JP2019103083A - 弾性波デバイスおよびその製造方法並びにマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造を容易とすること。【解決手段】基板１０と、前記基板の面上に設けられ、前記基板の前記面に平行な第１方向Ｘの一方から他方に行くにしたがい厚くなる単一の圧電膜１４と、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第１下部電極１２ａと、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１上部電極１６ａと、を有する１または複数の第１圧電薄膜共振器１１ａと、前記１または複数の第１圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第２下部電極１２ｂと、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２上部電極１６ｂと、を有する１または複数の第２圧電薄膜共振器１１ｂと、を備える弾性波デバイス。【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法並びにマルチプレクサに関し、例えば圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスおよびその製造方法並びにマルチプレクサに関する。

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびデュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する積層構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。単一の圧電膜を用いる複数の圧電薄膜共振器において圧電膜の膜厚を異ならせることが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００６−２４９９５号公報

単一の圧電膜を用いる圧電薄膜共振器において共振周波数を異ならせるためには、特許文献１のように圧電膜の膜厚を異ならせる、または一部の圧電薄膜共振器に質量付加膜を設けることを行う。このため、製造方法が煩雑になる。異なる共振周波数を有する圧電薄膜共振器を異なる圧電膜で形成すると、小型化が難しくなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造を容易とすることまたは小型化することを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板の面上に設けられ、前記基板の前記面に平行な第１方向の一方から他方に行くにしたがい厚くなる単一の圧電膜と、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第１下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１上部電極と、を有する１または複数の第１圧電薄膜共振器と、前記１または複数の第１圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第２下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２上部電極と、を有する１または複数の第２圧電薄膜共振器と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記面に平行でかつ前記第１方向に交差する第２方向に沿った前記圧電膜の厚さの変化率は前記第１方向に沿った前記圧電膜の厚さの変化率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１または複数の第１圧電薄膜共振器は前記第２方向に沿って複数設けられ、前記１または複数の第２圧電薄膜共振器は前記第２方向に沿って複数設けられている構成とすることができる。

上記構成において、第１入力端子から第１出力端子に至る第１経路に設けられそれぞれ前記複数の第１圧電薄膜共振器である複数の第１直列共振器と、一端が前記第１経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続されそれぞれ前記複数の第２圧電薄膜共振器である複数の第１並列共振器を有する第１ラダー型フィルタを備える構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第２圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に前記第２方向に沿って複数設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第３下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と対向する第３上部電極と、を有する複数の第３圧電薄膜共振器と、前記複数の第３圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に前記第２方向に沿って複数設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第４下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と対向する第４上部電極と、を有する複数の第４圧電薄膜共振器と、第２入力端子から第２出力端子に至る第２経路に直列に接続されそれぞれ前記複数の第３圧電薄膜共振器である複数の第２直列共振器と、一端が前記第２経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続されそれぞれ前記複数の第４圧電薄膜共振器である複数の第２並列共振器を有し、前記第１ラダー型フィルタの通過帯域より低い通過帯域を有する第２ラダー型フィルタと、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜の厚さは前記第２方向に沿って略一定である構成とすることができる。

本発明は、上記弾性波デバイスを含むマルチプレクサである。

本発明は、基板と、前記基板の面上に設けられた単一の圧電膜と、共通端子から第１端子に至る第１経路に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第１下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１上部電極と、を有する１または複数の第１直列共振器と、一端が前記第１経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第２下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２上部電極と、を有する１または複数の第１並列共振器と、を備える第１ラダー型フィルタと、前記共通端子から第２端子に至る第２経路に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第３下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と対向する第３上部電極と、を有する１または複数の第２直列共振器と、一端が前記第２経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第４下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と対向する第４上部電極と、を有する１または複数の第２並列共振器と、を備え、前記第１ラダー型フィルタの通過帯域より低い通過帯域を有する第２ラダー型フィルタと、を備えるマルチプレクサである。

