JP2008172494A - 圧電薄膜共振器、弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法。 - Google Patents
圧電薄膜共振器、弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】短い製造工程で同一基板上に形成可能なそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器からなる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、基板１１と、基板１１上に設けられた下部電極１０と、下部電極１０上に設けられた圧電膜１２と、圧電膜１２を挟み下部電極１０と対向する共振部１６を有するように圧電膜１２上に設けられた上部電極１４と、上部電極１４上に設けられた質量負荷膜１８と、を有し、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さい圧電薄膜共振器を具備する弾性波デバイスである。
【選択図】 図４
【解決手段】本発明は、基板１１と、基板１１上に設けられた下部電極１０と、下部電極１０上に設けられた圧電膜１２と、圧電膜１２を挟み下部電極１０と対向する共振部１６を有するように圧電膜１２上に設けられた上部電極１４と、上部電極１４上に設けられた質量負荷膜１８と、を有し、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さい圧電薄膜共振器を具備する弾性波デバイスである。
【選択図】 図４
Description
本発明は、圧電薄膜共振器、弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法に関し、より詳細には、共振周波数の異なる圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法に関する。
携帯電話等の移動体通信網の急速な発展に伴い、小型で軽量な共振器およびこれを組み合わせて構成されたフィルタの需要が増大している。これまでは、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタが主として使用されてきたが、最近では、特に高周波数特性が良好でかつ小型化、モノリシック化が可能な圧電薄膜共振器およびこれを用いたフィルタが注目されている。
このような圧電薄膜共振器として、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic resonator）タイプの共振器とＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）タイプの共振器とが知られている。ＦＢＡＲタイプの共振器は、基板上に上部電極と圧電膜と下部電極との積層構造部を有し、上部電極と対向する下部電極の真下に弾性エネルギーを閉じ込めるための空隙（キャビティ）が設けられている。なお、この空隙は基板裏面からエッチングなどの手法により形成される。一方、ＳＭＲタイプの共振器は、上記の空隙に代えて、音響インピーダンスの高い膜と低い膜をλ／４（ここでλは弾性波の波長）の膜厚で交互に積層させて音響積層膜とした構造の圧電薄膜共振器である。
上部電極と下部電極との間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極とに挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって励振される弾性波や圧電効果に起因する歪みによって生じる弾性波が発生する。そして、これらの弾性波が電気信号に変換される。このような弾性波は、上部電極と下部電極とがそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向に主変位をもつ縦振動波となる。この素子構造では、共振周波数ｆｒは基本的には圧電膜の厚さｈで決まり、ｆｒ＝ｎＶ／ｈ（ｎは奇数の整数、Ｖは圧電膜の音速）で表せる。しかしながら、高周波で用いられる場合は下部電極や上部電極（下部電極や上部電極に設けられた質量負荷膜を含む）の厚さや重さ等が無視出来なくなる。この場合は、圧電膜、下部電極および上部電極の厚さや重さ等により共振周波数ｆｒが決まる。このことから、圧電膜、下部電極および上部電極からなる積層構造部の厚さや重さ等を制御する事で共振周波数を制御でき、所望の周波数特性を有する圧電薄膜共振器を得ることが出来る。
上部電極または下部電極として、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）などの金属材料あるいはこれらの金属を組み合わせた積層材料を用いることができる。また、圧電膜として、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン亜鉛）、ＰｂＴｉＯ３（チタン酸鉛）などを用いることができる。基板としては、Ｓｉ（シリコン）、ガラス、ＧａＡｓ（砒化ガリウム）などを用いることができる。
圧電薄膜共振器を用いたフィルタとして、ラダー型フィルタがよく知られている。ラダー型フィルタは圧電薄膜共振器を直列腕と並列腕とに梯子状に複数個配置した構造をしている。ラダー型フィルタにおいて、直列腕と並列腕とに梯子状に組む段数や直列腕および並列腕を構成する圧電薄膜共振器の容量比を変えるだけで、挿入損失や帯域外抑圧度等を容易に制御することができ、かつ、設計手順も簡便なためよく用いられている。また、同様な設計手法のラティス型フィルタも知られている。
直列腕を構成する圧電薄膜共振器の共振周波数と並列腕を構成する圧電薄膜共振器の共振周波数とは異なり、直列腕の圧電薄膜共振器の共振周波数は並列腕の圧電薄膜共振器の共振周波数より高くする必要がある。この周波数差を形成するため従来から様々な方法が考えだされている。なお、圧電薄膜共振器の共振周波数が積層構造部の質量に反比例することは知られている。すなわち、積層構造部の質量が重くなれば共振周波数は低周波数側にシフトし、積層構造部の質量が軽くなれば共振周波数は高周波数側にシフトする。
