JP2006060385A - 共振器及びそれを用いるフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数と反共振周波数との差が広く且つスプリアスを生じない高性能なバルク音響共振器及びフィルタを実現できるようにする。
【解決手段】圧電膜１５と、上部電極１７と、下部電極１４とを有する共振膜１が、保持部材２によって半導体基板１０の上に保持されている音響共振器において、共振膜１における上部電極１７と下部電極１４が共に形成された領域の下には、共振用空洞部１８が設けられており、且つ下部電極１４が形成されていない領域の下には、分離用空洞部１９が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響共振器及びフィルタに関し、特に電子回路に用いる薄膜バルク音響共振器及びフィルタに関する。

電子機器の性能を向上させつつ、コストの低減とサイズの縮小とを図るために、高性能で小型の高周波信号用フィルタへの要求が高まってきている。携帯電話等の高周波信号を取り扱う民生用電子製品は、コストに大きな制限が与えられている一方、入力された高周波信号のうち所定の周波数の信号のみを正確に選択する必要がある。従って、精密なフィルタが必要とされるので、安価で簡素なフィルタユニットを実現するために絶え間のない開発が行われている。

これらの要求を満足する可能性を持ったフィルタとして、薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を用いたフィルタが着目されている。ＦＢＡＲは、薄膜圧電材料中のバルク縦音波を用いる音響共振器であり、圧電（piezoelctric：ＰＺ）材料からなる膜が、２枚の金属電極の間に挟まれた構造を有している。この電極に挟まれたＰＺ膜は共振膜であり、共振膜は固定されず空中に浮いた状態であることが好ましい。これは、ＰＺ膜を用いて電気的エネルギーを機械的な振動に変換することにより弾性波を発生させ、発生した弾性波をＰＺ膜中に閉じ込める際に、電界と同じ方向に弾性波を伝播させ、電極と空気との界面において弾性波を反射させることにより機械的振動の減衰を防止するためである。

共振膜が空中に浮いた状態とするには、共振膜を保持する基板に貫通孔や凹部を設ける構造や、基板と共振膜との間に設けられた支持層に凹部を設ける構造等が知られている。

以下に、従来の共振器の構造について図を参照して説明する。

（第１の従来例）
図９は第１の従来例に係る音響共振器の断面構造を示している（特許文献１を参照。）。図９に示すように、基板１００に形成された空洞部１０４を覆うように下部電極１０５、ＰＺ膜１０６及び上部電極１０７が順次形成されている。

このような構造は基板１００をエッチングすることにより形成した空洞部１０４に、一旦ＳｉＯ₂からなる犠牲層を形成した後、下部電極１０５、ＰＺ膜１０６及び上部電極１０７を順次形成した後、開口部１０８を形成して犠牲層をエッチングすることにより除去して形成する。

（第２の従来例）
図１０は第２の従来例に係る音響共振器の断面構造を示している（特許文献２を参照。）。図１０に示すように基板２００の上に形成された空洞部２０２を覆うように、絶縁保護膜２０３、下部電極２０４、ＰＺ膜２０５及び上部電極２０６が順次形成されている。

このような構造は、まず基板２００の上の空洞部２０２を形成する領域に犠牲層を形成し、犠牲層の上に絶縁保護膜２０３、下部電極２０４、ＰＺ膜２０５及び上部電極２０６を順次積層した後、開口部２０７を形成して犠牲層をエッチングすることにより形成する。

（第３の従来例）
図１１は第３の従来例に係る音響共振器の断面構造を示している（特許文献３を参照。）。図１１に示すように基板３００の上に形成された空洞３１２を覆うようにＳｉＯ₂の層３１５が形成されており、その上に下部電極３２２、ＰＺ膜３２５及び上部電極３２４が形成されている。

このような構造は、まずエッチングにより空洞部３１２が形成された基板３００の上にＳｉＯ₂の層３１５を接合し、その上に下部電極３２２、ＰＺ膜３２５及び上部電極３２４を順次積層することにより形成する。

以上のような構造によれば、下部電極、ＰＺ膜及び上部電極からなる共振膜の下側に空洞部が存在しているため、共振膜において発生した弾性波を効率よく共振膜に閉じ込めることができる。
米国特許第６３８４６９７号明細書 特開２００２−５０９６４４号公報 特開平９−６４６７５号公報

