JP2019212982A - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を高めかつ損失を抑制することができる。
【解決手段】基板と、前記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、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向する共振領域を形成するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域外において前記下部電極上に設けられ前記下部電極と電気的に接続する配線と、前記共振領域のうち前記共振領域の中心より前記下部電極が引き出される側に位置する領域の前記上部電極と前記共振領域外の前記下部電極および／または前記配線とを空隙上を介し接続する絶縁膜と、を備える圧電薄膜共振器。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電薄膜共振器、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の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を用いたフィルタおよびマルチプレクサが広く使用されている。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。

共振領域内の上部電極上から共振領域外の下部電極上まで絶縁膜を設けることが知られている（例えば特許文献１）。共振領域内の上部電極上に付加膜を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。

特開２０１７−１５８１６１号公報 特開２００９−２００７１４号公報 特開２００８−１７２４９４号公報

フィルタおよびマルチプレクサの耐電力化のため圧電薄膜共振器の耐電力化が求められている。このため、圧電薄膜共振器の共振領域内から共振領域外への放熱性を高めることが考えられる。しかしながら、共振領域内から共振領域外への放熱経路を設けると、放熱経路を介し弾性波のエネルギーが漏洩する可能性がある。これにより、圧電薄膜共振器の損失が大きくなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、放熱性を高めかつ損失を抑制することを目的とする。

本発明は、基板と、前記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、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向する共振領域を形成するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域外において前記下部電極上に設けられ前記下部電極と電気的に接続する配線と、前記共振領域のうち前記共振領域の中心より前記下部電極が引き出される側に位置する領域の前記上部電極と前記共振領域外の前記下部電極および／または前記配線とを空隙上を介し接続する絶縁膜と、を備える圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記絶縁膜と前記圧電膜の端面の少なくとも一部とは前記空隙を挟み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、前記絶縁膜は前記圧電膜の端面と接触しない構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜は前記下部電極および／または前記配線に接触する構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜は前記基板に接触する構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域内の前記上部電極上および／または前記圧電膜の端面に設けられた保護膜を備え、前記絶縁膜は前記保護膜より厚い構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域の中央領域には設けられておらず、前記中央領域を囲む前記共振領域内の前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた挿入膜を備え、前記絶縁膜は、前記挿入膜が設けられた領域において前記上部電極と接続する構成とすることができる。

上記構成において、前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電膜内に励振された弾性波を反射する音響反射層を備え、前記絶縁膜は、平面視において前記音響反射層と重ならない領域において前記上部電極と接続する構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜の端面は前記上部電極の端面の外側に位置し、前記絶縁膜は、前記共振領域のうち前記共振領域の中心より前記下部電極が引き出される側に位置する領域の前記上部電極および前記上部電極が設けられた前記圧電膜の面と、前記共振領域外の前記下部電極および／または前記配線と、を接続す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含むフィルタである。

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

本発明によれば、放熱性を高めかつ損失を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図２（ｂ）は、共振領域内の温度を示す図である。 図３（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図４（ａ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図５（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図６（ａ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図７（ａ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図（その１）である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図（その２）である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図（その３）である。 図１１（ａ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、それぞれ図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図１２（ａ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、それぞれ図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例８から１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１１から１３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図１５（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１５（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

以下、図面を参照し実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図１（ａ）では、下部電極１２、上部電極１６、配線２０、２１および絶縁膜２２を図示している。

図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。空隙３０は、圧電膜１４に励振された弾性波を反射する音響反射層として機能する。下部電極１２は例えば基板１０側からＣｒ（クロム）膜およびＲｕ（ルテニウム）膜である。

下部電極１２上に、（００２）方向（Ｃ軸方向）を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４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１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は、楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。平面視において空隙３０は共振領域５０を含むように設けられる。これにより、圧電膜１４に励振された弾性波は空隙３０により反射される。上部電極１６は例えば圧電膜１４側からＲｕ膜およびＣｒ膜である。

共振領域５０から下部電極１２および上部電極１６が引き出される領域がそれぞれ引き出し領域５２および５６である。引き出し領域５２および５６以外は領域５４である。領域５２および５４では上部電極１６の輪郭により共振領域５０の輪郭が画定され、領域５６では下部電極１２の輪郭により共振領域５０の輪郭が画定される。領域５４では、下部電極１２が上部電極１６を囲む。これにより、下部電極１２と上部電極１６との位置合わせずれが生じても共振領域５０の面積の変化を抑制できる。

