专利名称：薄膜压电元件和薄膜压电元件的制造方法以及电路元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用了弹性波的谐振器、滤波器等薄膜压电元件。此外涉及所述实施薄膜压电元件的制造方法。
背景技术：
薄膜压电元件是利用压电体进行电信号和弹性波的变换作用的原理，作为谐振器或滤波器来工作的。
图34、图35、图36和图37是示出例如在日本国公开专利公报“特开昭61-269410”(以下记为文献1)中示出的现有的这种薄膜压电元件的图。
图34是示出现有的这种薄膜压电元件的结构的图。
图35是图34中的A-A间的剖面图。
图中，1是玻璃基板，2是由氧化锌(ZnO)构成的压电薄膜，3是输入侧帘状电极，4是输出侧帘状电极，5是电极指，6是由铝(Al)等构成的对置电极。
图36和图37是示出图34和图35中示出的现有的这种薄膜压电元件的特性的图，图36是音速Vs与归一化膜厚kh的关系的图，图37是电气机械耦合系数K2与归一化膜厚kh的关系的图。
图38、图39和图40是示出在日本国公开专利公报“特开昭63-18708”(以下记为文献2)中示出的现有的这种薄膜压电元件的图。
图38是与图35同样的剖面图。
图39是示出图38中示出的现有的这种薄膜压电元件的音速Vs与归一化膜厚kh的关系的图，图40是电气机械耦合系数K2与归一化膜厚kh的关系的图。
图41和图42是示出日本国公开专利公报“特开平2-189011”(以下记为文献3)中示出的现有的这种薄膜压电元件的图。
图中，5是电极指，7是作为基板的压电体。
下面，利用图34～42说明其工作。
在图34和图35中，在玻璃基板1上形成电极指5，再在其上形成由氧化锌(ZnO)构成的压电薄膜2。施加在输入侧帘状电极3上的电信号在相交的电极指5的部分处产生电场。通过上述电场使上述压电薄膜2伸缩，激励起弹性波。由上述输入侧帘状电极3激励起的弹性波平行于表面传送，伴随电场和弹性振动而到达输出侧帘状电极4。在上述输出侧帘状电极4中，电极指5再接收上述弹性波产生的电场，还原成电信号。由于电信号与弹性波的变换的可逆性成立，故可认为将上述弹性波产生的电场还原成电信号的过程与输入侧帘状电极3的情况相同。
在图35中示出的那种压电薄膜2中传送的弹性波中存在几种模式。例如，存在能量集中于表面并在平行于表面的方向上传送的表面弹性波、在平行于表面的方向上传送的体波及在厚度方向上传送的体波等多个模式。哪个模式的弹性波以怎样的强度被激励这一点，由所使用的材料及材料的组合、各材料的厚度等的物理尺寸及激励弹性波的电极的结构等来决定。在图35中示出的薄膜压电元件中，使用了表面弹性波。图34和图35中示出的那种电极指5的结构被广泛地使用于表面弹性波的激励。
从施加在上述输入侧帘状电极3上的电信号变换成上述表面弹性波的效率是与这样的薄膜压电元件的性能有很大关系的量，表示该变换效率的性能指数之一有电气机械耦合系数K2。具有下述特征电气机械耦合系数K2越大，例如可实现损耗更低的滤波器，或可实现频带更宽的滤波器。该电气机械耦合系数K2由所使用的材料及材料的组合、各材料的厚度等的物理尺寸及激励弹性波的电极的结构等来决定。
文献1中示出的现有的这种薄膜压电元件使用了密度ρ=5.7±0.3、拉曼常数μ=(0.48±0.02)×1011N/m2、泊松比σ=0.25的PbO-B2O3系列的玻璃作为玻璃基板，使用了铝作为电极指5，使用了氧化锌(ZnO)作为压电薄膜2。再者，电极指5的厚度是0.1μm，压电薄膜2的厚度是0.3μm～25.5μm，对置电极6的厚度是0.1μm。在文献1中叙述了以这种方式构成的薄膜压电元件的特性，如图36和图37所示。
图36是示出音速Vs与归一化膜厚kh的关系的图，图37是电气机械耦合系数K2与归一化膜厚kh的关系的图。
在此，h是压电薄膜2的厚度，k是在平行于表面的方向上传送的表面弹性波的波数。归一化膜厚kh是波数K和厚度h的积。如将弹性波的波长设为λ，频率设为f，则因为波数k是(2π/λ)或(2πf/Vs)，故在固定于某个恒定的频率f的情况下，波数k是恒定值，可考虑将横轴的归一化膜厚kh转换为厚度h。即，图36示出了对于某个恒定的频率f的情况下的压电薄膜2的厚度h与音速Vs的关系，示出了即使上述厚度h变化，音速Vs也保持于大致恒定值的情况。此外，图37对于某个恒定的频率f的情况下的压电薄膜2的厚度h与电气机械耦合系数K2的关系，示出了在kh在3至4的范围内电气机械耦合系数K2大致为最大，并且为恒定值的情况。
因而，如上所述，通过选择玻璃基板1等的材料，即使上述压电薄膜2的厚度有偏差，也可将上述薄膜压电元件的音速Vs及电气机械耦合系数K2大致保持为恒定值。音速Vs与上述薄膜压电元件的中心频率有关，电气机械耦合系数K2与上述薄膜压电元件的插入损耗有很大关系。因而，图36、图37示出了在归一化膜厚kh为3至4的范围内的频率f和上述压电薄膜2的厚度h的范围内，上述薄膜压电元件的中心频率及插入损耗大致为恒定值。
图38是示出文献2中示出的现有的这种薄膜压电元件的图。与图35的情况相同，是剖面图。
图中，1是玻璃等的基板，2是由氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)构成的压电薄膜，5是构成帘状电极的电极指。
图38中示出的现有的这种薄膜压电元件也与图34、图35的情况相同，使用了表面弹性波。在玻璃基板1上构成电极指5并在其上形成压电薄膜2的结构也与图35中示出的结构类似。但是，在本例中，不在压电薄膜2上形成对置电极6。通过相交的电极指5产生的电场激励起表面弹性波的情况也与图34、图35中示出的情况相同，但由于上述压电薄膜2表面上没有金属，故示出与图34、图35中示出的情况不同的特性。
图39是示出归一化膜厚kh与音速Vs的关系的图，图40是归一化膜厚kh与电气机械耦合系数K2的关系的图。
尽管结构及材料与图34、图35中示出的情况类似，但之所以示出与图36、图37不同的特性，这是因为在上述压电薄膜2的表面上没有金属。图39中示出的情况与图36中示出的情况不同，如果归一化膜厚kh变化，则音速Vs变化。另一方面，电气机械耦合系数K2在归一化膜厚kh大于2的区域内成为大于2的值。因此，在归一化膜厚kh大于2的区域内改变压电薄膜2的厚度h的情况下，音速Vs变化，但电气机械耦合系数K2没有大的变化。即，通过直接使薄膜压电元件压电薄膜2的厚度h变化来调整薄膜压电元件的中心频率。在文献2中，作为上述压电薄膜2的厚度h的调整手段，例如示出了用刻蚀来减薄的方法和用溅射来加厚的方法。如果是图38中示出的结构，则即使用刻蚀或溅射使上述压电薄膜2的厚度变化，对电极指5也没有影响。
图41和图42是示出文献3中示出的现有的这种压电元件的图。
在这种情况下，不使用压电薄膜2，而使用压电体7。5是电极指。
图41中示出的现有的这种压电元件是通过电极指5来激励起表面弹性波而使用的表面弹性波元件。已知上述电极指5中传送的表面弹性波，通过由于电极指5的电边界条件而产生的效应和由于电极指5的质量负载而产生的效应，成为与没有上述电极指5的区域中的音速不同的音速。图41中示出的表面弹性波元件，通过用电极材料的刻蚀使电极指5的厚度变化，利用上述质量负载效应使音速变化，进行上述表面弹性波元件的中心频率的调整。关于因电极指5的质量负载效应引起的频率的变化，在文献“电子情报通信学会论文杂志A,Vol.J74-A,No.9,pp.1359-1365,1991年9月”(以下记为文献4)中作了详细的叙述。
在图42中示出的现有的这种压电元件中，通过刻蚀压电体7的没有电极指5的区域将其削去，来进行中心频率的调整。在图42中示出的那种削去了压电体7的表面的结构中，已知在上述压电体7的表面的台阶部分处，在上述压电体7的表面上传送的表面弹性波产生因能量存储效应而引起的延迟。因此，利用上述台阶的大小，可等效地调整弹性表面波元件的中心频率。关于这样的对压电体7的表面进行刻蚀来进行中心频率的调整，在文献“IEEE Transactions on Sonics andUltrasonics,Vol.SU-29,No.6,pp.299-310.November 1982”(以下记为文献5)中作了详细的叙述。
在此，使用图43、图44，关于对压电薄膜2及金属电极进行成膜的情况进行说明。
