JP6333540B2 - 圧電薄膜共振子、フィルタ、及び分波器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電薄膜共振子、フィルタ、及び分波器に関する。

弾性波デバイスの一つである圧電薄膜共振子は、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタ及び分波器に用いられている。圧電薄膜共振子は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する構造を有する。

無線システムの急速な普及に伴い、多くの周波数帯が使用されるようになっている。その結果、フィルタや分波器のスカート特性の急峻化の要求が強まっている。スカート特性を急峻にする対策の一つとして、圧電薄膜共振子のＱ値を高めることが挙げられる。一方、圧電薄膜共振子のＱ値を劣化させる要因としては、弾性波エネルギーが共振領域から外部へ漏洩することが挙げられる。Ｑ値を向上させるために、下部電極又は上部電極の表面に環帯を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１０９４７２号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、共振領域から外部に漏洩する弾性波エネルギーを十分に抑制することが難しく、Ｑ値の向上が不十分であった。そこで、本発明は、Ｑ値を向上させることを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記共振領域以外の領域には設けられていない空隙が形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振子である。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域には設けられていない空隙が形成されていて、前記圧電膜は、前記下部電極上に前記空隙に連通する開口を有することを特徴とする圧電薄膜共振子である。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の一部の領域に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記外周領域の他の領域には設けられていない空隙が形成されていて、前記外周領域の前記他の領域の前記上部電極上に付加膜を備えることを特徴とする圧電薄膜共振子である。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の一部の領域に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記外周領域の他の領域には設けられていない空隙が形成されていて、前記圧電膜は、前記外周領域の前記他の領域の外側に開口を有することを特徴とする圧電薄膜共振子である。

上記構成において、前記空隙は、前記外周領域から前記共振領域の外側に延在している構成とすることができる。

上記構成において、前記空隙は、前記外周領域の全周にわたって設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備える構成とすることができる。

本発明は、上記のいずれかに記載の圧電薄膜共振子を含むことを特徴とするフィルタである。

本発明は、送信フィルタと受信フィルタとを備え、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記載のフィルタであることを特徴とする分波器である。

本発明によれば、Ｑ値を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振子の上面図、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振子の製造方法を示す断面図である。 図３（ａ）は、反共振点のＱ値のシミュレーション結果、図３（ｂ）は、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆのシミュレーション結果を示す図である。 図４（ａ）は、反共振点のＱ値のシミュレーション結果、図４（ｂ）は、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆのシミュレーション結果を示す図である。 図５（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の上面図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図６（ａ）は、実施例３に係る圧電薄膜共振子の上面図、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図７（ａ）は、実施例４に係る圧電薄膜共振子の上面図、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図８（ａ）は、実施例５に係る圧電薄膜共振子の上面図、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。 図９は、実施例６に係る圧電薄膜共振子の断面図である。 図１０は、実施例７に係る圧電薄膜共振子の断面図である。 図１１は、実施例８に係る分波器の回路図である。 図１２（ａ）は、送信フィルタの上面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。

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（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振子の上面図、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振子の断面図、図１（ｃ）は、例えばラダー型フィルタの並列共振子の断面図を示している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、直列共振子Ｓは、例えばシリコン基板である基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間に下部電極１２側にドーム形状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム形状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが低く、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが高くなるような形状の膨らみである。下部電極１２は、下層１２ａと上層１２ｂとを含む。下層１２ａは、例えばクロム（Ｃｒ）膜であり、上層１２ｂは、例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。

下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域３２）を有するように、圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は、下層１６ａと上層１６ｂとを含む。下層１６ａは、例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは、例えばＣｒ膜である。共振領域３２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。

圧電膜１４内には、共振領域３２内の外周領域３４を含んで空隙１８が形成されている。空隙１８は、共振領域３２の中央領域３６には形成されていない。空隙１８は、共振領域３２内の外周領域３４の全周にわたって形成されていて、また、共振領域３２内の外周領域３４から共振領域３２の外まで延在して形成されている。空隙１８は、例えば圧電膜１４の膜厚方向の中央部分に形成されているが、中央部分以外に形成されていてもよい。なお、共振領域３２内の外周領域３４とは、共振領域３２内の領域であって、共振領域３２の外周を含み外周に沿った領域である。外周領域３４は、例えばリング状をしている。共振領域３２の中央領域３６とは、共振領域３２内の領域であって、外周領域３４よりも内側部分であり、共振領域３２の中央を含む領域である。空隙１８は、後述する導入路２２及び孔部２４と連通している。

