JP2021136613A - 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】電気機械結合係数を向上させることが可能な圧電薄膜共振器を提供する。【解決手段】圧電薄膜共振器は、基板１０と、基板１０上に空隙３０を介して設けられた下部電極１２と、下部電極１２上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４上に設けられ、空隙３０および下部電極１２と平面視において重なる領域で規定される共振領域５０を形成するように設けられた上部電極１６と、共振領域５０の外周６０の一部で下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む積層膜１８を支持し、共振領域５０の外周６０における長さ（μｍ）の合計を共振領域５０の面積（μｍ２）で除した値が０．０５μｍ−１以下である支持部２０ａ、２０ｂと、を備える。【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に圧電薄膜共振器を有するフィルタやマルチプレクサが用いられている。圧電薄膜共振器は、下部電極、圧電膜および上部電極が積層された積層膜を有している。圧電膜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領域は弾性波が振動する共振領域である。電気機械結合係数を向上させるために圧電膜に圧電性を向上させるための元素を添加することが知られている（例えば特許文献１および２）。

特開２０１１−１５１４８号公報 特開２０１３−２１９７４３号公報 特開２００６−１９７１４７号公報

特許文献１および２のように、圧電膜に元素を添加すると電気機械結合係数は向上するがＱ値が低下してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気機械結合係数を向上させることを目的とする。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安定な特性を得ることを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に空隙を介して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、前記空隙および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一部で前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含む積層膜を支持し、前記共振領域の外周における長さ（μｍ）の合計を前記共振領域の面積（μｍ^２）で除した値が０．０５μｍ^−１以下である支持部と、を備える圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記共振領域の外周における長さ（μｍ）の合計を前記共振領域の面積（μｍ^２）で除した値は０．０２３μｍ^−１以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記支持部は、前記下部電極および前記圧電膜の少なくとも一方を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記支持部は、前記共振領域の外周のうち前記共振領域から前記下部電極が引き出される第１部分および前記共振領域の外周のうち前記共振領域から前記上部電極が引き出される第２部分にのみに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、前記共振領域の平面形状は略長方形状であり、前記支持部は、前記共振領域の外周のうち前記略長方形状の対向する２辺においてのみ前記積層膜を支持する構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域の中央領域に設けられておらず、前記共振領域の外周に沿った前記共振領域内の外周領域のうち少なくとも前記支持部が設けられた外周領域において、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る構成とすることができる。

上記構成において、前記挿入膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域のみに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、前記共振領域の中央領域における前記圧電膜上または下に設けられ、前記共振領域の外周に沿った前記共振領域内の外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域に設けられた付加膜を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記付加膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域のみに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、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち少なくとも前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域における前記圧電膜上または下に設けられ、前記共振領域の中央領域以外の共振領域に設けられた付加膜を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記付加膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域のみに設けられてい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、電気機械結合係数を向上させることを目的とする。

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２（ａ）から図２（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（その１）である。 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平面図（その２）である。 図４は、シミュレーションに用いたモデルの２次元図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーション結果を示す図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１における共振領域の平面図、図６（ｃ）は、比較例１における共振領域の平面図である。 図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図、図７（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図、図８（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図および圧電薄膜共振器の断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図である。 図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例４から６に係る圧電薄膜共振器の共振領域の断面図である。 図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２に係るフィルタの回路図および平面図である。 図１３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）は、主に基板１０（実線）、下部電極１２（破線）、圧電膜１４、上部電極１６（実線）および共振領域５０（ハッチング）を図示している。基板１０の法線方向をＺ軸、共振領域５０から下部電極１２が引き出される方向をＸ方向、基板１０の平面方向のうちＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。

図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、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との間にアーチ状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。アーチ状（またはブリッジ状）とは、例えば共振領域５０の中央では空隙３０の上面が高く、共振領域５０の端部では空隙３０の上面が低くなるような形状である。基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）基板である。下部電極１２は下層１２ａと上層１２ｂとを含んでいる。下層１２ａおよび上層１２ｂは例えばそれぞれクロム（Ｃｒ）膜およびルテニウム（Ｒｕ）膜である。

下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は、例えばＣ軸配向性を有する窒化アルミニウムを主成分とする。圧電膜１４の一部を挟み下部電極１２と平面視において重なるように圧電膜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および上層１６ｂは例えばそれぞれルテニウム膜およびクロム膜である。積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。下部電極１２は共振領域５０から＋Ｘ方向に引き出され、上部電極１６は共振領域５０から−Ｘ方向に引き出される。

