JP4917481B2

JP4917481B2 - filter

Info

Publication number: JP4917481B2
Application number: JP2007156688A
Authority: JP
Inventors: 基揚原; 時弘西原; 眞司谷口; 武坂下; 剛横山; 匡郁岩城; 政則上田; 康之斎藤
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: JP2008311873A

Description

本発明は、フィルタに関し、より詳細には、ラダー型に設けられた複数の圧電薄膜共振器を有するフィルタに関する。 The present invention relates to a filter, and more particularly to a filter having a plurality of piezoelectric thin film resonators provided in a ladder shape.

携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振子およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体フィルタと表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタとが使用されてきたが、最近では、特に高周波での特性が良好で、かつ小型化とモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振子およびこれを用いて構成されたフィルタが注目されつつある。 With the rapid spread of wireless devices typified by mobile phones, there is an increasing demand for small and light resonators and filters configured by combining them. Until now, mainly dielectric filters and surface acoustic wave (SAW) filters have been used. Recently, however, piezoelectric thin-film resonance is an element that has particularly good characteristics at high frequencies and that can be miniaturized and made monolithic. Children and filters constructed using them are drawing attention.

圧電薄膜共振子の中には、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプとＳＭＲ(Solidly Mounted Resonator)タイプがある。ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振子は、基板上に下部電極、圧電膜、および上部電極からなる積層膜構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する部分（共振部）の下部電極の下に空隙が形成されている。ここで、ＦＢＡＲにおける空隙には、基板表面に設けた犠牲層をウエットエッチングすることにより下部電極と基板との間に形成される空隙（キャビティ）と、ウエットエッチングまたはドライエッチング等により基板に形成される空隙（バイアホール）とがある。ＳＭＲは空隙の代わりに音響多層膜を有している。音響多層膜は、音響インピーダンスが高い膜と低い膜を交互にλ／４（λ：弾性波の波長）の膜厚で積層されている。 Among the piezoelectric thin film resonators, there are an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type and an SMR (Solidly Mounted Resonator) type. An FBAR type piezoelectric thin film resonator has a laminated film structure including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode on a substrate. A gap is formed under the lower electrode in a portion (resonant portion) where the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween. Here, the voids in the FBAR are formed in the substrate by wet etching or dry etching or the like (cavity) formed between the lower electrode and the substrate by wet etching the sacrificial layer provided on the substrate surface. There are gaps (via holes). The SMR has an acoustic multilayer film instead of the air gap. In the acoustic multilayer film, a film having a high acoustic impedance and a film having a low acoustic impedance are alternately laminated with a film thickness of λ / 4 (λ: wavelength of elastic wave).

非特許文献１にバイアホールを有するＦＢＡＲが開示されている。また、特許文献１にキャビティを有するＦＢＡＲが開示されている。図１はバイアホールを有するＦＢＡＲの断面図であり、図２はキャビティを有するＦＢＡＲの断面図である。図１を参照に、表面にＳｉＯ_２膜１１を有するシリコンからなる基板１０上に下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が順次設けられている。下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分の下の基板１０に空隙１８（バイアホール）が設けられている。図２を参照に、シリコンからなる基板１０上に空隙１８（キャビティ）が形成されるように支持膜として機能するＳｉＯ_２膜１１が設けられている。ＳｉＯ_２膜１１上に下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が順次設けられている。下部電極１２と上部電極１６とは圧電膜１４を挟んで対向する部分を空隙１８上に有している。 Non-Patent Document 1 discloses an FBAR having a via hole. Patent Document 1 discloses an FBAR having a cavity. FIG. 1 is a cross-sectional view of an FBAR having a via hole, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the FBAR having a cavity. Referring to FIG. 1, a lower electrode 12, a piezoelectric film 14, and an upper electrode 16 are sequentially provided on a substrate 10 made of silicon having a SiO ₂ film 11 on the surface. A space 18 (via hole) is provided in the substrate 10 below the portion where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other. Referring to FIG. 2, a SiO ₂ film 11 that functions as a support film is provided on a substrate 10 made of silicon so that a void 18 is formed. A lower electrode 12, a piezoelectric film 14, and an upper electrode 16 are sequentially provided on the SiO ₂ film 11. The lower electrode 12 and the upper electrode 16 have a portion on the gap 18 facing each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween.

ここで、下部電極１２および上部電極１６としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等あるいはこれらを組み合わせた積層材料を用いることができる。圧電膜１４としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、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、基板１０としては、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ等を用いることができる。 Here, as the lower electrode 12 and the upper electrode 16, aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium ( Rh), iridium (Ir), chromium (Cr), titanium (Ti), or the like, or a laminated material combining these can be used. As the piezoelectric film 14, aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO ₃ ), or the like can be used. As the substrate 10, silicon, glass, GaAs, or the like can be used.

上部電極と下部電極との間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極とに挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって励振される弾性波や圧電効果に起因する歪みによって生じる弾性波が発生する。そして、これらの弾性波が電気信号に変換される。このような弾性波は、上部電極と下部電極とがそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向に主変位をもつ縦振動波となる。下部電極、圧電膜および上部電極（上部電極上に付加される質量負荷膜を含む）からなる積層膜の総膜厚Ｈが、弾性波の波長λの１／２（１／２波長）の整数倍（ｎ倍）となる周波数（つまりＨ＝ｎλ／２となる周波数）において共振現象が生じる。ここで、圧電膜の材料によって決まる弾性波の伝搬速度をＶとすると、共振周波数Ｆは、Ｆ＝ｎＶ／（２Ｈ）となる。このことから、積層膜の総膜厚Ｈにより共振周波数Ｆを制御することができ、所望の周波数特性を有する圧電薄膜共振子を得ることができる。 When a high-frequency electrical signal is applied between the upper electrode and the lower electrode, elasticity generated by an elastic wave excited by the reverse piezoelectric effect or distortion caused by the piezoelectric effect inside the piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode A wave is generated. These elastic waves are converted into electrical signals. Since such an elastic wave is totally reflected on the surface where the upper electrode and the lower electrode are in contact with air, it becomes a longitudinal vibration wave having a main displacement in the thickness direction. The total film thickness H of the laminated film composed of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode (including the mass load film added on the upper electrode) is an integer of 1/2 (1/2 wavelength) of the wavelength λ of the elastic wave A resonance phenomenon occurs at a frequency that is double (n times) (that is, a frequency at which H = nλ / 2). Here, when the propagation speed of the elastic wave determined by the material of the piezoelectric film is V, the resonance frequency F is F = nV / (2H). From this, the resonance frequency F can be controlled by the total film thickness H of the laminated film, and a piezoelectric thin film resonator having a desired frequency characteristic can be obtained.

