JP2022189419A

JP2022189419A - Piezoelectric thin film resonator, filter, and multiplexer

Info

Publication number: JP2022189419A
Application number: JP2021097980A
Authority: JP
Inventors: 稔浅田; Minoru Asada; 年雄西澤; Toshio Nishizawa; 龍一岡村; Ryuichi Okamura; 泰成入枝; Yasunari Irie; 裕樹高橋; Hiroki Takahashi
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-12-22

Abstract

To provide a piezoelectric thin film resonator capable of suppressing spurious.SOLUTION: A piezoelectric thin film resonator 100 comprises a substrate 10, a lower electrode 12 provided on the substrate 10, a piezoelectric film 14 provided on the lower electrode 12, an upper electrode 16, and an insertion film 28. The upper electrode 16 forms a resonance region 50 opposed to the lower electrode 12 while interposing at least a part of the piezoelectric film 14 therebetween. The insertion film 28 is inserted to the resonance region 50, is not provided in a central region 54 of the resonance region 50 and is provided along an outer periphery of the resonance region 50 so as to enclose the central region 54 and has an inner periphery 29 in the resonance region 50. In the inner periphery 29, in a planar view, a plurality of recesses 58 and a plurality of projections 60 are alternately provided where the depth in a plane direction is larger than H/2 and smaller than 3H/2 when a total thickness of the lower electrode 12, the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16 in the resonance region 50 is defined as H.SELECTED DRAWING: Figure 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。 The present invention relates to piezoelectric thin film resonators, filters, and multiplexers.

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、圧電薄膜共振器が用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟んで下部電極と上部電極が設けられた構造を有し、圧電膜の少なくとも一部を挟んで下部電極と上部電極が対向する共振領域は弾性波が共振する領域である。Ｑ値を向上させかつスプリアスを抑制するために、共振領域の外周領域における圧電膜中に挿入膜を挿入しかつ挿入膜の内周に切欠きを設けることが知られている（例えば特許文献１）。 2. Description of the Related Art Piezoelectric thin film resonators are used as filters and multiplexers for high frequency circuits of wireless terminals such as mobile phones. A piezoelectric thin film resonator has a structure in which a lower electrode and an upper electrode are provided with a piezoelectric film sandwiched therebetween, and elastic waves resonate in a resonance region where the lower electrode and the upper electrode face each other with at least a part of the piezoelectric film sandwiched therebetween. area. In order to improve the Q value and suppress spurious, it is known to insert an insertion film into the piezoelectric film in the outer peripheral region of the resonance region and provide a notch in the inner periphery of the insertion film (for example, Patent Document 1 ).

特開２０１５－９５７２８号公報JP-A-2015-95728

しかしながら、特許文献１に記載のように、楕円形状をした共振領域の短軸近傍にのみ切欠きを設けた構造では、スプリアスを抑制する点において改善の余地が残されている。 However, as described in Patent Document 1, the structure in which the notch is provided only in the vicinity of the minor axis of the elliptical resonance region leaves room for improvement in terms of suppressing spurious.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スプリアスを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress spurious.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられる下部電極と、前記下部電極上に設けられる圧電膜と、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んで前記下部電極と対向する共振領域を形成する上部電極と、前記共振領域に挿入され、前記共振領域の中央領域には設けられてなく、前記中央領域を囲むように前記共振領域の外周に沿って設けられ、前記共振領域内に内周を有し、前記共振領域における前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極との合計厚さをＨとした場合に、平面視して前記内周に平面方向の深さがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部と複数の凸部とが交互に設けられた挿入膜と、を備える圧電薄膜共振器である。 The present invention provides a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and a lower electrode provided on the piezoelectric film with at least part of the piezoelectric film interposed therebetween. an upper electrode forming a resonance region facing each other; When the resonance area has an inner circumference and the total thickness of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode in the resonance area is H, the inner circumference has a depth in a planar direction in a plan view. is larger than H/2 and smaller than 3H/2, and an insertion film in which a plurality of concave portions and a plurality of convex portions are alternately provided.

上記構成において、前記複数の凹部の深さは、３Ｈ／４以上かつ５Ｈ／４以下である構成とすることができる。 In the above configuration, the depth of the plurality of concave portions may be 3H/4 or more and 5H/4 or less.

上記構成において、前記複数の凹部の幅および前記複数の凸部の幅は、Ｈ／２以上かつ４Ｈ以下である構成とすることができる。 In the above configuration, the widths of the plurality of concave portions and the widths of the plurality of convex portions may be H/2 or more and 4H or less.

上記構成において、前記挿入膜は、前記内周のうち前記共振領域の中心に対して対向する箇所各々に前記複数の凹部を構成する２以上の凹部と前記複数の凸部を構成する２以上の凸部とが交互に設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, the insertion film has two or more concave portions forming the plurality of concave portions and two or more convex portions forming the plurality of convex portions at respective locations of the inner circumference facing the center of the resonance region. A configuration in which the convex portions are provided alternately can be employed.

上記構成において、前記挿入膜は、前記内周の略全周に前記複数の凹部と前記複数の凸部が交互に設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, the insertion film may have a configuration in which the plurality of concave portions and the plurality of convex portions are alternately provided along substantially the entire inner circumference.

上記構成において、前記共振領域は、平面視して円形状、楕円形状、またはオーバル形状である構成とすることができる。 In the above configuration, the resonance region may have a circular, elliptical, or oval shape in plan view.

上記構成において、前記複数の凹部のうち前記共振領域の外周の曲線部分に対応した位置にある凹部の底面は、前記共振領域の外周に沿った曲面である構成とすることができる。 In the above configuration, the bottom surface of the concave portion at a position corresponding to the curved portion of the outer circumference of the resonance region among the plurality of concave portions may be a curved surface along the outer circumference of the resonance region.

上記構成において、前記複数の凹部の底面は、略平坦面である構成とすることができる。 In the above configuration, the bottom surfaces of the plurality of recesses may be substantially flat surfaces.

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の間に空隙が形成されている、または、前記下部電極の前記圧電膜とは反対側に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備える構成とすることができる。 In the above configuration, in the resonance region, a gap is formed between the substrate and the lower electrode, or the elastic wave propagating through the piezoelectric film is reflected to a side of the lower electrode opposite to the piezoelectric film. It can be configured to include an acoustic reflection film.

本発明は、上記に記載の圧電薄膜共振器を備えるフィルタである。 The present invention is a filter comprising the piezoelectric thin film resonator described above.

本発明は、上記に記載のフィルタを備えるマルチプレクサである。 The invention is a multiplexer comprising a filter as described above.

本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。 According to the present invention, spurious can be suppressed.

