JP2022124319A - 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】圧電膜からの放熱性を向上させた弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイスは、基板１０と、基板１０上に設けられた下部電極１２と、下部電極１２上に設けられた上部電極１６と、下部電極１２と上部電極１６との間に設けられ、平面視において下部電極１２と上部電極１６とが重なる共振領域５０に囲まれた閉じた領域に設けられ上部電極１の開口１７を介し上部電極１６から突き出した突起１４ｃを有する圧電膜１４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（例えば特許文献１～３）。

特開２０１５－９５７２９号公報 特開２０１１－９１６３９号公報 国際公開第２００７／１１９５５６号

圧電薄膜共振器において、下部電極と上部電極との間に高周波信号を印加すると圧電膜を熱源として自己発熱する。圧電膜の温度が上昇すると、共振周波数の変化、各膜の界面における剥離、および集電破壊等の問題が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電膜からの放熱性を向上させ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上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、平面視において前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域に囲まれた閉じた領域に設けられ前記上部電極の開口を介し前記上部電極から突き出した突起を有する圧電膜と、を備える圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記圧電膜の熱伝導率は前記上部電極の熱伝導率より高い構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜は窒化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。

上記構成において、前記上部電極は、ルテニウム、モリブデンおよびタングステンの少なくとも１つを主成分とする膜を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記突起の表面の少なくとも一部はガスに露出する構成とすることができる。

上記構成において、前記突起は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、前記上部電極上に設けられた保護膜を備え、前記突起は前記保護膜から突出する構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域の外周内で規定される第１領域の平面視の重心と第２領域の平面視の重心が一致し、前記第２領域の平面形状が前記第１領域の平面形状の相似形であり、前記第２領域の平面視の面積が前記第１領域の１／４の平面視の面積を有する前記第２領域内における前記突起の平面視の面積は、前記第２領域外における前記突起の平面視の面積より大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が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、放熱性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）は、図１（ａ）のＡ－Ａ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断面図（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断面図（その３）である。 図５（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の断面模式図、図５（ｂ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器をサーモグラフィを用い観察した平面模式図である。 図６は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の断面模式図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１およびその変形例１における共振領域付近の平面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例２および３における共振領域付近の平面図である。 図９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１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例５および６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１１（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）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。基板１０の法線方向をＺ軸、共振領域５０から上部電極１６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）および図１（ｂ）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。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（０００１）方向を主軸とする窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム膜である。

圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６には複数の開口１７が設けられている。圧電膜１４の上面には突起１４ｃが設けられ、突起１４ｃは開口１７を介し上部電極１６の上面から突出する。共振領域５０は、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる領域であり、厚み縦振動モード等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。平面視において、空隙３０の大きさは共振領域５０と同じまたは共振領域５０より大きい。共振領域５０の平面形状は楕円形状である。

共振領域５０外の下部電極１２および上部電極１６上に金属層２０が設けられている。金属層２０は、圧電薄膜共振器間を接続する配線またはパッドとして機能する。基板１０上に下部電極１２および上部電極１６を覆うように保護膜２２が設けられている。保護膜２２は周波数調整膜として機能してもよい。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および保護膜２２を有する。

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等の絶縁基板または半導体基板である。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、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である。

圧電膜１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム（ＴａＬｉＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＮｂＬｉＯ３）または水晶である。圧電膜１４は多結晶でもよく単結晶でもよい。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族元素と４族元素との２つの元素、または２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）または亜鉛（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。

金属層２０は、例えばチタン膜等の密着膜と密着膜上に設けられた金膜等の低抵抗膜である。保護膜２２は、例えば酸化シリコン膜、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である。共振周波数が５ＧＨｚ～６ＧＨｚの圧電薄膜共振器では、下部電極１２および上部電極１６は、例えば厚さが１００ｎｍのルテニウム、圧電膜１４は、例えば厚さが１μｍの窒化アルミニウムである。

［実施例１の製造方法］
図２（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断面図である。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に対し略一致する。

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。

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上にマスク層６０を形成する。マスク層６０は、例えばフォトレジストであり、塗布、露光および現像により所望形状に形成する。