共振領域５０は、空隙３０、下部電極１２および上部電極１６が平面視において重なる領域で規定される。下部電極１２と上部電極１６との間に高周波信号を印加することにより、共振領域５０における積層膜１８に弾性波が励振する。弾性波の波長は積層膜１８の厚さの略２倍である。励振される弾性波は例えば厚み縦振動モードの弾性波である。

共振領域５０の平面形状は略長方形状である。略長方形状とは、共振領域５０の外周６０のうち少なくとも一つの辺の一部が製造誤差程度の曲率を有してもよい、および／または外周６０のうち隣り合う２つの辺のなす角度が９０°から製造誤差程度のずれがあってもよいことを指す。共振領域５０の外周６０のうち、下部電極１２が引き出される外周６０ａおよび上部電極１６が引き出される外周６０ｂは略長方形状の対向する２つの辺に対応し、Ｙ方向に延伸する。共振領域５０の外周６０のうち外周６０ａおよび６０ｂ以外の外周６０ｃおよび６０ｄは、対向する２つの辺以外の辺に対応し、Ｘ方向に延伸する。

共振領域５０内の積層膜１８は、外周６０ａおよび６０ｂにおいてそれぞれ支持部２０ａおよび２０ｂにより基板１０に支持されている。共振領域５０内の積層膜１８は、外周６０ｃおよび６０ｄにおいて基板１０に支持されていない。すなわち、共振領域５０内の積層膜１８は、共振領域５０の外周６０のうち一部の外周６０ａおよび６０ｂにのみ支持されている。支持部２０ａおよび２０ｂにより、共振領域５０の積層膜１８は、基板１０に対し空隙３０を隔て浮かされた状態となる。

外周６０ａおよび６０ｂにおいて、共振領域５０の外周と空隙３０の外周とは製造誤差程度に略一致する。圧電膜１４の外周と上部電極１６の外周とは製造誤差程度に略一致する。圧電膜１４の＋Ｘ方向の外周は共振領域５０の外周６０ａに製造誤差程度に略一致する。

上部電極１６を覆うように周波数調整膜２４として酸化シリコン膜が形成されている。周波数調整膜２４はパッシベーション膜として機能してもよい。

基板１０としては、シリコン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、上部電極１６としては、ルテニウムおよびクロム以外にもアルミニウム（Ａｌ）、チタン（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を用いることができる。例えば、上部電極１６の下層１６ａをルテニウム、上層１６ｂを、モリブデンとしてもよい。

圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、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、スカンジウム（Ｓｃ）、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、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）であり、１２族元素は例えば亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は、例えばチタン、ジルコニウム（Ｚｒ）またはハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は、例えばタンタル、ニオブ（Ｎｂ）またはバナジウム（Ｖ）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、ボロン（Ｂ）を含んでもよい。

周波数調整膜２４は、酸化シリコン膜以外に窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化金属膜または窒化金属膜を用いることができる。

［実施例１の製造方法］
図２（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平面図である。図２（ｂ）では、下部電極１２をハッチングで図示し、図２（ｃ）から図３（ｃ）では、上部電極１６をハッチングで図示している。

図２（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（ＳｉＯ_２）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は共振領域となる領域５０ａに対し、±Ｘ方向おいて略一致し、±Ｙ方向において大きく形成する。

図２（ｂ）に示すように、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２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（例えばイオンミリング法）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。下部電極１２は犠牲層３８に対し、−Ｘ方向において略一致し、＋Ｘ方向において大きく、±Ｙ方向において小さく形成する。

図２（ｃ）に示すように、下部電極１２、犠牲層３８および基板１０上に圧電膜１４を、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い成膜する。圧電膜１４上に上部電極１６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。

図３（ａ）に示すように、上部電極１６、圧電膜１４および下部電極１２に開口３４を形成する。開口３４は、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて形成する。例えば、上部電極１６をイオンミリング法を用い、圧電膜１４をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用い、下部電極１２をイオンミリング法を用いエッチングする。開口３４により、共振領域となる領域５０ａの±Ｙ方向の外周が画定される。

