JP6302437B2 - 弾性波フィルタ、分波器、及びモジュール - Google Patents

Description

本発明は、弾性波フィルタ、分波器、及びモジュールに関する。

携帯電話などの通信機器に用いられるフィルタとして、圧電薄膜共振子をラダー型に接続したラダー型フィルタが知られている。圧電薄膜共振子は、下部電極と上部電極とで圧電膜を挟んだ構造をしている。また、複数のフィルタを含む分波器およびモジュールが、通信機器に組み込まれることがある。

ラダー型フィルタでは、直列共振子の共振周波数と並列共振子の共振周波数とを異ならせている。この周波数差を形成する方法として、上部電極上に形成した周波数制御膜をパターニングして、直列共振子と並列共振子とで周波数制御膜の質量を異ならせることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、周波数差の形成に加えて、スプリアスの低減を図るために、各共振子間において、周波数制御膜に形成された凸形状パターン又はホールパターンのピッチ間隔を共通にし、且つ、面積を異ならせることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２００７／０００９２９号 特開２０１１−７１９１３号公報

しかしながら、従来の方法では、スプリアスの低減の点において改善の余地が残されていた。本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、スプリアスを低減させることを目的とする。

本発明は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１又は複数の直列共振子と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続され、圧電薄膜共振子からなる複数の並列共振子と、を備え、前記複数の並列共振子のうちの少なくとも２つの共振子は、等ピッチ間隔で形成された複数の島状パターン又は複数の開口パターンを有する付加膜を、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する共振領域に備え、前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜の前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は互いに異なることを特徴とする弾性波フィルタである。本発明によれば、スプリアスを低減させることができる。

本発明は、入力端子と出力端子との間に直列に接続され、圧電薄膜共振子からなる複数の直列共振子と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１又は複数の並列共振子と、を備え、前記複数の直列共振子のうちの少なくとも２つの共振子は、等ピッチ間隔で形成された複数の島状パターン又は複数の開口パターンを有する付加膜を、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する共振領域に備え、前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜の前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は互いに異なることを特徴とする弾性波フィルタである。本発明によれば、スプリアスを低減させることができる。

上記構成において、前記少なくとも２つの共振子の共振周波数は同じである構成とすることができる。

上記構成において、前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜は、前記共振領域の面積に対する前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの合計面積の割合が互いに同じであり、且つ、上面視における前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの大きさが互いに同じである構成とすることができる。

上記構成において、前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜は、前記共振領域の面積に対する前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの合計面積の割合が互いに同じであり、且つ、上面視における前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの大きさが互いに異なる構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は、前記圧電膜により励振される弾性波の波長以上である構成とすることができる。

上記構成において、前記直列共振子と前記並列共振子は、ラダー型に接続されている構成とすることができる。

本発明は、送信フィルタと受信フィルタを備え、前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方が上記のいずれかに記載の弾性波フィルタであることを特徴とする分波器である。

本発明は、上記のいずれかに記載の弾性波フィルタを備えることを特徴とするモジュールである。

本発明によれば、スプリアスを低減させることができる。

図１は、実施例１に係る弾性波フィルタを示す図である。 図２（ａ）は、直列共振子及び並列共振子の上面図、図２（ｂ）は、直列共振子の断面図、図２（ｃ）は、並列共振子の断面図である。 図３（ａ）は、付加膜の一例を示す上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図４（ａ）は、並列共振子のうちの１つの共振子の付加膜の一例を示す上面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、他の１つの共振子の付加膜の一例を示す上面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、直列共振子の製造方法を示す断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、通過特性の測定結果を示す図（その１）である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、通過特性の測定結果を示す図（その２）である。 図８（ａ）は、付加膜の他の一例を示す上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図９（ａ）は、付加膜の島状パターンの他の例を示す断面図、図９（ｂ）は、付加膜の開口パターンの他の例を示す断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、直列共振子の変形例の断面図（その１）である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、直列共振子の変形例の断面図（その２）である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、直列共振子の変形例の断面図（その３）である。 図１３は、実施例２に係るデュプレクサを示すブロック図である。 図１４は、実施例３に係るモジュールを含む移動体通信機を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る弾性波フィルタ１００を示す図である。図１のように、実施例１の弾性波フィルタ１００は、１又は複数の直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と１又は複数の並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とを備える、ラダー型フィルタである。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４は、入力端子１０と出力端子１２との間に直列に接続されている。並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、入力端子１０と出力端子１２との間に並列に接続されている。すなわち、並列共振子Ｐ１は、直列共振子Ｓ１、Ｓ２の間のノードとグランドとの間に接続されている。並列共振子Ｐ２は、直列共振子Ｓ２、Ｓ３の間のノードとグランドとの間に接続されている。並列共振子Ｐ３は、直列共振子Ｓ３、Ｓ４の間のノードとグランドとの間に接続されている。

