JP2005110230A - 薄膜バルク音響共振器、その製造方法、フィルタ、複合電子部品および通信機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、薄膜バルク音響共振器100であって、圧電膜103と、圧電膜103を挟むように配置された一対の電極101,102とを備える。圧電膜103は、一対の電極101,102および圧電膜103から構成される共振器の周囲の少なくとも一部から外方向に延びて形成されている外領域104を含む。外領域104は、少なくとも一部に、音波を減衰させるための音響減衰領域105を有する。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器100の断面図である。図1において、薄膜バルク音響共振器100は、上部電極101と、下部電極102と、圧電膜103とを備える。圧電膜103は、一対の電極である上部電極101と下部電極102とに挟まれて構成される共振器部分の周囲から外方向に延びて形成されている外領域104を含む。外領域104は、当該共振器部分からの音波を減衰させるための音響減衰領域105を一部に有する。
図3Aは、本発明の第2の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図3Bは、本発明の第2の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の上面図である。図3Aは、図3BにおけるAA線に沿う断面図である。
図4A〜図4Gは、第2の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の製造方法を説明するための図である。以下、図4A〜図4Gを参照しながら、第2の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の製造方法について説明する。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図5において、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同様の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図6は、本発明の第4の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図6において、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同様の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図7Aは、本発明の第5の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図7Aにおいて、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同様の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図7Bは、第5の実施形態の変形例1に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図7Bに示すように、二つの下部電極23間に設けられた下地電極23cの両端部は、下部電極23の端部に乗り上がっている。また、下部電極23の格子定数と下地電極23cの格子定数とは、大きく異ならせている。このような構成にすることによっても、圧電膜16の堆積時に、圧電膜部分16aにおいて、音響減衰領域が形成される。
図7Cは、第5の実施形態の変形例2に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図7Cに示すように、下部電極23は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31間において分断されることなく、一続きの電極層として形成されている。下地電極23dは、下部電極23の上であって、かつ第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31の周囲の少なくとも一部で、外方向に延びて形成された圧電膜部分16aの、下方に位置する部分に、設けられている。下部電極23の格子定数と下地電極23dの格子定数とは、大きく異ならせている。このような構成にすることによっても、圧電膜16の堆積時に、圧電膜部分16aにおいて、音響減衰領域が形成される。
図7Dは、第5の実施形態の変形例3に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図7Dに示すように、下地電極23eは、基板15の上に設けられている。第1の薄膜バルク音響共振器21の下部電極23と、第2の薄膜バルク音響共振器31の下部電極23とは、下地電極23eの上に、互いに離されて設けられている。下部電極23の格子定数と下地電極23eの格子定数とは、大きく異ならせている。このような構成にすることによっても、圧電膜16の堆積時に、圧電膜部分16aにおいて、音響減衰領域が形成される。
図8Aは、本発明の第6の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図8Aにおいて、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同様の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図8Bは、第6の実施形態の変形例に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図8Bに示すように、低音響インピーダンス層27aと高音響インピーダンス層27bとが交互に積層されてなる音響ミラー27が、基板15の上に設けられている。音響ミラー27は、第2〜第5の実施形態で説明したキャビティと同じ役割を果たし、共振器の共振振動を共振器内に閉じ込める。音響ミラー27の上に、第1の薄膜バルク音響共振器21と、第2の薄膜バルク音響共振器31とが互いに離されて設けられている。音響ミラー27の最上層の表面であって、かつ第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31の周囲の少なくとも一部で、外方向に延びて形成された圧電膜部分16aの、下方に位置する部分には、段差部17bが設けられている。
