JP2006013839A - Thin film piezo-electric resonator and thin film piezo-electric filter - Google Patents

Thin film piezo-electric resonator and thin film piezo-electric filter Download PDF

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Kazuki Iwashita
和樹 岩下
Kensuke Tanaka
謙介 田中
Takuya Maruyama
卓也 丸山
Hirobumi Kimura
博文 木村
Kosuke Nishimura
浩介 西村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material selecting method, a resonator structure for frequency regulating accurately parallel resonators for constituting a thin film piezo-electric filter, and the thin film piezo-electric filter using it. <P>SOLUTION: The thin film piezo-electric resonator includes a pizeo-electric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed to sandwich the piezo-electric thin film, and a frequency regulating film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The acoustic impedance of the frequency regulating film is smaller than that of the lower electrode or the upper electrode in contact with the frequency regulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、通信機器の技術分野に属するものであり、薄膜圧電共振器とそれを用いた薄膜圧電フィルタに関するもので、特にフィルタを構成する並列共振子の周波数調整方法に関するものである。   The present invention belongs to the technical field of communication equipment, and relates to a thin film piezoelectric resonator and a thin film piezoelectric filter using the thin film piezoelectric resonator, and more particularly to a method of adjusting the frequency of a parallel resonator constituting the filter.

セルラ電話機のＲＦ回路部には常に小型化が求められる。最近では、セルラ電話機に多様な機能を付与することが要望されており、その実現のためにはできるだけ多くのコンポーネントを組み込むことが好ましく、一方でセルラ電話機の大きさには制約があるので、結局、機器における専有面積（実装面積）及び高さの低減の要求が厳しく、従ってＲＦ回路部を構成するコンポーネントについても専有面積及び高さの低いものが求められている。   The RF circuit part of a cellular telephone is always required to be downsized. Recently, it has been demanded to add various functions to cellular phones, and it is preferable to incorporate as many components as possible in order to realize them, while the size of cellular phones is limited. The demand for reduction of the exclusive area (mounting area) and height in equipment is severe, and therefore, the components constituting the RF circuit section are also required to have a low exclusive area and height.

このような事情から、ＲＦ回路に使用される帯域通過フィルタとして、小型でかつ軽量化が可能である薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタが利用されるようになっている。   Under such circumstances, a thin film piezoelectric filter using a thin film piezoelectric resonator that is small and can be reduced in weight is used as a band pass filter used in an RF circuit.

前記のような薄膜圧電フィルタとしては、薄膜圧電共振器を直列腕、並列腕と交互に配置した梯子型の帯域通過フィルタがある。特許文献１および特許文献２に記載されているように、梯子型の帯域通過フィルタは直列共振子と並列共振子とが同一のチップ上に形成されている。この梯子型の帯域通過フィルタでは、直列共振子と並列共振子の共振周波数を変える必要があり、通常並列共振子の反共振周波数と直列共振子の共振周波数が一致するように周波数の調整が行われ、良好なフィルタ特性を有する帯域通過フィルタとするためには、精度良い周波数調整が要求される。   As such a thin film piezoelectric filter, there is a ladder-type bandpass filter in which thin film piezoelectric resonators are alternately arranged in series arms and parallel arms. As described in Patent Document 1 and Patent Document 2, in the ladder-type bandpass filter, the series resonator and the parallel resonator are formed on the same chip. In this ladder-type bandpass filter, it is necessary to change the resonance frequency of the series resonator and the parallel resonator, and the frequency is usually adjusted so that the anti-resonance frequency of the parallel resonator matches the resonance frequency of the series resonator. In order to obtain a bandpass filter having good filter characteristics, accurate frequency adjustment is required.

米国特許第５，８９４，６４７号公報US Pat. No. 5,894,647 特開２００２−３３５１４１号公報JP 2002-335141 A

従来、前述の周波数調整は、薄膜圧電共振器を構成する材料を変える、またはその厚みを変化させることにより行われている。しかしながら、薄膜の膜厚は製造ロットごとに変動し、また薄膜圧電素子を形成する基板面内においても完全に均一な膜を形成することも困難であるのが現状である。また、前記した並列共振子の共振周波数と直列共振子の周波数調整幅は圧電薄膜と電極の材料特性から決まる実効電気機械結合係数（実効ｋｔ２）によって決まり、通常薄膜圧電素子に用いられる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）では実効ｋｔ２は１０％以下であるため、数ギガＨｚ程度の使用周波数での周波数シフト幅は１００ＭＨｚ以下であり、そのための周波数調整膜の厚みは数十ｎｍと非常に薄くなるため、周波数調整は非常に困難なものとなる。 Conventionally, the above-described frequency adjustment is performed by changing the material constituting the thin film piezoelectric resonator or changing the thickness thereof. However, the thickness of the thin film varies depending on the production lot, and it is difficult to form a completely uniform film even in the substrate surface on which the thin film piezoelectric element is formed. Further, the resonance frequency of the parallel resonator and the frequency adjustment range of the series resonator are determined by an effective electromechanical coupling coefficient (effective kt 2 ) determined by the material characteristics of the piezoelectric thin film and the electrode, and are typically used for the thin film piezoelectric element. Since (AlN) and zinc oxide (ZnO) have an effective kt 2 of 10% or less, the frequency shift width at a use frequency of about several gigahertz is 100 MHz or less, and the thickness of the frequency adjustment film for that purpose is several tens of nm. The frequency adjustment becomes very difficult.

特許文献１および２に記載されている薄膜圧電フィルタでは、上部電極、下部電極、上部電極上の誘電体層、下部電極下の下地層の厚みを変えることによる「質量負荷」で周波数の調整が行われている。しかし、周波数調整はフィルタ特性に大きく影響するため、出来るだけ周波数調整の精度を良くするように薄膜圧電共振器を構成する材料、その組み合わせと共振器の構造が選択されなければならない。   In the thin film piezoelectric filter described in Patent Documents 1 and 2, the frequency can be adjusted by “mass load” by changing the thickness of the upper electrode, the lower electrode, the dielectric layer on the upper electrode, and the base layer under the lower electrode. Has been done. However, since the frequency adjustment greatly affects the filter characteristics, the material constituting the thin film piezoelectric resonator, the combination thereof, and the resonator structure must be selected so as to improve the accuracy of the frequency adjustment as much as possible.

