JP2006295380A - Piezoelectric thin film resonator and filter - Google Patents

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Tsukasa Funasaka
司 舩坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric thin film resonator and a filter the electromechanical coupling coefficient of which can be increased. <P>SOLUTION: The piezoelectric thin film resonator includes: a first electrode 41 located on a substrate 20; a second electrode 44 opposite to the first electrode 41 and made of Pt and Ti or a compound of Pt and Ti; and a piezoelectric film 43 arranged between the first electrode 41 and the second electrode 44 and being PZT or PZTN or PZNT, so as to enhance the electromechanical coupling coefficient between the first electrode 41 being a background electrode and the piezoelectric film 43. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電薄膜共振子およびフィルタに関する。   The present invention relates to a piezoelectric thin film resonator and a filter.

携帯電話のような移動通信機器の普及により、圧電薄膜共振子の需要が増えてきている。圧電薄膜共振子は、主にＧＨｚ帯で用いられるフィルタおよび共振子として用いられる。
圧電薄膜共振子は、一般に、シリコン基板のような支持基板と、この支持基板上に設けられた電極、圧電薄膜、電極のサンドイッチ構造とを有している。２つの電極に対して電界を与えることにより、圧電薄膜は厚み方向に振動して共振特性を示す。この共振周波数は主に、圧電薄膜などの厚みによって決まる。圧電薄膜共振子をラダー状に接続すると、バンドパスフィルタを作ることができることが知られている。
この種の圧電薄膜共振子は、たとえば特許文献１に開示されている。
特開２００３−２０４２３９号公報（第１頁、図２） With the widespread use of mobile communication devices such as mobile phones, the demand for piezoelectric thin film resonators has increased. Piezoelectric thin film resonators are mainly used as filters and resonators used in the GHz band.
A piezoelectric thin film resonator generally has a support substrate such as a silicon substrate and an electrode, a piezoelectric thin film, and an electrode sandwich structure provided on the support substrate. By applying an electric field to the two electrodes, the piezoelectric thin film vibrates in the thickness direction and exhibits resonance characteristics. This resonance frequency is mainly determined by the thickness of the piezoelectric thin film. It is known that a band-pass filter can be made by connecting piezoelectric thin film resonators in a ladder shape.
This type of piezoelectric thin film resonator is disclosed in, for example, Patent Document 1.
JP 2003-204239 A (first page, FIG. 2)

ところが、特許文献１に示す圧電薄膜共振子では、圧電膜がＺｎＯもしくはＡｌＮにより作られており、第１電極（下電極）はＡｌもしくはＣｕにより作られている。
このために、第１電極、圧電膜および第２電極（上電極）から構成される積層共振体の電気機械結合係数が比較的小さく、より電気機械結合係数を大きくすることができ広帯域化が図れる圧電薄膜共振子およびフィルタの出現が望まれている。
そこで本発明は上記課題を解消し、電気機械結合係数を大きくすることができる圧電薄膜共振子およびフィルタを提供することを目的としている。 However, in the piezoelectric thin film resonator shown in Patent Document 1, the piezoelectric film is made of ZnO or AlN, and the first electrode (lower electrode) is made of Al or Cu.
For this reason, the electromechanical coupling coefficient of the laminated resonator composed of the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode (upper electrode) is relatively small, the electromechanical coupling coefficient can be increased, and a wider band can be achieved. The appearance of piezoelectric thin film resonators and filters is desired.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film resonator and a filter that can solve the above-described problems and increase the electromechanical coupling coefficient.

上記目的は、第１の発明にあっては、基板と、前記基板の上に配置された第１電極と、前記第１電極に対向した第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されておりＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴである圧電膜と、を備えることを特徴とする圧電薄膜共振子により、達成される。
第１の発明の構成によれば、第１電極は基板の上に配置されている。第２電極は、第１電極に対向している。圧電膜は、第１電極と第２電極の間に配置されており、ＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴにより作られている。
これにより、圧電膜と第１電極との間における電気機械結合係数を大きくでき、広帯域化を図ることができる。 In the first invention, the object is to provide a substrate, a first electrode disposed on the substrate, a second electrode facing the first electrode, the first electrode, and the second electrode. And a piezoelectric film that is PZT, PZTN, or PZNT, and is achieved by a piezoelectric thin film resonator.
According to the configuration of the first invention, the first electrode is disposed on the substrate. The second electrode is opposed to the first electrode. The piezoelectric film is disposed between the first electrode and the second electrode, and is made of PZT, PZTN, or PZNT.
As a result, the electromechanical coupling coefficient between the piezoelectric film and the first electrode can be increased, and a wider band can be achieved.