しかしながら、従来の構造においては共振膜の一部である電気的に共振する部分の下側には空洞が設けられているが、それ以外の部分には共振膜を保持するための保持部材が形成されており、共振膜の振動が妨げられているという問題がある。

フィルタに要求される広帯域且つ低損失という性能を満たすためには、ＦＢＡＲの共振器の共振周波数と反共振周波数との差（Δｆ）が広く且つ選択度（Ｑ）の値が高いことが要求される。Δｆを広くするには、共振膜が自由に振動できるようにする必要があり、共振膜が保持構造なしに浮遊している場合に最もΔｆが広くなる。実際には共振膜を保持するための構造が必要となるが、できるだけ共振膜が自由に振動できるようにすることが望ましい。

また、フィルタは隣接して形成された２個以上のＦＢＡＲによって構成されるため、隣接するＦＢＡＲの保持構造が互いに接している場合には、保持構造を介して振動が伝わり横方向の共振漏れ（スプリアス）が発生するのでΔｆが狭くなるという問題もある。

本発明は、前記従来の課題を解決し、Δｆが広く且つスプリアスのない高性能なバルク音響共振器及びフィルタを実現できるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の音響共振器は、
具体的に本発明の音響共振器は、圧電膜と、圧電膜の上面及び下面の一部における互いに対向する領域に形成された１対の上部電極及び下部電極とを有する共振膜と、共振膜を上面に保持する基板と、基板の上面に形成され且つ共振膜を下面から支える保持部材とを備え、共振膜における上部電極及び下部電極が共に形成された領域の少なくとも一部と基板との間には、共振用空洞部が設けられ、共振膜と基板との間の領域であって、保持部材及び共振用空洞部を除く領域には、分離用空洞部が設けられていることを特徴とする。

本発明の音響共振器によれば、共振膜と基板との間の領域であって、保持部材及び共振用空洞部を除く領域には、分離用空洞部が設けられているため、不要な保持部材がないので、共振膜がより自由に振動することができると共に、保持部材を介して不要な振動が共振膜に伝わることを防止できる。従って、横方向の音響漏れを防止することができ、その結果、Δｆが広く且つスプリアスが小さい音響共振器を実現することが可能となる。

本発明の音響共振器において、下部電極は、圧電膜の中央部分に形成されており、保持部材は、共振膜における下部電極が形成された領域の一部と基板との間に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、分離用空洞部を確実に形成することができる。

本発明の音響共振器は、下部電極は、共振膜の少なくとも一方の端部から１μｍ以上離れた位置に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、確実に分離用空洞部を形成することができる。

本発明の音響共振器は、共振用空洞部は、保持部材によって周囲を取り囲まれていることが好ましい。このような構成とすることにより、共振用空洞部が密閉された構造となるため、下部電極の酸化を防止することができるので、信頼性の高い音響共振器を実現できる。

この場合において、共振用空洞部は、内部に不活性ガスが封入されていることが好ましく、また、不活性ガスは、ヘリウムガス又は窒素ガスであることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極の酸化を確実に防止できる。

本発明の音響共振器は、共振用空洞部は、外部と連通していることが好ましく、また、保持部材により３方を取り囲まれていてもよく、保持部材により周囲を取り囲まれており、且つ、共振膜又は基板を貫通し且つ共振用空洞部を外部と連通する貫通孔が形成されてもよい。このような構成とすれば、共振用空洞部内のガスの熱膨張により共振膜が変形して共振周波数がずれることを防止できる。

本発明の音響共振器において、保持部材は導電性材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、電極の引き出しが容易となる。また、導電性材料は、金、スズ、鉛、銀、銅及びシリコンのうちから選択した単体又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層体であることが好ましい。このような材料を用いることにより、共振膜を確実に保持することが可能となる。

本発明の音響共振器は、基板の上面における保持部材が形成されている領域を除く領域に、絶縁膜が形成されていることが好ましい。また、絶縁膜の一部は、共振膜の下面と接していることが好ましい。このような構成とすることにより、共振膜をより確実に保持することができる。

