JP2021132263A - 弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを削減しかつスプリアスを抑制する弾性波デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】弾性波デバイスの製造方法は、下部電極１２上に設けられた圧電層１４上に、圧電層の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが平面視において重なる重なり領域５０から下部電極が引き出される第１引き出し領域５６側における重なり領域内のエッジ領域５２ａに設けられる第１開口を有し、重なり領域の中央領域５４に設けられる犠牲層を形成する工程と、第１開口内の前記圧電層上に第１開口により外周が定まる付加膜２８ａを形成する工程と、犠牲層に、第１開口のうち前記第１引き出し領域側の側面４１を残存させ、重なり領域を含み側面から重なり領域から上部電極が引き出される第２引き出し領域５８まで設けられた第２開口４２ｃを形成する工程と、第２開口内の圧電層および付加膜上に前記第２開口により外周が定まる上部電極を形成する工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法に関し、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デュプレクサとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）等のＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器が用いられている。ＢＡＷ共振器は圧電薄膜共振器とよばれている。圧電薄膜共振器は、圧電層を挟み下部電極と上部電極とを設ける構造を有し、圧電層の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが対向する重なり領域は弾性波が共振する領域である。

圧電薄膜共振器では重なり領域の周辺部において弾性波が反射し、重なり領域内に定在波が形成されると不要なスプリアスとなる。そこで、重なり領域内のエッジ領域に付加膜を追加し音速をコントロールすることで定在波スプリアスを抑制することが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００８−４２８７１号公報

付加膜の最適な幅は弾性波の波長が小さくなると狭くなる。このため、周波数の高い圧電薄膜共振器に付加膜を設けると付加膜の幅が狭くなる。例えば周波数が５ＧＨｚから６ＧＨｚの圧電薄膜共振器では付加膜の幅は１００ｎｍ以下となる。重なり領域と付加膜の合わせずれが生じると、定在波スプリアスを抑制する効果が小さくなり、スプリアスを十分に抑制できなくなる。位置合わせ精度を高くしようとすると、高額な製造装置を用いることになり、製造コストが増加する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造コストを削減しかつスプリアスを抑制することを目的とする。

本発明は、下部電極上に設けられた圧電層上に、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記下部電極と上部電極とが平面視において重なる重なり領域から前記下部電極が引き出される第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域に設けられる第１開口を有し、前記重なり領域の中央領域に設けられる犠牲層を形成する工程と、前記第１開口内の前記圧電層上に前記第１開口により外周が定まる付加膜を形成する工程と、前記犠牲層に、前記第１開口のうち前記第１引き出し領域側の側面を残存させ、前記重なり領域を含み前記側面から前記重なり領域から前記上部電極が引き出される第２引き出し領域まで設けられた第２開口を形成する工程と、前記第２開口内の前記圧電層および前記付加膜上に前記第２開口により外周が定まる前記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。

上記構成において、前記犠牲層を形成する工程は、前記第１開口と、前記第２引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域に設けられる第３開口と、を有する前記犠牲層を形成する工程を含み、前記付加膜を形成する工程は、前記第１開口内および前記第３開口内に前記第１開口および前記第３開口により外周が定まる前記付加膜を形成する工程を含む、前記第２開口を形成する工程は、前記第１開口と前記第３開口とを含む前記第２開口を形成する工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域は、平面視において前記上部電極の先端と重なり、前記第２引き出し領域における前記重なり領域内のエッジ領域は、平面視において前記下部電極の先端と重なる構成とすることができる。

上記構成において、前記第２開口を形成する工程は、前記第２開口となる犠牲層を除去することにより、前記犠牲層上に形成された前記付加膜を除去する工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２開口を有する犠牲層を除去することにより、前記犠牲層上に形成された前記付加膜および前記上部電極を除去する工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第１開口内の前記付加膜は前記圧電層に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記下部電極および前記上部電極は前記圧電層に厚みすべり振動を励振する構成とすることができる。