在对压电薄膜2及金属电极进行成膜的情况下，在通常的工序中使用蒸镀或溅射。在这些成膜方法中，由于从蒸镀或溅射的靶8来看，在位于晶片的中心附近处成膜较厚，在位于晶片的周边部处成膜较薄，故例如如图43所示，在以1对1的方式在真空容器10中配置上述靶和被成膜的晶片9的情况下，如图44所示，在上述晶片9的中心附近以hc所示的厚度成膜较厚，在位于晶片的周边附近以he所示的厚度成膜较薄。因此，在这种薄膜压电元件中，必须有对于晶片内的上述压电薄膜或金属电极的膜厚的偏差的频率调整手段。
发明的公开如上所述，在现有的这种薄膜压电元件中，将玻璃基板1、压电薄膜2、电极指5的各材料的种类和各材料的组合以及上述玻璃基板1、上述压电薄膜2、上述电极指5的各厚度限定于适当的范围内。通过这样来进行限定，通过上述压电薄膜2的厚度的变化在规定的范围内设计成上述薄膜压电元件的特性没有大的变化，来对应制造时的上述压电薄膜2的厚度的偏差。但是，由于只适用于被限定的玻璃基板1、压电薄膜2、电极指5的各材料的种类和各材料的组合以及上述玻璃基板1、上述压电薄膜2、上述电极指5的各厚度的情况，故对于能适用的薄膜压电元件存在限制，存在不能适用于多种多样的薄膜压电元件的问题。
此外，在现有的这种薄膜压电元件和压电元件中，通过使压电薄膜2的厚度、电极指5的厚度、压电体7的部分的厚度变化，来调整上述薄膜压电元件和上述压电元件的中心频率。通常，在由一片玻璃基板2或压电体7构成的晶片上排列多个这种薄膜压电元件和压电元件，通过一次工艺制成多个元件。因此，在使压电薄膜2的厚度、电极指5的厚度、压电体7的部分的厚度变化的情况下，或是以晶片为单位进行厚度的调整，或是在分离成各个元件之后对每个元件进行厚度的调整。由于在对每个元件进行厚度的调整的情况下，各个元件的调整费用直接加到元件的价格上，故以现在的这种薄膜压电元件或压电元件的价格来看，不是现实的方法。此外，以晶片为单位进行厚度的调整的做法，不适用于在晶片内产生厚度的偏差的情况。
即，在使用蒸镀或溅射进行压电薄膜或金属电极的成膜的情况下，如上述的图44中所示，在上述晶片9的中心附近处成膜较厚，在周边附近成膜较薄。因此，在这种薄膜压电元件中，对于晶片内的上述压电薄膜或金属电极的膜厚的偏差的频率调整手段是不可缺少的，但在现有的这种薄膜压电元件中，存在不能进行调整的问题。
本发明是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供不增大制造成本就能对晶片内的偏差进行调整的薄膜压电元件以及薄膜压电元件的制造方法。
与本发明有关的薄膜压电元件用由半导体基板构成的晶片、在上述半导体基板上形成的基底电极、在上述基底电极上形成的压电薄膜和在上述压电薄膜上形成的上部电极来构成，上述薄膜压电元件的特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述薄膜压电元件的图形形状。
上述薄膜压电元件的特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的长度。
上述薄膜压电元件的特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的宽度。
上述薄膜压电元件的特征在于具有多个上述上部电极，根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极间的距离。
上述薄膜压电元件还备有与上述上部电极连接的焊接区(bondingpad)部分，上述薄膜压电元件的特征在于根据晶片上的位置来改变上述焊接区部分的形状。
上述薄膜压电元件还备有与上述上部电极连接和上述焊接区部分连接的引出电极，上述薄膜压电元件的特征在于根据晶片上的位置来改变上述引出电极的形状。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了空气桥作为上述引出电极。
上述薄膜压电元件的特征在于在与上述薄膜压电元件相同的上述半导体基板上备有电容器，根据上述晶片上的位置来改变上述电容器的电容。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了砷化镓(GaAs)作为上述半导体基板，使用了钛酸铅(PbTiO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了硅(Si)作为上述半导体基板，使用了钛酸铅(PbTiO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了氧化锌(ZnO)作为上述压电薄膜。
上述薄膜压电元件的特征在于使用了氮化铝(AlN)作为上述压电薄膜。
其特征在于在上述半导体基板与上述基底电极之间备有电介质。
与本发明有关的电路元件包括基板和在上述基板上形成的多个元件，其特征在于根据上述基板上的位置来改变在上述基板表面上形成的元件的图形形状。
与本发明有关的薄膜压电元件的制造方法的特征在于，备有以下的工序(a)在由半导体基板构成的晶片上形成基底电极的工序；(b)在上述基底电极上形成压电薄膜的工序；(c)在上述压电薄膜上形成上部电极的工序；以及(d)根据上述晶片上的位置来改变在上述压电薄膜上形成的上述上部电极的图形形状的工序。
改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的长度的工序。
改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的宽度的工序。
形成上述上部电极的工序中形成多个上述上部电极，改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极间的距离的工序。
形成上述上部电极的工序中还连接并形成上述上部电极和焊接区部分，改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述焊接区部分的形状的工序。
形成上述上部电极的工序还具有用引出电极来连接上述上部电极和焊接区部分的工序，改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述引出电极的形状的工序。
改变上述图形形状的工序的特征在于备有用空气桥形成上述引出电极的工序。
上述薄膜压电元件的制造方法具有在与上述薄膜压电元件相同的上述半导体基板上设置电容器的工序，改变上述图形形状的工序的特征在于备有根据上述晶片上的位置来改变上述电容器的电容的工序。
附图的简单说明
图1是示出本发明的实施形态1的薄膜压电元件的图。
图2是图1中示出的薄膜压电元件的放大图。
图3是图2中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图4是示出图2中示出的薄膜压电元件的等效电路的图。
图5是图2中示出的薄膜压电元件的上部电极附近的剖面图。
图6是示出改变了谐振频率时的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图7是示出本发明的实施形态2的薄膜压电元件的图。
图8是示出本发明的实施形态2的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图9是示出本发明的实施形态3的薄膜压电元件的图。
图10是示出本发明的实施形态3的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图11是示出本发明的实施形态4的薄膜压电元件的图。
图12是示出本发明的实施形态4的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图13是示出本发明的实施形态5的薄膜压电元件的图。
图14是示出本发明的实施形态5的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图15是示出本发明的实施形态6的薄膜压电元件的图。
图16是示出本发明的实施形态6的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图17是示出本发明的实施形态7的薄膜压电元件的图。
图18是示出本发明的实施形态7的薄膜压电元件的通过特性计算结果例的图。
图19是示出本发明的实施形态8的薄膜压电元件的图。
图20是图19中示出的薄膜压电元件的放大图。