本発明のフィルタは、複数の音響共振器からなるフィルタを対象とし、複数の音響共振器はそれぞれ、圧電膜と、圧電膜の上面及び下面の一部における互いに対向する領域に形成された１対の上部電極及び下部電極を有する共振膜と、共振膜を上面に保持する基板と、基板の上面に形成され且つ共振膜を下面から支える保持部材とを備え、共振膜における上部電極及び下部電極が共に形成された領域の少なくとも一部と基板との間には、共振用空洞部が設けられ、共振膜と基板との間の領域であって、保持部材及び共振用空洞部を除く領域には、分離用空洞部が設けられていることを特徴とする。

本発明のフィルタによれば、共振膜における各下部電極が形成された領域を除く領域の少なくとも一部の下には複数の分離用空洞が設けられており、不要な保持部材がない音響共振器を複数備えているため、各共振器の振動が保持部材を介して他の共振器に伝わることがないので、横方向の音響漏れを防止することができ、その結果、通過帯域幅が広く且つスプリアスが小さいフィルタを実現することが可能となる。

本発明のフィルタにおいて、複数の音響共振器は、一体に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、フィルタを小型化できる。

また、分離用空洞部は、複数の音響共振器のうち隣接する音響共振器の境界部分に設けられていることが好ましい。このようにすれば、フィルタを構成する各音響共振器の間に共振漏れが発生することを確実に防止できる。

本発明のフィルタにおいて、複数の共振用空洞部のうち少なくとも１つは、保持部材により周囲を取り囲まれていることが好ましい。また、複数の共振用空洞部のうち少なくとも１組の隣り合う２つの共振用空洞部が連通されており、隣り合う２つの共振用空洞部は、保持部材により周囲を取り囲まれていることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極の酸化を防止できるので、フィルタの信頼性を向上させることができる。

この場合において、保持部材により周囲を取り囲まれている共振用空洞部は、内部に不活性ガスが封入されていることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極の酸化を確実に防止できる。

本発明のフィルタは、保持部材により周囲を取り囲まれている共振用空洞部を外部と連通させる貫通孔が、基板又は共振膜に設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、空洞部の熱膨張による変形が防止できるので、共振周波数の変動を防止することができる。

本発明のフィルタにおいて、保持部材は、複数の電極形成領域の下にまたがって形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、保持部材の構造を簡略化することができる。

本発明のフィルタにおいて、保持部材は、導電性材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、下部電極の引き出しが容易になる。

本発明のフィルタにおいて、導電性材料は、金、スズ、鉛、銀、銅及びシリコンのうちから選択した単体又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層体であることが好ましい。このような構成とすることにより、共振膜を確実に保持できる保持部材を容易に形成することができる。

本発明のフィルタにおいて、基板の上面における保持部材が形成された領域を除く領域には、絶縁膜が形成されていることが好ましい。また、絶縁膜の少なくとも一部は、共振膜の下面に接していることが好ましい。このような構成とすることにより、共振膜をより確実に保持できる。

本発明の音響共振器及びフィルタによれば、共振周波数と反共振周波数との差が広く且つスプリアスが生じない高性能なバルク音響共振器及びフィルタを実現することができる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る音響共振器の構造を示し、図１（ａ）は平面構造を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図を示す。図１（ｂ）に示すように本実施形態の音響共振器は、共振膜１が保持部材２を介在させてシリコンからなる半導体基板１０の上に保持された構造を有している。

共振膜１は、厚さが０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電（piezoelectric：ＰＺ）膜１５と、それぞれが厚さが０．６μｍのモリブデン（Ｍｏ）からなり、圧電膜１５の上面及び下面の互いに対向する領域にそれぞれ形成された１対の上部電極１７及び下部電極１４によって構成されている。

共振膜１のうち下部電極１４又は上部電極１７が設けられた領域は、圧電膜１５が振動する共振領域２１であり、下部電極１４及び上部電極１７のいずれもが設けられていない領域は圧電膜１５が振動しない非共振領域２２である。

共振領域２１のうち、上部電極１７及び下部電極１４が共に設けられており且つ下側に空洞部１８が設けられた領域は、圧電膜１５に発生した弾性波が共振膜１に閉じ込められる電気的機械的共振部２３を形成している。一方、共振領域２１のうち、電気的機械的共振部２３を除く領域は、保持部材２によって半導体基板１０に保持されており、共振膜１が機械的に振動する機械的共振部２４を形成している。