共振領域５０外の領域５２および５４における下部電極１２上に下部電極１２と電気的に接続する配線２０が設けられている。領域５６における上部電極１６上に上部電極１６に電気的に接続する配線２１が設けられている。配線２０および２１は、例えば下部電極１２および上部電極１６側からＴｉ（チタン）膜およびＡｕ（金）膜である。配線２０および２１の膜厚は、圧電膜１４の膜厚と同程度である。

共振領域５０の周縁部の上部電極１６と配線２０とを接続する絶縁膜２２が設けられている。絶縁膜２２は圧電膜１４の端面には接しておらず、圧電膜１４と配線２０との間には空隙２６が設けられている。絶縁膜２２は例えば酸化シリコン膜である。共振領域５０内の上部電極１６上および圧電膜１４の端面には、保護膜として酸化シリコン膜が設けられていてもよい。

図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３４が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３４の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３４の先端に孔部３２を有する。

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Ｃｒ膜からなる下層１２ａの膜厚は１００ｎｍ、Ｒｕ膜からなる上層１２ｂの膜厚は２１０ｎｍである。ＡｌＮ膜からなる圧電膜１４の膜厚は１１００ｎｍである。上部電極１６のＲｕ膜からなる下層１６ａの膜厚は２３０ｎｍ、Ｃｒ膜からなる上層１６ｂの膜厚は５０ｎｍである。酸化シリコン膜からなる保護膜の膜厚は５０ｎｍである。

基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、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。

圧電膜１４は、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする窒化アルミニウム膜である。圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）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族または１２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族または１２族と５族との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族の元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）であり１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）である。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）である。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。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。

絶縁膜２２は、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜または窒化アルミニウム膜を用いることができる。絶縁膜２２の膜厚は例えば圧電膜１４の膜厚と同程度である。共振周波数が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚのとき絶縁膜２２の膜厚は例えば１２５ｎｍから３２００ｎｍである。共振周波数が２３００ＭＨｚから２７００ＭＨｚのとき絶縁膜２２の膜厚は例えば１００ｎｍから２８００ｎｍである。共振周波数が３３００ＭＨｚから４２００ＭＨｚのとき絶縁膜２２の膜厚は例えば６０ｎｍから１６００ｎｍである。共振周波数が４４００ＭＨｚから５０００ＭＨｚのとき絶縁膜２２の膜厚は例えば５００ｎｍから１２００ｎｍである。共振周波数が５０００ＭＨｚから６０００ＭＨｚのとき絶縁膜２２の膜厚は例えば３５ｎｍから１０００ｎｍである。

［比較例１］
比較例１として、絶縁膜２２を設けない圧電薄膜共振器を作製した。作製条件は、実施例１において２ＧＨｚの共振周波数として例示した条件である。共振領域５０は長軸が約１５５μｍ、短軸が約１００μｍである。比較例に係る圧電薄膜共振器に高周波電力を印加し、８５℃の環境温度下にて共振領域５０内の温度を測定した。

図２（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図２（ｂ）は、共振領域内の温度を示す図である。図２（ａ）に示すように、共振領域５０内において、引き出し領域５６側の短軸上の位置Ａ１、共振領域５０の中心の位置Ａ２、引き出し領域５２側の短軸上の位置Ａ３、および長軸上の端部の位置Ａ４について温度を測定した。

比較例１の圧電薄膜共振器の共振周波数および反共振周波数はそれぞれ２４５３ＭＨｚおよび２５１２ＭＨｚである。図２（ｂ）に示すように、比較例１に周波数が２４５３ＭＨｚ、２４５９ＭＨｚ、２４７５ＭＨｚ、２４８３ＭＨｚおよび２５１２ＭＨｚの周波数の高周波信号を印加した。それぞれの周波数における出力電力および位置Ａ１からＡ４における温度を測定した。周波数が２４８３ＭＨｚ以外では位置Ａ３の温度が最も高い。周波数が２４８３ＭＨｚのとき、位置Ａ３の温度は２番目に高かった。位置Ａ１では温度が最も低い。

