CN102301590A - 薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器。包括：基板(6)、压电层(2)、具有上部电极(10)以及下部电极(8)的压电谐振器叠堆(12)、和空隙(4)。压电谐振器叠堆(12)具有沿厚度方向看时上部电极和下部电极相互重叠的振动区域(40)，振动区域由第一振动区域、第二振动区域以及第三振动区域构成。沿厚度方向来看，第一振动区域存在于最外侧，第三振动区域存在于最内侧，并且与第一振动区域不相接触，第二振动区域介于第一振动区域与第三振动区域之间。振动区域(40)的一次厚度纵向振动的谐振频率在第一振动区域中为f1，在第三振动区域中为f2，其中，f1和f2满足f1＜f2的关系，在第二振动区域中，从与第一振动区域相接触的外侧部分朝向与第三振动区域相接触的内侧部分，一边取从f1到f2之间的值，一边增加。

Description

薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器
技术领域
本发明涉及薄膜压电谐振器和使用它的薄膜压电滤波器，特别涉及具有高品质因数(Q值)，并且抑制了噪声的产生的薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器。薄膜压电谐振器以及薄膜压电滤波器用于构成例如移动电话等的通信设备。
背景技术
对于移动电话等的RF电路部的小型化的要求总是很高。最近，在移动电话上加入各种各样的功能的要求不断提高，为了实现这一目的，优选安装尽可能多的组件。另一方面，因为移动电话受到大小的制约，所以，最终对降低设备的专有面积(安装面积)以及高度的要求很严。因此，对于构成RF电路部的组件，也要求其专有面积小，高度低。
鉴于这种情况，作为在RF电路中所使用的带通滤波器，使用能够实现小型并且轻量化的薄膜压电谐振器的薄膜压电滤波器已经被开始应用。上述的薄膜压电滤波器是使用了薄膜压电谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator：FBAR)的RF滤波器，该薄膜压电谐振器的结构为：在半导体基板上以被上下的电极夹住的方式形成氮化铝(AlN)或氧化锌(ZnO)等压电薄膜，并且为了不使弹性波能量泄漏到半导体基板中，而在其正下方设置了空洞。
图17A～17C表示以往的薄膜压电谐振器的一例。图17A是其示意性俯视图；图17B是图17A的X-X剖面图；图17C是图17A的Y-Y剖面图。图17A～17C的薄膜压电谐振器具有：形成了空气隙4的基板6、和处于使边缘部被接近该空气隙4的基板6的上表面的上端缘支撑并架起的状态的压电谐振器叠堆12。该压电谐振器叠堆12具有：压电薄膜2和以将该压电薄膜夹住的方式形成的下部电极8以及上部电极10。在下文中，有时会将压电薄膜、下部电极以及上部电极的各层分别称为压电体层(压电层)、下部电极层以及上部电极层。
由压电层2、下部电极层8以及上部电极层10的层叠体构成的压电谐振器叠堆12的边缘部被架起，其中央部分(与空气隙4对应的部分)的主表面的两面都与空气以外的周围气体或真空相接触。在这种情况下，压电谐振器叠堆12形成Q值高的声波谐振器。施加到下部电极层8以及上部电极层10的交流信号具有与将压电谐振器叠堆12的音速除以该叠堆12的加权厚度的2倍后得到的值相等的频率。即，在fr＝v/2t0(在此，fr是谐振频率，v是叠堆12内的音速，t0是叠堆12的加权厚度)的情况下，压电谐振器叠堆12根据该交流信号进行谐振。构成叠堆12的层内的音速根据构成各层的材料的不同而不同，因此，压电谐振器叠堆12的谐振频率不是由物理性厚度决定，而是由考虑到压电层2或下部电极层8以及上部电极层10内的音速和它们的物理性厚度的加权厚度所决定。作为压电谐振器叠堆12的发生上述谐振的区域的振动区域，是上部电极10与下部电极8在厚度方向上相互重叠的区域。
关于以往的薄膜压电谐振器可知，在将谐振器的形状设成四角形以及圆形的情况下，会发生由于横向声频模式引起的特性变差。
专利文献1公开了用于防止由于上述不需要的横向声频模式(杂散振动)所引起的特性变差的技术。图18A以及18B表示专利文献1所记载的薄膜压电谐振器的剖面图。在此，通过在上部电极的端部(边缘部)设置如框架般的框架区域60，从而抑制了由于横向声频模式所引起的噪声。图18A表示在压电层为ZnO等的成为低频屏蔽型的分散曲线的类型1的压电材料的情况下所适用的结构；图18B表示在压电层为AlN等的成为高频屏蔽型的分散曲线的类型2的压电材料的情况下所适用的结构。
另外，作为对于薄膜压电谐振器所要求的重要性能，有品质因数(Q值)以及机电耦合系数(kt2)的增大。通过增大Q值，能够减小FBAR滤波器的插入损耗，因此，Q值的增大对于薄膜压电谐振器来说是非常重要的因素。另外，kt2是决定薄膜压电谐振器的谐振频率和反谐振频率的频率间隔的因素，如果kt2变大，则能够增大FBAR滤波器的通带宽度。
图19A以及图19B分别表示薄膜压电谐振器的阻抗特性图的一例以及史密斯圆图的一例。图中所记载的谐振频率(fs)的阻抗(Rs)和Q值(Qs)、以及反谐振频率(fp)的阻抗(Rp)和Q值(Qs)成为主要的特征因素。为了增大谐振频率fs以及反谐振频率fp的Q值，要减小Rs并增大Rp。在图19B所示的史密斯圆图中，图的左端成为谐振频率(fs)；图的右端成为反谐振频率(fp)。在从fs到fp的频率带(图的上半部分)中，薄膜压电谐振器的特性要好到与图的外圆周相接触。在薄膜压电谐振器中，Rs主要是由于电极的电阻的原因，Rp主要是因为弹性能量的热损耗和由于弹性波向振动区域外泄漏造成的能量损耗的原因。
专利文献2公开了：通过导入使用AlN薄膜，在振动区域的外周部的框状上增加了上部电极的厚度的结构，从而抑制了杂散振动的产生，能够获得Q值优异的薄膜压电谐振器。
专利文献3公开了一种薄膜压电谐振器，其具有位于上部电极以及下部电极中的一方的表面上的环带，环带内的区域具有第一声阻抗，环带具有第二声阻抗，环带外侧的区域具有第三声阻抗，第二声阻抗大于第一以及第三声阻抗，由此，能够获得Q值优异的薄膜压电谐振器。
另一方面，由于由压电层与下部电极以及上部电极构成的压电谐振器叠堆形成在空隙部上，因此，在结构上很脆弱，在制造工艺中很容易导致机械性破损。因此，为了防止薄膜压电谐振器的破损，专利文献4以及专利文献5提出用下部电极覆盖空隙部，也就是说，将下部电极设置成与基板相接触。
另外，如果在空隙部之外存在上部电极以及下部电极相互重叠的区域，则会产生不必要的电容，实效性机电耦合系数(实效性kt2)降低，因此，提出了上部电极以及下部电极相互重叠的区域形成为空隙部的内侧的方案。
专利文献1：JP特许3735777号公报
专利文献2：JP特开2005-236337号公报
专利文献3：JP特开2006-109472号公报
专利文献4：JP特开2002-140075号公报
专利文献5：JP特开2006-311181号公报
专利文献1所记载的方法虽然能够抑制杂散振动的产生，但是，如专利文献3所述，由于薄膜压电谐振器的Q值降低，因此不能令人满意。
专利文献2所记载的方法能够提高薄膜压电谐振器的Q值。但是，该方法的问题是：因为在外周部和中心部，振动区域的厚度不同，所以在外周部和中心部，一次厚度纵向振动的谐振频率变得不同。因此，在对薄膜压电谐振器的RF信号的响应中，产生原本不需要的由于振动区域外周部的一次厚度纵向振动所产生的峰值，因而，存在导致滤波器特性变差的这一问题。而且，还存在kt2变小的这一问题。
专利文献3所记载的方法能够提高薄膜压电谐振器的Q值。但是，该方法的问题在于：由于将振动区域的外周部(环带部)的声频阻抗设置成大于振动区域的中心部以及缓冲区域，即，将振动区域的外周部的厚度设置成与专利文献2相同，因此，存在与专利文献2同样的问题。而且，由专利文献3的实施例也可知，在低于一次厚度振动模式中的谐振频率(fs)的频率中，由于其他的振动模式引起的杂散响应变大。
如上所述，在现有技术中，对于薄膜压电谐振器的要求是：抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动模式所引起的杂散而导致的噪声的产生，并获得高的Q值和高的kt2。关于这一要求，到目前为止还没有充分达到，仍有改良的余地。
本发明就是鉴于上述情况而实现的，其目的是提供一种抑制杂散噪声的产生，并具有高的Q值和高的kt2的薄膜压电谐振器。另外，本发明的目的还在于提供一种使用上述薄膜压电谐振器的薄膜压电滤波器。
另一方面，对于薄膜压电滤波器来讲，要求其抑制出现在通带区域的杂散特性，并且实现低插入损耗。为此，作为薄膜压电谐振器，要求其抑制不需要的振动即横向声频模式以及具有高的品质因数Q值，并且，要求增大作为决定薄膜压电滤波器的通带宽度的主要因素的实效性机电耦合系数(实效性kt2)。另外，为了提高制造成品率，需要在制造工艺中不发生破损的坚固的谐振器结构。
在上述的现有技术中，虽然对空隙部与下部电极的位置关系，或空隙部与下部电极以及上部电极夹住压电层而相互重叠的振动区域的位置关系进行了讨论，但是，对于各构成要素的详细的位置关系或大小等，并未进行充分的讨论，至今仍有为了获得坚固并且良好的谐振器特性而改良的余地。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而实现的，其目的是提供一种具有大的实效性kt2和高的Q值，并且坚固、不易破损的薄膜压电谐振器。
根据本发明，能够提供一种薄膜压电谐振器，用于实现上述任意的目的，该薄膜压电谐振器包括：基板；位于该基板上，且具有压电层和以夹住该压电层并且彼此相对的方式形成的上部电极以及下部电极的压电谐振器叠堆；和在上述基板与上述压电谐振器叠堆之间形成的空隙或声反射层，该薄膜压电谐振器的特征在于，该压电谐振器叠堆具有沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时上述上部电极与上述下部电极相互重叠的振动区域，该振动区域包括第一振动区域、第二振动区域以及第三振动区域，沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向来看，上述第一振动区域存在于最外侧，上述第三振动区域存在于最内侧，并且与上述第一振动区域不相接触，上述第二振动区域介于上述第一振动区域与上述第三振动区域之间，上述振动区域的一次厚度纵向振动的谐振频率在上述第一振动区域中为f1，在上述第三振动区域中为f2，其中，上述f1和上述f2满足f1＜f2的关系，在上述第二振动区域中，从与上述第一振动区域相接触的外侧部分向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，一边取从f1到f2之间的值，一边增加。根据本发明，能够提供一种抑制由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散产生噪声，并且具有高的Q值和大的kt2的薄膜压电谐振器。
在上述构成中，优选上述压电谐振器叠堆在上述第一振动区域、上述第二振动区域以及上述第三振动区域中，厚度彼此不同。
在上述构成中，优选上述压电谐振器叠堆在上述振动区域的外周部具有在上述上部电极上追加形成的框架层。
