JP2018182455A - 弾性波フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】弾性波フィルタにおけるフィルタ特性の劣化を抑制すること。【解決手段】本発明は、１または複数の弾性波共振器と、前記１または複数の弾性波共振器に接続され、基板１０上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし窒素およびアルミニウム以外の添加元素を含む第１圧電膜１４と、前記第１圧電膜１４の少なくとも一部を挟んで対向した第１下部電極１２および第１上部電極１６と、を備えたキャパシタＣ１と、を具備する弾性波フィルタである。【選択図】図３

Description

本発明は、弾性波フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えばキャパシタを有する弾性波フィルタおよびマルチプレクサに関する。

携帯電話等の無線端末や高周波回路用のフィルタおよびマルチプレクサとして圧電薄膜共振器等の弾性波共振器が用いられる。圧電薄膜共振器では、下部電極と上部電極とが圧電膜を挟み対向する。ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）キャパシタでは、下部電極と上部電極とが誘電体膜を挟み対向する。

圧電膜を有する圧電薄膜共振器と誘電体膜を有するＭＩＭキャパシタを同じ基板上に設けることが知られている（例えば特許文献１）。圧電薄膜共振器の圧電膜にアルミニウムスカンジウム窒化物を用いることが知られている（例えば特許文献２）。

特開２００５−１３６５８８号公報 特開２０１５−１６５６５９号公報

窒化アルミニウム膜を誘電体膜としたＭＩＭキャパシタでは、共振周波数付近にノイズまたは不要応答が生成される。このようなキャパシタと弾性波共振器とを有するフィルタでは、ノイズまたは不要応答がフィルタ特性に影響し、フィルタ特性が劣化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、フィルタ特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、１または複数の弾性波共振器と、前記１または複数の弾性波共振器に接続され、基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし窒素およびアルミニウム以外の添加元素を含む第１圧電膜と、前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第１下部電極および第１上部電極と、を備えたキャパシタと、を具備する弾性波フィルタである。

上記構成において、前記添加元素は、窒化アルミニウムのアルミニウムサイトに置換されている構成とすることができる。

上記構成において、前記添加元素は、３族元素、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との組み合わせ、または、２族元素もしくは１２族元素と５族元素との組み合わせである構成とすることができる。

上記構成において、前記１または複数の弾性波共振器は、各々、前記キャパシタが設けられた基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし前記第１圧電膜と同じ添加元素を含む第２圧電膜と、前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第２下部電極および第２上部電極と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記１または複数の弾性波共振器は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された並列共振器と、を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記１または複数の弾性波共振器は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された並列共振器と、を含み、前記キャパシタは、前記第１圧電膜を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向するキャパシタ領域において前記第１圧電膜、前記第１下部電極および前記第１上部電極を含む第１積層膜を備え、前記直列共振器および前記並列共振器は、各々、前記キャパシタが設けられた基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし前記第１圧電膜と同じ添加元素を含む第２圧電膜と、前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第２下部電極および第２上部電極と、前記第２圧電膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する共振領域において前記第２圧電膜、前記第２下部電極および前記第２上部電極を含む第２積層膜と、を備え、前記第１積層膜の膜厚は、前記直列共振器の前記第２積層膜より薄い、または前記並列共振器の前記第２積層膜より厚い構成とすることができる。

上記構成において、前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との膜厚は実質的に同じである構成とすることができる。

上記構成において、前記第１圧電膜を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向するキャパシタ領域の面積は、前記直列共振器および前記並列共振器における、前記第２圧電膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する共振領域の各々の面積より小さい構成とすることができる。

上記構成において、前記キャパシタ領域の面積は、前記直列共振器および前記並列共振器の共振器のうち、最も小さい共振領域の面積を１としたとき、０．５以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記キャパシタの共振周波数は前記直列共振器の反共振周波数より高い、または前記キャパシタの反共振周波数は前記並列共振器の共振周波数より低い構成とすることができる。

上記構成において、前記第１下部電極と前記基板との間または前記第１下部電極下の前記基板内に、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層が設けられている構成とすることができる。