本発明は、下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電層と、前記圧電層上に設けられた上部電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記下部電極と前記上部電極とが平面視において重なる重なり領域の中央領域の外側かつ前記重なり領域から前記下部電極が引き出される第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域における前記圧電層と前記上部電極との間に設けられ、前記第１引き出し領域側のエッジ領域における端面は前記上部電極の端面と略一致する第１付加膜と、前記重なり領域から前記上部電極が引き出される第２引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域における前記圧電層と前記上部電極との間に設けられた第２付加膜と、を備える弾性波デバイスである。

本発明によれば、製造コストを削減しかつスプリアス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）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、付加膜付近の拡大断面図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）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（その１）である。 図３（ａ）から図３（ｄ）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（その２）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す平面図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図５（ｄ）から図５（ｆ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の拡大断面図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、比較例２に係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ比較例２、実施例１のサンプルＡおよび実施例１のサンプルＢに係る圧電薄膜共振器における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における圧電層１４の結晶方位を示す斜視図である。 図１１（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１１（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１２（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、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

以下の実施例では弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器を例に説明する。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）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、付加膜付近の拡大断面図である。圧電層１４の法線方向をＺ方向、圧電層１４の平面方向のうち上部電極１６の引き出し方向を＋Ｘ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。なお、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層１４の結晶方位のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とは必ずしも対応しない。結晶方位を示す場合は、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」および「Ｚ軸方向」と記載し、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」および「Ｚ方向」と区別する。

図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、基板１０上に音響反射膜３１が設けられている。音響反射膜３１上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４上に上部電極１６が設けられている。圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域は重なり領域５０である。

下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力を印加すると、重なり領域５０内の圧電層１４に弾性波の変位がＺ方向にほぼ直交する方向（すなわち厚さに対してずれ方向）に振動する弾性波が励起される。この振動を厚みすべり振動という。厚みすべり振動の変位の最も大きい方向（厚みすべり振動の変位方向）を厚みすべり振動の方向６０とする。Ｙ方向を厚みすべり振動の方向６０とする。弾性波の波長は圧電層１４の厚さのほぼ２倍である。

重なり領域５０の平面形状は略矩形であり、矩形の４つの辺のうち一対の辺はＹ方向にほぼ延伸し、別の一対の辺はＸ方向に延伸する。重なり領域５０の中央領域５４に対し、＋Ｘ方向の端部にエッジ領域５２ａが設けられ、−Ｘ方向の端部にエッジ領域５２ｂが設けられている。エッジ領域５２ａおよび５２ｂはほぼＹ方向に延伸する。エッジ領域５２ａおよび５２ｂにおける圧電層１４と上部電極１６との間にそれぞれ付加膜２８ａおよび２８ｂが設けられている。重なり領域５０のうちエッジ領域５２ａおよび５２ｂに挟まれる中央領域５４には付加膜２８ａおよび２８ｂは設けられていない。すなわち、付加膜２８ａおよび２８ｂは中央領域５４の外側かつエッジ領域５２ａおよび５２ｂに設けられている。

下部電極１２が重なり領域５０から引き出される領域は引き出し領域５６である。引き出し領域５６には上部電極１６は設けられていない。上部電極１６が重なり領域５０から引き出される領域は引き出し領域５８である。引き出し領域５８には下部電極１２は設けられていない。引き出し領域５６側の重なり領域５０の端は上部電極１６の端１６ａにより画定される。引き出し領域５８側の重なり領域５０の端は下部電極１２の端１２ａにより画定される。引き出し領域５６側における重なり領域５０内のエッジ領域５２ａは、平面視において上部電極１６の先端と重なり、引き出し領域５８における重なり領域５０内のエッジ領域５２ｂは、平面視において下部電極１２の先端と重なる。