圧電薄膜共振子を用いたフィルタとして、ラダー型フィルタが主に用いられる。ラダー型フィルタは、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列に直列共振器が接続され、並列共振器が並列に接続され、バンドパスフィルタとして機能する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの等価回路図を示している。図３（ｃ）は直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの周波数特性を示している。直列共振器Ｓの通過量は共振周波数ｆ_ｒｓで最大値、反共振周波数ｆ_ａｓで最小値を有する。並列共振器Ｐの通過量は共振周波数ｆ_ｒｐで最小値、反共振周波数ｆ_ａｐで最大値を有する。図４（ａ）は直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐを１段で構成したラダー型フィルタの等価回路図である。図４（ｂ）はこのフィルタの通過特性を示す。直列共振器Ｓの共振周波数ｆ_ｒｓと並列共振器Ｐの反共振周波数ｆ_ａｐとをほぼ同じ周波数とすることで、バンドパスフィルタを構成することができる。 Ladder type filters are mainly used as filters using piezoelectric thin film resonators. In the ladder filter, a series resonator is connected in series between an input terminal Tin and an output terminal Tout, and a parallel resonator is connected in parallel, and functions as a bandpass filter. FIG. 3A and FIG. 3B show equivalent circuit diagrams of the series resonator S and the parallel resonator P, respectively. FIG. 3C shows the frequency characteristics of the series resonator S and the parallel resonator P. Passing amount of the series resonator S has a maximum value at the resonance frequency f _rs, the minimum value at the antiresonance frequency f _{the as.} The amount of passage through the parallel resonator P has a minimum value at the resonance frequency f _rp and a maximum value at the anti-resonance frequency f _ap . FIG. 4A is an equivalent circuit diagram of a ladder type filter in which the series resonator S and the parallel resonator P are configured in one stage. FIG. 4B shows the pass characteristic of this filter. By setting the resonance frequency _frs of the series resonator S and the antiresonance frequency f _ap of the parallel resonator P to be substantially the same frequency, a bandpass filter can be configured.

特許文献２から４には、基板に水平方向に伝搬する弾性波によって発生するインハーモニックモードと呼ばれるスプリアスモード（不要振動）を抑制する目的で、圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する部分（共振部）の輪郭形状を制御する技術が開示されている。
ELECTRONICS LETTERS JULY 1981 p507-p509 特開昭６０−１８９３０７号公報特開２００５−３３２６２号公報特開２００３−１７９７４号公報特開２０００−３１５５２号公報 In Patent Documents 2 to 4, a lower electrode and an upper electrode are opposed to each other with a piezoelectric film interposed therebetween in order to suppress a spurious mode (unnecessary vibration) called an inharmonic mode generated by an elastic wave propagating in a horizontal direction on a substrate. A technique for controlling the contour shape of a portion (resonant portion) is disclosed.
ELECTRONICS LETTERS JULY 1981 p507-p509 JP 60-189307 A JP 2005-33262 A JP 2003-17974 A JP 2000-31552 A

圧電薄膜共振子は圧電膜自体を共振振動させるため、励振時の損失が少ない高品質の圧電膜が必要となる。このような、高品質の圧電膜を成膜するためには、成膜時に高いエネルギーを必要とする。例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜では、基板を１０００℃以上に加熱する必要があり、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜では、プラズマの電力に加え４００℃以上の基板加熱が必要である。また、スパッタ技術を用いた成膜でも、絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇がある。このため、圧電膜は強い膜応力を有する。 Since the piezoelectric thin film resonator causes the piezoelectric film itself to resonate and vibrate, a high-quality piezoelectric film with little loss during excitation is required. In order to form such a high quality piezoelectric film, high energy is required at the time of film formation. For example, in the film formation using the MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, it is necessary to heat the substrate to 1000 ° C. or more. In the film formation using the PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method, In addition, it is necessary to heat the substrate at 400 ° C. or higher. Even in film formation using sputtering technology, there is an increase in substrate temperature due to sputtering of the insulating film. For this reason, the piezoelectric film has a strong film stress.

圧電薄膜共振子において、弾性波は圧電膜の厚み方向に主変位をもつ縦振動波であるが、圧電膜が強い膜応力を有すると、励振時における厚み方向の変形が阻害されてしまう。これにより、反共振周波数での共振尖鋭度（Ｑ値）が劣化する。 In the piezoelectric thin film resonator, the elastic wave is a longitudinal vibration wave having a main displacement in the thickness direction of the piezoelectric film. However, if the piezoelectric film has a strong film stress, deformation in the thickness direction during excitation is hindered. Thereby, the resonance sharpness (Q value) at the anti-resonance frequency is deteriorated.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振子の反共振周波数でのＱ値を改善し、低損失で高性能なフィルタを提供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 provide a low-loss and high-performance filter by improving the Q value at the antiresonance frequency of a piezoelectric thin film resonator.