また、薄膜圧電共振器の特性として重要である実効ｋｔ２は、薄膜圧電共振器を構成する、圧電層、下部電極および上部電極等の全ての材料特性と厚みによって決定されるため、実効ｋｔ２が劣化しないように、薄膜圧電共振器を構成する材料、その組み合わせと共振器の構造が選択されなければならない。 The effective kt 2 is important as a characteristic of the thin film piezoelectric resonators, constituting the thin film piezoelectric resonator, a piezoelectric layer, because it is determined by all of the material properties and thicknesses of such lower and upper electrodes, the effective kt 2 In order not to deteriorate, the material constituting the thin film piezoelectric resonator, the combination thereof, and the structure of the resonator must be selected.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、薄膜圧電フィルタを構成する並列共振子の周波数調整を精度良く行うための材料選択方法と共振器構造およびそれを用いた薄膜圧電フィルタを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a material selection method, a resonator structure, and a thin film piezoelectric filter using the same for accurately adjusting the frequency of parallel resonators constituting the thin film piezoelectric filter. It is intended to do.

本発明は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極の音響インピーダンスより小さい薄膜圧電共振器に関する。   The present invention is a thin film piezoelectric resonator having a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. In addition, the present invention relates to a thin film piezoelectric resonator in which an acoustic impedance of the frequency adjustment film is smaller than an acoustic impedance of a lower electrode or an upper electrode in contact with the frequency adjustment film.

また、本発明は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極が、材料の異なる多層電極で構成されており、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している多層電極中で前記圧電薄膜と接している電極層の音響インピーダンスより小さい薄膜圧電共振器に関する。   The present invention also provides a thin film piezoelectric resonator having a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The lower electrode or the upper electrode that is in contact with the frequency adjustment film is composed of multilayer electrodes made of different materials, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film is in the multilayer electrode that is in contact with the frequency adjustment film. The present invention relates to a thin film piezoelectric resonator having an acoustic impedance smaller than that of an electrode layer in contact with the piezoelectric thin film.

また、本発明は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極の音響インピーダンスより小さい薄膜圧電共振器であって、前記下部電極または前記上部電極が、モリブデン、タンタル、タングステン、金、白金、およびイリジウムからなる群から選択される材料で形成されており、前記周波数調整膜が、アルミニウム、シリコン、チタン、亜鉛、錫、鉄、銅、鉛、銀、ビスマス、および窒化アルミニウムからなる群から選択される材料で形成されている薄膜圧電共振器に関する。   The present invention also provides a thin film piezoelectric resonator having a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The acoustic impedance of the frequency adjustment film is a thin film piezoelectric resonator smaller than the acoustic impedance of the lower electrode or the upper electrode in contact with the frequency adjustment film, and the lower electrode or the upper electrode is molybdenum, It is formed of a material selected from the group consisting of tantalum, tungsten, gold, platinum, and iridium, and the frequency adjustment film is made of aluminum, silicon, titanium, zinc, tin, iron, copper, lead, silver, bismuth, And a thin film piezoelectric resonator formed of a material selected from the group consisting of aluminum nitride.

また、本発明は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極が、材料の異なる多層電極で構成されており、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している多層電極中で前記圧電薄膜と接している電極層の音響インピーダンスより小さい薄膜圧電共振器であって、前記下部電極または前記上部電極が、モリブデン、タンタル、タングステン、金、白金、およびイリジウムからなる群から選択される材料で形成されており、前記周波数調整膜が、アルミニウム、シリコン、チタン、亜鉛、錫、鉄、銅、鉛、銀、ビスマス、および窒化アルミニウムからなる群から選択される材料で形成されている薄膜圧電共振器に関する。   The present invention also provides a thin film piezoelectric resonator having a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The lower electrode or the upper electrode that is in contact with the frequency adjustment film is composed of multilayer electrodes made of different materials, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film is in the multilayer electrode that is in contact with the frequency adjustment film. The thin film piezoelectric resonator is smaller than the acoustic impedance of the electrode layer in contact with the piezoelectric thin film, wherein the lower electrode or the upper electrode is selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, tungsten, gold, platinum, and iridium. The frequency adjusting film is made of aluminum, silicon, titanium, zinc, tin, iron, copper, lead, silver, bismuth, and About FBAR from the group consisting of aluminum nitride is formed of a material selected.

また、本発明は、前記薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタに関する。より具体的には、複数の直列共振子と並列共振子からなる梯子型フィルタに適用する薄膜圧電共振器に関する。   The present invention also relates to a thin film piezoelectric filter using the thin film piezoelectric resonator. More specifically, the present invention relates to a thin film piezoelectric resonator applied to a ladder type filter including a plurality of series resonators and parallel resonators.

本発明の薄膜圧電共振器によれば、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極下または該上部電極上に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の音響インピーダンスを、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極の音響インピーダンスより小さくすることで、実効ｋｔ２の劣化なしに、周波数調整膜の膜厚のばらつきによる周波数のばらつきを小さくすることができる。また、前記上部電極と下部電極が材料の異なる多層構造となっている場合にも、前記周波数調整膜の音響インピーダンスを、接している多層電極中で圧電層の接している電極層の音響インピーダンスに比べ小さくすることで、実効ｋｔ２の劣化なしに、周波数調整膜の膜厚のばらつきによる周波数のばらつきを小さくすることができる。また、実効ｋｔ２の劣化なしに周波数調整膜の膜厚のばらつきによる周波数のばらつきを小さくすることにより、薄膜圧電共振器を用いた、優れた特性を有する薄膜圧電フィルタを提供することができる。 According to the thin film piezoelectric resonator of the present invention, a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjustment film provided below or on the lower electrode. The acoustic impedance of the frequency adjustment film is made smaller than the acoustic impedance of the lower electrode or the upper electrode that is in contact with the frequency adjustment film, so that the effective kt 2 is not deteriorated. Variation in frequency due to variation in the thickness of the frequency adjustment film can be reduced. In addition, even when the upper electrode and the lower electrode have a multilayer structure made of different materials, the acoustic impedance of the frequency adjustment film is set to the acoustic impedance of the electrode layer in contact with the piezoelectric layer in the multilayer electrode in contact. By making the comparison smaller, it is possible to reduce the variation in frequency due to the variation in the film thickness of the frequency adjustment film without degrading the effective kt 2 . Further, by reducing the variation in frequency due to the variation in the film thickness of the frequency adjusting film without degrading the effective kt 2 , it is possible to provide a thin film piezoelectric filter having excellent characteristics using a thin film piezoelectric resonator.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、従来の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す模式的平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。図１の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する。薄膜圧電共振器１０は、エアーギャップ１４を有する基板１６と、該基板１６の上面上の端縁に周縁部が支持されて吊られた形態の圧電スタック２２とを有する。該圧電スタック２２は、圧電薄膜（圧電体層）１２と該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極（下部電極層）１８および上部電極（上部電極層）２０とからなる。電極層１８、２０にはそれぞれ端子２６、２８が付されており、該端子２６、２８には電源が接続される。圧電共振器スタック２２において、電極端子２６、２８の間に印加される電圧に応答して圧電層１２は矢印２４で示される方向に伸張および収縮する。   FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a conventional thin film piezoelectric resonator, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. The thin film piezoelectric resonator shown in FIG. 1 includes a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjustment film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The thin film piezoelectric resonator 10 includes a substrate 16 having an air gap 14 and a piezoelectric stack 22 in a form in which a peripheral edge is supported on an edge on the upper surface of the substrate 16 and suspended. The piezoelectric stack 22 includes a piezoelectric thin film (piezoelectric layer) 12, a lower electrode (lower electrode layer) 18 and an upper electrode (upper electrode layer) 20 formed so as to sandwich the piezoelectric thin film. Terminals 26 and 28 are respectively attached to the electrode layers 18 and 20, and a power source is connected to the terminals 26 and 28. In the piezoelectric resonator stack 22, the piezoelectric layer 12 expands and contracts in the direction indicated by the arrow 24 in response to a voltage applied between the electrode terminals 26 and 28.

