにくくなる。
【００３８】
なお、圧電体薄膜１５の膜厚が連続的に変化する場合は、上面電極１６の膜厚も連続的に変化させること、すなわち、圧電体薄膜１５の膜厚が連続的に厚くなるにつれて上面電極１６の膜厚が連続的に薄くなるようにすることが最も望ましいが、図３に示すように、上面電極１６の膜厚を段階的に変化させるだけでも実用的な副共振の抑制効果を得ることができる。もちろん、膜厚を２段階に変化させることは必須ではなく、３段階以上に変化させてもよい。このように膜厚が段階的に変化する上面電極１６は、膜厚が連続的に変化するものよりも容易に形成することができる。
【００３９】
また、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極１５を形成することに代えて、又は、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する上面電極１５を形成することに加えて、自由振動領域１９２において圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を有する下面電極１４を形成してもよい。
【００４０】
＜１．７ 膜厚の分布に関する基本的な考え方＞
厚さ方向に分極された膜状の圧電体１５ａの下面及び上面にそれぞれ膜状の下面電極１４ａ及び上面電極１６ａを形成した図４の断面図に示す縦効果振動子１ａは、図５の回路図に示す等価回路１ｂでモデリングすることができ、縦効果振動子１ａのインピーダンスは、電気ポート１５３ｂのインピーダンスとして表すことができる。このモデリングは、周知のメイソンの手法によるものである。
【００４１】
等価回路１ｂは、膜厚を無視できる電極を両主面に形成した圧電体１５ａをモデリングした３ポート等価回路１５ｂと、下面電極１４ａをモデリングした２ポート等価回路１４ｂと、上面電極１６ａをモデリングした２ポート等価回路１６ｂとの結合とみなすことができる。
【００４２】
３ポート等価回路１５ｂは２個の機械ポート１５１ｂ，１５２ｂと１個の電気ポート１５３ｂとを備え、２ポート等価回路１４ｂは２個の機械ポート１４１ｂ，１４２ｂを備え、２ポート等価回路１６ｂは２個の機械ポート１６１ｂ，１６２ｂを備える。３ポート等価回路１５ｂの機械ポート１５１ｂは２ポート等価回路１４ｂの機械ポート１４２ｂと接続され、３ポート等価回路１５ｂの機械ポート１５２ｂは、２ポート等価回路１６ｂの機械ポート１６１ｂと接続されている。また、２ポート等価回路１４ｂの機械ポート１４１ｂは、下面電極１４ａの下方の媒質が音響インピーダンスを実質的に０とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。２ポート等価回路１６ｂの機械ポート１６２ｂも、上面電極１６ａの上方の媒質が音響インピーダンスを実質的に０とみなすことができる空気であることを反映して短絡されている。
【００４３】
３ポート等価回路１５ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１５４ｂ，１５５ｂ，１５６ｂを備える。リアクタンス素子１５４ｂの一端とリアクタンス素子１５５ｂの一端とリアクタンス素子１５６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス１５４ｂの他端は、理想トランス１５７ｂの２次側を介して、機械ポート１５１ｂの接地端及び機械ポート１５２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１５５ｂの他端は、機械ポート１５１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１５６ｂの他端は、機械ポート１５２ｂの信号端に接続されている。また、３ポート等価回路１５ｂは、逆Ｌ型に接続された容量素子１５８ｂ及び負性容量素子１５９ｂを備える。容量素子１５８ｂの一端は電気ポート１５３ｂの信号端に接続され、容量素子１５８ｂの他端は電気ポート１５３ｂの接地端及び理想トランス１５７ｂの１次側の一端に接続される。負性容量素子１５９ｂの一端は電気ポート１５３ｂの信号端に接続され、負性容量素子１５９ｂの他端は理想トランス１５７ｂの他端に接続される。
【００４４】
リアクタンス素子１５４ｂのインピーダンスＺa1及びリアクタンス素子１５５ｂ、１５６ｂのインピーダンスＺb1は、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの膜厚Ｌ1、圧電体１５ａの中における音速ν1、圧電体１５ａの密度ρ1、角周波数ω（＝２πｆ）を用いて、それぞれ、式１及び式２で表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
【数２】
【００４７】
また、２ポート等価回路１４ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１４４ｂ，１４５ｂ，１４６ｂを備える。リアクタンス素子１４４ｂの一端とリアクタンス素子１４５ｂの一端とリアクタンス素子１４６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス素子１４４ｂの他端は、機械ポート１４１ｂの接地端及び機械ポート１４２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１４５ｂの他端は、機械ポート１４１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１４６ｂの他端は、機械ポート１４２ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１４４ｂのインピーダンスＺa2及びリアクタンス素子１４５ｂ，１４６ｂのインピーダンスＺb2は、下面電極１４ａの面積Ｓ2、下面電極１４ａの膜厚Ｌ2、下面電極１４ａの中における音速ν2、下面電極１４ａの密度ρ2、角周波数ωを用いて、それぞれ、式３及び式４で表される。
【００４８】
【数３】
【００４９】
【数４】
【００５０】