本発明は、上記弾性波フィルタを含むマルチプレクサである。

本発明によれば、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係るフィルタの回路図、図１（ｂ）は、実施例１の通過特性を示す模式図である。 図２は、実施例１に係るフィルタの平面図である。 図３（ａ）は、実施例１における直列共振器およびキャパシタの断面図、図３（ｂ）は、実施例１における並列共振器およびキャパシタの断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、窒化アルミニウム内のＭｇとＨｆの合計濃度に対するそれぞれキャパシタの容量および面積を示す図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、窒化アルミニウム内のＳｃの濃度に対するそれぞれキャパシタの容量および面積を示す図である。 図６は、実施例１におけるキャパシタの通過特性を示す図である。 図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係るフィルタの回路図、図７（ｂ）は、実施例１の変形例１の通過特性を示す模式図である。 図８は、実施例１の変形例２における直列共振器とキャパシタの断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例３および４に係る直列共振器およびキャパシタの断面図である。 図１０は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。

以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係るフィルタの回路図、図１（ｂ）は、実施例１の通過特性を示す模式図である。図１（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続さている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続さている。キャパシタＣ１は直列共振器Ｓ１に並列に接続されている。インダクタＬ１は、並列共振器Ｐ１からＰ３のそれぞれのグランド側の端子とグランドとの間に接続されている。インダクタＬ１は、通過特性に減衰極を形成するためのインダクタである。

図１（ｂ）において、実施例１に係るラダー型フィルタの通過特性を実線、キャパシタＣ１が設けられていないラダー型フィルタの通過特性を破線で示す。実施例１に係るフィルタは通過帯域Ｐａｓｓを有するバンドパスフィルタとして機能する。直列共振器Ｓ１からＳ４の共振周波数ｆｒｓは通過帯域Ｐａｓｓ内、反共振周波数ｆａｓは通過帯域Ｐａｓｓより高周波側の減衰域に位置する。並列共振器Ｐ１からＰ３の共振周波数ｆｒｐは通過帯域Ｐａｓｓより低周波側の減衰域に、反共振周波数ｆａｐは通過帯域Ｐａｓｓ内に位置する。キャパシタＣ１を直列共振器Ｓ１からＳ４の少なくとも１つに並列に接続することにより、高周波側のスカート特性を急峻にできる。

図２は、実施例１に係るフィルタの平面図である。図２に示すように、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３並びにキャパシタＣ１が設けられている。直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３並びにキャパシタＣ１の間は下部電極１２および上部電極１６により接続されている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｔｇｎｄに対応するパッドは下部電極１２および上部電極１６により形成されている。

図３（ａ）は、実施例１における直列共振器およびキャパシタの断面図、図３（ｂ）は、実施例１における並列共振器およびキャパシタの断面図である。図３（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板１０上に下部電極１２が設けられている。基板１０の上面には窪みが設けられ、基板１０と下部電極１２との間には空隙３０が形成されている。下部電極１２は下層１２ａと上層１２ｂとを含んでいる。下層１２ａは例えばＣｒ（クロム）膜であり、上層１２ｂは例えばＲｕ（ルテニウム）膜である。

下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とし添加元素を含む圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ膜である。上部電極１６上に配線層２２が形成されている。配線層２２は例えばＡｕ（金）膜である。

直列共振器Ｓにおいて圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域が共振領域５０である。キャパシタＣ１において圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域がキャパシタ領域５２である。キャパシタ領域５２内の圧電膜１４はＭＩＭキャパシタの誘電体膜として機能する。共振領域５０およびキャパシタ領域５２はそれぞれ平面視において空隙３０に含まれる。

直列共振器Ｓでは共振領域５０に配線層２２が設けられていない。キャパシタＣ１ではキャパシタ領域５２に配線層２２が設けられている。直列共振器Ｓの共振領域５０における積層膜１８は下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６であり、キャパシタＣ１のキャパシタ領域５２における積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および配線層２２となる。共振領域５０内の積層膜１８は、厚み縦振動モードの弾性波が共振する。積層膜１８は、上部電極１６上に保護膜または周波数調整膜を含んでもよい。

