CN104716925A - 压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器 - Google Patents

压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器 Download PDF

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Abstract

压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器。一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，该压电膜具有设置在基板上的下压电膜和设置在下压电膜上的上压电膜；下电极和上电极，该下电极和上电极隔着压电膜的至少一部分彼此面对；插入膜，该插入膜插入在下压电膜与上压电膜之间，并且位于其中下电极和上电极隔着压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，插入膜不设置在谐振区的中央部分中；下压电膜的上表面在其中不设置插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在其中设置了插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，第一粗糙度小于第二粗糙度。

Description

压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器
技术领域
本发明的特定方面涉及压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器。本发明的另一方面涉及被设置成具有插入压电膜的膜的压电薄膜谐振器、用于制造这种谐振器的方法，以及具有这种谐振器的滤波器和双工器。
背景技术
利用压电薄膜谐振器的声波装置例如被用作诸如蜂窝电话的无线装置中的滤波器或双工器。压电薄膜谐振器具有其中下电极和上电极隔着压电膜彼此面对的结构。
由于无线系统的快速普及，已经使用了许多频带。由此，对于滤波器和双工器的裙边特性(スカート特性)的陡度方面的改进存在增长需求。用于改进该裙边特性的陡度的措施是增大压电薄膜谐振器的Q值。使压电薄膜谐振器的Q值劣化的因素是从谐振器向外侧泄漏声波能量。为提高Q值，提出了在下电极或上电极的表面上设置凸起环(例如，参见日本特开专利申请No.2006-109472)。
然而，上述申请中提出的结构在有效抑制声波能量从谐振区泄漏至外侧方面有难度，并且在Q值提高方面无效。而且，压电薄膜的取向影响了谐振特性，诸如有效机电耦合系数k2eff。
发明内容
根据本发明一个方面，提高Q值并且增强压电薄膜的取向。
根据本发明另一个方面，提供了一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，该压电膜具有设置在所述基板上的下压电膜和设置在所述下压电膜上的上压电膜；下电极和上电极，该下电极和上电极透过隔着所述压电膜的至少一部分彼此面对；插入膜，该插入膜插入在所述下压电膜与所述上压电膜之间并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，在所述谐振区的中央部分中没有设置所述插入膜；所述下压电膜的上表面在未设置所述插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在设置了所述插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
根据本发明又一方面，提供了一种滤波器，该滤波器包括：输入端子；输出端子；以及压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器设置在所述输入端子与所述输出端子之间，所述压电薄膜谐振器如上所述设置。
根据本发明另一方面，提供了一种双工器，该双工器包括：发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一方如上所述设置。