図３（ｂ）に示すように、開口３４以外の上部電極１６および圧電膜１４を、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。例えば、上部電極１６をイオンミリング法を用い、圧電膜１４をＲＩＥ法を用いエッチングする。

図３（ｃ）に示すように、犠牲層３８をエッチングする媒体（エッチング液）を用い犠牲層３８を除去する。エッチングする媒体は犠牲層３８以外の基板１０および積層膜１８をエッチングしない媒体であることが好ましい。積層膜１８の応力を圧縮応力に設定する。これにより、犠牲層３８が除去されると下部電極１２と基板１０との間にアーチ状の膨らみを有する空隙３０が形成される。以上により、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した圧電薄膜共振器が製造される。

［シミュレーション］
共振領域５０の面積に対する支持部２０ａおよび２０ｂの幅に対する実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆ ^２をシミュレーションした。シミュレーションは２次元モデルを用いた。

図４は、シミュレーションに用いたモデルの２次元図である。図４に示すように、空隙３０は基板１０の開口とし、共振領域５０内における下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６は平坦とした。下部電極１２および上部電極１６上に電極パッドとして金属層２２が設けられている。共振領域５０のＸ方向の長さをＬ、Ｙ方向の幅をＷ（図６（ａ）参照）とした。図４を用いた２次元モデルでは共振領域５０の±Ｙ方向端では積層膜１８は基板１０に支持されない。このため、実施例１に近い構造となる。

シミュレーションでは、下部電極１２と上部電極１６との間に振幅が１Ｖの交流電圧を印加し、アドミッタンスの周波数依存を算出した。アドミッタンスの周波数依存をｍＢＶＤ（modified Butterworth-Van Dyke）モデルを用いフィティングし実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆ ^２を算出した。シミュレーションは、３つのサンプルＡ、ＢおよびＣについて行った。

表１は、各層の材料と厚さを示す表である。

表１に示すように、サンプルＡ、ＢおよびＣは、周波数帯域として、それぞれ２．０ＧＨｚ帯、３．５ＧＨｚ帯および５．０ＧＨｚ帯を想定したサンプルである。共振領域５０の面積Ｓは、インピーダンスを５０Ωとするための面積であり、周波数帯域が高くなると面積Ｓは小さくなる。

各サンプルとも周波数調整膜２４、上部電極１６の上層１６ｂおよび下層１６ａ、圧電膜１４、下部電極１２の上層１２ｂおよび下層１２ａ並びに基板１０は、それぞれ酸化シリコン、クロム、ルテニウム、窒化アルミニウム、ルテニウム、クロムおよびシリコンである。周波数帯域が高くなると波長が短くなるため、各層の厚さは薄くなる。

図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーション結果を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、共振領域５０の長さＬ／幅Ｗに対する実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２を示す図であり、図５（ｃ）は、２×共振領域５０の幅Ｗ／面積Ｓに対する実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２を示す図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、サンプルＡ、ＢおよびＣともＬ／Ｗが小さくなるとｋ_eｆｆ ^２が小さくなる。図５（ｃ）に示すように、２Ｗ／Ｓが大きくなるとｋ_eｆｆ ^２が小さくなる。

図６（ａ）は、実施例１における共振領域の平面図である。まず、２Ｗ／Ｓが大きくなるとｋ_eｆｆ ^２が小さくなる理由について考察する。図６（ａ）に示すように、共振領域５０の外周のうち共振領域５０から下部電極１２が引き出される外周６０ａおよび上部電極１６が引き出される外周６０ｂにおいて共振領域５０の積層膜１８（図１（ａ）から図１（ｃ）参照）が支持されており、外周６０ｃおよび６０ｄでは積層膜１８は支持されていない。このとき、共振領域５０における外周６０ａおよび６０ｂから一定の長さＲの領域６２が弾性波の振動が抑制される領域６２と仮定する。

共振領域５０の面積はＳ＝Ｌ×Ｗである。共振領域５０のうち信号が抑制される領域６２の面積はＳ´＝２×Ｒ×Ｗである。共振領域５０の面積に対する振動が抑制される面積の割合はＳ´／Ｓ＝Ｒ×（２×Ｗ／Ｓ）となる。このように、振動が抑制される割合は２×Ｗ／Ｓに比例する。これは、図５（ｃ）において、ｋ_eｆｆ ^２が２Ｗ／Ｓに対し直線的に低下することと一致する。