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圧電膜と、前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する部分を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、を有する複数の圧電薄膜共振器を具備し、前記複数の圧電薄膜共振器はラダー型に設けられ、前記複数の圧電薄膜共振器のうち並列腕に設けられた前記圧電薄膜共振器は、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する部分が、軸の長さ比の異なる２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状をしていて、前記２つの楕円のうち一方の楕円は前記１つの軸を短軸とする楕円であり、他方の楕円は前記１つの軸を長軸とする楕円であり、前記一方の楕円の短軸と前記他方の楕円の長軸とは同じ長さであることを特徴とするフィルタである。本発明によれば、ラダー型に設けられた圧電薄膜共振器のうち、並列腕に設けられた圧電薄膜共振器の反共振周波数のＱ値を改善することができる。このため、フィルタの通過帯域における損失を改善することができる。 The present invention provides a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and a portion facing the lower electrode with the piezoelectric film interposed therebetween. A plurality of piezoelectric thin film resonators, wherein the plurality of piezoelectric thin film resonators are provided in a ladder shape, and the plurality of piezoelectric thin film resonators provided on a parallel arm among the plurality of piezoelectric thin film resonators The piezoelectric thin film resonator has a shape in which two ellipses having different axis length ratios are connected by sharing a single axis with a portion where the lower electrode and the upper electrode face each other across the piezoelectric film. One of the two ellipses is an ellipse having the one axis as a minor axis, and the other ellipse is an ellipse having the one axis as a major axis, and the minor axis of the one ellipse and and wherein the the long axis of the other ellipse the same length That is a filter. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Q value of the antiresonance frequency of the piezoelectric thin film resonator provided in the parallel arm among the piezoelectric thin film resonators provided in the ladder type can be improved. For this reason, the loss in the pass band of the filter can be improved.

上記構成において、前記下部電極は前記１つの軸を長軸とする楕円を有し、前記上部電極は前記１つの軸を短軸とする楕円を有する構成とすることができる。この構成によれば、圧電膜にかかる応力を抑制することができる。よって、反共振周波数のＱ値を改善することができ、フィルタの通過帯域における損失を改善することができる。 In the above configuration, the lower electrode may have an ellipse whose major axis is the one axis, and the upper electrode may have an ellipse whose minor axis is the one axis. According to this configuration, the stress applied to the piezoelectric film can be suppressed. Therefore, the Q value of the antiresonance frequency can be improved, and the loss in the pass band of the filter can be improved.

上記構成において、前記１つの軸を短軸とする楕円は、短軸の長さと長軸の長さとの比が７：８〜７：１０である構成とすることができる。この構成によれば、反共振周波数のＱ値をより改善することができ、フィルタの通過帯域における損失をより改善することができる。 In the above structure, ellipse said one axis and minor axis, the ratio of the length of the major axis of the minor axis 7: 8-7: can be configured to be 10. According to this configuration, the Q value of the antiresonance frequency can be further improved, and the loss in the passband of the filter can be further improved.

上記構成において、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する部分は、前記基板に設けられた空隙上に設けられている構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The part which the said lower electrode and the said upper electrode oppose on both sides of the said piezoelectric film can be set as the structure provided on the space | gap provided in the said board | substrate.

上記構成において、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する部分は、前記空隙に含まれる構成とすることができる。この構成によれば、圧電薄膜共振器の共振特性を向上させることができる。 The said structure WHEREIN: The part which the said lower electrode and the said upper electrode oppose on both sides of the said piezoelectric film can be set as the structure contained in the said space | gap. According to this configuration, the resonance characteristics of the piezoelectric thin film resonator can be improved.

上記構成において、前記圧電膜は（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛である構成とすることができる。 In the above structure, the piezoelectric film may be formed of aluminum nitride or zinc oxide exhibiting orientation with a (002) direction as a main axis.

本発明によれば、ラダー型に設けられた圧電薄膜共振器のうち、並列腕に設けられた圧電薄膜共振器の反共振周波数のＱ値を改善することができる。このため、通過帯域における損失が改善したフィルタを得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Q value of the antiresonance frequency of the piezoelectric thin film resonator provided in the parallel arm among the piezoelectric thin film resonators provided in the ladder type can be improved. For this reason, a filter with improved loss in the passband can be obtained.

まず、低損失なフィルタを実現するため、フィルタを構成する圧電薄膜共振器に関して行なったシミュレーションについて説明する。図５（ａ）はシミュレーションに用いた圧電薄膜共振器の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。 First, in order to realize a low-loss filter, a simulation performed on the piezoelectric thin film resonator constituting the filter will be described. FIG. 5A is a top view of the piezoelectric thin film resonator used in the simulation, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.

図５（ａ）および図５（ｂ）を参照に、シリコンからなる基板１０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上に圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する部分を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。これにより、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６からなる積層膜１７が形成される。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、軸の長さ比が異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が、１つの軸を共有することで連結した形状をしており、下部電極１２は楕円Ｑを有し、上部電極１６は楕円Ｐを有している。ここで、２つの楕円（ＰおよびＱ）が共有する軸の長さをＡ、楕円Ｐの他方の軸の長さをＢ、楕円Ｑの他方の軸の長さをＣとする。そして、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの長さの比率をａ：ｂ：ｃとする。共振部２０の下の基板１０には空隙１８が設けられており、共振部２０は空隙１８に含まれる。圧電膜１４には下部電極１２に電気的に接続するための開口部２２が設けられている。 Referring to FIGS. 5A and 5B, a lower electrode 12 is provided on a substrate 10 made of silicon. A piezoelectric film 14 is provided on the lower electrode 12. An upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 so as to have a portion facing the lower electrode 12 with the piezoelectric film 14 interposed therebetween. Thereby, a laminated film 17 including the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, and the upper electrode 16 is formed. The portion where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other across the piezoelectric film 14 (resonance unit 20) is connected by two ellipses (P and Q) having different axis length ratios sharing one axis. The lower electrode 12 has an ellipse Q, and the upper electrode 16 has an ellipse P. Here, the length of the axis shared by the two ellipses (P and Q) is A, the length of the other axis of the ellipse P is B, and the length of the other axis of the ellipse Q is C. The ratio of the lengths of A, B, and C is a: b: c. A space 18 is provided in the substrate 10 below the resonance portion 20, and the resonance portion 20 is included in the space 18. The piezoelectric film 14 is provided with an opening 22 for electrical connection to the lower electrode 12.