根据本发明又一方面，提供了一种制造压电薄膜谐振器的方法，该方法包括以下步骤：在基板上形成下电极；在所述下电极上形成下压电膜；在所述下压电膜上形成插入膜，所述插入膜设置在谐振区的外周部分中，而不设置在所述谐振区的中央部分中；处理所述下压电膜的上表面和插入膜的上表面以具有减小的粗糙度；在所述下压电膜和所述插入膜上形成上压电膜，所述下压电膜和所述上压电膜形成压电膜；以及在所述压电膜上形成上电极，以形成所述上电极和所述下电极隔着所述压电膜的一部分彼此面对的所述谐振区。
附图说明
图1是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(c)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一个截面图；
图2A到图2E是例示用于根据第一实施方式制造串联谐振器的方法的截面图；
图3A到图3D是例示步骤2A到2E图的步骤随后的步骤的截面图；
图4是与针对采样的2θ相关联的X射线强度的曲线图；
图5A和图5B是与第一实施方式关联的TEM图像的图；
图6是根据第一实施方式的另一TEM图像的图；
图7是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的示意性截面图；
图8是用于模拟的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(c)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图；
图9A是与杨氏模量相关联的反谐振点的Q值的曲线图，而图9B是与杨氏模量相关联的有效机电耦合系数k2eff的曲线图；
图10是根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(c)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图；
图11A是根据第三实施方式的压电薄膜谐振器的截面图，而图11B是根据第三实施方式的变型例的压电薄膜谐振器的截面图；
图12是根据第四实施方式的双工器的电路图；以及
图13是发送滤波器的图，其中，部分(a)是发送滤波器的俯视图，而部分(b)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的实施方式进行描述。
第一实施方式
图1是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(c)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而图部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图。图1的部分(c)例示了梯式滤波器的示例性串联谐振器，而部分(d)例示了其示例性并联谐振器。
现在参照图1的部分(a)和(c)说明串联谐振器S的结构进行。下电极12设置在基板10上，该基板可以是硅(Si)基板。具有圆顶形隆起的气隙30在主基板10的平坦主表面与下电极12之间限定。该圆顶形隆起在周边具有相对小的高度，而从周边起更内侧的位置具有较大高度。下电极12包括下层12a和上层12b。例如，下层12a是铬(Cr)膜，而上层12b是钌(Ru)膜。
在下电极12上，设置了压电膜14，其包括具有沿(002方向的主轴的氮化铝(AIN)作为主要成分。压电膜14具有设置在下电极12上的下压电膜14a，和设置在下压电膜14a上的上压电膜14b。在下压电膜14a与上压电膜14b之间插入了膜28。插入膜28沿压电膜14的厚度中间设置。插入膜28可以位于压电膜14厚度的中间之外。然而，位于压电膜14厚度中间的插入膜更可能展示插入膜28的原始功能。上电极16设置在压电膜14上，以具有其中上电极16隔着压电膜14面对下电极12的区域(谐振区50)。该谐振区50具有椭圆形状，具有厚度纵向振动模式的声波在其中谐振。上电极16包括下层16a和上层16b。例如，下层16a是Ru膜，而上层16b是Cr膜。
在上电极16上设置了氧化硅膜作为频率调节膜24。谐振区50内的多层膜18包括：下电极12、压电膜14、插入膜28、上电极16以及频率调节膜24。该频率调节膜24可以充任钝化膜。
如图1的部分(a)中所例示，用于蚀刻牺牲层的引入路径33形成在下电极12上。该牺牲层是用于形成气隙30的层。该引入路径33的端部和环绕该端部的部分未覆盖压电膜14，并且孔35在下电极12中形成并且位于引入路径33的端部。