図３（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐでは、直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に質量負荷膜２０が設けられている。質量負荷膜２０は例えばＴｉ（チタン）膜である。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内の全面に形成された質量負荷膜２０を含む。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。その他の構成は直列共振器Ｓの図３（ａ）と同じであり説明を省略する。

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２の下層１２ａおよび上層１２ｂは、それぞれ膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜および膜厚が２５０ｎｍのＲｕ膜である。圧電膜１４は膜厚が１１００ｎｍのＡｌＮ膜である。上部電極１６の下層１６ａおよび上層１６ｂは、膜厚が２５０ｎｍのＲｕ膜および膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜である。質量負荷膜２０は膜厚が１２０ｎｍのＴｉ膜である。配線層２２は膜厚が６００ｎｍのＡｕ膜である。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。

基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。例えば、上部電極１６の下層１６ａをＲｕ、上層１６ｂをＭｏとしてもよい。

質量負荷膜２０は、上部電極１６の層間（下層１６ａと上層１６ｂとの間）以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。

圧電膜１４の窒化アルミニウムに含まれる添加元素としては、例えば３族元素、２族元素もしくは１２族元素と４族元素、または２族元素もしくは１２族元素と５族元素である。３族元素は例えばＳｃ（スカンジウム）、２族元素は例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）またはＳｒ（ストロンチウム）、１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）、４族の元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）、５族の元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。なお族名はＩＵＰＡＣ（International Union of Pure and Applied Chemistry）の表記による。

これらの元素が窒化アルミニウム内でアルミニウムに置換すると、窒化アルミニウムは圧電性および誘電率が向上する。よって、圧電薄膜共振器の電気機械結合係数が向上する。また、キャパシタの静電容量が向上する。

ＭｇとＨｇを原子組成比１：１で添加した窒化アルミニウムおよびＳｃを添加した窒化アルミニウムを作製し誘電率を測定した。窒化アルミニウムはスパッタリング法を用い形成し、（００２）方向に配向した多結晶である。測定した誘電率からキャパシタの静電容量およびキャパシタ面積を算出した。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、窒化アルミニウム内のＭｇとＨｆの合計濃度に対するそれぞれキャパシタの容量および面積を示す図である。キャパシタの容量は、同じ面積のキャパシタについて算出し、ＭｇとＨｆの合計濃度が０重量％のときを１とした。キャパシタの面積は、同じ静電容量を有するキャパシタについて算出し、ＭｇとＨｆの合計濃度が０重量％のときを１とした。

図４（ａ）に示すように、ＭｇとＨｆの合計濃度が大きくなるとキャパシタの静電容量が大きくなる。図４（ｂ）に示すように、ＭｇとＨｆの合計濃度が大きくなるとキャパシタの面積が小さくなる。ＭｇとＨｆの合計濃度が５重量％および１０重量％以上となるとキャパシタの面積はそれぞれ５％および１０％以上小さくなる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、窒化アルミニウム内のＳｃの濃度に対するそれぞれキャパシタの容量および面積を示す図である。キャパシタの容量および面積の算出方法はＭｇとＨｆの合計濃度の場合と同じである。

図５（ａ）に示すように、Ｓｃの濃度が大きくなるとキャパシタの静電容量が大きくなる。図５（ｂ）に示すように、Ｓｃの濃度が大きくなるとキャパシタの面積が小さくなる。Ｓｉの濃度が５重量％、１０重量％および１５重量％以上となるとキャパシタの面積はそれぞれ１０％、２０％および３０％以上小さくなる。

以上のように、窒化アルミニウムに添加元素を添加することにより、窒化アルミニウムの誘電率が高くなり、キャパシタの面積を小さくできる。

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器として例示した材料等を用い作製した窒化アルミニウムを誘電体膜としたキャパシタについて、平面視においてキャパシタ領域５２が空隙３０に含まれるキャパシタと、下部電極１２下に空隙３０が設けられていないキャパシタについて通過特性を測定した。

図６は、実施例１におけるキャパシタの通過特性を示す図である。ｆｒおよびｆａはそれぞれ空隙３０を有するキャパシタの共振周波数および反共振周波数である。図６に示すように、空隙３０を有さないキャパシタでは共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近で大きなノイズが観測される。空隙３０を有するキャパシタでは共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近に不要応答が観察される。