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記第１電極と前記圧電膜および前記第２電極からなる積層共振体が、前記基板の上に複数層重ねて形成されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、第１電極と圧電膜および第２電極からなる積層共振体が、基板の上に複数層重ねて形成されている。
これにより、圧電薄膜共振子は、フィルタを構成することができる。 According to a second aspect of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention, a laminated resonator including the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode is formed on the substrate so as to overlap a plurality of layers. And
According to the configuration of the second invention, the laminated resonator including the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode is formed on the substrate so as to be stacked in a plurality of layers.
Thereby, the piezoelectric thin film resonator can constitute a filter.

第３の発明は、第１の発明の構成において、前記第１電極と前記基板の間には、温度補正膜が配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、第１電極と基板の間には、温度補正膜が配置されている。
これにより、温度補正膜を配置することにより、温度上昇しても、周波数の低下を防ぐことができる。 According to a third invention, in the configuration of the first invention, a temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate.
According to the configuration of the third invention, the temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate.
Thereby, by arranging the temperature correction film, it is possible to prevent a decrease in frequency even if the temperature rises.

第４の発明は、第２の発明の構成において、前記第１電極と前記基板の間および各前記積層共振体の間には、温度補正膜が配置されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、第１電極と基板の間と、積層共振体の間にそれぞれ温度補正膜が配置されているので、温度上昇しても、周波数の低下を防ぐことができる。
第５の発明は、第３の発明または第４の発明において、温度補正膜をＳｉＯ２膜にすることにより、正の温度特性を持つ他の材料に対して負の温度特性を持つＳｉＯ２により良い温度特性を得ることができる。 A fourth invention is characterized in that, in the configuration of the second invention, a temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate and between each laminated resonator.
According to the configuration of the fourth invention, since the temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate and between the laminated resonators, it is possible to prevent a decrease in frequency even if the temperature rises. .
A fifth invention, in the third invention or the fourth invention, by the temperature correction film to the SiO 2 film, the SiO 2 having a negative temperature characteristic with respect to other materials with a positive temperature characteristic Good temperature characteristics can be obtained.

上記目的は、第６の発明にあっては、基板と、前記基板の上に配置されたＰｔとＴｉ、またはＰｔとＴｉの化合物、からなる第１電極と、前記第１電極に対向している第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されておりＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴである圧電膜と、を備え、前記第１電極と前記圧電膜と前記第２電極からなる複数の積層共振体が、前記基板に対してラダー型に配列されたことを特徴とするラダー型フィルターにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、第１電極はＰｔとＴｉ、またはＰｔとＴｉの化合物からなっており基板の上に配置されている。第２電極は、第１電極に対向している。圧電膜は、第１電極と第２電極の間に配置されており、ＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴにより作られている。
これにより、圧電膜と第１電極との間における電気機械結合係数を大きくでき、広帯域化を図ることができる。
第１電極と圧電膜および第２電極からなる複数の積層共振体が、ラダー型に配列されることにより、電気機械結合係数が大きく広帯域化されたラダー型のフィルターを得ることができる。 In the sixth aspect of the invention, the object is as follows: a substrate, a first electrode made of Pt and Ti or a compound of Pt and Ti disposed on the substrate, and facing the first electrode. A second electrode, and a piezoelectric film that is disposed between the first electrode and the second electrode and is PZT, PZTN, or PZNT, and includes the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode. This is achieved by a ladder type filter characterized in that a plurality of laminated resonators are arranged in a ladder type with respect to the substrate.
According to the configuration of the sixth invention, the first electrode is made of Pt and Ti or a compound of Pt and Ti and is disposed on the substrate. The second electrode is opposed to the first electrode. The piezoelectric film is disposed between the first electrode and the second electrode, and is made of PZT, PZTN, or PZNT.
As a result, the electromechanical coupling coefficient between the piezoelectric film and the first electrode can be increased, and a wider band can be achieved.
By arranging a plurality of laminated resonators composed of the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode in a ladder type, a ladder type filter having a large electromechanical coupling coefficient and a wide band can be obtained.