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、実施例１における挿入膜の共振領域近傍の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。1(a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to Example 1, FIG. 1(b) is a plan view of the vicinity of the resonance region of the insertion film in Example 1, and FIG. 1(c) is FIG. It is an AA sectional view of (a). 図２は、実施例１における挿入膜の内周近傍を拡大した平面図である。2 is an enlarged plan view of the vicinity of the inner circumference of the insertion membrane in Example 1. FIG. 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である。3A to 3D are cross-sectional views showing the method of manufacturing the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. 図４（ａ）は、比較例に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）は、比較例における挿入膜の共振領域近傍の平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。4(a) is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a comparative example, FIG. 4(b) is a plan view of the vicinity of the resonance region of an insertion film in the comparative example, and FIG. 4(c) is a plane view of FIG. ) is a sectional view taken along the line AA. 図５は、実施例１および比較例に係る圧電薄膜共振器の周波数に対する減衰量を示す実験結果である。FIG. 5 shows experimental results showing the attenuation with respect to frequency of the piezoelectric thin film resonators according to Example 1 and Comparative Example. 図６は、楕円形状をした共振領域の光観測測定ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）画像の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an optical observation measurement IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) image of an elliptical resonance region. 図７（ａ）から図７（ｃ）は、挿入膜の他の例を示す平面図である。FIGS. 7(a) to 7(c) are plan views showing other examples of the insertion film. 図８（ａ）および図８（ｂ）は、共振領域の他の例を示す平面図である。FIGS. 8A and 8B are plan views showing other examples of resonance regions. 図９（ａ）および図９（ｂ）は、挿入膜の内周に設けられる凹部の例を示す平面図である。9(a) and 9(b) are plan views showing examples of recesses provided on the inner circumference of the insertion membrane. 図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図１０（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。10A is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Modification 1 of Embodiment 1, and FIG. 10B is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 図１１は、実施例２に係るフィルタの回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a filter according to Example 2. FIG. 図１２は、実施例３に係るデュプレクサのブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of a duplexer according to the third embodiment;

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００の平面図、図１（ｂ）は、実施例１における挿入膜２８の共振領域５０近傍の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ａ）では主に基板１０、下部電極１２、および上部電極１６を図示している。図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００は、基板１０と、下部電極１２と、圧電膜１４と、上部電極１６と、付加膜２４と、挿入膜２８と、を備える。基板１０は、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。基板１０の上面に形成された窪みによって、基板１０と下部電極１２との間に空隙３０が形成されている。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。基板１０は、例えばシリコン基板であり、厚さが１００μｍ～１０００μｍである。下部電極１２は、下層１２ａと上層１２ｂを含み、厚さが３０ｎｍ～４００ｎｍである。下層１２ａは例えばクロム（Ｃｒ）膜であり、上層１２ｂは例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。 1A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator 100 according to Example 1, FIG. 1B is a plan view of the vicinity of the resonance region 50 of the insertion film 28 in Example 1, and FIG. , and a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1(a). FIG. 1(a) mainly shows a substrate 10, a lower electrode 12, and an upper electrode 16. FIG. As shown in FIGS. 1A to 1C, the piezoelectric thin film resonator 100 according to Example 1 includes a substrate 10, a lower electrode 12, a piezoelectric film 14, an upper electrode 16, and an additional film 24. and an insertion membrane 28 . The substrate 10 has a recess formed in its upper surface. The lower electrode 12 is formed flat on the substrate 10 . A cavity 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 by a depression formed in the upper surface of the substrate 10 . The void 30 may be formed to penetrate the substrate 10 . The substrate 10 is, for example, a silicon substrate and has a thickness of 100 μm to 1000 μm. The lower electrode 12 includes a lower layer 12a and an upper layer 12b and has a thickness of 30 nm to 400 nm. The lower layer 12a is, for example, a chromium (Cr) film, and the upper layer 12b is, for example, a ruthenium (Ru) film.

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（００２）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り、厚さが８００ｎｍ～１５００ｎｍである。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、を備える。主成分とするとは、アルミニウム原子と窒素原子の合計が５０原子％以上である場合でもよいし、８０原子％以上である場合でもよいし、９０原子％以上である場合でもよい。 A piezoelectric film 14 is provided on the lower electrode 12 . The piezoelectric film 14 is, for example, an aluminum nitride film whose main component is aluminum nitride and whose main axis is the (002) direction, and has a thickness of 800 nm to 1500 nm. The piezoelectric film 14 includes a lower piezoelectric film 14a provided on the lower electrode 12 and an upper piezoelectric film 14b provided on the lower piezoelectric film 14a. The main component may be a case where the total of aluminum atoms and nitrogen atoms is 50 atomic % or more, 80 atomic % or more, or 90 atomic % or more.

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、圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域を有するように圧電膜１４上に設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域が共振領域５０である。共振領域５０は、例えば平面視にて楕円形状を有し、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の大きさは共振領域５０と同じかまたは共振領域５０より大きい。共振領域５０は、平面視において、四角形または五角形等の多角形状を有していてもよい。上部電極１６は、下層１６ａと上層１６ｂを含み、厚さが３０ｎｍ～４００ｎｍである。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ膜である。 An upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 . The upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 so as to have a region facing the lower electrode 12 with the piezoelectric film 14 interposed therebetween. A resonance region 50 is a region where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween. The resonance region 50 has, for example, an elliptical shape in plan view, and is a region in which elastic waves in thickness longitudinal vibration mode resonate. The size of the air gap 30 is the same as or larger than the resonance region 50 in plan view. The resonance area 50 may have a polygonal shape such as a quadrangle or a pentagon in plan view. The upper electrode 16 includes a lower layer 16a and an upper layer 16b and has a thickness of 30 nm to 400 nm. The lower layer 16a is, for example, a Ru film, and the upper layer 16b is, for example, a Cr film.

上部電極１６上に共振領域５０の少なくとも一部を覆って付加膜２４が設けられている。付加膜２４は、例えば酸化シリコン膜であり、周波数を調整する役割を担っていてもよい。付加膜２４は保護膜として機能してもよい。共振領域５０における下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６の合計厚さをＨとする。共振領域５０で共振される厚み縦振動モードの弾性波の波長λは、付加膜２４により微調整されるが、概ね下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６との合計厚さＨの２倍（２Ｈ）である。 An additional film 24 is provided on the upper electrode 16 to cover at least part of the resonance region 50 . The additional film 24 is, for example, a silicon oxide film, and may play a role in adjusting the frequency. The additional film 24 may function as a protective film. Let H be the total thickness of the lower electrode 12 , the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16 in the resonance region 50 . The wavelength λ of the elastic wave in the thickness longitudinal vibration mode resonating in the resonance region 50 is finely adjusted by the additional film 24, but is approximately twice the total thickness H of the lower electrode 12, the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16. (2H).

下部電極１２に孔部３５が設けられている。孔部３５は、下部電極１２下の導入路３３を介し空隙３０に通じている。孔部３５および導入路３３は、空隙３０を形成するときに用いる犠牲層をエッチングするときに、犠牲層にエッチング液を導入するためのものである。 A hole 35 is provided in the lower electrode 12 . The hole 35 communicates with the gap 30 through the introduction path 33 below the lower electrode 12 . The hole 35 and the introduction path 33 are for introducing an etchant into the sacrificial layer when etching the sacrificial layer used to form the void 30 .