同様に、２ポート等価回路１６ｂは、Ｔ型に接続されたリアクタンス素子１６４ｂ，１６５ｂ，１６６ｂを備える。リアクタンス素子１６４ｂの一端とリアクタンス素子１６５ｂの一端とリアクタンス素子１６６ｂの一端とは接続されている。リアクタンス１６４ｂの他端は、機械ポート１６１ｂの接地端及び機械ポート１６２ｂの接地端に接続されている。リアクタンス素子１６５ｂの他端は、機械ポート１６１ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１６６ｂの他端は、機械ポート１６２ｂの信号端に接続されている。リアクタンス素子１６４ｂのインピーダンスＺa3及びリアクタンス素子１６５ｂ，１６６ｂのインピーダンスＺb3は、上面電極１６ａの面積Ｓ3、上面電極１６ａの膜厚Ｌ3、上面電極１６ａの中における音速ν3、上面電極１６ａの密度ρ3、角周波数ωを用いて、それぞれ、式５及び式６で表される。
【００５１】
【数５】
【００５２】
【数６】
【００５３】
したがって、理想トランス１５７ｂの変成比をｎとすれば、理想トランス１５７ｂの１次側からみたアドミタンスは式７で表され、電気ポート１５３ｂからみたアドミタンスＹは、容量素子１５８ｂのキャパシタンスＣdを用いて式８で表される。
【００５４】
【数７】
【００５５】
【数８】
【００５６】
ここで、電気ポート１５３ｂからみたインピーダンスは共振周波数ｆrにおいて「０」となるので、共振周波数ｆrは、式８の分母を０として得られた式を周波数ｆについて解けば得ることができ、共振周波数ｆrは、膜厚Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の関数として、式９で表される。
【００５７】
【数９】
【００５８】
式９からわかるように、自由振動領域１９２において下面電極１４の膜厚及び上面電極１６の膜厚が一定のまま圧電体１５の膜厚が増減すれば、自由振動領域１９２において共振周波数も変動するが、自由振動領域１９２において圧電体１５の膜厚の増減に応じて下面電極１４の膜厚や上面電極１６の膜厚を減増すれば自由振動領域１９２における共振周波数の変動を小さくすることができ、副共振を抑制することができる。例えば、自由振動領域１９２をｎ個の領域Ｒi（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）に分割し、式９により特定される領域Ｒiの共振周波数ｆriの偏差が小さくなるように、領域Ｒiの各々における下面電極１４や上面電極１６の膜厚を減増すれば、副共振を抑制することができる。
【００５９】
なお、容量素子１５８ｂのキャパシタンスＣdは、圧電体１５ａの誘電率ε33 、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの板厚Ｌ1を用いて式１０で表され、理想トランス１５７ｂの変成比ｎは、圧電体１５ａの圧電定数ｅ33 、圧電体１５ａの面積Ｓ1、圧電体１５ａの板厚Ｌ1を用いて式１１で表される。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
【数１１】
【００６２】
＜１．８ 製造方法＞
続いて、支持基板１１及び圧電体薄膜１５を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層１２を構成する材料としてエポキシ接着剤、キャビティ形成膜１３を構成する絶縁材料として二酸化ケイ素、下面電極１４を構成する導電材料としてモリブデン、上面電極１６を構成する導電材料として金を用いた場合を例として、圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する。ただし、以下で説明する製造方法は例示に過ぎず、所望の特性に応じて材料を変更することを妨げるものではない。また、圧電体薄膜１５を圧電体基板１９５の除去加工により得ることも必須ではなく、従来から行われているように、支持基板の上に下面電極、圧電体薄膜及び上面電極をスパッタリング等の付加加工で順次成膜することにより圧電薄膜共振子１を製造してもよい。
【００６３】
なお、以下で説明する製造方法においては、圧電薄膜共振子１は、製造原価の低減のために、多数（典型的には、数１００個〜数１０００個）の圧電薄膜共振子１を一体化したマザー基板を作製した後に、当該マザー基板をダイシングソーで切断して個々の圧電薄膜共振子１へ分離することによって得られている。
【００６４】
以下では、便宜上、当該マザー基板に含まれる１個の圧電薄膜共振子１に着目して説明を進めるが、マザー基板に含まれる他の圧電薄膜共振子１も着目した圧電薄膜共振子１と同時平行して製造されている。
【００６５】
圧電薄膜共振子１の製造にあたっては、最初に、圧電体基板１９５の下面の全面にモリブデン膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、下面電極１４を得る（図６）。
【００６６】
続いて、圧電体基板１９５の下面の全面に二酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、キャビティ形成膜１３を形成する（図７）。
【００６７】
さらに続いて、支持基板１１の上面に接着層１２となるエポキシ接着剤を塗布し、支持基板１１の上面と、下面電極１４及びキャビティ形成膜１３が形成された圧電体基板１９５の下面とを張り合わせる。そして、支持基板１１及び圧電体基板１９５に圧力を印加してプレス圧着を行う。しかる後に、エポキシ接着剤を硬化させ、支持基板１１と圧電体基板１９５を接着する（図８）。
【００６８】
支持基板１１と圧電体基板１９５との接着が完了した後、圧電体基板１９５を支持基板１１に接着した状態を維持したまま、支持基板１１の下面を研磨治具に接着固定し、圧電体基板１９５の上面を固定砥粒の研削機で研削加工し、圧電体基板１９５を薄肉化する。さらに、圧電体基板１９５の上面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、圧電体基板１９５をさらに薄肉化する。最後に、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で圧電体基板１９５に生じた加工変質層を除去するために、遊離砥粒及び不繊布系研磨パッドを使用して圧電体基板１９５の仕上げ研磨を行い、所望の膜厚の圧電体薄膜１５を得る（図９）。なお、図９には、圧電体基板１９５を除去加工して圧電体薄膜１５を得た際に圧電体薄膜１５の膜厚の変動が生じた状態が示されている。ただし、他の工程において圧電体薄膜１５の膜厚の変動が生じることもありうる。
【００６９】
次に、圧電体薄膜１５の上面（研磨面）を有機溶剤で洗浄し、クロム膜と金膜とを圧電体薄膜１５の上面に順次成膜し、得られた積層膜を一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより、圧電体薄膜１５の、バイアホール１５５を形成すべき部分のみを露出させたエッチングマスク１９６を得る（図１０）。