以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の圧電薄膜共振子の好ましい実施形態を示す断面図である。図２は、図１のＥ方向から見た圧電薄膜共振子１０の平面図である。
図１と図２における圧電薄膜共振子１０は、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：薄膜バルク音響共振子）構造のものである。圧電薄膜共振子１０は、基板２０、温度補正膜３０および積層共振体４０を有している。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the piezoelectric thin film resonator of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric thin film resonator 10 viewed from the direction E of FIG.
The piezoelectric thin film resonator 10 in FIGS. 1 and 2 has an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) structure. The piezoelectric thin film resonator 10 includes a substrate 20, a temperature correction film 30, and a laminated resonator 40.

基板２０は、たとえば（１１０）カットのシリコン基板あるいは（１００）カットのシリコン基板を使用することができる。しかしこの基板２０の材質はシリコンに限らず他の材質を用いることも可能である。温度補正膜３０は、圧電薄膜共振子１０における温度の変化による共振周波数の低下を防ぐためのものである。、この温度補正膜３０は、たとえばＳｉＯ２により作られていて、基板２０の一方の面２１側に形成されている。
基板２０は、開口部２３を有している。この開口部２３は、空洞とも呼ぶことができ、積層共振体４０に対応する位置において形成されている。開口部２３は、図１に示すように一方の面２１側から形成された底を有する穴、もしくは基板２０の厚み方向であるＺ方向に関して貫通した貫通孔であっても勿論構わない。 As the substrate 20, for example, a (110) cut silicon substrate or a (100) cut silicon substrate can be used. However, the material of the substrate 20 is not limited to silicon, and other materials can be used. The temperature correction film 30 is for preventing a decrease in resonance frequency due to a temperature change in the piezoelectric thin film resonator 10. The temperature correction film 30 is made of, for example, SiO 2 and is formed on the one surface 21 side of the substrate 20.
The substrate 20 has an opening 23. The opening 23 can also be referred to as a cavity, and is formed at a position corresponding to the laminated resonator 40. The opening 23 may of course be a hole having a bottom formed from one surface 21 as shown in FIG. 1 or a through-hole penetrating in the Z direction, which is the thickness direction of the substrate 20.

積層共振体４０は、温度補正膜３０の上に配置されている。積層共振体４０は、下電極４１、圧電膜４３および上電極４４を積層して形成したものである。
下電極４１は、第１電極とも呼ぶことができ、上電極４４は第２電極と呼ぶことができる。下電極４１は、温度補正膜３０の上に形成されている。下電極４１の端部には電極のパッド４５を有している。上電極４４は、下電極４１の上方において、対向して配置されている。上電極４４は、端部に電極パッド４６を有している。
圧電膜４３は、下電極４１と上電極４４の間に形成されている。 The laminated resonator 40 is disposed on the temperature correction film 30. The laminated resonator 40 is formed by laminating a lower electrode 41, a piezoelectric film 43 and an upper electrode 44.
The lower electrode 41 can also be called a first electrode, and the upper electrode 44 can be called a second electrode. The lower electrode 41 is formed on the temperature correction film 30. An electrode pad 45 is provided at the end of the lower electrode 41. The upper electrode 44 is disposed above the lower electrode 41 so as to face each other. The upper electrode 44 has an electrode pad 46 at the end.
The piezoelectric film 43 is formed between the lower electrode 41 and the upper electrode 44.