この結果から、共振領域５０において発生した熱は、上部電極１６下に設けられた圧電膜１４を介し基板１０に放出されると考えられる。位置Ａ３では、外側に圧電膜１４が設けられておらず、上部電極１６の引き出し領域５６まで遠いため発熱するものと考えられる。位置Ａ３の温度が高くなると、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６のいずれかにおいて膜剥がれが生じる等により積層構造が破壊されることがある。これにより耐電力性が低くなる。

実施例１によれば、絶縁膜２２は、共振領域５０の中心より下部電極１２が引き出される側に位置する領域の上部電極１６と共振領域５０外の配線２０とを接続する。これにより、絶縁膜２２は共振領域５０から配線２１への放熱経路として機能する。よって、位置Ａ３の温度を下げることができ、耐電力性を高めることができる。さらに、絶縁膜２２と圧電膜１４の端面の少なくとも一部とは空隙２６を挟み設けられている。これにより、共振領域５０内の圧電膜１４を横方向に伝搬する弾性波が絶縁膜２２に漏洩することを抑制できる。よって、圧電薄膜共振器の損失を抑制することができる。

共振領域５０内のうち絶縁膜２２が接続する領域は、共振領域５０の中心（例えば重心）より引き出し領域５２側であればよい。絶縁膜２２が上部電極１６に接続する領域は、共振領域５０の外周に接することが好ましい。これにより、最も発熱しやすい領域からの放熱性を高めることができる。絶縁膜２２が上部電極１６に接続する領域は共振領域５０の外周から離間していてもよい。

絶縁膜２２が上部電極１６に接続する領域の幅（共振領域５０の中心を通る直線に沿った幅）が大きくなると放熱性が高まる。しかし、絶縁膜２２が共振領域５０内に接続すると、弾性波の励振が抑制される。これらより、絶縁膜２２が上部電極１６に接続する領域の幅は、共振周波数が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚのときは０．１２５μｍ以上かつ１４μｍ以下が好ましい。共振周波数が２３００ＭＨｚから２７００ＭＨｚのとき、この幅は０．１μｍ以上かつ１２．５μｍ以下が好ましい。共振周波数が３３００ＭＨｚから４２００ＭＨｚのとき、この幅は０．０６μｍ以上かつ１０μｍ以下が好ましい。共振周波数が４４００ＭＨｚから５０００ＭＨｚのとき、この幅は０．０５μｍ以上かつ７．５μｍ以下が好ましい。共振周波数が５０００ＭＨｚから６０００ＭＨｚのとき、この幅は０．０３５μｍ以上かつ６μｍ以下が好ましい。

［実施例１の変形例１］
図３（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、実施例１の変形例１では、絶縁膜２２は、領域５２および５４において配線２０と圧電膜１４との間の下部電極１２の上面および配線２０の内側の側面に接触し、配線２０の上面に接していない。絶縁膜２２と圧電膜１４との間には空隙２６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。

［実施例１の変形例２］
図４（ａ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、実施例１の変形例２では、絶縁膜２２は、領域５２および５４において配線２０と圧電膜１４との間の下部電極１２の上面、配線２０の内側の側面、および配線２０の上面に接触している。絶縁膜２２と圧電膜１４との間には空隙２６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。

［実施例１の変形例３］
図５（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、実施例１の変形例３では、絶縁膜２２は、領域５２および５４において配線２０と圧電膜１４との間の下部電極１２の上面、配線２０の内側の側面、および配線２０の上面に接触している。絶縁膜２２と圧電膜１４との間には空隙２６が形成されている。領域５４において、絶縁膜２２は、配線２０の外側の側面および配線２０より外側の基板１０の上面に接している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例４］
図６（ａ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、実施例１の変形例４では、絶縁膜２２は、領域５２において配線２０の上面に接触しており、配線２０と圧電膜１４との間には設けられていない。絶縁膜２２と圧電膜１４との間には空隙２６が形成されている。領域５４において、絶縁膜２２は、下部電極１２および配線２０と接しておらず、配線２０より外側の基板１０の上面に接している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１およびその変形例１のように、絶縁膜２２は、共振領域５０内の上部電極１６と共振領域５０外の下部電極１２および／または配線２０とを接続すればよい。