保持部材２は、厚さが１．０μｍの金（Ａｕ）又はその混合物からなる保持導電膜１２と厚さが０．２μｍのＡｕからなるコンタクト電極１３とが積層された構造を有しており、保持導電膜１２の下面は半導体基板１０の上面と接しており、コンタクト電極１３の上面は下部電極１４と接している。

非共振領域２２の下側には分離用空洞部１９が設けられており、非共振領域２２は半導体基板１０から音響的に絶縁されている。このため、非共振領域２２が共振領域２１と共に振動するいわゆる音響漏れを防ぐことができる。従って不要な振動の発生がなく共振周波数と反共振周波数との差（Δｆ）が広く且つスプリアスの小さい音響共振器を実現することができる。

また、図１（ａ）に示すように保持部材２はロの字型の平面構造を有し、共振用空洞部１８は保持部材２に周囲を取り囲まれているため、共振用空洞部１８は外気から遮断された構造となっている。このため、下部電極１４の露出部分が酸化されることを防止できるので、装置の信頼性が向上する。

以下に、本実施形態に係る音響共振器の製造方法の一例を説明する。図２は本実施形態の音響共振器の各製造工程における断面構造を工程順に示している。図２（ａ）に示すように、酸化膜付きのシリコンからなる半導体基板１０の上に、厚さが１．０μｍの金（Ａｕ）又はその混合物からなる導電膜を蒸着した後、リフトオフすることにより第１の凹部３１、第２の凹部３２Ａ及び第３の凹部３２Ｂを有する保持導電膜１２を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層が形成されている炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる形成用基板１１の上に厚さが０．５μｍのＡｌＮからなる圧電膜１５をエピタキシャル成長させる。

次に、図２（ｃ）に示すように圧電膜１５の上の所定の位置に厚さが０．６μｍのＭｏからなる下部電極１４を既知の方法により形成する。なお、下部電極１４の長さは圧電膜１５の長さより１μｍ以上短くし、第５の凹部３４Ａを確実に形成できるようにすることが好ましい。続いて、厚さが０．２μｍのＡｕを蒸着した後リフトオフすることにより、コンタクト電極１３を形成して、半導体基板１０の上に形成した第１の凹部３１、第２の凹部３２Ａ及び第３の凹部３２Ｂと相対する位置にそれぞれ第４の凹部３３、第５の凹部３４Ａ及び第６の凹部３４Ｂを形成する。

次に、図２（ｄ）に示すように、半導体基板１０の上に形成された保持導電膜１２と形成用基板１１の上に形成されたコンタクト電極１３とが対面するように密着させ、３７５℃の温度で１０分間加熱することにより保持導電膜１２とコンタクト電極１３とを貼り合わせ、保持部材２を形成する。

続いて、図２（ｅ）に示すように既知のレーザリフトオフ法を用いて形成用基板１１を導電膜１５から剥離する。次に既知の方法によりＭｏからなる上部電極１７を圧電膜１５の上に形成することにより、図２（ｆ）に示すような音響共振器が完成する。

このように、貼り合わせとレーザリフトオフ法を用いることにより共振用空洞部１８及び分離用空洞部１９を有する音響共振器を容易に形成することができる。

以上の様にして得られた音響共振器の共振周波数は、約１．９３ＧＨｚであり反共振周波数は約１．９７ＧＨｚであった。分離用空洞部１９を設けずに、圧電膜１５の下面全体に下部電極を設け、電気的機械的共振部２３以外の部分すべてに保持部材を設けた場合と比べて、分離用空洞部１９を設けることによりΔｆを約５％広帯域化することができた。

本実施形態においては、音響共振器の共振周波数を１．９３ＧＨｚとしたが、共振膜１のサイズ及び共振用空洞部１８のサイズを変化させることにより共振周波数が１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚ程度の音響共振器を同様の方法により作成することが可能である。

なお、本実施形態においては、共振用空洞部１８内の雰囲気を特に制御しなかったが、窒素ガス又はヘリウムガス等の不活性ガスを封入することにより、下部電極１４の酸化をより完全に防止することが可能となる。

また、圧電膜１５として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いたが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いてもよい。下部電極１４及び上部電極１７としては、それぞれモリブデンＭｏを用いたが、タングステン（Ｗ）、イリジウム等の音響インピーダンスの高い金属材料や、アルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の低抵抗の材料を用いてもよく、下部電極１４と上部電極１７とを別の材料により形成してもよい。また、金（Ａｕ）等の安定な金属を用いることにより電極の酸化を防止して装置の信頼性を向上することができる。