図9Aは、本発明の第7の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図9Aにおいて、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同様の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図9Bは、第7の実施形態の変形例1に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図9Bに示すように、下部電極23は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31間において分断されることなく一続きの電極層として形成されている。この電極層の表面であって、かつ音響減衰領域50が形成される領域の下に位置する部分28aには、粗面加工が施されている。このような構成であっても、圧電膜16の堆積時、圧電膜部分16aの結晶性は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31を構成する圧電膜部分16b,16cの結晶性に比べて低くなるので、音響減衰領域50が形成される。
図9Cは、第7の実施形態の変形例2に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図9Cに示すように、誘電体層26が、基板15上に設けられている。誘電体層26の上には、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31が互いに離されて設けられる。誘電体層26は、基板15が例えばシリコン基板である場合、基板15と下部電極23とを絶縁するための絶縁層として設けられる。誘電体層26の表面であって、かつ音響減衰領域50が形成される領域の下に位置する部分28cには、粗面加工が施されている。このような構成であっても、圧電膜16の堆積時、圧電膜部分16aの結晶性は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31を構成する圧電膜部分16b,16cの結晶性に比べて低くなるので、音響減衰領域50が形成される。
図10A〜図10Gは、第7の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の製造方法を説明するための図である。以下、図10A〜図10Gを参照しながら、第7の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の製造方法について説明する。
図11Aは、本発明の第8の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図11Aにおいて、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器と同一の部分、および、図3A,図3Bに示す薄膜バルク音響共振器に対応する部分には、同一の参照符号を付すこととし、説明を省略する。
図11Bは、第8の実施形態の変形例1に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図11Bに示すように、圧電膜16の一部であって、音響減衰領域50が形成される圧電膜部分16aには、C,N,B,Oまたはメタル等の異種イオン49が注入されている。ここで、異種イオンとは、圧電膜を構成する元素とは異なる元素のイオンのことをいう。異種イオン49の注入は、圧電膜部分16aの表面に、イオン化された粒子を加速して打ち込むことによって行われる。異種イオン49の注入により、圧電膜部分16aでは、格子配列の規則性が一部失われる。一方、圧電膜部分16b、16cでは、良好な結晶性を有している。そのため、圧電膜部分16aの結晶性は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21、31を構成する圧電膜部分16b,16cの結晶性に比べて低くなるので、音響減衰領域50が形成される。
図11Cは、第8の実施形態の変形例2に係る薄膜バルク音響共振器の断面図である。図11Cに示すように、圧電膜16の表面に、上部電極22をマスクとして、レーザが照射されることによって、音響減衰領域50が形成される。または、音響減衰領域を形成する部分に選択的にレーザが照射されることによって、音響減衰領域が形成される。これにより、圧電膜部分16aでは、格子配列の規則性が一部失われる。図11Cにおいて、X印の箇所は、格子配列の規則性が失われている様子を示している。一方、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31を構成する圧電膜部分16b,16cでは、レーザ照射の影響がないので、良好な結晶性が維持される。そのため、圧電膜部分16aの結晶性は、第1および第2の薄膜バルク音響共振器21,31を構成する他の圧電膜部分16b、16cの結晶性に比べて低くなり、音響減衰領域50が形成される。
図14Aは、本発明の第9の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器フィルタの上面図である。図14Bは、図14AにおけるB―B線に沿う断面図である。図14Cは、第9の実施形態に係る薄膜バルク音響共振器フィルタの等価回路図である。
図17は、本発明の第10の実施形態に係る共用器の等価回路図である。図17において、共用器200は、Txフィルタ(送信フィルタ)201と、Rxフィルタ(受信フィルタ)202と、移相回路203とを備える。移相回路203は、例えば2つの伝送線路204,205を含む。Txフィルタ201およびRxフィルタ202は、例えば、図14A〜C,図15,図16に示すような薄膜バルク音響共振器フィルタを含む。よって、第9の実施形態に示すように、この薄膜バルク音響共振器フィルタは、横方向伝搬モードを選択的に減衰させた周波数特性の良好な薄膜バルク音響共振器から形成されているので、共用器としての特性が向上することとなる。
15,15a 基板
15b 支持部
15c,15d 絶縁膜
16,103,160 圧電膜
16,16b,16c 圧電膜部分
17,17a,17b 段差部
21 第1の薄膜バルク音響共振器
31 第2の薄膜バルク音響共振器
22,101 上部電極
22a 上部接続電極
23,102 下部電極
23a,23b,23c,23d,23e 下地電極
24,24b キャビティ
25 犠牲層
26 誘電体層
27a 低音響インピーダンス層
27b 高音響インピーダンス層
27 音響ミラー
29 異種原子
35a 上部引出し電極
35b 下部引出し電極
40a,40b 電極パッド
49 異種イオン
50,52,50c,50d,105 音響減衰領域
51,51a,51b,104 外領域
200 共用器
201 Txフィルタ
202 Rxフィルタ
203 移相回路
204,205 伝送線路
Claims (20)
- 薄膜バルク音響共振器であって、
圧電膜と、
前記圧電膜を挟むように配置された一対の電極とを備え、
前記圧電膜は、前記一対の電極および前記圧電膜から構成される共振器部分の周囲の少なくとも一部から外方向に延びて形成されている外領域を含み、
前記外領域は、少なくとも一部に、音波を減衰させるための音響減衰領域を有することを特徴とする、薄膜バルク音響共振器。 - 前記圧電膜において、前記音響減衰領域と前記音響減衰領域以外の領域とは、同一の材料で形成されており、