参照图1的部分(a)和部分(d)描绘并联谐振器P的结构。与串联谐振器S相比，并联谐振器P另外具有质量负荷膜20，其设置在上电极16的下层16a与上层16b之间。该质量负荷膜20例如是Ti(钛)膜。由此，除了串联谐振器S的多层膜以外，并联谐振器P的多层膜18还包括形成在谐振区50中的整个表面上的质量负荷膜20。并联谐振器P的其它结构和图1的部分(c)中所示的串联谐振器S的结构相同，从而在此省略了其描述。
串联谐振器S与并联谐振器P之间的谐振频率的差异利用质量负荷膜20来调节。串联谐振器S和并联谐振器P这两者的谐振频率通过调节频率调节膜膜24的厚度来调节。
例如，具有谐振频率2GHz的压电薄膜谐振器具有下列示例性尺寸。下电极12的下层12a是Cr膜，并且厚度100nm，而上层12b是Ru膜，并且厚度250nm。压电膜14是AlN膜并且具有1100nm的厚度。下压电膜14a和上压电膜14b分别为550nm厚。插入膜28是氧化硅(SiO2)膜并且具有150nm的厚度。上电极16的下层16a是Ru膜，并且厚度250nm，而上层16b是Cr膜，并且厚度50nm。频率调节膜24是氧化硅膜并且具有厚度50nm。质量负荷膜26是Ti膜并且120nm厚。每个层的厚度都可以针对希望谐振特性来恰当设计。
如图1的部分(b)中所例示，插入膜28设置在谐振区50中的外周部分52中，而不设置在中央部分54中。外周部分52是位于谐振区50内的一部分，包括谐振区50的外周并且沿着外周延伸。外周部分52例如具有带状或环状。中央部分54是谐振区50内的一部分并且包括谐振区50的中心。该中心可以是几何中心或靠近其的位置。除了外周部分52以外，插入膜28环设置在环绕谐振区50的部分56中。插入膜28从外周部分52起连续设置至谐振区50的外侧。
基板10不限于Si基板而可以是石英基板、玻璃基板、陶瓷基板、GaAs基板等。下电极12和上电极16中的每个都可以是由钛(Ti)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铑(Rh)或铱(Ir)制成的单一金属层，或其多层膜。例如，上电极16的下层16a是Ru膜，而上层16b是Mo膜。压电膜14可以由氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)，或钽算铅(PbTiO3)而不是由氮化铝制成。压电膜14可以包括作为主要成分的氮化铝和其它元素，以改进谐振特性和压电性。例如，将钪(SC)用作添加元素，使得可以改进压电膜14的压电效应，并因此改进压电薄膜谐振器的有效机电耦合系数。
插入膜28可以优选地由具有小于压电膜14的杨氏模量的杨氏模量的物质制成，并且可以是Al、Au、Cu、Ti、Pt、Ta、Cr或SiO2。使用插入膜28提高Q值。当插入膜28是金属膜时，改进了机电耦合系数，如稍后详细描述的。
频率调节膜24不限于氧化硅膜，而可以是氮化硅膜或氮化铝膜。质量负荷膜20不限于Ti，而可以是由Ru、Cr、Al、Cu、Mo、W、Ta、Pt、Rh或Ir制成的单一金属层或其多层膜。质量负荷膜20可以是诸如金属氮化物(如氮化硅)或氧化硅或金属氧化物的绝缘膜。质量负荷膜20可以形成在下电极12之下、下电极12的层之间、上电极16上、下电极12与压电膜14之间，或者压电膜14与上电极16之间。质量负荷膜20需要包括谐振区50并且可以大于谐振区50。
图2A到图2E和图3A到图3D是例示用于根据第一实施方式制造串联谐振器的方法的截面图。如图2A所描绘的，在基板10的平坦主表面上形成用于形成气隙的牺牲层38。例如，该牺牲层38厚度为10nm至100nm，并且由容易在蚀刻液体或蚀刻气体中溶解的物质制成，如氧化镁(MgO)、ZnO、Ge或SiO2。接下来，通过光刻技术和蚀刻技术将牺牲层38构图成希望形状。牺牲层38的形状对应于气隙30的平面形状，并且例如包括要最终成为谐振区50的区域。接着，在牺牲层38和基板10上形成下电极12的下层a和上层12b。牺牲层38和下电极12例如可以通过溅射、气相淀积或CVD(化学气相淀积)来形成。接着，通过光刻技术和蚀刻技术将下电极12构图成希望形状。下电极12可以通过剥离(liftoff)来形成。
如图2B所例示，在下电极12和基板10上形成压电膜14a。压电膜14a例如可以通过溅射、气相淀积或CVD来形成。如图2C所例示，执行表面处理70，以在下压电膜14a的上表面上形成指定的较大粗糙度。表面处理70例如通过将Ar(氩)等离子体投射到下压电膜14a的上表面上来执行。除了Ar以外，还可以使用惰性气体He(氦)或Xe(氙)。当通过溅射形成时插入膜28，Ar等离子体投射处理可以在溅射装置中执行。下压电膜14a的表面处理70可以通过利用诸如化学蚀刻的化学反应来执行。上述处理增大下压电膜14a的上表面60上的粗糙度。