上記考察は共振領域５０の平面形状が略長方形状以外の場合にも成り立つと考えられる。そこで、共振領域５０の外周６０のうち基板１０に支持された外周の長さをＤとすると、振動が抑制される割合はＤ／Ｓに比例すると考えられる。

比較例１として共振領域５０の外周は全て支持されている場合を考える。図６（ｂ）および図６（ｃ）は、それぞれ実施例１および比較例１における共振領域の平面図である。共振領域５０の外周６０のうち基板１０に支持された外周を太線でしめす。図６（ｂ）に示すように、実施例１では、外周６０ａおよび６０ｂが基板１０（図１（ａ）から図１（ｃ）参照）に支持され、外周６０ｃおよび６０ｄは基板１０に支持されていない。外周６０のうち基板１０に支持された外周６０ａおよび６０ｂの長さＤ／共振領域５０の面積Ｓは２Ｗ／Ｓとなる。

図６（ｃ）に示すように、比較例１では外周６０の全てが基板１０（図１（ａ）から図１（ｃ）参照）に支持されている。外周６０の長さＤ／共振領域５０の面積Ｓが最も小さくなるのは共振領域５０の平面形状が真円のときである。

そこで、比較例１として、サンプルＡおよびＣについて、表１の面積Ｓを用い、共振領域５０が真円としたときのＤ／Ｓを算出した。

共振領域５０が真円のサンプルＡおよびＣでは、Ｄ／Ｓはそれぞれ０．０２４μｍ^−１および０．０６１μｍ^−１である。図５（ｃ）より、サンプルＡおよびＣについてＤ／Ｓがそれぞれ０．０２４μｍ^−１および０．０６１μｍ^−１のときの実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２を求めると、それぞれ７．１５％および６．７８％となる。

このように、比較例１では、サンプルＣはサンプルＡより共振領域５０の面積Ｓが小さくなるため、Ｄ／Ｓが大きくなり、ｋ_eｆｆ ^２が小さくなる。比較例１では、インピーダンスを同じとすると、周波数帯域が高いサンプルＣは、周波数帯域の低いサンプルＡよりｋ_eｆｆ ^２が小さくなってしまう。

実施例１において、サンプルＣのｋ_eｆｆ ^２が７．１５％となるＤ／Ｓを図６（ｃ）より求めると、Ｄ／Ｓは０．０２３μｍ^−１である。面積Ｓが３３６１μｍ^２のとき、Ｄ／Ｓ＝０．０２３μｍ^−１とするためには、Ｗ＝３９μｍおよびＬ＝８６μｍとすればよい。このように、実施例１では、周波数帯域が高くなり、共振領域５０の面積Ｓが小さくなってもｋ_eｆｆ ^２の低下を抑制できる。

［実施例１の変形例１］
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図、図７（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７（ａ）は共振領域５０内の挿入膜２８を示す。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、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とを有する。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の外周のうち支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周６０ａおよび６０ｂに沿った外周領域５２に設けられ、共振領域５０の中央領域５４に設けられていない。挿入膜２８は、外周６０ｃおよび６０ｄに沿った領域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。

挿入膜２８は、圧電膜１４よりヤング率および／または音響インピーダンスが小さい材料が好ましく、例えば酸化シリコン膜であり、例えば、アルミニウム、金、銅、チタン、白金、タンタルまたはクロム等の単層膜またはこれらの積層膜である。

共振領域５０の外周６０ａおよび６０ｂにおける外周領域５２に挿入膜２８を設けることで、共振領域５０内から共振領域５０外に圧電膜１４を伝搬する弾性波が漏洩することを抑制できる。これにより、Ｑ値の低下を抑制できる。共振領域の外周６０ｃおよび６０ｄでは積層膜１８の側面は空隙に露出している。よって、外周６０ｃおよび６０ｄにおいて共振領域５０内から外へ漏洩する弾性波はほとんどない。よって、外周６０ａおよび６０ｂに沿った挿入膜２８は設けなくてもよい。

共振領域５０内の挿入膜２８を設ける面積が大きくなるとｋ_eｆｆ ^２が小さくなる。よって、外周６０ａおよび６０ｂに挿入膜２８を設け、外周６０ｃおよび６０ｄに設けないことが好ましい。これにより、ｋ_eｆｆ ^２およびＱ値を向上できる。

挿入膜２８は、下部電極１２と上部電極１６との間に設けられていればよい。例えば下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に挿入膜２８を設けることができる。