実施例１に係る弾性波フィルタは、１または複数の弾性波共振器（直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３）と弾性波共振器に電気的に接続されたキャパシタＣ１とを備えている。キャパシタＣ１は、基板１０上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし窒素およびアルミニウム以外の添加元素を含む圧電膜１４（第１圧電膜）と、圧電膜１４の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極１２（第１下部電極）および上部電極１６（第１上部電極）と、を備える。

窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜１４を誘電体膜とするＭＩＭキャパシタは、図６のように、ノイズまたは不要応答が生じる。このようなノイズはフィルタ特性を劣化させる。そこで、窒化アルミニウムに添加元素を添加する。これにより、キャパシタＣ１の面積を小さくできる。よって、キャパシタＣ１に起因したノイズまたは不要応答が小さくなり、フィルタ特性の劣化を抑制できる。

添加元素は、窒化アルミニウムのアルミニウムサイトに置換されていることが好ましい。これにより、窒化アルミニウムの誘電率を向上できる。窒化アルミニウムは、結晶化していることが好ましく、（００２）方向に配向していることが好ましい。

添加元素は、３族元素、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との組み合わせ、または、２族元素もしくは１２族元素と５族元素との組み合わせであることが好ましい。これにより、窒化アルミニウムの誘電率を向上できる。

キャパシタＣ１に電気的に接続される弾性波共振器は弾性表面波共振器でもよいが、弾性波共振器は、キャパシタＣ１が形成された基板１０上に形成された圧電薄膜共振器であることが好ましい。さらに、弾性波共振器とキャパシタＣ１とは同時に形成された圧電膜１４を有することが好ましい。すなわち、弾性波共振器は、各々、キャパシタＣ１が設けられた基板１０上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし第１圧電膜と同じ添加元素を同じ濃度に含む圧電膜１４（第２圧電膜）と、圧電膜１４の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極１２（第２下部電極）および上部電極１６（第２上部電極）と、を備える。

これにより、弾性波共振器とキャパシタＣ１との圧電膜１４を同時に形成できるため、製造工程を削減できる。弾性波共振器の圧電膜１４として用いられる窒化アルミニウムをキャパシタＣ１の誘電体膜として用いると、図６のようにノイズまたは不要応答が生じる。窒化アルミニウムに添加元素を添加することで、キャパシタＣ１の面積を小さくでき、図６のようなノイズおよび不要応答を抑制できる。

実施例１では、１または複数の弾性波共振器が、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列に接続された１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４と、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に並列に接続された並列共振器Ｐ１からＰ３と、を含む。このようなラダー型フィルタでは、図１（ｂ）の通過帯域Ｐａｓｓ内にキャパシタＣ１のノイズまたは不要応答が重なるとフィルタ特性が劣化する。

図１（ｂ）のように、直列共振器Ｓ１からＳ４は通過帯域Ｐａｓｓの高周波側に反共振周波数ｆａｓを有する。そこで、キャパシタＣ１の積層膜１８（第１積層膜）を、直列共振器Ｓ１からＳ４の積層膜１８（第２積層膜）より薄くする。これにより、キャパシタＣ１の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは通過帯域Ｐａｓｓより外側に位置する可能性が高くなる。例えばキャパシタＣ１の共振周波数ｆｒを直列共振器Ｓ１からＳ４の反共振周波数ｆａｓより高くすると、キャパシタＣ１の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは通過帯域Ｐａｓｓの外側となる。以上により、通過帯域ＰａｓｓにキャパシタＣ１で生成されるノイズまたは不要応答が重なることを抑制できる。

または、並列共振器Ｐ１からＰ３は通過帯域Ｐａｓｓの低周波側に共振周波数ｆｒｐおよび反共振周波数ｆａｐを有する。よって、キャパシタＣ１の積層膜１８を、並列共振器Ｐ１からＰ３の積層膜１８より厚くする。これにより、キャパシタＣ１の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは通過帯域Ｐａｓｓより外側に位置する可能性が高くなる。例えばキャパシタＣ１の反共振周波数ｆａを並列共振器Ｐ１からＰ３の共振周波数ｆｒより低くする。これにより、キャパシタＣ１の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは通過帯域Ｐａｓｓの外側となる。以上により、通過帯域ＰａｓｓにキャパシタＣ１で生成されたノイズまたは不要応答が重なることを抑制できる。