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、圧電膜１４の膜厚方向のほぼ中央に設けられていることが好ましい。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には設けられていない。外周領域５２は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の外周を含み外周に沿った領域である。外周領域５２は、例えば帯状およびリング状である。中央領域５４は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の中央を含む領域である。中央領域５４は幾何学的な中心でなくてもよい。したがって、挿入膜２８は、中央領域５４には設けられてなく、中央領域５４を囲むように共振領域５０の外周に沿って設けられている。挿入膜２８は、共振領域５０内に内周２９を有する。挿入膜２８の内周２９は、概ね共振領域５０の外周に沿っていて、例えば平面視にて概ね楕円形状をしている。挿入膜２８は、例えば外周領域５２に加えて共振領域５０を囲む領域５６まで連続して設けられているが、共振領域５０内にのみ設けられている場合でもよい。挿入膜２８は、例えば酸化シリコン膜である。挿入膜２８は、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するために設けられている。 An insertion film 28 is provided between the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. The insertion film 28 is preferably provided substantially in the center of the piezoelectric film 14 in the film thickness direction. The insertion film 28 is provided in the outer peripheral region 52 within the resonance region 50 and is not provided in the central region 54 . The outer peripheral region 52 is a region within the resonance region 50 and is a region including and along the outer periphery of the resonance region 50 . The outer peripheral region 52 is band-shaped and ring-shaped, for example. The central region 54 is a region within the resonance region 50 and includes the center of the resonance region 50 . The central region 54 need not be geometrically centered. Therefore, the insertion film 28 is not provided in the central region 54 but is provided along the outer circumference of the resonance region 50 so as to surround the central region 54 . The insertion membrane 28 has an inner perimeter 29 within the resonance region 50 . An inner periphery 29 of the insertion film 28 substantially follows the outer periphery of the resonance region 50 and has, for example, a substantially elliptical shape in plan view. The insertion film 28 is provided, for example, continuously to the region 56 surrounding the resonance region 50 in addition to the outer peripheral region 52 , but may be provided only within the resonance region 50 . The insertion film 28 is, for example, a silicon oxide film. The insertion film 28 is provided to suppress leakage of elastic wave energy from the resonance region 50 to the outside.

挿入膜２８は、圧電膜１４中に挿入されている場合に限られず、共振領域５０に挿入されていればよい。例えば、挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４の間または圧電膜１４と上部電極１６との間のように下部電極１２と上部電極１６との間に挿入されていてもよいし、下部電極１２の下方または上部電極１６の上方に設けられていてもよい。 The insertion film 28 is not limited to being inserted into the piezoelectric film 14 as long as it is inserted into the resonance region 50 . For example, the interposer film 28 may be interposed between the lower electrode 12 and the upper electrode 16, such as between the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14 or between the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16. It may be provided below the electrode 12 or above the upper electrode 16 .

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。 In the region where the lower electrode 12 is drawn out from the resonance region 50, the outer circumference of the upper piezoelectric film 14b is positioned outside the outer circumference of the resonance region 50, and the outer circumference of the lower piezoelectric film 14a is positioned outer than the outer circumference of the upper piezoelectric film 14b. The outer periphery of the insertion film 28 substantially coincides with the outer periphery of the lower piezoelectric film 14a. As a result, steps are formed in the piezoelectric film 14 .

挿入膜２８には、内周２９に複数の凹部５８と複数の凸部６０が交互に繰り返し設けられている。複数の凹部５８の深さおよび幅は例えば略一定であり、複数の凸部６０の高さおよび幅は例えば略一定である。挿入膜２８の内周２９には、略全周にわたって、このような略一定の幅の凹部５８と略一定の幅の凸部６０が交互に繰り返し設けられている。凹部５８の底面は、共振領域５０内の外周領域５２に位置していてもよいし、共振領域５０の外周と概ね一致していてもよいし、共振領域５０を囲む領域５６に位置していてもよい。 A plurality of concave portions 58 and a plurality of convex portions 60 are alternately and repeatedly provided on the inner circumference 29 of the insertion film 28 . The depth and width of the recesses 58 are, for example, substantially constant, and the height and width of the protrusions 60 are, for example, substantially constant. In the inner circumference 29 of the insertion film 28, such concave portions 58 having substantially constant widths and convex portions 60 having substantially constant widths are alternately and repeatedly provided over substantially the entire circumference. The bottom surface of the recess 58 may be positioned in the outer peripheral region 52 within the resonance region 50, may substantially match the outer periphery of the resonance region 50, or may be positioned in the region 56 surrounding the resonance region 50. good too.

図２は、実施例１における挿入膜２８の内周２９近傍を拡大した平面図である。図２に示すように、挿入膜２８の内周２９に設けられた凹部５８と凸部６０は、例えば平面視して略矩形状をしている。凹部５８の深さＬは、Ｈ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい。言い換えると、凹部５８の深さＬは、λ／４より大きくかつ３λ／４より小さい。凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、例えばＨ／２以上かつ４Ｈ以下、言い換えるとλ／４以上かつ２λ以下である。例えば、凹部５８の幅Ｗ１と凸部６０の幅Ｗ２は略同じ大きさである。略同じとは、幅Ｗ１と幅Ｗ２の差が５％以下の場合である。凹部５８の深さＬは、凹部５８の底面が湾曲している場合等では、最も深い部分の深さを深さＬとする。凹部５８の幅Ｗ１は、凹部５８の２つの側面が互いに傾いている場合等では、最も共振領域５０の中心側における幅を幅Ｗ１とする。同様に、凸部６０の幅Ｗ２は、凸部６０の２つの側面が互いに傾いている場合等では、最も共振領域５０の中心側における幅を幅Ｗ２とする。共振領域５０の中心とは、例えば共振領域５０の重心である。 FIG. 2 is an enlarged plan view of the vicinity of the inner periphery 29 of the insertion film 28 in Example 1. FIG. As shown in FIG. 2, the concave portion 58 and the convex portion 60 provided on the inner circumference 29 of the insertion film 28 have, for example, a substantially rectangular shape in plan view. The depth L of the recess 58 is greater than H/2 and less than 3H/2. In other words, the depth L of the recess 58 is greater than λ/4 and less than 3λ/4. The width W1 of the concave portion 58 and the width W2 of the convex portion 60 are, for example, H/2 or more and 4H or less, in other words, λ/4 or more and 2λ or less. For example, the width W1 of the concave portion 58 and the width W2 of the convex portion 60 are approximately the same size. Approximately the same means that the difference between the width W1 and the width W2 is 5% or less. The depth L of the recess 58 is defined as the depth of the deepest portion when the bottom surface of the recess 58 is curved. The width W1 of the recess 58 is defined as the width closest to the center of the resonance region 50 when the two side surfaces of the recess 58 are inclined with respect to each other. Similarly, the width W2 of the protrusion 60 is the width closest to the center of the resonance area 50 when the two side surfaces of the protrusion 60 are inclined to each other. The center of the resonance area 50 is, for example, the center of gravity of the resonance area 50 .