絶縁膜２２は圧電膜１４と接触していない。これにより、圧電膜１４から絶縁膜２２を介した弾性波の漏洩を抑制できる。よって、圧電薄膜共振器の損失を抑制できる。

実施例１の変形例１から３のように、絶縁膜２２は下部電極１２に接触する。これにより、共振領域５０において発生した熱を下部電極１２に放出することができる。実施例１およびその変形例１から４のように、絶縁膜２２は配線２０に接触する。これにより、共振領域５０において発生した熱を配線２０に放出することができる。放熱性の観点から、絶縁膜２２は下部電極１２および配線２０に接触することが好ましい。実施例１の変形例３および４のように、絶縁膜２２は基板１０に接触してもよい。これにより、共振領域５０において発生した熱を基板１０に放出することができる。

［実施例１の変形例５］
図７（ａ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、実施例１の変形例５では、配線２０は圧電膜１４より薄い。絶縁膜２２は、配線２０上に設けられた台座部２２ｂと接続部２２ａとを備えている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例５の製造方法］
図８（ａ）から１０（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す図である。図８（ａ）、図９（ａ）および図１０（ａ）は平面図、図８（ｂ）、図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、図８（ａ）、図９（ａ）および図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８（ｃ）、図９（ｃ）および図１０（ｃ）は、図８（ａ）、図９（ａ）および図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６、配線２０および２１を周知の方法を用い形成する。領域５２および５４において、配線２０上に台座部２２ｂを形成する。台座部２２ｂは、例えば酸化シリコン膜であり、真空蒸着法またはスパッタリング法およびリフトオフ法を用い形成する。台座部２２ｂの上面と共振領域５０内の上部電極１６の上面とがほぼ同じ高さとなるようにする。台座部２２ｂは、真空蒸着法またはスパッタリング法およびリフトオフ法を複数回繰り返して形成してもよい。

図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、領域５２および５４において、圧電膜１４と配線２０および台座部２２ｂとの間に犠牲層２５を形成する。犠牲層２５は、例えば酸化マグネシウム膜であり、真空蒸着法またはスパッタリング法およびリフトオフ法を用い形成する。犠牲層２５の上面は、台座部２２ｂの上面と同じまたは高くする。

図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、共振領域５０の端部および領域５２および５４の犠牲層２５および台座部２２ｂ上に接続部２２ａを形成する。接続部２２ａは、例えば酸化シリコン膜であり、真空蒸着法またはスパッタリング法およびリフトオフ法を用い形成する。接続部２２ａの膜厚は犠牲層２５の段差により断線しない程度の厚さとする。台座部２２ｂおよび接続部２２ａにより絶縁膜２２が形成される。その後、絶縁膜２２がエッチングされないような媒体を用い犠牲層２５を除去する。これにより、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器が製造される。

実施例１の変形例５のように、配線２０の上面が共振領域５０内の上部電極１６の上面より低いとき、配線２０上に台座部２２ｂを形成する。これにより、空隙２６上に上部電極１６と配線２０とを接続する絶縁膜２２を形成できる。

［実施例１の変形例６］
図１１（ａ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、それぞれ図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示すように、実施例１の変形例６では、配線２０は圧電膜１４より厚い。絶縁膜２２は、共振領域５０内の上部電極１６上に設けられた台座部２２ｂと接続部２２ａとを備えている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例６のように、配線２０の上面が共振領域５０内の上部電極１６の上面より高いとき、共振領域５０内の上部電極１６上に台座部２２ｂを形成する。これにより、空隙２６上に上部電極１６と配線２０とを接続する絶縁膜２２を形成できる。

［実施例１の変形例７］
図１２（ａ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、それぞれ図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示すように、実施例１の変形例７では、絶縁膜２２に空隙２６とつながる孔２３が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例７では、犠牲層２５を除去する媒体を孔２３を介して空隙２６に導入できる。

［実施例１の変形例８］
図１３（ａ）は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の断面図である。実施例１の変形例８から１０では、ドーム状の空隙３０を基板１０に設けられた空隙３０として図示する。図１３（ａ）に示すように、実施例１の変形例８では、圧電膜１４は下部電極１２上に設けられた下部圧電膜１４ａと下部圧電膜１４ａ上に設けられた上部圧電膜１４ｂとを備えている。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域５７に設けられておらず、共振領域５０の外周領域５８に中央領域５７を囲むように設けられている。挿入膜２８は、例えば膜厚が１００ｎｍの酸化シリコン膜であり、挿入膜２８のヤング率は圧電膜１４のヤング率より小さい。共振領域５０の外周領域５８の一部に挿入膜２８を設けることで、弾性波の横方向への漏洩を抑制し圧電薄膜共振器の損失を抑制できる。