直列共振器Ｓ１からＳ４の積層膜１８の厚さは、直列共振器Ｓ１からＳ４の積層膜１８の厚さの平均でもよい。キャパシタＣ１の積層膜１８の膜厚は直列共振器Ｓ１からＳ４の積層膜１８の膜厚の０．９倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましい。キャパシタＣ１の積層膜１８の膜厚は並列共振器Ｐ１からＰ４の積層膜１８の膜厚の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。キャパシタＣ１の共振周波数ｆｒは直列共振器Ｓ１からＳ４の反共振周波数ｆａｓの１．１倍以上が好ましく１．２倍以上がより好ましく、２倍以上がさらに好ましい。キャパシタＣ１の反共振周波数ｆａは並列共振器Ｐ１からＰ３の共振周波数ｆｒの０．９倍以下が好ましく０．８倍以下がより好ましく、０．５倍以下がさらに好ましい。

キャパシタＣ１と弾性波共振器とで圧電膜１４の膜厚を異ならせようとすると、圧電膜１４をエッチングすることになり、圧電膜１４の膜質が劣化しやすくなる。そこで、キャパシタＣ１の圧電膜１４と弾性波共振器の圧電膜１４との膜厚を製造ばらつき程度に実質的に同じとする。実施例１のように、キャパシタＣ１のキャパシタ領域５２内の上部電極１６上に付加膜として配線層２２を設ける。これにより、圧電膜１４の劣化を抑制しかつ通過帯域Ｐａｓｓにノイズまたは不要応答が重なることを抑制できる。付加膜は、上部電極１６の上、上部電極１６内、上部電極１６と圧電膜１４との間、圧電膜１４と下部電極１２との間、下部電極１２内、および下部電極１２下の少なくとも一か所に設けることができる。付加膜の材料は、下部電極１２および上部電極１６内の少なくとも一層と同じ材料でもよい。

キャパシタ領域５２の面積は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３における、共振領域５０の各々の面積より小さいことが好ましい。これにより、通過帯域Ｐａｓｓに重なるノイズまたは不要応答をより抑制できる。キャパシタ領域５２の面積は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３の最も小さい共振領域５０の面積の０．５倍以下が好ましく、０．１倍以下がより好ましい。

［実施例１の変形例１］
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係るフィルタの回路図、図７（ｂ）は、実施例１の変形例１の通過特性を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、キャパシタＣ１は並列共振器Ｐ１に並列に接続されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

図７（ｂ）に示すように、キャパシタＣ１を並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つに並列に接続することにより、低周波側のスカート特性を急峻にできる。

実施例１およびその変形例１のように、キャパシタＣ１は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つに並列および／または直列に接続されていればよい。ラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の数は任意に設定できる。さらに、フィルタは多重モードフィルタを含んでもよい。

［実施例１の変形例２］
図８は、実施例１の変形例２における直列共振器とキャパシタの断面図である。図８に示すように、キャパシタＣ１のキャパシタ領域５２に配線層２２は設けられていない。キャパシタ領域５２における圧電膜１４の膜厚は共振領域５０における圧電膜１４の膜厚より小さい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例２のように、キャパシタおよび弾性波共振器の積層膜１８の膜厚を異ならせるため、圧電膜１４の膜厚を異ならせてもよい。

［実施例１の変形例３］
図９（ａ）は、実施例１の変形例３に係る直列共振器およびキャパシタの断面図である。図９（ａ）に示すように、基板１０の上面は平坦であり、共振領域５０およびキャパシタ領域５２において基板１０と下部電極１２との間にドーム状の空隙３０が形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。

［実施例１の変形例４］
図９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る直列共振器およびキャパシタの断面図である。図９（ｂ）に示すように、共振領域５０およびキャパシタ領域５２の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３０ａと膜３０ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１およびその変形例１および２において、実施例１の変形例３と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例１の変形例４と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。