上記構成において、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と第１上部電極とが対向する第１共振領域における前記圧電膜は、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と第２上部電極とが対向する第２共振領域における前記圧電膜より薄く、前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と第３上部電極とが対向する第３共振領域における前記圧電膜は、前記第２共振領域における前記圧電膜より厚く、前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と第４上部電極とが対向する第４共振領域における前記圧電膜は、前記第３共振領域における前記圧電膜より厚い構成とすることができる。

本発明は、基板上に複数の下部電極を形成する工程と、前記複数の下部電極上に単一の圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上にマスク層を形成する工程と、前記マスク層をグレースケールマスクを介して露光することで、前記マスク層の膜厚を異ならせる工程と、前記膜厚が異なるマスク層をマスクに前記圧電膜をエッチングすることで、前記複数の下部電極の少なくとも２つの下部電極上における前記圧電膜の膜厚を異ならせる工程と、複数の圧電薄膜共振器が形成される領域において、それぞれ前記圧電膜を挟み前記複数の下部電極と複数の上部電極とが対向するように、前記圧電膜上に複数の上部電極を形成する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

本発明によれば、製造を容易とすることまたは小型化することができる。

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１における圧電膜を示す断面図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１の弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図６は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。 図７は、実施例２に係るデュプレクサの平面図である。 図８は、実施例２に係るデュプレクサの別の平面図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１および２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１および２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１１は、実施例１および２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。

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は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図１では、圧電膜１４を透視して空隙３０を図示している。基板１０の上面と平行で互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向とし、基板１０の上面の法線方向をＺ方向とする。

図１から図２（ｂ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向に圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄが配列されている。基板１０上に、空隙３０を介し下部電極１２ａから１２ｄが設けられている。下部電極１２ａから１２ｄ上に単一の圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は＋Ｘ方向に沿って厚くなり、Ｙ方向に沿ってほぼ同じ厚さである。すなわち、圧電膜１４の上面はＸ方向に沿って傾斜し、Ｙ方向に沿って傾斜していない。

圧電膜１４上に上部電極１６ａから１６ｄが設けられている。圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２ａから１２ｄと上部電極１６ａから１６ｄとがそれぞれ対向する領域は圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに対応する共振領域５０ａから５０ｄである。共振領域５０ａから５０ｄの平面形状は略楕円形状である。

基板１０としては、シリコン基板、アルミナ基板、石英基板、スピネル基板、ガラス基板または水晶基板等の絶縁基板を用いることができる。下部電極１２ａから１２ｄおよび上部電極１６ａから１６ｄとしては、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、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。

圧電膜１４としては、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素もしくは１２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。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）である。１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。

共振領域５０ａから５０ｄの少なくとも一部に、周波数を調整するための質量負荷膜が設けられていてもよい。質量付加膜としては、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜、または下部電極および上部電極として例示した金属膜を用いることができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１における圧電膜を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、Ｘ方向に沿った圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄの共振領域５０ａから５０ｄにおける圧電膜１４の膜厚Ｔ１からＴ４は＋Ｘ方向に行くにしたがい大きくなる。共振領域５０ａから５０ｄにおける圧電膜１４の膜厚Ｔ１からＴ４は、共振領域５０ａから５０ｄ内の圧電膜１４の体積を共振領域５０ａから５０ｄのＸＹ平面の面積で割った値である。膜厚Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４となる。膜厚Ｔ１からＴ４が大きいと圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄの共振周波数ｆｒ１からｆｒ４は低くなる。よって、ｆｒ１＞ｆｒ２＞ｆｒ３＞ｆｒ４となる。

図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿った圧電薄膜共振器１１ｄの共振領域５０ｄにおける圧電膜１４の膜厚Ｔ４はほぼ一定である。よって、圧電薄膜共振器１１ｄの共振周波数ｆｒ４はほぼ一定である。

２ＧＨｚ程度の圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２ａから１２ｄは、例えば基板１０側から膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜および膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜である。圧電膜１４は、例えば膜厚が１２００ｎｍから１３００ｎｍの窒化アルミニウム膜である。上部電極１６ａから１６ｄは、例えば圧電膜１４側から膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜および膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜である。共振領域５０ａから５０ｄの下部電極１２ａから１２ｄと上部電極１６ａから１６ｄとの間には挿入膜が設けられていてもよい。挿入膜は共振領域５０ａから５０ｄの各々の外周領域に設けられ中央領域には設けられていない。挿入膜は、例えば膜厚が１５０ｎｍの酸化シリコン膜である。圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを１２個設ける場合、空隙３０のＸ方向およびＹ方向の大きさはそれぞれ例えば８５０μｍから１０００μｍおよび４５０μｍから５５０μｍである。各層の材料、膜厚および大きさは所望の共振特性を得るため適宜設定できる。