前記音響減衰領域は、前記音響減衰領域以外の領域よりも結晶性が低いことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。 - 前記音響減衰領域は、前記圧電膜における前記音響減衰領域以外の領域よりもX線回折のロッキングカーブの半値幅が大きいことを特徴とする、請求項2に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 前記音響減衰領域が接する部材の表面は、段差部を有することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 前記音響減衰領域が接する部材の表面の粗さは、前記共振器部分が接する部材の表面の粗さに比べて粗いことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 前記共振器部分における前記圧電膜の格子定数と、前記音響減衰領域における前記圧電膜が接する面の格子定数との差が、
前記共振器部分における前記圧電膜の格子定数と、前記音響減衰領域以外における前記圧電膜が接する面の格子定数との差よりも大きいことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。 - 前記音響減衰領域は、前記圧電膜における前記音響減衰領域以外の領域には存在しない異種原子または同種原子を有することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 前記音響減衰領域は、前記圧電膜における前記音響減衰領域以外の領域には存在しない異種イオンまたは同種イオンが注入されていることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 前記音響減衰領域は、レーザの照射跡を有することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜バルク音響共振器。
- 薄膜バルク音響共振器の製造方法であって、
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の上方に上部電極を形成する工程とを備え、
前記圧電膜を形成する工程では、前記上部電極、前記下部電極、および前記圧電膜から構成される共振器部分の周囲の少なくとも一部から外方向に延びるように、前記圧電膜を形成しており、外方向に延びる前記圧電膜の領域の少なくとも一部の結晶性を、前記共振器部分を構成する前記圧電膜の領域の結晶性よりも低くさせることによって、音波を減衰させるための音響減衰領域を形成することを特徴とする、薄膜バルク音響共振器の製造方法。 - さらに、前記圧電膜に接する部材の表面の一部に段差部を形成する工程を備え、
前記圧電膜を形成する工程では、前記段差部の上方にも前記圧電膜を形成することによって、前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。 - さらに、前記圧電膜に接する部材の表面の一部に粗面化処理を施す工程を備え、
前記圧電膜を形成する工程では、前記粗面化処理を施された面の上方にも前記圧電膜を形成することによって、前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。 - さらに、前記共振器部分における前記圧電膜の格子定数と、前記音響減衰領域における前記圧電膜が接する部材の表面の格子定数との差が、
前記共振器部分における前記圧電膜の格子定数と、前記音響減衰領域以外における前記圧電膜が接する部材の表面の格子定数との差よりも大きくなるように、前記部材の材料および/または形成条件を調整する工程を備え、
前記圧電膜を形成する工程では、格子整合がなされていない面の上方にも前記圧電膜を形成することによって、前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。 - 前記圧電膜を形成する工程では、前記音響減衰領域を形成する部分に対して、レーザを照射することによって前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
- 前記圧電膜を形成する工程では、前記音響減衰領域を形成する部分に対して、外部から原子を熱拡散させることによって、前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
- 前記圧電膜を形成する工程では、前記音響減衰領域を形成する部分に対して、付加的にイオンを注入することによって、前記音響減衰領域を形成することを特徴とする、請求項10に記載の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
- 複数の薄膜バルク音響共振器を接続することによって構成される薄膜バルク音響共振器フィルタであって、
各前記薄膜バルク音響共振器は、
圧電膜と、
前記圧電膜を挟むように配置された上部電極および下部電極とを備え、
少なくとも一つの前記薄膜バルク音響共振器は、前記上部電極、前記下部電極および前記圧電膜から構成される共振器部分の周囲の少なくとも一部から外方向に延びて形成されている外領域を前記圧電膜内に含み、
前記外領域は、少なくとも一部に、音波を減衰させるための音響減衰領域を有し、
前記音響減衰領域は、少なくとも、共振周波数が異なる前記薄膜バルク音響共振器間に設けられていることを特徴とする、薄膜バルク音響共振器フィルタ。 - 各前記薄膜バルク音響共振器における前記圧電膜は、連続または不連続である共通の圧電膜であり、
前記共通の圧電膜の内、前記共振器部分を構成する部分以外の領域は、音響減衰領域となっていることを特徴とする、請求項17に記載の薄膜バルク音響共振器フィルタ。 - 複数の薄膜バルク音響共振器を接続することによって構成される薄膜バルク音響共振器フィルタを備える複合電子部品であって、
各前記薄膜バルク音響共振器は、
圧電膜と、
前記圧電膜を挟むように配置された上部電極および下部電極とを備え、
少なくとも一つの前記薄膜バルク音響共振器は、前記上部電極、前記下部電極および前記圧電膜から構成される共振器部分の周囲の少なくとも一部から外方向に延びて形成されている外領域を前記圧電膜内に含み、
前記外領域は、少なくとも一部に、音波を減衰させるための音響減衰領域を有し、
前記音響減衰領域は、少なくとも、共振周波数が異なる前記薄膜バルク音響共振器間に設けられていることを特徴とする、複合電子部品。 - 複数の薄膜バルク音響共振器を接続することによって構成される薄膜バルク音響共振器フィルタを備える通信機器であって、
各前記薄膜バルク音響共振器は、
圧電膜と、
前記圧電膜を挟むように配置された上部電極および下部電極とを備え、
少なくとも一つの前記薄膜バルク音響共振器は、前記上部電極、前記下部電極および前記圧電膜から構成される共振器部分の周囲の少なくとも一部から外方向に延びて形成されている外領域を前記圧電膜内に含み、
前記外領域は、少なくとも一部に、音波を減衰させるための音響減衰領域を有し、
前記音響減衰領域は、少なくとも、共振周波数が異なる前記薄膜バルク音響共振器間に設けられていることを特徴とする、通信機器。
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