基板１０としては、シリコン基板以外に、例えばサファイア基板、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、またはガリウム砒素基板等の絶縁基板または半導体基板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、例えばアルミニウム（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。 As the substrate 10, other than a silicon substrate, for example, an insulating substrate or a semiconductor substrate such as a sapphire substrate, a spinel substrate, an alumina substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or a gallium arsenide substrate can be used. As the lower electrode 12 and the upper electrode 16, other than Ru and Cr, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), platinum ( Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), or a single layer film or a laminated film thereof can be used.

圧電膜１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外にも、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、またはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等を用いることができる。また、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に他の元素を含んでもよい。添加元素として、例えばスカンジウム（Ｓｃ）、２族元素と４族元素の２つの元素、または２族元素と５族元素の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（Ｔｉ）、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（Ｔａ）、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、フッ素（Ｆ）またはホウ素（Ｂ）を含んでもよい。 The piezoelectric film 14 can be made of, for example, zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO ₃ ), or the like, in addition to aluminum nitride (AlN). . In addition, the piezoelectric film 14 is mainly composed of aluminum nitride and may contain other elements for improving resonance characteristics or piezoelectricity. The piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved by using, for example, scandium (Sc), two elements of group 2 element and group 4 element, or two elements of group 2 element and group 5 element, as the additive element. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric thin film resonator can be improved. Group 2 elements are, for example, calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr), or zinc (Zn). Group 4 elements are, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), or hafnium (Hf). Group 5 elements are, for example, tantalum (Ta), niobium (Nb), or vanadium (V). Furthermore, the piezoelectric film 14 is mainly composed of aluminum nitride and may contain fluorine (F) or boron (B).

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により形成されることが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。挿入膜２８は、酸化シリコン以外に、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、またはクロム（Ｃｒ）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として金属膜を用いることにより、実効的電気機械結合係数を向上できる。付加膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも、例えば窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜等を用いることができる。 The insertion film 28 is preferably made of a material having a Young's modulus and/or acoustic impedance smaller than those of the piezoelectric film 14 . Thereby, the Q value can be improved. The insertion film 28 is a single layer film of aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), titanium (Ti), platinum (Pt), tantalum (Ta), chromium (Cr), or the like, other than silicon oxide. Alternatively, a laminated film of these can be used. By using a metal film as the insertion film 28, the effective electromechanical coupling coefficient can be improved. As the additional film 24, for example, a silicon nitride film, an aluminum nitride film, or the like can be used in addition to the silicon oxide film.

［製造方法］
図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００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の上面に例えばエッチング法により凹部を形成した後、凹部内に犠牲層３８を埋め込む。凹部の深さは例えば１０ｎｍ～１００ｎｍである。犠牲層３８は、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｇｅ、またはＳｉＯ_２等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。次いで、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を形成する。下部電極１２は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、下部電極１２をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術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。 [Production method]
3A to 3D are cross-sectional views showing a method of manufacturing the piezoelectric thin film resonator 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3A, a recess is formed in the upper surface of the substrate 10 by, for example, an etching method, and then a sacrificial layer 38 is embedded in the recess. The depth of the recess is, for example, 10 nm to 100 nm. Sacrificial layer 38 is selected from materials that are readily soluble in an etchant or etching gas, such as MgO, ZnO, Ge, or _SiO2 . Next, a lower layer 12 a and an upper layer 12 b are formed as the lower electrode 12 on the sacrificial layer 38 and the substrate 10 . The lower electrode 12 is deposited using, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, the lower electrode 12 is patterned into a desired shape using photolithography technology and etching technology. The lower electrode 12 may be formed by a lift-off method.

図３（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８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。挿入膜２８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。挿入膜２８はリフトオフ法により形成してもよい。挿入膜２８には内周２９に凹部５８および凸部６０（図３（ｂ）では不図示）が形成される。 As shown in FIG. 3B, the lower piezoelectric film 14a and the insertion film 28 are formed on the lower electrode 12 and the substrate 10 by sputtering, vacuum deposition, or CVD, for example. The insertion film 28 is patterned into a desired shape using photolithography technology and etching technology. The insertion film 28 may be formed by a lift-off method. A concave portion 58 and a convex portion 60 (not shown in FIG. 3B) are formed on the inner circumference 29 of the insertion film 28 .

図３（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａ上に、上部圧電膜１４ｂ並びに上部電極１６の下層１６ａおよび上層１６ｂ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。下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂから圧電膜１４が形成される。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。圧電膜１４上に、付加膜２４を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法を用い成膜する。付加膜２４を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。その後、圧電膜１４を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。 As shown in FIG. 3C, the upper piezoelectric film 14b and the lower and upper layers 16a and 16b of the upper electrode 16 are formed on the lower piezoelectric film 14a by sputtering, vacuum deposition, or CVD, for example. The piezoelectric film 14 is formed from the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. The upper electrode 16 is patterned into a desired shape using photolithography technology and etching technology. The upper electrode 16 may be formed by a lift-off method. An additional film 24 is formed on the piezoelectric film 14 using, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, or a CVD method. The additional film 24 is patterned into a desired shape using photolithography technology and etching technology. After that, the piezoelectric film 14 is patterned into a desired shape using photolithography technology and etching technology.

図３（ｄ）に示すように、孔部３５および導入路３３（図１（ａ）参照）を介し、犠牲層３８のエッチング液を下部電極１２下の犠牲層３８に導入する。これにより、犠牲層３８が除去される。犠牲層３８をエッチングする媒体としては、犠牲層３８以外の共振器を構成する材料をほとんどエッチングしない媒体であることが好ましい。特に、エッチング媒体は、エッチング媒体が接触する下部電極１２がほぼエッチングされない媒体であることが好ましい。犠牲層３８が除去されることで、下部電極１２と基板１０の間に空隙３０が形成される。以上により、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００が形成される。 As shown in FIG. 3(d), the etchant for the sacrificial layer 38 is introduced into the sacrificial layer 38 under the lower electrode 12 through the hole 35 and the introduction path 33 (see FIG. 1(a)). This removes the sacrificial layer 38 . A medium for etching the sacrificial layer 38 is preferably a medium that scarcely etches the material constituting the resonator other than the sacrificial layer 38 . In particular, the etching medium is preferably a medium in which the lower electrode 12 in contact with the etching medium is substantially not etched. A gap 30 is formed between the lower electrode 12 and the substrate 10 by removing the sacrificial layer 38 . As described above, the piezoelectric thin film resonator 100 according to the first embodiment is formed.