図３（ａ）に示すように、マスク層６０をマスクに圧電膜１４の上部を除去する。これにより、圧電膜１４の上面に突起１４ｃが形成され、突起１４ｃ以外の圧電膜１４を所望の厚さとする。図２（ｂ）に示すように、圧電膜１４およびマスク層６０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（ｃ）に示すように、マスク層６０を剥離することで、マスク層６０上の上部電極１６をリフトオフする。これにより、突起１４ｃの上面が露出する。

図４（ａ）に示すように、上部電極１６および突起１４ｃ上に開口６３を有するマスク層６２を形成する。マスク層６２は例えばフォトレジストである。マスク層６２は例えば塗布、露光および現像により形成する。マスク層６２をマスクに上部電極１６および圧電膜１４を除去する。例えば、上部電極１６をイオンミリング法を用い、圧電膜１４をウェットエッチング法を用い除去する。

図４（ｂ）に示すように、マスク層６２を除去する。図４（ｃ）に示すように、基板１０上に下部電極１２および上部電極１６を覆うように、保護膜２２を形成する。保護膜は、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い成膜する。突起１４ｃ上および所望領域の保護膜２２を例えばエッチング法を用い除去する。下部電極１２および上部電極１６上に金属層２０を形成する。その後、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との間にドーム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）および図１（ｂ）に示した圧電薄膜共振器が製造される。

圧電膜１４に用いられる窒化アルミニウムの熱伝導率は２８５Ｗ／ｍＫであり、下部電極１２および上部電極１６に用いられるルテニウム、モリブデンおよびタングステンの熱伝導率はそれぞれ１１７Ｗ／ｍＫ、１３８Ｗ／ｍＫおよび１７３Ｗ／ｍＫであり、保護膜２２に用いられる酸化シリコンの熱伝導率は３Ｗ／ｍＫである。

図５（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の断面模式図である。図５（ａ）に示すように、比較例１では、上部電極１６に開口が設けられておらず、圧電膜１４に突起が設けられていない。下部電極１２と上部電極１６との間に信号が印加されると、共振領域５０内の圧電膜１４の中央の領域６４が発熱する。矢印６５ａ～６５ｄのように領域６４から圧電膜１４を介し熱が伝導する。矢印６５ａのように圧電膜１４を＋Ｘ方向に伝導した熱は、矢印６６ａのように、共振領域５０外において基板１０に伝導する。矢印６５ｂのように圧電膜１４を－Ｘ方向に伝導した熱は、矢印６６ｂのように、下部電極１２を介し共振領域５０外における基板１０に伝導し、矢印６６ｃのように、圧電膜１４の端面から大気に放出される。下部電極１２および上部電極１６の熱伝導率が低く、下部電極１２は空隙３０に直接接続され、上部電極１６は保護膜２２を介し上方の空隙に接続する。このため、矢印６５ｃおよび６５ｄのように、下部電極１２および上部電極１６に伝導した熱は、放熱に余り寄与しない。このように、比較例１では、領域６４の熱は主に圧電膜１４を伝導し、基板１０または大気に放出される。

比較例１に係る圧電薄膜共振器の下部電極と上部電極との間に高周波信号を印加し温度分布を観察した。実験条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
下部電極１２：厚さが２００ｎｍのルテニウム膜
圧電膜１４：厚さが１μｍの多結晶窒化アルミニウム膜
上部電極１６：厚さが２００ｎｍのルテニウム膜
共振領域５０：長軸が１２０μｍ、短軸が８０μｍの楕円形
高周波信号：電力が１．１Ｗおよび周波数が３．２ＧＨｚの連続波（ＣＷ：Continuous Wave）
圧電薄膜共振器を上方からサーモグラフィを用い観察した。