基板１６はシリコン基板、ガリウム砒素基板、ガラス基板などからなるものでよく、エアーギャップ１４は異方性湿式エッチング、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの従来技術により形成することができる。圧電薄膜（圧電層）１２は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として製造できる圧電材料からなるものでよい。   The substrate 16 may be made of a silicon substrate, a gallium arsenide substrate, a glass substrate, or the like, and the air gap 14 can be formed by a conventional technique such as anisotropic wet etching or RIE (Reactive Ion Etching). The piezoelectric thin film (piezoelectric layer) 12 may be made of a piezoelectric material that can be manufactured as a thin film such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN).

圧電層１２と電極層１８、２０との積層体から構成される圧電共振器スタック２２は、その周縁部で吊られており、その主表面が両方とも空気その他の周囲ガス叉は真空と接している。この場合、圧電共振器スタック２２はＱの高い音波共振器を形成する。端子２６、２８を介して電極層１８，２０に加えられる交流信号は、圧電共振器スタック２２における音速を該スタック２２の重み付き厚さの２倍で割った値に等しい周波数を持つものである。即ち、ｆｒ＝ｖ／２ｔ０（ここで、ｆｒは共振周波数であり、ｖはスタック２２内の音速であり、ｔ０はスタック２２の重み付き厚さである）の場合、その交流信号によって、圧電共振器スタック２２が共振する。スタック２２を構成する層内における音速が各層を構成する材料ごとに異なるため、圧電共振器スタック２２の共振周波数は、物理的厚さではなく、圧電層１２や電極層１８，２０内の音速とそれらの物理的厚みを考慮した重み付き厚さにより決まる。 A piezoelectric resonator stack 22 composed of a laminate of the piezoelectric layer 12 and the electrode layers 18 and 20 is hung at the periphery thereof, and both main surfaces thereof are in contact with air or other ambient gas or vacuum. Yes. In this case, the piezoelectric resonator stack 22 forms an acoustic resonator having a high Q. The AC signal applied to the electrode layers 18 and 20 via the terminals 26 and 28 has a frequency equal to a value obtained by dividing the sound speed in the piezoelectric resonator stack 22 by twice the weighted thickness of the stack 22. . That, fr = v / 2t 0 (here, fr is the resonance frequency, v is the speed of sound in the stack 22, t 0 is a weighted stack 22 is the thickness), the by the AC signal, The piezoelectric resonator stack 22 resonates. Since the sound velocity in the layers constituting the stack 22 differs depending on the material constituting each layer, the resonance frequency of the piezoelectric resonator stack 22 is not the physical thickness but the sound velocity in the piezoelectric layer 12 and the electrode layers 18 and 20. It is determined by the weighted thickness considering their physical thickness.

図３は、図１及び図２のものとは異なる従来の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す模式的断面図である。この例は、エアーギャップ１４の代わりに、音響インピーダンス変換器３０を用いていること以外は、図１及び図２のものと同様である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a conventional thin film piezoelectric resonator different from that of FIGS. 1 and 2. This example is the same as that of FIGS. 1 and 2 except that an acoustic impedance converter 30 is used instead of the air gap 14.

図４は、従来の薄膜圧電フィルタの回路図である。直列共振子１１１、１１３、１１５と並列共振子１１２、１１４、１１６とからなる３段の梯子型回路となっている。直列共振子１１１と１１５は入出力ポート１０１と１０２に接続されている。また、並列共振子１１２、１１４、１１６は接地電極に接続されている。   FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional thin film piezoelectric filter. This is a three-stage ladder circuit composed of series resonators 111, 113, and 115 and parallel resonators 112, 114, and 116. Series resonators 111 and 115 are connected to input / output ports 101 and 102. The parallel resonators 112, 114, and 116 are connected to the ground electrode.

ここで、直列共振子と並列共振子の共振周波数の関係を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。また、図６（ａ）〜（ｃ）には、図５で示した直列共振子と並列共振子から構成した梯子型回路フィルタの周波数特性を示す。   Here, the relationship between the resonance frequencies of the series resonator and the parallel resonator is shown in FIGS. FIGS. 6A to 6C show frequency characteristics of a ladder circuit filter including the series resonator and the parallel resonator shown in FIG.

図５（ａ）に示すように、並列共振子の反共振周波数を直列共振子の共振周波数と一致させるように、並列共振子の周波数を所定量低下させることにより、図６（ａ）に示すような優れた特性を有する薄膜圧電フィルタが得られる。   As shown in FIG. 5A, the frequency of the parallel resonator is decreased by a predetermined amount so that the anti-resonance frequency of the parallel resonator matches the resonance frequency of the series resonator. A thin film piezoelectric filter having such excellent characteristics can be obtained.