［比較例］
図４（ａ）は、比較例に係る圧電薄膜共振器５００の平面図、図４（ｂ）は、比較例における挿入膜２８の共振領域５０近傍の平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、比較例に係る圧電薄膜共振器５００では、挿入膜２８の内周２９に、共振領域５０の短軸近傍に位置して凹部５８が１つ設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。 [Comparative example]
4(a) is a plan view of a piezoelectric thin film resonator 500 according to a comparative example, FIG. 4(b) is a plan view of the vicinity of the resonance region 50 of the insertion film 28 in the comparative example, and FIG. 4(c) is a diagram. 4(a) is a cross-sectional view taken along the line AA. As shown in FIGS. 4A to 4C, in the piezoelectric thin film resonator 500 according to the comparative example, the recess 58 is located near the short axis of the resonance region 50 on the inner periphery 29 of the insertion film 28 . One is provided. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

［実験］
実施例１および比較例の圧電薄膜共振器のスプリアスを評価する実験を行った。実験条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
下部圧電膜１４ａ、上部圧電膜１４ｂ：厚さ１１５２ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜
下部電極１２の下層１２ａ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
下部電極１２の上層１２ｂ：厚さ２０５ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の下層１６ａ：厚さ２０５ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の上層１６ｂ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
付加膜２４：厚さ７０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
挿入膜２８：厚さ１２２ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
弾性波の波長λ：２４００ｎｍ
凹部５８の深さＬ：λ／２
凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２：λ／２
共振領域５０：短軸長１２２μｍ、長軸長１４６μｍの楕円形状 [experiment]
An experiment was conducted to evaluate the spurious of the piezoelectric thin film resonators of Example 1 and Comparative Example. The experimental conditions are as follows.
Substrate 10: Silicon substrate Lower piezoelectric film 14a, upper piezoelectric film 14b: Aluminum nitride (AlN) film with a thickness of 1152 nm Lower layer 12a of the lower electrode 12: Chromium (Cr) film with a thickness of 55 nm Upper layer 12b of the lower electrode 12: Thickness Ruthenium (Ru) film with a thickness of 205 nm Lower layer 16a of the upper electrode 16: Ruthenium (Ru) film with a thickness of 205 nm Upper layer 16b of the upper electrode 16: Chromium (Cr) film with a thickness of 55 nm Additional film 24: Silicon oxide with a thickness of 70 nm ( SiO ₂ ) film Insertion film 28: Silicon oxide (SiO ₂ ) film with a thickness of 122 nm Wavelength of elastic wave λ: 2400 nm
Depth L of recess 58: λ/2
Width W1 of concave portion 58 and width W2 of convex portion 60: λ/2
Resonance region 50: elliptical shape with minor axis length of 122 μm and major axis length of 146 μm

図５は、実施例１および比較例に係る圧電薄膜共振器の周波数に対する減衰量を示す実験結果である。実施例１に係る圧電薄膜共振器１００の共振周波数は２０２１ＭＨｚであり、比較例に係る圧電薄膜共振器５００の共振周波数は２０１８ＭＨｚである。図５に示すように、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００は、比較例に係る圧電薄膜共振器５００に比べて、スプリアスが抑制され、減衰量が改善された結果であった。 FIG. 5 shows experimental results showing the attenuation with respect to frequency of the piezoelectric thin film resonators according to Example 1 and Comparative Example. The resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator 100 according to Example 1 is 2021 MHz, and the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator 500 according to the comparative example is 2018 MHz. As shown in FIG. 5, in the piezoelectric thin film resonator 100 according to Example 1, the spurious was suppressed and the attenuation was improved as compared with the piezoelectric thin film resonator 500 according to the comparative example.

実施例１においてスプリアスが抑制されたメカニズムを考察する。図６は、楕円形状をした共振領域５０の光観測測定ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）画像の模式図である。図６における圧電薄膜共振器では、挿入膜２８の内周２９の側面は平坦面となっていて、凹部は形成されていない。図６では、共振領域５０内を伝搬する横モードの弾性波に起因する定在波が主に表されていて、主モードである厚み縦振動モードの弾性波はほとんど表されていない。図６では、定在波が発生している領域をハッチングで図示し、そのうち定在波が互いに強め合って振幅が大きくなった大振幅領域２７を細かいハッチングで図示している。なお、大振幅領域２７は、共振領域５０内に複数存在していると思われるが、光観測測定の測定精度から、大振幅領域２７の一部のみが図示されている。 The mechanism by which spurious is suppressed in Example 1 will be considered. FIG. 6 is a schematic diagram of an optical observation measurement IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) image of the elliptical resonance region 50 . In the piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 6, the side surface of the inner periphery 29 of the insertion film 28 is a flat surface and no recess is formed. FIG. 6 mainly shows the standing wave caused by the transverse mode elastic wave propagating in the resonance region 50, and hardly shows the elastic wave of the thickness longitudinal vibration mode, which is the main mode. In FIG. 6, a region in which standing waves are generated is hatched, and a large-amplitude region 27 in which the standing waves reinforce each other and increase in amplitude is depicted by fine hatching. A plurality of large-amplitude regions 27 are thought to exist within the resonance region 50, but only a portion of the large-amplitude regions 27 are shown in the drawing due to the accuracy of optical observation measurement.

図６に示すように、共振領域５０内の外周領域であって、挿入膜２８の内周２９近傍の領域は、大振幅領域２７となっている。また、楕円形状をした共振領域５０の中央領域において長軸近傍および短軸近傍に位置する４つの領域も大振幅領域２７となっている。大振幅領域２７が挿入膜２８の内周２９の全体にわたって存在していることから、共振領域５０内には様々な方向の定在波が存在していると考えられる。 As shown in FIG. 6 , the outer peripheral region within the resonance region 50 and the region near the inner periphery 29 of the insertion film 28 is a large amplitude region 27 . In addition, four regions located near the major axis and near the minor axis in the central region of the elliptical resonance region 50 are also large amplitude regions 27 . Since the large-amplitude region 27 exists over the entire inner circumference 29 of the insertion film 28 , it is considered that standing waves in various directions exist within the resonance region 50 .

ここで、発明者は、共振領域５０で共振する主モードの厚み縦振動モードの弾性波の波長と共振領域５０を伝搬する横モードの弾性波の波長とは概ね同じ大きさであり、かつ、横モードの弾性波に起因した定在波の波長も厚み縦振動モードの弾性波の波長と概ね同じであると想定した。そこで、上記実験において、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波が互いに打ち消し合うように、挿入膜２８の内周２９に深さＬがλ／２の凹部５８を設けた。 Here, the inventor believes that the wavelength of the elastic wave in the thickness longitudinal vibration mode of the main mode that resonates in the resonance region 50 and the wavelength of the elastic wave in the transverse mode that propagates in the resonance region 50 are approximately the same, and It was assumed that the wavelength of the standing wave caused by the transverse mode elastic wave is almost the same as the wavelength of the thickness longitudinal vibration mode elastic wave. Therefore, in the above experiment, the recess 58 having a depth L of λ/2 was provided in the inner periphery 29 of the insertion film 28 so that the standing waves reflected by the inner periphery 29 of the insertion film 28 cancel each other.