在上述构成中，优选在上述第二振动区域中，上述框架层从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，厚度减少。
在上述构成中，优选在上述第二振动区域中，上述框架层具有斜坡状的上表面，并且，上述斜坡状的上表面与上述基板的上表面的角度为60°以下。
在上述构成中，优选上述框架层由杨氏模量为1.0×1011N/m2以上的材质构成。
在上述构成中，优选在将上述框架层的材质的声阻抗设为Zf，将上述上部电极的材质的声阻抗设为Zu的情况下，上述Zf和上述Zu满足0.5Zu＜Zf＜2Zu的关系。
在上述构成中，优选在上述第二振动区域中，上述上部电极或上述下部电极从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，厚度减少。
在上述构成中，优选在上述第二振动区域中，上述上部电极或上述下部电极具有斜坡状的上表面，上述斜坡状的上表面与上述基板的上表面的角度为60°以下。
在上述构成中，优选上述上部电极或上述下部电极由杨氏模量为1.0×1011N/m2以上的材质构成。
在上述构成中，优选上述第一振动区域的宽度为3μm以下。
在上述构成中，优选上述压电层由氮化铝构成。
在上述构成中，优选沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述振动区域存在于比上述空隙或上述声反射层的外边缘更靠内侧。
在上述构成中，优选沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述压电谐振器叠堆还具有位于上述振动区域的外侧的支撑区域、和位于上述振动区域以及上述支撑区域之间的缓冲区域，并且在上述支撑区域中与上述基板相接触。
在上述构成中，优选上述压电谐振器叠堆在上述振动区域的外周部，具有在上述上部电极上追加形成的框架层，该框架层遍及上述第一振动区域、上述缓冲区域以及上述支撑区域，厚度相等。由此，能够提供一种具有更高的Q值和更大的kt2，并且谐振频率的电阻值更小的薄膜压电谐振器。
在上述构成中，优选上述下部电极在上述支撑区域内，具有沿着该支撑区域和上述缓冲区域的边界延伸的支撑部分，上述支撑部分的宽度w1与上述振动区域的压电谐振器叠堆的厚度t满足2.17≤w1/t≤10的关系，上述缓冲区域的宽度w2与上述振动区域的压电谐振器叠堆的厚度t满足0.25≤w2/t≤2的关系。由此，能够实现具有大的实效性kt2和高的Q值，并且极为坚固的薄膜压电谐振器。
在上述构成中，优选沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述下部电极的支撑部分是以不与上述上部电极以及连接于该上部电极的外部连接导体这两者重叠的方式形成的。
在上述构成中，优选上述振动区域的形状为椭圆形。
在上述构成中，优选上述椭圆的长轴径a与短轴径b满足1＜a/b≤1.9的关系。由此，能够实现能抑制在薄膜压电滤波器的通带内产生的波动的薄膜压电谐振器。
在上述构成中，优选上述压电谐振器叠堆在上述上部电极的上表面以及/或者上述下部电极的下表面，具有由从AlN、AlON、Si3N4以及SiAlON所组成的组中选择的至少一种材质构成的电介质层。由此，能够实现能保护上部电极以及/或者下部电极，并且具有大的实效性kt2和高的Q值的极为坚固的薄膜压电谐振器，另外，当在下部电极的下面形成上述电介质层时，由于该电介质层作为压电谐振器叠堆的支撑层，其支撑力作用得到提高，因此，能够提供更加坚固的薄膜压电谐振器。
而且，根据本发明，还提供一种薄膜压电滤波器用于实现上述任意的目的，其是使用上述薄膜压电谐振器的薄膜压电滤波器，特别是串联薄膜压电谐振器和并联薄膜压电谐振器以梯型或格型连接的梯型滤波器或格型滤波器，并且只在上述并联薄膜压电谐振器中使用上述薄膜压电谐振器。由此，能够提供一种极度减小通带内的噪声，并且降低通带内的插入损耗的薄膜压电滤波器。
(发明的效果)
根据本发明的薄膜压电谐振器，能够提供一种抑制基于由于其他振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散而导致的噪声的产生，并具有高的Q值和大的kt2的薄膜压电谐振器。而且，还能够提供一种极度减少通带内的噪声，并且降低了通带内的插入损耗的薄膜压电滤波器。
另外，根据本发明的薄膜压电谐振器，能够实现具有大的实效性kt2和高的Q值，并且极为坚固的薄膜压电谐振器。
附图说明
图1A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性俯视图。
图1B是图1A的X-X剖面图。
图1C是图1A的Y-Y剖面图。
图2是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的振动区域、缓冲区域以及支撑区域的示意性俯视图。
图3A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的框架层的剖面形状的示意图。
图3B是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的框架层的剖面形状的示意图。
图3C是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的框架层的剖面形状的示意图。
图4A是表示利用剥离法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图4B是表示利用剥离法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图4C是表示利用剥离法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图5A是表示利用RIE法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图5B是表示利用RIE法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图5C是表示利用RIE法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图5D是表示利用RIE法制造本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式中的具有斜坡形状的端面的框架层的方法的概略图。
图6A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图。
图6B是表示图6A的实施方式的Y-Y剖面图。
图7A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图。
图7B是表示图7A的实施方式的Y-Y剖面图。
图8A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图。
图8B是表示图8A的实施方式的Y-Y剖面图。
图9A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图。
图9B是表示图9A的实施方式的Y-Y剖面图。
图10A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的示意性俯视图。
图10B是图10A的X-X剖面图。
图10C是图10A的Y-Y剖面图。
图11表示作为使用本发明的薄膜压电谐振器的滤波器的一个实施方式的梯型滤波器的电路。
图12表示作为使用本发明的薄膜压电谐振器的滤波器的一个实施方式的格型滤波器的电路。
图13A是在实施例1获得的本发明的薄膜压电谐振器的阻抗特性图。
图13B是在实施例1获得的本发明的薄膜压电谐振器的史密斯圆图。
图14A是在比较例1获得的本发明的薄膜压电谐振器的阻抗特性图。
图14B是在比较例1获得的本发明的薄膜压电谐振器的史密斯圆图。
图15A是在比较例5获得的本发明的薄膜压电谐振器的阻抗特性图。
图15B是在比较例5获得的本发明的薄膜压电谐振器的史密斯圆图。
图16表示在实施例29以及30和比较例6所获得的薄膜压电滤波器的通过特性。
图17A是表示以往的薄膜压电谐振器的一例的示意性俯视图。
图17B是图17A的X-X剖面图。
图17C是图17A的Y-Y剖面图。
图18A是表示具有以往的类型1的框架结构的薄膜压电谐振器的一例的示意性剖面图。
图18B是表示具有以往的类型2的框架结构的薄膜压电谐振器的一例的示意性剖面图。
图19A是一般的薄膜压电谐振器的阻抗特性图。
图19B是一般的薄膜压电谐振器的史密斯圆图。
图20A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性俯视图。
图20B是图20A的X-X剖面图。
图20C是图20A的Y-Y剖面图。
图21是表示图1的实施方式中的振动区域、缓冲区域、支撑区域以及下部电极支撑部分的示意性俯视图。
图22A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图22B是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图23A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图23B是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图24A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图24B是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性剖面图。
图25表示在实施例36～39以及比较例12～15所获得的薄膜压电谐振器的Q值。
图26表示在实施例40～42以及比较例12、16～18所获得的薄膜压电谐振器的Q值以及实效性kt2。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性俯视图；图1B是图1A的X-X剖面图；图1C是图1A的Y-Y剖面图。该薄膜压电谐振器包括基板6和压电谐振器叠堆12。基板6在上层部分具有绝缘层7。也就是说，基板6包括绝缘层7。在基板6和压电谐振器叠堆12之间，形成空隙(air gap)，也就是振动空间4。
压电谐振器叠堆12位于基板6的上方，也就是绝缘层7的上方，并且具有压电薄膜(压电层)2、和以夹住该压电薄膜并在膜厚度的方向上彼此相对置的方式形成的下部电极8以及上部电极10。压电薄膜2的被下部电极8和上部电极10夹住的部分的外形(沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时的形状)为椭圆形。不过，作为为了将上部电极10以及下部电极8与外部电路连接而形成的导电性的薄膜的连接导体(外部连接导体)14不具有这些形状。另外，连接导体14与上部电极10或者下部电极8的边界，通过延长上部电极10或下部电极8的外形的线而获得。