しかし、並列共振子の周波数調整が精度良く行われない場合には、例えば図５（ｂ）に示すように並列共振子の共振周波数が所定の周波数より低くなると、図６（ｂ）に示すように薄膜圧電フィルタの帯域は広がるものの帯域内に窪みができ、帯域内の挿入損失が悪化する。また、図５（ｃ）に示すように並列共振器の共振周波数が所定の周波数より高い場合には、図６（ｃ）に示すように帯域幅が狭くなるとともに、帯域内での挿入損失が大きくなる。このように、優れたフィルタ特性を示すフィルタを作製するためには、並列共振子の周波数調整が非常に重要である。   However, if the frequency adjustment of the parallel resonator is not performed with high accuracy, for example, as shown in FIG. 5B, when the resonance frequency of the parallel resonator becomes lower than a predetermined frequency, as shown in FIG. Although the band of the thin film piezoelectric filter is widened, a depression is formed in the band, and the insertion loss in the band is deteriorated. Further, when the resonance frequency of the parallel resonator is higher than a predetermined frequency as shown in FIG. 5C, the bandwidth is narrowed as shown in FIG. 6C, and the insertion loss within the band is reduced. growing. Thus, in order to produce a filter exhibiting excellent filter characteristics, frequency adjustment of the parallel resonator is very important.

並列共振子の共振周波数を低くする一般的手段として、上部電極上に周波数調整膜を付加することが行われている。しかし従来の薄膜圧電共振器では、周波数調整膜による周波数調整を精度良く行うことは、非常に薄い薄膜を精度良く形成する必要があるために困難であった。例えば、中心周波数１９６０ＭＨｚで、実効ｋｔ２が５．５％の薄膜圧電共振器からフィルタを構成する場合、並列共振子の共振周波数は１９１５ＭＨｚとなり、４５ＭＨｚの周波数シフトが必要となる。薄膜圧電共振器に用いられる電極材料としては、音響特性の良いモリブデン、タングステン等が用いられており、調整電極膜も電極材料と同一の場合が多い。例えば上述のように４５ＭＨｚの周波数シフトを行うためには、モリブデンで３８ｎｍ、タングステンで３３ｎｍと非常に薄い調整電極膜を形成する必要がある。このように非常に薄い調整電極膜を精度良く形成するには限界があり、微小な厚みの変動も大きな共振周波数のずれに繋がるため、精度良く周波数調整することができない。 As a general means for lowering the resonance frequency of the parallel resonator, a frequency adjustment film is added on the upper electrode. However, in the conventional thin film piezoelectric resonator, it is difficult to accurately adjust the frequency using the frequency adjusting film because it is necessary to form a very thin thin film with high accuracy. For example, when a filter is constituted by a thin film piezoelectric resonator having a center frequency of 1960 MHz and an effective kt 2 of 5.5%, the resonance frequency of the parallel resonator is 1915 MHz, and a frequency shift of 45 MHz is necessary. As an electrode material used for the thin film piezoelectric resonator, molybdenum, tungsten, or the like having good acoustic characteristics is used, and the adjustment electrode film is often the same as the electrode material. For example, in order to perform a 45 MHz frequency shift as described above, it is necessary to form a very thin adjustment electrode film of 38 nm for molybdenum and 33 nm for tungsten. There is a limit to accurately forming such a very thin adjustment electrode film, and a minute thickness variation leads to a large resonance frequency shift, so that the frequency cannot be adjusted with high accuracy.

本発明の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、さらに、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器が形成されており、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極の音響インピーダンスより小さいことを特徴とする。   The thin film piezoelectric resonator of the present invention includes a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. A thin film piezoelectric resonator is formed, and an acoustic impedance of the frequency adjustment film is smaller than an acoustic impedance of a lower electrode or an upper electrode in contact with the frequency adjustment film.

図７は本発明の一実施形態を示す、周波数調整膜４０を有する薄膜圧電共振器の断面図である。薄膜圧電共振器は、圧電薄膜（圧電層）１２と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極１８および上部電極２０と、さらに上部電極２０上に周波数調整膜４０が形成されている。そして、前記周波数調整膜４０の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している上部電極２０の音響インピーダンスより小さい材料の組み合わせとしている。本発明者らは、周波数調整膜４０の音響インピーダンスを、周波数調整膜４０が接している上部電極２０の音響インピーダンスより小さくした場合、上部電極２０が音響圧縮層として作用し、あたかも周波数調整膜４０の音速が大きくなったかのようになることを見出した。共振周波数は上述したように、ｆｒ＝ｖ／２ｔ０で表されることから、音速が大きい場合には、単位膜厚当たりの周波数変化量は小さくなる。従って、膜厚みの変動による周波数の変動が小さくなるという利点がある。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator having a frequency adjustment film 40 according to an embodiment of the present invention. The thin film piezoelectric resonator includes a piezoelectric thin film (piezoelectric layer) 12, a lower electrode 18 and an upper electrode 20 formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjustment film 40 formed on the upper electrode 20. The acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is a combination of materials smaller than the acoustic impedance of the upper electrode 20 in contact with the frequency adjustment film. When the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is made smaller than the acoustic impedance of the upper electrode 20 with which the frequency adjustment film 40 is in contact, the present inventors function as an acoustic compression layer, as if the frequency adjustment film 40 I found out that the speed of sound became larger. As the resonant frequency described above, from being represented by fr = v / 2t 0, if the sound velocity is large, the frequency variation per unit film thickness decreases. Therefore, there is an advantage that the variation in frequency due to the variation in film thickness is reduced.

一方で、音速の大きい導電性材料を上部電極または下部電極材料として用い、上部電極または下部電極の厚みを変化させた場合にも、単位膜厚当たりの周波数変化量は小さくなることが予想されるが、この場合には、圧電性を有しない電極層の厚みが厚くなりすぎるため、実効ｋｔ２の劣化が起こり好ましくない。 On the other hand, even when a conductive material having a high sound velocity is used as the upper electrode or lower electrode material and the thickness of the upper electrode or lower electrode is changed, the frequency change amount per unit film thickness is expected to be small. However, in this case, since the electrode layer having no piezoelectricity becomes too thick, the effective kt 2 is deteriorated, which is not preferable.

このような電極とそれに接して設けられた周波数調整膜との組み合わせとして次のような材料を挙げることができる。下部電極または上部電極としては、音響インピーダンスが大きなモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、または白金（Ｐｔ）からなら群から選択される材料が好ましい。また、周波数調整膜としては、音響インピーダンスの小さいアルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択される材料が好ましい。   The following materials can be cited as a combination of such an electrode and a frequency adjusting film provided in contact therewith. The lower electrode or the upper electrode is preferably made of a material selected from the group of molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), gold (Au), or platinum (Pt) having a large acoustic impedance. In addition, as the frequency adjustment film, aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zinc (Zn), tin (Sn), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag) having a small acoustic impedance are used. ), Bismuth (Bi), or aluminum nitride (AlN).