比較例では、挿入膜２８の内周２９に凹部が設けられていない圧電薄膜共振器と比べて、スプリアスに大きな違いはなかった。これは、挿入膜２８の内周２９に深さλ／２の凹部５８を１つ設けただけでは、挿入膜２８の内周で反射する定在波の打ち消し合いがあまり起こらなかったためと考えられる。そこで、実施例１では、挿入膜２８の内周２９の全周にわたって深さλ／２の凹部５８を設けた。これにより、様々な方向の定在波が互いに打ち消し合うようになり、その結果、実施例１では、比較例に比べて、スプリアスが抑制されて減衰量が改善された結果が得られたと考えられる。 In the comparative example, there was no significant difference in spurious compared to the piezoelectric thin film resonator in which the inner circumference 29 of the insertion film 28 was not provided with a recess. This is probably because the standing waves reflected on the inner periphery of the insertion film 28 do not cancel each other so much when only one concave portion 58 having a depth of λ/2 is provided on the inner periphery 29 of the insertion film 28 . . Therefore, in Example 1, the concave portion 58 having a depth of λ/2 is provided along the entire circumference of the inner circumference 29 of the insertion film 28 . As a result, the standing waves in various directions cancel each other out, and as a result, in Example 1, compared to the comparative example, spurious emissions are suppressed and attenuation is improved. .

上記実験では、凹部５８の深さＬをλ／２とした。挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に打ち消し合わせて弱めるためには、凹部５８の深さＬはλ／２の場合が好ましいが、凹部５８の深さＬをλ／４より大きくかつ３λ／４より小さくした場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。上述したように、共振領域５０で共振する厚み縦振動モードの弾性波の波長λは、概ね下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６との合計厚さＨの２倍（２Ｈ）である。したがって、凹部５８の深さＬをＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さくした場合に、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。 In the above experiment, the depth L of the concave portion 58 was set to λ/2. In order to effectively cancel out and weaken the standing waves reflected by the inner periphery 29 of the insertion film 28, the depth L of the recess 58 is preferably λ/2. Even if it is larger than 4 and smaller than 3λ/4, the standing waves reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be canceled. As described above, the wavelength λ of the elastic wave in the thickness longitudinal vibration mode that resonates in the resonance region 50 is approximately twice (2H) the total thickness H of the lower electrode 12 , the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16 . Therefore, when the depth L of the concave portion 58 is set larger than H/2 and smaller than 3H/2, the standing waves reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be canceled.

以上のように、実施例１によれば、挿入膜２８は、平面視して内周２９に平面方向の深さＬがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部５８と、複数の凸部６０と、が交互に設けられている。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせて弱めることができ、その結果、スプリアスを抑制することができる。挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を弱める観点から、凹部５８の深さＬは、３Ｈ／４以上かつ５Ｈ／４以下が好ましく、４Ｈ／５以上かつ６Ｈ／５以下がより好ましく、Ｈが更に好ましい。 As described above, according to the first embodiment, the insertion film 28 includes a plurality of concave portions 58 having a depth L in the plane direction larger than H/2 and smaller than 3H/2 on the inner periphery 29 in plan view, and a plurality of , are provided alternately. As a result, the standing waves reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be canceled out and weakened, and as a result, spurious can be suppressed. From the viewpoint of weakening the standing wave reflected by the inner periphery 29 of the insertion film 28, the depth L of the concave portion 58 is preferably 3H/4 or more and 5H/4 or less, more preferably 4H/5 or more and 6H/5 or less. , H are more preferred.

また、実施例１では、凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、Ｈ／２以上かつ４Ｈ以下である。凹部５８の幅Ｗ１が狭くかつ凸部６０の幅Ｗ２が広い場合、または、凹部５８の幅Ｗ１が広くかつ凸部６０の幅Ｗ２が狭い場合、挿入膜２８の内周２９のうち凹部５８で反射する定在波と凸部６０で反射する定在波の割合が大きく異なってしまう。このため、定在波を弱める効果が小さくなる。凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２をＨ／２以上かつ４Ｈ以下とすることで、凹部５８で反射する定在波と凸部６０で反射する定在波との割合が大きく異なることを抑制でき、定在波を効果的に弱めることができる。定在波を弱める観点から、凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、Ｈ以上かつ３Ｈ以下が好ましく、３Ｈ／２以上かつ５Ｈ／２以下がより好ましい。 Further, in Example 1, the width W1 of the concave portion 58 and the width W2 of the convex portion 60 are H/2 or more and 4H or less. When the width W1 of the concave portion 58 is narrow and the width W2 of the convex portion 60 is wide, or when the width W1 of the concave portion 58 is wide and the width W2 of the convex portion 60 is narrow, the concave portion 58 of the inner circumference 29 of the insertion film 28 The ratio of the reflected standing wave and the standing wave reflected by the convex portion 60 is greatly different. Therefore, the effect of weakening the standing wave is reduced. By setting the width W1 of the concave portion 58 and the width W2 of the convex portion 60 to H/2 or more and 4H or less, the ratio between the standing wave reflected by the concave portion 58 and the standing wave reflected by the convex portion 60 is greatly different. can be suppressed, and the standing wave can be effectively weakened. From the viewpoint of weakening the standing wave, the width W1 of the concave portion 58 and the width W2 of the convex portion 60 are preferably H or more and 3H or less, more preferably 3H/2 or more and 5H/2 or less.

また、実施例１では、挿入膜２８は、内周２９の略全周にわたって複数の凹部５８と複数の凸部６０とが交互に設けられている。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。内周２９の略全周とは、内周２９の９０％以上の場合であるが、９５％以上の場合でもよい。内周２９の全てに凹部５８と凸部６０が交互に設けられていることが好ましい。 Further, in Example 1, the insertion film 28 has a plurality of concave portions 58 and a plurality of convex portions 60 alternately provided over substantially the entire circumference of the inner circumference 29 . As a result, the standing wave reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be effectively weakened. Approximately the entire circumference of the inner circumference 29 is 90% or more of the inner circumference 29, but may be 95% or more. Preferably, recesses 58 and protrusions 60 are alternately provided on the entire inner periphery 29 .

