《第1の実施形態》
 第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子につい て図2~図8を参照して説明する。
 図2は第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子� �主要部の斜視図である。また図3(A)はその上� ��図、図3(B)は図3(A)におけるB-B部分の断面図� �図3(C)は図3(A)におけるC-C部分の断面図である 。

 圧電薄膜共振子101の主要部である構造体1 00は基板(素子ウエハ)11上に構成される。構造 体100は、振動部20と、この振動部20を基板11上 で空隙部31を設けるとともに支持する支持部2 1a,21bとを備えている。

 図2・図3では図示していないが、基板11の 上部には構造体100を覆うようにパッケージの 蓋を配置する。また、この図2・図3では単一� ��圧電薄膜共振子についてのみ示しているが� ��製造上は、基板(素子ウエハ)11上に多数の構 造体100を配列形成し、その上部に蓋体を重ね た後に、個々の圧電薄膜共振子に分割する。

 支持部21a,21bはアーチ状のアーチ部23a,23b� �橋部22a,22bとでそれぞれ構成している。

 アーチ部23a,23bはそれぞれの両端部P,Pで基 板11上に接して、基板11上の膜(配線パターン) と連続している。但し、基板11上の配線パタ� ��ンについては図示を省略している。橋部22a, 22bは、それによってアーチ部23a,23bと振動部20 とを接続している。

 橋部22a,22bはアーチ部23a,23bの頂点または� �点近傍からアーチ部23a,23bに対して略垂直方� ��に延びるように形成している。

 振動部20は拡がり振動モードまたは長さ� �動モードであり、橋部22a,22bはこの振動モー� ��の振動を妨げない位置に設けている。

 図3に示すように、振動部20は、絶縁層12� �下部電極13、圧電薄膜14、上部電極15、応力� �整膜16、温度特性補償膜17をこの順に備えて� ��る。アーチ部23aは、絶縁層12、圧電薄膜14、 上部電極15、温度特性補償膜17をこの順に備� �ている。アーチ部23bは、絶縁層12、下部電極 13、圧電薄膜14、温度特性補償膜17をこの順に 備えている。

 基板11上には振動部20またはアーチ部23a,23 bと同様の膜を形成している。但し、上部電� �15および下部電極13は圧電薄膜を挟むことな� ��引き出し電極として配線している。

 構造体100は、先ず基板11上の所定位置に� �牲層30を形成し、その上部に図3に示した膜� �順に形成し、その後に犠牲層30を除去するこ とによって構成する。

 図5(A)は振動部20・橋部22a,22bの膜構造、図5(B )はアーチ部23a,23bの膜構造についてそれぞれ� ��している。絶縁層12はSiO ₂ からなり、厚さ1.7μmで-180MPaの圧縮応力が作� �している。この絶縁層12の上部の圧電薄膜14� ��AlNからなり、厚さ1.6μmで-80MPaの圧縮応力が� ��用している。振動部20の圧電薄膜14の上下に は上部電極15および下部電極13が存在するが� �共に膜厚が薄く、応力の影響が小さいため� �この図5では図示を省略している。応力調整� ��16はAlNからなり、厚さ0.8μmで+100MPaの引っ張� ��応力が作用している。最上層の温度特性補� ��膜17はSiO ₂ からなり、厚さ3.3μmで-180MPaの圧縮応力が作� �している。

 図5(A)に示すように振動部・橋部は圧縮応 力が作用する圧電薄膜14と引っ張り応力が作� ��する応力調整膜16とで応力が相殺され、振� �部の膜の圧縮応力の大きさがアーチ部の膜� �圧縮応力の大きさに比べて小さい。そのた� �振動部・橋部は大きく撓むことがなく、平� �な状態を維持する。