付加膜２８ａの引き出し領域５６側の端は上部電極１６の端１６ａと略一致する。付加膜２８ａおよび２８ｂの幅ＷはＹ方向においてほぼ一定である。付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１はほぼ一定であり、上部電極１６の厚さＴ２はほぼ一定である。図１（ｃ）の例では付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１は上部電極１６の厚さＴ２とほぼ同じである。

音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ｂと音響インピーダンスの高い膜３１ａ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。これにより、音響反射膜３１は弾性波を反射する。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。重なり領域５０は平面視において音響反射膜３１と重なり、音響反射膜３１は重なり領域５０と同じ大きさまたは重なり領域５０より大きい。

基板１０は、例えばシリコン基板、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基板等である。圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板である。

下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。付加膜２８ａおよび２８ｂは、密度が高い材料が好ましく、例えば酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ_ｘ）、または酸化タングステン（ＷＯ_ｘ）を主成分とする。付加膜２８ａおよび２８ｂは、下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜でもよい。付加膜２８ａおよび２８ｂの材料は下部電極１２および上部電極１６の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。

［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図３（ｄ）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４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す平面図である。

図２（ａ）に示すように、基板１０上に音響反射膜３１が設けられ、音響反射膜３１上に下部電極１２が設けられ、下部電極１２上に圧電層１４が設けられている。重なり領域５０、エッジ領域５２ａ、５２ｂ、中央領域５４、引き出し領域５６および５８となる領域を図示する。図２（ｂ）以降の図では音響反射膜３１の詳細と基板１０の図示を省略する。

図２（ｂ）および図４（ａ）に示すように、エッジ領域５２ａおよび５２ｂにおける圧電層１４上に開口４２ａおよび４２ｂを有する犠牲層４０を形成する。中央領域５４、引き出し領域５６および５８には犠牲層４０が設けられている。犠牲層４０は、例えば、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ゲルマニウムまたは酸化シリコン等であり、真空蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成する。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い開口４２ａおよび４２ｂを形成する。犠牲層４０は、リフトオフ法を用い形成してもよい。開口４２ｂの−Ｘ側の側面は平面視において下部電極１２の−Ｘ側の端１２ａに合わせ精度程度に略一致し、開口４２ｂはほぼ下部電極１２に重なる。開口４２ａは開口４２ｂから＋Ｘ方向に離れて設けられ、ほぼ下部電極１２に重なる。開口４２ａの側面のうち下部電極１２の端１２ａから最も遠い側面は側面４１である。

図２（ｃ）に示すように、開口４２ａおよび４２ｂ内の圧電層１４上に付加膜２８ａおよび２８ｂを、犠牲層４０上に付加膜２８を形成する。付加膜２８、２８ａおよび２８ｂの形成は例えば真空蒸着法またスパッタリング法を用いる。付加膜２８ａおよび２８ｂはそれぞれ開口４２ａおよび４２ｂにより画定される。すなわち、付加膜２８ａおよび２８ｂの外周はそれぞれ開口４２ａおよび４２ｂの外周により定まり、付加膜２８ａおよび２８ｂの平面形状および大きさは開口４２ａおよび４２ｂの平面形状および大きさとほぼ同じとなる。

図２（ｄ）および図４（ｂ）に示すように、付加膜２８上に開口４６を有するマスク層４４を形成する。マスク層４４は例えばフォトレジストであり、フォトリソグラフィ法を用い形成する。開口４６の−Ｘ側の側面、±Ｙ側の側面は上部電極１６の端となる位置に形成される。開口４６の＋Ｘ側の側面４５は付加膜２８ａ上に位置する。開口４２ａの側面４１はマスク層４４に覆われる。エッジ領域５２ｂ、中央領域５４および引き出し領域５８に開口４６が形成される。

図３（ａ）に示すように、マスク層４４をマスクに犠牲層４０を除去する。これにより、開口４６内の犠牲層４０上に形成された付加膜２８は犠牲層４０と同時にリフトオフされる。エッジ領域５２ａおよび５２ｂの圧電層１４上に付加膜２８ａおよび２８ｂが形成され、中央領域５４、引き出し領域５６および５８に付加膜２８は形成されない。

