JP2020202413A - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
Description
図3(a)から図3(c)は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図3(a)に示すように、基板10上に犠牲層38を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は、例えば厚さが10nmから100nmの酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、ゲルマニウム(Ge)または酸化シリコン(SiO2)等である。その後、犠牲層38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。犠牲層38の形状は、空隙30の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域50となる領域を含む。犠牲層38および基板10上に下部電極12として下層12aおよび上層12b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。その後、下部電極12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12は、リフトオフ法により形成してもよい。
図4は、比較例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図4に示すように、比較例1では領域56に付加膜17は形成されていない。その他の構成は実施例1と同じである。
領域56の幅D5を変え、比較例1における反共振周波数におけるQ値(Qa)をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
周波数調整膜24:厚さが52nmの酸化シリコン膜
上層16b:厚さが22nmのクロム膜
下層16a:厚さが219nmのルテニウム膜
挿入膜28:厚さが150nmの酸化シリコン膜
圧電膜14:厚さが1163nmのマグネシウム、ハフニウム添加の窒化アルミニウム膜
上層12b:厚さが278nmのルテニウム膜
下層12a:厚さが96nmのクロム膜
基板10:シリコン基板
共振領域50の幅:84μm
シミュレーションは、1800MHzから2100MHzの交流電圧を下部電極12と上部電極16との間に印加しアドミッタンスの周波数依存を算出した。算出結果をmBVDモデルでフィッティングし、Qaを算出した。
次に、1個の付加膜17を設けた圧電薄膜共振器についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
付加膜17の個数:1個
領域56の幅D5:50μm
付加膜17の幅D1および共振領域50と付加膜17と間の領域56cの幅D3を変えた。その他のシミュレーション条件はシミュレーション1と同じである。
一定の周期で付加膜17の個数を変え圧電薄膜共振器についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
付加膜17の幅D1:1.8μm
領域56bおよび56cの幅D2、D3:2.2μm
付加膜17の個数および領域56dの幅D4を変化させた。その他のシミュレーション条件はシミュレーション1と同じである。
図9(a)に示すように、実施例1の変形例1では、領域56aにおいて、付加膜15は圧電膜14上に設けられ、圧電膜14と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜15は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図9(b)に示すように、実施例1の変形例2では、領域56aにおいて、付加膜27は挿入膜28と上部圧電膜14bとの間に設けられ、挿入膜28と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜27は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図9(c)に示すように、実施例1の変形例3では、領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12と圧電膜14との間に設けられ、下部電極12の上層12bと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図10(a)に示すように、実施例1の変形例4では、領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12の下層12aと上層12bとの間に設けられ、下部電極12の下層12aと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図10(b)に示すように、実施例1の変形例5では、領域56aにおいて、圧電膜14の上面に溝15aが設けられている。領域56bから56dには溝15aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図10(c)に示すように、実施例1の変形例6では、領域56aにおいて、挿入膜28に溝27aが設けられている。領域56bから56dには溝27aは設けられていない。溝27aは挿入膜28を貫通している。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図11(a)に示すように、実施例1の変形例7では、領域56aにおいて、下部電極12の上層12bの上面に溝13aが設けられている。領域56bから56dには溝13aは設けられていない。溝13aは上層12bを貫通していない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図11(b)に示すように、実施例1の変形例8では、領域56aにおいて、基板10の上面に溝11aが設けられている。領域56bから56dには溝11aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図11(c)に示すように、実施例1の変形例9では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、圧電膜14上に付加膜17が設けられている。領域56bから56dには付加膜17は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図12(a)に示すように、実施例1の変形例10では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜15は圧電膜14上に設けられ、圧電膜14と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜15は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図12(b)に示すように、実施例1の変形例11では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12と圧電膜14との間に設けられ、下部電極12の上層12bと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図12(c)に示すように、実施例1の変形例12では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12の下層12aと上層12bとの間に設けられ、下部電極12の下層12aと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図13(a)に示すように、実施例1の変形例13では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、圧電膜14の上面に溝15aが設けられている。領域56bから56dには溝15aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図13(b)に示すように、実施例1の変形例14では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、下部電極12の上層12bの上面に溝13aが設けられている。領域56bから56dには溝13aは設けられていない。溝13aは上層12bを貫通していない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図13(c)に示すように、実施例1の変形例15では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、基板10の上面に溝11aが設けられている。領域56bから56dには溝11aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図14(a)に示すように、実施例1の変形例16では、付加膜17dは領域56aおよび56bに設けられ、領域56cおよび56dには設けられていない。付加膜17cは領域56aに設けられ、領域56bから56dには設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図14(b)に示すように、実施例1の変形例17では、付加膜17の厚さが共振領域50側から端面64側にかけて小さくなる。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14(c)に示すように、実施例1の変形例18では、付加膜17の厚さが共振領域50側から端面64側にかけて大きくなる。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15(a)は、実施例1の変形例19に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図15(a)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。
図15(b)は、実施例1の変形例20に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図15(b)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高い膜31aと音響インピーダンスの低い膜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と同じであり説明を省略する。
11a、13a、15a溝
12 下部電極
13、15、17、27 付加膜
14 圧電膜
14a 下部圧電膜
14b 上部圧電膜
16 上部電極
18 積層膜
28 挿入膜
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
50 共振領域
52 外周領域
54 中央領域
56、56a−56d 領域
Claims (11)
- 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、
前記圧電膜上に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と平面視において重なる領域で規定される共振領域を形成するように設けられた上部電極と、
前記共振領域の外周のうち前記上部電極の外周で規定される外周と前記圧電膜の端面との間における前記下部電極および前記圧電膜を含む積層膜に前記共振領域から離れて設けられ、前記共振領域との間には設けられていない付加膜または溝と、
を備える圧電薄膜共振器。 - 前記付加膜または前記溝の幅および前記共振領域と前記付加膜または前記溝との間の幅は、前記共振領域における前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの0.2倍以上かつ1.5倍以下である請求項1に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記共振領域と前記付加膜または前記溝との間の幅は、前記共振領域と前記付加膜または前記溝との間の領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下であり、
前記付加膜または前記溝の幅は、前記付加膜が設けられた領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下である請求項1に記載の圧電薄膜共振器。 - 前記付加膜の厚さまたは前記溝の深さは、前記下部電極および前記圧電膜の合計の厚さの0.05倍以上である請求項2または3に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記付加膜または前記溝は、前記基板と前記積層膜との間、前記積層膜内または前記積層膜上に設けられた付加膜を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記付加膜または前記溝は、前記基板の前記積層膜側の面または前記積層膜が含む複数の層に設けられた溝を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記付加膜または前記溝は、前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて複数設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記付加膜または前記溝は、前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて3個以上設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記共振領域の中央領域に設けられておらず、前記共振領域内において前記共振領域の外周に沿って前記中央領域の少なくとも一部を囲うように、前記下部電極と前記上部電極との間に挿入され挿入膜を備える請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 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。
- 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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