例えば、特許文献１に、共振部の上部電極上に質量負荷膜を設け、質量負荷膜の膜厚を変えることにより、積層構造部の質量を変えて共振周波数を制御する技術が開示されている。
例えば、特許文献２から５に、下部電極、圧電膜および上部電極のそれぞれに質量負荷や質量削減を行うことで積層構造部の質量を変えて共振周波数を制御する技術が開示されている。
特開２００５−２８６９４５号公報
特開２００２−２９９９７９号公報
特開２００２−２９９９８０号公報
特開２００２−３３５１４１号公報
特開２００２−３４４２７０号公報
ラダー型フィルタおよびラティス型フィルタにおいて、２種類の共振周波数の圧電薄膜共振器を具備すれば、バンドパスフィルタを実現することができる。しかし、フィルタの特性向上のためには圧電薄膜共振器の中心周波数も１つの設計パラメータとできれば設計自由度が広がる。また、１チップ上に共振周波数の異なる複数のバンドパスフィルタを形成しようとした場合、４種類以上の共振周波数の圧電薄膜共振器が同一チップ内に必要となる。
例えば、特許文献１に係る圧電薄膜共振器は同一基板もしくは同一チップ上に２種類の共振周波数からなる圧電薄膜共振器をそれぞれ同時に形成することができる。しかしながら、同一基板上に３種類の共振周波数からなる圧電薄膜共振器をそれぞれ形成するには、質量負荷膜の形成工程を２回行わなければならない。つまり、ｎ種類の共振周波数からなる圧電薄膜共振器を同一基板もしくは同一チップ上にそれぞれ形成するには（ｎ−１）回の質量負荷膜の形成工程が必要となる。したがって、製造工程数が非常に多くなり煩雑化する上、製造コストも上昇してしまうという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、短い製造工程で同一基板上に形成可能なそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器からなる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する共振部を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記上部電極上に設けられた質量負荷膜と、を具備し、前記質量負荷膜は前記共振部内に設けられ、前記質量負荷膜の面積が前記共振部の面積より小さいことを特徴とする圧電薄膜共振器である。本発明によれば、質量負荷膜の面積を制御することで、共振周波数の制御が可能な圧電薄膜共振器を提供することができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の形状は前記共振部に相似した形状である構成とすることができる。この構成によれば、共振周波数を制御することができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の形状はリングの形状である構成とすることができる。この構成によれば、不要応答を小さくすることができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の形状は複数のパターンからなる形状である構成とすることができる。この構成によれば、不要応答をより小さくすることができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の形状は穴開きの形状である構成とすることができる。
本発明は、上記圧電薄膜共振器を具備する弾性波デバイスである構成とすることができる。この構成によれば、短い製造工程で同一基板上に形成可能なそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器からなる弾性波デバイスを提供することができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の面積がそれぞれ異なる２以上の前記圧電薄膜器を具備する構成とすることができる。この構成によれば、それぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器が設けられた弾性波デバイスを得ることができる。
上記構成において、前記質量負荷膜の面積が前記共振部の面積と同じである圧電薄膜共振器を具備する構成とすることができる。また、上記構成において、前記弾性波デバイスはラダー型フィルタあるいはラティス型フィルタである構成とすることができる。
本発明は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振部を複数形成する工程と、複数の前記共振部それぞれに面積の異なる質量負荷膜を同時に形成する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、短い製造工程で同一基板上に形成可能なそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器からなる弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
上記構成において、前記質量負荷膜を同時に形成する工程は、前記質量負荷膜に対応する複数の異なるパターンを有するマスクを用いることにより、前記質量負荷膜を同時に形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、短い製造工程で同一基板上にそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器を形成することができる。
本発明によれば、短い製造工程で同一基板上に形成可能なそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器からなる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