下電極４１と上電極４４および圧電膜４３の材質の例について説明する。
下電極４１は、図１に示すように第１層５１と第２層５２を有している。第１層５１は、たとえばＴｉにより形成されており、第２層５２は、たとえばＰｔにより形成されている。図２のパッド４５は、第１層５１の端部に形成されている。
図１の例では、下電極４１の第１層５１と第２層５２がＰｔ＋Ｔｉにより構成されているが、これに限らずたとえば第１層５１は、Ｔｉの化合物であり、第２層５２はＰｔであっても良い。Ｔｉの化合物としては、ＴｉＯ２，ＴｉＮ，ＴｉＷなどを採用することができる。
圧電膜４３は、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛の固溶体（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ））Ｏ３：ＰＺＴ、あるいは亜鉛・ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３：ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３：ＰＴ）との固溶体（ＰＺＴＮ；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｎｂ２Ｏ８あるいはＰＺＮＴ；Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）ＸＴｉ（１−Ｘ）Ｏ３）のいずれかにより作ることができる。 Examples of materials of the lower electrode 41, the upper electrode 44, and the piezoelectric film 43 will be described.
The lower electrode 41 has a first layer 51 and a second layer 52 as shown in FIG. The first layer 51 is made of, for example, Ti, and the second layer 52 is made of, for example, Pt. The pad 45 in FIG. 2 is formed at the end of the first layer 51.
In the example of FIG. 1, the first layer 51 and the second layer 52 of the lower electrode 41 are made of Pt + Ti. However, the present invention is not limited to this. For example, the first layer 51 is a Ti compound, and the second layer 52 is Pt may be used. As the Ti compound, TiO 2 , TiN, TiW, or the like can be employed.
The piezoelectric film 43 is a solid solution of lead zirconate and lead titanate (Pb (Zr, Ti)) O 3 : PZT, or zinc / lead niobate (Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 : PZN). And solid solution of lead titanate (PbTiO 3 : PT) (PZTN; Pb (Zr, Ti) Nb 2 O 8 or PZNT; Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) X Ti (1-X) O 3 ) Can be made by either

第２電極である上電極４４は、導電性を有している金属であるが特に限定されるものではない。上電極４４は、たとえばＡｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａなどの材質を採用することができる。図２に示すように、下電極４１の第１層５１と第２層５２は、たとえば円形状の部分６１を有している。上電極４４は、部分６１に対応するような円形状の部分６２を有している。圧電膜４３は、たとえば上電極４４の部分６２と下電極４１の部分６１の間に挟まれるたとえば円盤状の部材である。   The upper electrode 44 as the second electrode is a metal having conductivity, but is not particularly limited. For the upper electrode 44, for example, a material such as Al, Mo, Ti, Pt, Au, W, and Ta can be employed. As shown in FIG. 2, the first layer 51 and the second layer 52 of the lower electrode 41 have, for example, a circular portion 61. The upper electrode 44 has a circular portion 62 corresponding to the portion 61. The piezoelectric film 43 is, for example, a disk-shaped member sandwiched between the portion 62 of the upper electrode 44 and the portion 61 of the lower electrode 41.

基板２０の開口部２３は、積層共振体４０に対応する位置に形成されている。
上電極４４の上には、ＳｉＯなどにより作られた被覆膜６５が形成されている。このように被覆膜６５により上電極４１が被覆されていることにより、上電極４４を保護することができる。 The opening 23 of the substrate 20 is formed at a position corresponding to the laminated resonator 40.
A coating film 65 made of SiO or the like is formed on the upper electrode 44. Thus, the upper electrode 41 can be protected by covering the upper electrode 41 with the coating film 65.

図１に示す温度補正膜３０は、たとえばＳｉＯ２により作られており、絶縁膜の機能も有しているが、この温度補正膜３０の厚みｄ１と、下電極４１、圧電膜４３および上電極４４を含めた厚みとの比は、たとえば１：０．７ないし１．３に設定するのが望ましい。
この比が１：０．７ないし１．３であると、周波数についての温度特性が良好である。 The temperature correction film 30 shown in FIG. 1 is made of, for example, SiO 2 and has an insulating film function. The thickness d 1 of the temperature correction film 30, the lower electrode 41, the piezoelectric film 43, and the upper electrode The ratio with the thickness including 44 is preferably set to 1: 0.7 to 1.3, for example.
When this ratio is 1: 0.7 to 1.3, the temperature characteristic with respect to the frequency is good.