［実施例１の製造方法］
図４（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、基板１０の上面に凹部３９を形成する。凹部３９はフォトリソグラフィ法およびエッチング法等を用い形成する。凹部内に犠牲層３８を埋め込む。犠牲層３８は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜する。犠牲層３８の膜厚は、例えば１０〜１００ｎｍであり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛、ゲルマニウム（Ｇｅ）または酸化シリコン等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。

図４（ｂ）に示すように、犠牲層３８上に下部電極１２ａから１２ｄを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。下部電極１２ａから１２ｄを、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２ａから１２ｄは、リフトオフ法により形成してもよい。

図４（ｃ）に示すように、下部電極１２ａから１２ｄおよび基板１０上に圧電膜１４を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。圧電膜１４の膜厚はほぼ一定である。

図４（ｄ）に示すように、圧電膜１４上にマスク層３６を形成する。マスク層３６は感光性の材料であり、例えばポジ型のフォトレジストである。マスク層３６の膜厚はほぼ一定である。

図５（ａ）に示すように、マスク３７をマスク層３６上に配置する。マスク３７はグレースケールマスクである。グレースケールマスクは、露光に用いる波長の光に対し透過率が３段階以上または連続的に変化するマスクである。マスク３７は＋Ｘ方向に行くにしたがい露光に用いる光の透過率が低くなり、Ｙ方向に沿って透過率がほぼ一定である。マスク３７を用いてポジ型のフォトレジストであるマスク層３６を露光現像すると、マスク層３６の膜厚は＋Ｘ方向に行くにしたがい大きくなり、Ｙ方向に沿ってほぼ一定である。マスク層３６としてネガ型のフォトレジストを用いる場合、＋Ｘ方向に行くにしたがい露光に用いる光の透過率が高くなり、Ｙ方向に沿って透過率がほぼ一定のマスク３７を用いる。

図５（ｂ）に示すように、マスク層３６をマスクに圧電膜１４をエッチングする。圧電膜１４とマスク層３６とエッチングレートの比に応じ圧電膜１４の上面は傾斜する。エッチングは、イオンミリング法等のドライエッチングを用いてもよいし、リン酸等を用いたウェットエッチング法を用いてもよい。例えば、圧電膜１４とマスク層３６のエッチングレートの比をほぼ１：１とすれば、図５（ａ）のマスク層３６の上面の傾斜とほぼ同じ角度で圧電膜１４の上面が傾斜する。犠牲層３８の外側の圧電膜１４をフォトグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図５（ｃ）に示すように、圧電膜１４上に上部電極１６ａから１６ｄを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極１６ａから１６ｄを、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６ａから１６ｄは、リフトオフ法により形成してもよい。

その後、犠牲層３８をエッチングすることで、空隙３０を形成する。これにより、図２（ａ）の圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄが形成される。図４（ａ）において凹部３９を形成せず、基板１０の平坦な上面上に犠牲層３８を形成する。圧電膜１４等の応力を圧縮応力となるように設定しておく。これにより、空隙３０をＺ方向にドーム状の膨らみを有する形状とすることもできる。

実施例１によれば、図２（ａ）および図３（ａ）のように、単一の圧電膜１４は基板１０の上面上に設けられ、＋Ｘ方向（基板１０の上面に平行な第１方向の一方から他方）に行くにしたがい厚くなる。１または複数の圧電薄膜共振器１１ａ（第１圧電薄膜共振器）は、基板１０と圧電膜１４との間に設けられた下部電極１２ａ（第１下部電極）と、圧電膜１４の一部を挟み下部電極１２ａと対向する上部電極１６ａ（第１上部電極）と、を有する。１または複数の圧電薄膜共振器１１ｂ（第２圧電薄膜共振器）は、圧電薄膜共振器１１ａよりも＋Ｘ方向（第１方向の他方）側に設けられ、基板１０と圧電膜１４との間に設けられた下部電極１２ｂ（第２下部電極）と、圧電膜１４の一部を挟み下部電極１２ｂと対向する上部電極１６ｂ（第２上部電極）と、を有する。