図３（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、マスク層４４を除去する。これにより、犠牲層４０に開口４２ｃが形成される。開口４２ｃは開口４２ａおよび４２ｂと上部電極１６が形成される領域を含む領域である。開口４２ｃの＋Ｘ側の側面は開口４２ａの側面４１と同じである。

図３（ｃ）に示すように、開口４２ｃ内の圧電層１４、付加膜２８ａおよび２８ｂ上に上部電極１６を形成する。上部電極１６は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い形成する。開口４２ｃ内の上部電極１６は開口４２ｃにより画定される。すなわち、上部電極１６の外周は開口４２ｃの外周により定まり、開口４２ｃ内の上部電極１６の平面形状および大きさは開口４２ｃの平面形状および大きさとほぼ同じとなる。

図３（ｄ）に示すように、犠牲層４０を除去する。これにより、犠牲層４０上の付加膜２８および上部電極１６がリフトオフされる。符号４７のように付加膜２８ａと上部電極１６の端面は略一致する。以上により実施例１に係る圧電薄膜共振器が製造される。

［比較例１］
図５（ａ）から図５（ｃ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図５（ｄ）から図５（ｆ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図５（ａ）に示すように、比較例１では、上部電極１６上に付加膜２８ａが設けられている。重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷである。付加膜２８ａが幅Ｗを有するときに、スプリアスが抑制されるように幅Ｗを定める。

付加膜２８ａおよび２８ｂの幅Ｗは定在波の波長に依存する。周波数が高くなると定在波の波長は短くなり幅Ｗを狭くすることになる。例えば共振周波数が５ＧＨzから６ＧＨｚの圧電薄膜共振器では、幅Ｗは１００ｎｍ以下となる。

図５（ｂ）に示すように、付加膜２８ａが上部電極１６に対し−Ｘ方向にずれた場合、重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷであるが、付加膜２８ａより＋Ｘ側の重なり領域５０内に付加膜２８ａが設けられていない領域５９が生じる。領域５９が形成されると、スプリアスの抑制効果が小さくなる。

図５（ｃ）に示すように、付加膜２８ａが上部電極１６に対し＋Ｘ方向にずれた場合、重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷより小さいＷ´となる。付加膜２８ａの幅はスプリアスが抑制されるように定めており、付加膜２８ａの幅が狭くなると、スプリアスが大きくなる。

以上のように、比較例１では、付加膜２８ａと重なり領域５０（すなわち上部電極１６）との合わせがずれると、スプリアスが大きくなってしまう。合わせずれを小さくするためには高額な製造装置を用いることになり、製造コストが増加する。このように、比較例１では、安価にスプリアスを抑制することが難しい。

［実施例１の効果］
図５（ｄ）に示すように、実施例１では、付加膜２８ａ上に上部電極１６が設けられている。重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷである。

図５（ｅ）に示すように、図２（ｂ）および図４（ａ）の開口４２ａが図２（ｄ）および図４（ｂ）の開口４６に対し−Ｘ方向にずれた場合でも、図３（ｂ）および図４（ｃ）の開口４２ｃの側面は開口４２ａの側面４１である。よって、付加膜２８ａの位置は図５（ｄ）より−Ｘ方向にずれるが、上部電極１６の＋Ｘ側の端も−Ｘ側にずれる。よって、重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷであり、付加膜２８ａより＋Ｘ側に上部電極１６は形成されない。よって、スプリアスの抑制は図５（ａ）と同程度である。

図５（ｆ）に示すように、開口４２ａが開口４６に対し＋Ｘ方向にずれた場合でも、付加膜２８ａの位置は図５（ｄ）より＋Ｘ方向にずれるが、上部電極１６の＋Ｘ側の端も＋Ｘ側にずれる。よって、重なり領域５０内の付加膜２８ａの幅はＷである。よって、スプリアスの抑制は図５（ａ）と同程度である。