図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図、図８（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）は共振領域５０内の付加膜２６を示す。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、付加膜２６は上部電極１６と周波数調整膜２４との間に設けられている。付加膜２６は、共振領域５０の外周のうち外周６０ｃおよび６０ｄに沿った外周領域５６に設けられておらず、共振領域５０の中央領域５８に設けられている。付加膜２６は、外周６０ａおよび６０ｂに沿った領域に設けられている。

付加膜２６は、下部電極１２および上部電極１６に用いられる材料、または、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）、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜でもよい。弾性波の音速を遅くする観点から密度の高い材料が好ましい。

付加膜２６は、共振領域５０の外周領域５６と中央領域５８とで弾性波の速度差を設けることで、ピストンモードを実現し、スプリアスを抑制する。外周６０ｃおよび６０ｄでは積層膜１８の側面が空隙に露出しているため、外周６０ｃおよび６０ｄが弾性波の反射面となる。このため、弾性波の定在波が大きくなり、スプリアスが大きくなりやすい。そこで、中央領域５８に付加膜２６を設け外周領域５６に付加膜２６を設けないことが好ましい。外周６０ａおよび６０ｂでは弾性波が反射しにくい。このためスプリアスが形成されにくい。よって、外周領域５２および中央領域５４ともに付加膜２６を設けてもよい。

特に、幅Ｗが長さＬに対し小さい場合、外周６０ｃおよび６０ｄの間隔が小さくなりスプリアスが大きくなりやすい。よって、中央領域５８に付加膜２６を設け外周領域５６に付加膜２６を設けないことが好ましい。

共振領域５０における付加膜２６を設けない領域の面積が大きいとｋ_eｆｆ ^２が小さくなる。よって、外周６０ｃおよび６０ｄに付加膜２６を設けず、外周６０ａおよび６０ｂに設けることが好ましい。これにより、ｋ_eｆｆ ^２を向上させ、かつスプリアスを抑制できる。

付加膜２６は、圧電膜１４と上部電極１６との間、または上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に設けてもよい。また、付加膜２６は圧電膜１４と下部電極１２との間、下部電極１２の下層１２ａと上層１２ｂとの間、または下部電極１２の下に設けてもよい。

［実施例１の変形例２］
図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図および圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、付加膜２６は、外周領域５６に設けられ、中央領域５８に設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例１のように、外周領域５６に付加膜２６を設けず中央領域５８に付加膜２６を設けることによりスプリアスを抑制するか、実施例１の変形例２のように、外周領域５６に付加膜２６を設け中央領域５８に付加膜２６を設けないことによりスプリアスを抑制するか、は、圧電膜１４の材料によって異なる。

［実施例１の変形例３］
図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の共振領域の平面図である。図１０（ａ）に示すように、共振領域５０の平面形状は十字状でもよい。図１０（ｂ）に示すように、共振領域５０の平面形状は長方形に楕円形を付加した形状でもよい。図１０（ｃ）に示すように、共振領域５０の平面形状は６角形状でもよい。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の変形例３のように、共振領域５０の平面形状は任意に設定できる。共振領域５０の平面形状は、共振領域５０外周６０ａおよび６０ｂに比べ、外周６０ｃおよび６０ｄが長くなる形状が好ましい。これによりＤ／Ｓを小さくでき、ｋ_eｆｆ ^２を向上できる。

支持部２０ａおよび２０ｂが直線状の例を説明したが、曲線でもよい。例えば、共振領域５０が楕円形状または円形状の場合、支持部２０ａおよび２０ｂは楕円または円の外周に沿って設けられていてもよい。

［実施例１の変形例４］
図１１（ａ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ａ）に示すように、下部電極１２が共振領域５０から引き出される領域において、圧電膜１４は共振領域５０の外周６０ａより外側に位置してもよい。空隙３０は共振領域５０とほぼ一致する。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］
図１１（ｂ）は、実施例１の変形例５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、空隙３０の平面形状は共振領域５０より大きくてもよい。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の図１（ｂ）では、共振領域５０の積層膜１８を支持する支持部２０ａおよび２０ｂのうち、支持部２０ａは主に下部電極１２であり、支持部２０ｂは主に下部電極１２と圧電膜１４である。実施例１の変形例４の図１１（ａ）では、支持部２０ａおよび２０ｂは主に下部電極１２と圧電膜１４である。実施例１の変形例５の図１１(ｂ)では、支持部２０ａは主に下部電極１２であり、支持部２０ｂは主に圧電膜１４である。