共振部２０の下に空隙１８が形成されると、圧電膜１４の膜応力により、図５（ｂ）の破線に示すように、積層膜１７に高さｈの変形が生じる。ここで、図６に共振部２０の形状と積層膜１７の変形高さｈとの関係について計算したシミュレーション結果を示す。図６の横軸は２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃのうちａ：ｃを７：５に固定した場合のｂの比率を示し、縦軸は積層膜１７の変形高さｈを示している。また、圧電膜１４の成膜時の膜応力が５００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、１００ＭＰａの各場合についての計算結果を示す。図６によれば、ｂの比率が９の場合、つまり、ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合が最も積層膜１７の変形が大きくなる。積層膜１７の変形が最も大きいということは、圧電膜１４の成膜時の膜応力が最も開放されているということである。 When the air gap 18 is formed under the resonating portion 20, the laminated film 17 is deformed to a height h as shown by the broken line in FIG. Here, FIG. 6 shows a simulation result calculated for the relationship between the shape of the resonance part 20 and the deformation height h of the laminated film 17. The horizontal axis of FIG. 6 shows the ratio of b when the ratio of the lengths a: b: c of the two ellipses (P and Q) is fixed at 7: 5, and the vertical axis indicates the laminated film. 17 shows a deformation height h. Moreover, the calculation result about each case where the film | membrane stress at the time of film-forming of the piezoelectric film 14 is 500 MPa, 250 MPa, and 100 MPa is shown. According to FIG. 6, when the ratio of b is 9, that is, when a: b: c is 7: 9: 5, the deformation of the laminated film 17 is the largest. The greatest deformation of the laminated film 17 means that the film stress when the piezoelectric film 14 is formed is most released.

次に、図７（ａ）から図７（ｃ）に、積層膜１７に高さｈの変形が生じた後の、圧電膜１４の残留応力分布について計算したシミュレーション結果を示す。図７（ａ）は軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：３：５の場合、図７（ｂ）は７：９：５の場合、図７（ｃ）は７：１５：５の場合であり、また、図７（ａ）から図７（ｃ）は、圧電膜１４の成膜時の膜応力が５００ＭＰａの場合の結果である。図７（ａ）から図７（ｃ）を参照に、ｂの比率を変化させることで、圧電膜１４の残留応力分布に変化が生じ、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合が、共振部２０の面積に対して、残留応力が１６２．５ＭＰａと小さくなる領域（図７（ａ）から図７（ｃ）中の斜線の領域）の占める割合が最も大きくなる。これより、積層膜１７の変形が大きい場合は、圧電膜１４の残留応力の小さい領域が最も大きくなることが確認できる。 Next, FIG. 7A to FIG. 7C show simulation results for calculating the residual stress distribution of the piezoelectric film 14 after the stack film 17 is deformed to the height h. 7A shows a case where the shaft length ratio a: b: c is 7: 3: 5, FIG. 7B shows a case where 7: 9: 5, and FIG. 7C shows a case where 7: 15: 5. 7A to 7C show the results when the film stress during the formation of the piezoelectric film 14 is 500 MPa. With reference to FIG. 7A to FIG. 7C, changing the ratio of b causes a change in the residual stress distribution of the piezoelectric film 14, and the shaft length ratio a: b: c is 7: 9. : 5, the ratio of the area where the residual stress is as small as 162.5 MPa (the hatched area in FIG. 7 (a) to FIG. 7 (c)) is the largest with respect to the area of the resonance part 20. . From this, it can be confirmed that when the deformation of the laminated film 17 is large, the region where the residual stress of the piezoelectric film 14 is small is the largest.

これらの結果より、圧電膜１４の成膜時の膜応力は、積層膜１７のたわみ変形により一部緩和することができる。このたわみ変形の大きさは共振部２０の形状により異なるため、共振部２０の形状を最適化、つまり、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを７：９：５にすることにより、圧電膜１４の残留応力の小さい領域を最も大きくすることができる。 From these results, the film stress at the time of forming the piezoelectric film 14 can be partially relieved by the bending deformation of the laminated film 17. Since the magnitude of this deflection deformation varies depending on the shape of the resonance part 20, the piezoelectric film is optimized by optimizing the shape of the resonance part 20, that is, by setting the shaft length ratio a: b: c to 7: 9: 5. The area | region with small 14 residual stress can be enlarged most.

次に、共振部２０の形状を変化させた場合において、反共振周波数のＱ値の変化についての結果を示す。図８（ａ）は２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器について、図８（ｂ）は２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器についての反共振周波数のＱ値の測定結果である。なお、測定に用いた圧電薄膜共振器の構成は図５（ａ）および図５（ｂ）と同じである。また、基板１０はＳｉを用い、下部電極１２は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなり、上部電極１６は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなる。圧電膜１４は（００２）方向を主軸とする配向性を示すＡｌＮ膜からなり、２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器では厚さ１１５０ｎｍであり、２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器では厚さ１０００ｎｍである。 Next, when the shape of the resonance part 20 is changed, the result about the change of the Q value of the antiresonance frequency is shown. FIG. 8A shows the measurement result of the Q value of the anti-resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator of the 2.0 GHz band, and FIG. 8B shows the anti resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator of the 2.5 GHz band. The configuration of the piezoelectric thin film resonator used for the measurement is the same as that shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The substrate 10 is made of Si, the lower electrode 12 is made of a 250 nm thick Ru film, and the upper electrode 16 is made of a 250 nm thick Ru film. The piezoelectric film 14 is made of an AlN film having an orientation with the (002) direction as the main axis. The thickness is 1150 nm for a 2.0 GHz band piezoelectric thin film resonator, and the thickness is 1000 nm for a 2.5 GHz band piezoelectric thin film resonator. It is.