表１に電極材料または、周波数調整膜材料として利用可能な材料の音響特性を示す。音響インピーダンス（Ｚｍｅｃｈ）は、Ｚｍｅｃｈ＝ρ×ｖ（ここで、ρは密度であり、ｖは媒質内の音速である）で表される。 Table 1 shows the acoustic characteristics of materials that can be used as electrode materials or frequency adjustment film materials. The acoustic impedance (Z mech ) is represented by Z mech = ρ × v (where ρ is density and v is the speed of sound in the medium).

Figure 2006013839
Figure 2006013839

上記のような薄膜圧電共振器は次のようにして作製することができる。シリコンウェハなどの基板１６上にスパッタリング法、蒸着法などの成膜方法で下部電極１８、圧電層１２、上部電極２０、および周波数調整膜４０を成膜するとともに、湿式エッティング、ＲＩＥ、リフトオフ法などのパターニング技術を用いて各層をパターニングする。更に、基板１６の裏面より異方性湿式エッティング、ＲＩＥなどの従来技術でエアーキャビティー１４を形成する。   The thin film piezoelectric resonator as described above can be manufactured as follows. The lower electrode 18, the piezoelectric layer 12, the upper electrode 20, and the frequency adjustment film 40 are formed on the substrate 16 such as a silicon wafer by a film forming method such as sputtering or vapor deposition, and wet etching, RIE, or lift-off method. Each layer is patterned using a patterning technique such as. Further, the air cavity 14 is formed from the back surface of the substrate 16 by a conventional technique such as anisotropic wet etching or RIE.

図８は図７とは異なる本発明の一実施形態を示す、周波数調整膜４０を有する薄膜圧電共振器の断面図である。下部電極１８の下方に、下部電極に接して周波数調整膜４０が形成されており、周波数調整膜４０の音響インピーダンスが、周波数調整膜４０が接している下部電極１８の音響インピーダンスより小さい場合、あたかも周波数調整膜４０の音速が大きくなったかのように振る舞い、周波数調整膜４０の厚み変動による周波数変動が小さくなる。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator having a frequency adjustment film 40, showing an embodiment of the present invention different from FIG. When the frequency adjustment film 40 is formed below the lower electrode 18 in contact with the lower electrode, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is smaller than the acoustic impedance of the lower electrode 18 with which the frequency adjustment film 40 is in contact, it is as if The frequency adjustment film 40 behaves as if the sound velocity is increased, and the frequency fluctuation due to the thickness fluctuation of the frequency adjustment film 40 is reduced.

また、本発明の薄膜圧電共振器は、圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極が、材料の異なる多層電極で構成されており、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している多層電極中で前記圧電薄膜と接している電極層の音響インピーダンスより小さいことを特徴とする。   The thin film piezoelectric resonator of the present invention includes a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode. The lower electrode or the upper electrode that is in contact with the frequency adjustment film is formed of a multilayer electrode made of different materials, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film is in contact with the frequency adjustment film. In the multilayer electrode, the acoustic impedance of the electrode layer in contact with the piezoelectric thin film is smaller.

図９はこのような薄膜圧電共振器の実施形態を示す断面図であり、図７、図８とは異なる周波数調整膜４０を有する薄膜圧電共振器の断面図である。薄膜圧電共振器は、圧電薄膜（圧電層）１２と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極１８および上部電極２０と、さらに上部電極２０上に周波数調整膜４０が形成されている。そして、上部電極２０は材料の異なる多層電極であり、上部第１電極層２０ａと上部第２電極層２０ｂとからなっている。上部電極２０上に周波数調整膜４０が形成されており、前記周波数調整膜４０の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜４０の接している多層電極２０中で前記圧電薄膜１２と接している電極層（上部第１電極層）２０ａの音響インピーダンスより小さくなっている。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of such a thin film piezoelectric resonator, and is a cross sectional view of a thin film piezoelectric resonator having a frequency adjustment film 40 different from those in FIGS. The thin film piezoelectric resonator includes a piezoelectric thin film (piezoelectric layer) 12, a lower electrode 18 and an upper electrode 20 formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjustment film 40 formed on the upper electrode 20. The upper electrode 20 is a multilayer electrode made of different materials, and includes an upper first electrode layer 20a and an upper second electrode layer 20b. A frequency adjustment film 40 is formed on the upper electrode 20, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is an electrode layer in contact with the piezoelectric thin film 12 in the multilayer electrode 20 in contact with the frequency adjustment film 40 ( It is smaller than the acoustic impedance of the upper first electrode layer) 20a.

周波数調整膜４０の音響インピーダンスが圧電層と接している上部第１電極層２０ａの音響インピーダンスより小さい場合、あたかも周波数調整膜４０の音速が大きくなったかのように振る舞い、周波数調整膜４０の厚み変動による周波数変動が小さくなる。   When the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is smaller than the acoustic impedance of the upper first electrode layer 20a in contact with the piezoelectric layer, the frequency adjustment film 40 behaves as if the sound velocity of the frequency adjustment film 40 is increased, and is due to the thickness variation of the frequency adjustment film 40. Frequency fluctuation is reduced.

図１０は図７〜９とは異なる本発明の一実施形態を示す、周波数調整膜４０を有する薄膜圧電共振器の断面図である。下部電極１８は材質の異なる下部第１電極層１８ａと下部第２電極層１８ｂとからなる多層電極である。下部電極１８の下方に下部電極１８に接して周波数調整膜４０が形成されており、前記周波数調整膜４０の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜４０の接している多層電極１８中で前記圧電薄膜１２と接している電極層（上部第１電極層）１８ａの音響インピーダンスより小さくなっている。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator having a frequency adjustment film 40, showing an embodiment of the present invention different from those shown in FIGS. The lower electrode 18 is a multilayer electrode composed of a lower first electrode layer 18a and a lower second electrode layer 18b made of different materials. A frequency adjustment film 40 is formed below the lower electrode 18 in contact with the lower electrode 18, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is in the piezoelectric thin film 12 in the multilayer electrode 18 in contact with the frequency adjustment film 40. Is smaller than the acoustic impedance of the electrode layer (upper first electrode layer) 18a in contact with the electrode.

周波数調整膜４０の音響インピーダンスが圧電層と接している下部第１電極層１８ａの音響インピーダンスより小さい場合、あたかも周波数調整膜４０の音速が大きくなったかのように振る舞い、周波数調整膜４０の厚み変動による周波数変動が小さくなる。   When the acoustic impedance of the frequency adjustment film 40 is smaller than the acoustic impedance of the lower first electrode layer 18a in contact with the piezoelectric layer, the frequency adjustment film 40 behaves as if the sound speed of the frequency adjustment film 40 is increased, and is caused by the thickness variation of the frequency adjustment film 40. Frequency fluctuation is reduced.