上部電極１６上に、周波数調整膜２０として酸化シリコン膜が設けられている。共振領域３２内の積層膜は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６、及び周波数調整膜２０を含む。なお、周波数調整膜２０は、パッシベーション膜として機能してもよい。

下部電極１２及び圧電膜１４には、犠牲層をエッチングするための導入路２２が形成されている。犠牲層は、空隙３０及び空隙１８を形成するための層である。導入路２２の先端付近は、下部電極１２及び圧電膜１４で覆われておらず、孔部２４が形成されている。

図１（ａ）及び図１（ｃ）のように、並列共振子Ｐは、直列共振子Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間であって、共振領域３２に、質量負荷膜２６が設けられている。質量負荷膜２６は、例えばチタン（Ｔｉ）膜である。したがって、共振領域３２内の積層膜は、直列共振子Ｓの積層膜に加え、共振領域３２の全面に形成された質量負荷膜２６を含む。その他の構成は、直列共振子Ｓと同じであるため説明を省略する。

直列共振子Ｓと並列共振子Ｐとの間の共振周波数の差は、質量負荷膜２６の膜厚によって調整できる。直列共振子Ｓと並列共振子Ｐの両方の共振周波数の調整は、周波数調整膜２０の膜厚によって行うことができる。

例えば２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振子の場合、下部電極１２のＣｒ膜からなる下層１２ａの厚さは１００ｎｍ、Ｒｕ膜からなる上層１２ｂの厚さは２５０ｎｍである。ＡｌＮ膜からなる圧電膜１４の厚さは１１００ｎｍであり、圧電膜１４内の空隙１８の高さは１５０ｎｍである。上部電極１６のＲｕ膜からなる下層１６ａの厚さは２５０ｎｍ、Ｃｒ膜からなる上層１６ｂの厚さは５０ｎｍである。酸化シリコン膜からなる周波数調整層２０の厚さは５０ｎｍである。Ｔｉ膜からなる質量負荷膜２６の厚さは１２０ｎｍである。なお、各層の厚さは、所望の共振特性を得るために適宜設計することができる。

基板１０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ＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２及び上部電極１６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）等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１４は、窒化アルミニウム以外にも、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等を用いることができる。また、圧電膜１４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１４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。

周波数調整膜２０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等を用いることができる。質量負荷膜２６としては、Ｔｉ以外にも、例えばＲｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ、又はＩｒ等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、例えば窒化シリコン又は酸化シリコン等の窒化金属又は酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜２６は、上部電極１６の層間以外にも、例えば下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間、又は圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２６は、共振領域３２を含むように形成されていれば、共振領域３２より大きくてもよい。

次に、実施例１の圧電薄膜共振子の製造方法を、直列共振子Ｓの場合を例に説明する。図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振子の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）のように、基板１０の平坦主面上に空隙３０を形成するための犠牲層３８を形成する。犠牲層３８は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。犠牲層３８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）等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。犠牲層３８の厚さは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍである。その後、犠牲層３８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３８の形状は、空隙３０の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域３２となる領域を含む。

次に、犠牲層３８及び基板１０上に、下部電極１２として下層１２ａ及び上層１２ｂを形成する。下部電極１２は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。その後、下部電極１２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、下部電極１２をリフトオフ法によって形成してもよい。

図２（ｂ）のように、下部電極１２及び基板１０上に、圧電膜１４ａを形成する。圧電膜１４ａは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。圧電膜１４ａ上に、空隙１８を形成するための犠牲層４０を形成する。犠牲層４０は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。犠牲層４０は、犠牲層３８と同じ材料を用いることができる。犠牲層４０の厚さは、例えば１５０ｎｍ程度である。その後、犠牲層４０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４０の形状は、空隙１８の平面形状に相当する形状である。なお、犠牲層４０をリフトオフ法によって形成してもよい。