図２（ａ）は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の上面図、図２（ｂ）は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の断面図、図２（ｃ）は、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の断面図である。図２（ａ）から図２（ｃ）のように、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、基板２０上に設けられた圧電膜２４を下部電極２２と上部電極２６とで挟んだ圧電薄膜共振子である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）のように、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板からなる基板２０上に、下部電極２２が設けられている。基板２０の平坦上面と下部電極２２との間に、下部電極２２側にドーム形状の膨らみを有する空隙３４が形成されている。ドーム形状の膨らみとは、例えば空隙３４の周辺では空隙３４の高さが低く、空隙３４の内部ほど空隙３４の高さが高くなるような形状の膨らみである。下部電極２２は、下層２２ａと上層２２ｂとを含む。下層２２ａは、例えばクロム（Ｃｒ）膜であり、上層２２ｂは、例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。

下部電極２２及び基板２０上に、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜からなる圧電膜２４が設けられている。圧電膜２４を挟み下部電極２２と対向する領域（共振領域３６）を有するように、圧電膜２４上に上部電極２６が設けられている。上部電極２６は、下層２６ａと上層２６ｂとを含む。下層２６ａは、例えばＲｕ膜であり、上層２６ｂは、例えばＣｒ膜である。共振領域３６は、例えば楕円形形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。なお、共振領域３６は、多角形形状など、楕円形形状以外の形状であってもよい。

共振領域３６において、上部電極２６の下層２６ａと上層２６ｂとの間に、付加膜２８が設けられている。付加膜２８は、下層２８ａと上層２８ｂとを含む。下層２８ａは、例えばＲｕ膜であり、上層２８ｂは、例えばチタン（Ｔｉ）膜である。付加膜２８は、上層２８ｂがパターニングされることで、複数の島状パターンを有しているが、この点については後述する。

上部電極２６の上層２６ｂ上に、第１周波数調整膜３０として酸化シリコン膜が設けられている。共振領域３６内の積層膜は、下部電極２２、圧電膜２４、上部電極２６、付加膜２８、及び第１周波数調整膜３０を含む。なお、第１周波数調整膜３０は、パッシベーション膜として機能してもよい。

下部電極２２及び圧電膜２４には、犠牲層をエッチングするための導入路３８が形成されている。犠牲層は、空隙３４を形成するための層である。導入路３８の先端付近は、下部電極２２及び圧電膜２４で覆われておらず、孔部４０が形成されている。

図２（ａ）及び図２（ｃ）のように、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と比較し、上部電極２６の下層２６ａと付加膜２８の下層２８ａとの間であって、共振領域３６に、第２周波数調整膜３２が設けられている。第２周波数調整膜３２は、例えばＴｉ膜である。したがって、共振領域３６内の積層膜は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の積層膜に加え、共振領域３６の全面に形成された第２周波数調整膜３２を含む。その他の構成は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と同じであるため説明を省略する。

直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３との間の共振周波数の差は、第２周波数調整膜３２の膜厚によって調整できる。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数は、例えば同じになっていて、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数は、例えば同じになっている。また、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３全体の共振周波数の調整は、第１周波数調整膜３０の膜厚によって行うことができる。なお、第２周波数調整膜３２は、上部電極２６の下層２６ａと付加膜２８の下層２８ａとの間に設けられる場合に限られず、共振領域３６の積層膜内に設けられていればよい。また、第２周波数調整膜３２を設けず、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とで、下部電極２２、圧電膜２４、及び上部電極２６の少なくとも１層の膜厚を異ならせてもよい。