在压电谐振器叠堆12的厚度方向上看时，该压电谐振器叠堆具有作为上部电极10与下部电极8相互重叠的区域的振动区域40。在压电谐振器叠堆12的厚度方向上看时，该压电谐振器叠堆12还具有位于振动区域40的外侧的支撑区域48、和位于振动区域40以及支撑区域48之间的缓冲区域46。压电谐振器叠堆12在支撑区域48与基板6相接触。下部电极8在支撑区域48内具有沿着该支撑区域48与缓冲区域46的边界延伸的支撑部分18′。如图所示，该支撑部分18′能够设置成：沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，与上部电极10以及连接于上部电极10的外部连接导体14不重叠。
图2是表示本实施方式的振动区域40、缓冲区域46以及支撑区域48的示意性俯视图。如图2所示，振动区域40由第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43构成。沿压电谐振器叠堆的厚度方向看时，第一振动区域41存在于最外侧，并且与缓冲区域46相接触，第三振动区域43存在于最内侧，并且与第一振动区域以及缓冲区域46都不相接触，第二振动区域42介于第一振动区域41与第三振动区域43之间。第一振动区域41的宽度为Wt，第二振动区域42的宽度为Ws。
振动区域40的一次厚度纵向振动的谐振频率在第一振动区域41中为f1，在第三振动区域43中为f2，在此，f1和f2满足f1＜f2的关系，在第二振动区域42中，从与第一振动区域41相接触的外侧部分向与第三振动区域43相接触的内侧部分，一边取从f1到f2之间的值，一边增加。
这种一次厚度纵向振动频率的关系能够通过以下方式实现，即，在第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43中，使压电谐振器叠堆12的厚度以及/或者结构层的材质彼此不同。作为用于实现的方法，能够举出，例如，根据振动区域40的所处位置，改变构成振动区域40的下部电极8、压电层2以及上部电极10中的任意一个的厚度以及/或者构成材料的方法，或者再追加构成压电谐振器叠堆的层的方法。
在图1A～图1C的实施方式中，通过在上部电极10上形成框架层16作为所追加的层，从而实现上述本发明的主要特征。框架层16在振动区域40的外周部上形成于上部电极10上，与缓冲区域46相接触的外侧部分构成第一振动区域41，并且，内侧部分构成第二振动区域42。框架层16的第一振动区域41的厚度为T。构成第二振动区域42的内侧部分的框架层16的剖面形状(通过振动区域40的中心的纵向剖面的形状)被设为斜坡状。即，如图1B以及图1C所示，在第二振动区域42中，框架层16的厚度从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分逐渐减少。这样一来，框架层16的上表面倾斜于基板6的上表面，成为斜坡状的上表面。
图3A～图3C是表示框架层16的剖面形状的示意图。在图1A～图1C的实施方式中，如图3A所示，在第二振动区域42中，框架层16的纵向剖面形状成为直线性斜坡。斜坡的角度(即，在第二振动区域42中，框架层16的斜坡状上表面与基板6的上表面所成的角度)θ优选为1度以上60度以下。其理由是：如果角度θ过小而不到1度，则第二振动区域42的宽度Ws变得过大，不利于谐振器的小型化，并且具有制造的困难度也增加的倾向；如果角度θ过大而超过60度，则第二振动区域42的宽度Ws变得过小，具有很难获得作为本发明的目标的良好的谐振器特性的倾向。
本发明的框架层16的第二振动区域42的纵向剖面形状不局限于以上的形状。该纵向剖面形状，例如，如图3B所示，可以是曲线状的斜坡形状，还能够设为图3C所示的台阶状(折线状)，也可以是其他的形状。在是这些直线状以外的斜坡形状的情况下，上述角度θ设为近似直线时的角度。
如上所述，在第二振动区域42中，也可以不将框架层16的纵向剖面形状设为斜坡状，而是不设置框架层16，如后面要提到的那样，将上部电极10或上部电极8的纵向剖面形状同样设为斜坡状。
通过将构成第二振动区域42的上部电极10、下部电极8或者作为追加的层的框架层16的纵向剖面形状设为斜坡状，第二振动区域42中的一次厚度纵向振动的谐振频率，成为从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分，一边取f1到f2之间的值，一边逐渐变化(增加)。在图3A所示的直线性斜坡上，第二振动区域42中的一次厚度纵向振动的谐振频率随着斜坡的角度θ，从与第一振动区域41相接的外侧部分朝向与第三振动区域43相接的内侧部分，单调增加。在图3C所示的台阶状的斜坡上，水平的台阶部分的一次厚度纵向振动的谐振频率具有恒定的值。
如上所述构成压电谐振器叠堆12，特别是由于将第二振动区域42中的一次厚度纵向振动的谐振频率设置为：从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分逐渐增加，因此，能够获得抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散而导致的噪声的产生，并具有高的Q值的优异的薄膜压电谐振器。
作为本发明的薄膜压电谐振器的各构成部件的材料，能够使用与以往的薄膜压电谐振器相同的材料。例如，基板6由硅基板、砷化镓基板、玻璃基板等构成。压电薄膜(压电层)2由能够作为例如氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)这样的薄膜制造的压电材料构成，优选由表示高频屏蔽型的分散曲线的氮化铝构成。另外，下部电极8以及上部电极10由例如能作为钼、钨、钌、铂和铝等的薄膜而制造的金属材料构成。
图1A～图1C的实施方式的薄膜压电谐振器例如能够通过以下的方法制造。
在硅基板等的半导体基板6上，利用溅射法以及CVD法等的成膜技术形成绝缘层7。在绝缘层由SiO2构成的情况下，也能够利用热氧化形成绝缘层7。然后，通过溅射法以及气相沉积法等的成膜法，形成用蚀刻液易于溶解的牺牲层，利用湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，进行构图，以便在应形成振动空间4的位置上留下牺牲层。锗(Ge)、铝(Al)、钛(Ti)和镁(Mg)等的金属或它们的氧化物适合作为牺牲层。然后，利用溅射法以及气相沉积法等的成膜方法，来成膜下部电极8、压电层2以及上部电极10，并且使用湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，对各层进行构图。
然后，成膜框架层16并进行构图。此时，使框架层16形成在振动区域40的外周部，并且对振动区域40的中心侧(内侧)的上表面(有时也称为端面)进行加工，使其具有斜坡形状，由此，形成第二振动区域42。另外，将第二振动区域42的外侧的框架层16的厚度均匀的区域作为第一振动区域41。作为实现上述斜坡形状的方法，优选利用剥离法或RIE法进行构图。
图4A～图4C是表示利用剥离法制造本实施方式的具有斜坡形状的端面的框架层16的方法的概略图。在利用剥离法形成的情况下，通过主要使用负性抗蚀剂来控制曝光条件，从而形成具有图4A所示的倒锥形状的斜坡的抗蚀膜70。然后，进行框架层16的成膜(图4B的状态)，通过使用剥离液来剥离抗蚀膜70，能够如图4C所示，形成端面为斜坡形状的框架层16。
图5A～图5D是表示通过RIE法制造具有本实施方式的斜坡形状的端面的框架层16的方法的概略图。在利用RIE法形成的情况下，如图5A所示，在成膜框架层16之后，以抗蚀膜70的端部成为斜坡形状的方式，选择曝光以及显影条件，形成端面为斜坡状的抗蚀膜70。然后，通过在蚀刻气体中添加O2气体，如图5B以及图5C所示，进行框架层16的蚀刻，并且逐渐地抗蚀膜70的端部也被蚀刻，并后退。由此，能够形成图5D所示的端面为斜坡形状的框架层16。
然后，配合上部电极10的外周形状，利用RIE法等的构图技术对框架层16进行构图，由此，形成边缘部的端面(外侧端面)不是斜坡形状的框架层16。然后，使用上述构图技术，形成从上部电极10的上表面开始一直到达牺牲层为止的贯穿孔30，然后，利用经由该贯穿孔30提供的蚀刻液对牺牲层进行蚀刻，将其除去。然后，通过选择能蚀刻绝缘层7的蚀刻液，对绝缘层7进行蚀刻，由此，能够以与牺牲层相同的图案对绝缘层7进行蚀刻。在像这样被除去的牺牲层以及绝缘层7的部分形成振动空间(空气隙，也就是空隙)4。通过将下部电极8设定成比牺牲层大规定形状，将上部电极10设定成比牺牲层小规定形状，从而在空气隙4上形成缓冲区域46，并且在基板6的绝缘层7上形成支撑区域48。沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，振动区域40存在于比空隙4的外边缘更靠内侧。
图6A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图，图6B是表示图6A的实施方式的Y-Y剖面图。本实施方式与图1A～图1C所说明的实施方式相比，只有第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43的形成方法不同。也就是说，在本实施方式中，不设置框架层16，根据所处位置的不同，使上部电极10的厚度也不同，由此，在振动区域40中，形成第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43。在此，第一振动区域41中的上部电极10的厚度比第三振动区域43中的上部电极10的厚度大出T。在第二振动区域42中，仅上部电极10的厚度从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分逐渐减少。这样一来，在第二振动区域42中，上部电极10的上表面倾斜于基板6的上表面，成为斜坡状的上表面。
图6A以及图6B所示的实施方式的薄膜压电谐振器能够通过以下的方式制造。从绝缘层到压电层为止的形成方法与通过图1A～图1C所说明的实施方式相同。在利用溅射法、气相沉积法以及CVD法等的成膜技术来成膜上部电极10之后，利用RIE等的蚀刻技术，将规定量的第一振动区域41以及第二振动区域42以外的区域进行蚀刻除去。此时，利用上述RIE的方法进行加工，以便成为第二振动区域的区域的剖面形状成为斜坡状。然后，使用湿式蚀刻以及RIE等的构图技术，进行构图，由此，使上部电极10的外形成为规定形状。然后，与通过图1A～图1C所说明的实施方式相同，在形成从上部电极的上表面开始一直到达牺牲层为止的贯穿孔30之后，利用蚀刻液将牺牲层以及绝缘层的一部分除去，从而形成振动空间4。
图7A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外一个实施方式的X-X剖面图；图7B是表示图7A的实施方式的Y-Y剖面图。本实施方式与图1A～图1C所说明的实施方式相比，只有第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43的形成方法不同。也就是说，在本实施方式中，不设置框架层16，使下部电极8的厚度彼此不同，由此，在振动区域40中形成第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43。在此，第一振动区域41中的下部电极8的厚度比第三振动区域43中的下部电极8的厚度大出T。在第二振动区域42中，下部电极8的厚度从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分逐渐减少。这样一来，在第二振动区域42中，下部电极8的上表面倾斜于基板6的上表面，成为斜坡状的上表面。