このように、圧電膜１４の厚さが＋Ｘ方向に行くにしたがい大きくなる。このため、Ｘ方向の位置に対応して共振周波数が変化する。例えば圧電膜１４は＋Ｘ方向に行くにしたがい連続的に厚くなる。これにより、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂを製造するときに、異なる共振周波数ｆｒ1およびｆｒ２ごとに圧電膜１４の膜厚Ｔ１およびＴ２を異ならせる工程を行わなくてもよい。また、異なる共振周波数ｆｒ１およびｆｒ２ごとに質量付加膜を設ける工程を行わなくてもよい。よって、弾性波デバイスの製造が容易となる。圧電膜１４の厚さは、圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄが形成される領域の範囲内において、＋Ｘ方向に行くにしたがい大きくなればよい。

また、Ｙ方向（基板１０の上面に平行でかつ第１方向に交差する第２方向）に沿った圧電膜１４の厚さの変化率をＸ方向に沿った圧電膜１４の厚さの変化率より小さくする。これにより、Ｙ方向に設けられた圧電薄膜共振器の共振周波数の差を小さくできる。Ｙ方向に沿った圧電膜１４の厚さの変化率はＸ方向に沿った圧電膜１４の厚さの変化率の１／５以下が好ましく、１／１０以下がより好ましい。なお、Ｘ方向の圧電膜１４の厚さの変化率は、Ｘ座標をＸ、圧電膜１４の厚さをＴとすると、ΔＴ／ΔＸである。Ｙ方向の圧電膜１４の厚さの変化率は、Ｙ座標をＹ、圧電膜１４の厚さをＴとすると、ΔＴ／ΔＹである。圧電膜１４の膜厚のＸ方向の変化率および／またはＹ方向の変化率が一定でない場合、圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄが形成される領域内において、Ｙ方向に沿った圧電膜１４の厚さの最大の変化率がＸ方向に沿った圧電膜１４の厚さの最小の変化率より小さければよい。

圧電膜１４の厚さはＹ方向に沿って製造誤差程度に略一定である。これにより、Ｙ方向に沿った複数の圧電薄膜共振器の共振周波数を互いに略同じにできる。

圧電薄膜共振器１１ａをＹ方向に沿って複数設け、圧電薄膜共振器１１ｂをＹ方向に沿って複数設ける。これにより、圧電薄膜共振器１１ａ内の共振周波数の差および圧電薄膜共振器１１ｂ内の共振周波数の差を、圧電薄膜共振器１１ａと１１ｂとの共振周波数ｆｒ１およびｆｒ２の差より小さくできる。また、複数の圧電薄膜共振器１１ａ内でＸ方向の位置を異ならせることで、複数の圧電薄膜共振器１１ａの共振周波数を細かく設定することができる。

1または複数の圧電薄膜共振器１１ｃ（第３圧電薄膜共振器）は、圧電薄膜共振器１１ｂの＋Ｘ方向側に設けられ、基板１０と圧電膜１４との間に設けられた下部電極１２ｃ（第３下部電極）と、圧電膜１４の一部を挟み下部電極１２ｃと対向する上部電極１６ｃ（第３上部電極）と、を有する。１または複数の圧電薄膜共振器１１ｄ（第４圧電薄膜共振器）は、圧電薄膜共振器１１ｃの＋Ｘ方向側に設けられ、基板１０と圧電膜１４との間に設けられた下部電極１２ｄ（第４下部電極）と、圧電膜１４の一部を挟み下部電極１２ｄと対向する上部電極１６ｄ（第４上部電極）と、を有する。これにより、共振周波数が３以上異なる複数の圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを容易に製造することができる。