如图2D所例示，例如通过溅射、气相淀积或CVD等在下压电膜14a上生长插入膜28。通过光刻技术和蚀刻技术将插入膜28构图成希望形状。插入膜28可以通过剥离来形成。因为下压电膜14a的上表面60具有较大粗糙度，所以改进了插入膜28与下压电膜14a之间的附着。由此可以抑制插入膜28的分离。下压电膜14a的上表面62具有反映上表面60上的粗糙度的较大粗糙度。
如图2E所例示，执行表面处理72，以减小下压电膜14a的上表面上的粗糙度和插入膜28的上表面上的粗糙度。表面处理72按和图2C所例示的相同的方式来执行。例如，将Ar等离子体投射到下压电膜14a的上表面60和插入膜28的上表面62上。在该等离子体投射处理中，通过增加用于生成等离子体投射的功率并且减少处理时间来增加粗糙度，并且通过降低功率并且增加处理时间来降低粗糙度。下压电膜14a的、其中形成了插入膜28的区域中的上表面60上的粗糙度小于下压电膜14a的、其中不形成插入膜28的另一区域中的另一上表面的粗糙度。而且，下压电膜14a的、其中形成了插入膜28的区域中的上表面60上的粗糙度小于插入膜28的上表面63的粗糙度。
如图3A所例示，例如通过溅射、气相淀积或CVD等在下压电膜14a和插入膜28上生长上压电膜14b。例如。上压电膜14b的上表面64具有较小粗糙度，其反映下压电膜14a的上表面61上的粗糙度和插入膜28的上表面63上的粗糙度。下压电膜14a和上压电膜14b形成压电膜14。
如图3B所例示，执行表面处理74，以便增加上压电膜14b的上表面上的粗糙度。表面处理74按和图2C所例示相同的方式来执行。例如，将等离子体投射到上压电膜14b的上表面上。该处理使上压电膜14b的上表面65上的粗糙度大于下压电膜14a的、其中形成插入膜28的区域中的上表面61上的粗糙度和插入膜28的上表面上的粗糙度。
如图3C所例示，通过光刻技术和蚀刻技术将上电极16在压电膜14上构图成希望形状。上电极16可以通过剥离(liftoff)来形成。
在图1的部分(d)中描绘的并联谐振器中，在形成下层16a之后，例如可以通过溅射、气相淀积或CVD来生长质量负荷膜20。接着，通过光刻技术和蚀刻技术将质量负荷膜20构图成希望形状。接着，形成上电极16b。
例如可以通过溅射或CVD来形成频率调节膜24。接着，通过光刻技术和蚀刻技术将频率调节膜24构图成希望形状。
如图3D所例示，经由孔35和引入路径33将蚀刻液体引入至下电极12下面的牺牲层38(参见图1的部分(a))。由此，去除牺牲层38。用于牺牲层38的蚀刻液体优选为不蚀刻谐振器的除了牺牲层38以外的任何其结构性部件的介质。特别地讲，优选的是，该蚀刻介质不蚀刻露出至蚀刻介质的下电极12。用于形成多层膜的处理条件被恰当地选择，以使压缩应力被施加在包括下电极12、压电膜14以及上电极16的多层膜上。例如，在溅射中，恰当地选择偏置或排气压力。在去除牺牲层38之后，多层膜隆起以离开基板10。通过上述处理，在基板10与下电极12之间形成具有圆顶形隆起的气隙30。通过上述处理，制造了图1的部分(a)和(c)中所示串联谐振器S和图1的部分(a)和部分(d)中所示并联谐振器P。
为了确认第一实施方式的效果，本发明人解释了下压电膜14a的上表面的粗糙度与上压电膜14b的结晶性之间的关系。
样本A和B生成如下。
(1)通过溅射形成具有厚度550nm的AlM膜作为下压电膜14a。
(2)通过Ar等离子体投射执行用于增大下压电膜14a的上表面上的粗糙度的表面处理70。
(3)通过溅射Ar形成具有厚度150nm的氧化硅作为插入膜28。
(4)通过Ar等离子体投射执行用于降低下压电膜14a的上表面上的粗糙度的表面处理72。
(5)通过溅射Ar形成具有厚度550nm的AlM膜作为下压电膜14a上的上压电膜14b。
用于表面处理70和72的条件如下。
表面处理70
气体：Ar
RF功率：500W
Ar等离子体投射时间：1分钟
表面处理72
气体：Ar
RF功率：150W
Ar等离子体投射时间：10分钟
样本A不经受表面处理72，而样本B经受表面处理72。由此，样本B的下压电膜14a的上表面上的粗糙度小于样本A的上表面上的粗糙度。