图7A以及图7B所示的实施方式的薄膜压电谐振器能够通过以下方式制造。从绝缘层到牺牲层为止的形成方法与图1A～图1C所说明的实施方式相同。在利用溅射法、气相沉积法以及CVD法等的成膜技术来成膜下部电极8之后，利用RIE等的蚀刻技术将规定量的第一振动区域41以及第二振动区域42以外的区域进行蚀刻除去。此时，利用上述RIE的方法进行加工，以便成为第二振动区域的区域的剖面形状成为斜坡状。然后，利用上述蚀刻技术对下部电极8进行构图，以便使其成为规定形状。然后，在利用上述的成膜方法将压电层2以及上部电极10成膜之后，使用上述的构图技术对各层进行构图。然后，与通过图1A～图1C所说明的实施方式相同，在形成从上部电极的上表面一直到达牺牲层为止的贯穿孔30之后，通过使用蚀刻液来除去牺牲层以及绝缘层的一部分，从而形成振动空间4。
图8A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另一个实施方式的X-X剖面图；图8B是表示图8A的实施方式的Y-Y剖面图。本实施方式与通过图1A～图1C所说明的实施方式仅在设置声反射层22来取代空气隙4的这一点上不同。
图8A以及图8B所示的实施方式的薄膜压电谐振器例如能够通过以下的方式制造。在硅基板等的基板6上，利用湿式蚀刻等技术形成坑部，之后，利用上述成膜技术来形成声反射层22。然后，通过CMP法等的平坦化技术，将基板上的声反射层22的整个表面平坦化，成为只在坑部内沉积了声反射层22的形态。在声反射层22中，作为低阻抗层，优选SiO2或AlN等的声阻抗小的材料；作为高阻抗层，优选Mo、W和Ta2O5等的声阻抗大的材料。声反射层22是通过将低阻抗层和高阻抗层以各自的厚度相当于弹性波的四分之一的方式交替层叠而制造的。利用溅射法和气相沉积法等的成膜方法，将下部电极8、压电层2和上部电极10成膜，并且使用湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，将各层构图。然后，使用上述的成膜技术将框架层16成膜，并且使用上述的构图技术进行构图。此时，使框架层16形成在振动区域40的外周部，并且，进行加工以便使振动区域40的中心侧的端面具有斜坡形状，由此形成第二振动区域42。作为实现上述斜坡形状的方法，优选使用剥离法或RIE进行构图。沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，振动区域40存在于比声反射层22的外边缘更靠内侧。
图9A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另一实施方式的X-X剖面图；图9B是表示图9A的实施方式的Y-Y剖面图。本实施方式与通过图1A～图1C所说明的实施方式相比，其不同之处仅在于，下部电介质层18形成在下部电极8的下面，上部电介质层20形成在上部电极10的上面。作为下部电介质层18以及上部电介质层20，优选由氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON，例如AlOxNy)(在此，x以及y满足例如0.9＜x＜1.4，1＜y＜0.5))、氮化硅(Si3N4)以及硅铝氧氮化物(SiAlON)等的弹性率比较大的材料构成的材料，并且优选由以从这些材料所组成的组中所选择的至少一种的材料为主要成分的电介质层形成。其他的部分与通过图1A～图1C所说明的实施方式相同，能够利用同样的方法进行制造。
即使是图9A以及图9B所示的具有下部电介质层18以及/或者上部电介质层20的薄膜压电谐振器，也与通过图1A～图8B中的任意一个所说明的实施方式的薄膜压电谐振器相同，能够抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散而导致的噪声的产生，并能够获得高的Q值。而且，通过设置下部电介质层18以及/或者上部电介质层20，能够保护下部电极8以及/或者上部电极10。
图10A是表示本发明的薄膜压电谐振器的另一个实施方式的示意性俯视图，图10B是图10A的X-X剖面图，图10C是图10A的Y-Y剖面图。本实施方式与通过图1A～图1C所说明的实施方式的唯一不同之处在于：除了第一振动区域41以及第二振动区域42，在缓冲区域46以及支撑区域48中还存在框架层16。在这种情况下，能够使框架层16遍及第一振动区域41、缓冲区域46以及支撑区域48的厚度相同。框架层16一直延伸到与上部电极10连接的连接导体14的上表面。通过将框架层16扩展到缓冲区域46以及支撑区域48，能够减小连接导体14的电阻，减小薄膜压电谐振器的谐振频率的阻抗(Rs)，并能够增大Q值(Qs)。
在本发明的薄膜压电谐振器中，在作为有益于将振动区域40划分(划定)为第一振动区域41、第二振动区域42以及第三振动区域43的层(振动区域划分层)，即，作为利用第二振动区域42使纵向剖面成为斜坡状的层而使用上部电极层10或下部电极层8的情况下，能够设置成将该层扩展到缓冲区域46以及支撑区域48的结构。即使在这种情况下，也能够使振动区域划定层的厚度遍及第一振动区域41、缓冲区域46以及支撑区域48都相等。
通过使用多个如上所述的本发明的薄膜压电谐振器，能够构成抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散而导致的噪声的产生的薄膜压电滤波器。作为薄膜压电滤波器的实施方式，有图11所示的将薄膜压电谐振器配置成梯型的滤波器以及图12所示的将薄膜压电谐振器配置成格型的滤波器，但不局限于此。
图11所示的梯型滤波器由与输入输出端口104串联连接的串联薄膜压电谐振器131、133、135和137)、以及在串联薄膜压电谐振器之间的节点与接地之间连接的并联薄膜压电谐振器(132、134、136和138)构成。在将串联薄膜压电谐振器的谐振频率设为fs1，并且将反谐振频率设为fp1，将并联薄膜压电谐振器的谐振频率设为fs2，并且将反谐振频率设为fp2的情况下，fs1和fp2被设定为在带通滤波器的中心频率附近。因此，在串联薄膜压电谐振器的谐振频率附近的谐振器性能(Rs、Qs)以及在并联薄膜压电谐振器的反谐振频率附近的谐振器性能(Rp、Qp)会对带通滤波器的通带的性能产生很大的影响。
如上所述，本发明的薄膜压电谐振器具有能够提高反谐振频率的Rp，增大Qp的特征。另一方面，也能够抑制低于谐振频率的频带中的噪声的产生，但是，如后面要提到的比较例5所示，与振动区域均匀的薄膜压电谐振器相比，上述的噪声大。因此，通过将本发明的薄膜压电谐振器只作为图11所示的梯型滤波器以及图12所示的格型滤波器的并联薄膜压电谐振器来使用，能够发挥作为本发明的薄膜压电谐振器的主要效果之一的Rp大的这一特征，还能够排除低于谐振频率的频率中的噪声的影响，并且，能够获得抑制通带中的噪声的产生，且降低插入损耗的薄膜压电滤波器。
图20A是表示本发明的薄膜压电谐振器的一个实施方式的示意性俯视图，图20B以及图20C分别是图20A的X-X剖面图以及Y-Y剖面图。本实施方式的薄膜压电谐振器由压电谐振器叠堆12、在该压电谐振器叠堆的下面形成的空隙层4、和作为以形成该空隙部4的方式支撑压电谐振器叠堆12的支撑部件的基板6构成。
压电谐振器叠堆12是层叠体，该层叠体包括：压电层2；和在厚度方向即压电谐振器叠堆12的厚度方向(与图20A的纸面垂直的方向，即与X-X方向以及Y-Y方向双方都正交的方向：以下相同)上以将该压电层2夹住的方式形成的下部电极8及其外部连接导体814、以及上部电极10及其外部连接导体1014。下部电极8和外部连接导体814位于压电层2的下侧，并且相互连接。上部电极10和外部连接导体1014位于压电层2的上侧，并且相互连接。外部连接导体814和1014分别是用于将上部电极8以及下部电极10与未图示的外部电路连接而形成的导电性薄膜，能够分别利用与上部电极8以及下部电极10相同的材料来形成为相同的层。另外，将下部电极8与外部连接导体814的边界或者上部电极10与外部连接导体1014的边界设为：将与上部电极或下部电极的外部连接导体不相接触的部分的外形的线进行延长后的线。外部连接导体814和1014与图1A～图1C的实施方式中的外部连接导体14对应。
压电谐振器叠堆12不局限于形成了压电层2、上部电极8以及外部连接导体814、和下部电极10以及外部连接导体1014所有这些的区域，也包括没有形成电极或外部连接导体的区域。压电谐振器叠堆12具有：沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，上部电极10和下部电极8相互重叠的振动区域16′；与基板6相接触的支撑区域17；和位于振动区域16′与支撑区域17之间的缓冲区域20′。沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，振动区域16′位于比空隙部4的外边缘更靠内侧。下部电极8在支撑区域17内，具有沿着该支撑区域17与缓冲区域20′的边界延伸的宽度为w1的支撑部分18′。如图中所示，在沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看时，能够使该支撑部分18′与上部电极10以及连接于上部电极10的外部连接导体1014不重叠。
为了明确图20A～图20C的实施方式中的振动区域16′、缓冲区域20′支撑区域17以及下部电极支撑部分18′的关系，图21标明了各自的区域以及部分。另外，沿压电谐振器叠堆12的厚度方向看到的空隙部4的区域被表示为空隙区域22′。该空隙区域22′相当于将振动区域16′和缓冲区域20′合并在一起的区域。
另外，虽然此处没有进行图示，但是，在本实施方式中，压电谐振器叠堆12具有通过上述图1A～图10C所说明的特征性构成，振动区域16′与上述振动区域40相同，由第一到第三振动区域41～43构成。因此，如通过图1A～图10C所说明的那样，通过将压电谐振器叠堆12设置为：第二振动区域42中的一次厚度纵向振动的谐振频率从与第一振动区域41相接触的外侧部分朝向与第三振动区域43相接触的内侧部分逐渐增加，从而能够获得抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动所引起的杂散而导致的噪声的产生，并具有高的Q值的优异的薄膜压电谐振器。
在图20A～图20C的实施方式中，将在振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度(是指振动区域16′的中心部，即在第三振动区域的厚度)设为t，再将缓冲区域20′的宽度设为w2，下部电极支撑部分18′的宽度w1与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t满足2.17≤w1/t≤10的关系，缓冲区域20′的宽度w2与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t满足0.25≤w2/t≤2的关系。由此，能够实现具有大的实效性kt2和高的Q值(相当于上述Qp值)，并且极为坚固、不易破损的薄膜压电谐振器。