このような電極とそれに接して設けられた周波数調整膜との組み合わせとして次のような材料を挙げることができる。下部電極または上部電極としては、音響インピーダンスが大きなモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、または白金（Ｐｔ）からなら群から選択される材料が好ましい。また、周波数調整膜としては、音響インピーダンスの小さいアルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択される材料が好ましい。   The following materials can be cited as a combination of such an electrode and a frequency adjusting film provided in contact therewith. The lower electrode or the upper electrode is preferably made of a material selected from the group of molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), gold (Au), or platinum (Pt) having a large acoustic impedance. In addition, as the frequency adjustment film, aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zinc (Zn), tin (Sn), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag) having a small acoustic impedance are used. ), Bismuth (Bi), or aluminum nitride (AlN).

また、本発明の薄膜圧電フィルタは、基板上に前記の本発明の薄膜圧電共振器を複数形成し、例えば、図４に示したように、直列共振器と並列共振器とを梯子型に形成したフィルタであり、上記の薄膜圧電共振器と同様な方法で形成することが出来る。   The thin film piezoelectric filter of the present invention is formed by forming a plurality of the above thin film piezoelectric resonators of the present invention on a substrate, for example, forming a series resonator and a parallel resonator in a ladder shape as shown in FIG. The filter can be formed by the same method as the above thin film piezoelectric resonator.

（実施例１）
図７に示す形態の薄膜圧電共振器を次のようにして作製した。シリコンウェハからなる基板１６上に、スパッタリング法によりＭｏ薄膜を成膜し、所定形状のみ下部電極が保護されるようにレジスト膜でマスキングした後、湿式エッティング法によりＭｏ薄膜をエッティングした。その後、レジスト膜を剥離液で剥離することにより所定形状にパターニングされた下部電極１８を形成した。下部電極１８がパターニングされた基板１６上に、反応性スパッタリング法によりＡｌＮ薄膜を成膜した。その後、リフトオフ法により所定形状にパターニングされたＭｏからなる上部電極２０とＡｌからなる周波数調整膜４０を形成した。具体的には、所定形状にパターニングされたレジスト膜を形成し、スパッタリング法によりＭｏ薄膜を成膜した。レジスト膜を剥離液で剥離することにより、所定形状にパターニングされた上部電極２０を形成した。更に、並列共振子の上部電極上に周波数調整膜が成膜されるようにレジスト膜をパターニングした後、スパッタリング法によりＡｌ薄膜を成膜した。レジスト膜を剥離液で剥離することにより、並列共振子の上部電極２０上に周波数調整膜４０を形成した。基板１６の圧電共振スタックを形成した面をレジスト膜で保護し、更に裏面側に所定形状にパターニングされたレジスト膜を形成した。シリコンウェハからなる基板１６を水酸化カリウム水溶液を用いて異方性エッティングすることにより、エアーギャップ１４を形成した。その後、レジスト膜を剥離液で剥離することで、図７に示した薄膜圧電共振器を作製した。 Example 1
A thin film piezoelectric resonator having the configuration shown in FIG. 7 was produced as follows. A Mo thin film was formed on the substrate 16 made of a silicon wafer by sputtering, masked with a resist film so that the lower electrode was protected only in a predetermined shape, and then the Mo thin film was etched by wet etching. Thereafter, the resist film was stripped with a stripping solution to form the lower electrode 18 patterned into a predetermined shape. An AlN thin film was formed by reactive sputtering on the substrate 16 on which the lower electrode 18 was patterned. Thereafter, the upper electrode 20 made of Mo and the frequency adjustment film 40 made of Al were formed into a predetermined shape by the lift-off method. Specifically, a resist film patterned in a predetermined shape was formed, and a Mo thin film was formed by sputtering. By stripping the resist film with a stripping solution, the upper electrode 20 patterned into a predetermined shape was formed. Further, after patterning the resist film so that the frequency adjustment film was formed on the upper electrode of the parallel resonator, an Al thin film was formed by sputtering. The frequency adjustment film 40 was formed on the upper electrode 20 of the parallel resonator by stripping the resist film with a stripping solution. The surface of the substrate 16 on which the piezoelectric resonance stack was formed was protected with a resist film, and a resist film patterned in a predetermined shape was further formed on the back surface side. The air gap 14 was formed by anisotropically etching the substrate 16 made of a silicon wafer using a potassium hydroxide aqueous solution. Thereafter, the thin film piezoelectric resonator shown in FIG. 7 was manufactured by peeling the resist film with a peeling solution.

本実施例での各構成層の厚みは次のように設定した。下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１７００ｎｍ、上部電極をＭｏで厚み２００ｎｍとした。Ｍｏの音響インピーダンスより小さい音響インピーダンスを有するＡｌを周波数調整膜として形成した。このようにして作製した薄膜圧電共振器の周波数調整膜であるＡｌの厚みと反共振周波数との関係を図１１に示す。周波数調整膜の厚み変化による反共振周波数の変化量は図１４と図１５に示す比較例１と比較例２に比べ小さく、周波数調整膜の厚み変動による反共振周波数の変動が小さいことがわかる。また、図１６に周波数調整膜厚みと実行ｋｔ２との関係を示した。図１６中、○印がＡｌ／Ｍｏ／ＡｌＮ／Ｍｏの構成であり、本実施形態では、実効ｋｔ２は５．６〜５．８％であり、ｋｔ２が劣化していないことがわかる。 The thickness of each constituent layer in this example was set as follows. The lower electrode was made of Mo with a thickness of 300 nm, the piezoelectric layer was made of AlN with a thickness of 1700 nm, and the upper electrode was made of Mo with a thickness of 200 nm. Al having an acoustic impedance smaller than that of Mo was formed as a frequency adjustment film. FIG. 11 shows the relationship between the thickness of Al, which is the frequency adjusting film of the thin film piezoelectric resonator manufactured as described above, and the antiresonance frequency. The amount of change in the anti-resonance frequency due to the change in the thickness of the frequency adjustment film is smaller than that in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 shown in FIGS. FIG. 16 shows the relationship between the frequency adjustment film thickness and the execution kt 2 . In FIG. 16, the circles indicate the configuration of Al / Mo / AlN / Mo, and in this embodiment, the effective kt 2 is 5.6 to 5.8%, and it can be seen that kt 2 is not deteriorated.