図１は一般的なＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振器（比較例１）の断面図である。図１を参照に、基板１１上に下部電極１０が設けられている。下部電極１０上に圧電膜１２が設けられている。圧電膜１２上に上部電極１４が設けられている。圧電膜１２を挟み下部電極１０と上部電極１４とが対向する部分が共振部１６である。上部電極１４上に質量負荷膜１８が設けられ、質量負荷膜１８は共振部１６全面に設けられている。
図２は比較例１に係る圧電薄膜共振器の質量負荷膜１８の質量を変化させた時の共振周波数の変化を示している。図２の横軸は規格化付加質量を縦軸は共振周波数を示している。図２を参照に、質量負荷膜１８の質量を変化させることで、共振周波数が変化することが分かる。
比較例１に係る圧電薄膜共振器の質量負荷膜１８の質量を変化させる方法として、質量負荷膜１８の膜厚を変化させる方法と面積を変化させる方法とが考えられる。しかし、質量負荷膜１８の膜厚を変化させる方法は、特許文献１に係る圧電薄膜共振器のように、同一基板上にそれぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器を得るには煩雑な製造工程になってしまう。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。
図３は比較例２に係る圧電薄膜共振器の共振部の断面図を示している。図４（ａ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の断面図を、図４（ｂ）は実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の断面図を示している。図３を参照に、質量負荷膜１８が共振部１６全面に設けられている。つまり、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積と同じである。下部電極１０は厚さ２５０ｎｍのＲｕ（ルテニウム）、圧電膜１２は厚さ１μｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）、上部電極１４は厚さ２５０ｎｍのＲｕ、質量負荷膜１８は厚さ１００ｎｍのＴｉ（チタン）である。これら以外は比較例１と同じであり、図１に示しているので図示および説明を省略する。
図４（ａ）を参照に、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８の一部が除去されて、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の９８％になっている。つまり、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さくなっている。その他の構成については、比較例２と同じであり図３に示しているので説明を省略する。図４（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８の複数箇所が除去されて、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の８６％になっている。つまり、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さくなっている。その他の構成については、比較例２と同じであり図３に示しているので説明を省略する。
図５（ａ）は比較例２に係る圧電薄膜共振器の、図５（ｂ）は実施例１に係る圧電薄膜共振器の、図５（ｃ）は実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の周波数特性を有限要素法により計算した計算結果である。図５（ａ）から図５（ｃ）の横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸はインピーダンス（Ω）である。図５（ａ）を参照に、質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積と同じである比較例２は共振周波数が１８５６．７ＭＨｚである。図５（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８の一部が除去されて質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積より小さい実施例１は共振周波数が１８６１．２ＭＨｚである。図５（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８の複数箇所が除去されて質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積より小さい実施例１の変形例１は共振周波数が１８５９．６ＭＨｚである。図５（ａ）および図５（ｂ）より、質量負荷膜１８の面積を小さくして質量負荷膜１８の質量を軽くすることで、共振周波数が上昇していることが分かる。同様に、図５（ａ）および図５（ｃ）より、質量負荷膜１８の面積を小さくすることで共振周波数が上昇していることが分かる。よって、質量負荷膜１８の面積を制御することで共振周波数を制御できることが分かる。特に、質量負荷膜１８の面積を共振部１６の面積より小さくすることで、共振周波数を高周波側にシフトさせることができる。
図６（ａ）から図８（ｂ）に同一基板上に比較例２および実施例１に係る圧電薄膜共振器を形成する製造方法を示す。図６（ａ）を参照に、Ｓｉ（シリコン）である基板１１上に厚さ２５０ｎｍのＲｕからなる下部電極１０をスパッタ法により成膜する。図６（ｂ）を参照に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により下部電極１０を所望の形状にする。図６（ｃ）を参照に、下部電極１０および基板１１上に厚さ１μｍのＡｌＮである圧電膜１２をスパッタ法により成膜する。図６（ｄ）を参照に、圧電膜１２上に厚さ２５０ｎｍのＲｕからなる上部電極１４をスパッタ法により成膜する。