对样本A和B的上压电膜14b执行X射线衍射估计。图4A是与2θ相关联的X射线强度。虚线和实线分别是样本A和B的摇摆曲线，而峰值是(002)平面的信号。如图4中描绘，样本B具有比样本A更大的信号强度，并且在最大值一半处具有比样本A小的半宽度。样本A和B的摇摆曲线的最大值一半处的半宽度分别为1.22°和0.99°。这示出了样本B的上压电膜14b具有比样本A更高的结晶性。
图5A、图5B以及图6是与第一实施方式关联的TEM(透射式电子显微镜)图像的图。该条件和用于样本B的条件相同。在和用于表面处理70的条件相同的条件下，针对上压电膜14b的上表面执行表面处理74，并接着形成上电极16。
图5A是上压电膜14b与上电极16之间的界面85的TEM图像。图5B是下压电膜14a与插入膜28之间的接口8以及插入膜28与上压电膜14b之间的界面83的TEM图像。图6是下压电膜14a与上压电膜14b之间的界面81的TEM图像。
如图5A到图6所例示，下压电膜14a和上压电膜14b具有沿c轴(002)方向的取向。如图5B所示，界面83具有比界面80小的粗糙度。如图5B到6所示，界面81具有比界面80小的粗糙度。界面81和界面83具有几乎相同的粗糙度。如图5A到图6所例示，界面85具有比界面81和界面83大的粗糙度。界面85和界面80具有几乎相同的粗糙度。
图7是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的示意性截面图，并且是通过将图5A到图6组合在一起而获取的图。如图7所示，下压电膜14a的其中不形成插入膜28的区域78中的上表面61的粗糙度R1小于下压电膜14a的其中形成插入膜28的区域76中的上表面60的粗糙度R0。插入膜28的上表面63的粗糙度R3小于粗糙度R0。上压电膜14b的上表面65的粗糙度R5大于粗糙度R1和粗糙度R3。
在不考虑上表面60、61、63以及65中的每个的粗糙度的情况下(即，假定每个上表面是平坦的)，模拟插入膜28的效果。图8在部分(a)中例示了用于模拟的压电薄膜谐振器的俯视图，在部分(b)中例示了其插入膜的平面图，而部分(c)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图。图8的部分(d)是沿图8的部分(a)中的线A-A截取的另一截面图。
如图8的部分(a)到部分(c)和部分(d)中所例示，该插入膜28连续形成在谐振区50外侧。与孔35连通的孔34形成在插入膜28中。其它结构与图1的部分(a)到(c)以及部分(d)中所示结构相同，从而在此省略了其描述。
通过有限元法执行模拟，其中，针对插入膜28的不同物质来获取反谐振点的Q值。通过对如图8的部分(c)的截面图进行二维分析来执行该有限元法。形成多层膜18的每个膜的厚度和物质与前述形成图1的部分(a)到(c)以及(d)所例示的压电薄膜谐振器(具有谐振频率2GHz)的每个膜的示例性厚度和物质相同。即，压电膜14由AlN制成。插入膜28是氧化硅膜并且厚150nm。谐振区50和插入膜28的的交叠宽度W为2μm。插入膜28位于压电膜14的厚度中间。
图9A是与杨氏模量相关联的反谐振点的Q值的图，而图9B是与杨氏模量相关联的有效机电耦合系数k2eff的图。第一比较例对应于没有插入膜28的谐振器。在选择插入膜28的物质的同时，针对Al、SiO2、Ti、Cr、AlN、Ru以及W执行计算。
参照图9A，反谐振点增加随着杨氏模量变小而增大以具有更大的Q值。当该杨氏模量小于AlN的杨氏模量时，Q值比第一比较例的Q值高。这是因为以下原因。具有小的杨氏模量并且设置在外周部分52中的插入膜28降低了声波在谐振区50的外周部分中的振动。由此，该声波通过谐振区50的、充当固定端的外周来反射(固定端反射)。由此，可以抑制声波能量至谐振区50外侧的泄露。这增大了Q值。插入膜28的杨氏模量优选地小于压电膜14的杨氏模量，并且更优选地不大于压电膜14的90％。更加优选的是，插入膜28的杨氏模量等于或小于压电膜14的80％。
参照图9B，有效机电耦合系数k2eff在插入膜28由金属制成时相对较高。所设想的是，金属插入膜28对准在谐振区50中的声波的电场。
然而，实际上利用插入膜28生成的压电薄膜谐振器具有上压电膜14b的劣化取向，如同在样本B的情况中。上压电膜14b的劣化取向例如劣化了有效机电耦合系数方面的性能。
所设想的是，下压电膜14a的上表面60在形成插入膜28之前具有减小的粗糙度。然而，下压电膜14a的上表面60的减小的粗糙度劣化了插入膜28与下压电膜14a之间的附着。由此，插入膜28会分离。