而且，在本实施方式中，振动区域16′的形状为椭圆，将该椭圆的长轴径设为a，将短轴径设为b，该长轴径a与短轴径b满足1＜a/b≤1.9的关系。由此，能抑制不需要的振动模式的产生，并能够抑制在薄膜压电滤波器的通带内产生的波动，并且，能够实现具有大的实效性kt2和高的Q值的、极为坚固的薄膜压电谐振器。在a/b＞1.9的情况下，实效性kt2少许降低，并且，相对于短轴径，长轴径变得非常长，因此，压电谐振器叠堆12出现翘曲，在制造工艺中有些容易发生破损。
作为本发明的薄膜压电谐振器的材料，能够使用与以往的薄膜压电谐振器相同的材料。例如，基板6由硅基板、砷化镓基板以及玻璃基板等构成。空隙部4能够通过各向异性湿式蚀刻以及RIE(Reactive Ion Etching)等方法形成。压电层2例如可以由像氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)这样能够作为薄膜制造的压电材料构成。另外，下部电极8和外部连接导体814、以及上部电极10和外部连接导体1014可以由像铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)以及金(Au)这样的能作为薄膜制造的能构图的金属材料构成，或者也可以由这种薄膜的层叠体构成。
本实施方式的薄膜压电谐振器例如能够通过以下的方式制造。在硅片等的基板6上利用湿式蚀刻等技术形成坑部，然后，利用CVD法等的成膜技术形成牺牲层。此后，利用CMP法等的平坦化技术，将牺牲层以及基板的整个表面平坦化，成为仅在坑部内沉积了牺牲层的形态。作为牺牲层，适合使用像PSG(Phospho-silicate glass)这样容易被蚀刻的材料。使用溅射法以及气相沉积法等的成膜方法以及湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，形成由下部电极8和外部连接导体814、压电层2、以及上部电极10和外部连接导体814构成的压电谐振器叠堆12。通过此时的构图，设置为满足上述的下部电极支撑部分18′的宽度w1与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系，以及缓冲区域20′的宽度w2与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系。另外，满足上述振动区域16′的椭圆的长轴径a与短轴径b的关系。然后，使用上述构图技术，形成从压电谐振器叠堆12的上表面一直到达牺牲层为止的贯穿孔30，之后，利用经由该贯穿孔30提供的蚀刻液来除去牺牲层。由此，坑部成为空隙部4。
图22A以及图22B是表示本发明的薄膜压电谐振器的其他实施方式的示意性剖面图，图22A是与图20B对应的剖面图，图22B是与图22C对应的剖面图。本实施方式的俯视图与图20A相同。
在图20A～图20C的实施方式中，使用基板6作为支撑部件，在该基板6上形成空隙部4。相比之下，在图22A以及图22B的实施方式中，使用在上层部具有绝缘层7的材料作为基板6。空隙部4通过将绝缘层7的一部分除去而形成。除此之外，与图20A～图20C的实施方式相同。
图22A以及图22B的实施方式的薄膜压电谐振器例如能够通过以下的方式制造。在硅片等的基板6上，使用溅射法以及CVD法等的成膜技术，或通过热氧化，形成作为绝缘层的氧化硅(SiO2)层。然后，利用溅射法以及气相沉积法等的成膜方法，形成用蚀刻液容易溶解的牺牲层，使用湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术进行构图，只在应形成空隙部4的区域残留下牺牲层。作为牺牲层，适合使用锗(Ge)、铝(Al)、钛(Ti)、以及镁(Mg)等的金属或它们的氧化物。然后，使用溅射法以及气相沉积法等的成膜方法和湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，形成由下部电极8和外部连接导体814、压电层2、以及上部电极10和外部连接导体1014构成的压电谐振器叠堆12。通过此时的构图，设置为满足上述的下部电极支撑部分18′的宽度w1与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系，以及缓冲区域20′的宽度w2与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系。另外，满足振动区域16′的椭圆的长轴径a与短轴径b的关系。然后，使用上述构图技术，形成从压电谐振器叠堆12的上表面一直到达牺牲层为止的贯穿孔30，之后，利用经由该贯穿孔30提供的蚀刻液来除去牺牲层。然后，选择能够蚀刻SiO2层的蚀刻液，利用经由贯穿孔30所提供的蚀刻液，能按照与牺牲层相同的方式，对SiO2层进行蚀刻。由此，能够在被除去的牺牲层以及绝缘层的部分上形成空隙部4。
图23A以及图23B是表示本发明的薄膜压电谐振器的其他实施方式的示意性剖面图，图23A是与图20B对应的剖面图，图23B是与图20C对应的剖面图。本实施方式的俯视图与图20A相同。
图23A以及图23B的实施方式与图20A～图20C的实施方式相比，在基板6上形成空隙部4这一点相同，但是，在为了贯穿基板6而自该基板的背面形成空隙部4这一点上不同。另外，在本发明中，这种形式的空隙部4也相当于在基板6与压电谐振器叠堆12之间所形成的空隙部。除了以上之外，与图20A～图20C的实施方式相同。
图23A以及图23B的实施方式的薄膜压电谐振器例如能够通过以下的方式制造。在基板6上，使用溅射法以及气相沉积法等的成膜方法和湿式蚀刻、RIE以及剥离法等的构图技术，形成由下部电极8和外部连接导体814、压电层2、以及上部电极10和外部连接导体1014构成的压电谐振器叠堆12。通过此时的构图，设置为满足上述的下部电极支撑部分18′的宽度w1与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系，以及缓冲区域20′的宽度w2与振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t的关系。另外，满足振动区域16′的椭圆的长轴径a与短轴径b的关系。然后，自基板6的背面，利用各向异性湿式蚀刻以及Deep-RIE等的深钻蚀刻技术，将蚀刻一直进行到压电谐振器叠堆12的下方，由此，能够形成空隙部4。
图24A以及图24B是表示本发明的薄膜压电谐振器的另外的实施方式的示意性剖面图，图24A是与图20B对应的剖面图，图24B是与图20C对应的剖面图。
在本实施方式的薄膜压电谐振器中，压电谐振器叠堆12在下部电极8的下侧具有下部电介质层24，在上部电极10的上侧具有上部电介质层26。电介质层24和26优选由AlN、AlON、Si3N4以及SiAlON等弹性率比较大的材料构成的材料。除此之外，与图23A以及图23B的实施方式相同。本实施方式的俯视图除了电介质层24和26之外，与图20A相同。
通过设置下部电介质层24以及/或者上部电介质层26，能够防止下部电极8和外部连接导体814以及/或者上部电极10和外部连接导体1014的氧化变差。另外，在设置了下部电介质层24的情况下，下部电介质层24对压电谐振器叠堆12的支撑力得到提高，因此，能够实现更加坚固的薄膜压电谐振器。
在本实施方式的薄膜压电谐振器中，也与从图20A～图20C的实施方式到图23A以及图23B的实施方式的薄膜压电谐振器相同，能够获得不会导致横向声频模式引起的特性变差，并具有大的实效性kt2和高的Q值、且极为坚固的薄膜压电谐振器。
(实施例)
表1表示以下的实施例1～28以及比较例1～5的实施条件，表2表示通过这些实施例以及比较例所获得的薄膜压电谐振器的电特性。
(实施例1)
制造了图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器，其中，上部电极10的形状即振动区域40的形状为椭圆形，该椭圆的长轴径a为107μm，短轴径b为72μm，贯穿孔30的形状是一边为5μm的正方形。对本实施例的各结构层的厚度进行了以下设定。下部电极8的材料为Mo，厚度为300nm；压电层2的材料为AlN，厚度为1200nm；上部电极10的材料为Ru，厚度为300nm。并且，将框架层16的材料设为Mo，厚度(T)设为100nm，将第一振动区域41的宽度(Wt)设为3μm，将第二振动区域42的斜坡角度θ设为20°。在该情况下，宽度(Ws)成为0.27μm(Ws＝T/tanθ)。
实施例1的薄膜压电谐振器通过以下方法制造。在硅基板6上利用热氧化法形成作为绝缘层的SiO2层7。然后，利用溅射法形成作为牺牲层的钛(Ti)层，利用RIE法进行构图。然后，使用溅射法将成为下部电极8的Mo层、成为压电层2的AlN层和成为上部电极10的Ru层成膜，并且，使用RIE法对各层进行构图。然后，使成为框架层16的Mo层成膜，利用RIE法，配合框架层16的内周形状，进行构图，以便内周面的端部形状成为斜坡状。具体而言，以抗蚀护膜的端部成为斜坡状的方式形成抗蚀护膜，然后，将蚀刻气体作为Cl2气体和O2气体的混合气体进行RIE，并进行蚀刻。通过将抗蚀护膜端部的斜坡角度设为大约45°，将蚀刻气体的O2气体流量设为30sccm，由此，以框架层16的内周部端面的斜坡角度θ成为20°的方式进行设定。然后，配合框架层16的外周形状，通过使用Cl2气体作为蚀刻气体的RIE法，对上部电极10以及框架层16进行蚀刻。然后，再使用RIE法，形成从上部电极10的上表面一直到达牺牲层的贯穿孔30，然后，使用作为蚀刻液的氢氟酸，将牺牲层和绝缘层7的一部分蚀刻除去。由此，在被除去的牺牲层以及绝缘层7的部分上形成振动空间4。另外，通过使下部电极8比牺牲层大出规定形状，使上部电极10比牺牲层小出规定形状，从而，在空气隙4上形成缓冲区域46，并在基板6的绝缘层7上形成支撑区域48。
如上所述制造的谐振器的阻抗的频率特性以及史密斯圆图分别由图13A以及图13B表示。可知：在从谐振频率到反谐振频率之间的频带及其周边，噪声的产生得到抑制。另外，在以下的实施例以及比较例中，将图13A以及图13B中所示的程度的噪声等级评价为“小”。另外，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2600Ω，Q值(Qp)为1430，示出很高的值。
(实施例2～5)
如表1所示，将框架层16的第二振动区域42中的剖面的斜坡角度θ设为30°、45°、60°和70°，除此之外与实施例1相同，制造了图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器。框架层16的内周部端面的斜坡角度θ的调整是通过调整蚀刻气体的O2气体流量来进行的。在这种情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.04～0.17μm。