図５（ｂ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の温度分布を示す平面模式図である。図５（ｂ）のように、下部電極１２が共振領域５０から引き出される領域の温度は３０℃であり、上部電極１６が共振領域５０から引き出される領域の温度は２５℃である。これに対し、共振領域５０の温度は３５°以上である。共振領域５０の中心５５付近の温度は９０℃以上である。このように、共振領域５０の中心５５において発生した熱は放出されにくく、共振領域５０の中心付近で温度が上昇する。温度の高い領域は下部電極１２の引き出し方向－Ｘ方向に少し偏っている。これは、図５（ａ）のように、＋Ｘ側では圧電膜１４が共振領域５０の外まで設けられているのに対し、－Ｘ側では圧電膜１４が共振領域５０の外に設けられていないため、－Ｘ側では圧電膜１４を介し放熱し難いためである。

図６は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の断面模式図である。図６に示すように、実施例１では、上部電極１６および保護膜２２を貫通する開口１７を介し圧電膜１４の突起１４ｃが大気中に突出している。領域６４において発生した熱は、矢印６５ｄおよび６７のように、突起１４ｃを伝導し、突起１４ｃの表面から大気に放出される。このように、比較例１における矢印６６ａおよび６６ｂの放熱経路に加え、矢印６７の突起１４ｃを介した放熱経路が設けられる。これにより、領域６４からの放熱性を高めることができる。よって、領域６４の温度を低くすることができる。

実施例１によれば、圧電膜１４は、平面視において共振領域５０に囲まれた閉じた領域に設けられ上部電極１６の開口１７を介し上部電極１６から突き出した突起１４ｃを有する。これにより、圧電膜１４において発生した熱が突起１４ｃを介し放出される。よって、放熱性を向上できる。

圧電膜１４の熱伝導率は上部電極１６の熱伝導率より高い。これにより、熱導電率の高い圧電膜１４の突起１４ｃを介し熱が放出されるため、放熱性をより向上できる。圧電膜１４の熱伝導率は上部電極１６の熱伝導率の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましく、２倍以上がさらに好ましい。

圧電膜１４は窒化アルミニウムを主成分とする。窒化アルミニウムは熱伝導率が高いため、放熱性をより向上できる。なお、圧電膜１４が窒化アルミニウムを主成分とするとは、圧電膜１４が意図的または意図せず不純物を含むことを許容し、圧電膜１４が窒化アルミニウムを例えば５０原子％以上または８０原子％以上含む。単結晶の窒化アルミニウム等の圧電膜１４は熱伝導率がより高い。よって、圧電膜１４は単結晶であることが好ましい。

上部電極１６は、ルテニウム、モリブデンおよびタングステンの少なくとも１つを主成分とする膜を備える。ルテニウム、モリブデンおよびタングステンは、窒化アルミニウムより熱伝導率が低い。よって、放熱性をより向上できる。ある膜がある元素を主成分とするとは、ある膜が意図的または意図せず不純物を含むことを許容し、ある膜がある元素を例えば５０原子％以上または８０原子％以上含む。ルテニウム、モリブデンおよびタングステンの少なくとも１つを主成分とする膜の厚さは上部電極１６の厚さの０．５倍以上が好ましく、０．８倍以上がより好ましい。

突起１４ｃの表面の少なくとも一部は大気等のガスに露出する。これにより、突起１４ｃから大気等のガスに熱が放出される。突起１４ｃは側面の少なくとも一部がガスに露出することが好ましい。

突起１４ｃは複数設けられている。これにより、突起１４ｃの表面積が大きくなり、放熱性がより向上する。

上部電極１６上に保護膜２２が設けられている場合、突起１４ｃは保護膜２２から突出する。これにより、放熱性をより向上できる。

共振領域５０において、基板１０と下部電極１２との間に空隙３０が設けられている場合、下部電極１２から基板１０への熱が伝導し難く、圧電膜１４の温度が高くなる。よって、突起１４ｃを設けることが好ましい。