基板２０としては、Ｓｉ基板以外に、例えば石英基板、ガラス基板、セラミック基板、又はガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板などを用いることができる。下部電極２２及び上部電極２６としては、Ｃｒ及びＲｕ以外にも、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、又はイリジウム（Ｉｒ）などの金属単層膜又はこれらの積層膜を用いることができる。

圧電膜２４は、窒化アルミニウム膜以外にも、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）膜などを用いることができる。また、圧電膜２４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又は圧電性の向上のために、他の元素を含んでもよい。例えば添加元素としてスカンジウム（Ｓｃ）を用いることにより、圧電膜２４の圧電性を向上でき、圧電薄膜共振子の実効的電気機械結合係数を向上できる。

付加膜２８としては、Ｒｕ及びＴｉ以外にも、例えばＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ、又はＩｒなどの金属単層膜又はこれらの積層膜を用いることができる。また、付加膜２８に、窒化金属又は酸化金属などの絶縁膜を用いることもできるが、上部電極２６の低抵抗化のために金属を用いることが好ましい。

第１周波数調整膜３０としては、酸化シリコン膜以外にも、例えば窒化シリコン膜又は窒化アルミニウム膜などを用いることができる。第２周波数調整膜３２としては、Ｔｉ以外にも、例えば、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ、又はＩｒなどの金属単層膜又はこれらの積層膜を用いることができる。また、第２周波数調整膜３２に、窒化金属又は酸化金属などの絶縁膜を用いることもできるが、上部電極２６の低抵抗化のために金属を用いることが好ましい。

図３（ａ）は、付加膜２８の一例を示す上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、共振領域３６に設けられた付加膜２８は、複数の島状パターン５０を有する。例えば、付加膜２８は、下層２８ａの平坦上面に、複数の島状パターン５０にパターニングされた上層２８ｂが形成された構造をしている。複数の島状パターン５０は、上面視において同じ大きさで、且つ等間隔のピッチＬ（ピッチ：島状パターン５０の中心間の距離）で形成されている。すなわち、複数の島状パターン５０は、等周期配列されている。なお、複数の島状パターン５０の全てが等ピッチ間隔で形成されている場合に限らず、複数の島状パターン５０の大部分（例えば複数の島状パターン５０のうちの９０％以上、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上）が等ピッチ間隔で形成されていればよい。すなわち、等ピッチ間隔となっていない島状パターン５０が存在していてもよい。なお、島状パターン５０は、上面視において円形形状である場合に限られず、矩形形状や楕円形形状などの他の形状の場合でもよい。

直列共振子Ｓ１〜Ｓ４では、例えば共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の上面視における面積の合計（以下、合計面積）の割合が互いに同じになっている。同様に、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３では、例えば共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じになっている。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とでは、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が同じでもよいし、異なっていてもよい。

直列共振子Ｓ１〜Ｓ４では、複数の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに同じになっている。一方、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３では、少なくとも２つの共振子において、複数の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なっている。

したがって、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４では、例えば同じパターン形状を有する付加膜２８が形成されている。並列共振子Ｐ１〜Ｐ３では、少なくとも２つの共振子において、異なるパターン形状を有する付加膜２８が形成されている。

ここで、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８を、図４（ａ）から図４（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）は、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの１つの共振子の付加膜２８の一例を示す上面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、他の１つの共振子の付加膜２８の一例を示す上面図である。なお、図４（ａ）から図４（ｃ）では、平易な説明とするために、島状パターン５０の個数を少なくして図示している。

図４（ａ）では、付加膜２８は、例えばピッチ間隔が３０μｍの島状パターン５０が２７個形成されている。図４（ｂ）では、付加膜２８は、例えば図４（ａ）の島状パターン５０と同じ大きさをした島状パターン５０が２５μｍのピッチ間隔で２７個形成されている。図４（ｃ）では、付加膜２８は、例えば図４（ａ）の島状パターン５０とは異なる大きさ（例えば小さい）をした島状パターン５０が２５μｍのピッチ間隔で３３個形成されている。このように、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８は、例えば島状パターン５０の大きさ及び個数が互いに同じで共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じとなり、且つ複数の島状パターン５０のピッチ間隔が異なるようになっていてもよい。また、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８は、例えば島状パターン５０の大きさ及び個数が互いに異なって共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じとなり、且つ複数の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なるようになっていてもよい。