（実施例２）
図７に示す実施形態において、下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１７００ｎｍ、上部電極をＭｏで厚み２００ｎｍとした場合に、Ｍｏの音響インピーダンスより小さい音響インピーダンスを有するＡｌＮを周波数調整膜として用いて薄膜圧電共振器を作製した。周波数調整膜であるＡｌＮの厚みと並列共振器の反共振周波数との関係を図１２に示す。周波数調整膜の厚み変化による反共振周波数の変化量は図１４と図１５に示す比較例１と比較例２に比べ小さく、周波数調整膜の厚み変動による反共振周波数の変動が小さいことがわかる。また、図１６に周波数調整膜厚みと実行ｋｔ２との関係を示した。図１６中、▲印がＡｌＮ／Ｍｏ／ＡｌＮ／Ｍｏの構成であり、本実施形態では、実効ｋｔ２は５．６〜５．８％であり、実効ｋｔ２が劣化していないことがわかる。 (Example 2)
In the embodiment shown in FIG. 7, when the lower electrode is made of Mo with a thickness of 300 nm, the piezoelectric layer is made of AlN with a thickness of 1700 nm, and the upper electrode is made of Mo with a thickness of 200 nm, the frequency of AlN having an acoustic impedance smaller than that of Mo is adjusted. A thin film piezoelectric resonator was fabricated as a film. FIG. 12 shows the relationship between the thickness of AlN that is the frequency adjustment film and the antiresonance frequency of the parallel resonator. The amount of change in the anti-resonance frequency due to the change in the thickness of the frequency adjustment film is smaller than that in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 shown in FIGS. FIG. 16 shows the relationship between the frequency adjustment film thickness and the execution kt 2 . In FIG. 16, the symbol ▲ indicates the configuration of AlN / Mo / AlN / Mo, and in this embodiment, the effective kt 2 is 5.6 to 5.8%, and it can be seen that the effective kt 2 is not deteriorated. .

（実施例３）
図９に示す実施形態において、下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１５７０ｎｍ、上部第１電極をＭｏで厚み２００ｎｍ、上部第２電極をＡｌで厚み２００ｎｍとした場合に、Ｍｏの音響インピーダンスより小さい音響インピーダンスを有するＡｌＮを周波数調整膜として用いて薄膜圧電共振器を作製した。周波数調整膜であるＡｌＮの厚みと反共振周波数との関係を図１３に示す。周波数調整膜の厚み変化による反共振周波数の変化量は図１４と図１５に示す比較例１と比較例２に比べ小さく、周波数調整膜の厚み変動による反共振周波数の変動が小さいことがわかる。 Example 3
In the embodiment shown in FIG. 9, when the lower electrode is made of Mo with a thickness of 300 nm, the piezoelectric layer is made of AlN with a thickness of 1570 nm, the upper first electrode is made of Mo with a thickness of 200 nm, and the upper second electrode is made of Al with a thickness of 200 nm. A thin film piezoelectric resonator was fabricated using AlN having an acoustic impedance smaller than the acoustic impedance as a frequency adjustment film. FIG. 13 shows the relationship between the thickness of AlN that is the frequency adjustment film and the antiresonance frequency. The amount of change in the anti-resonance frequency due to the change in the thickness of the frequency adjustment film is smaller than that in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 shown in FIGS.

（比較例１）
図７に示す実施形態において、下部電極をＭｏで厚み３００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１７００ｎｍ、上部電極をＭｏで厚み２００ｎｍとした場合に、上部電極と同様にＭｏを周波数調整膜として用いて薄膜圧電共振器を作製した。つまり、上部電極と周波数調整膜の音響インピーダンスは等しくなっている。周波数調整膜であるＭｏの厚みと並列共振器の反共振周波数との関係を図１４に示す。周波数調整膜の厚み変化による反共振周波数の変化量は図１１〜１３に示す実施例に比べ大きく、周波数調整膜の厚み変動による反共振周波数の変動が大きいことがわかる。 (Comparative Example 1)
In the embodiment shown in FIG. 7, when the lower electrode is made of Mo with a thickness of 300 nm, the piezoelectric layer is made of AlN with a thickness of 1700 nm, and the upper electrode is made of Mo with a thickness of 200 nm, a thin film is formed using Mo as a frequency adjustment film in the same manner as the upper electrode. A piezoelectric resonator was fabricated. That is, the acoustic impedances of the upper electrode and the frequency adjustment film are equal. FIG. 14 shows the relationship between the thickness of Mo, which is the frequency adjustment film, and the antiresonance frequency of the parallel resonator. The amount of change in the anti-resonance frequency due to the change in the thickness of the frequency adjustment film is larger than in the examples shown in FIGS.

（比較例２）
図７に示す実施形態において、下部電極をＭｏで厚み４００ｎｍ、圧電層をＡｌＮで厚み１７００ｎｍ、上部電極をＡｌで厚み４５０ｎｍとした場合に、上部電極と同様にＡｌを周波数調整膜として用いて薄膜圧電共振器を作製した。つまり、上部電極と周波数調整膜の音響インピーダンスは等しくなっている。周波数調整膜であるアルミニウムの厚みと並列共振器の反共振周波数との関係を図１５に示す。周波数調整膜の厚み変化による反共振周波数の変化量は図１１〜１３に示す実施例に比べ大きく、周波数調整膜の厚み変動による反共振周波数の変動が大きいことがわかる。また、図１６に周波数調整膜厚みと実行ｋｔ２との関係を示した。図１６中、◇印がＡｌ／Ａｌ／ＡｌＮ／Ｍｏの構成である。本実施形態では、実効ｋｔ２は５．４％以下であり、周波数調整膜厚みと共に減少する傾向にあり、実効ｋｔ２が劣化していることがわかる。 (Comparative Example 2)
In the embodiment shown in FIG. 7, when the lower electrode is made of Mo with a thickness of 400 nm, the piezoelectric layer is made of AlN with a thickness of 1700 nm, and the upper electrode is made of Al with a thickness of 450 nm, a thin film is formed using Al as the frequency adjustment film in the same manner as the upper electrode. A piezoelectric resonator was fabricated. That is, the acoustic impedances of the upper electrode and the frequency adjustment film are equal. FIG. 15 shows the relationship between the thickness of aluminum as the frequency adjustment film and the antiresonance frequency of the parallel resonator. The amount of change in the anti-resonance frequency due to the change in the thickness of the frequency adjustment film is larger than that of the embodiment shown in FIGS. Also, a relationship between a frequency adjustment film thickness and execution kt 2 in FIG. In FIG. 16, the symbol ◇ indicates the configuration of Al / Al / AlN / Mo. In the present embodiment, the effective kt 2 is 5.4% or less and tends to decrease with the frequency adjustment film thickness, and it can be seen that the effective kt 2 is deteriorated.