このような、弾性波デバイスの製造方法として、図５（ａ）のように、マスク層３６をグレースケールマスクを介して露光することで、マスク層３６の膜厚を異ならせる。図５（ｂ）のように、膜厚が異なるマスク層３６をマスクに圧電膜１４をエッチングすることで、複数の下部電極１２ａから１２ｄの少なくとも２つの下部電極１２ａから１２ｄ上における圧電膜１４の膜厚を異ならせる。図５（ｃ）のように、複数の圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄが形成される領域において、それぞれ圧電膜１４を挟み複数の下部電極１２ａから１２ｄと複数の上部電極１６ａから１６ｄとが対向するように、圧電膜１４上に複数の上部電極１６ａから１６ｂを形成する。これにより、圧電膜１４の膜厚Ｔ１およびＴ２を異ならせる工程または質量付加膜を設ける工程を行わなくてもよい。よって、弾性波デバイスの製造が容易となる。

図６は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。図６に示すように、デュプレクサは、受信フィルタ４０および送信フィルタ４２を備えている。受信フィルタ４０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４２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４０は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波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４２は、送信端子Ｔｘから入力された高周波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４０および送信フィルタ４２は、ラダー型フィルタである。受信フィルタ４０では、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘの間に１または複数の直列共振器Ｓ１１からＳ１３が直列に接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘの間に１または複数の並列共振器Ｐ１１からＰ１３が並列に接続されている。送信フィルタ４２では、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘの間に１または複数の直列共振器Ｓ２１からＳ２３が直列に接続されている。共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘの間に１または複数の並列共振器Ｐ２１からＰ２３が並列に接続されている。受信フィルタ４０および送信フィルタ４２における直列共振器および並列共振器の個数は適宜設定できる。

図７は、実施例２に係るデュプレクサの平面図である。図７に示すように、直列共振器Ｓ１１からＳ１３は圧電薄膜共振器１１ａにより形成される。並列共振器Ｐ１１からＰ１３は圧電薄膜共振器１１ｂにより形成される。直列共振器Ｓ２１からＳ２３は圧電薄膜共振器１１ｃにより形成される。並列共振器Ｐ２１からＰ２３は圧電薄膜共振器１１ｄにより形成される。

圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄ間は下部電極１２および／または上部電極１６を配線として介し電気的に接続されている。配線は、下部電極１２および／または上部電極１６に低抵抗層が積層されていてもよい。低抵抗層は、金層または銅層のように下部電極１２および／または上部電極１６より抵抗率の低い層である。配線を下部電極１２と上部電極１６とで切り替えている箇所３２（例えばＳ１１とＳ１２の間）では、圧電膜１４に貫通孔が設けられ、貫通孔を介し下部電極１２と上部電極１６とが電気的に接続されている。共通端子Ａｎｔは上部電極１６を介し圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに電気的に接続されている。受信端子Ｒｘ、送信端子Ｔｘおよびグランド端子ＧＮＤは、下部電極１２を介し圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに電気的に接続されている。共通端子Ａｎｔは、圧電膜１４上に設けられ、受信端子Ｒｘ、送信端子Ｔｘおよびグランド端子ＧＮＤは、圧電膜１４が設けられてない領域の基板１０上に設けられている。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８は、実施例２に係るデュプレクサの別の平面図である。図８に示すように、共通端子Ａｎｔおよびグランド端子ＧＮＤは上部電極１６を介し圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに電気的に接続されている。送信端子Ｔｘおよび受信端子Ｒｘは、下部電極１２を介し圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに電気的に接続されている。共通端子Ａｎｔおよびグランド端子ＧＮＤは、圧電膜１４上に設けられ、受信端子Ｒｘおよび送信端子Ｔｘは、圧電膜１４の開口３５内の基板１０上に設けられている。その他の構成は図７と同じであり説明を省略する。

例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）バンド２５では、送信帯域は１８５ＭＨｚから１９１５ＭＨｚであり、受信帯域は１９３０ＭＨｚから１９９５ＭＨｚである。例えば圧電膜１４の膜厚が１２００ｎｍのとき共振周波数が２０００ＭＨｚとなるような圧電薄膜共振器を用い、バンド２５のデュプレクサを作製する場合を考える。この場合、圧電膜１４の膜厚Ｔ１からＴ４を、それぞれ例えば１２０３ｎｍ、１２４４ｎｍ、１２５３ｎｍおよび１２９７ｎｍとする。