下部電極１２の引き出し領域５２において、上部圧電膜１４ｂの端面は上部電極１６の端面と略一致する。下部圧電膜１４ａの端面は上部圧電膜１４ｂの端面より外側に位置している。下部圧電膜１４ａの上面には挿入膜２８が設けられている。保護膜２４は、共振領域５０の上部電極１６の上面、領域５２の上部電極１６の端面、上部圧電膜１４ｂの端面、挿入膜２８の上面、下部圧電膜１４ａの端面および下部電極１２の上面に接して設けられている。保護膜２４は例えば膜厚が５０ｎｍの酸化シリコン膜である。

領域５２において、下部圧電膜１４ａから下部電極１２上にかけて配線２０が設けられている。絶縁膜２２は、外周領域５８の上部電極１６の上面と配線２０の上面とを接続する。絶縁膜２２と圧電膜１４との間には空隙２６が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例８のように、上部圧電膜１４ｂの端面と絶縁膜２２との間に空隙２６が設けられている。これにより、圧電膜１４から絶縁膜２２への弾性波の漏洩を抑制できる。また、圧電膜１４内に挿入膜２８が設けられていてもよい。挿入膜２８は、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との間に設けられていてもよい。

挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域５７には設けられておらず、中央領域５７を囲む共振領域５０内の下部電極１２と上部電極１６との間に設けられている。挿入膜２８は、中央領域５７を完全に囲ってもよいし、中央領域５７の一部を囲ってもよい。例えば挿入膜２８は上部電極１６が引き出される側には設けられていなくてもよい。圧電薄膜共振器の主モードである厚み縦振動モードの弾性波は主に中央領域５７において励振されている。そこで、絶縁膜２２は、挿入膜２８が設けられた領域において上部電極１６と接続することが好ましい。これにより、共振領域５０から絶縁膜２２への弾性波の漏洩がより抑制される。よって、圧電薄膜共振器の損失をより抑制できる。絶縁膜２２は、挿入膜２８が設けられていない領域において上部電極１６と接続しないことが好ましい。

共振領域５０内の上部電極１６上の少なくとも一部および／または圧電膜１４の端面の少なくとも一部に保護膜２４が設けられている。保護膜２４は薄ければ弾性波の漏洩にはほとんど寄与しないが放熱にもほとんど寄与しない。絶縁膜２２を放熱に寄与する膜厚とすると弾性波が絶縁膜２２を介し漏洩してしまう。そこで、絶縁膜２２は保護膜２４より厚い。例えば絶縁膜２２の膜厚は保護膜２４の膜厚の５倍以上が好ましく、１０倍以上がより好ましい。

［実施例１の変形例９］
図１３（ｂ）は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１３（ｂ）に示すように、実施例１の変形例９では、絶縁膜２２は共振領域５０内の上部電極１６の上面、上部圧電膜１４ｂの端面および領域５２における挿入膜２８の上面と配線２０とを空隙２６上を介し接続している。その他の構成は実施例１の変形例８と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例９のように絶縁膜２２は圧電膜１４の端面の少なくとも一部に接触していてもよい。絶縁膜２２が上部電極１６と共振領域５０外の下部電極１２および／または配線２０とを空隙２６上を介し接続する。すなわち、共振領域５０内の上部電極１６と共振領域５０外の下部電極１２および／または配線２０との間において、絶縁膜２２は空隙２６（空気層）に囲まれている。これにより、共振領域５０から絶縁膜２２を介した弾性波の漏洩を抑制できる。圧電膜１４の端面の少なくとも一部に接触する絶縁膜２２の圧電膜１４の端面の法線方向の膜厚は空隙２６上の絶縁膜２２の膜厚より薄いことが好ましい。これにより、弾性波の漏洩を抑制できる。

［実施例１の変形例１０］
図１３（ｃ）は、実施例１の変形例１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１３（ｃ）に示すように、実施例１の変形例１０では、領域５２において、上部圧電膜１４ｂの端面は上部電極１６の端面より外側に位置している。絶縁膜２２は共振領域５０内の上部電極１６の上面および領域５２における上部圧電膜１４ｂの上面と配線２０とを空隙２６上を介し接続している。その他の構成は実施例１の変形例８と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例１０のように、圧電膜１４の端面は上部電極１６の端面の外側に位置する。絶縁膜２２は、共振領域５０のうち下部電極１２が引き出される側の領域の上部電極１６および上部電極１６が設けられた圧電膜１４の上面と、共振領域５０外の下部電極１２および／または配線２０と、を接続する。これにより、放熱性をより高めることができる。