実施例１およびその変形例１から３のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間、または下部電極１２下の基板１０内に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例１の変形例４のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。

キャパシタ領域５２において下部電極１２と基板１０との間または下部電極１２下の基板１０内に、空隙３０、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜３１、を含む音響反射層が設けられていることが好ましい。これにより、図６の空隙ありのキャパシタのように、ノイズを小さくできる。

実施例１およびその変形例において、共振領域５０およびキャパシタ領域５２が楕円形状の例を説明したが、他の形状でもよい。例えば、共振領域５０およびキャパシタ領域５２は、正方形以外の四角形または五角形等の多角形でもよい。共振領域５０内の圧電膜１４に酸化シリコン膜等の絶縁膜または金属膜が挿入されていてもよい。

実施例２はデュプレクサの例である。図１０は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。図１０に示すように、デュプレクサは、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２を備えている。送信フィルタ４０は、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。

送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方に実施例１およびその変形例のフィルタを用いる。これにより、窒化アルミウムを主成分とする誘電体膜を用いたキャパシタＣ１を用いてもキャパシタＣ１に起因するノイズまたは不要応答の影響を小さくし、フィルタ特性の劣化を抑制できる。マルチプレクサの例としてデュプレクサを説明したが、マルチプレクサは、トライプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
２０ 質量負荷膜
２２ 配線層
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２ キャパシタ領域

Claims (12)

1. １または複数の弾性波共振器と、
   前記１または複数の弾性波共振器に接続され、基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし窒素およびアルミニウム以外の添加元素を含む第１圧電膜と、前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第１下部電極および第１上部電極と、を備えたキャパシタと、
   を具備する弾性波フィルタ。
2. 前記添加元素は、窒化アルミニウムのアルミニウムサイトに置換されている請求項１記載の弾性波フィルタ。
3. 前記添加元素は、３族元素、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との組み合わせ、または、２族元素もしくは１２族元素と５族元素との組み合わせである請求項１または２記載の弾性波フィルタ。
4. 前記１または複数の弾性波共振器は、各々、前記キャパシタが設けられた基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし前記第１圧電膜と同じ添加元素を含む第２圧電膜と、前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第２下部電極および第２上部電極と、を備える請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
5. 前記１または複数の弾性波共振器は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された並列共振器と、を含む請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
6. 前記１または複数の弾性波共振器は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された並列共振器と、を含み、
   前記キャパシタは、前記第１圧電膜を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向するキャパシタ領域において前記第１圧電膜、前記第１下部電極および前記第１上部電極を含む第１積層膜を備え、
   前記直列共振器および前記並列共振器は、各々、前記キャパシタが設けられた基板上に設けられ窒化アルミニウムを主成分とし前記第１圧電膜と同じ添加元素を含む第２圧電膜と、前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した第２下部電極および第２上部電極と、前記第２圧電膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する共振領域において前記第２圧電膜、前記第２下部電極および前記第２上部電極を含む第２積層膜と、を備え、
   前記第１積層膜の膜厚は、前記直列共振器の前記第２積層膜より薄い、または前記並列共振器の前記第２積層膜より厚い請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
7. 前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との膜厚は実質的に同じである請求項６記載の弾性波フィルタ。
8. 前記第１圧電膜を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向するキャパシタ領域の面積は、前記直列共振器および前記並列共振器における、前記第２圧電膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する共振領域の各々の面積より小さい請求項６または７記載の弾性波フィルタ。
9. 前記キャパシタ領域の面積は、前記直列共振器および前記並列共振器の共振器のうち、最も小さい共振領域の面積を１としたとき、０．５以下である請求項８記載の弾性波フィルタ。
10. 前記キャパシタの共振周波数は前記直列共振器の反共振周波数より高い、または前記キャパシタの反共振周波数は前記並列共振器の共振周波数より低い請求項５から９のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
11. 前記第１下部電極と前記基板との間または前記第１下部電極下の前記基板内に、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層が設けられている請求項１から１０のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項記載の弾性波フィルタを含むマルチプレクサ。
    

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