图21是图20中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图22是示出本发明的实施形态9的薄膜压电元件的图。
图23是图22中示出的薄膜压电元件的放大图。
图24是图23中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图25是示出本发明的实施形态10的薄膜压电元件的图。
图26是图25中示出的薄膜压电元件的放大图。
图27是图26中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图28是示出本发明的实施形态11的薄膜压电元件的图。
图29是图28中示出的薄膜压电元件的放大图。
图30是图29中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图31是示出本发明的实施形态12的薄膜压电元件的图。
图32是图31中示出的薄膜压电元件的放大图。
图33是图32中示出的薄膜压电元件的剖面图。
图34是示出现有的这种薄膜压电元件的图。
图35是图34中示出的现有的这种薄膜压电元件的剖面的图。
图36是示出图34、图35中示出的现有的这种薄膜压电元件的归一化膜厚与音速的关系的图。
图37是示出图34、图35中示出的现有的这种薄膜压电元件的归一化膜厚与电气机械耦合系数的关系的图。
图38是示出现有的这种薄膜压电元件的图。
图39是示出图38中示出的现有的这种薄膜压电元件的归一化膜厚与音速的关系的图。
图40是示出图38中示出的现有的这种薄膜压电元件的归一化膜厚与电气机械耦合系数的关系的图。
图41是示出现有的这种薄膜压电元件的频率调整法的图。
图42是示出现有的这种薄膜压电元件的频率调整法的图。
图43是示出压电薄膜成膜装置中的靶与晶片的配置例的图。
图44是示出晶片上的压电薄膜的厚度的分布例的图。
用于实施发明的最佳形态实施形态1图1是示出本发明的实施形态1的薄膜压电元件的图。
图2是图1中示出的薄膜压电元件的放大图，图3是图2的B-B剖面图。
图中，11是由砷化镓(GaAs)等半导体构成的晶片，12a～12c是在晶片上形成的薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面(orientation flat),14是砷化镓(GaAs)半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极同电位的焊接区，17是使用了钛酸铅(PbTiO3)的压电薄膜，18a、18b是上部电极，19a、19b是引出电极，20a、20b是分别与上部电极18a、18b连接的焊接区，21是通孔(via hole)。
图2中示出的薄膜压电元件12是由一个输入侧上部电极18a和一个输入侧上部电极18b构成的滤波器。该滤波器与表面弹性波滤波器不同，使用了体(bulk)波。即，利用厚度方向的谐振与输入侧上部电极18a和输出侧上部电极18b间的谐振，实现了比上述弹性表面波滤波器电极数少的滤波器。在此，上部电极18a、18b的长度是Le，宽度是We，输入侧上部电极18a与输出侧上部电极18b的间隔是Lg，再者，引出电极19a、19b的长度是La，宽度是Wa。如图3所示，在此，使用了空气桥作为引出电极19a、19b。这些各部分的图形尺寸Le、We、Lg、La、Wa，与压电薄膜17的厚度h一起，决定上述薄膜压电元件12的通过特性。
通常，在制造这种薄膜压电元件12的情况下，如图1所示，在一片晶片11上排列多个薄膜压电元件12a～12c。实际上排列了100个以上的薄膜压电元件，但图1中为了使说明简单起见作了简化。由于在一片晶片11上排列多个薄膜压电元件12a～12c，故通过处理一片晶片11，一次就可制造多个上述薄膜压电元件12。处理一片晶片11的成本与薄膜压电元件12的数目无关，由晶片中投入的工艺的工序数目来决定。由此可知，从一片晶片能得到的上述薄膜压电元件12的数目越多，对于一个上述薄膜压电元件12的制造成本就越低。再者，为了降低制造成本，也有使一次处理的晶片数目在一片以上的情况。
在这种薄膜压电元件中，在基底电极15、压电薄膜17、上部电极18a、18b的成膜中，大多使用蒸镀或溅射。此时，在上述晶片11的面内成膜的基底电极15、压电薄膜17、上部电极18a、18b等的厚度中有微小的分布。在此，所谓分布，指的是有规律的变化。例如，如果对一片晶片溅射上述压电薄膜17，则如图44所示，在晶片的中央部处厚度较厚，在晶片的端部处厚度较薄。此时的厚度分布，也根据溅射时的晶片的状态而变化。例如，在使晶片在溅射装置内旋转的情况下，也有在晶片的中央部以带状形成厚度分布的情况。上述压电薄膜17的厚度变化变成构成薄膜压电元件12时的频率的变化。
因此，如果在一片晶片11中用相同的各部分图形尺寸Le、We、Lg、La、Wa进行排列，则例如在晶片11中央部处上述压电薄膜17厚的情况下，在晶片11中央部处上述薄膜压电元件12a的频率变低，在晶片11的端部处上述压电薄膜17与晶片中央部相比变得较薄，上述薄膜压电元件12b的频率变高。因此，在与本发明有关的薄膜压电元件中，通过在晶片11的中央部的薄膜压电元件12a和晶片11的端部12b中改变各部分的图形尺寸Le、We、Lg、La、Wa中的至少一个以上，来调整晶片的中央部和晶片端部的薄膜压电元件的频率。再有，在图1中，在垂直于定位面13的方向的晶片11端部的薄膜压电元件12c中，也与平行于定位面13的方向的薄膜压电元件12b一起改变各部分的图形尺寸Le、We、Lg、La、Wa中的至少一个以上。在以下的实施形态中说明具体的改变方法。
在此，说明在以下的实施形态中使用的等效电路。
图4～图6是用于说明通过特性的计算的图。
图4中示出图2中已示出的薄膜压电元件12的等效电路。
图5是图2中已示出的薄膜压电元件12的输入侧上部电极18a、输出侧上部电极18b附近的剖面图。
在图4中，用虚线包围的范围是体超声波滤波器的等效电路24，从输入侧上部电极18a起与相当于输出侧上部电极18b的部分连接。体超声波滤波器的等效电路24相当于从图5中示出的输入侧上部电极18a到输出侧上部电极18b的信号的路径。在改变上述各部分的图形尺寸Le、We、Lg、La、Wa的情况下，改变该体超声波滤波器的等效电路24的元件值。上述体超声波滤波器的等效电路24的上侧的电容器CS1、CS2、Ci0、电感LS1、电阻RS1表示薄膜压电元件12的引出电极19a、19b及焊接区20a、20b等的寄生成分。上述电容器CS1代表并表示上述焊接区20a、20b的静电电容和上述引出电极19a、19b的电容性电抗成分。上述电容器CS2代表并表示上述上部电极18a、18b除上述压电薄膜17以外具有的的静电电容和上述引出电极19a、19b的电容性电抗成分。上述电容器Ci0表示输入侧上部电极18a与输出侧上部电极18b之间的静电电容。上述电感LS1代表并表示上述引出电极19a、19b的感应性电抗成分。上述电阻RS1代表并表示上部电极18a、18b、上述引出电极19a、19b及上述焊接区20a、20b导体电阻等电阻成分。再有，关于上述体超声波滤波器的等效电路24，在文献“电子通信学会论文杂志，‘76/11,Vol.J59-A,No.11,pp.985-992,1975”(以下记为文献6)、文献“电子通信学会论文杂志，‘79/1,Vol.J62-A,No.1,pp.8-15,1979”(以下记为文献7)和文献“电子通信学会论文杂志，‘80/6,Vol.J63-A,No.6,pp.327-334,1980”(以下记为文献8)作了详细的叙述。
图6是使用图4中示出的等效电路计算的薄膜压电元件12的通过特性。