図７（ａ）を参照に、上部電極１４上に厚さ１００ｎｍのＴｉからなる質量負荷膜１８をスパッタ法により成膜する。図７（ｂ）を参照に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により上部電極１４および質量負荷膜１８を所望の形状にする。なお、圧電膜１２を挟み下部電極１０と上部電極１４とが対向する部分が共振部１６であり、同一基板上に複数の共振部１６が形成される。図７（ｃ）を参照に、比較例２の質量負荷膜１８のパターンと実施例１の質量負荷膜１８のパターンを有するマスクを用いてフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を行うことにより、複数の共振部１６それぞれに比較例２の質量負荷膜１８のパターンと実施例１の質量負荷膜１８のパターンとを形成する。
図８（ａ）を参照に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により圧電膜１２を所望の形状にする。図８（ｂ）を参照に、基板１１を裏面からドライエッチングし、共振部１６に対応するように基板１１に空隙１７を形成する。これにより、同一基板上に比較例２および実施例１に係る圧電薄膜共振器を形成することができる。
実施例１によれば、図７（ｃ）のように、比較例２の質量負荷膜１８のパターンと実施例１の質量負荷膜１８のパターンを有するマスクを用いてフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を行うことにより、複数の共振部１６それぞれに比較例２の質量負荷膜１８のパターンと実施例１の質量負荷膜１８のパターンとを同時に形成することができる。つまり、質量負荷膜１８のパターンに対応する複数の異なるパターンを有するマスクを用いてフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を行うことにより、複数の共振部１６それぞれに面積の異なる複数の質量負荷膜１８を同時に形成することができる。したがって、それぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器を同一基板もしくは同一チップ上に同時に形成することができる。よって、特許文献１に係る圧電薄膜共振器のように、それぞれ異なる共振周波数を有する複数の圧電薄膜共振器を同一基板上に形成するために、質量負荷膜１８の形成工程を複数回繰り返して行う必要がなくなる。このため、実施例１は特許文献１に係る圧電薄膜共振器に比べて、短い製造工程で同一基板もしくは同一チップ上にそれぞれ異なる共振周波数の複数の圧電薄膜共振器を形成することが可能となる。また、これにより製造コストの削減も図れる。
実施例１において、質量負荷膜１８はＴｉである場合を例に示したが、これに限らず、エッチング技術等によりその一部を除去することができる材料であれば、その他の材料でもよい。また、基板１１、下部電極１０、圧電膜１２および上部電極１４の各材料も例示に過ぎず、例えば背景技術で示した材料を用いてもよい。
図９は比較例３に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。図１０（ａ）は実施例２に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。図１０（ｂ）は実施例２の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。
図９を参照に、質量負荷膜１８が共振部１６全面に設けられている。共振部１６、つまり質量負荷膜１８の長軸側の半径Ｒ１は１００μｍである。下部電極１０は厚さ２５０ｎｍのＲｕ（ルテニウム）、圧電膜１２は厚さ１μｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）、上部電極１４は厚さ２５０ｎｍのＲｕ、質量負荷膜１８は厚さ１００ｎｍのＴｉ（チタン）である。これら以外は比較例１と同じであり、図１に示しているので図示および説明を省略する。
図１０（ａ）を参照に、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８の形状は共振部１６の形状にほぼ相似しており、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さい、つまり比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さくなっている。質量負荷膜１８の長軸側の半径Ｒ２は７５μｍ、つまり共振部１６の長軸側の半径Ｒ１の３／４である。よって、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約５６％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１０（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８の形状は共振部１６の形状にほぼ相似しており、質量負荷膜１８の面積は比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さくなっている。質量負荷膜１８の長軸側の半径Ｒ３が５０μｍ、つまり共振部１６の長軸側の半径Ｒ１の１／２である。よって、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約２５％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１１（ａ）は比較例３に係る圧電薄膜共振器の、図１１（ｂ）は実施例２に係る圧電薄膜共振器の、図１１（ｃ）は実施例２の変形例１に係る圧電薄膜共振器の通過特性を示している。なお、図１１（ａ）から図１１（ｃ）において、比較例４は質量負荷膜１８が設けられていない圧電薄膜共振器の通過特性を示している。