次に、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の製造方法の一例を説明する。図５（ａ）から図５（ｄ）は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）のように、基板２０の平坦上面上に空隙３４を形成するための犠牲層４２を形成する。犠牲層４２は、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。犠牲層４２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などのエッチング液又はエッチングガスに容易に溶解する材料を用いることができる。その後、犠牲層４２を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。犠牲層４２の形状は、空隙３４の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域３６となる領域を含む。

次に、犠牲層４２及び基板２０上に、下部電極２２として下層２２ａ及び上層２２ｂを形成する。下部電極２２は、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。その後、下部電極２２を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。次に、下部電極２２及び基板２０上に、圧電膜２４を形成する。圧電膜２４は、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。

図５（ｂ）のように、圧電膜２４上に、上部電極２６の下層２６ａを形成する。上部電極２６の下層２６ａ上に、付加膜２８の下層２８ａ及び上層２８ｂを形成する。上部電極２６の下層２６ａと付加膜２８の下層２８ａ及び上層２８ｂとは、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。その後、付加膜２８の上層２８ｂを、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。この際、並列共振子間でマスクパターンを変えることで、複数の島状パターン５０のパターン形状を並列共振子間で変えることができる。次に、付加膜２８の上層２８ｂを覆うように、上部電極２６の上層２６ｂを形成する。上部電極２６の上層２６ｂは、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。

図５（ｃ）のように、上部電極２６及び付加膜２８を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。上部電極２６の上層２６ｂ上に、第１周波数調整膜３０を形成する。第１周波数調整膜３０は、スパッタリング法又はＣＶＤ法を用い成膜される。第１周波数調整膜３０及び圧電膜２４を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。

なお、図２（ｃ）の並列共振子Ｐ１〜Ｐ３においては、上部電極２６の下層２６ａを形成した後に、第２周波数調整膜３２を、スパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用いて成膜する。第２周波数調整膜３２を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所望の形状にパターニングする。その後、付加膜２８の下層２８ａを形成する。

図５（ｄ）のように、犠牲層４２をエッチングするためのエッチング液を孔部４０及び導入路３８（図２（ａ）参照）を経て導入し、犠牲層４２を除去する。犠牲層４２をエッチングする媒体としては、犠牲層４２以外の共振子を構成する材料をエッチングしない媒体であることが好ましい。例えば、エッチング媒体は、エッチング媒体が接触する下部電極２２及び圧電膜２４がエッチングされない媒体であることが好ましい。成膜条件を調整することで、下部電極２２、圧電膜２４、及び上部電極２６を含む積層膜の応力を圧縮応力となるように設定しておくことができ、犠牲層４２が除去されると、積層膜が基板２０の反対側に基板２０から離れるように膨れる。これにより、基板２０と下部電極２２との間にドーム形状の膨らみを有する空隙３４が形成される。以上の工程を含んで、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３が形成される。

次に、発明者が行った実験について説明する。発明者は、以下の構造をした、実施例１の弾性波フィルタ１００を作製して通過特性を測定した。すなわち、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３において、基板２０はＳｉ基板とし、下部電極２２の下層２２ａは膜厚０．０７μｍ〜０．１２μｍのＣｒ膜、上層２２ｂは膜厚０．１５〜０．３０μｍのＲｕ膜とした。圧電膜２４は膜厚０．９〜１．５μｍのＡｌＮ膜とした。上部電極２６の下層２６ａは膜厚０．１５μｍ〜０．３０μｍのＲｕ膜とし、上層２６ｂは膜厚０．０３μｍ〜０．０６μｍのＣｒ膜とした。付加膜２８の下層２８ａは膜厚５ｎｍ〜２２ｎｍのＲｕ膜とし、上層２８ｂは膜厚０．０５μｍ〜０．１０μｍのＴｉ膜とした。第１周波数調整膜３０は膜厚０．０５〜０．１１μｍのＳｉＯ_２膜とした。第２周波数調整膜３２は膜厚０．０７μｍ〜０．１３μｍのＴｉ膜とした。