実施例２によれば、図６から図８のように、受信フィルタ４０（第１ラダー型フィルタ）では、共通端子Ａｎｔ（第１入力端子）から受信端子Ｒｘ（第１出力端子、第１端子）に至る経路を第１経路とする。複数の直列共振器Ｓ１１からＳ１３（第１直列共振器）は第１経路に電気的に直列に接続され、それぞれが圧電薄膜共振器１１ａである。複数の並列共振器Ｐ１１からＰ１３（第１並列共振器）は、一端が第１経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、それぞれが圧電薄膜共振器１１ｂである。

Ｙ方向に沿って直列共振器Ｓ１１からＳ１３が設けられているため、直列共振器Ｓ１１からＳ１３の共振領域５０ａにおける圧電膜１４をほぼ同じ厚さにできる。これにより、直列共振器Ｓ１１からＳ１３の共振周波数を互いにほぼ同じにできる。Ｙ方向に沿って並列共振器Ｐ１１からＰ１３が設けられているため、並列共振器Ｐ１１からＰ１３における共振領域５０ｂにおける圧電膜１４を互いにほぼ同じ厚さにできる。これにより、並列共振器Ｐ１１からＰ１３の共振周波数をほぼ同じにできる。

直列共振器Ｓ１１からＳ１３の＋Ｘ方向側に並列共振器Ｐ１１からＰ１３が設けられているため、直列共振器Ｓ１１からＳ１３の共振領域５０ａ（第１共振領域）における圧電膜１４を並列共振器Ｐ１１からＰ１３の共振領域５０ｂ（第２共振領域）における圧電膜１４より薄くできる。これにより、並列共振器Ｐ１１からＰ１３の共振周波数を直列共振器Ｓ１１からＳ１３より低くできる。

送信フィルタ４２（第２ラダー型フィルタ）では、送信端子Ｔｘ（第２入力端子、第２端子）から共通端子Ａｎｔ（第２出力端子）に至る経路を第２経路とする。複数の直列共振器Ｓ２１からＳ２３（第２直列共振器）は、第２経路に直列に電気的に接続され、それぞれが圧電薄膜共振器１１ｃである。並列共振器Ｐ２１からＰ２３（第２並列共振器）は、一端が第２経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、それぞれ圧電薄膜共振器１１ｄである。

直列共振器Ｓ２１からＳ２３の共振領域５０ｃにおける圧電膜１４をほぼ同じ厚さにでき、並列共振器Ｐ２１からＰ２３における共振領域５０ｄにおける圧電膜１４をほぼ同じ厚さにできる。これにより、直列共振器Ｓ２１からＳ２３の共振周波数を互いにほぼ同じにでき、並列共振器Ｐ２１からＰ２３の共振周波数を互いにほぼ同じにできる。

並列共振器Ｐ１１からＰ１３の＋Ｘ方向側に直列共振器Ｓ２１からＳ２３が設けられているため、直列共振器Ｓ２１からＳ２３の共振領域５０ｃ（第３共振領域）における圧電膜１４を共振領域５０ｂにおける圧電膜より厚くできる。これにより、直列共振器Ｓ２１からＳ２３の共振周波数を並列共振器Ｐ１１からＰ１３より低くできる。

直列共振器Ｓ２１からＳ２３の＋Ｘ方向側に並列共振器Ｐ２１からＰ２３が設けられているため、並列共振器Ｐ２１からＰ２３の共振領域５０ｄ（第４共振領域）における圧電膜１４を共振領域５０ｃにおける圧電膜より厚くできる。これにより、並列共振器Ｐ２１からＰ２３の共振周波数を直列共振器Ｓ２１からＳ２３より低くできる。