さらに、保持部材２を形成する保持導電膜１２及びコンタクト電極１３として金（Ａｕ）を用いたが、電気抵抗が低く容易に貼り合わせることができる材料を用いればよく、それぞれを金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はシリコン（Ｓｉ）から選択すればよい。また、これらを含む合金であってもよい。

（第１の実施形態の一変形例）
以下に、第１の実施形態の一変形例について第１の実施形態との差異のみについて説明する。

図３は本変形例に係る音響共振器の断面構造を示しており、図３（ａ）は平面構造を示しており、図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図であり、図３（ｃ
は図３（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線に沿った断面図を示している。図３に示すように本変形例の音響共振器においては、半導体基板１０の上における保持部材２が形成されていない領域に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜３６が形成されている。また、絶縁膜３６の一部は、非共振領域２２における圧電膜１５の下面に接しており、共振膜１を下側から支える構造となっている。

本変形例の音響共振器によれば、保持部材２の他に絶縁膜３６により共振膜１を保持しているため、共振膜１の面積を大きくすることが可能である。また、絶縁膜３６は共振膜１の非共振領域２２の一部のみに接しているため、非共振領域２２に不要な振動が発生することはなく、音響漏れによるΔｆの狭帯域化やスプリアスの発生を防止できる。なお、絶縁膜３６が非共振領域２２と接する領域は非共振領域２２の５０％以下であれば音響漏れを防止することができ、好ましくは３０％以下より好ましくは１０％以下である。

また、絶縁膜３６には酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の他に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施形態に係る音響共振器の構造を示しており、図４（ａ）は平面構造を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿った断面構造を示している。なお、図４において図１と同一の構成要素については同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図４に示すように本実施形態の音響共振器は、保持部材２がコの字型をしており、空洞部１８は保持部材２に取り囲まれておらず一面が開放されている。このように、共振用空洞部１８が外部と連通しているため、空洞部１８に密閉されたガスが熱により膨張して、共振膜１が変形することがないので、熱による共振周波数の変化を防止できる。

本実施形態においては、保持部材２をコの字型とすることにより、空洞部１８を外部と連通させたが、保持部材２を第１の実施形態と同様にロの字型の構造とし、共振膜１又は半導体基板１０に貫通孔を設けることにより、空洞部１８を外部と連通させる構造としてもよい。

また、第１の実施形態の一変形例と同様に、半導体基板１０の上における保持部材２が形成されていない領域に絶縁膜を形成し、非共振領域２２の一部を絶縁膜により支える構造としてもよい。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図を参照して説明する。図５は本発明の第３の実施形態に係るフィルタの構造を示しており、図５（ａ）は平面構造を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面構造を示している。

図５に示すように本実施形態のフィルタは、一体に成形された第１の音響共振器４１Ａと第２の音響共振器４１Ｂとからなる。圧電膜１５を挟んで互いに対向する領域に第１の上部電極１７Ａ及び第１の下部電極１４Ａ並びに第２の上部電極１７Ｂ及び第２の下部電極１４Ｂの２対の電極がそれぞれ形成されており、２つの共振領域を有する共振膜１が形成されている。共振膜１は保持部材２を介在させて半導体基板１０の上に保持されており、第１の音響共振器４１Ａと第２の音響共振器４１Ｂとが形成されている。

フィルタの左右の端部に設けられた分離用空洞部１９により、第１の音響共振器４１Ａと第２の音響共振器４１Ｂとの横方向の音響漏れを防止することができる。また、第１の音響共振器４１Ａと第２の音響共振器４１Ｂとの間に設けられた分離用空洞部１９により、第１の音響共振器４１Ａと第２の音響共振器４１Ｂとの間で相互に振動が伝わることを防止できる。これにより、スプリアスのない広帯域のフィルタが得られる。

本実施形態のフィルタの中心周波数を約２ＧＨｚに合わせた場合について、通過帯域幅を測定したところ、約４０ＭＨｚの帯域幅を示し、分離用空洞部１９を設けない場合に比べ約１０％広帯域化することができた。