 一方、図5(B)に示すようにアーチ部には図 5(A)の応力調整膜16が存在せず、アーチ部23a,23 bはいずれも圧縮応力が作用する絶縁層12、圧 電薄膜14、および温度特性補償膜17で構成し� �いる。そのため、犠牲層の除去後、アーチ� �は基板11の面方向に延び、それに伴い、基板 11に対し垂直方向に持ち上がってアーチ状と� ��る。このとき、アーチ部を確実に上方向に� ��らすために、アーチ部の膜の圧縮応力を上� ��部と下方部とで比べた場合、上方部の方が� ��きくなるようにするとなお良い。その結果� ��図2に示したように振動部20は橋部22a,22bで支 持された状態で基板11上に空隙部31を介して� �持されることになる。

 図4はアーチ部がアーチ状になる様子を示 している。図4(A)は犠牲層30除去前の状態、図 4(B)は犠牲層除去後の状態である。図4(A)のよ� ��に、基板11上に犠牲層30を介してアーチ部の 膜構造体23″が形成されている状態ではその� ��構造体23″に圧縮応力が溜まっている。こ� �状態で犠牲層30を除去すれば、空隙部31が形� ��されるとともに、膜構造体23″の圧縮応力� �解放されて膜が伸び、アーチ状のアーチ部23 となる。

 図2・図3に示した構造によれば、振動部20 への電気的な配線はアーチ部23a,23bおよび橋� �22a,22bを介して行うが、アーチ部23a,23bは基板 11に対してそれぞれ両端部P,Pで接しているた� ��、それら2箇所から並行して配線することに よって配線抵抗を減らすことができる。また そのことにより、アーチ部23a,23bに電極の段� �が生じないので、その上に形成した膜にお� �て、電極の段差による膜の構造上の不連続� �が生じることがなく、アーチ部23a,23bの機械� ��強度が増す。

 但し、基板上への配線パターンの引回し� ��都合上アーチ部の片方から配線するように� ��てもよい。また、2本の支持部21a,21bのうち� �方の支持部から上部電極15および下部電極13� ��の配線を行ってもよい。そのことにより外� ��電極の取り出しを基板の片側に寄せること� ��でき、全体のチップサイズを縮小化が容易� ��なる。

 図6~図8は基板上に形成する各部の膜構造� ��他の例を示す断面図である。いずれの図に� ��いても(A)は振動部・橋部の膜構造、(B)はア� ��チ部の膜構造である。

 図6に示す例では圧電薄膜43はAlNからなり、� ��さ1.6μmで-80MPaの圧縮応力が作用する。振動� ��の圧電薄膜43の上下には上部電極および下� �電極が存在するが、共に膜厚が薄く、応力� �影響が小さいため、この図6では図示を省略� ��ている。絶縁層45はSiO ₂ からなり、厚さ2.0μmで-180MPaの圧縮応力が作� �する。応力調整膜46はAlNからなり、厚さ0.8μm で+100MPaの引っ張り応力が作用する。最上層� �温度特性補償膜47はSiO ₂ からなり、厚さ3.0μmで-180MPaの圧縮応力が作� �する。

 振動部・橋部は、図6(A)に示すように圧縮 応力が作用する圧電薄膜43と引っ張り応力が� ��用する応力調整膜46との応力相殺によって� �きく撓むことがなく、平坦な状態を維持す� �。一方、アーチ部は図6(B)に示すように図6(A) の応力調整膜46が存在せず、いずれも圧縮応� ��が作用する圧電薄膜43、絶縁層45、および温 度特性補償膜47で構成している。そのため、� ��牲層の除去後、アーチ部は基板11の面方向� �延び、それに伴い、基板11に対し垂直方向に 持ち上がってアーチ状となる。

 図7に示す例では、振動部・橋部およびアー チ部のいずれも同じ膜構造を備えている。絶 縁層52はSiO ₂ からなり、厚さ1.0μmで-180MPaの圧縮応力が作� �する。この絶縁層52の上部の圧電薄膜54はAlN� ��らなり、厚さ1.6μmで-80MPaの圧縮応力が作用� ��る。振動部の圧電薄膜54の上下には上部電� �および下部電極が存在するが、共に膜厚が� �く、応力の影響が小さいため、この図7では� ��示を省略している。最上層の温度特性補償� ��56はSiO ₂ からなり、厚さ4.0μmで-180MPaの圧縮応力が作� �している。