これにより、受信フィルタ４０の通過帯域より低い通過帯域を有する送信フィルタ４２を容易に製造できる。

複数のラダー型フィルタを有するデュプレクサでは、少なくとも４個の共振周波数を有する圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを設けることになる。デュプレクサの小型化のためには単一の圧電膜１４に圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを設けることが好ましい。しかし、圧電膜１４の膜厚および／または質量付加膜の膜厚を異ならせて４個の共振周波数を有する圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを形成しようとすると、製造工程が煩雑となる。このため、単一の圧電膜１４に圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを形成することは難しかった。そこで、図５（ａ）のようにグレースケールマスクを用いる。これにより、複数のラダー型フィルタを有するデュプレクサを単一の圧電膜１４に形成することができる。よって、デュプレクサの小型化が可能となる。

マルチプレクサの例としてデュプレクサについて説明したが、マルチプレクサは例えばトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

［実施例１および２の変形例１］
図９（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１および２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ａ）に示すように、圧電膜１４の厚さは階段状に変化し、共振領域５０ａから５０ｄ内の各々の圧電膜１４の厚さはほぼ一定でもよい。図９（ｂ）に示すように、一部の圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｃでは共振領域５０ａおよび５０ｃ内の圧電膜１４の厚さは連続的に変化し、圧電薄膜共振器１１ｂおよび１１ｄの共振領域５０ｂおよび５０ｄ内では各々圧電膜１４の厚さはほぼ一定でもよい。図９（ｃ）に示すように、共振領域５０ａから５０ｄ内の圧電膜１４の厚さのＸに沿った変化率は異なっていてもよい。

図１０（ａ）に示すように、圧電膜１４の厚さは階段状に変化し、共振領域５０ａから５０ｄ内の各々の圧電膜１４の厚さは連続的に変化し、共振領域５０ａから５０ｄ内の圧電膜１４の厚さのＸに対する変化率はほぼ同じでもよい。図１０（ｂ）に示すように、圧電膜１４の厚さは階段状に変化し、共振領域５０ａから５０ｄ内の各々の圧電膜１４の厚さは連続的に変化してもよい。図１０（ｃ）に示すように、Ｘ方向に沿った圧電膜１４の厚さは連続的に変化し、圧電膜１４の厚さのＸに対する変化率は連続的に変化していてもよい。図９（ａ）から図１０（ｃ）において、その他の構成は、実施例１および２と同じであり説明を省略する。

実施例１の図２（ａ）および図１０（ｃ）のように、＋Ｘ方向に行くにしたがい圧電膜１４が厚くなることにより、Ｘ方向の位置を調整することで、圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄの共振周波数を任意の値に設定できる。

図５（ａ）のように、グレースケールマスクを用いることで、図９（ａ）から図１０（ｃ）のように、共振領域５０ａから５０ｄにおける圧電膜１４の厚さが異なる圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄを１回のパターニングおよびエッチングを用い形成できる。よって、製造工程を簡略化できる。

［実施例１および２の変形例２］
図１１は、実施例１および２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１に示すように、共振領域５０ａから５０ｄの下部電極１２ａから１２ｄ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３１ａと音響インピーダンスの高い膜３１ｂとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂ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３１ａと膜３１ｂ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および２と同じであり説明を省略する。

実施例１および２並びにその変形例１において、実施例１および２の変形例２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。

圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄは、共振領域５０ａから５０ｄにおいて空隙３０が基板１０と下部電極１２ａから１２ｄとの間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄは、共振領域５０ａから５０ｄにおいて下部電極１２ａから１２ｄ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。

複数の圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄに共通に空隙３０が設けられている例を説明したが、空隙３０は圧電薄膜共振器１１ａから１１ｄごとに設けられていてもよい。共振領域５０ａから５０ｄの平面形状として楕円形状を例に説明したが、四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。

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
１１ａ−１１ｄ 圧電薄膜共振器
１２ａ−１２ｄ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ａ−１６ｄ 上部電極
３０ 空隙
４０ 受信フィルタ
４２ 送信フィルタ
５０ａ−５０ｄ 共振領域