图中，虚线是谐振频率f0为2.5GHz的情况下的通过特性，2点点划线是谐振频率f0为2.52GHz的情况下的通过特性，1点点划线是谐振频率f0为2.54GHz的情况下的通过特性，虚线是谐振频率f0为2.56GHz的情况下的通过特性，实线是谐振频率f0为2.58GHz的情况下的通过特性。在此，上述压电薄膜17的密度是7700kg/m3，相对介电常数是200，决定电阻rs的串联谐振的Q是500，决定电导gs的并联谐振的Q是500，归一化电极长度(Le/h)是10，归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，归一化电极宽度(We/h)是111，厚度h约为0.9μm,CS1为0.8pF,CS2为0.2pF,Ci0为0.02pF,LS1为8nH,RS1为6Ω。此外，电极部的等效压电常数为4.0C/m，平行于上述电极部的表面而传送的弹性波的传送损耗为3dB/100μm，归一化截止频率(fm/f0)为0.734，决定分散特性的倾斜的常数为-14.9754，无电极部的等效压电常数为0.2C/m，平行于上述电极部的表面而传送的弹性波的传送损耗为3dB/100μm，归一化截止频率(fn/f0)为0.802，决定分散特性的倾斜的常数为-17.5854。上述数值是使用钛酸铅(PbTiO3)作为压电薄膜17、使用铂(Pt)作为基底电极15和上部电极18a、18b的情况下的数值。再有，上述谐振频率f0表示上述压电薄膜17的两面为自由表面的情况下的厚度纵振动的谐振频率，如果将厚度纵振动的音速设为Vs，则用下式来表示。
f0=Vs/(2h)即，如果晶片11上的上述压电薄膜17的材料是均匀的，上述厚度纵振动的音速Vs是恒定的，则上述厚度纵振动的谐振频率f0与上述晶片上的上述压电薄膜17的厚度h成反比例地变化。因而，如图6所示，在上述谐振频率f0从2.5GHz至2.58GHz变化时，上述压电薄膜17的厚度h中，对应于上述谐振频率f0=2.5GHz的较厚的厚度为hc，对应于上述谐振频率f0=2.58GHz的较薄的厚度为he，两者的比例为2.5/2.58=0.969。
从图6可知，如果上述谐振频率f0变化，则大致对应于上述谐振频率f0的变化，上述薄膜压电元件12的通过特性在频率轴上变化。即，上述压电薄膜17的厚度h的变化直接地成为上述薄膜压电元件12的通过区域的频率偏移。
在以下的实施形态中，以此为前提，使用图4中示出的等效电路。
实施形态2图7是示出与本发明的实施形态2有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，18a是输入侧上部电极，18b是输出侧上部电极。
在图7中示出的实施形态中，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b、12c中，改变输入侧上部电极18a与输出侧上部电极18b之间的距离、即上部电极间的距离Lg。
图8中示出改变了上部电极间的距离Lg的情况下的通过特性计算结果。
如以上所述，在该通过特性的计算中，与图6中示出的情况相同，使用了图4的等效电路。在此，使归一化电极间距离(Lg/h)从0.4到0.7变化进行计算。此外，归一化电极长度(Le/h)是10，归一化电极宽度(We/h)是111，其它计算参数与图6的情况相同。
从图8可知，如果归一化电极间距离(Lg/h)变大，则通过区域向高频一侧移动。如果归一化电极间距离(Lg/h)大0.05，则通过区域向高频一侧移动2MHz。但是，如果归一化电极间距离(Lg/h)变小，则频带区域内的损耗变动变大，实际上在通过区域的调整中能使用的上述归一化电极间距离(Lg/h)的范围中存在限制。该限制与所使用的压电薄膜17的种类、上述压电薄膜17的厚度h、电极的种类、厚度、尺寸以及图4中示出的成为寄生成分的电路要素的元件值等有关。即，在图8中示出的计算例中，示出了归一化电极间距离(Lg/h)从0.4到0.7变化的情况，但如果上述压电薄膜17的种类、上述压电薄膜17的厚度h、电极的种类、厚度、尺寸以及成为寄生成分的电路要素的元件值等与图8的情况不同，则适当的归一化电极间距离(Lg/h)的范围与图8中示出的情况不同。
实施形态3图9是示出与本发明的实施形态3有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片11端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，18a是输入侧上部电极，18b是输出侧上部电极。
在图9中示出的实施形态中，在晶片11中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b、12c中，改变上部电极18a、18b的宽度We。
图10中示出改变了归一化电极宽度(We/h)的情况下的通过特性计算结果。
在此，使归一化电极宽度(We/h)从111到66.7变化来进行计算。此外，归一化电极长(Le/h)为10归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，其它计算参数与图6的情况相同。
在图10中示出的计算例中，通过改变归一化电极宽度(We/h)，通过区域的低频一侧的区域(图中为X1)的变化很小，但上述通过区域的高频一侧的区域(图中为Y1)的变化很大。因此，作为上述通过区域来说，如果增大归一化电极宽度(We/h)，则上述通过区域向高频一侧移动。如果将图8中示出的改变归一化电极间距离(Lg/h)的情况的计算例与图10中示出的改变归一化电极宽度(We/h)的情况的计算例进行比较，则在图8和图10中示出的计算范围内，图8中示出的改变归一化电极间距离(Lg/h)的情况下通过区域的变化量较大。但是，在图8中示出的改变归一化电极间距离(Lg/h)的情况的计算例中，由于如上述归一化电极间距离(Lg/h)变化0.05这样的很小的量而通过区域移动约2MHz，故上述归一化电极间距离(Lg/h)的制造上的误差可成为通过区域的偏差的原因。因而，在这种精密的通过区域的调整中，图10中示出的改变归一化电极宽度(We/h)的那种少量地改变通过区域的方法是适合的。使上述归一化电极宽度(We/h)变化10的情况下，通过区域的移动量最大为2NHz。由于该移动量与制造上的误差相比足够大，故几乎没有必要考虑因上述归一化电极宽度(We/h)的制造上的误差引起的通过区域的偏差。
再有，在此，所谓上述通过区域的低频一侧，是从上述通过区域内的损耗为最小的损耗值起通过只增加所需要的值的损耗的通过区域的低频一侧的端部，所谓上述通过区域的高频一侧，是从上述通过区域内的损耗为最小的损耗值起通过只增加所需要的值的损耗的通过区域的高频一侧的端部，从上述损耗为最小的损耗值起增加的值通常是3dB，将这种情况下的上述通过区域的高频一侧的频率与上述通过区域的低频一侧的频率的差称为3dB频带区域宽度。
实施形态4图11是示出与本发明的实施形态4有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片11端部附近的薄膜压电元件，18a是输入侧上部电极，18b是输出侧上部电极。
在图11中示出的实施形态中，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b、12c中，改变上部电极18a、18b的长度Le。
图12中示出改变了归一化电极长度(Le/h)的情况下的通过特性计算结果。
在此，使归一化电极长度(Le/h)从8到12变化来进行计算。此外，归一化电极宽度(We/h)是111，归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，其它计算参数与图6的情况相同。
在图12中示出的计算例中，如果增大归一化电极长度(Le/h)，则存在通过区域变窄的趋势，但由于在通过区域附近，上述通过区域的低频一侧的变化(X2)比上述通过区域的高频一侧的变化(Y2)大，故结果如果增大归一化电极长度(Le/h)，则通过区域向高频一侧移动。
实施形态5图13是示出与本发明的实施形态5有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，19a、19b是引出电极。
在图13中示出的实施形态中，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b中，改变引出电极19a、19b的长度La。此外，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12c中，改变引出电极19a、19b的宽度Wa。
图14中示出改变了图4中示出的电感器LS1的情况下的通过特性计算结果。
在此，使上述电感器LS1从4nH到12nH变化来进行计算。上述电感器LS1的值主要通过改变引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa的至少一个来变化。此外，归一化电极宽度(We/h)是77.8，归一化电极长度(Le/h)是10，归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，其它计算参数与图6的情况相同。