如表2所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2380～2740Ω，Q值(Qp)为1420～1500，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小，如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。另外，关于在实施例以及比较例的噪声等级的评估，“中”是指图13A以及图13B所示的程度的上述“小”与后面要提到的图14A以及图14B所示的程度的“大”的中间的等级。
(比较例1)
将框架层16的第二振动区域42中的剖面的斜坡角度θ设为90°，除此之外，与实施例1相同，制造了图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0μm。
如上所述制造的谐振器的阻抗的频率特性以及史密斯圆图分别由图14A以及图14B表示。可知：在从谐振频率到反谐振频率之间的频带及其周边，噪声的产生变得很大。另外，在以下的实施例以及比较例中，将图14A以及图14B中所示的程度的噪声等级评价为“大”。另外，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)为2060Ω，与实施例1～5相比，变得很小。另外，Q值(Qp)为1260，与实施例1～5相比，变得很小。
(实施例6～11)
如表1所示，将第一振动区域41中的宽度(Wt)设为1.5μm、4.0μm、6.0μm，将第二振动区域42中的框架层16的剖面的斜坡角度θ设为45°和60°，除此之外与实施例1相同，制造了图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器。在这种情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.10μm和0.06μm。
如表2所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2220～2480Ω，Q值(Qp)为1330～1430，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。
(比较例2～4)
将第一振动区域41的宽度(Wt)设为1.5μm、4.0μm和6.0μm，将第二振动区域42中的框架层16的剖面的斜坡角度θ设为90°，除此之外，与实施例1相同，制造了图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0μm。
由表2所示可知，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率的阻抗(Rp)为1880～2080Ω，与实施例6～11相比，变得很小。另外，Q值(Qp)为1200～1270，与实施例6～11相比，变得很小。另外，可知：从谐振频率到反谐振频率之间的频带及其周边的噪声等级的大小为大，噪声的产生变大。
(实施例12)
制造了具有一直扩展到缓冲区域46以及支撑区域48中的上部电极10的外部连接导体14的上表面上的框架层16的图10A～图10C所记载的薄膜压电谐振器。在此，框架层16遍及第一振动区域41、缓冲区域46以及支撑区域48的厚度相同，也就是说是恒定的。除了扩展了框架层16之外，其他都与实施例3相同。
如表2所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2740Ω，Q值(Qp)为1500，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为“小”，可知能够抑制噪声的产生。另外，在与其他的实施例相比的情况下可知，谐振频率的阻抗(Rs)很小，为1.1Ω，Q值(Qs)成为1580这样很大的值。
因此，可以明确的是，通过将框架层16一直扩展到缓冲区域46以及支撑区域48的上部电极外部连接导体14上，能够获得更好的薄膜压电谐振器。
(实施例13～15)
将划定了第一～第三振动区域41～43的结构层(振动区域划定层)设为Ru上部电极层10，将第一振动区域41中的上部电极层10所增加的厚度T设为120nm，将第二振动区域42中的剖面的斜坡角度θ设为45°、60°和70°，制造了图6A以及图6B所记载的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.04～0.12μm。使各结构层的厚度以及材料与实施例1相同。
通过以下的方式制造了实施例13～15的薄膜压电谐振器。在硅基板6上，利用热氧化法形成作为绝缘层的SiO2层7。然后，利用溅射法形成作为牺牲层的钛(Ti)层，利用RIE法进行构图。然后，使用溅射法将成为下部电极的Mo层和成为压电层的AlN层成膜，并且，使用RIE法对各层进行构图。然后，使成为上部电极10的Ru层成膜，配合第二振动区域42的形状，进行构图，利用RIE法对Ru层进行构图，以便第二振动区域42的内周部的端面形状成为斜坡状。具体而言，以抗蚀护膜的端部成为斜坡状的方式形成抗蚀护膜，然后，将蚀刻气体作为CF4气体与O2气体的混合气体进行RIE，并进行蚀刻。然后，配合上部电极10的外周形状，通过使用CF4气体作为蚀刻气体的RIE法，对上部电极10进行蚀刻。然后，使用RIE法，形成从上部电极10的上表面一直到达牺牲层的贯穿孔30，然后，使用作为蚀刻液的氢氟酸，将牺牲层和绝缘层7的一部分蚀刻除去。由此，在被除去的牺牲层以及绝缘层7的部分上形成振动空间4。另外，通过使下部电极8比牺牲层大出规定形状，使上部电极10比牺牲层小出规定形状，从而，在空气隙4上形成缓冲区域46，并在基板6的绝缘层7上形成支撑区域48。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2330～2640Ω，Q值(Qp)为1400～1450，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。
(实施例17～19)
将划定了第一～第三振动区域41～43的结构层(振动区域划定层)设为Mo下部电极层8，将第一振动区域41中的下部电极层8所增加的厚度T设为120nm，将第二振动区域42中的剖面的斜坡角度θ设为45°、60°和70°，制造了图7A以及图7B所记载的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.04～0.12μm。使各结构层的厚度以及材料与实施例1相同。
通过以下的方式制造了实施例17～19的薄膜压电谐振器。在硅基板6上，利用热氧化法形成作为绝缘层的SiO2层7。然后，利用溅射法形成作为牺牲层的钛(Ti)层，利用RIE法进行构图。然后，使用溅射法将成为下部电极8的Mo层成膜，配合第二振动区域42的形状，利用RIE法对Mo层进行构图，以便第二振动区域42的内周部的端面形状成为斜坡状。具体而言，以抗蚀护膜的端部成为斜坡状的方式形成抗蚀护膜，然后，将蚀刻气体作为Cl2气体和O2气体的混合气体进行RIE，并进行蚀刻。然后，配合下部电极8的外周形状，通过使用Cl2气体作为蚀刻气体的RIE法，对下部电极进行蚀刻。然后，成膜作为压电层2的AlN层和作为上部电极10的Ru层，并利用RIE法进行构图。然后，使用RIE法，形成从上部电极10的上表面一直到达牺牲层的贯穿孔30，然后，使用作为蚀刻液的氢氟酸，将牺牲层和绝缘层7的一部分蚀刻除去。由此，在被除去的牺牲层以及绝缘层7的部分上形成振动空间4。另外，通过使下部电极8比牺牲层大出规定形状，使上部电极10比牺牲层小出规定形状，从而，在空气隙4上形成缓冲区域46，并在基板6的绝缘层7上形成支撑区域48。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率的阻抗(Rp)很大，为2330～2600Ω，Q值(Qp)为1400～1450，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。
(实施例16以及20)
将作为划定了第一～第三振动区域41～43的结构层(振动区域划定层)的上部电极10或下部电极8的厚度所增加的部分扩展到缓冲区域46以及支撑区域48中的上部电极或下部电极的外部连接导体14，除此之外，与实施例13或17相同，制造了薄膜压电谐振器。在此，作为振动区域划定层的上部电极10或下部电极8遍及第一振动区域41、缓冲区域46以及支撑区域48的厚度相同，也就是说为恒定。
如表2所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2620Ω和2630Ω，Q值(Qp)为1450和1420，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为“小”，可知能够抑制噪声的产生。另外，在与实施例13～15或实施例17～19相比的情况下，由表2所示可知，谐振频率中的阻抗(Rs)很小，为1.2Ω和1.1Ω，Q值(Qs)成为1530和1590这样很大的值。
(实施例21以及22)
将用于框架层16的材料设为铝(Al)，将框架层的厚度T设为200nm，除此之外与实施例3以及4相同，制造了薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.20μm和0.12μm。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)为2200Ω和2180Ω，Q值(Qp)为1330和1320。另外，与实施例3以及4相比可知，反谐振频率的谐振特性稍稍恶化。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。
(实施例23以及24)
制造了除了将金(Au)作为用于框架层16的材料之外，与实施例3以及4相同的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.10μm和0.06μm。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)为2220Ω和2190Ω，Q值(Qp)为1330和1320。与实施例3以及4相比可知，反谐振频率的谐振特性稍稍恶化。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。
(实施例25以及26)
制造了除了将钨(W)作为用于框架层16的材料之外，与实施例3以及4相同的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.10μm和0.06μm。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2680Ω和2620Ω，Q值(Qp)为1480和1450，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。另外，kt2为6.0％和6.1％，与实施例3以及4相比，稍微降低。
(实施例27以及28)
制造了除了将用于框架层16的材料设为铱(Ir)且将框架层的厚度T设为80nm之外，与实施例3以及4相同的薄膜压电谐振器。在该情况下，第二振动区域42的宽度(Ws)成为0.08μm和0.05μm。