図８（ａ）および図８（ｂ）を参照に、横軸は図６の横軸と同じであり、縦軸は反共振周波数のＱ値を示している。また、実線は測定結果を３次曲線で近似した近似式を示している。図８（ａ）および図８（ｂ）によれば、ｂの比率が７以上で反共振周波数のＱ値が改善され、特に、ｂの比率が８〜１０で反共振周波数のＱ値がより改善される。この結果より、圧電膜１４の残留応力の改善に対応して、反共振周波数のＱ値も改善されることが確認できる。 Referring to FIGS. 8A and 8B, the horizontal axis is the same as the horizontal axis in FIG. 6, and the vertical axis indicates the Q value of the antiresonance frequency. The solid line indicates an approximate expression obtained by approximating the measurement result with a cubic curve. According to FIGS. 8A and 8B, the Q value of the antiresonance frequency is improved when the ratio of b is 7 or more, and in particular, the Q value of the antiresonance frequency is more when the ratio of b is 8 to 10. Improved. From this result, it can be confirmed that the Q value of the antiresonance frequency is also improved in accordance with the improvement of the residual stress of the piezoelectric film 14.

次に、共振部２０の形状を変化させた場合において、共振周波数のＱ値の変化についての結果を示す。図９（ａ）は２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器について、図９（ｂ）は２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器についての共振周波数のＱ値の測定結果である。 Next, the results of changes in the Q value of the resonance frequency when the shape of the resonance unit 20 is changed will be shown. FIG. 9A shows the measurement result of the Q value of the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator of the 2.0 GHz band, and FIG. 9B shows the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator of the 2.5 GHz band.

図９（ａ）および図９（ｂ）を参照に、横軸は図８（ａ）および図８（ｂ）の横軸と同じであり、縦軸は共振周波数のＱ値を示している。また、実線は図８（ａ）および図８（ｂ）と同様に、測定結果を３次曲線で近似した近似式を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）によれば、共振周波数のＱ値はｂの比率が大きくなるに従い単純減少することが確認できる。これは、ｂの比率が大きくなる、つまり、上部電極１６の長さが長くなるに従い、上部電極１６の電気抵抗が増大するためである。 Referring to FIGS. 9A and 9B, the horizontal axis is the same as the horizontal axis in FIGS. 8A and 8B, and the vertical axis indicates the Q value of the resonance frequency. In addition, the solid line indicates an approximate expression obtained by approximating the measurement result with a cubic curve, as in FIGS. 8A and 8B. According to FIG. 9A and FIG. 9B, it can be confirmed that the Q value of the resonance frequency simply decreases as the ratio of b increases. This is because the electrical resistance of the upper electrode 16 increases as the ratio of b increases, that is, as the length of the upper electrode 16 increases.

図８（ａ）から図９（ｂ）に示す結果より、圧電膜１４の残留応力を改善することで、特に、共振部２０の形状を構成する２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを７：８〜１０：５に設定することで、反共振周波数のＱ値が改善した圧電薄膜共振器を得ることができる。また、ｂの比率を小さくすることで、共振周波数のＱ値が改善した圧電薄膜共振器を得ることができる。このように、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを制御、つまり、共振部２０の形状を制御することで、反共振周波数のＱ値および共振周波数のＱ値を制御することができる。そこで、これらの結果を踏まえ、実施例１に、低損失を実現することが可能なフィルタについて説明する。 From the results shown in FIGS. 8A to 9B, by improving the residual stress of the piezoelectric film 14, in particular, the lengths of the axes of the two ellipses (P and Q) constituting the shape of the resonance part 20 are improved. By setting the ratio a: b: c to 7: 8 to 10: 5, a piezoelectric thin film resonator having an improved antiresonance frequency Q value can be obtained. Further, by reducing the ratio of b, it is possible to obtain a piezoelectric thin film resonator having an improved Q value of the resonance frequency. Thus, by controlling the shaft length ratio a: b: c, that is, by controlling the shape of the resonance part 20, the Q value of the antiresonance frequency and the Q value of the resonance frequency can be controlled. Therefore, based on these results, a filter capable of realizing low loss will be described in the first embodiment.

図１０は実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。図１０を参照に、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が直列に接続されている。直列共振器Ｓ１とＳ２との間のノードとグランドとの間に並列共振器Ｐ１が接続され、直列共振器Ｓ２とＳ３との間のノードとグランドとの間に並列共振器Ｐ２が接続されている。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐは後述するような異なる構造を有する。 FIG. 10 is a circuit diagram of a ladder filter according to the first embodiment. Referring to FIG. 10, series resonators S1, S2, and S3 are connected in series between an input terminal Tin and an output terminal Tout. A parallel resonator P1 is connected between the node between the series resonators S1 and S2 and the ground, and a parallel resonator P2 is connected between the node between the series resonators S2 and S3 and the ground. Yes. The series resonator S and the parallel resonator P have different structures as will be described later.

まず、直列共振器Ｓの構造について説明する。図１１（ａ）は直列共振器Ｓの上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照に、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、１つの楕円からなる形状をしている。楕円の長軸は１５７μｍであり、短軸は１１２μｍである。つまり、楕円の長軸と短軸との長さの比は７：５である。その他の構成については、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す圧電薄膜共振器と同じであるので説明を省略する。なお、基板１０はＳｉを用い、下部電極１２は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなり、圧電膜１４は厚さ１１５０ｎｍの（００２）方向を主軸とする配向性を示すＡｌＮ膜からなり、上部電極１６は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなる。 First, the structure of the series resonator S will be described. FIG. 11A is a top view of the series resonator S, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. Referring to FIGS. 11A and 11B, a portion (resonating portion 20) where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween has a shape composed of one ellipse. The major axis of the ellipse is 157 μm and the minor axis is 112 μm. That is, the ratio of the length of the major axis to the minor axis of the ellipse is 7: 5. Since other configurations are the same as those of the piezoelectric thin film resonator shown in FIGS. 5A and 5B, the description thereof is omitted. The substrate 10 is made of Si, the lower electrode 12 is made of a Ru film having a thickness of 250 nm, the piezoelectric film 14 is made of an AlN film having an orientation with the main axis in the (002) direction having a thickness of 1150 nm, and the upper electrode 16 Consists of a 250 nm thick Ru film.