図１と図２の例では、開口部２３は、略積層共振体４０の圧電膜４３の直径に対応する大きさを有している。つまり開口部２３を形成する内壁２３Ａ，２３Ａは、上電極４４と下電極４１の配列方向（長手方向Ｘ）に対して略直交する方向に形成されているが、この内壁２３Ａは、略上電極４４の外周面に対応する位置に形成されている。開口部２３は基板２０に対してエッチング処理を行うことにより作られている。上電極４４と下電極４１の長手方向は、図２においてＸ方向に沿って逆方向に形成されている。
パッド４５，４６に対して電界を抑えることにより、圧電薄膜共振子１０は、たとえばＧＨｚ帯において用いることができ、圧電膜４３はその厚み方向（Ｚ方向）に振動して共振特性を示す。その共振周波数は、主に構成する圧電膜４３の厚みによって決まる。 In the example of FIGS. 1 and 2, the opening 23 has a size corresponding to the diameter of the piezoelectric film 43 of the multilayer resonator 40. That is, the inner walls 23A and 23A forming the opening 23 are formed in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction (longitudinal direction X) of the upper electrode 44 and the lower electrode 41. The inner wall 23A is substantially the upper electrode. It is formed at a position corresponding to the outer peripheral surface of 44. The opening 23 is made by performing an etching process on the substrate 20. The longitudinal direction of the upper electrode 44 and the lower electrode 41 is formed in the opposite direction along the X direction in FIG.
By suppressing the electric field with respect to the pads 45 and 46, the piezoelectric thin film resonator 10 can be used in the GHz band, for example, and the piezoelectric film 43 vibrates in its thickness direction (Z direction) and exhibits resonance characteristics. The resonance frequency is determined mainly by the thickness of the piezoelectric film 43 that constitutes the resonance frequency.

図３と図４は、本発明の別の実施形態を示している。
図３と図４の実施形態が図１と図２の実施形態と異なるのは、図３と図４に示す開口部１２３の大きさである。図３と図４の実施形態のその他の構成要素は、図１と図２に示す実施形態の対応する構成要素と略同じであるので、同一の符号を記してその説明を用いることにする。
図３と図４に示すように開口部１２３の外壁１２３Ａ，１２３Ａは、Ｘ方向に沿ってより外側に配置されている。これにより、下電極４１と上電極４４の部分７１，７２が開口部１２３内にそれぞれ浮いた状態になっているので、下電極４１と上電極４４に対して生じる応力を小さくすることができる。 3 and 4 show another embodiment of the present invention.
The embodiment of FIGS. 3 and 4 differs from the embodiment of FIGS. 1 and 2 in the size of the opening 123 shown in FIGS. The other components of the embodiment of FIGS. 3 and 4 are substantially the same as the corresponding components of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, so the same reference numerals are used to describe them.
As shown in FIGS. 3 and 4, the outer walls 123 </ b> A and 123 </ b> A of the opening 123 are arranged on the outer side along the X direction. As a result, the portions 71 and 72 of the lower electrode 41 and the upper electrode 44 are in a state of floating in the opening 123, respectively, so that the stress generated on the lower electrode 41 and the upper electrode 44 can be reduced.

図５は、図３と図４に示す圧電薄膜共振子１０の周波数特性の例を示している。
図６は、本発明の別の実施形態を示しているが、図６に示すラダー型フィルタ１００は、バンドパスフィルタとも呼んでおり、このラダー型フィルタ１００は、たとえば図１あるいは図３に示すような圧電薄膜共振子１０をラダー型に複数固配列して形成したものである。 FIG. 5 shows an example of frequency characteristics of the piezoelectric thin film resonator 10 shown in FIGS.
6 shows another embodiment of the present invention, the ladder filter 100 shown in FIG. 6 is also called a bandpass filter, and the ladder filter 100 is shown in FIG. 1 or FIG. 3, for example. A plurality of such piezoelectric thin film resonators 10 are arranged in a ladder shape.

図７は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、図７に示す圧電薄膜共振子１０は、基板２０と温度補正膜３０の他に、複数の積層共振体４０を有しているのが特徴的である。図７では２つの積層共振体４０，４０が積層して示されており、積層共振体４０，４０の間には別の温度補正膜１３０が配置されている。   FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention. The piezoelectric thin film resonator 10 shown in FIG. 7 has a plurality of laminated resonators 40 in addition to the substrate 20 and the temperature correction film 30. Is characteristic. In FIG. 7, two stacked resonators 40 and 40 are shown stacked, and another temperature correction film 130 is disposed between the stacked resonators 40 and 40.