図２（ｃ）のように、犠牲層４０及び圧電膜１４ａ上に、圧電膜１４ｂを形成する。圧電膜１４ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。圧電膜１４ａ及び１４ｂから圧電膜１４が形成される。圧電膜１４上に、上部電極１６として下層１６ａ及び上層１６ｂを形成する。上部電極１６は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜される。その後、上部電極１６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、上部電極１６をリフトオフ法によって形成してもよい。上部電極１６上に、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法を用いて周波数調整膜２０を成膜する。

なお、図１（ｃ）の並列共振子においては、上部電極１６の下層１６ａを形成した後に、質量負荷膜２６を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用いて成膜する。質量負荷膜２６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。そして、その後に、上部電極１６の上層１６ｂを形成する。

周波数調整膜２０を形成した後、孔部２４及び導入路２２（図１（ａ）参照）を介し、犠牲層３８及び４０のエッチング液を、下部電極１２下の犠牲層３８及び圧電膜１４内の犠牲層４０に導入する。これにより、犠牲層３８及び４０が除去される。犠牲層３８及び４０をエッチングする媒体としては、犠牲層３８及び４０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１２及び圧電膜１４がエッチングされない媒体であることが好ましい。下部電極１２、圧電膜１４、及び上部電極１６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により、犠牲層３８が除去されると、積層膜が基板１０の反対側に基板１０から離れるように膨れる。これにより、基板１０と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成される。また、空隙３０と同時に、圧電膜１４内に空隙１８が形成される。以上の工程を含んで、実施例１の圧電薄膜共振子が形成される。

ここで、実施例１の圧電薄膜共振子に対して発明者が行ったシミュレーションについて説明する。発明者は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す実施例１の圧電薄膜共振子に対し、共振領域３２内における基板１０の平坦主面に平行な方向での空隙１８の長さが、反共振点のＱ値及び実効的電気機械結合係数に及ぼす影響について有限要素法を用いてシミュレーションをした。シミュレーションを行った圧電薄膜共振子の積層膜の各膜厚及び材料は、上記の２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振子として例示したものとした。空隙１８の高さは１５０ｎｍとし、共振領域３２と空隙１８とが重なる幅Ｗ（図１（ｂ）参照）を１．５μｍから６．０μｍの間で変化させた。また、空隙１８の共振領域３２外の長さＬ（図１（ｂ）参照）は３μｍとした。

図３（ａ）は、反共振点のＱ値のシミュレーション結果、図３（ｂ）は、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆのシミュレーション結果を示す図である。実施例１のシミュレーション結果を黒丸で示している。なお、比較のために、圧電膜１４内に空隙１８が形成されていない点以外は同じ構成をした比較例の圧電薄膜共振子のシミュレーション結果を点線で示している。図３（ａ）のように、圧電膜１４内に空隙１８を形成することで、反共振点のＱ値が向上することが分かる。これは、空隙１８によって、弾性波エネルギーが共振領域３２の外に漏洩することが抑制されたためと考えられる。また、図３（ｂ）のように、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆについても、圧電膜１４内に空隙１８を形成することで向上することが分かる。空隙１８が共振領域３２と重なる幅Ｗは、１．５μｍ以上の場合が好ましく、２．０μｍ以上の場合がより好ましいことが分かる。

次に、発明者は、共振領域３２外の空隙１８の長さＬが、反共振点のＱ値及び実効的電気機械結合係数に及ぼす影響について有限要素法を用いてシミュレーションをした。シミュレーションを行った圧電薄膜共振子の積層膜の各膜厚及び材料は、上記の２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振子として例示したものとした。空隙１８の高さは１５０ｎｍとし、共振領域３２外の空隙１８の長さＬを−１．０μｍ、０μｍ、３．０μｍと変化させた。また、共振領域３２と空隙１８とが重なる幅Ｗは２．５μｍとした。なお、共振領域３２外の空隙１８の長さＬがマイナスの場合とは、空隙１８が共振領域３２の内側にのみ形成されている場合のことである。