このように、支持部２０ａおよび２０ｂは下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の少なくとも１つを含む。特に、支持部２０ａは下部電極１２を含み、支持部２０ｂは圧電膜１４を含む。

［実施例１の変形例６］
図１１（ｃ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ｃ）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およびその変形例によれば、支持部２０ａおよび２０ｂは、共振領域５０の外周６０のうち一部のみにおいて共振領域５０における積層膜１８を支持する。すなわち、支持部２０ａおよび２０ｂは、共振領域５０の外周６０の一部で積層膜１８を支持する。共振領域５０の外周６０における支持部２０ａおよび２０ｂの長さＷの合計２Ｗ（すなわちＤ）（μｍ）を共振領域５０の面積Ｓ（μｍ^２）で除した値Ｄ／Ｓは０．０５μｍ^−１以下である。これにより、図５（ｃ）のように、実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２を向上できる。Ｄ／Ｓは０．０３μｍ^−１以下が好ましく、０．０２μｍ^−１以下がより好ましく、０．０２μｍ^−１以下がさらに好ましい。また、高周波対応のためＤ／Ｓは０．０２３μｍ^−１以下が好ましい。Ｄ／Ｓが小さすぎると、共振領域５０内の積層膜１８の強度が弱くなる。よって、Ｄ／Ｓは、０．００１μｍ^−１以上が好ましく、０．００５μｍ^−１以上がより好ましい。

支持部２０ａおよび２０ｂは、積層膜１８以外の部材でもよいが、支持部２０ａおよび２０ｂは、下部電極１２および圧電膜１４の少なくとも一方を含むことが好ましい。これにより、支持部２０ａおよび２０ｂを別の部材を用いる場合に比べ、製造工数を削減できる。

共振領域５０の外周のうち、支持部２０ａおよび２０ｂを設ける外周は任意に設定できる。共振領域５０の外周６０のうち共振領域５０から下部電極１２が引き出される外周６０ａ（第１部分）および共振領域５０の外周６０のうち共振領域５０から上部電極１６が引き出される外周６０ｂ（第２部分）は支持部２０ａおよび２０ｂとなる。外周６０ａおよび６０ｂ以外の外周６０ｃおよび６０ｄに支持部を設けると、支持部が長くなり、Ｄ／Ｓが大きくなる。そこで、支持部２０ａおよび２０ｂは、外周６０ａおよび６０ｂにのみに設けられていることが好ましい。これにより、Ｄ／Ｓを小さくできる。

実施例１およびその変形例１、２、４から６のように、共振領域５０の平面形状は略長方形状であり、支持部２０ａおよび２０ｂは、外周６０のうち略長方形状の対向する２辺においてのみ積層膜１８を支持する。これにより、共振領域５０の積層膜１８を共振領域５０の両側において支持できる。よって、積層膜１８の支持の強度が大きくなる。空隙３０をアーチ状とすることで、積層膜１８の支持の強度をより大きくできる。

実施例１の変形例１のように、挿入膜２８を設けてもよい。挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域５４に設けられておらず、共振領域５０の外周６０に沿った共振領域５０内の外周領域のうち少なくとも支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周領域５２において、下部電極１２と上部電極１６との間に挿入されて設けられている。これにより、外周６０ａおよび６０ｂから共振領域５０の外に弾性波が漏洩することを抑制でき、Ｑ値を向上できる。

挿入膜２８は共振領域５０の外周６０全体に沿って設けられていてもよいが、挿入膜２８は、共振領域５０の外周６０に沿った外周領域のうち支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周領域５２のみに設けられている（すなわち、外周領域５２以外の外周領域には設けられていない）ことが好ましい。このように、弾性波が共振領域５０外に漏洩しにくい外周６０ｃおよび６０ｄには挿入膜２８を設けないことで、Ｑ値がおよび実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２を向上できる。