次に、並列共振器Ｐの構造について説明する。図１２（ａ）は並列共振器Ｐの上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照に、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、軸の長さ比の異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が１つの軸を共有することにより連結した形状をしている。共有する軸の長さＡは１３３μｍ、楕円Ｐの他の軸の長さＢは１７１μｍ、楕円Ｑの他の軸の長さＣは９５μｍである。つまり、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの長さの比率ａ：ｂ：ｃは７：９：５である。共振部２０の上部電極１６上にＴｉ膜からなる厚さ約１００ｎｍの質量負荷膜２４が設けられている。質量負荷膜２４が設けられることで、直列共振器Ｓの共振周波数と並列共振器Ｐの反共振周波数とをほぼ同じ周波数にすることできる。これにより、バンドパスフィルタの特性を得ることができる。その他の構成については、直列共振器Ｓと同じであり図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示しているので説明を省略する。 Next, the structure of the parallel resonator P will be described. 12A is a top view of the parallel resonator P, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 12A. Referring to FIGS. 12A and 12B, a portion where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 therebetween (resonating portion 20) has two ellipses with different axial length ratios (resonance portion 20). P and Q) are connected by sharing one axis. The length A of the shared axis is 133 μm, the length B of the other axis of the ellipse P is 171 μm, and the length C of the other axis of the ellipse Q is 95 μm. That is, the length ratio a: b: c of A, B, and C is 7: 9: 5. A mass load film 24 made of a Ti film and having a thickness of about 100 nm is provided on the upper electrode 16 of the resonance unit 20. By providing the mass load film 24, the resonance frequency of the series resonator S and the antiresonance frequency of the parallel resonator P can be set to substantially the same frequency. Thereby, the characteristics of the bandpass filter can be obtained. The other configuration is the same as that of the series resonator S and is shown in FIG. 11A and FIG.

図１３（ａ）から図１３（ｆ）を用い、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの製造方法を説明する。図１３（ａ）から図１３（ｃ）は直列共振器Ｓに関して、図１１（ａ）のＸ−Ｘ間に相当する断面図を示し、図１３（ｄ）から図１３（ｆ）は並列共振器Ｐに関して、図１２（ａ）のＸ−Ｘ間に相当する断面図を示している。図１３（ａ）および図１３（ｄ）を参照に、Ｓｉからなる基板１０上に、下部電極１２として、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でＲｕ膜をスパッタリング法を用い形成する。その後、露光技術およびエッチング技術を用い、下部電極１２を所定の形状にする。 A method for manufacturing the series resonator S and the parallel resonator P will be described with reference to FIGS. FIGS. 13 (a) to 13 (c) show sectional views corresponding to the line XX in FIG. 11 (a) with respect to the series resonator S, and FIGS. 13 (d) to 13 (f) show parallel resonance. FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to the section XX in FIG. Referring to FIGS. 13A and 13D, a Ru film is sputtered as a lower electrode 12 in an Ar gas atmosphere under a pressure of 0.6 to 1.2 Pa on a substrate 10 made of Si. Use to form. Thereafter, the lower electrode 12 is formed into a predetermined shape using an exposure technique and an etching technique.

図１３（ｂ）および図１３（ｅ）を参照に、基板１０上および下部電極１２上に、圧電膜１４として、約０．３Ｐａの圧力下のＡｒ／Ｎ_２混合ガス雰囲気中でＡｌＮ膜をスパッタリング法を用い形成する。圧電膜１４上に、上部電極１６として、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でＲｕ膜をスパッタリング法を用い形成する。並列共振器Ｐには、上部電極１６上に、質量負荷膜２４として、Ｔｉ膜をスパッタリング法を用い形成する。その後、露光技術およびエッチング技術を用い、圧電膜１４、上部電極１６および質量負荷膜２４を所定の形状にする。 13B and 13E, an AlN film is formed on the substrate 10 and the lower electrode 12 as a piezoelectric film 14 in an Ar / N ₂ mixed gas atmosphere under a pressure of about 0.3 Pa. It is formed using a sputtering method. A Ru film is formed on the piezoelectric film 14 as the upper electrode 16 by sputtering in an Ar gas atmosphere under a pressure of 0.6 to 1.2 Pa. In the parallel resonator P, a Ti film is formed as the mass load film 24 on the upper electrode 16 by using a sputtering method. Thereafter, the piezoelectric film 14, the upper electrode 16, and the mass load film 24 are formed into a predetermined shape using an exposure technique and an etching technique.

図１３（ｃ）および図１３（ｆ）を参照に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）法を用い、基板１０裏面からエッチングすることにより、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分の下の基板１０に空隙１８を形成する。以上により、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐが完成する。 13C and 13F, a deep-RIE (reactive dry etching) method is used and etching is performed from the back surface of the substrate 10 to sandwich the piezoelectric film 14 with the lower electrode 12 and the upper electrode 16. A gap 18 is formed in the substrate 10 under the portion facing each other. As described above, the series resonator S and the parallel resonator P are completed.

図１４に実施例１に係るラダー型フィルタの通過特性と比較例１に係るラダー型フィルタの通過特性を示す。比較例１に係るラダー型フィルタは、直列共振器Ｓに図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す圧電薄膜共振器を用いる。並列共振器Ｐに図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す圧電薄膜共振器で、共振部２０の上部電極１６上にＴｉ膜からなる厚さ約１００ｎｍの質量負荷膜２４を設けた圧電薄膜共振器を用いる。 FIG. 14 shows the pass characteristics of the ladder filter according to the first embodiment and the pass characteristics of the ladder filter according to the first comparative example. The ladder type filter according to Comparative Example 1 uses a piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 11A and FIG. A piezoelectric thin film resonator shown in FIG. 11A and FIG. 11B is provided on the parallel resonator P, and a mass load film 24 made of a Ti film and having a thickness of about 100 nm is provided on the upper electrode 16 of the resonance section 20. A thin film resonator is used.