直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の付加膜２８において、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積は０％より大きく、５０％以下の範囲で異ならせ、且つ複数の島状パターン５０のピッチ間隔を互いに同じにした（５．５ｎｍ）。

並列共振子Ｐ２、Ｐ３の付加膜２８において、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積は０％より大きく、５０％以下の範囲で異ならせ、且つ複数の島状パターン５０のピッチ間隔を互いに同じにした（５．５ｎｍ）。一方、並列共振子Ｐ１の付加膜２８においては、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合は並列共振子Ｐ２またはＰ３のうちの一方と同じにして、複数の島状パターン５０のピッチ間隔は並列共振子Ｐ２、Ｐ３と比べて４％狭く又は広くした（５．３ｎｍ又は５．７ｎｍ）。

図６（ａ）から図７（ｂ）は、通過特性の測定結果を示す図である。図６（ａ）は、並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３と比べて４％狭くした場合の測定結果であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の領域Ａを拡大した図である。図７（ａ）は、並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３と比べて４％広くした場合の測定結果であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の領域Ａを拡大した図である。なお、図６（ａ）から図７（ｂ）では、比較のために、並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３と同じにした比較例１の弾性波フィルタの通過特性の測定結果も図示している。

図６（ａ）から図７（ｂ）のように、並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３と比べて４％狭く又は広くすることで、減衰帯域でのスプリアスが低減される結果が得られた。並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３と異ならせることでスプリアスが低減されたのは次の理由によるものと考えられる。すなわち、共振子で発生するスプリアスの周波数と付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔とは相関がある。このため、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔が同じであると、同程度の周波数でスプリアスが発生してしまう。この場合、互いのスプリアスが強め合い、大きなスプリアスとなって現れてしまう。このようなことから、比較例１では、減衰帯域で大きなスプリアスが発生したと考えられる。これに対し、実施例１では、並列共振子Ｐ１の付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を並列共振子Ｐ２、Ｐ３とは異ならせている。このため、並列共振子Ｐ１と並列共振子Ｐ２、Ｐ３とでは、異なる周波数でスプリアスが発生するようになり、互いのスプリアスが強め合うことが抑制された結果、減衰帯域で発生するスプリアスが低減されたものと考えられる。

以上説明したように、実施例１によれば、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８は、複数の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なる。これにより、図６（ａ）から図７（ｂ）で説明したように、各共振子において異なる周波数でスプリアスが発生するようになるため、互いのスプリアスが強め合うことが抑制され、その結果、スプリアスを低減させることができる。

また、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数が同じである場合、島状パターン５０のピッチ間隔が同じであると、各共振子において同程度の周波数でスプリアスが発生し、その結果、大きなスプリアスが現れ易くなる。したがって、このような場合に、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも２つの共振子において、付加膜２８の複数の島状パターン５０のピッチ間隔を異ならせることが好ましい。なお、共振周波数が同じとは、完全に同じである場合に限られず、島状パターン５０のピッチ間隔が同じである場合に発生するスプリアスが互いに重なる程度に、共振周波数が同じである場合であればよい。

また、複数の島状パターン５０のピッチ間隔が圧電膜２４で励振される弾性波の波長より短い場合、ピッチ間隔を変えても、スプリアスが発生する周波数の変化量は小さい。一方、複数の島状パターン５０のピッチ間隔が弾性波の波長以上である場合、ピッチ間隔を変えると、スプリアスが発生する周波数は大きく変化する。したがって、複数の島状パターン５０のピッチ間隔は、圧電膜２４で励振される弾性波の波長以上である場合が好ましい。なお、後述する複数の開口パターン５２についても同じである。

また、図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８は、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じで、且つ上面視における複数の島状パターン５０の大きさが互いに同じであってもよい。共振領域３６の面積に対する島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じである場合、少なくとも２つの共振子の共振周波数が同程度となって大きなスプリアスが現れ易い。しかしながら、島状パターン５０の大きさを互いに同じにすることで、島状パターン５０の製造バラツキを抑えることができるため、ピッチ間隔を異ならせることでスプリアスの発生周波数を精度良く異ならせることができ、スプリアスを低減させることができる。