在图14中示出的计算例中，在上述电感器LS1从4nH增大到10nH时，通过区域的低频一侧(X3)几乎不变化，上述通过区域的高频一侧(Y3)向频率高的方向变化。这一点示出了如果上述电感器LS1的电感变大，则通过区域的频带区域宽度增大，而且通过区域向高频一侧变化。此外，如果上述电感器LS1变成12nH，则上述通过区域的高频一侧比上述电感器LS1为10nH的情况要低。这一点显示了在图14中示出的计算例中，所使用的上述电感器LS1的值低于10nH是适当的。
在图13中示出的实施形态中，示出了分别改变引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa的情况，但也可只改变长度La。此外，也可只改变引出电极19a、19b的宽度Wa。此外，也可同时改变引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa。
实施形态6图15是示出与本发明的实施形态6有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，19a、19b是引出电极，20a、20b是焊接区。
在图15中示出的实施形态中，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b、12c中，改变引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa以及焊接区20a、20b的面积。这相当于改变图4中示出的电容器CS1。
图16中示出改变了图4中示出的电容器CS1的情况下的通过特性计算结果。
在此，使上述电容器CS1从0.4pF到1.2pF变化来进行计算。上述电容器CS1的值主要通过改变焊接区20a、20b的面积、或焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的静电电容、引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa来变化。此外，归一化电极宽度(We/h)是77.8，归一化电极长度(Le/h)是10，归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，其它计算参数与图6的情况相同。
在图16中示出的计算例中，如果上述电容器CS1的静电电容增大，则上述通过区域的低频一侧少量地向高频一侧移动，上述通过区域的高频一侧向低频一侧移动。此时，由于上述高频一侧的移动量比上述低频一侧的移动量大，故结果如果上述电容器CS1的静电电容增大，则上述通过区域的频带区域宽度变窄，而且通过区域向低频一侧移动。
实施形态7图17是示出与本发明的实施形态7有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是晶片，12a是晶片中央部的薄膜压电元件，12b是平行于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，12c是垂直于定位面13的方向上的晶片端部附近的薄膜压电元件，19a、19b是引出电极。
在图17中示出的实施形态中，在晶片中央部的薄膜压电元件12a和晶片端部的薄膜压电元件12b、12c中，改变引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa。这相当于改变图4中示出的电容器CS2。
图18中示出改变了图4中示出的电容器CS2的情况下的通过特性计算结果。
在此，使上述电容器CS2从0.1pF到0.5pF变化来进行计算。上述电容器CS2的值主要通过改变引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa、改变上部电极18a、18b的形状或面积来变化。此外，归一化电极宽度(We/h)是77.8，归一化电极长度(Le/h)是10，归一化电极间距离(Lg/h)是0.6，其它计算参数与图6的情况相同。
在图18中示出的计算例中，如果上述电容器CS2的静电电容从0.2pF增大到0.5pF，则通过区域的高频一侧几乎不变化，上述通过区域的低频一侧向低频一侧移动。因此，如果上述电容器CS2的静电电容从0.2pF增大到0.5pF，则上述通过区域的频带区域宽度变宽，而且通过区域向低频一侧变化。由于上述电容器CS2的静电电容为0.1pF的情况与上述电容器CS2的静电电容为0.2pF的情况相比，上述通过区域的高频一侧向低频一侧移动，故在图18中示出的计算例中，所使用的上述电容器CS2的静电电容的范围在0.2pF以上是适合的。
以上，在从图8至图18中如计算例示出的那样，通过改变薄膜压电元件12的上部电极18a、18b的长度Le和宽度We、上部电极18a、18b间距离Lg、引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa、焊接区20a、20b的面积以及与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的静电电容，可控制上述薄膜压电元件12的通过区域。如果利用这一点来补偿因晶片上的压电薄膜17的厚度分布而引起的上述薄膜压电元件12的通过区域的偏差，则可得到与晶片上的位置无关的、通过特性相同的上述薄膜压电元件12。例如，如图1所示，通过根据晶片上的位置来改变上述上部电极18a、18b的长度Le或宽度We、上部电极18a、18b间距离Lg、引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa、焊接区20a、20b的面积或与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的静电电容，进行因晶片上的压电薄膜17的厚度分布而引起的上述薄膜压电元件12的通过区域的偏差的补偿。
实施形态8图19、图20和图21是示出与本发明的实施形态8有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是由硅(Si)半导体构成的晶片，12a～12c是薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面，25是硅半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极15同电位的焊接区，17是使用了钛酸铅(PbTiO3)的压电薄膜，18a、18b是上部电极，19a、19b是引出电极，20a、20b是分别与上部电极18a、18b连接的焊接区，21是通孔。
图19中，根据晶片11上的位置，改变薄膜压电元件12a～12c的上部电极18a、18b的长度Le或宽度We、上部电极18a、18b间距离Lg、引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa、焊接区20a、20b的面积等中的至少一个以上。如从图8至图18所示，上述薄膜压电元件12a～12c通过改变上部电极18a、18b的长度Le或宽度We、上部电极18a、18b间距离Lg、引出电极19a、19b的长度La或宽度Wa、焊接区20a、20b的面积以及与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的静电电容，可补偿因上述晶片11上的位置而引起的通过区域的偏差。因此，即使根据上述晶片11上的位置在上述压电薄膜17的厚度中形成分布，也可得到通过区域的偏差小的薄膜压电元件12。
此外，图1中所示的实施形态的砷化镓(GaAs)半导体基板14的绝缘性好，在构成上述薄膜压电元件12方面，具有能将因上述半导体基板区域而引起的损耗降低到最小限度的优点。但由于价格较高，故在制造成本方面是不利的。另一方面，对硅(Si)半导体基板25进行大量生产，晶片11的费用便宜。除此以外，晶片的直径大，以一片晶片与砷化镓(GaAs)半导体基板14相比，可制成数量更多的上述薄膜压电元件12，故制造成本变得更便宜。另一方面，由于晶片11的面积大，故晶片11内的上述压电薄膜17的厚度的偏差变大，与砷化镓(GaAs)半导体基板14相比，补偿晶片11内的通过特性的偏差这一点变得更为重要。