なお、図５（ｄ）から図５（ｆ）では、重なり領域５０の幅が異なるが、重なり領域５０の幅は付加膜２８ａの幅Ｗほど特性に敏感に影響しない。また、下部電極１２の−Ｘ側の端１２ａと付加膜２８ｂとの合わせずれが生じると、重なり領域５０内の付加膜２８ｂの幅は変化する。しかし、２つの付加膜２８ａおよび２８ｂのうち少なくとも付加膜２８ａの幅Ｗは変化しないため、スプリアスの抑制効果は比較例１より大きい。このように、実施例１では、安価な製造装置を用い、合わせずれが大きい場合であってもスプリアスを抑制することができる。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の拡大断面図である。図６（ａ）に示すように、付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１は上部電極１６の厚さＴ２より厚くてもよい。図６（ｂ）に示すように、付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１は上部電極１６の厚さＴ２より薄くてもよい。付加膜２８ａおよび２８ｂが金属膜の場合、厚さＴ１は厚さＴ２より薄くてもよいし厚くてもよい。付加膜２８ａおよび２８ｂが絶縁膜の場合、厚さＴ１が厚さＴ２より厚いと、図６（ａ）のように、付加膜２８ａおよび２８ｂ上の上部電極１６が圧電層１４上の上部電極１６と接続しなくなることがある。よって、図６（ｂ）のように、厚さＴ１は厚さＴ２より薄いことが好ましい。これにより、付加膜２８ａおよび２８ｂ上の上部電極１６が圧電層１４上の上部電極１６と接続される。

［シミュレーション］
付加膜２８ａおよび２８ｂを設けない比較例２および付加膜２８ａおよび２８ｂを設けた実施例１についてシミュレーションを行った。図７（ａ）および図７（ｂ）は、比較例２に係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、比較例２では、付加膜２８ａおよび２８ｂが設けられていない。シミュレーションでは、音響反射膜３１および基板１０は重なり領域５０のみに設けられている。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、実施例１では、エッジ領域５２ａおよび５２ｂ内の圧電層１４上に付加膜２８ａおよび２８ｂが設けられている。実施例１では付加膜２８ａおよび２８ｂをルテニウム膜としたサンプルＡと付加膜２８ａおよび２８ｂを酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）としたサンプルＢについてシミュレーションした。

比較例２のシミュレーションの条件は以下である。
弾性波の波長λ：２．０μｍ
圧電層１４：厚さが０．５λ＝１０００ｎｍの単結晶ニオブ酸リチウム基板、Ｘ方向は結晶方位でＸ軸方向であり、Ｚ方向はＹ軸Ｚ軸平面内において、Ｚ軸方向からＹ軸方向に１０５°回転させた方向である。
下部電極１２：厚さが１００ｎｍのルテニウム膜
上部電極１６：厚さが１００ｎｍのルテニウム膜
重なり領域５０のＸ方向の幅：３０λ＝６０μｍ
圧電層１４のＹ方向の幅：０．５λ＝０．１μｍ
膜３１ａ：厚さが６１０ｎｍの酸化シリコン膜
膜３１ｂ：厚さが４８０ｎｍのタングステン膜
Ｙ方向の境界条件は無限に連続とする。

実施例１のサンプルＡおよびＢのシミュレーション条件は以下である。
サンプルＡ
付加膜２８ａおよび２８ｂ：ルテニウム膜
付加膜２８ａおよび２８ｂの幅Ｗ：０．５λ（５００ｎｍ）
付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１：１３０ｎｍ
その他のシミュレーション条件は比較例２と同じである。
サンプルＢ
付加膜２８ａおよび２８ｂ：Ｔａ_２Ｏ_５膜
付加膜２８ａおよび２８ｂの幅Ｗ：１．０λ（１０００ｎｍ）
付加膜２８ａおよび２８ｂの厚さＴ１：９５ｎｍ
下部電極１２の厚さ：１０３ｎｍ
上部電極１６の厚さ：１０３ｎｍ
その他のシミュレーション条件は比較例２と同じである。