なお、本実施形態では第１の下部電極１４Ａと第２の下部電極１４Ｂとの間をまたいで保持部材２が形成されており、保持部材２の形成を簡略化しているが、各々の電極に対して保持部材２を独立に形成してもよい。また、種々のタイプの音響共振器を自由に組み合わせることが可能であり、例えば、図６に示すように第１の実施形態の音響共振器を２つ組み合わせる構成とすれば、第１の共振用空洞部１８Ａ及び第２の共振用空洞部１８Ｂは密閉されているため、第１の下部電極１４Ａ及び第２の下部電極１４Ｂの酸化を防止することができる。

さらに、図７に示すように第２の実施形態の音響共振器を組み合わせてもよい。この場合、分離用空洞部１９の一部にも保持部材を設けることにより、第１の共振用空洞部１８Ａと第２の共振用空洞部１８Ｂが連通され且つ密閉された大きな空洞部を形成することができる。このような大きな空洞部を形成することにより、支持部が少なくなり、チップサイズを低減することができる。また空洞部が密閉されており下部電極の酸化を防止できるため、温度補償性能と信頼性に優れたフィルタが得られる。

また、図８に示すように第２の実施形態の音響共振器を組み合わせた場合には、第１の共振用空洞部１８Ａ及び第２の共振用空洞部１８Ｂ並びに分離用空洞部１９は外部と連通されている。このため、各空洞部が熱膨張により変形して共振周波数がずれることを防止できる。

本実施形態においては、２個の音響共振器からなるフィルタを示したが、３個以上の音響共振器を組み合わせてフィルタを形成してもよい。また、この場合には、任意のタイプの音響共振器を組み合わせることができる。さらに、第１の実施形態の一変形例で示したような、保持部材以外の部分に絶縁膜が設けられた音響共振器を用いてフィルタを形成してもよい。

また、共振用空洞部及び分離用空洞部のうち密閉状態となっている部分にヘリウム又は窒素等の不活性ガスを充填することにより、下部電極の酸化をより確実に防止することができ、信頼性に優れたフィルタを得ることが可能となる。

また、基板又は共振膜の一部に貫通孔を設けることにより、共振要空洞部及び分離用空洞部を外部と連通させれば、密閉された空洞部が熱膨張により変形して共振周波数が変化することを防止できる。

本発明の音響共振器及びフィルタは、共振周波数と反共振周波数との差が広く且つスプリアスが生じない高性能なバルク音響共振器及びフィルタを実現することができるため、電子回路に用いる薄膜バルク音響共振器及びフィルタ等として有用である。

第１の実施形態に係る音響共振器を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図である。 （ａ）から（ｆ）は第１の実施形態に係る音響共振器の各製造工程を工程順に示す断面図である。 第１の実施形態の一変形例に係る音響共振器を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線に沿った断面図である。 第２の実施形態に係る音響共振器を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿った断面図である。第２の実施形態に係る音響共振器を示す断面図である。 第３の実施形態に係るフィルタを示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。 第３の実施形態に係るフィルタの他の例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線に沿った断面図である。 第３の実施形態に係るフィルタの他の例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIIｂ−VIIｂ線に沿った断面図である。 第３の実施形態に係るフィルタの他の例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIIIｂ−VIIIｂ線に沿った断面図である。 第１の従来例に係る音響共振器を示す断面図である。 第２の従来例に係る音響共振器を示す断面図である。 第３の従来例に係る音響共振器を示す断面図である。

符号の説明

１ 共振膜
２ 保持部材
１０ 半導体基板
１１ 形成用基板
１２ 保持導電膜
１３ コンタクト電極
１４ 下部電極
１５ 圧電膜
１７ 上部電極
１８ 共振空洞部
１９ 分離空洞部
２１ 共振領域
２２ 非共振領域
２３ 電気的機械的共振部
２４ 機械的共振部
３１ 第１の空洞部
３２Ａ 第２の空洞部
３２Ｂ 第３の空洞部
３３ 第４の空洞部
３４Ａ 第５の空洞部
３４Ｂ 第６の空洞部
３６ 絶縁膜
４１Ａ 第１の共振器
４１Ｂ 第２の共振器

Claims (26)