図１４を参照に、実施例１に係るラダー型フィルタは、比較例１に係るラダー型フィルタに比べ、通過帯域において、損失が約０．１ｄＢ改善されている。このように、実施例１においては、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。 Referring to FIG. 14, the ladder type filter according to Example 1 has a loss improved by about 0.1 dB in the pass band as compared with the ladder type filter according to Comparative Example 1. Thus, in the first embodiment, the loss in the passband is improved, and a low-loss filter can be obtained.

実施例１によれば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐは、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、軸の長さ比の異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が１つの軸を共有することにより連結した形状をしている。また、２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃは７：９：５であるため、楕円Ｐは共有する１つの軸を短軸とする楕円であり、楕円Ｑは共有する１つの軸を長軸とする楕円である。これにより、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐは反共振周波数のＱ値を改善することができる。図３（ｃ）で説明したように、並列共振器Ｐの通過量は反共振周波数で最大値を有する。このため、並列共振器Ｐの反共振周波数のＱ値が改善されると通過量が増大する。よって、実施例１によれば、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。 According to the first embodiment, as illustrated in FIGS. 12A and 12B, the parallel resonator P includes a portion where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween (resonance unit 20). ) Have a shape in which two ellipses (P and Q) having different axis length ratios are connected by sharing one axis. Further, since the length ratio a: b: c of the axes of the two ellipses (P and Q) is 7: 9: 5, the ellipse P is an ellipse having one shared axis as a short axis, and the ellipse Q Is an ellipse whose major axis is one shared axis. Thereby, as shown to Fig.8 (a) and FIG.8 (b), the parallel resonator P can improve the Q value of an antiresonance frequency. As described in FIG. 3C, the amount of passage through the parallel resonator P has a maximum value at the antiresonance frequency. For this reason, when the Q value of the antiresonance frequency of the parallel resonator P is improved, the passing amount increases. Therefore, according to the first embodiment, the loss in the passband is improved, and a low-loss filter can be obtained.

また、図３（ｃ）で説明したように、直列共振器Ｓの通過量は共振周波数で最大値を有する。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、共振周波数のＱ値は、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃのうちｂの比率が大きくなるにつれて単調減少する。つまり、ｂ、ｃがａに比べて短い形状をした共振部２０の場合は、共振周波数のＱ値を改善することができる。実施例１によれば、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓの共振部２０の形状は、長軸の長さと短軸の長さとの比が７：５である。このため、直列共振器Ｓの共振周波数のＱ値を改善することができる。よって、実施例１によれば、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。 Further, as described in FIG. 3C, the passing amount of the series resonator S has a maximum value at the resonance frequency. As shown in FIGS. 9A and 9B, the Q value of the resonance frequency monotonously decreases as the ratio of b in the shaft length ratio a: b: c increases. That is, in the case of the resonating unit 20 in which b and c are shorter than a, the Q value of the resonance frequency can be improved. According to the first embodiment, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the shape of the resonance unit 20 of the series resonator S has a ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis of 7: 5. For this reason, the Q value of the resonance frequency of the series resonator S can be improved. Therefore, according to the first embodiment, the loss in the passband is improved, and a low-loss filter can be obtained.

さらに、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐの共振部２０は、２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さの比率ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合を示したが、これに限らず、反共振周波数のＱ値を改善することができる比率であればよい。特に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、反共振周波数のＱ値を改善できる、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：８〜１０：５である場合でもよい。つまり、共有する１つの軸を短軸とする楕円Ｐは短軸の長さと長軸の長さの比が７：８〜１０である場合でもよい。 Further, as shown in FIGS. 12A and 12B, the resonance unit 20 of the parallel resonator P has a ratio of the lengths of the axes of two ellipses (P and Q) a: b: c of 7 : 9: 5 was shown, but the present invention is not limited to this, and any ratio that can improve the Q value of the anti-resonance frequency may be used. In particular, as shown in FIGS. 8A and 8B, the Q value of the anti-resonance frequency can be improved, even when the shaft length ratio a: b: c is 7: 8 to 10: 5. Good. In other words, the ellipse P having the short axis as one shared axis may have a ratio of the short axis length to the long axis length of 7: 8-10.

さらに、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓの共振部２０は、長軸の長さと短軸の長さとの比が７：５の楕円である場合を示したが、これに限らずその他の大きさの楕円の場合でもよい。また、並列共振器Ｐのような２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状である場合でもよい。特に、共振周波数のＱ値を改善することができる場合が好ましい。 Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, the resonance unit 20 of the series resonator S is an ellipse in which the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis is 7: 5. Although shown, the present invention is not limited to this and may be an ellipse of other sizes. Moreover, the shape where two ellipses like the parallel resonator P were connected by sharing one axis | shaft may be sufficient. In particular, it is preferable that the Q value of the resonance frequency can be improved.

さらに、実施例１によれば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、下部電極１２は共有する１つの軸を長軸とする楕円Ｑを有し、上部電極１６は共有する１つの軸を短軸とする楕円Ｐを有している。これによれば、図１３（ｂ）および図１３（ｅ）に示す圧電膜１４を所定の形状にエッチングする際、共振部２０の円周に対して、圧電膜１４をエッチングする領域を大きくすることができる。このため、共振部２０の圧電膜１４にかかる応力を抑制することができる。よって、反共振周波数のＱ値を改善することができ、通過帯域の損失が改善したフィルタを得ることができる。 Furthermore, according to the first embodiment, as shown in FIGS. 12A and 12B, the lower electrode 12 has an ellipse Q whose major axis is one shared axis, and the upper electrode 16 is shared. And an ellipse P having a short axis as one axis. According to this, when the piezoelectric film 14 shown in FIGS. 13B and 13E is etched into a predetermined shape, a region for etching the piezoelectric film 14 is made larger than the circumference of the resonance unit 20. be able to. For this reason, the stress concerning the piezoelectric film 14 of the resonance part 20 can be suppressed. Therefore, the Q value of the antiresonance frequency can be improved, and a filter with improved passband loss can be obtained.