図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ比較例２、実施例１のサンプルＡおよび実施例１のサンプルＢに係る圧電薄膜共振器における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。アドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜では、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのピークが観察される。アドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）では、絶対値｜Ｙ｜に比べスプリアスが大きく観察される。

図９（ａ）に示すように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａはそれぞれ約１．２６ＧＨｚおよび１．５３ＧＨｚである。比較例２では共振周波数ｆｒより高い周波数帯域にスプリアス６８が生じている。スプリアス６８は、主にＸ方向に伝搬する横モードの弾性波の定在波に起因する。

図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、サンプルＡおよびＢではスプリアスが小さくなっている。これは、付加膜２８ａおよび２８ｂを設けることにより、エッジ領域５２ａおよび５２ｂの音速が中央領域５４の音速より遅くなり、ピストンモードが実現されたためである。

サンプルＡのように、付加膜２８ａおよび２８ｂは金属膜でもスプリアスを抑制できる。サンプルＢのように付加膜２８ａおよび２８ｂは絶縁膜でもスプリアスを抑制できる。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における圧電層１４の結晶方位を示す斜視図である。図１０（ａ）は、圧電層１４が単結晶ニオブ酸リチウム基板を示す斜視図である。図１０（ａ）に示すように、圧電層１４がニオブ酸リチウム（ＬＮ）の場合、結晶方位の破線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向をそれぞれ結晶方位の＋Ｘ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に１０５°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＺ方向は＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。Ｚ方向は、＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

また、圧電層１４を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＹ軸Ｚ軸平面内の方向である。これにより、圧電層１４の平面方向に厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電層１４の平面方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

図１０（ｂ）は、圧電層１４が単結晶タンタル酸リチウム基板を示す斜視図である。図１０（ｂ）に示すように、圧電層１４がタンタル酸リチウム（ＬＴ）の場合、結晶方位の破線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向をそれぞれ結晶方位の−Ｚ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｘ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に４２°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＹ方向は＋Ｙ軸方向から−Ｚ軸方向に４２°回転させた方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。

圧電層１４をＸカットタンタル酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＸ軸方向である。これにより、圧電層１４の平面方向では厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電層１４の法線方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

［実施例１の変形例１］
図１１（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である。図１１（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、重なり領域５０のＸ方向の両側に付加膜２８ａおよび２８ｂが設けられている。さらに、重なり領域５０のＹ方向の両側に付加膜２８ｃが設けられている。これにより、中央領域５４を囲むように付加膜２８ａから２８ｃが設けられている。付加膜２８ａおよび２８ｂのＸ方向の幅と付加膜２８ｃのＹ方向の幅Ｗは略等しくてもよいし異なっていてもよい。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の変形例１では、Ｘ方向およびＹ方向に伝搬する弾性波に起因する定在波スプリアスを抑制できる。

［実施例１の変形例２］
図１１（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、音響反射膜３１の代わりに空隙３０が設けられている。その他の構成は実施例１およびその変形例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、圧電薄膜共振器は下部電極１２下には弾性波反射する音響反射膜３１が設けられるＳＭＲでもよい。実施例１の変形例２のように、圧電薄膜共振器は下部電極１２下に空隙３０が設けられるＦＢＡＲでもよい。

実施例１およびその変形例によれば、図２（ｂ）のように、圧電層１４上に、引き出し領域５６（第１引き出し領域）側における重なり領域５０内のエッジ領域５２ａに設けられる開口４２ａ（第１開口）を有し、中央領域５４に設けられる犠牲層４０を形成する。図２（ｃ）のように、開口４２ａ内の圧電層１４上に開口４２ａにより外周が定まる付加膜２８ａ（第１付加膜）を形成する。図３（ｂ）のように、犠牲層４０に、開口４２ａのうち引き出し領域５６側の側面４１を残存させ、重なり領域５０を含み側面４１から引き出し領域５８（第２引き出し領域）側まで設けられた開口４２ｃ（第２開口）を形成する。図３（ｃ）のように、開口４２ｃ内の圧電層１４および付加膜２８ａ上に開口４２ｃにより外周が定まる上部電極１６を形成する。