 このように全ての膜が圧縮応力を有する� ��であっても、振動部・橋部は犠牲層の除去� ��に基板11からは分離され、アーチ部が振動� �・橋部の膜の伸びを吸収するので圧縮応力� �解放され、アーチ部のようには撓まない。� �のとき、振動部の上方部と下方部との膜の� �び量を同程度になるように応力を調整して� �くことで、振動部の反りを最小限にできる� �したがって図2に示したものと同様の構造体1 00が構成できる。

 図8に示す例では、絶縁層62はSiO ₂ からなり、厚さ1.7μmで-180MPaの圧縮応力が作� �する。この絶縁層62の上部の圧電薄膜64はAlN� ��らなり、厚さ1.6μmで+80MPaの引っ張り応力が� ��用する。振動部の圧電薄膜64の上下には上� �電極および下部電極が存在するが、共に膜� �が薄く、応力の影響が小さいため、この図8� ��は図示を省略している。温度特性補償膜66� �SiO ₂ からなり、厚さ3.3μmで-180MPaの圧縮応力が作� �している。さらに応力調整膜67はAlNからなり 、厚さ0.8μmで-80MPaの圧縮応力が作用する。

 このようにアーチ部に引っ張り応力の膜� ��存在していても全体として圧縮応力が作用� ��ることにより、犠牲層の除去後、アーチ部� ��基板11の面方向に延び、それに伴い、基板11 に対し垂直方向に持ち上がってアーチ状とな る。

 なお、アーチ部の撓み量(高さ)はアーチ� �の長さおよび圧縮応力の強度によって設定� �ることができる。

 《第2の実施形態》
 第2の実施形態に係る圧電薄膜共振子につい て図9・図10を参照して説明する。
 図9・図10はそれぞれ第2の実施形態に係る圧 電薄膜共振子の三面図である。両図において (A)は上面図、(B)は(A)におけるB-B部分の断面図 、(C)は(A)におけるC-C部分の断面図である。

 図9の圧電薄膜共振子102および図10の圧電� ��膜共振子103の基本的な構成は図3に示した圧 電薄膜共振子101と同様である。異なるのは、 圧力調整膜16の形成範囲である。図3に示した 例では、圧力調整膜16を、その端縁が橋部22� �アーチ部23との境界に位置する範囲に形成し たが、図9の例では、圧力調整膜16を、その端 縁が橋部22に位置する範囲に形成している。� ��た、図10の例では、圧力調整膜16を、その端 縁がアーチ部23にまで広がる範囲に形成して� ��る。

 図9の構造によれば、アーチ部にかかる応 力が非常に大きい(撓みが大きい)場合、応力� ��整膜の境界部を、アーチ部と橋部との境界� ��らおよびアーチ内部からずらして、橋内部� ��することで、アーチ部の強度を向上させる� ��とができる。

 また、図10の構造によれば、橋部にかか� �応力が非常に大きい(振動部の上下の応力が� ��りあっているが、全体として0応力から大き くずれている)場合、応力調整膜の境界部を� �アーチ部と橋部との境界からおよび橋内部� �らずらして、アーチ内部にすることで、橋� �の強度を向上させることができる。

 《第3の実施形態》
 図11は第3の実施形態に係る圧電薄膜共振子� ��主要部の斜視図である。図2に示した圧電薄 膜共振子と異なるのはアーチ部24a,24bの形状� �ある。
 図11において振動部20は支持部25a,25bによっ� �、基板との間に所定の空隙層を設けて支持� �ている。支持部25aは振動部20の一方の短辺中 央から引き出した橋部22aと一端が基板に接す るアーチ部24aとで構成している。同様に支持 部25bは振動部20の他方の短辺中央から引き出� ��た橋部22bと一端が基板に接するアーチ部24b� ��で構成している。

 アーチ部24a,24bはそれぞれ一端Pのみで基� �に接続するので犠牲層の除去後の圧縮応力� �解放による撓みを利用することができない� �そのためアーチ部24a,24bの下部の犠牲層は予� ��アーチ状に形成しておく。