図４（ａ）は、反共振点のＱ値のシミュレーション結果、図４（ｂ）は、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆのシミュレーション結果を示す図である。実施例１のシミュレーション結果を黒丸で示し、上述した比較例のシミュレーション結果を点線で示している。図４（ａ）のように、空隙１８を共振領域３２の外周と一致させるか、共振領域３２の外側に延在させることで、反共振点のＱ値が向上することが分かる。図４（ｂ）のように、実効的電気機械結合係数ｋ^２ｅｆｆについても、空隙１８を共振領域３２の外周と一致させるか、共振領域３２の外側に延在させることで、向上することが分かる。空隙１８の共振領域３２外の長さＬは、１．０μｍ以上の場合が好ましく、３．０μｍ以上の場合がより好ましいことが分かる。

実施例１によれば、圧電膜１４内に、共振領域３２内の外周領域３４の少なくとも一部に設けられ、中央領域３６には設けられていない空隙１８が形成されている。これにより、共振領域３２の外部に弾性波エネルギーが漏洩することを抑制できる。その結果、図３（ａ）のように、Ｑ値を向上させることができる。また、図３（ｂ）のように、実効的電気機械結合係数を向上させることもできる。

図１（ａ）から図１（ｃ）のように、圧電膜１４内の空隙１８は、共振領域３２内の外周領域３４から共振領域３２の外側に延在していることが好ましい。これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、Ｑ値及び実効的電気機械結合係数をより向上させることができる。

圧電膜１４内の空隙１８は、共振領域３２内の外周領域３４の少なくとも一部に設けられていれば、弾性波エネルギーの漏洩を抑制する効果が得られるが、漏洩をより抑制するために、共振領域３２内の外周領域３４の全周にわたって設けられていることが好ましい。

図５（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の上面図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図５（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振子の断面図、図５（ｃ）は、例えばラダー型フィルタの並列共振子の断面図を示している。図５（ａ）から図５（ｃ）のように、圧電膜１４内の空隙１８ａは、共振領域３２内の外周領域３４にのみ設けられ、共振領域３２の外側には延在していない。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであるため説明を省略する。

実施例２によれば、圧電膜１４内の空隙１８ａは、共振領域３２内の外周領域３４にのみ設けられ、共振領域３２の外側には延在していない。このような場合でも、図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、Ｑ値及び実効的電気機械結合係数を向上させることができる。

図６（ａ）は、実施例３に係る圧電薄膜共振子の上面図、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図６（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振子の断面図、図６（ｃ）は、例えばラダー型フィルタの並列共振子の断面図を示している。図６（ａ）から図６（ｃ）のように、下部電極１２の引き出し部分上の圧電膜１４が除去されて開口４２が形成されている。圧電膜１４内の空隙１８は、開口４２と連通している。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであるため説明を省略する。

実施例３によれば、圧電膜１４は、下部電極１２上に圧電膜１４内の空隙１８に連通する開口４２を有している。この構造によれば、圧電膜１４をエッチングして開口４２を形成した後に、開口４２から空隙１８を形成するための犠牲層を除去して空隙１８を形成することができる。

図７（ａ）は、実施例４に係る圧電薄膜共振子の上面図、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図７（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振子の断面図、図７（ｃ）は、例えばラダー型フィルタの並列共振子の断面図を示している。図７（ａ）から図７（ｃ）のように、圧電膜１４内の空隙１８ｃは、共振領域３２内の外周領域３４のうち下部電極１２の引き出し部分側の外周領域３４にのみ設けられている。上部電極１６上には、付加膜２８が設けられている。付加膜２８は、共振領域３２内の外周領域３４のうち上部電極１６の引き出し部分側の外周領域３４を覆って設けられている。付加膜２８は、例えば上部電極１６側からＴｉ膜とＡｕ膜とが積層された積層金属膜である。なお、付加膜２８には、他の金属材料を用いることもできる。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであるため説明を省略する。

実施例４によれば、圧電膜１４内の空隙１８ｃは、共振領域３２内の外周領域３４のうちの一部の領域に設けられ、他の領域の上部電極１６上に付加膜２８が設けられている。付加膜２８は、空隙１８ｃと同様に、弾性波エネルギーが共振領域３２の外部に漏洩することを抑制する。よって、実施例４の構造でもＱ値を向上させることができる。弾性波エネルギーの漏洩を抑制する観点から、空隙１８ｃ及び付加膜２８は、共振領域３２の外周の全てを囲むように設けられていることが好ましいが、外周の一部を囲む場合でも、弾性波エネルギーの漏洩を抑制する効果は得られる。また、上部電極１６上に金属からなる付加膜２８を設けることで、上部電極１６の配線抵抗を下げる効果も得られる。