表2表示所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率的阻抗(Rp)和Q值(Qp)以及噪声等级的大小。所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2420Ω和2400Ω，Q值(Qp)为1430和1400，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表2的噪声等级所示，为小或中，可知能够抑制噪声的产生。另外，kt2为5.8％，比实施例3以及4降低。
(比较例5)
制造了除了没有形成框架层16以外与实施例1相同的薄膜压电谐振器。
如上所述制造的谐振器的阻抗的频率特性以及史密斯圆图分别表示在图15A以及图15B中。表2表示所获得的薄膜压电谐振器的电特性。由此可知，低于谐振频率的频带中的噪声的产生虽然变得极小，但是反谐振频率中的Rp很小，为132，Q值(Qp)变成小到820。
(实施例29)
在图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器中，使用框架层16的条件与实施例12相同的薄膜压电谐振器，制造了图11所示的梯型薄膜压电滤波器。在本实施例中，在串联薄膜压电谐振器以及并联薄膜压电谐振器这两者中都使用了实施例12所示的薄膜压电谐振器的框架层16。
薄膜压电滤波器的通过特性如图16所示。与只用不具有框架层16的薄膜压电谐振器制造的后面要提到的比较例6的薄膜压电滤波器的通过特性相比可知，在通带(1920～1980MHz)的插入损耗变小。但是可知，在通带的低频带侧(1920～1940MHz)以及作为衰减频带的1800～1900MHz中产生了噪声。
(实施例30)
在图1A～图1C所记载的薄膜压电谐振器中，使用框架层16的条件与实施例12相同的薄膜压电谐振器，制造了图11所示的梯型薄膜压电滤波器。在本实施例中，只在并联薄膜压电谐振器中使用了实施例12所示的薄膜压电谐振器的框架层16，其他为没有框架层的薄膜压电谐振器。
薄膜压电滤波器的通过特性如图16所示。与只用不具有框架层16的薄膜压电谐振器制造的后面要提到的比较例6的薄膜压电滤波器的通过特性相比可知，在通带(1920～1980MHz)的插入损耗变小。另外，与实施例29相比可知，通带的低频带侧的噪声的产生得到抑制，具有极好的通过特性。
(比较例6)
以图17所示的形式，使用结构层的条件与比较例5相同的薄膜压电谐振器，制造了图11所示的梯型的薄膜压电滤波器。
薄膜压电滤波器的通过特性如图16所示。与用没有框架层16的薄膜压电谐振器制造的实施例29以及30的薄膜压电滤波器的通过特性相比可知，在通带(1920～1980MHz)的插入损耗变大。
【表1】
Figure BDA0000078922920000351
Figure BDA0000078922920000361
*1：扩展至缓冲区域及支撑区域
【表2】
  Rs〔Ω〕   Qs   Rp〔Ω〕   Qp  kt2〔％〕   噪声等级
  实施例1   1.4   1450   2600   1430  6.3   小
  实施例2   1.5   1420   2650   1480  6.3   小
  实施例3   1.5   1400   2740   1500  0.3   小
  实施例4   1.5   1410   2610   1450  6.2   中
  实施例5   1.5   1400   2380   1420  0.2   中
  比较例1   1.5   1410   2050   1260  6.3   大
  实施例6   1.6   1380   2470   1430  6.3   小
  实施例7   1.5   1390   2480   1430  6.3   小
  比较例2   1.5   1400   2080   1270  6.3   大
  实施例8   1.5   1390   2400   1400  6.2   中
  实施例9   1.5   1410   2290   1370  6.2   中
  比较例3   1.5   1420   2030   1260  6.2   大
  实施例10   1.5   1400   2300   1360  6.1   中
  实施例11   1.5   1390   2220   1330  6.1   中
  比较例4   1.5   1380   1860   1200  6.1   大
  实施例12   1.1   1580   2740   1500  6.3   小
  实施例13   1.4   1390   2640   1450  6.2   小
  实施例14   1.4   1370   2580   1430  6.2   中
  实施例15   1.4   1400   2330   1400  6.2   中
  实施例16   1.2   1530   2620   1450  6.2   小
  实施例17   1.4   1370   2600   1440  6.2   小
  实施例18   1.4   1400   2540   1450  6.2   中
  实施例19   1.5   1420   2330   1400  6.2   中
  实施例20   1.1   1590   2630   1420   6.2   小
  实施例21   1.5   1400   2200   1330   6.2   小
  实施例22   1.5   1420   2180   1320   6.2   中
  实施例23   1.4   1360   2220   1330   6.3   小
  实施例24   1.5   1410   2190   1320   6.3   中
  实施例25   1.6   1370   2680   1460   6.0   小
  实施例26   1.5   1410   2620   1450   6.1   中
  实施例27   1.6   1390   2420   1430   5.8   小
  实施例28   1.6   1390   2400   1400   5.8   中
  比较例5   1.6   1330   1320   820   6.4   小
(实施例31～33)
与实施例3相同，但是，调整牺牲层的大小，以便缓冲区域46的宽度(图20A所示的W2)成为2μm，并且，进行设定，以便下部电极8的长轴径a成为121～147μm，短轴径b成为86～112μm，即支撑部分18′的宽度(图20A所示的W1)成为5～18μm，由此，制造了薄膜压电谐振器。表3表示实施条件，表4表示所获得的薄膜压电谐振器的电特性。
如表4所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2480Ω～2740Ω，Q值(Qp)为1430～1500，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表4的噪声等级所示，为“小”，可知能够抑制噪声的产生。而且，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率非常优异，达到90％以上。
(比较例7～9)
将支撑部分18′的宽度(W1)设为-5μm、1μm和20μm，除此之外与实施例31相同，制造了薄膜压电谐振器。表3表示实施条件，表4表示所获得的薄膜压电谐振器的电特性。另外，在沿压电谐振器叠堆的厚度方向看时下部电极的外边缘存在于空隙部的内侧的情况下的W1，标注了负的符号。
由表4所示可知，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率的阻抗(Rp)为1540Ω～1760Ω，与实施例31～33相比，变得很小，Q值(Qp)为980～1100，与实施例31～33相比，变得很小。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小在比较例7中为“大”，在比较例8中成为“中”，可知与实施例31～33相比，噪声的产生变大。
(实施例34以及35)
将缓冲区域46的宽度(W2)设为1μm和3μm，除此之外与实施例31相同，制造了薄膜压电谐振器。表3表示实施条件，表4表示所获得的薄膜压电谐振器的电特性等。
如表4所示，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)很大，为2410Ω和2210Ω，Q值(Qp)为1400和1320，示出很高的值。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小如表4的噪声等级所示，为“小”，可知能够抑制噪声的产生。而且，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率非常优异，达到91％以上。
(比较例10以及11)
将缓冲区域46的宽度(W2)设为0μm和4μm，除此之外与实施例31相同，制造了薄膜压电谐振器。表3表示实施条件，表4表示所获得的薄膜压电谐振器的电特性等。
由表4所示可知，所获得的薄膜压电谐振器的反谐振频率中的阻抗(Rp)为1460Ω和1750Ω，与实施例34以及35相比，变得很小，Q值(Qp)为960和1090，与实施例34以及35相比，变得很小。kt2分别为5.9％和6.0％，与实施例34以及35相比，变得很小。另外，从谐振频率到反谐振频率之间的频带以及其周边的噪声的大小在比较例11中为“中”，可知与实施例34以及35相比，噪声的产生变大。而且，在比较例11中，在制造工艺中发生了谐振器破损的情况，制造成品率降低到80％，因此，很不理想。
【表3】
Figure BDA0000078922920000381
Figure BDA0000078922920000391
【表4】
(实施例36～39)
制造了图20A～图20C的形态的薄膜压电谐振器，其中，上部电极10的形状即振动区域16′的形状为椭圆形，设该椭圆的长轴径a＝180μm，短轴径b＝140μm。但是，没有形成框架层16，并且，在缓冲区域16′、缓冲区域20′以及支撑区域17中，下部电极8及其外部连接导体814、以及上部电极10及其外部连接导体1014分别具有相同的厚度。将本实施例的各结构层的材料以及厚度进行以下的设定。将Mo作为下部电极8以及外部连接导体814的材料，厚度设为300nm；将AlN作为压电层2的材料，厚度设为1700nm；将Mo作为上部电极10以及外部连接导体1014的材料，厚度设为200nm，即将振动区域16′的压电谐振器叠堆12的厚度t设为2.2μm。在将缓冲区域20′的宽度w2设为2μm(w2/t＝0.91)的情况下的下部电极支撑部分18′的宽度w1与薄膜压电谐振器的实效性kt2以及Q值的关系如图25以及表5所示。由图25以及表5可知，在2.17≤w1/t≤10的范围内，Q值成为很大的值，示出良好的谐振器特性，并且，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率非常优异，达到90％以上。
(比较例12～15)