従来の薄膜圧電共振器の模式的平面図である。It is a typical top view of the conventional thin film piezoelectric resonator. 図１のＸ−Ｘ断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 従来の薄膜圧電共振器の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the conventional thin film piezoelectric resonator. 従来の薄膜圧電フィルタの回路図である。It is a circuit diagram of the conventional thin film piezoelectric filter. 直列共振子と並列共振子の周波数関係を示す図である。It is a figure which shows the frequency relationship of a series resonator and a parallel resonator. 薄膜圧電フィルタのフィルタ特性を示す図である。It is a figure which shows the filter characteristic of a thin film piezoelectric filter. 本発明の薄膜圧電共振器の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator of the present invention. 本発明の薄膜圧電共振器の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator of the present invention. 本発明の薄膜圧電共振器の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator of the present invention. 本発明の薄膜圧電共振器の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a thin film piezoelectric resonator of the present invention. 本発明の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと反共振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the frequency adjustment film | membrane in a thin film piezoelectric resonator of this invention, and an antiresonance frequency. 本発明の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと反共振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the frequency adjustment film | membrane in a thin film piezoelectric resonator of this invention, and an antiresonance frequency. 本発明の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと反共振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the frequency adjustment film | membrane in a thin film piezoelectric resonator of this invention, and an antiresonance frequency. 比較例の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと反共振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the frequency adjustment film | membrane in a thin film piezoelectric resonator of a comparative example, and an antiresonance frequency. 比較例の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと反共振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the frequency adjustment film | membrane in a thin film piezoelectric resonator of a comparative example, and an antiresonance frequency. 本発明と比較例の薄膜圧電共振器における周波数調整膜の厚みと実効ｋｔ２の関係を示す図である。In the thin film piezoelectric resonator of the present invention and comparative example illustrates the relationship between the thickness and the effective kt 2 frequency adjustment film.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 薄膜圧電共振器
１２ 圧電層
１４ エアーギャップ
１６ 基板
１８ 下部電極
１８ａ 下部第１電極層
１８ｂ 下部第２電極層
２０ 上部電極
２０ａ 上部第１電極層
２０ｂ 上部第２電極層
２２ 圧電共振器スタック
２３ 直列共振子
２４ 並列共振子
２６、２８ 電極端子
３０ 音響インピーダンス変換器
４０ 周波数調整膜
１００ 薄膜圧電フィルタ
１０１、１０２ 入出力ポート
１１１、１１３、１１５ 薄膜圧電フィルタの直列共振素子
１１２、１１４、１１６ 薄膜圧電フィルタの分路共振素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin film piezoelectric resonator 12 Piezoelectric layer 14 Air gap 16 Substrate 18 Lower electrode 18a Lower first electrode layer 18b Lower second electrode layer 20 Upper electrode 20a Upper first electrode layer 20b Upper second electrode layer 22 Piezoelectric resonator stack 23 In series Resonator 24 Parallel resonator 26, 28 Electrode terminal 30 Acoustic impedance converter 40 Frequency adjustment film 100 Thin film piezoelectric filter 101, 102 Input / output port 111, 113, 115 Thin film piezoelectric filter in series resonance element 112, 114, 116 Thin film piezoelectric filter Shunt resonant element

Claims (5)

圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極の音響インピーダンスより小さいことを特徴とする薄膜圧電共振器。   A thin film piezoelectric resonator comprising a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode, wherein the frequency A thin film piezoelectric resonator, wherein an acoustic impedance of an adjustment film is smaller than an acoustic impedance of a lower electrode or an upper electrode in contact with the frequency adjustment film. 圧電薄膜と、該圧電薄膜を挟むように形成された下部電極および上部電極と、該下部電極または該上部電極に接して設けられた周波数調整膜とを有する薄膜圧電共振器であって、前記周波数調整膜の接している下部電極または上部電極が、材料の異なる多層電極で構成されており、前記周波数調整膜の音響インピーダンスが、前記周波数調整膜の接している多層電極中で前記圧電薄膜と接している電極層の音響インピーダンスより小さいことを特徴とする薄膜圧電共振器。   A thin film piezoelectric resonator comprising a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode formed so as to sandwich the piezoelectric thin film, and a frequency adjusting film provided in contact with the lower electrode or the upper electrode, wherein the frequency The lower electrode or the upper electrode in contact with the adjustment film is composed of a multilayer electrode made of different materials, and the acoustic impedance of the frequency adjustment film is in contact with the piezoelectric thin film in the multilayer electrode in contact with the frequency adjustment film. A thin film piezoelectric resonator characterized by being smaller than the acoustic impedance of the electrode layer. 前記下部電極または前記上部電極が、モリブデン、タンタル、タングステン、金、白金、およびイリジウムからなる群から選択される材料で形成されており、前記周波数調整膜が、アルミニウム、シリコン、チタン、亜鉛、錫、鉄、銅、鉛、銀、ビスマス、および窒化アルミニウムからなる群から選択される材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜圧電共振器。   The lower electrode or the upper electrode is made of a material selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, tungsten, gold, platinum, and iridium, and the frequency adjustment film is made of aluminum, silicon, titanium, zinc, tin 2. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the thin film piezoelectric resonator is made of a material selected from the group consisting of iron, copper, lead, silver, bismuth, and aluminum nitride. 前記下部電極または前記上部電極が、モリブデン、タンタル、タングステン、金、白金、およびイリジウムからなる群から選択される材料で形成されており、前記周波数調整膜が、アルミニウム、シリコン、チタン、亜鉛、錫、鉄、銅、鉛、銀、ビスマス、および窒化アルミニウムからなる群から選択される材料で形成されていることを特徴とする請求項２記載の薄膜圧電共振器。   The lower electrode or the upper electrode is made of a material selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, tungsten, gold, platinum, and iridium, and the frequency adjustment film is made of aluminum, silicon, titanium, zinc, tin 3. The thin film piezoelectric resonator according to claim 2, wherein the thin film piezoelectric resonator is made of a material selected from the group consisting of iron, copper, lead, silver, bismuth, and aluminum nitride. 請求項１ないし４記載の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタ。   A thin film piezoelectric filter using the thin film piezoelectric resonator according to claim 1.
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