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積と同じである比較例３の共振周波数より、質量負荷膜１８の面積が比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さい実施例２の共振周波数は高周波側にシフトしていることが分かる。なお、図１１（ｂ）中の実線が実施例２の通過特性を示している。同様に、図１１（ａ）および図１１（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８の面積が比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さい実施例２の変形例１の共振周波数は、比較例３の共振周波数に比べて高周波側にシフトしていることが分かる。なお、図１１（ｃ）中の実線が実施例２の変形例１の通過特性を示している。また、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）の低周波数帯域に現れている不要応答とは、圧電薄膜共振器の縦振動波以外の弾性波による共振のために減衰量が小さくなっている部分をいう。不要応答は良好な抑圧特性を得る妨げになり、良好な周波数特性を得る妨げとなるため、不要応答は小さい方が好ましい。
このように、質量負荷膜１８の形状が共振部１６の形状に相似している場合、質量負荷膜１８の面積を制御することで、圧電薄膜共振器の共振周波数を制御することができる。特に、質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積と同じである場合が共振周波数は最も低くなり、質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積より小さくなるにつれて共振周波数は高周波側にシフトする。
実施例２において、共振部１６の形状が楕円の形状をしている場合を例に示したが、これに限らず、円や方形等の形状をしている場合でもよい。
図１２（ａ）は実施例３に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図であり、図１２（ｂ）は実施例３の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図であり、図１２（ｃ）は実施例３の変形例２に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。
図１２（ａ）を参照に、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８の形状はリングの形状、つまり共振部１６の形状の中心部をくりぬいた形状をしており、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積より小さい、つまり比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さくなっている。質量負荷膜１８は共振部１６の外周から共振部１６の半径Ｒ１の１／２の領域に設けられている。よって、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約７５％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１２（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８の形状はリングの形状をしており、質量負荷膜１８の面積は比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さくなっている。質量負荷膜１８は共振部１６の外周から共振部１６の半径Ｒ１の１／４の領域に設けられている。よって、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約４４％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１２（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８の形状はリングの形状をしており、質量負荷膜１８の面積は比較例３の質量負荷膜１８の面積より小さくなっている。質量負荷膜１８は共振部１６の外周から共振部１６の半径Ｒ１の１／２の領域から共振部１６の半径Ｒ１の１／４の領域を引いた領域、つまり実施例２の質量負荷膜１８の領域から実施例２の変形例１の質量負荷膜１８の領域を引いた領域に設けられている。よって、質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約３１％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１３（ａ）は実施例３に係る圧電薄膜共振器の、図１３（ｂ）は実施例３の変形例１に係る圧電薄膜共振器の、図１３（ｃ）は実施例３の変形例２に係る圧電薄膜共振器の通過特性を示している。図１３（ａ）から図１３（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８の面積が比較例３より小さい実施例３、実施例３の変形例１および実施例３の変形例２それぞれの共振周波数は比較例３の共振周波数より高周波側にシフトしている。なお、図１３（ａ）の実線が実施例３の、図１３（ｂ）の実線が実施例３の変形例１の、図１３（ｃ）の実線が実施例３の変形例２の通過特性を示している。
このように、質量負荷膜１８の形状がリングの形状をしている場合でも、質量負荷膜１８の面積を共振部１６の面積より小さくすることで、圧電薄膜共振器の共振周波数を高周波側にシフトさせることができる。
実施例３によれば、図１３（ａ）から図１３（ｃ）のように低周波数帯域に現れる不要応答を、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示す実施例２よりも小さくすることができる。