图20是图19中示出的薄膜压电元件12a、12b、12c的放大图，图21是图20的B-B部的剖面图。使用了图2、图3中示出的砷化镓(GaAs)半导体基板14的薄膜压电元件12与使用了图20、图21中示出的硅(Si)半导体基板25的薄膜压电元件12在除了半导体基板外用完全相同的材料、相同的尺寸构成的情况下，图4中示出的体超声波滤波器的等效电路24对于两者是相同的，起因于半导体基板的不同而产生差别的电容器CS1、CS2、Ci0电感LS1、电阻RS1的元件值的差成为两者的通过特性的差。因而，在使用了硅(Si)半导体基板25的薄膜压电元件中，补偿上述晶片11上的上述压电薄膜17的厚度分布的情况与使用了砷化镓(GaAs)半导体基板14的情况相比，即使所补偿的频率偏差量相同，上述薄膜压电元件12的上述上部电极18a、18b的长度Le和宽度We、上部电极18a、18b间距离Lg、引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa、焊接区20a、20b的面积等的变化量也不同。
实施形态9图22、图23和图24是示出与本发明的实施形态9有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是由砷化镓(GaAs)半导体构成的晶片，12a～12c是薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面，14是砷化镓(GaAs)半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极15同电位的焊接区，17是使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)的压电薄膜，18是上部电极，19是引出电极，20是与上部电极连接的焊接区，21是通孔。
图22是示出根据晶片11上的薄膜压电元件的位置改变图形形状的情况的一例。
在图22中，在平行于定位面13的方向上，从晶片11中央部的薄膜压电元件12a到晶片11端部的薄膜压电元件12b作成相同的形状，沿垂直于上述定位面13的方向，随着接近于上述晶片11端部的薄膜压电元件12c，改变焊接区20和上部电极18的宽度We和引出电极19的长La。这样的形态的变化适合于上述晶片11上的压电薄膜17的厚度分布在平行于上述定位面13的方向上几乎是均匀的、在垂直于上述定位面13的方向上是变化的情况。
此外，如图23所示，与该实施形态有关的薄膜压电元件12是体超声波谐振器。体超声波谐振器与图2中示出的超声波滤波器不同，上部电极18是一个。因此，在该实施形态中，将相当于图4中示出的等效电路中的单侧的上部电极18的部分作为等效电路来使用。图23中示出的那种薄膜压电元件12作为1端子对谐振器来工作。因此，不是图6中示出的那种滤波器特性，而是成为具有串联谐振频率与并联谐振频率的谐振器特性。因此，上述压电薄膜17的厚度变化直接变成串联谐振频率与并联谐振频率的变化。在这种谐振器的情况下，上述串联谐振频率与上述并联谐振频率通过将电抗元件连接到谐振器上而变化。在图23中示出的薄膜压电元件12中，上部电极18的长度Le和宽度We主要决定谐振器的阻抗，引出电极19和焊接区20相当于与上述谐振器连接的电抗元件，上述引出电极19的长度La和宽度Wa及焊接区20的面积决定与上述谐振器连接的电抗元件的元件值。
因而，通过改变上述引出电极19的长度La和宽度Wa及焊接区20的面积，可改变上述谐振器的上述串联谐振频率与上述并联谐振频率，再者，通过改变上述上部电极18的长度Le和宽度We，可使上述谐振器的阻抗和与上述谐振器连接的电抗元件的阻抗的值的关系变化，因此，与从图10到图18中所示的情况类似，通过改变上述上部电极18的长度Le和宽度We、上述引出电极19的长度La和宽度Wa及焊接区20的面积，可改变上述谐振器的上述串联谐振频率与上述并联谐振频率。此外，改变上述焊接区20的面积和改变与上述焊接区20电连接的电容器的电容，大致具有相同的效果。
实施形态10图25是示出与本发明的实施形态10有关的薄膜压电元件的图。
图26是图25中示出的薄膜压电元件的放大图，图27是图26的B-B剖面图。
图中，11是由硅(Si)半导体构成的晶片，12a～12c是薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面，25是硅(Si)半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极15同电位的焊接区，17是使用了氧化锌(ZnO)的压电薄膜，18a、18b是上部电极，19a、19b是引出电极，20a、20b是与上部电极18a、18b连接的焊接区，26是刻蚀孔，27是电介质薄膜，28是空洞。
在图25中，相对于晶片11中央部的薄膜压电元件12a，随着从上述晶片11中央部离开，以同心圆状改变薄膜压电元件的形状，例如，以相同的方式使平行于定位面13的方向上的上述晶片11端部的薄膜压电元件12b和垂直于上述定位面13的方向上的上述晶片11端部的薄膜压电元件12c的上部电极18a、18b的长度Le和上部电极间距离Lg变化。这样的相对于晶片11的中央部以同心圆状改变薄膜压电元件的形状的方法适合于上述压电薄膜17的厚度相对于晶片11的中央部以同心圆状变化的情况。
图26和图27中示出的薄膜压电元件12从上部电极18a、18b存在的表面一侧起，例如在电介质薄膜27中开刻蚀孔26，其次，从上述刻蚀孔通过各向异性刻蚀除去上述硅(Si)半导体基板25，在基底电极15的背面一侧形成空洞28。作为薄膜压电元件12的弹性谐振，只要在上述基底电极15下有空气层即可，关于作成通孔21的方法，无论如图27所示从表面一侧作成，还是如图24所示从背面一侧作成，上述薄膜压电元件12的特性都相同。再者，在图27中，在半导体基板25和基底电极15之间有电介质薄膜27，而在图21和图24中示出的例子中，在图中将其省略，在实际的薄膜压电元件12中存在电介质薄膜27。
实施形态11图28是示出与本发明的实施形态11有关的薄膜压电元件的图。
图29是图28中示出的薄膜压电元件的放大图，图30是图29的B-B剖面图。
图中，11是由砷化镓(GaAs)半导体构成的晶片，12a～12c是薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面，14是砷化镓(GaAs)半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极15同电位的焊接区，17是使用了氮化铝(AlN)的压电薄膜，18a、18b是上部电极，19a、19b是引出电极，20a、20b是分别与上部电极18a、18b连接的焊接区，28是空洞，29a是未与上部电极18a连接的第2电极。此外，29b是未与上部电极18b连接的第2电极。
在图28中示出的实施形态中，改变第2电极29a、29b的长度Le2和第2电极29a与上部电极18a的距离Lg2。此外，Lg2也是第2电极29b与上部电极18b的距离。相对于晶片11的中央部的薄膜压电元件12a，在平行于定位面13的方向上，随着接近上述晶片11的端部的薄膜压电元件12b，使第2电极29a与上部电极18a的距离Lg2(乃至第2电极29b与上部电极18b的距离Lg2)变化，在垂直于上述定位面13的方向上，随着接近上述晶片11的端部的薄膜压电元件12c，使第2电极29a、29b与上部电板18a、18b的各自的距离Lg2和第2电极29a、29b的长度Le2变化。这样的方法适用于例如不仅由于上述压电薄膜17的厚度h的分布，而且由于构成上述压电薄膜17的材料的组成比的变化等，上述晶片11上的薄膜压电元件的特性在平行于和垂直于上述定位面的方向上的变化的趋势不同的情况。例如，在平行于上述定位面13的方向上，薄膜压电元件12b的通过区域变化，在垂直的方向上薄膜压电元件12c的通过区域和频带区域宽度变化，在这样的情况下，必须在平行于上述定位面13的方向上补偿上述薄膜压电元件12b的通过区域，在垂直的方向上补偿薄膜压电元件12c的通过区域和频带区域宽度，必须在平行于和垂直于上述定位面13的方向上改变薄膜压电元件的形状。