下側の積層共振体４０は、温度補正膜３０の上に直接設けられている。積層共振体４０は、下電極４１、圧電膜４３および上電極４４を有している。同様にして上側の積層共振体４０は、下電極４１Ａ、圧電膜４３Ａおよび上電極４４Ａを有している。
下電極４１，４１Ａは、たとえばＰｔ／Ｔｉにより作られている。上電極４４，４４Ａも同様にしてたとえばＰｔ／Ｔｉにより作られている。圧電膜４３，４３Ａは、たとえばＰＺＴにより作られている。
積層共振体４０の下電極４１Ａと、下側の積層共振体４０の上電極４４の間には、温度補正膜１３０が形成されている。温度補正膜１３０は、たとえばＳｉＯ２である。この温度補正膜１３０は、絶縁膜の機能も有しているが、温度補正膜１３０は、下側の温度補正膜３０と同様にして圧電薄膜共振子１０の温度変化による周波数低下を防ぐことができる。 The lower laminated resonator 40 is directly provided on the temperature correction film 30. The laminated resonator 40 includes a lower electrode 41, a piezoelectric film 43, and an upper electrode 44. Similarly, the upper laminated resonator 40 includes a lower electrode 41A, a piezoelectric film 43A, and an upper electrode 44A.
The lower electrodes 41 and 41A are made of, for example, Pt / Ti. Similarly, the upper electrodes 44 and 44A are made of, for example, Pt / Ti. The piezoelectric films 43 and 43A are made of, for example, PZT.
A temperature correction film 130 is formed between the lower electrode 41A of the multilayer resonator 40 and the upper electrode 44 of the lower multilayer resonator 40. The temperature correction film 130 is, for example, SiO 2 . The temperature correction film 130 also has a function of an insulating film. However, the temperature correction film 130 can prevent a frequency drop due to a temperature change of the piezoelectric thin film resonator 10 in the same manner as the temperature correction film 30 on the lower side. it can.

図８は、図７におけるＧ方向から見た圧電薄膜共振子１０の平面図である。上電極４４Ａはパッド４９を有している。下電極４１Ａはパッド４８を有している。上電極４４Ａと下電極４１Ａは、ともに入力端子ＩＮ１，ＩＮ２である。
これに対して、下側の積層共振体４０の上電極４４はパッド５３を有しており、下電極４１はパッド５１を有している。上電極４４と下電極４１は、ともに出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２である。
上電極４４，４４Ａと下電極４１，４１Ａに対して電界を与えることにより、圧電薄膜共振子１０は共振をする。これによって、たとえば図９に示すようなフィルタ特性を得ることができる。
図７におけるＰｔ／Ｔｉ・ＳｉＯ２・Ｐｔ／Ｔｉ（上電極４４・温度補正膜１３０・下電極４１Ａ）からなる中間層９９の膜厚を変えることにより、フィルタの周波数帯域を変えることができる。 FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric thin film resonator 10 viewed from the G direction in FIG. The upper electrode 44 </ b> A has a pad 49. The lower electrode 41 </ b> A has a pad 48. Both the upper electrode 44A and the lower electrode 41A are input terminals IN1 and IN2.
On the other hand, the upper electrode 44 of the lower stacked resonator 40 has a pad 53, and the lower electrode 41 has a pad 51. Both the upper electrode 44 and the lower electrode 41 are output terminals OUT1 and OUT2.
The piezoelectric thin film resonator 10 resonates by applying an electric field to the upper electrodes 44 and 44A and the lower electrodes 41 and 41A. Thereby, for example, filter characteristics as shown in FIG. 9 can be obtained.
The frequency band of the filter can be changed by changing the film thickness of the intermediate layer 99 made of Pt / Ti · SiO 2 · Pt / Ti (upper electrode 44, temperature correction film 130, lower electrode 41A) in FIG.