図７（ａ）は、実施例１における共振領域付近の平面図である。図７（ａ）に示すように、共振領域５０に囲まれた閉じた領域に突起１４ｃが設けられている。領域５１の平面形状は共振領域５０外周の平面形状の相似形である。共振領域５０の外周内で規定される第１領域（すなわち共振領域５０と突起１４ｃとを加えた領域）の中心５５（平面視の重心）と領域５１の中心（平面視の重心）は略一致している。領域５１の平面視の面積は、共振領域５０の外周内の第１領域の平面視の面積の１／４（すなわち幅が１／２）である。突起１４ｃは領域５１内に設けられている。図５（ｂ）のように、共振領域５０の中心５５付近の温度が最も上昇する。そこで、中心５５を含む領域５１内に突起１４ｃを設けることで効率的に領域５１の温度を下げることができる。突起１４ｃの領域は共振に寄与しない。このため、突起１４ｃの平面視の合計の面積が大きくなると、共振特性が劣化する。よって、比較的温度の低い領域５１の外には突起１４ｃを設けないことが好ましい。

突起１４ｃが設けられる領域５１の面積が第１領域の面積の１／４の例を説明したが、領域５１の面積は第１領域の面積の１／９、４／９、１／１６または９／１６でもよい。

共振領域５０のＸ方向の幅Ｗｘ（短軸の幅）は例えば５０μｍ～２００μｍであり、Ｙ方向の幅Ｗｙ（長軸の幅）は例えば８０μｍ～３００μｍである。突起１４ｃの幅Ｗ１（直径）は例えば１μｍ～１００μｍであり、間隔Ｗ２は例えば１μｍ～１００μｍである。突起１４ｃが大気に露出する高さＴ（図１（ｂ）参照）は例えば１０ｎｍ～２μｍである。突起１４ｃからの放熱性を向上させるため、高さＴは、突起１４ｃ以外の圧電膜１４の厚さの１／３以上が好ましく、１／２以上がより好ましく、１倍以上がさらに好ましい。高さＴが大きいと圧電膜１４の成膜が難しくなる。よって、高さＴは、突起１４ｃ以外の圧電膜１４の厚さの５倍以下が好ましく、２倍以下がより好ましい。

［実施例１の変形例１］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例１における共振領域付近の平面図である。図７（ｂ）に示すように、突起１４ｃは実施例１の図７（ａ）より－Ｘ側にシフトして設けられている。共振領域５０の中心５５を通りＹ方向に延伸する直線５６の－Ｘ側の突起１４ｃの合計の平面視の面積は、直線５６の＋Ｘ側の突起１４ｃの合計の平面視の面積より大きい。下部電極１２の引き出し領域では、共振領域５０外に圧電膜１４が設けられていない。このため、図５（ｂ）のように、共振領域５０内の下部電極１２の引き出し側（つまり－Ｘ側）の温度が高くなる。そこで、共振領域５０の中心５５を通り下部電極１２の引き出し方向（－Ｘ方向）に直交する直線５６を仮定する。直線５６より－Ｘ側における突起１４ｃの合計の平面視の面積を直線５６の＋Ｘ側における突起１４ｃの合計の平面視の面積より大きくする。これにより、温度が高くなる領域に突起１４ｃを設けることができるため、放熱性が向上する。直線５６の－Ｘ側の突起１４ｃの合計の平面視の面積は、直線５６の＋Ｘ側の突起１４ｃの合計の平面視の面積の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましい。

［実施例１の変形例２］
図８（ａ）は、実施例１の変形例２における共振領域付近の平面図である。図８（ａ）に示すように、突起１４ｃの個数が実施例１の図７（ａ）より大きく、幅Ｗ１および間隔Ｗ２は図７（ａ）の幅Ｗ１および間隔Ｗ２より小さい。一部の突起１４ｃは領域５１外に設けられている。突起１４ｃの個数、幅Ｗ１および間隔Ｗ２は任意に設定できる。放熱性を高めるためには、大気に露出する突起１４ｃの表面積は大きい方は好ましい。一方、突起１４ｃの平面視の合計の面積は小さい方が好ましい。よって、突起１４ｃの個数を多くすることが好ましい。突起１４ｃの個数は５個以上が好ましく、１０個以上がより好ましい。領域５１外に一部の突起１４ｃを設ける場合、領域５１外の突起１４ｃの合計の面積は領域５１内の突起１４ｃの合計の面積以下が好ましく、１／２以下がより好ましく、１／５以下がさらに好ましい。これにより、放熱性を高めかつ共振特性の劣化を抑制できる。