根据第一实施方式，如图2D所例示，在具有大的粗糙度的下压电膜14a的上表面60上形成插入膜28。由此可以改进插入膜28与下压电膜14a之间的附着。如图2E所例示，处理下压电膜14a的上表面61和插入膜28的上表面63以减小的粗糙度。如图3A所例示，在下压电膜14a和插入膜28上形成上压电膜14b。由此可以如同图4中的样本A的情况中改进上压电膜14b的取向。由此可以改进有效机电耦合系数。如上所述，插入膜28提高压电薄膜谐振器的Q值并且改进压电膜14的取向。
如图2B所例示，在形成下压电膜14a时，如果其上表面具有小的粗糙度，则该处理旨在形成插入膜28之前增加下压电膜14a的上表面的粗糙度，如图2C所例示。由此可以改进插入膜28的附着。在形成下压电膜14a时，如果下压电膜14a的上表面的粗糙度足够达到防止插入膜28与其分离，则不需要执行用于增加下压电膜14a的上表面的粗糙度的处理。
在这样制造的压电薄膜谐振器中，如图7所例示，下压电膜14a的其中不形成插入膜28的区域78中的上表面61的粗糙度R1小于下压电膜14a的其中形成插入膜28的区域76中的上表面60的粗糙度R0。由此可以改进插入膜28与下压电膜14a之间的附着，并且改进上压电膜14b在区域76中的取向。
此外，插入膜28的上表面63的粗糙度R3小于下压电膜14a的其中形成插入膜28的区域76中的上表面60的粗糙度R0。由此可以改进上压电膜14b在区域76中的取向。
此外，如图3B所例示，处理上压电膜14b的上表面65以具有较大粗糙度。如图7所示，上压电膜14b的上表面65的粗糙度R5大于区域78中的下压电膜14a的上表面61的粗糙度R1。上压电膜14b的上表面65的粗糙度R5大于插入膜28的上表面63的粗糙度R3。由此可以改进上电极16与上压电膜14b之间的附着。
例如，可以将RMS(均方根)用作上表面60、61、63以及65的粗糙度的指标。为了改进上压电膜14b的取向，上表面61和63优选地具有2nm以下的RMS，并且优选地具有1nm以下的RMS。为了改进插入膜28的附着力，上表面60和65具有3nm以上的RMS，并且优选地具有至少4nm的RMS。粗糙度的另一指标可以是计算平出的均粗糙度或最大高度(Ry)。
第二实施方式
图10在部分(a)中例示了根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的俯视图，在部分(b)中例示了插入膜的平面图，而在部分(c)中是沿部分(a)中的线A-A截取的截面。图10的部分(d)例示了沿线A-A截取的另一截面图。图10的部分(c)例示了梯式滤波器的串联谐振器，而图11A例如例示了梯式滤波器中的并联谐振器。如图10的部分(a)到部分(d)所示，该插入膜28不设置在谐振区50外侧。其它结构与图1的部分(a)到(d)所示的结构相同，从而在此省略了其描述。
如在第一实施方式的情况中，插入膜28可以与谐振区50交叠，并且可以形成在位于谐振区50外侧的部分56中，而该插入膜28不形成在谐振区56外侧。如在第二实施方式的情况中，该插入膜28可以仅形成在谐振区50中。如在图8的部分(a)到(d)所例示的情况中，插入膜28可以形成在除中央部分54以外的几乎整个谐振区50中。
第三实施方式
第三实施方式具有不同结构的气隙。图11A是根据第三实施方式的压电薄膜谐振器的截面图，而图11B是根据第三实施方式的变型例的压电薄膜谐振器的截面图。如图11A所例示，谐振区50中的多层膜不被成形成圆顶而是平坦的。在基板10的上表面上形成凹部。下电极12形成的基板10上并且在其中平坦。利用该结构，在基板10中的凹部中形成气隙30。该气隙被形成得包括谐振区50。其它结构和第一实施方式相同，从而在此省略了描述。气隙30可以被形成以穿透基板10。绝缘膜可以与下电极12的下表面相接触地形成。气隙30可以形成在基板10与接触下电极12的绝缘膜之间。绝缘膜例如可以是氮化铝膜。
如图11B所例示，谐振区50中的多层膜不被成形成圆顶而是平坦的。在谐振区50中，在下电极12的与形成压电膜14的一侧的相对侧形成有声反射膜31。声反射膜31具有声阻抗相对低的膜30a和声阻抗相对高的膜30b，它们一个接一个交替叠置。膜30a和30b的厚度可以为λ/4，其中，λ是该声波的波长。可以使用任意数量的膜30a和任意数量的膜30b。其它结构和第一实施方式相同，从而在此省略了其描述。