1. 圧電膜と、前記圧電膜の上面及び下面の一部における互いに対向する領域に形成された１対の上部電極及び下部電極とを有する共振膜と、
   前記共振膜を上面に保持する基板と、
   前記基板の上面に形成され且つ前記共振膜を下面から支える保持部材とを備え、
   前記共振膜における前記上部電極及び前記下部電極が共に形成された領域の少なくとも一部と前記基板との間には、共振用空洞部が設けられ、
   前記共振膜と前記基板との間の領域であって、前記保持部材及び前記共振用空洞部を除く領域には、分離用空洞部が設けられていることを特徴とする音響共振器。
2. 前記下部電極は、前記圧電膜の中央部分に形成されており、
   前記保持部材は、前記共振膜における前記下部電極が形成された領域の一部と前記基板との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響共振器。
3. 前記下部電極は、前記共振膜の少なくとも一方の端部から１μｍ以上離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の音響共振器。
4. 前記共振用空洞部は、前記保持部材によって周囲を取り囲まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の音響共振器。
5. 前記共振用空洞部は、内部に不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項４に記載の音響共振器。
6. 前記不活性ガスは、ヘリウムガス又は窒素ガスであることを特徴とする請求項５に記載の音響共振器。
7. 前記共振用空洞部は、外部と連通していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の音共振器。
8. 前記共振用空洞部は、前記保持部材によって三方を取り囲まれていることを特徴とする請求項７に記載の音響共振器。
9. 前記共振用空洞部は、前記保持部材によって周囲を取り囲まれており、且つ、
   前記共振膜又は前記基板を貫通し且つ前記共振用空洞部を外部と連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の音響共振器。
10. 前記保持部材は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の音響共振器。
11. 前記導電性材料は、金、スズ、鉛、銀、銅及びシリコンのうちから選択した単体又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層体であることを特徴とする請求項１０に記載の音響共振器。
12. 前記基板の上面における前記保持部材が形成されている領域を除く領域に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の音響共振器。
13. 前記絶縁膜の一部は、前記共振膜の下面と接していることを特徴とする請求項１２に記載の音響共振器。
14. 複数の音響共振器からなるフィルタであって、
    前記複数の音響共振器はそれぞれ、
    圧電膜と、前記圧電膜の上面及び下面の一部における互いに対向する領域に形成された１対の上部電極及び下部電極を有する共振膜と、
    前記共振膜を上面に保持する基板と、
    前記基板の上面に形成され且つ前記共振膜を下面から支える保持部材とを備え、
    前記共振膜における前記上部電極及び前記下部電極が共に形成された領域の少なくとも一部と前記基板との間には、共振用空洞部が設けられ、
    前記共振膜と前記基板との間の領域であって、前記保持部材及び前記共振用空洞部を除く領域には、分離用空洞部が設けられていることを特徴とするフィルタ。
15. 前記複数の音響共振器は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のフィルタ。
16. 前記分離用空洞部は、前記複数の音響共振器のうち隣接する音響共振器の境界部分に設けられていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のフィルタ。
17. 前記複数の共振用空洞部のうち少なくとも１つは、前記保持部材により周囲を取り囲まれていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載のフィルタ。
18. 前記複数の共振用空洞部のうち少なくとも１組の隣り合う２つの共振用空洞部が連通されており、
    前記隣り合う２つの共振用空洞部は、前記保持部材により周囲を取り囲まれていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載のフィルタ。
19. 前記保持部材により周囲を取り囲まれている前記共振用空洞部は、内部に不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のフィルタ。
20. 前記不活性ガスは、ヘリウムガス又は窒素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載のフィルタ。
21. 前記保持部材により周囲を取り囲まれている前記共振用空洞部を外部と連通させる貫通孔が、前記基板又は前記共振膜に設けられていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のフィルタ。
22. 前記保持部材は、前記複数の下部電極の下にまたがって形成されていることを特徴とする請求項１４から２１のいずれか１項に記載のフィルタ。
23. 前記保持部材は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１４から２２のいずれか１項に記載のフィルタ。
24. 前記導電性材料は、金、スズ、鉛、銀、銅及びシリコンのうちから選択した単体又はこれらのうちの少なくとも２つを含む積層体であることを特徴とする請求項２３に記載のフィルタ。
25. 前記基板の上面における前記保持部材が形成された領域を除く領域には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１４から２４のいずれか１項に記載のフィルタ
26. 前記絶縁膜の少なくとも一部は、前記共振膜の下面に接していることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ。

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