さらに、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐは、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、基板１０に設けられた空隙１８上に設けられている。また、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、基板１０に設けられた空隙１８に含まれる。これらにより、優れた共振特性を有する圧電薄膜共振器を得ることができる。 Furthermore, in the series resonator S and the parallel resonator P, a portion (resonant portion 20) where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween is provided on the gap 18 provided in the substrate 10. Yes. In addition, a portion (resonance unit 20) where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with the piezoelectric film 14 interposed therebetween is included in the gap 18 provided in the substrate 10. Accordingly, a piezoelectric thin film resonator having excellent resonance characteristics can be obtained.

さらに、圧電膜１４として、（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を用いることで、良好な共振特性を有する圧電薄膜共振器を得ることができる。 Furthermore, by using aluminum nitride or zinc oxide exhibiting orientation with the (002) direction as the main axis as the piezoelectric film 14, a piezoelectric thin film resonator having good resonance characteristics can be obtained.

実施例１において、ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタの場合を例に示したが、ＳＭＲタイプの圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタの場合でもよい。さらに、基板１０は、石英基板、ガラス基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６はＲｕ膜を例に説明したが背景技術において説明した材料を用いることができる。 In the first embodiment, the case of the ladder type filter using the FBAR type piezoelectric thin film resonator is shown as an example, but the case of the ladder type filter using the SMR type piezoelectric thin film resonator may be used. Further, the substrate 10 can be a quartz substrate, a glass substrate, or the like. Although the lower electrode 12 and the upper electrode 16 have been described using the Ru film as an example, the materials described in the background art can be used.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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。
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 changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

図１はバイアホールタイプの空隙を有する圧電薄膜共振子の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator having a via hole type gap. 図２はキャビティタイプの空隙を有する圧電薄膜共振子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator having a cavity-type gap. 図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ直列共振器および並列共振器の等価回路図であり、図３（ｃ）は直列共振器および並列共振器の周波数特性である。FIGS. 3A and 3B are equivalent circuit diagrams of the series resonator and the parallel resonator, respectively, and FIG. 3C is a frequency characteristic of the series resonator and the parallel resonator. 図４（ａ）は１段構成のラダー型フィルタの等価回路図であり、図４（ｂ）はラダー型フィルタの通過特性である。FIG. 4A is an equivalent circuit diagram of a one-stage ladder type filter, and FIG. 4B is a pass characteristic of the ladder type filter. 図５（ａ）はシミュレーションに用いた圧電薄膜共振器の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。FIG. 5A is a top view of the piezoelectric thin film resonator used in the simulation, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 図６は共振部の形状と積層膜の変形高さとについて計算したシミュレーション結果である。FIG. 6 shows simulation results calculated for the shape of the resonance part and the deformation height of the laminated film. 図７（ａ）から図７（ｃ）は共振部の形状別に、圧電膜にかかる残留応力分布を計算したシミュレーション結果である。FIG. 7A to FIG. 7C show simulation results for calculating the residual stress distribution applied to the piezoelectric film for each shape of the resonance part. 図８（ａ）および図８（ｂ）は反共振周波数のＱ値について計算したシミュレーション結果である。FIGS. 8A and 8B show simulation results calculated for the Q value of the antiresonance frequency. 図９（ａ）および図９（ｂ）は共振周波数のＱ値について計算したシミュレーション結果である。FIG. 9A and FIG. 9B are simulation results calculated for the Q value of the resonance frequency. 図１０は実施例１に係るラダー型フィルタの等価回路図である。FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the ladder filter according to the first embodiment. 図１１（ａ）は実施例１に係るラダー型フィルタを構成する直列共振器Ｓの上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。FIG. 11A is a top view of the series resonator S constituting the ladder filter according to the first embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 図１２（ａ）は実施例１に係るラダー型フィルタを構成する並列共振器Ｐの上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。12A is a top view of the parallel resonator P constituting the ladder filter according to the first embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 図１３（ａ）から図１３（ｃ）は直列共振器Ｓの製造方法を示す断面図であり、図１３（ｄ）から図１３（ｆ）は並列共振器Ｐの製造方法を示す断面図である。13 (a) to 13 (c) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the series resonator S, and FIGS. 13 (d) to 13 (f) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the parallel resonator P. is there. 図１４は実施例１に係るラダー型フィルタの通過特性を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating pass characteristics of the ladder filter according to the first embodiment.

Explanation of symbols

１０基板
１１ＳｉＯ_２膜
１２下部電極
１４圧電膜
１６上部電極
１７積層膜
１８空隙
２０共振部
２２開口部
２４質量負荷膜 10 substrate 11 SiO ₂ film 12 lower electrode 14 piezoelectric film 16 upper electrode 17 stacked film 18 gap 20 resonating portion 22 opening 24 mass load film

Claims

Provided on the piezoelectric film so as to have a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and a portion facing the lower electrode across the piezoelectric film A plurality of piezoelectric thin film resonators having an upper electrode;
The plurality of piezoelectric thin film resonators are provided in a ladder shape, and the piezoelectric thin film resonator provided on a parallel arm among the plurality of piezoelectric thin film resonators includes the lower electrode and the upper electrode sandwiching the piezoelectric film. The opposing portions have a shape in which two ellipses having different axis length ratios are connected by sharing one axis, and one of the two ellipses has the one axis as a minor axis. And the other ellipse is an ellipse whose major axis is the one axis, and the minor axis of the one ellipse and the major axis of the other ellipse have the same length. .

The lower electrode has an oval to long axis of said one axis, the filter of claim 1, wherein said upper electrode is characterized by having an oval with the shorter axis of said one axis.

Ellipse said one axis and minor axis, the ratio of the length of the major axis of the minor axis 7: 8-7: claim 1 or 2 filter, wherein the 10.

Wherein said portion of said the lower electrode and the upper electrode facing sandwiching the piezoelectric film, the filter of any one of claims 1 3, characterized in that provided on the gap provided on the substrate .

The filter according to claim 4, wherein a portion where the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween is included in the gap.

The piezoelectric film, filters of any one of claims 1 5, characterized in that the aluminum nitride or zinc oxide show the orientation of the main axis (002) direction.