これにより、エッジ領域５２ａにおける上部電極１６の端面と付加膜２８ａの端面とは略一致する。よって、図６（ａ）および図６（ｂ）のように、合わせずれが生じても付加膜２８ａの幅Ｗを一定にできる。よって、スプリアスを抑制できる。なお、上部電極１６の端面と付加膜２８ａの端面とが略一致するとは、犠牲層４０の側面４１の傾き等に起因する誤差を許容する程度に一致することであり、例えば上部電極１６の端面と付加膜２８ａの端面との距離は０．１×Ｗ以下であり、０．０５×Ｗ以下である。

付加膜２８ｂは設けられていなくてもよいが、スプリアスをより抑制するためには付加膜２８ａおよび２８ｂ両方が設けられていることが好ましい。

図２（ｂ）において、開口４２ａと、引き出し領域５８側における重なり領域５０内のエッジ領域５２ｂに設けられる開口４２ｂ（第３開口）と、を有する犠牲層４０を形成する。図２（ｃ）において、開口４２ａ内および開口４２ｂ内に開口４２ａおよび４２ｂによりそれぞれ外周が定まる付加膜２８ａおよび２８ｂを形成する。図３（ｂ）において、開口４２ａと４２ｂとを含む開口４２ｃを形成する。これにより、エッジ領域５２ｂに付加膜２８ｂ（第２付加膜）が形成される。

図２（ｄ）および図３（ａ）のように、開口４２ｃを形成する工程において、開口４２ｃとなる犠牲層４０を除去することにより、犠牲層４０上に形成された付加膜２８を除去する。このように、付加膜２８をリフトオフすることができる。

図３（ｃ）および図３（ｄ）のように、開口４２ｃを有する犠牲層４０を除去することにより、犠牲層４０上に形成された付加膜２８および上部電極１６を除去する。これにより、付加膜２８および上部電極１６をリフトオフすることができる。

開口４２ａおよび４２ｂ内の付加膜２８ａおよび２８ｂは圧電層１４に接する。これにより、スプリアスを抑制できる。

実施例１およびその変形例では、下部電極１２および上部電極１６は圧電層１４に厚みすべり振動を励振する圧電薄膜共振器を例に説明したが、下部電極１２および上部電極１６は圧電層１４に厚み縦振動を励振する圧電薄膜共振器に付加膜２８ａおよび２８ｂを設けてもよい。共振周波数が５ＧＨｚ以上の圧電薄膜共振器には厚みすべり振動が用いられる。この場合、スプリアスを抑制するため付加膜２８ａおよび２８ｂの幅Ｗを狭くする。よって、付加膜２８ａおよび２８ｂと重なり領域５０との合わせずれがスプリアスに影響し易い。よって、付加膜２８ａを圧電層１４と上部電極１６との間に設けることが好ましい。

厚みすべり振動の方向６０に略直交する方向では定在波スプリアスが生成されやすい。よって、付加膜２８ａおよび２８ｂは、厚みすべり振動の方向６０に略直交する方向における重なり領域５０の両側のエッジ領域５２ａおよび５２ｂに設けることが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制できる。

実施例１のように、付加膜２８ａおよび２８ｂは、重なり領域５０のＸ方向のエッジ領域５２ａおよび５２ｂに設けられ、Ｙ方向のエッジ領域には設けられていない。このように、付加膜２８ａおよび２８ｂは定在波スプリアスが問題となる方向に設け、他の方向には設けなくてもよい。実施例１では、厚みすべり振動の方向６０に直交する方向の重なり領域５０両側に付加膜２８を設けているが、任意の方向の重なり領域５０の領域に付加膜２８を設ける。厚みすべり振動の方向６０およびその直交方向はスプリアスが発生しやすいため、厚みすべり振動の方向６０および／または方向６０に直交する方向の重なり領域５０両側に付加膜２８を設けることが好ましい。