 なお、図11に示した例では2つのアーチ部2 4a,24bが基板から立ち上がって延びる方向が同 一方向になるようにしたが、互いに逆向きに 延びるようにアーチ部の基板への接続位置を 定めてもよい。

 《第4の実施形態》
 図12は第4の実施形態に係る圧電薄膜共振子� ��主要部の斜視図である。図2に示した圧電薄 膜共振子と異なるのはアーチ部26a,26bの形状� �ある。この例ではアーチ部26a,26bをミアンダ� ��状としている。

 図12において振動部20は支持部27a,27bによ� �て、基板との間に所定の空隙層を設けて支� �している。このような形状によってアーチ� �26a,26bの弾性が増し、振動部20からの振動漏� �による特性の劣化がさらに抑制できる。

 図12に示した例ではアーチ部をミアンダ� �状としたが、アーチ部の基板への接続点P-P� �間が最短距離で繋いだ円弧状とはならない� �うにパターン化すれば同様の効果が得られ� �。

 《第5の実施形態》
 図13は第5の実施形態に係る圧電薄膜共振子� ��主要部の斜視図である。この圧電薄膜共振� ��は図2に示したものにおいて振動部20の一方� ��短辺の中央からのみ支持部21aで支持するよ� ��にしたものに相当する。このような片持ち� ��構造とすれば支持部の基板上での占有面積� ��縮小化でき全体に小型化が図れる。また、� ��動部の片側が支持されていないので、図7の ように振動部とアーチ部とで膜構造を変えな くても、膜の上方部と下方部との応力を等し くしておけば、アーチ部は撓んだ状態を、且 つ振動部は平坦な状態を、それぞれ実現でき る。

 《第6の実施形態》
 これまでに示した各実施形態では、単一の� ��動部を備えた圧電薄膜共振子について示し� ��が、この第6の実施形態では二つの振動部を 備えた圧電薄膜共振子について示す。

 図14は第6の実施形態に係る3つのタイプの 圧電薄膜共振子の主要部(基板上の構造体)の� ��面図である。これらはいずれも、二つの振� ��部と、それを支持する支持部を同一の犠牲� ��上に形成した後に犠牲層を除去することに� ��って、二つの振動部を複数の支持部で支持� ��るようにしたものである。

 図14(A)(B)は、いずれも二つの振動部20a,20b� ��縦につないだ例、図14(C)は、二つの振動部20 a,20bを横につないだ例である。

 図14(A)の例では、二つの振動部20a,20bを橋� ��22cで連結するとともに、振動部20aとアーチ� ��23aとの間を橋部22aで連結し、振動部20bとア� ��チ部23bとの間を橋部22bで連結している。ま� ��、図14(B)の例では、振動部20aを橋部22a,22cで� ��ーチ部23a,23cにそれぞれ連結し、振動部20bを 橋部22b,22dでアーチ部23b,23cにそれぞれ連結し� ��いる。

 図14(C)の例では、振動部20aを橋部22a,22bでア� ��チ部23a,23bにそれぞれ連結し、振動部20bを橋 部22c,22dでアーチ部23a,23bにそれぞれ連結して� ��る。
 なお、破線の楕円で囲んだ部分が基板との� ��続部である。

 図14に示した例では二つの振動部を連結� �たが、同様にして三つ以上の振動部を連結� �てもよい。

 このように、複数の振動部を備えること� ��より、個別の圧電薄膜共振子を回路上でつ� ��ぐ場合よりも省スペース化が図れる。また� ��電気的だけでなく、機械的にも結合するの� ��、設計上の自由度が高く、スプリアスの低� ��設計も可能である。

 なお、第1~第6のいずれの実施形態におい� ��も、振動部20は平坦であり且つ基板にほぼ� �行であることが望ましいが、少なくとも振� �部20が基板に接触しなければよい。この発明 によれば、振動部20と基板11との間に十分な� �隙部を形成することができるので、振動部20 は上方向に凸、下方向に凸またはその複合さ れた形状に多少撓んでいてもよい。また、基 板に対して多少非平行であってもよい。