また、図４（ａ）及び図４（ｃ）のように、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子の付加膜２８は、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が互いに同じで、且つ上面視における複数の島状パターン５０の大きさが互いに異なっていてもよい。島状パターン５０の大きさを互いに異ならせることで、ピッチ間隔の可変量の制約が小さくなり、また、島状パターン５０を共振領域３６全体に形成することが可能となるため、スプリアスを低減させることができる。

なお、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が同じとは、完全に同じである場合に限られず、共振周波数に影響を及ぼさない程度に同じである場合でもよい。例えば、島状パターン５０のピッチ間隔が同じである場合に発生するスプリアスが互いに重なる程度に、共振領域３６の面積に対する複数の島状パターン５０の合計面積の割合が同じ場合でもよい。

なお、実施例１において、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の全ての共振子で、付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を互いに異ならせてもよい。これにより、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の全ての共振子において、スプリアスの発生周波数を互いに異ならせることができるため、スプリアスをより大きく低減できる。

なお、実施例１では、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子で、付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なる場合を例に示したが、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４のうちの少なくとも２つの共振子で、付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なる場合でもよい。この場合でも、スプリアスを低減させることができる。また、並列共振子の場合と同様、スプリアスをより大きく低減させる点から、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の全ての共振子で、付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔を互いに異ならせてもよい。なお、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３と直列共振子Ｓ１〜Ｓ４との両方において、少なくとも２つの共振子で、付加膜２８の島状パターン５０のピッチ間隔が互いに異なっていてもよい。

なお、実施例１において、付加膜２８は、複数の島状パターン５０の代わりに、複数の開口パターン５２が形成されていてもよい。図８（ａ）は、付加膜２８の他の一例を示す上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）のように、付加膜２８は、複数の島状パターン５０の代わりに、複数の開口パターン５２を有していてもよい。例えば、付加膜２８は、下層２８ａの平坦上面に、複数の開口パターン５２がパターニングされた上層２８ｂが形成された構造をしていてもよい。複数の開口パターン５２は、上面視において同じ大きさで、且つ等間隔のピッチＬで形成されている。すなわち、複数の開口パターン５２は、等周期配列されている。なお、複数の開口パターン５２の全てが等ピッチ間隔で形成されている場合に限られず、複数の開口パターン５２の大部分（例えば複数の開口パターン５２のうちの９０％以上、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上）が等ピッチ間隔で形成されていればよい。すなわち、等ピッチ間隔となっていない開口パターン５２が存在していてもよい。なお、開口パターン５２は、上面視において円形形状である場合に限られず、矩形形状や楕円形形状などの他の形状の場合でもよい。

付加膜２８が複数の開口パターン５２を有する場合では、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のうちの少なくとも２つの共振子で、開口パターン５２のピッチ間隔が互いに異なることとなる。また、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４のうちの少なくとも２つの共振子で、開口パターン５２のピッチ間隔が互いに異なることとなる。また、少なくとも２つの共振子の付加膜２８では、共振領域３６の面積に対する複数の開口パターン５２の合計面積の割合が互いに同じで、且つ上面視における複数の開口パターン５２の大きさが互いに同じ又は互いに異なっていてもよい。

なお、実施例１において、付加膜２８は、２層構造の場合に限られず、単層構造の場合や、３層以上の多層構造の場合でもよい。また、付加膜２８が島状パターン５０を有する場合、図９（ａ）のように、島状パターン５０は、その間に付加膜２８が設けられずに、孤立パターンとなっていてもよい。付加膜２８が開口パターン５２を有する場合、図９（ｂ）のように、開口パターン５２は付加膜２８を貫通していてもよい。

なお、実施例１において、付加膜２８が複数の島状パターン５０を有する場合、複数の島状パターン５０の合計面積が共振領域３６の面積Ｓに対して占める割合Ｓ´は、０＜Ｓ´＜０．５Ｓであることが好ましい。付加膜２８が複数の開口パターン５２を有する場合、共振領域３６の面積Ｓから複数の開口パターン５２の合計面積を引いた値が共振領域３６の面積Ｓに対して占める割合Ｓ´は、０．５Ｓ＜Ｓ´＜Ｓであることが好ましい。これによりＱ値劣化を抑制することができる。