図１４（ａ）は実施例４に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図であり、図１４（ｂ）は実施例４の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図であり、図１４（ｃ）は実施例４の変形例２に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。
図１４（ａ）を参照に、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８は直径２２μｍの円の形状をして周期的に配置されている。つまり、質量負荷膜１８の形状は複数のパターンからなる形状をしている。質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約３５％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１４（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８は直径７．５μｍの円の形状をして周期的に配置されている。質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約３２％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する、
図１４（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８は直径２２μｍの円の形状をして非周期的に配置されている。質量負荷膜１８の面積は共振部１６の面積の約３３％である。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１５（ａ）は実施例４に係る圧電薄膜共振器の、図１５（ｂ）は実施例４の変形例１に係る圧電薄膜共振器の、図１５（ｃ）は実施例４の変形例２に係る圧電薄膜共振器の通過特性を示している。図１５（ａ）から図１５（ｃ）を参照に、質量負荷膜１８の面積が比較例３より小さい実施例４、実施例４の変形例１および実施例４の変形例２それぞれの共振周波数は比較例３の共振周波数より高周波側にシフトしている。なお、図１５（ａ）の実線が実施例４の、図１５（ｂ）の実線が実施例４の変形例１の、図１５（ｃ）の実線が実施例４の変形例２の通過特性を示している。
このように、質量負荷膜１８の形状が複数のパターンからなる形状をしている場合でも、質量負荷膜１８の面積を共振部１６の面積より小さくすることで、圧電薄膜共振器の共振周波数を高周波側にシフトさせることができる。
実施例４によれば、図１５（ａ）から図１５（ｃ）のように低周波数帯域に現れる不要応答を、図１３（ａ）から図１３（ｃ）に示す実施例３よりも小さくすることができる。
実施例４において、質量負荷膜１８の形状が円の形状をした複数のパターンからなる形状である場合を例に示したが、これに限らず、楕円や方形の形状をした複数のパターンからなる場合でもよい。また、円や楕円や方形の形状が入り混じった複数のパターンからなる場合でもよい。
図１６（ａ）は実施例５に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図であり、図１６（ｂ）は実施例５の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振部の上視図である。
図１６（ａ）を参照に、質量負荷膜１８は共振部１６に設けられ、質量負荷膜１８は円形の穴が周期的に開いている形状をしている。つまり、質量負荷膜１８の形状は穴開きの形状をしている。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
図１６（ｂ）を参照に、質量負荷膜１８は円形の穴が非周期的に開いている形状をしている。その他の構成については、比較例３と同じであるので説明を省略する。
実施例５によれば、質量負荷膜１８の形状が穴開きの形状をしている場合でも、質量負荷膜１８の面積を共振部１６の面積より小さくすることで、圧電薄膜共振器の共振周波数を高周波側にシフトさせることができる。
実施例５において、質量負荷膜１８の形状は円形の穴開きの形状である場合を例に示したが、これに限らず、楕円や方形等の穴開きの形状である場合でもよい。また、円や楕円や方形が入り混じった穴開きの形状である場合でもよい。
実施例６は実施例１に係る圧電薄膜共振器をラダー型フィルタを構成する１ポート共振器に用いた場合である。図１７はラダー型フィルタを説明するための図である。図１７を参照に、ラダー型フィルタは圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｓ１からＳ３が入力端子２２と出力端子２４との間に直列に接続されており直列腕共振器を構成している。１ポート共振器Ｓ１とＳ２との間とグランドとの間には圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｐ１が接続され、１ポート共振器Ｓ２とＳ３との間とグランドとの間には圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｐ２が接続されている。１ポート共振器Ｐ１およびＰ２は直列腕共振器に並列に接続された並列腕共振器を構成している。なお、１ポート共振器Ｓ１からＳ３とＰ１およびＰ２とに実施例１に係る圧電薄膜共振器が用いられている。