［実施例１の変形例１１］
図１４（ａ）は、実施例１の変形例１１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１４（ａ）に示すように、平面視において、基板１０と下部電極１２との間に設けられた空隙３０は、絶縁膜２２が上部電極１６と接続する領域に重なっていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

空隙３０は圧電膜１４内に励振された弾性波反射する。よって、圧電薄膜共振器の主モードである厚み縦振動モードの弾性波は主に共振領域５０上のうち空隙３０と重なる領域において励振される。そこで、絶縁膜２２は、平面視において空隙３０と重ならない領域において上部電極１６と接続することが好ましい。これにより、共振領域５０から絶縁膜２２への弾性波の漏洩がより抑制される。よって、圧電薄膜共振器の損失をより抑制できる。絶縁膜２２は、平面視において空隙３０と重なる領域において上部電極１６と接続しないことが好ましい。

［実施例１の変形例１２］
図１４（ｂ）は、実施例１の変形例１２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１４（ｂ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。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１３］
図１４（ｃ）は、実施例１の変形例１３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１４（ｃ）に示すように、共振領域５０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から１１において、実施例１の変形例１２と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例１の変形例１３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１２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１３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。共振領域５０と重なる音響反射層は、空隙３０または音響反射膜３１を含めばよい。

実施例１およびその変形例において、共振領域５０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。

実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１５（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１５（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。絶縁膜２２は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ４の全てに設けてもよい。絶縁膜２２は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ４の一部の共振器に設け、他の共振器には設けなくてもよい。例えば、直列共振器Ｓ１からＳ４には大電力の高周波電力が印加される。そこで、直列共振器Ｓ１からＳ４に絶縁膜２２を設け、並列共振器Ｐ１からＰ４に設けなくてもよい。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

図１５（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１５（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。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の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。送信フィルタ４０には大電力の高周波信号が印加される。そこで、送信フィルタ４０に実施例２のフィルタを用いることが好ましい。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリ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
１４ａ 下部圧電膜
１４ｂ 上部圧電膜
１６ 上部電極
２０、２１ 配線
２２ 絶縁膜
２４ 保護膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２、５４、５６ 領域
５７ 中央領域
５８ 外周領域

Claims (11)

1. 基板と、
   前記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、
   前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向する共振領域を形成するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
   前記共振領域外において前記下部電極上に設けられ前記下部電極と電気的に接続する配線と、
   前記共振領域のうち前記共振領域の中心より前記下部電極が引き出される側に位置する領域の前記上部電極と前記共振領域外の前記下部電極および／または前記配線とを空隙上を介し接続する絶縁膜と、
   を備える圧電薄膜共振器。
2. 前記絶縁膜と前記圧電膜の端面の少なくとも一部とは前記空隙を挟み設けられている請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記絶縁膜は前記圧電膜の端面と接触しない請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。
4. 前記絶縁膜は前記下部電極および／または前記配線に接触する請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
5. 前記絶縁膜は前記基板に接触する請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記共振領域内の前記上部電極上および／または前記圧電膜の端面に設けられた保護膜を備え、
   前記絶縁膜は前記保護膜より厚い請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
7. 前記共振領域の中央領域には設けられておらず、前記中央領域を囲む前記共振領域内の前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた挿入膜を備え、
   前記絶縁膜は、前記挿入膜が設けられた領域において前記上部電極と接続する請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
8. 前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電膜内に励振された弾性波を反射する音響反射層を備え、
   前記絶縁膜は、平面視において前記音響反射層と重ならない領域において前記上部電極と接続する請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
9. 前記圧電膜の端面は前記上部電極の端面の外側に位置し、
   前記絶縁膜は、前記共振領域のうち前記共振領域の中心より前記下部電極が引き出される側に位置する領域の前記上部電極および前記上部電極が設けられた前記圧電膜の面と、前記共振領域外の前記下部電極および／または前記配線と、を接続する請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。
11. 請求項１０に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

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