制造了除了将下部电极支撑部分18的宽度w1的值设为表5所记载的值以外，与实施例36相同的压电薄膜谐振器。其结果如图25以及表5所示。另外，沿压电谐振器叠堆的厚度方向看时下部电极的外边缘存在于空隙部的内侧的情况下的w1，标注了负的符号。从图25以及表5可知，在w1/t＞10的条件下并且其他条件与实施例36相同时制造的薄膜压电谐振器中，Q值变小，并不理想。另外，在w1/t＜2.17的条件下并且其他条件与实施例36相同时制造的薄膜压电谐振器中，Q值变小，并且，在制造工艺中发生谐振器的破损，制造工艺的成品率下降，因此不理想。
(实施例40～42)
制造了图20A～图20C的形态的薄膜压电谐振器，其中，上部电极10的形状即振动区域16′的形状为椭圆形，设该椭圆的长轴径a＝180μm，短轴径b＝140μm。本实施例的各结构层的材料以及厚度与实施例36相同。在将下部电极支撑部分18′的宽度w1设为5μm(w1/t＝2.27)的情况下的缓冲区域20′的宽度w2与薄膜压电谐振器的实效性kt2以及Q值的关系如图26以及表5所示。由图26以及表5可知，在0.25≤w2/t≤2的范围内，实效性kt2和Q值成为很大的值，示出良好的谐振器特性，另外，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率非常优异，达到90％以上。
(比较例16～18)
制造了除了将缓冲区域的宽度w2的值设为表5所记载的值以外，与实施例40相同的压电薄膜谐振器。其结果如图26以及表5所示。另外，沿压电谐振器叠堆的厚度方向看时空隙部存在于上部电极的外边缘的内侧的情况下的w2，标注了负的符号。从图26以及表5可知，在w2/t＜0.25或w2/t＞2的条件下并且其他条件与实施例40相同时制造的薄膜压电谐振器中，实效性kt2或Q值变小，并不理想。
制造了图20A～图20C的形态的薄膜压电谐振器，其中，上部电极10的形状即振动区域16′的形状为椭圆形，设该椭圆的长轴径a以及短轴径b为：a＝195μm，b＝130μm(a/b＝1.50)；a＝210μm，b＝120μm(a/b＝1.75)；a＝220μm，b＝115μm(a/b＝1.91)；和a＝230μm，b＝110μm(a/b＝2.09)，设下部电极支撑部分18′的宽度w1为5μm，并且设缓冲区域20′的宽度w2为2μm。本实施例的各结构层的材料以及厚度与实施例36相同。其结果如表5所示。由表5可知，通过设置在1＜a/b≤1.9的范围内，能够获得具有更大的实效性kt2和更高的Q值的薄膜压电谐振器，因此很理想。而且，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率优异，达到80％以上。
(实施例47)
作为下部电介质层24以及上部电介质层26，分别使用材质为AlN，厚度为0.05μm的材料，制造了图24A以及图24B的形态的薄膜压电谐振器。在本实施例中，除了下部电介质层24以及上部电介质层26之外的压电谐振器叠堆12的各结构层与实施例36相同。其结果如表5所示。由表5可知，所获得的薄膜压电谐振器具有大的实效性kt2和高的Q值，即使在附加了下部电介质层24以及上部电介质层26的情况下，也能获得特性优异的薄膜压电谐振器。而且，制造工艺中的谐振器的破损得到抑制，制造成品率格外优异，达到97％以上。
【表5】
Figure BDA0000078922920000411
Figure BDA0000078922920000421
附图符号的说明：
2  压电层
4  空气隙(空隙、振动空间)
6  基板
7  绝缘层
8  下部电极
814  外部连接导体
10  上部电极
1014  外部连接导体
12  压电谐振器叠堆
14  连接导体
16  框架层
16′  振动区域
17  支撑区域
18  下部电介质层
18′  下部电极支撑部分
20  上部电介质层
20′  缓冲区域
22  声反射层
22′  空隙区域
24  下部电介质层
26  上部电介质层
30  牺牲层蚀刻用贯穿孔
40  振动区域
41  第一振动区域
42  第二振动区域
43  第三振动区域
46  缓冲区域
48  支撑区域
50  膜层
60  框架区域
70  抗蚀护膜
104、106  输入输出端口
131、133、135、137  梯型滤波器的串联谐振元件(串联薄膜压电谐振器)
132、134、136、138  梯型滤波器的并联谐振元件(并联薄膜压电谐振器)
141、143  格型滤波器的串联谐振元件(串联薄膜压电谐振器)
142、144  格型滤波器的并联谐振元件(并联薄膜压电谐振器)

Claims (22)

1.一种薄膜压电谐振器，包括：基板；位于该基板上，且具有压电层和以夹住该压电层并且彼此相对的方式形成的上部电极以及下部电极的压电谐振器叠堆；和在上述基板与上述压电谐振器叠堆之间形成的空隙或声反射层，
该薄膜压电谐振器的特征在于，
该压电谐振器叠堆具有沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时上述上部电极与上述下部电极相互重叠的振动区域，
该振动区域包括第一振动区域、第二振动区域以及第三振动区域，
沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向来看，上述第一振动区域存在于最外侧，上述第三振动区域存在于最内侧，并且与上述第一振动区域不相接触，上述第二振动区域介于上述第一振动区域与上述第三振动区域之间，
上述振动区域的一次厚度纵向振动的谐振频率在上述第一振动区域中为f1，在上述第三振动区域中为f2，其中，上述f1和上述f2满足f1＜f2的关系，在上述第二振动区域中，从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，一边取从f1到f2之间的值，一边增加。
2.根据权利要求1所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述压电谐振器叠堆在上述第一振动区域、上述第二振动区域以及上述第三振动区域中，厚度彼此不同。
3.根据权利要求2所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述压电谐振器叠堆在上述振动区域的外周部具有在上述上部电极上追加形成的框架层。
4.根据权利要求3所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
在上述第二振动区域中，上述框架层从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，厚度减少。
5.根据权利要求4所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
在上述第二振动区域中，上述框架层具有斜坡状的上表面，并且，上述斜坡状的上表面与上述基板的上表面的角度为60°以下。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述框架层由杨氏模量为1.0×1011N/m2以上的材质构成。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
在将上述框架层的材质的声阻抗设为Zf，将上述上部电极的材质的声阻抗设为Zu的情况下，上述Zf和上述Zu满足0.5Zu＜Zf＜2Zu的关系。
8.根据权利要求2所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
在上述第二振动区域中，上述上部电极或上述下部电极从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，厚度减少。
9.根据权利要求8所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
在上述第二振动区域中，上述上部电极或上述下部电极具有斜坡状的上表面，上述斜坡状的上表面与上述基板的上表面的角度为60°以下。
10.根据权利要求1、2、8以及9中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述上部电极或上述下部电极由杨氏模量为1.0×1011N/m2以上的材质构成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述第一振动区域的宽度为3μm以下。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述压电层由氮化铝构成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述振动区域存在于比上述空隙或上述声反射层的外边缘更靠内侧。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述压电谐振器叠堆还具有位于上述振动区域的外侧的支撑区域、和位于上述振动区域以及上述支撑区域之间的缓冲区域，并且在上述支撑区域中与上述基板相接触。
15.根据权利要求14所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述压电谐振器叠堆在上述振动区域的外周部，具有在上述上部电极上追加形成的框架层，
该框架层遍及上述第一振动区域、上述缓冲区域以及上述支撑区域，厚度相等。
16.根据权利要求14或15所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述下部电极在上述支撑区域内，具有沿着该支撑区域和上述缓冲区域的边界延伸的支撑部分，
上述支撑部分的宽度w1与上述振动区域的压电谐振器叠堆的厚度t满足2.17≤w1/t≤10的关系，上述缓冲区域的宽度w2与上述振动区域的压电谐振器叠堆的厚度t满足0.25≤w2/t≤2的关系。
17.根据权利要求16所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时，上述下部电极的支撑部分形成为不与上述上部电极以及连接于该上部电极的外部连接导体这两者重叠。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述振动区域的形状为椭圆形。
19.根据权利要求18所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述椭圆的长轴径a与短轴径b满足1＜a/b≤1.9的关系。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的薄膜压电谐振器，其特征在于，
上述压电谐振器叠堆在上述上部电极的上面以及/或者上述下部电极的下面，具有由从AlN、AlON、Si3N4以及SiAlON所组成的组中选择的至少一种材质构成的电介质层。
21.一种使用了权利要求1至20中任一项所述的薄膜压电谐振器的薄膜压电滤波器。
22.一种薄膜压电滤波器，是将串联薄膜压电谐振器和并联薄膜压电谐振器以梯型或格型连接的梯型滤波器或格型滤波器，并且只在上述并联薄膜压电谐振器中使用权利要求1至20中任一项所述的薄膜压电谐振器。
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