图29是图28中示出的薄膜压电元件12a、12b、12c的放大图，图30是图29中的B-B剖面图。
基底电极15的背面一侧的空洞28是在不对上述砷化镓(GaAs)半导体基板进行刻蚀处理的情况下构成的。在这种情况下，作为体超声波滤波器的特性也与对上述砷化镓(GaAs)半导体基板进行刻蚀处理的情况下的特性几乎相同。
实施形态12图31、图32和图33是示出与本发明的实施形态12有关的薄膜压电元件的图。
图中，11是由硅(Si)半导体构成的晶片，12a～12c是薄膜压电元件，13是表示晶片11的基准面的定位面，25是硅(Si)半导体基板，15是基底电极，16是与基底电极同电位的焊接区，17是使用了钛酸铅(PbTiO3)的压电薄膜，18a是输入侧上部电极，18b是输出侧上部电极，19a、19b是引出电极，20a、20b是分别与上部电极18a、18b连接的焊接区，29a、29b与实施形态11相同，是未与上部电极18a、18b进行导电连接的第2电极，30是未与上部电极18a、18b进行导电连接的第3电极，31是电介质，32是电容器的电极，33是上述电容器的电极32与焊接区20a进行导电连接的连接电极，34是电介质层，在34中将音响方面特性不同的材料作成多层，等效地起到空洞28那样的功能。
在图31至图33示出的实施形态中，根据晶片11上的位置改变电容器的电极32的面积。由此，起到与改变图4中示出的等效电路的电容器CS1大致相同的效果，能补偿上述晶片11上的上述薄膜压电元件12的特性的偏差。
图32是图31中示出的12a、12b、12c的放大图。
在此，在输入侧上部电极18a和输出侧上部电极18b之间配置了第3电极30。
图33是图32中的B-B间的剖面图。
通过连接电极33在输入侧焊接区20a与接地侧的焊接区16之间以导电性地并联的方式连接由电介质31和电容器的电极32构成的电容器。图32中，只将上述电容器连接到输入侧焊接区20a，但也可以同样方式连接到输出侧焊接区20b。此外，也可使第3电极30的长度Le3、第3电极30与上部电极18a、18b的距离Lg3的至少一个变化。
如上所述，根据晶片11上的位置，通过改变薄膜压电元件12的图形形状来补偿在上述晶片11上发生的特性偏差，例如以压电薄膜17的厚度分布作为原因的谐振频率的偏差，可得到与晶片11上的位置无关的、特性一致的薄膜压电元件。
这样，在改变薄膜压电元件12的图形形状的情况下，存在因改变上述图形形状而引起的补偿范围的限度。该限度因上述薄膜压电元件12中使用的压电薄膜17的种类、上部电极18a、18b、18的种类、基底电极15的种类、电介质薄膜27的种类、压电薄膜17的厚度、上部电极18a、18b、18的厚度、基底电极15的厚度、电介质薄膜27的厚度和上述薄膜压电元件的图形形状的不同而不同。特别是上述压电薄膜17的种类是决定上述补偿范围的限度的重要的要素。一般来说，压电薄膜17的电气机械耦合系数大，就可增大上述补偿范围。上述电气机械耦合系数在图6至图18中示出的计算例的情况下，与等效压电系数有很强的相关性。
在上述电气机械耦合系数方面，作为铅类压电陶瓷的钛酸铅(PbTiO3)或PZT(PbTiO3-PbZrO3)具有特别优良的特性。此外，由于这种铅类压电陶瓷在压电薄膜成膜时的温度高，故熔点高，而且必须使用化学性质稳定的铂(Pt)或金(Au)作为基底电极15和使用砷化镓(GaAs)或硅(Si)等的半导体基板作为基板，特别是铂(Pt)的化学稳定性优良。钛酸铅(PbTiO3)是高频下的Q特别优良的材料，在薄膜压电元件那样的以在GHz频带以上的使用作为前提的元件中，是特别优良的材料。但是，与其它的材料、如氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)相比，由于构成材料的种类较多，故在晶片11的整个面上以均匀的组成来成膜是困难的，在晶片11的面内的特性偏差的补偿极为重要。PZT(PbTiO3-PbZrO3)通过改变作为构成要素的钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)的组成比，可得到各种特性的压电薄膜17，由于与只有钛酸铅(PbTiO3)的情况相比，可得到大的电气机械耦合系数，故这种薄膜压电元件具有设计上的自由度大的优点。但是，由于与钛酸铅(PbTiO3)相比，构成材料的种类更多，故在晶片11的整个面上以均匀的组成来成膜是困难的，在晶片11的面内的特性偏差的补偿极为重要。
另一方面，在氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)那样的不含铅的压电陶瓷的电气机械耦合系数比铅类压电陶瓷的电气机械耦合系数差，但具有Q特别大的特征。这意味着例如在构成滤波器的情况下，趋向于构成频带区域窄的滤波器。在频带区域窄的滤波器中，如果在晶片11面内压电薄膜17的厚度有微小的变化，则上述滤波器的通过区域就从所需要的频带区域偏移。因此，必须补偿上述晶片11面内的上述压电薄膜17的厚度分布，晶片11面内的特性偏差的补偿是极为重要的。此外，这种不合铅的压电陶瓷的压电薄膜的成膜温度较低，故可使用除上述砷化镓(GaAs)或硅(Si)等的半导体基板以外的玻璃基板，此外，也可使用熔点低的铝(Al)等的除铂(Pt)或金(Au)以外的金属材料作为基底电极15。
以上示出了，在薄膜压电元件12的图形形状中使上部电极18、18a、18b的长度Le或宽度We、输入侧上部电极18a与输出侧上部电极18b间距离Lg、引出电极19、19a、19b的长度La或宽度Wa、焊接区20、20a、20b的面积、与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的电极32的面积、第2电极29a、29b的长度Le2、第2电极29a、29b与上部电极18a、18b的距离Lg2、第3电极30的长度Le3、第3电极30与上部电极18a、18b的距离Lg3等参数中的多个参数的组合变化的例子，但如图8至图18所示，也有只使上述一个参数变化来进行补偿的情况。
另一方面，在上部电极18、18a、18b的长度Le和宽度We、输入侧上部电极18a与输出侧上部电极18b间距离Lg、引出电极19、19a、19b的长度La和宽度Wa、焊接区20a、20b的面积、与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的电极32的面积、第2电极29a、29b的长度Le2、第2电极29a、29b与上部电极18a、18b的距离Lg2、第3电极30的长度Le3、第3电极30与上部电极18a、18b的距离Lg3等参数中，也有实施形态中未示出的组合为最有效的情况。即，关于上部电极18、18a、18b的长度Le和宽度We、输入部上部电极18a与输出侧上部电极18b间距离Lg、引出电极19、19a、19b的长度La和宽度Wa、焊接区20、20a、20b的面积、与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的电极32的面积、第2电极29a、29b的长度Le2、第2电极29a、29b与上部电极18a、18b的距离Lg2、第3电极30的长度Le3、第3电极30与上部电极18a、18b的距离Lg3等参数中的任意组合，可使其在晶片11上变化来补偿偏差。
此外，在本发明的实施形态中，图7、图9、图11、图13、图15、图17、图19、图20、图22、图23、图25、图26、图28、图29、图31、图32中示出的薄膜压电元件的图形形状是一例。没有必要限定于上述实施形态中叙述的图形形状，可在晶片11上使任意影响薄膜压电元件的特性的图形形状变化，来实施本发明。
再者，没有必要将本发明限定于图21、图24、图27、图30、图33中示出的薄膜压电元件的剖面形状，例如，即使在将图23中示出的体超声波谐振器作为串联要素和并联要素的梯型连接的梯型(laddertype)滤波器的情况下，效果也是相同的。此外，即使在将图21、图24、图27、图30、图33中示出的薄膜压电元件的剖面形状和图7、图9、图11、图13、图15、图17、图19、图20、图22、图23、图25、图26、图28、图29、图31、图32中示出的薄膜压电元件的图形形状进行任意组合的情况下，效果也是相同的。