なお、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数は、互いに同じである場合でも互いに異なる場合でもよい。並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数は、互いに同じである場合でも互いに異なる場合でもよい。直列共振子内の共振周波数及び／又は並列共振子内の共振周波数を異ならせることで、低損失で広帯域なフィルタ特性を得ることができる。

なお、実施例１においては、付加膜２８は、上部電極２６の下層２６ａと上層２６ｂとの間以外の場所に形成されていてもよい。図１０（ａ）から図１１（ｂ）は、直列共振子の変形例の断面図である。なお、ここでは、直列共振子について図示しているが、並列共振子も同様である。また、島状パターンを有する単層構造をした付加膜２８の場合を図示しているが、積層構造や開口パターンを有する付加膜２８の場合も同様である。

図１０（ａ）のように、付加膜２８は、下部電極２２の下に設けられていてもよい。図１０（ｂ）のように、付加膜２８は、下部電極２２の下層２２ａと上層２２ｂの間に設けられていてもよい。図１０（ｃ）のように、付加膜２８は、下部電極２２と圧電膜２４との間に設けられていてもよい。図１１（ａ）のように、付加膜２８は、圧電膜２４と上部電極２６との間に設けられていてもよい。図１１（ｂ）のように、付加膜２８は、上部電極２６の上に設けられていてもよい。また、付加膜２８は、共振領域３６全体を含むように形成されていれば、共振領域３６より大きくてもよい。

なお、実施例１では、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とがラダー型に接続されたラダー型フィルタの場合を例に示したが、ラティス型フィルタであってもよい。

なお、実施例１では、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）のように、平坦形状をした基板２０の上面と下部電極２２との間に、ドーム形状の空隙３４が形成されている場合を例に示したが、これに限られるものではない。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、直列共振子の変形例の断面図である。なお、ここでは、直列共振子について図示しているが、並列共振子も同様である。

図１２（ａ）のように、共振領域３６における基板２０の上面に凹部が形成され、当該凹部が空隙３４となる場合でもよい。凹部は、基板２０を貫通していない場合でもよいし、基板２０を貫通している場合でもよい。図１２（ｂ）のように、空隙３４の代わりに、共振領域３６における下部電極２２下に、音響反射膜６０が設けられている場合でもよい。音響反射膜６０は、圧電膜２４を伝搬する弾性波を反射する膜であり、音響インピーダンスの低い膜６２と音響インピーダンスの高い膜６４とが交互に設けられている。

このように、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、共振領域３６における下部電極２２下に、空隙３４が設けられたＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）であってもよいし、音響反射膜６０が設けられたＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）であってもよい。

なお、実施例１において、基板２０の下面が支持基板の上面に接合されている場合でもよい。支持基板として、例えばシリコン基板、サファイア基板、又はアルミナ基板などを用いることができる。

図１３は、実施例２に係るデュプレクサ２００を示すブロック図である。図１３のように、実施例２のデュプレクサ２００は、送信フィルタ７０と受信フィルタ７２を備える。送信フィルタ７０は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘの間に接続されている。受信フィルタ７２は、送信フィルタ７０と共通のアンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘの間に接続されている。

送信フィルタ７０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号としてアンテナ端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ７２は、アンテナ端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信帯域と受信帯域は周波数が異なっている。なお、送信フィルタ７０を通過した送信信号が受信フィルタ７２に漏れずにアンテナ端子Ａｎｔから出力されるようにインピーダンスを整合させる整合回路を備えていてもよい。