図７（ａ）から図７（ｃ）は、挿入膜２８の他の例を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち楕円形状をした共振領域５０の中心に対して対向した長軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられ、短軸近傍では凹部５８が設けられていない場合でもよい。図７（ｂ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向した短軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられ、長軸近傍では凹部５８が設けられていない場合でもよい。図７（ｃ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向した長軸近傍と短軸近傍それぞれで２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられて、それらの間では凹部５８が設けられていない場合でもよい。これらのように、挿入膜２８は、近接して隣接した凹部５８の間の凸部６０よりも広い幅の平面が内周２９に存在していてもよい。対向する長軸近傍各々および／または対向する短軸近傍各々の凹部５８の個数は、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。 7A to 7C are plan views showing other examples of the insertion film 28. FIG. As shown in FIG. 7( a ), the insertion film 28 has two or more concave portions 58 and two or more convex portions near the major axis of the inner circumference 29 facing the center of the elliptical resonance region 50 . 60 may be provided alternately, and the concave portion 58 may not be provided in the vicinity of the minor axis. As shown in FIG. 7(b), the insertion film 28 has two or more concave portions 58 and two or more convex portions 60 alternately in the vicinity of the short axis of the inner circumference 29 facing the center of the resonance region 50. , and the concave portion 58 may not be provided in the vicinity of the long axis. As shown in FIG. 7C, the insertion film 28 has two or more concave portions 58 and two or more convex portions near the long axis and near the short axis of the inner circumference 29 facing the center of the resonance region 50 . 60 may be provided alternately, and the recesses 58 may not be provided between them. As such, the insertion membrane 28 may have a flat surface on the inner circumference 29 that is wider than the protrusions 60 between the closely adjacent recesses 58 . The number of concave portions 58 near each of the opposed long axes and/or near the opposed short axes is preferably 5 or more, more preferably 10 or more.

図７（ａ）から図７（ｃ）のように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向する箇所各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられている場合が好ましい。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。共振領域５０の略短軸方向に伝搬する横モードの弾性波は減衰され難いことから、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の短軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられている場合が好ましい。凹部５８および凸部６０による凹凸は、挿入膜２８の内周２９の５０％以上に形成されている場合が好ましく、７０％以上に形成されている場合がより好ましく、８０％以上に形成されている場合が更に好ましい。 As shown in FIGS. 7A to 7C, the insertion film 28 has two or more concave portions 58 and two or more convex portions 60 in each portion of the inner circumference 29 facing the center of the resonance region 50 . are provided alternately. As a result, the standing wave reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be effectively weakened. Transverse-mode elastic waves propagating in the direction of the short axis of the resonance region 50 are hardly attenuated. and the convex portions 60 are alternately provided. The unevenness due to the concave portion 58 and the convex portion 60 is preferably formed in 50% or more of the inner circumference 29 of the insertion film 28, more preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. It is more preferable to have

また、実施例１では、凹部５８は平面視して略矩形状である。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。略矩形状とは、側面および底面に湾曲を有する場合や角部が丸みを帯びている場合を許容するものである。なお、凹部５８は、平面視して略三角形状をしている場合でもよい。 Further, in Example 1, the concave portion 58 has a substantially rectangular shape in plan view. As a result, the standing wave reflected by the inner circumference 29 of the insertion film 28 can be effectively weakened. The term "substantially rectangular" allows for curved side surfaces and bottom surfaces and rounded corners. Note that the concave portion 58 may be substantially triangular in plan view.

また、実施例１では、共振領域５０は平面視して楕円形状である場合を例に示したが、この場合に限られない。図８（ａ）および図８（ｂ）は、共振領域５０の他の例を示す平面図である。図８（ａ）に示すように、共振領域５０は平面視して円形状である場合でもよい。この場合、挿入膜２８の内周２９は共振領域５０の外周に沿って概ね円形となる。図８（ｂ）に示すように、共振領域５０は平面視してオーバル形状である場合でもよい。この場合、挿入膜２８の内周２９は共振領域５０の外周に沿って概ねオーバル形となる。このような場合でも、図６の場合と同様に、大振幅領域２７が挿入膜２８の内周２９の全体にわたって存在し、共振領域５０内には様々な方向の定在波が存在するため、挿入膜２８の内周２９に複数の凹部５８と複数の凸部６０を交互に繰り返し設けることが好ましい。 Moreover, in the first embodiment, the resonance region 50 has an elliptical shape in plan view, but the present invention is not limited to this case. 8A and 8B are plan views showing other examples of the resonance region 50. FIG. As shown in FIG. 8A, the resonance area 50 may be circular in plan view. In this case, the inner circumference 29 of the insertion film 28 is approximately circular along the outer circumference of the resonance region 50 . As shown in FIG. 8B, the resonance region 50 may have an oval shape in plan view. In this case, the inner periphery 29 of the insertion film 28 has a generally oval shape along the outer periphery of the resonance region 50 . Even in such a case, as in the case of FIG. 6, the large-amplitude region 27 exists over the entire inner circumference 29 of the insertion film 28, and standing waves in various directions exist within the resonance region 50. It is preferable to alternately and repeatedly provide a plurality of concave portions 58 and a plurality of convex portions 60 on the inner circumference 29 of the insertion film 28 .

図９（ａ）および図９（ｂ）は、挿入膜２８の内周２９に設けられる凹部５８の例を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、複数の凹部５８のうち共振領域５０の外周の曲線部分に対応した位置にある凹部５８の底面は、共振領域５０の外周に沿った曲面となっていてもよい。言い換えると、凹部５８の底面と共振領域５０の外周との間の距離が略一定となっている場合でもよい。略一定とは製造誤差程度の差を許容するものである。図９（ｂ）に示すように、共振領域５０の外周の曲線部分に対応した凹部５８を含む複数の凹部５８の底面は略平坦面となっていてもよい。略平坦面とは、製造誤差程度に湾曲している場合を許容するものである。図９（ａ）、図９（ｂ）のいずれの場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。 9(a) and 9(b) are plan views showing an example of the recess 58 provided in the inner circumference 29 of the insertion film 28. FIG. As shown in FIG. 9A, even if the bottom surface of the concave portion 58 at a position corresponding to the curved portion of the outer circumference of the resonance region 50 among the plurality of concave portions 58 is a curved surface along the outer circumference of the resonance region 50. good. In other words, the distance between the bottom surface of the recess 58 and the outer periphery of the resonance region 50 may be substantially constant. “Substantially constant” means that a difference on the order of a manufacturing error is allowed. As shown in FIG. 9B, the bottom surfaces of the plurality of recesses 58 including the recesses 58 corresponding to the curved portion of the outer periphery of the resonance region 50 may be substantially flat. A substantially flat surface is one that is allowed to be curved to the extent of a manufacturing error. 9(a) and 9(b), the standing wave reflected by the inner periphery 29 of the insertion film 28 can be effectively weakened.

複数の凹部５８の深さＬは、略同じであってもよいが、少なくとも２つ以上の凹部５８で互いに異なっていてもよい。少なくとも２つ以上の凹部５８の深さＬが異なっている場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。 The depths L of the plurality of recesses 58 may be substantially the same, but may be different between at least two or more recesses 58 . Even when the depths L of at least two or more recesses 58 are different, the standing waves reflected by the inner periphery 29 of the insertion film 28 can be canceled out.