此外，在上述实施形态中，在根据晶片上的位置使薄膜压电元件的图形形状中的上部电极18a、18b的长度Le和宽度We、引出电极19a、19b的长度La和宽度Wa、焊接区20a、20b的面积、与焊接区20a、20b进行导电性连接的电容器的电极32的面积、第2电极29a、29b的长度Le2、第2电极29a、29b与上部电极18a、18b的各自的距离Lg2、第3电极30与上部电极18a、18b的各自的距离Lg3等参数变化的情况下，示出了在一个薄膜压电元件上对于各要素a、b使上述参数相等地变化的例子，但也可对于各要素a、b使上述参数不相等地变化。所谓使上述参数不相等地变化，指的是例如不仅根据薄膜压电元件的晶片上的位置使上部电极18a、18b的长度Le不同，而且在一个薄膜压电元件上使上部电极18a的长度Le与上部电极18b的长度Le不相等。此外，不仅根据薄膜压电元件的晶片上的位置使第2电极29a、29b与上部电极18a、18b的各自的距离Lg2不同，而且在一个薄膜压电元件上使第2电极29a与上部电极18a的距离Lg2和第2电极29b与上部电极18b的距离Lg2不相等。
这样，通过使参数不相等地变化，与相等地变化进行比较，可进一步扩展能补偿的范围。
产业上利用的可能性如上所述，按照本发明，通过根据晶片上的位置改变上部电极的长度Le或宽度We、输入输出上部电极间距离Lg、引出电极的长度La或宽度Wa、焊接区的面积、与焊接区进行导电性连接的电容器的电极面积等的薄膜压电元件的图形形状中的至少一个以上的参数，可降低因晶片上的位置不同而产生的上述薄膜压电元件的特性偏差，可得到与晶片11上的位置无关的、特性相同的薄膜压电元件。
由此，可不限定薄膜压电元件的材料的种类和材料的组合以及压电薄膜的厚度，可实现各种各样的薄膜压电元件，在产业上是有用的。
权利要求
1．一种薄膜压电元件，该薄膜压电元件用由半导体基板构成的晶片、在上述半导体基板上形成的基底电极、在上述基底电极上形成的压电薄膜和在上述压电薄膜上形成的上部电极来构成，其特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述薄膜压电元件的图形形状。
2．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的长度。
3．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的宽度。
4．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于上述薄膜压电元件具有多个上述上部电极，根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极间的距离。
5．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于上述薄膜压电元件还备有与上述上部电极连接的焊接区部分，上述薄膜压电元件根据晶片上的位置来改变上述焊接区部分的形状。
6．如权利要求5所述的薄膜压电元件，其特征在于上述薄膜压电元件还备有与上述上部电极和上述焊接区部分连接的引出电极，上述薄膜压电元件根据晶片上的位置来改变上述引出电极的形状。
7．如权利要求6所述的薄膜压电元件，其特征在于上述薄膜压电元件使用了空气桥作为上述引出电极。
8．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于上述薄膜压电元件在与上述薄膜压电元件相同的上述半导体基板上备有电容器，根据上述晶片上的位置来改变上述电容器的电容。
9．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于使用了砷化镓(GaAs)作为上述半导体基板，使用了钛酸铅(PbTiO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
10．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于使用了硅(Si)作为上述半导体基板，使用了钛酸铅(PbTiO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
11．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于使用了PZT(PbTiO3-PbZrO3)作为上述压电薄膜，使用了以铂(Pt)为主的导体作为上述基底电极和上述上部电极的至少之一。
12．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于使用了氧化锌(ZnO)作为上述压电薄膜。
13．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于使用了氮化铝(AlN)作为上述压电薄膜。
14．如权利要求1所述的薄膜压电元件，其特征在于在上述半导体基板与上述基底电极之间备有电介质。
15．一种电路元件，包括基板和在上述基板上形成的多个元件，其特征在于根据上述基板上的位置来改变在上述基板表面上形成的元件的图形形状。
16．一种薄膜压电元件的制造方法，其特征在于，备有以下的工序(a)在由半导体基板构成的晶片上形成基底电极的工序；(b)在上述基底电极上形成压电薄膜的工序；(c)在上述压电薄膜上形成上部电极的工序；以及(d)根据上述晶片上的位置来改变在上述压电薄膜上形成的上述上部电极的图形形状的工序。
17．如权利要求16所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的长度的工序。
18．如权利要求16所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极的宽度的工序。
19．如权利要求16所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于形成上述上部电极的工序中形成多个上述上部电极，改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述上部电极间的距离的工序。
20．如权利要求16所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于形成上述上部电极的工序中还连接并形成上述上部电极和焊接区部分，改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述焊接区部分的形状的工序。
21．如权利要求20所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于形成上述上部电极的工序还具有用引出电极来连接上述上部电极和焊接区部分的工序，改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述引出电极的形状的工序。
22．如权利要求21所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于改变上述图形形状的工序备有用空气桥形成上述引出电极的工序。
23．如权利要求16所述的薄膜压电元件的制造方法，其特征在于上述薄膜压电元件的制造方法具有在与上述薄膜压电元件相同的上述半导体基板上设置电容器的工序，改变上述图形形状的工序备有根据上述晶片上的位置来改变上述电容器的电容的工序。
全文摘要
通过根据晶片(11)上的位置改变上部电极(18a、18b)的长度Le或宽度We、输入输出上部电极(18a、18b)间距离Lg、引出电极(19a、19b)的长度La或宽度Wa、焊接区(20a、20b)的面积、与焊接区(20a、20b)进行导电性连接的电容器的电极面积等的薄膜压电元件(12a、12b、12c)的图形形状中的至少一个以上参数,可补偿因晶片(11)上的位置不同而产生的上述薄膜压电元件(12a、12b、12c)的特性偏差,可实现与晶片(11)上的位置无关的、特性相同的薄膜压电元件(12a、12b、12c)。
文档编号H01L41/107GK1223743SQ97195801
公开日1999年7月21日 申请日期1997年4月24日 优先权日1997年4月24日
发明者和高修三, 三须幸一郎, 永塚勉, 木村友则, 龟山俊平 申请人:三菱电机株式会社