これまで説明した圧電薄膜共振子１０は、いわゆるＦＢＡＲ構造のものである。
しかし、図１０に示す圧電薄膜共振子２００は、ＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：薄膜音響多層膜共振子）である。
図１０の圧電薄膜共振子２００は、基板２２０、温度補正膜２３０、ミラー層２７０、そして別の温度補正膜３０と積層共振体４０を有している。基板２２０の上には温度補正膜２３０を介してミラー層２７０が形成されている。
このミラー層２７０の上には、さらに別の温度補正膜２３０を介してミラー層２７０が形成されている。一番上の段のミラー層２７０の上には別の温度補正膜３０が形成されている。この温度補正膜３０上には、積層共振体４０が配置されている。積層共振体４０は、下電極４１、圧電膜４３および上電極４４を有している。下電極４１と上電極４４は、たとえばＰｔ／Ｔｉにより作られている。圧電膜４３はＰＺＴである。下電極４１は第１電極であり、上電極４４は第２電極である。 The piezoelectric thin film resonator 10 described so far has a so-called FBAR structure.
However, the piezoelectric thin film resonator 200 shown in FIG. 10 is an SMR (Solidly Mounted Resonator).
10 includes a substrate 220, a temperature correction film 230, a mirror layer 270, another temperature correction film 30, and a laminated resonator 40. A mirror layer 270 is formed on the substrate 220 via a temperature correction film 230.
On this mirror layer 270, the mirror layer 270 is formed via another temperature correction film 230. Another temperature correction film 30 is formed on the uppermost mirror layer 270. A laminated resonator 40 is disposed on the temperature correction film 30. The laminated resonator 40 includes a lower electrode 41, a piezoelectric film 43, and an upper electrode 44. The lower electrode 41 and the upper electrode 44 are made of, for example, Pt / Ti. The piezoelectric film 43 is PZT. The lower electrode 41 is a first electrode, and the upper electrode 44 is a second electrode.

図１０に示すようなＳＭＲ型の圧電薄膜共振子１０では、ミラー層を用いるために、ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振子に比べて開口部を形成する必要はない。いずれにしても基板２２０と積層共振体１０の間には、多層もしくは複数層のミラー層が必要である。図１０に示すような圧電薄膜共振子２００においても、下電極４１と圧電膜４３の電気機械結合係数が大きくすることができる。   In the SMR type piezoelectric thin film resonator 10 as shown in FIG. 10, since a mirror layer is used, it is not necessary to form an opening as compared with the FBAR type piezoelectric thin film resonator. In any case, a multilayer or a plurality of mirror layers are required between the substrate 220 and the laminated resonator 10. Also in the piezoelectric thin film resonator 200 as shown in FIG. 10, the electromechanical coupling coefficient between the lower electrode 41 and the piezoelectric film 43 can be increased.

上述した実施形態では、圧電膜４３の材質としてＰＺＴを用いているが、このＰＺＴに代えて、たとえば亜鉛・ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３：ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３：ＰＴ）との固溶体単結晶（ＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴ）を用いても勿論構わない。
下電極４１と圧電膜４３の電気機械結合係数を高めることにより、圧電膜としてＡｌＮあるいはＺｎＯを使用し、下電極としてＡｌもしくはＣｕを使用するのに比べて、電気機械結合係数の大きい圧電薄膜共振子とフィルタが得られ、広帯域のフィルタを得ることができる。 In the embodiment described above, PZT is used as the material of the piezoelectric film 43. Instead of this PZT, for example, zinc niobate (Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 : PZN) and titanium are used. Of course, a solid solution single crystal (PZTN or PZNT) with lead acid (PbTiO 3 : PT) may be used.
By increasing the electromechanical coupling coefficient between the lower electrode 41 and the piezoelectric film 43, a piezoelectric thin film resonance having a larger electromechanical coupling coefficient than using AlN or ZnO as the piezoelectric film and using Al or Cu as the lower electrode. A child and a filter are obtained, and a broadband filter can be obtained.

図１と図３の圧電薄膜共振子を得る場合に、開口部を形成するために、基板に対してドライエッチングまたはウェットエッチングを施す。
図示の各実施形態において、電極の材質としてＰｔ／Ｔｉに代えて、Ｐｔ／Ｔｉの化合物を使用することも勿論可能である。
本発明の圧電薄膜共振子は、たとえばデュプレクサーあるいはインクジェットヘッドの振動子として用いることが可能である。
また図７において、複数の積層共振体４０の数は、２つに限らず３つ以上であっても勿論構わない。 When the piezoelectric thin film resonator shown in FIGS. 1 and 3 is obtained, dry etching or wet etching is performed on the substrate in order to form the opening.
In the illustrated embodiments, it is of course possible to use a Pt / Ti compound as the electrode material instead of Pt / Ti.
The piezoelectric thin film resonator of the present invention can be used as a vibrator of a duplexer or an ink jet head, for example.
In FIG. 7, the number of the laminated resonators 40 is not limited to two and may be three or more.