図８（ａ）は、実施例５に係る圧電薄膜共振子の上面図、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図８（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振子の断面図、図８（ｃ）は、例えばラダー型フィルタの並列共振子の断面図を示している。図８（ａ）から図８（ｃ）のように、圧電膜１４内の空隙１８ｄは、共振領域３２内の外周領域３４のうち上部電極１６の引き出し部分側の外周領域３４にのみ設けられている。上部電極１６下以外の共振領域３２の周りの圧電膜１４は除去されて開口４４が形成されている。圧電膜１４は、上部電極１６の端が庇状になるように除去されている。なお、空隙１８ｄは、圧電膜１４をエッチングして開口４４を形成した後に、開口４４から空隙１８ｄを形成するための犠牲層を除去することで形成される。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであるため説明を省略する。

実施例５によれば、圧電膜１４内の空隙１８ｄは、共振領域３２内の外周領域３４の一部に設けられている。圧電膜１４は、共振領域３２内の外周領域３４のうち空隙１８ｄが設けられていない他の領域の外側に開口４４を有している。開口４４は、空隙１８ｄと同様に、弾性波エネルギーが共振領域３２の外部に漏洩することを抑制する。よって、実施例５の構造でもＱ値を向上させることができる。弾性波エネルギーの漏洩を抑制する観点から、空隙１８ｄ及び開口４４は、共振領域３２の外周の全てを囲むように設けられていることが好ましいが、外周の一部を囲む場合でも、弾性波エネルギーの漏洩を抑制する効果は得られる。

実施例６は、実施例１とは下部電極１２下の空隙の構成が異なる場合の例である。図９は、実施例６に係る圧電薄膜共振子の断面図である。図９のように、基板１０の主面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上の主面上に、ほぼ平坦に形成されている。これにより、基板１０の窪みが空隙３０ａとして機能する。空隙３０ａは、共振領域３２を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じであるため説明を省略する。なお、空隙３０ａは、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。また、図１（ｃ）のように、質量負荷膜２６を設けてもよい。

実施例６では、実施例１における空隙３０の代わりに空隙３０ａが形成されている場合を例に示したが、実施例２から実施例５においても、空隙３０の代わりに空隙３０ａが形成されている場合でも勿論よい。

実施例７は、空隙の代わりに音響反射膜を設けた場合の例である。図１０は、実施例７に係る圧電薄膜共振子の断面図である。図１０のように、共振領域３２の下部電極１２下に音響反射膜４６が設けられている。音響反射膜４６は、圧電膜１４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４６ａと音響インピーダンスの高い膜４６ｂとが交互に設けられている。音響インピーダンスの低い膜４６ａと高い膜４６ｂの膜厚は、例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）が基本であるが、所望の特性を得るために適宜変更することができる。また、音響インピーダンスの低い膜４６ａと高い膜４６ｂとの積層数は任意に設定できる。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであるため説明を省略する。なお、図１（ｃ）のように、質量負荷膜２６を設けてもよい。

実施例７では、実施例１における空隙３０の代わりに音響反射膜４６を設けた場合を例に示したが、実施例２から実施例５においても、空隙３０の代わりに音響反射膜４６を設けても勿論よい。

このように、圧電薄膜共振子は、実施例１から実施例６のように、共振領域３２における下部電極１２下に空隙３０、３０ａが設けられたＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）の場合でもよい。実施例７のように、共振領域３２における下部電極１２下に音響反射膜４６が設けられたＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）の場合でもよい。

実施例１から実施例７では、共振領域３２が楕円形形状を有している場合を例に説明したが、四角形又は五角形等の多角形形状を有している場合等、その他の形状を有している場合でもよい。

実施例８は、分波器の例である。図１１は、実施例８に係る分波器の回路図である。図１１のように、分波器５０は、送信フィルタ５２と受信フィルタ５４とを備える。送信フィルタ５２は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ５４は、送信フィルタ５２と共通のアンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。アンテナ端子Ａｎｔとグランドとの間にインダクタＬ１が接続されている。送信フィルタ５２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５４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。インダクタＬ１は、整合用に用いられ、送信フィルタ５２を通過した送信信号が受信フィルタ５４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。