【００７０】
エッチングマスク１９６の形成後、加熱したバッファードフッ酸で圧電体薄膜１５のエッチングを行い、圧電体薄膜１５の上面と下面との間を貫通するバイアホール１５５を形成して下面電極１４を露出させるとともに、エッチングマスク１９６をエッチングにより除去する（図１１）。
【００７１】
そして、圧電体薄膜１５の上面の全面に金膜をスパッタリングにより成膜し、一般的なフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングを行い、上面電極１６の下層の導電体薄膜１６０１及び上面電極１７を得る（図１２）。このとき、バイアホール１５５の内側面にも導電体薄膜が形成されるので、下面電極１４と上面電極１７との導通が確保される。
【００７２】
さらに、導電体薄膜１６０１が形成された圧電体薄膜１５の上面に金膜をスパッタリングにより成膜し、上面電極１６の上層の導電体薄膜１６０２を得る。これにより、圧電薄膜共振子１が製造されたことになる（図３）。
【００７３】
＜１．９ 副共振の抑制効果＞
図１３は、駆動部１４１，１６１の平面形状を縦２００μｍ×横２５μｍの矩形、導電体薄膜１６０２の幅を３μｍ、導電体薄膜１６０２の膜厚を０．０８７μｍとした圧電薄膜共振子１の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図１４は、導電体薄膜１６０２が付加されていない点以外は当該圧電薄膜共振１と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図１３及び図１４からは、導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極１６に与えることにより、共振周波数より周波数が高い副共振を抑制できることがわかる。
【００７４】
＜２ 第２実施形態＞
図１５は、本発明の第２実施形態の圧電薄膜共振子２の模式図である。図１５は、圧電薄膜共振子２の断面図となっている。
【００７５】
図１５に示すように、圧電薄膜共振子２は、支持基板２１の上に、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２４、圧電体薄膜２５及び上面電極２６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子２は、上面電極２６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板２１、接着層２２、キャビティ形成膜２３、下面電極２４、圧電体薄膜２５及び上面電極２６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００７６】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子２との相違は、圧電薄膜共振子１では、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子２では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して溝２６５を形成することにより、自由振動領域２９２において圧電体薄膜２５の膜厚の分布を相殺する上面電極２６の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子２では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜２５の膜厚が厚くなる自由振動領域２９２の中心部をレーザ加工やイオンビーム（ＩＢ）加工等で除去加工することにより、上面電極２６を形成している。
【００７７】
このような膜厚の分布を有する上面電極２６を採用しても、圧電薄膜共振子２が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子２が副共振の影響を受けにくくなる。
【００７８】
＜３ 第３実施形態＞
図１６は、本発明の第３実施形態の圧電薄膜共振子３の模式図である。図１６は、圧電薄膜共振子３の断面図となっている。
【００７９】
図１６に示すように、圧電薄膜共振子３は、支持基板３１の上に、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子３は、圧電体薄膜３５、上面電極３６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００８０】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子３との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子３では、圧電体薄膜３５の下面が自由振動領域３９２において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜３６０１の上に重ねて、圧電体薄膜３５の膜厚が薄くなる自由振動領域３９２の中心部に導電体薄膜３６０２を付加し、自由振動領域３９２において圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００８１】
このような膜厚の分布を有する上面電極３６を採用しても、圧電薄膜共振子３が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子３が副共振の影響を受けにくくなる。
【００８２】
＜４ 第４実施形態＞
図１７は、本発明の第４実施形態の圧電薄膜共振子４の模式図である。図１７は、圧電薄膜共振子４の断面図となっている。
【００８３】
図１７に示すように、圧電薄膜共振子４は、支持基板４１の上に、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４４、圧電体薄膜４５及び上面電極４６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子４は、上面電極４６を除いては、圧電薄膜共振子３と同様の構造を有し、支持基板４１、接着層４２、キャビティ形成膜４３、下面電極４４、圧電体薄膜４５及び上面電極４６は、それぞれ、圧電薄膜共振子３の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６に相当するものとなっている。