実施例１の変形例１のように、付加膜２８ａから２８ｃは、中央領域５４を囲むエッジ領域５２ａから５２ｃの全てに設けることが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制できる。重なり領域５０の平面形状を略矩形とし、矩形の４辺を厚みすべり振動の方向６０およびその直交方向とし、４辺に付加膜２８を設けることが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制できる。

実施例１およびその変形例では、重なり領域５０の平面形状が略矩形の例を説明したが、重なり領域５０は略楕円形状でもよいし、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１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１２（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔ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Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔ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。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１２（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１２（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６４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６６が接続されている。送信フィルタ６４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６６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６４および受信フィルタ６６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。

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 圧電層
１６ 上部電極
２８ａ−２８ｃ 付加膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
４０ 犠牲層
４１、４５ 側面
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４６ 開口
４４ マスク層
５０ 重なり領域
５２ａ、５２ｂ エッジ領域
５４ 中央領域
５６ 引き出し領域
６０ 厚みすべり振動の方向
６４ 送信フィルタ
６６ 受信フィルタ

Claims (8)

1. 下部電極上に設けられた圧電層上に、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記下部電極と上部電極とが平面視において重なる重なり領域から前記下部電極が引き出される第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域に設けられる第１開口を有し、前記重なり領域の中央領域に設けられる犠牲層を形成する工程と、
   前記第１開口内の前記圧電層上に前記第１開口により外周が定まる付加膜を形成する工程と、
   前記犠牲層に、前記第１開口のうち前記第１引き出し領域側の側面を残存させ、前記重なり領域を含み前記側面から前記重なり領域から前記上部電極が引き出される第２引き出し領域まで設けられた第２開口を形成する工程と、
   前記第２開口内の前記圧電層および前記付加膜上に前記第２開口により外周が定まる前記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。
2. 前記犠牲層を形成する工程は、前記第１開口と、前記第２引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域に設けられる第３開口と、を有する前記犠牲層を形成する工程を含み、
   前記付加膜を形成する工程は、前記第１開口内および前記第３開口内に前記第１開口および前記第３開口により外周が定まる前記付加膜を形成する工程を含む、
   前記第２開口を形成する工程は、前記第１開口と前記第３開口とを含む前記第２開口を形成する工程を含む請求項１に記載の弾性波デバイスの製造方法。
3. 前記第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域は、平面視において前記上部電極の先端と重なり、前記第２引き出し領域における前記重なり領域内のエッジ領域は、平面視において前記下部電極の先端と重なる請求項２に記載の弾性波デバイスの製造方法。
4. 前記第２開口を形成する工程は、前記第２開口となる犠牲層を除去することにより、前記犠牲層上に形成された前記付加膜を除去する工程を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
5. 前記第２開口を有する犠牲層を除去することにより、前記犠牲層上に形成された前記付加膜および前記上部電極を除去する工程を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
6. 前記第１開口内の前記付加膜は前記圧電層に接する請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
7. 前記下部電極および前記上部電極は前記圧電層に厚みすべり振動を励振する請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
8. 下部電極と、
   前記下部電極上に設けられた圧電層と、
   前記圧電層上に設けられた上部電極と、
   前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記下部電極と前記上部電極とが平面視において重なる重なり領域の中央領域の外側かつ前記重なり領域から前記下部電極が引き出される第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域における前記圧電層と前記上部電極との間に設けられ、前記第１引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域における端面は前記上部電極の端面と略一致する第１付加膜と、
   前記重なり領域から前記上部電極が引き出される第２引き出し領域側における前記重なり領域内のエッジ領域における前記圧電層と前記上部電極との間に設けられた第２付加膜と、
   を備える弾性波デバイス。
   

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