［変形例］
図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器１１０の断面図である。図１０（ａ）に示すように、圧電薄膜共振器１１０では、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。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。 [Modification]
10A is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator 110 according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 10( a ), in the piezoelectric thin film resonator 110 , a gap 30 having a dome-shaped bulge is formed between the flat main surface of the substrate 10 and the lower electrode 12 . The dome-shaped bulge is, for example, a bulge having a shape in which the height of the gap 30 is small around the gap 30 and the height of the gap 30 increases toward the inside of the gap 30 . Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

図１０（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器１２０の断面図である。図１０（ｂ）に示すように、圧電薄膜共振器１２０では、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１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と同じであるため説明を省略する。 FIG. 10B is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator 120 according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 10B, in the piezoelectric thin film resonator 120, the acoustic reflection film 31 is formed under the lower electrode 12 in the resonance region 50. As shown in FIG. The acoustic reflection film 31 is alternately provided with films 31a with low acoustic impedance and films 31b with high acoustic impedance. Each of the films 31a and 31b has a thickness of λ/4, for example. The number of layers of the films 31a and 31b can be set arbitrarily. The acoustic reflection film 31 may be formed by stacking at least two types of layers with different acoustic properties with a gap therebetween. Also, the substrate 10 may be one of at least two layers having different acoustic characteristics of the acoustic reflection film 31 . For example, the acoustic reflection film 31 may have a structure in which one layer of film having a different acoustic impedance is provided in the substrate 10 . Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

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、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。実施例１の変形例２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。 The piezoelectric thin film resonator may be an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) in which the air gap 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 in the resonance region 50 as in the first embodiment and its first modification. As in Modification 2 of Embodiment 1, the piezoelectric thin film resonator may be an SMR (Solidly Mounted Resonator) having an acoustic reflection film 31 that reflects an elastic wave propagating through the piezoelectric film 14 under the lower electrode 12 in the resonance region 50. good.

図１１は、実施例２に係るフィルタ２００の回路図である。図１１に示すように、フィルタ２００は、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Ｐ３が並列に接続されている。並列共振器Ｐ１からＰ３は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路とグランド端子との間に接続されている。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Ｐ３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１、２に係る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は適宜設定できる。 FIG. 11 is a circuit diagram of the filter 200 according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the filter 200 has one or more series resonators S1 to S4 connected in series between an input terminal Tin and an output terminal Tout. One or more parallel resonators P1 to P3 are connected in parallel between the input terminal Tin and the output terminal Tout. The parallel resonators P1 to P3 are connected between the path between the input terminal Tin and the output terminal Tout and the ground terminal. It is possible to use the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment and its modified examples 1 and 2 for at least one of the one or more series resonators S1 to S4 and the one or more parallel resonators P1 to P3. can. The number of resonators in the ladder-type filter can be set as appropriate.

図１２は、実施例３に係るデュプレクサ３００のブロック図である。図１２に示すように、デュプレクサ３００は、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、トリプレクサ又はクワッドプレクサでもよい。 FIG. 12 is a block diagram of a duplexer 300 according to the third embodiment. As shown in FIG. 12, the duplexer 300 has the transmission filter 40 connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. A receive filter 42 is connected between the common terminal Ant and the receive terminal Rx. The transmission filter 40 allows the signal in the transmission band among the signals input from the transmission terminal Tx to pass through the common terminal Ant as the transmission signal, and suppresses the signals of other frequencies. The reception filter 42 passes a signal in the reception band among the signals input from the common terminal Ant to the reception terminal Rx as a reception signal, and suppresses signals of other frequencies. At least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be the filter of the second embodiment. A duplexer has been described as an example of a multiplexer, but a triplexer or a quadplexer may be used.

なお、弾性波デバイスは、上記の場合に限られず、ＭＥＭＳまたはセンサーの場合でもよい。 In addition, the elastic wave device is not limited to the above case, and may be a MEMS or a sensor.

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.

１０基板
１２下部電極
１４圧電膜
１６上部電極
２４付加膜
２７大振幅領域
２８挿入膜
２９内周
３０空隙
３１音響反射膜
３３導入路
３５孔部
３８犠牲層
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領域
５８凹部
６０凸部
１００、１１０、１２０、５００圧電薄膜共振器
２００フィルタ
３００デュプレクサ
REFERENCE SIGNS LIST 10 substrate 12 lower electrode 14 piezoelectric film 16 upper electrode 24 additional film 27 large amplitude region 28 insertion film 29 inner circumference 30 air gap 31 acoustic reflection film 33 introduction path 35 hole 38 sacrificial layer 40 transmission filter 42 reception filter 50 resonance region 52 outer circumference Region 54 Central region 56 Region 58 Concave portion 60 Protruding portion 100, 110, 120, 500 Piezoelectric thin film resonator 200 Filter 300 Duplexer

Claims

a substrate;
a lower electrode provided on the substrate;
a piezoelectric film provided on the lower electrode;
an upper electrode provided on the piezoelectric film and forming a resonance region facing the lower electrode with at least a portion of the piezoelectric film therebetween;
is inserted into the resonance region, is not provided in the central region of the resonance region, is provided along the outer circumference of the resonance region so as to surround the central region, has an inner circumference within the resonance region, When the total thickness of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode in the resonance region is H, the depth in the planar direction of the inner circumference is larger than H/2 and larger than 3H/2 in plan view. A piezoelectric thin film resonator comprising an insertion film in which a plurality of small recesses and a plurality of projections are alternately provided.

2. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the depth of said plurality of recesses is 3H/4 or more and 5H/4 or less.

3. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein widths of said plurality of recesses and widths of said plurality of protrusions are H/2 or more and 4H or less.

The insertion film has two or more concave portions forming the plurality of concave portions and two or more convex portions forming the plurality of convex portions in respective portions of the inner circumference facing the center of the resonance region. 4. The piezoelectric thin film resonators according to claim 3, which are provided alternately.

4. The piezoelectric thin film resonator according to claim 3, wherein said insertion film has said plurality of concave portions and said plurality of convex portions alternately provided along substantially the entire circumference of said inner circumference.

6. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein said resonance region has a circular, elliptical, or oval shape in plan view.

7. The piezoelectric thin film resonator according to claim 6, wherein a bottom surface of a concave portion of said plurality of concave portions at a position corresponding to the curved portion of the outer circumference of said resonance region is a curved surface along the outer circumference of said resonance region.

7. The piezoelectric thin film resonator according to claim 6, wherein bottom surfaces of said plurality of recesses are substantially flat surfaces.

In the resonance region, a gap is formed between the substrate and the lower electrode, or an acoustic reflecting film that reflects elastic waves propagating through the piezoelectric film is provided on the opposite side of the lower electrode to the piezoelectric film. 9. The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 8, comprising:

A filter comprising the piezoelectric thin film resonator according to claim 1 .

A multiplexer comprising the filter of claim 10.