【００８４】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子４との相違は、圧電薄膜共振子３では、均一な膜厚の導電体薄膜３６０１の一部にさらに導電体薄膜３６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子４では、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより、自由振動領域４９２において圧電体薄膜４５の膜厚の分布を相殺する上面電極４６の膜厚の分布を得ている点にある。具体的には、圧電薄膜共振子４では、均一な膜厚の導電体薄膜を成膜し、圧電体薄膜４５の膜厚が厚くなる自由振動領域４９２の周縁部を除去加工することにより、上面電極４６を形成している。
【００８５】
このような膜厚の分布を有する上面電極４６を採用しても、圧電薄膜共振子４が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子４が副共振の影響を受けにくくなる。
【００８６】
例えば、図１８は、駆動部４４１，４６１の平面形状を縦２００μｍ×横２５μｍの矩形、除去加工することにより得られた溝４６５の幅を４．５μｍ、イオンビーム（ＩＢ）を用いた除去加工により形成した溝の幅を４．５μｍの深さを０．１５μｍとした圧電薄膜共振子４の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図であり、図１９は、溝４６５が形成されていない点以外は圧電薄膜共振１と同等の圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。図１８及び図１９からは、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工して、圧電体薄膜４５の膜厚の分布を相殺する膜厚の分布を上面電極４６に与えることにより、共振周波数より周波数が低い副共振を抑制できることがわかる。
【００８７】
＜５ 第５実施形態＞
図２０は、本発明の第５実施形態の圧電薄膜共振子５の模式図である。図２０は、圧電薄膜共振子５の断面図となっている。
【００８８】
図２０に示すように、圧電薄膜共振子５は、支持基板５１の上に、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５４、圧電体薄膜５５及び上面電極５６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子５は、圧電体薄膜５５、上面電極５６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板５１、接着層５２、キャビティ形成膜５３、下面電極５４、圧電体薄膜５５及び上面電極５６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００８９】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子５との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる自由振動領域１９２の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子５では、圧電体薄膜５５の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜５５の上面が下方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜５６０１の上に重ねて、圧電体薄膜５５の膜厚が薄くなる自由振動領域５９２の中心部に導電体薄膜５６０２を付加し、自由振動領域５９２において圧電体薄膜５５の膜厚の分布を相殺する上面電極５６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９０】
このような膜厚の分布を有する上面電極５６を採用しても、圧電薄膜共振子５が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子５が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９１】
＜６ 第６実施形態＞
図２１は、本発明の第６実施形態の圧電薄膜共振子６の模式図である。図２１は、圧電薄膜共振子６の断面図となっている。
【００９２】
図２１に示すように、圧電薄膜共振子６は、支持基板６１の上に、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６４、圧電体薄膜６５及び上面電極６６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子６は、圧電体薄膜６５、上面電極６６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板６１、接着層６２、キャビティ形成膜６３、下面電極６４、圧電体薄膜６５及び上面電極６６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００９３】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子６との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる対向領域１９１の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子６では、圧電体薄膜６５の下面がほぼ平坦で圧電体薄膜６５の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜６６０１の上に重ねて、圧電体薄膜６５の膜厚が薄くなる伏部に導電体薄膜６６０２を付加し、自由振動領域６９２において圧電体薄膜６５の膜厚の分布を相殺する上面電極６６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９４】
このような膜厚の分布を有する上面電極６６を採用しても、圧電薄膜共振子６が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子６が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９５】
＜７ 第７実施形態＞
図２２は、本発明の第７実施形態の圧電薄膜共振子７の模式図である。図２２は、圧電薄膜共振子７の断面図となっている。
【００９６】