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の面上に設けられ、前記基板の前記面に平行な第１方向の一方から他方に行くにしたがい厚くなる単一の圧電膜と、
   前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第１下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１上部電極と、を有する１または複数の第１圧電薄膜共振器と、
   前記１または複数の第１圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第２下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２上部電極と、を有する１または複数の第２圧電薄膜共振器と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記面に平行でかつ前記第１方向に交差する第２方向に沿った前記圧電膜の厚さの変化率は前記第１方向に沿った前記圧電膜の厚さの変化率より小さい請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記１または複数の第１圧電薄膜共振器は前記第２方向に沿って複数設けられ、前記１または複数の第２圧電薄膜共振器は前記第２方向に沿って複数設けられている請求項２に記載の弾性波デバイス。
4. 第１入力端子から第１出力端子に至る第１経路に設けられそれぞれ前記複数の第１圧電薄膜共振器である複数の第１直列共振器と、一端が前記第１経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続されそれぞれ前記複数の第２圧電薄膜共振器である複数の第１並列共振器を有する第１ラダー型フィルタを備える請求項３に記載の弾性波デバイス。
5. 前記複数の第２圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に前記第２方向に沿って複数設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第３下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と対向する第３上部電極と、を有する複数の第３圧電薄膜共振器と、
   前記複数の第３圧電薄膜共振器よりも前記第１方向の他方側に前記第２方向に沿って複数設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第４下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と対向する第４上部電極と、を有する複数の第４圧電薄膜共振器と、
   第２入力端子から第２出力端子に至る第２経路に直列に接続されそれぞれ前記複数の第３圧電薄膜共振器である複数の第２直列共振器と、一端が前記第２経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続されそれぞれ前記複数の第４圧電薄膜共振器である複数の第２並列共振器を有し、前記第１ラダー型フィルタの通過帯域より低い通過帯域を有する第２ラダー型フィルタと、
   を備える請求項４に記載の弾性波デバイス。
6. 前記圧電膜の厚さは前記第２方向に沿って略一定である請求項２から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むマルチプレクサ。
8. 基板と、
   前記基板の面上に設けられた単一の圧電膜と、
   共通端子から第１端子に至る第１経路に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第１下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１上部電極と、を有する１または複数の第１直列共振器と、一端が前記第１経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第２下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２上部電極と、を有する１または複数の第１並列共振器と、を備える第１ラダー型フィルタと、
   前記共通端子から第２端子に至る第２経路に設けられ、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第３下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と対向する第３上部電極と、を有する１または複数の第２直列共振器と、一端が前記第２経路に電気的に接続され他端がグランドに電気的に接続され、前記基板と前記圧電膜との間に設けられた第４下部電極と、前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と対向する第４上部電極と、を有する１または複数の第２並列共振器と、を備え、前記第１ラダー型フィルタの通過帯域より低い通過帯域を有する第２ラダー型フィルタと、
   を備えるマルチプレクサ。
9. 前記圧電膜の一部を挟み前記第１下部電極と第１上部電極とが対向する第１共振領域における前記圧電膜は、前記圧電膜の一部を挟み前記第２下部電極と第２上部電極とが対向する第２共振領域における前記圧電膜より薄く、
   前記圧電膜の一部を挟み前記第３下部電極と第３上部電極とが対向する第３共振領域における前記圧電膜は、前記第２共振領域における前記圧電膜より厚く、
   前記圧電膜の一部を挟み前記第４下部電極と第４上部電極とが対向する第４共振領域における前記圧電膜は、前記第３共振領域における前記圧電膜より厚い請求項８に記載のマルチプレクサ。
10. 基板上に複数の下部電極を形成する工程と、
    前記複数の下部電極上に単一の圧電膜を形成する工程と、
    前記圧電膜上にマスク層を形成する工程と、
    前記マスク層をグレースケールマスクを介して露光することで、前記マスク層の膜厚を異ならせる工程と、
    前記膜厚が異なるマスク層をマスクに前記圧電膜をエッチングすることで、前記複数の下部電極の少なくとも２つの下部電極上における前記圧電膜の膜厚を異ならせる工程と、
    複数の圧電薄膜共振器が形成される領域において、それぞれ前記圧電膜を挟み前記複数の下部電極と複数の上部電極とが対向するように、前記圧電膜上に複数の上部電極を形成する工程と、
    を含む弾性波デバイスの製造方法。

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