本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
A part of each configuration of the above embodiment can be omitted, or can be arbitrarily combined so as to be different from the above.

本発明の圧電薄膜共振子の好ましい実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows preferable embodiment of the piezoelectric thin film resonator of this invention. 図１のＥ方向から見た圧電薄膜共振子の平面図。FIG. 2 is a plan view of a piezoelectric thin film resonator viewed from the direction E in FIG. 1. 本発明の圧電薄膜共振子の別の実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows another embodiment of the piezoelectric thin film resonator of this invention. 図３のＦ方向から見た圧電薄膜共振子の平面図。FIG. 4 is a plan view of a piezoelectric thin film resonator viewed from the direction F in FIG. 3. 図３と図４の実施形態における周波数特性の例を示す図。The figure which shows the example of the frequency characteristic in embodiment of FIG. 3 and FIG. 本発明の圧電薄膜共振子により作られたラダー型フィルタの例を示す平面図。The top view which shows the example of the ladder type filter made with the piezoelectric thin film resonator of this invention. 本発明の圧電薄膜共振子のさらに別の実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows another embodiment of the piezoelectric thin film resonator of this invention. 図７のＧ方向から見た平面図。The top view seen from the G direction of FIG. 図７と図８に示す圧電薄膜共振子のフィルタ特性の例を示す図。The figure which shows the example of the filter characteristic of the piezoelectric thin film resonator shown to FIG. 7 and FIG. 本発明のさらに別の実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０・・・圧電薄膜共振子、２０・・・基板、２３・・・開口部、３０・・・温度補正膜、４０・・・積層共振体、４１・・・下電極（第１電極）、４３・・・圧電膜、４４・・・上電極（第２電極）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric thin film resonator, 20 ... Board | substrate, 23 ... Opening part, 30 ... Temperature correction film | membrane, 40 ... Laminated resonator, 41 ... Lower electrode (1st electrode), 43 ... piezoelectric film, 44 ... upper electrode (second electrode)

Claims (6)

基板と、
前記基板の上に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向した第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に配置されておりＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴである圧電膜と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜共振子。 A substrate,
A first electrode disposed on the substrate;
A second electrode facing the first electrode;
A piezoelectric film that is disposed between the first electrode and the second electrode and is PZT, PZTN, or PZNT;
A piezoelectric thin film resonator comprising: 前記第１電極と前記圧電膜および前記第２電極からなる積層共振体が、前記基板の上に複数層重ねて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜共振子。   2. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein a multilayer resonator including the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode is formed on the substrate in a plurality of layers. 前記第１電極と前記基板の間には、温度補正膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜共振子。   The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein a temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate. 前記第１電極と前記基板の間および各前記積層共振体の間には、温度補正膜が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電薄膜共振子。   3. The piezoelectric thin film resonator according to claim 2, wherein a temperature correction film is disposed between the first electrode and the substrate and between the stacked resonators. 前記温度補正膜はＳｉＯ２（二酸化ケイ素）を主成分とするものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧電薄膜共振子。 5. The piezoelectric thin film resonator according to claim 3, wherein the temperature correction film includes SiO 2 (silicon dioxide) as a main component. 基板と、
前記基板の上に配置されたＰｔとＴｉ、またはＰｔとＴｉの化合物、からなる第１電極と、
前記第１電極に対向している第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に配置されておりＰＺＴまたはＰＺＴＮあるいはＰＺＮＴである圧電膜と、
を備え、前記第１電極と前記圧電膜と前記第２電極からなる複数の積層共振体が、前記基板に対してラダー型に配列されたことを特徴とするラダー型フィルター。 A substrate,
A first electrode made of Pt and Ti or a compound of Pt and Ti disposed on the substrate;
A second electrode facing the first electrode;
A piezoelectric film that is disposed between the first electrode and the second electrode and is PZT, PZTN, or PZNT;
And a plurality of laminated resonators composed of the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode are arranged in a ladder shape with respect to the substrate.
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