在第三实施方式及其变型例中，插入膜28可以设置在谐振区50外侧，如在第二实施方式中的情况。该插入膜28可以仅设置在谐振区50中。
如在第一实施方式到第三实施方式的情况中，压电薄膜谐振器可以是FBAR(薄膜体声谐振器)，其中，气隙30形成在基板10与谐振器50中的下电极12之间。而且，如在第三实施方式的变型例中，压电薄膜谐振器可以是SMR(固体安装谐振器)，其中，反射经由压电膜14传播的声波的声反射膜31在谐振区50中设置在谐振区50中的下电极12之下。
第一实施方式到第三实施方式的谐振区50不限于椭圆形状，而可以具有诸如多边形状的另一形状，其可以是矩形形状或五边形状。
第四实施方式
第四实施方式是一示例性双工器。图12是根据第四实施方式的双工器的电路图。参照图12，双工器设置有发送滤波器40和接收滤波器42。该发送滤波器40连接在公共端子Ant与发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在与发送滤波器40共享的公共端子Ant和接收端子Rx之间。电感器L1连接至公共端子Ant和地。发送滤波器40允许包括在应用至发送端子Tx的信号中并且位于发送频带中的发送信号通过，并抑制其它频率的信号。接收滤波器42允许包括在通过公共端子Ant输入的信号中并且位于接收频带中的接收信号通过，并抑制其它频率的信号。电感器L1被用于直接阻抗匹配，以使通过发送滤波器40传递的发送信号通过公共端子Ant输出，而没有任何泄漏到接收滤波器42。
发送滤波器40是梯式滤波器，其中，多个压电薄膜谐振器按具有串联谐振器和并联谐振器的阶梯形连接。更具体地说，多个串联谐振器S1～S4在发送端子Tx(输入端子)与公共电压Ant之间串联连接，而多个并联谐振器P1～P3并联连接。并联谐振器P1～P3的地统一，并且电感器L2连接在并联谐振器P1～P3与公共地之间。可以通过恰当地选择串联谐振器的数量、并联谐振器的数量，电感器的数量并且在其间进行合适连接来获取希望发送特性。串联谐振器S1～S4和并联谐振器P1～P3中的至少一个可以是第一实施方式到第三实施方式及其变型例中的任一个的压电薄膜谐振器。
图13是上述梯式滤波器的发送滤波器的俯视图。图13的部分(a)是发送滤波器的俯视图，而图13的部分(b)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图。参照图14，压电薄膜谐振器形成在同一基板10中，以形成梯式滤波器。在压电膜14中形成开孔36。与下电极12的电气连接可以经由开孔36进行。其它结构和第一实施方式相同。谐振区S1到S4和P1到P3的尺寸和形状可以适当改变。
接收滤波器42不限于梯型而可以是多模滤波器。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一个可以是梯式滤波器或格型滤波器。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一个中的谐振器中的至少一个可以是根据第一到第三实施方式及其变型例中的任一个的压电薄膜谐振器。
因为该滤波器包括至少一个压电薄膜谐振器，所以裙边特性随着谐振器的Q值改进而改进。而且，改进了压电膜14的取向。
发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一个可以包括根据第一实施方式到第三实施方式及其变型例中的任一个构造的至少一个压电薄膜谐振器。
本发明不限于具体描述的实施方式，但可以在不脱离所要求保护发明的范围的情况下包括其它实施方式和变型例。

Claims (12)

1.一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括：
基板；
压电膜，该压电膜具有设置在所述基板上的下压电膜和设置在所述下压电膜上的上压电膜；
下电极和上电极，该下电极和上电极隔着所述压电膜的至少一部分彼此面对；
插入膜，该插入膜插入在所述下压电膜与所述上压电膜之间并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，在所述谐振区的中央部分中没有设置所述插入膜；
所述下压电膜的上表面在未设置所述插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在设置了所述插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