ラダー型フィルタにおいて、バンドパスフィルタ特性を得るためには、一般的に直列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器Ｓ１からＳ３の共振周波数は並列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器Ｐ１およびＰ２の共振周波数より高くなる。実施例１に係る圧電薄膜共振器によれば、質量負荷膜１８の面積を制御することで圧電薄膜共振器の共振周波数を制御することができる。よって、直列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器の質量負荷膜１８の面積を並列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器の質量負荷膜１８の面積より小さくすることで、直列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器の共振周波数を並列腕共振器を構成する圧電薄膜共振器の共振周波数より高くすることができる。つまり、直列椀共振器および並列椀共振器を構成する圧電薄膜共振器の共振周波数をそれぞれ独立に制御する目的で、それぞれの圧電薄膜共振器に面積の異なる質量負荷膜１８を設けることができる。これにより、所望の周波数特性を有するラダー型フィルタを得ることが出来る。なお、直列椀共振器を構成する圧電薄膜共振器の質量負荷膜１８は無くても良い。このように、フィルタ内のそれぞれの圧電薄膜共振器の共振周波数をそれぞれ独立にかつ自在に制御できるので、フィルタの設計自由度が広がる。
このように、質量負荷膜１８の面積がそれぞれ異なる２以上の圧電薄膜共振器でラダー型フィルタを構成することで、バンドパスフィルタ特性を得ることができる。また、質量負荷膜１８の面積が共振部１６の面積と同じである圧電薄膜共振器がラダー型フィルタを構成する圧電薄膜共振器に１つ以上あることが好ましい。
実施例６において、実施例１に係る圧電薄膜共振器をラダー型フィルタに用いた場合を例に示したが、ラティス型フィルタ等他の弾性波デバイスに用いてもよい。なお、ラティス型フィルタは、図１８を参照に、圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｓ４およびＳ５がそれぞれ入力端子２２と出力端子２４との間に設けられている。１ポート共振器Ｓ４が接続している入力端子２２と１ポート共振器Ｓ５が接続している出力端子２４との間に圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｐ３が接続されている。１ポート共振器Ｓ４が接続している出力端子２４と１ポート共振器Ｓ５が接続している入力端子２２との間に圧電薄膜共振器である１ポート共振器Ｐ４が接続されている。１ポート共振器Ｓ４およびＳ５は直列腕共振器を、１ポート共振器Ｐ３およびＰ４は並列腕共振器を構成している。
実施例６によれば、実施例１に係る圧電薄膜共振器をラダー型フィルタに用いた場合を例に示したが、実施例２から５に係る圧電薄膜共振器をラダー型フィルタに用いても同様の効果を得ることができる。また、実施例２から５に係る圧電薄膜共振器をラティス型フィルタ等他の弾性波デバイスに用いてもよい。
実施例１から実施例５に係る圧電薄膜共振器は、ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振器である場合を例に示したが、ＳＭＲタイプの圧電薄膜共振器でもよい。この場合でも同様の効果が得ることができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 下部電極
１１ 基板
１２ 圧電膜
１４ 上部電極
１６ 共振部
１８ 質量負荷膜
２２ 入力端子
２４ 出力端子
１１ 基板
１２ 圧電膜
１４ 上部電極
１６ 共振部
１８ 質量負荷膜
２２ 入力端子
２４ 出力端子
Claims (11)
- 基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する共振部を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
前記上部電極上に設けられた質量負荷膜と、を具備し、
前記質量負荷膜は前記共振部内に設けられ、前記質量負荷膜の面積が前記共振部の面積より小さいことを特徴とする圧電薄膜共振器。 - 前記質量負荷膜の形状は前記共振部に相似した形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
- 前記質量負荷膜の形状はリングの形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
- 前記質量負荷膜の形状は複数のパターンからなる形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
- 前記質量負荷膜の形状は穴開きの形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
- 請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
- 前記質量負荷膜の面積がそれぞれ異なる２以上の前記圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする請求項６記載の弾性波デバイス。
- 前記質量負荷膜の面積が前記共振部の面積と同じである圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする請求項６または７記載の弾性波デバイス。
- 前記弾性波デバイスはラダー型フィルタあるいはラティス型フィルタであることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振部を複数形成する工程と、
複数の前記共振部それぞれに面積の異なる質量負荷膜を同時に形成する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。 - 前記質量負荷膜を同時に形成する工程は、前記質量負荷膜のパターンに対応する複数の異なるパターンを有するマスクを用いることにより、前記質量負荷膜を同時に形成する工程であることを特徴とする請求項１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
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