図２２に示すように、圧電薄膜共振子７は、支持基板７１の上に、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７４、圧電体薄膜７５及び上面電極７６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子７は、圧電体薄膜７５、上面電極７６を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板７１、接着層７２、キャビティ形成膜７３、下面電極７４、圧電体薄膜７５及び上面電極７６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【００９７】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子７との相違は、圧電薄膜共振子１では、圧電体薄膜１５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜１５の下面が自由振動領域１９２において下方に湾曲しており、圧電体薄膜１５の膜厚が薄くなる対向領域１９１の周縁部に導電体薄膜１６０２を付加し、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子７では、圧電体薄膜６５の下面及び上面がほぼ平坦で下面と上面とが非平行になっており、膜厚が均一な導電体薄膜７６０１の上に重ねて、圧電体薄膜７５の膜厚が薄くなる自由振動領域７９２の一端から圧電体薄膜７５の膜厚が厚くなる自由振動領域７９２の他端へ向かって膜厚が段階的に薄くなる導電体薄膜７６０２を付加し、自由振動領域７９２において圧電体薄膜７５の膜厚の分布を相殺する上面電極７６の膜厚の分布を得ている点にある。
【００９８】
このような膜厚の分布を有する上面電極７６を採用しても、圧電薄膜共振子７が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子７が副共振の影響を受けにくくなる。
【００９９】
＜８ 第８実施形態＞
図２３は、本発明の第８実施形態の圧電薄膜共振子８の模式図である。図２３は、圧電薄膜共振子８の断面図となっている。
【０１００】
図２３に示すように、圧電薄膜共振子８は、支持基板８１の上に、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８４、圧電体薄膜８５、上面電極８６及び付加膜８７をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子８は、上面電極８６及び付加膜８７を除いては、圧電薄膜共振子１と同様の構造を有し、支持基板８１、接着層８２、キャビティ形成膜８３、下面電極８４、圧電体薄膜８５及び上面電極８６は、それぞれ、圧電薄膜共振子１の支持基板１１、接着層１２、キャビティ形成膜１３、下面電極１４、圧電体薄膜１５及び上面電極１６に相当するものとなっている。
【０１０１】
圧電薄膜共振子１と圧電薄膜共振子８との相違は、圧電薄膜共振子１では、均一な膜厚の導電体薄膜１６０１の一部にさらに導電体薄膜１６０２を付加加工することにより、圧電体薄膜１５の膜厚の分布を相殺する上面電極１６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子８では、均一な膜厚の導電体薄膜からなる上面電極８６の一部にさらに絶縁体薄膜からなる付加膜８７を付加加工することにより、自由振動領域８９２において圧電体薄膜８５の膜厚の分布を相殺する上面電極８６と付加膜８７との積層膜８８の膜厚の分布を得ている点にある。付加膜８７を構成する絶縁材料は、特に制限されないが、二酸化ケイ素（SiO2）等の絶縁材料から選択することが望ましい。
【０１０２】
このような膜厚の分布を有する積層膜８８を採用しても、圧電薄膜共振子８が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子８が副共振の影響を受けにくくなる。
【０１０３】
＜９ 第９実施形態＞
図２４は、本発明の第９実施形態の圧電薄膜共振子９の模式図である。図２４は、圧電薄膜共振子９の断面図となっている。
【０１０４】
図２４に示すように、圧電薄膜共振子９は、支持基板９１の上に、接着層９２、キャビティ形成膜９３、下面電極９４、圧電体薄膜９５及び上面電極９６をこの順序で積層した構造を有している。圧電薄膜共振子９は、圧電体薄膜９５、上面電極９６を除いては、圧電薄膜共振子３と同様の構造を有し、支持基板９１、接着層９２、キャビティ形成膜９３、下面電極９４、圧電体薄膜９５及び上面電極９６は、それぞれ、圧電薄膜共振子３の支持基板３１、接着層３２、キャビティ形成膜３３、下面電極３４、圧電体薄膜３５及び上面電極３６に相当するものとなっている。
【０１０５】
圧電薄膜共振子３と圧電薄膜共振子９との相違は、圧電薄膜共振子３では、圧電体薄膜３５の上面がほぼ平坦で圧電体薄膜３５の下面が自由振動領域３９２において上方に湾曲しており、膜厚が均一な導電体薄膜３６０１の上に重ねて、圧電体薄膜３５の膜厚が薄くなる自由振動領域３９２の中心部に導電体薄膜３６０２を付加し、自由振動領域３９２において圧電体薄膜３５の膜厚の分布を相殺する上面電極３６の膜厚の分布を得ているのに対して、圧電薄膜共振子９では、圧電体薄膜９５の下面が自由振動領域９６２において上方に湾曲しているとともに圧電体薄膜９５の上面が繰り返し起伏しており、膜厚が均一な導電体薄膜９６０１の上に重ねて、圧電体薄膜９５の膜厚が薄くなる自由振動領域９６２の中心部の伏部に導電体薄膜９６０２を付加し、自由振動領域９６２において圧電体薄膜９５の膜厚の分布を相殺する上面電極９６の膜厚の分布を得ている点にある。
【０１０６】
圧電体薄膜９５の上面及び下面の両方が非平坦である圧電薄膜共振子９において、このような膜厚の分布を有する上面電極９６を採用しても、圧電薄膜共振子９が複数の共振周波数で共振することを防止できるようになり、圧電薄膜共振子９が副共振の影響を受けにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の圧電薄膜共振子の平面図である。
【図３】図２のA-Aの切断線における圧電薄膜共振子の断面図である。
【図４】縦効果振動子の断面図である。
【図５】縦効果振動子の等価回路を示す回路図である。