実施例１の変形例１および２のように、共振領域５０内に付加膜２６が設けられていてもよい。実施例１の変形例１では、付加膜２６は、共振領域５０の中央領域５８における圧電膜１４上または下に設けられ、共振領域５０の外周６０に沿った共振領域５０内の外周領域のうち少なくとも支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周領域に設けられていない。すなわち、付加膜２６は共振領域５０の外周６０に沿った共振領域５０内の外周領域のうち支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周領域以外の外周領域に設けられている。実施例１の変形例２では、付加膜２６は、共振領域５０の外周６０に沿った外周領域のうち少なくとも支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周領域以外の外周領域５６における圧電膜１４上または下に設けられ、共振領域５０の中央領域５８に設けられない（すなわち中央領域５８以外の共振領域５０に設けられている）。これにより、外周６０ｃおよび６０ｄにおいて反射された弾性波の定在波に起因するスプリアスを抑制できる。

実施例１の変形例１では、共振領域５０の外周６０全体に沿って付加膜２６を設けず、実施例１の変形例２では、共振領域５０の外周６０全体に沿って付加膜２６を設けてもよい。

実施例１の変形例１では、付加膜２６は、共振領域５０の外周６０に沿った外周領域のうち支持部２０ａおよび２０ｂが設けられた外周６０ａおよび６０ｂに沿った外周領域のみに設けられ、外周領域５６には設けられていないことが好ましい。実施例１の変形例２では、付加膜２６は、共振領域５０の外周６０に沿った外周領域のうち外周領域５６のみに設けられていることが好ましい。このように、弾性波が反射しにくい外周６０ａおよび６０ｂには実施例１の変形例１では付加膜２６を設け、実施例１の変形例２では付加膜２６を設けないことで、実効的電気機械結合係数ｋ_eｆｆ ^２をより向上できる。

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の例である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２に係るフィルタの回路図および平面図である。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）に示すように、基板１０上に直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ４が設けられている。各共振器の共振領域５０は略長方形状であり、長方形の長辺は外周６０ｃおよび６０ｄであり、短辺は外周６０ａおよび６０ｂである。長辺はＸ方向に延伸し共振器はＹ方向に配列されている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｔｇｎｄの一部は上部電極１６により設けられ、グランド端子Ｔｇｎｄの他の一部は下部電極１２により設けられている。共振領域５０を略長方形状とし、配列させることによりチップサイズを小さくできる。

［実施例２の変形例１］
図１３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１３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。

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
１６ 上部電極
１８ 積層膜
２６ 付加膜
２０ａ、２０ｂ 支持部
２８ 挿入膜
３０ 空隙
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２、５６ 外周領域
５４、５８ 中央領域
６０、６０ａ−６０ｄ 外周

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板上に空隙を介して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、前記空隙および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一部で前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含む積層膜を支持し、
   前記共振領域の外周における長さ（μｍ）の合計を前記共振領域の面積（μｍ^２）で除した値が０．０５μｍ^−１以下である支持部と、
   を備える圧電薄膜共振器。
2. 前記共振領域の外周における長さ（μｍ）の合計を前記共振領域の面積（μｍ^２）で除した値は０．０２３μｍ^−１以下である請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記支持部は、前記下部電極および前記圧電膜の少なくとも一方を含む請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。
4. 前記支持部は、前記共振領域の外周のうち前記共振領域から前記下部電極が引き出される第１部分および前記共振領域の外周のうち前記共振領域から前記上部電極が引き出される第２部分にのみに設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
5. 前記共振領域の平面形状は略長方形状であり、
   前記支持部は、前記共振領域の外周のうち前記略長方形状の対向する２辺においてのみ前記積層膜を支持する請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記共振領域の中央領域に設けられておらず、前記共振領域の外周に沿った前記共振領域内の外周領域のうち少なくとも前記支持部が設けられた外周領域において、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る請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
7. 前記挿入膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域のみに設けられている請求項６に記載の圧電薄膜共振器。
8. 前記共振領域の中央領域における前記圧電膜上または下に設けられ、前記共振領域の外周に沿った前記共振領域内の外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域に設けられた付加膜を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
9. 前記付加膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域のみに設けられている請求項８に記載の圧電薄膜共振器。
10. 前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち少なくとも前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域における前記圧電膜上または下に設けられ、前記共振領域の中央領域以外の共振領域に設けられた付加膜を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
11. 前記付加膜は、前記共振領域の外周に沿った外周領域のうち前記支持部が設けられた外周領域以外の外周領域のみに設けられている請求項１０に記載の圧電薄膜共振器。
12. 請求項１から１１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。
13. 請求項１２に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
    

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