実施例２のデュプレクサ２００に備わる送信フィルタ７０及び受信フィルタ７２の少なくとも一方を、実施例１で説明した弾性波フィルタとすることができる。

図１４は、実施例３に係るモジュール３００を含む移動体通信機を示すブロック図である。図１４のように、移動体通信機は、送受信デバイスであるモジュール３００、集積回路８０、及びアンテナ８２を備える。モジュール３００は、ダイプレクサ８４、スイッチ８６、デュプレクサ８８、及びパワーアンプ９０を備える。ダイプレクサ８４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８４ａとハイパスフィルタ（ＨＰＦ）８４ｂを備える。ＬＰＦ８４ａは、端子８１と８３の間に接続されている。ＨＰＦ８４ｂは、端子８１と８５の間に接続されている。端子８１は、アンテナ８２に接続されている。ＬＰＦ８４ａは、アンテナ８２から送受信される信号のうち低周波数信号を通過させ、高周波数信号を抑圧する。ＨＰＦ８４ｂは、アンテナ８２から送受信される信号のうち高周波数信号を通過させ、低周波数信号を抑圧する。

スイッチ８６は、端子８３、８５を複数の端子８７のうちの１つの端子に接続する。デュプレクサ８８は、送信フィルタ８８ａ及び受信フィルタ８８ｂを備える。送信フィルタ８８ａは、端子８７と８９の間に接続されている。受信フィルタ８８ｂは、端子８７と９１の間に接続されている。送信フィルタ８８ａは、送信帯域の信号を通過させ、他の信号を抑圧する。受信フィルタ８８ｂは、受信帯域の信号を通過させ、他の信号を抑圧する。パワーアンプ９０は、送信信号を増幅し、端子８９に出力する。ローノイズアンプ９２は、端子９１に出力された受信信号を増幅する。

送受信デバイスであるモジュール３００は、デュプレクサ８８の送信フィルタ８８ａ又は受信フィルタ８８ｂとして、実施例１で説明した弾性波フィルタを用いることができる。また、モジュール３００は、パワーアンプ９０及び／又はローノイズアンプ９２を備えてもよい。

このように、実施例１で説明した弾性波フィルタは、アンテナ８２に接続され、パワーアンプ９０などと共にマザーボードに実装されて通信信号を送信及び受信する送受信デバイスを構成することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 入力端子
１２ 出力端子
２０ 基板
２２ 下部電極
２４ 圧電膜
２６ 上部電極
２８ 付加膜
３０ 第１周波数調整膜
３２ 第２周波数調整膜
３４ 空隙
３６ 共振領域
５０ 島状パターン
５２ 開口パターン
６０ 音響反射膜
７０ 送信フィルタ
７２ 受信フィルタ
８０ 集積回路
８２ アンテナ
８４ ダイプレクサ
８６ スイッチ
８８ デュプレクサ
１００ 弾性波フィルタ
２００ デュプレクサ
３００ モジュール

Claims (9)

1. 入力端子と出力端子との間に直列に接続された１又は複数の直列共振子と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続され、圧電薄膜共振子からなる複数の並列共振子と、を備え、
   前記複数の並列共振子のうちの少なくとも２つの共振子は、等ピッチ間隔で形成された複数の島状パターン又は複数の開口パターンを有する付加膜を、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する共振領域に備え、
   前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜の前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は互いに異なることを特徴とする弾性波フィルタ。
2. 入力端子と出力端子との間に直列に接続され、圧電薄膜共振子からなる複数の直列共振子と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１又は複数の並列共振子と、を備え、
   前記複数の直列共振子のうちの少なくとも２つの共振子は、等ピッチ間隔で形成された複数の島状パターン又は複数の開口パターンを有する付加膜を、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する共振領域に備え、
   前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜の前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は互いに異なることを特徴とする弾性波フィルタ。
3. 前記少なくとも２つの共振子の共振周波数は同じであることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波フィルタ。
4. 前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜は、前記共振領域の面積に対する前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの合計面積の割合が互いに同じであり、且つ、上面視における前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの大きさが互いに同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
5. 前記少なくとも２つの共振子に備わる前記付加膜は、前記共振領域の面積に対する前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの合計面積の割合が互いに同じであり、且つ、上面視における前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンの大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
6. 前記複数の島状パターン又は前記複数の開口パターンのピッチ間隔は、前記圧電膜により励振される弾性波の波長以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
7. 前記直列共振子と前記並列共振子は、ラダー型に接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
8. 送信フィルタと受信フィルタを備え、
   前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波フィルタであることを特徴とする分波器。
9. 請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波フィルタを備えることを特徴とするモジュール。
   

Images