【図６】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図７】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図８】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図９】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１０】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１１】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１２】製造途上の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１３】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１４】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図１８】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図１９】圧電薄膜共振子の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第５実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２１】本発明の第６実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２２】本発明の第７実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２３】本発明の第８実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２４】本発明の第９実施形態の圧電薄膜共振子の断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２，３，４，５，６，７，８，９ 圧電薄膜共振子
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ 支持基板
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ 接着層
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３ キャビティ形成膜
１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９４ 下面電極
１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５，９５ 圧電体薄膜
１６，２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６，９６ 上面電極
８７ 付加膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する電極膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
【請求項２】
前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項３】
前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項４】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する導電体の電極膜と、
前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
【請求項５】
前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項６】
前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上の細長形状である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項１】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する電極膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
【請求項２】
前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部にさらに導電体薄膜を付加加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項３】
前記電極膜は、前記自由振動領域において、均一な膜厚の導電体薄膜の一部を除去加工することにより形成されている請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項４】
単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜の両主面に形成され、対向領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向する導電体の電極膜と、
前記電極膜に重ねて形成された絶縁体の付加膜と、
前記圧電体薄膜と前記電極膜と前記付加膜とを積層した振動体を支持する支持基板と、
を備え、
前記振動体が空洞によって前記支持基板から隔てられている自由振動領域において、前記電極膜と前記付加膜との積層膜が前記圧電体薄膜の膜厚分布を相殺する膜厚分布を有している圧電薄膜デバイス。
【請求項５】
前記対向領域が前記自由振動領域を内包している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項６】
前記対向領域の平面形状が、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上の細長形状である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電薄膜デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００８−３０６２８０（Ｐ２００８−３０６２８０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９３３６（Ｐ２００７−１４９３３６）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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