送信フィルタ５２は、複数の圧電薄膜共振子が直列共振子及び並列共振子としてラダー型に接続されたラダー型フィルタである。送信端子Ｔｘ（入力端子）とアンテナ端子Ａｎｔ（出力端子）との間に、複数の直列共振子Ｓ１〜Ｓ４が直列に接続され、複数の並列共振子Ｐ１〜Ｐ３が並列に接続されている。並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のグランドは共通化されていて、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３と共通グランドとの間にインダクタＬ２が接続されている。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つを実施例１から実施例７の圧電薄膜共振子とすることができるが、ここでは、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３に実施例１の圧電薄膜共振子を用いた場合を例に説明する。

図１２（ａ）は、送信フィルタの上面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。なお、周波数調整膜２０及び質量負荷膜２６については図示を省略している。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のように、実施例１の圧電薄膜共振子を同一の基板１０に形成し、ラダー型フィルタとすることができる。圧電膜１４に開口５６が形成されていて、これにより下部電極１２と電気的に接続することができる。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。なお、直列共振子及び並列共振子の個数、共振領域の形状及び大きさ、共振子を構成する材料及び膜厚等は、仕様に応じて適宜変更することができる。

実施例８によれば、送信フィルタ５２は、実施例１の圧電薄膜共振子を含んでいる。これにより、共振子のＱ値が向上し、その結果、フィルタのスカート特性を向上させることができる。

実施例８では、送信フィルタ５２が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等、複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタとすることができる。また、受信フィルタ５４も、ラダー型フィルタ又はラティス型フィルタ等、複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタとすることができる。このように、送信フィルタ５２及び受信フィルタ５４の少なくとも一方を、ラダー型フィルタ又はラティス型フィルタ等の、複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタとすることができる。また、送信フィルタ５２及び受信フィルタ５４の少なくとも一方の少なくとも１つの共振子を実施例１から実施例７の圧電薄膜共振子とすることができる。

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 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８〜１８ｄ 空隙
２０ 周波数調整膜
２２ 導入路
２４ 孔部
２６ 質量負荷膜
２８ 付加膜
３０、３０ａ 空隙
３２ 共振領域
３４ 外周領域
３６ 中央領域
３８、４０ 犠牲層
３２、４４ 開口
４６ 音響反射膜
５０ 分波器
５２ 送信フィルタ
５４ 受信フィルタ
５６ 開口

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた圧電膜と、
   前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、
   前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記共振領域以外の領域には設けられていない空隙が形成されていることを特徴とする圧電薄膜共振子。
2. 基板と、
   前記基板上に設けられた圧電膜と、
   前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、
   前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域には設けられていない空隙が形成されていて、
   前記圧電膜は、前記下部電極上に前記空隙に連通する開口を有することを特徴とする圧電薄膜共振子。
3. 基板と、
   前記基板上に設けられた圧電膜と、
   前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、
   前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の一部の領域に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記外周領域の他の領域には設けられていない空隙が形成されていて、
   前記外周領域の前記他の領域の前記上部電極上に付加膜を備えることを特徴とする圧電薄膜共振子。
4. 基板と、
   前記基板上に設けられた圧電膜と、
   前記圧電膜を挟んで対向した下部電極及び上部電極と、を備え、
   前記圧電膜内に、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域内の外周領域の一部の領域に設けられ、前記共振領域の中央領域及び前記外周領域の他の領域には設けられていない空隙が形成されていて、
   前記圧電膜は、前記外周領域の前記他の領域の外側に開口を有することを特徴とする圧電薄膜共振子。
5. 前記空隙は、前記外周領域から前記共振領域の外側に延在していることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
6. 前記空隙は、前記外周領域の全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電薄膜共振子。
7. 前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とす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圧電薄膜共振子。
8. 前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
9. 前記共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子を含むことを特徴とするフィルタ。
11. 送信フィルタと受信フィルタとを備え、
    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１０記載のフィルタであることを特徴とする分波器。

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