［実施例１の変形例３］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例３における共振領域付近の平面図である。図８（ｂ）に示すように、突起１４ｃは１個である。突起１４ｃが１個の場合、平面視において突起１４ｃは共振領域の中心５５を含むことが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。

実施例１および変形例１～３のように、第２領域５１内における突起１４ｃの平面視の合計の面積は、第２領域５１外における突起１４ｃの平面視の合計の面積より大きい。これにより、放熱されにくい領域５１では、突起１４ｃから効率的に放熱される。一方、放熱されやすい領域５１外における突起１４ｃの平面視の面積が小さいため、共振特性の劣化を抑制できる。第２領域５１内における突起１４ｃの平面視の合計の面積は、第２領域５１外における突起１４ｃの平面視の合計の面積の２倍以上が好ましく、３倍以上がより好ましい。

［実施例１の変形例４］
図９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９に示すように、実施例１の変形例４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は例えば酸化シリコン膜である。挿入膜２８は共振領域５０内の外周領域５２に設けられ、中央領域５４に設けられていない。挿入膜２８は共振領域５０の外周領域５２の少なくとも一部に設けられていればよい。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である。挿入膜２８は、酸化シリコン以外に、アルミニウム、金（Ａｕ）、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を用いることができる。挿入膜２８により、弾性波のエネルギーが共振領域５０から外に漏洩することを抑制できる。

共振領域５０から下部電極１２が引き出される領域では、共振領域５０の外周より上部圧電膜１４ｂの外周が外側に位置し、上部圧電膜１４ｂの外周より下部圧電膜１４ａの外周が外側に位置する。挿入膜２８の外周は下部圧電膜１４ａの外周に略一致する。これにより、圧電膜１４には段差が形成される。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１～３において、実施例１の変形例４のように、圧電薄膜共振器は挿入膜２８を備えてもよい。

［実施例１の変形例５］
実施例１の変形例５および６は、空隙の構成を変えた例である。図１０（ａ）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１０（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。

［実施例１の変形例６］
図１０（ｂ）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１０（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と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例１～４において、実施例１の変形例５と同様の空隙３０を形成してもよく、実施例１の変形例６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５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６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を含む音響反射層は、空隙３０または音響反射膜３１を含めばよい。ＦＢＡＲの場合、下部電極１２と基板１０との間に空隙３０が設けられているため、圧電膜１４から基板１０への放熱性が悪くなる。よって突起１４ｃを設けることが好ましい。

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、共振領域５０の平面形状は、四角形状または五角形状等の多角形状等の任意の形状でもよい。突起１４ｃの平面形状として円形状を例に説明したが、突起１４ｃの平面形状は、三角形状、四角形状のような多角形状、楕円形状または長円形状等の任意の形状でもよい。

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１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１１（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。

［実施例２の変形例１］
図１１（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１１（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。

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
１４ｃ 突起
１６ 上部電極
１７ 開口
２２ 保護膜
２８ 挿入膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
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

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上部電極と、
   前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、平面視において前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域に囲まれた閉じた領域に設けられ前記上部電極の開口を介し前記上部電極から突き出した突起を有する圧電膜と、
   を備える圧電薄膜共振器。
2. 前記圧電膜の熱伝導率は前記上部電極の熱伝導率より高い請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記圧電膜は窒化アルミニウムを主成分とする請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。
4. 前記上部電極は、ルテニウム、モリブデンおよびタングステンの少なくとも１つを主成分とする膜を備える請求項３に記載の圧電薄膜共振器。
5. 前記突起の表面の少なくとも一部はガスに露出する請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記突起は複数設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
7. 前記上部電極上に設けられた保護膜を備え、
   前記突起は前記保護膜から突出する請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
8. 前記共振領域の外周内で規定される第１領域の平面視の重心と第２領域の平面視の重心が一致し、前記第２領域の平面形状が前記第１領域の平面形状の相似形であり、前記第２領域の平面視の面積が前記第１領域の１／４の平面視の面積を有する前記第２領域内における前記突起の平面視の面積は、前記第２領域外における前記突起の平面視の面積より大きい請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
9. 前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が設けられている請求項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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