2.根据权利要求1所述的压电薄膜谐振器，其中，所述插入膜的上表面的粗糙度小于所述下压电膜的形成了所述插入膜的所述另一区域中的所述第二粗糙度。
3.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，所述上压电膜的上表面的粗糙度大于所述下压电膜的未形成所述插入膜的所述区域中的所述第一粗糙度。
4.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，所述上压电膜的上表面的粗糙度大于所述插入膜的上表面的粗糙度。
5.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，所述插入膜的杨氏模量小于所述压电膜的杨氏模量。
6.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，所述压电膜含有氮化铝作为主要成分。
7.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，在所述谐振区中，在所述基板与所述下电极或者接触所述下电极的绝缘膜之间形成有气隙。
8.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器还包括：声反射膜，该声反射膜设置在所述谐振区中并且在所述下电极的与设置了所述压电膜的一侧相反的另一侧，所述声反射膜反射在所述压电膜中传播的声波。
9.一种滤波器，该滤波器包括：
输入端子；
输出端子；以及
压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器设置在所述输入端子与所述输出端子之间，
所述压电薄膜谐振器包括：
基板；
压电膜，该压电膜具有设置在所述基板上的下压电膜和设置在所述下压电膜上的上压电膜；
下电极和上电极，该下电极和上电极隔着所述压电膜的至少一部分彼此面对；
插入膜，该插入膜插入在所述下压电膜与所述上压电膜之间并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，在所述谐振区的中央部分中没有设置所述插入膜；
所述下压电膜的上表面在未设置所述插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在设置了所述插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
10.一种双工器，该双工器包括：
发送滤波器和接收滤波器，
所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一方包括：
基板；
压电膜，该压电膜具有设置在所述基板上的下压电膜和设置在所述下压电膜上的上压电膜；
下电极和上电极，该下电极和上电极隔着所述压电膜的至少一部分彼此面对；
插入膜，该插入膜插入在所述下压电膜与所述上压电膜之间，并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，在所述谐振区的中央部分中没有设置所述插入膜；
所述下压电膜的上表面在未设置所述插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在设置了所述插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
11.一种制造压电薄膜谐振器的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上形成下电极；
在所述下电极上形成下压电膜；
在所述下压电膜上形成插入膜，所述插入膜设置在谐振区的外周部分中，而不设置在所述谐振区的中央部分中；
处理所述下压电膜的上表面和插入膜的上表面以具有减小的粗糙度；
在所述下压电膜和所述插入膜上形成上压电膜，所述下压电膜和所述上压电膜形成压电膜；以及
在所述压电膜上形成上电极，以形成所述上电极和所述下电极隔着所述压电膜的一部分彼此面对的所述谐振区。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在形成所述插入膜之前处理所述下压电膜的上表面，以具有增大的粗糙度。
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