JP5220503B2 - 弾性波デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、複数の圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスに関する。
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、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。圧電薄膜共振子は、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。
圧電薄膜共振子には、例えば、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）とＳＭＲ(Solidly Mounted Resonator)が含まれる。ＦＢＡＲは、基板上に下部電極、圧電膜、および上部電極が積層されて構成される。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：メンブレン領域）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、メンブレン領域と基板との間に形成されるタイプの空隙（キャビティ）と、メンブレン領域下部の基板を貫通するタイプの空隙（バイアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ））とが含まれる。
バイアホールは、ウェ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。バイアホールを有するＦＢＡＲ（バイアホール型ＦＢＡＲと称する）は、例えば、基板裏面Ｖｉａ方式で製造される。
キャビティを有するＦＢＡＲ（以下、キャビティ型ＦＢＡＲと称する）の製造方法としては、基板表面加工方式（例えば、特許文献１参照）や、エアブリッジ方式（例えば、特許文献２、３参照）等がある。いずれの方式でも、基板表面とメンブレン領域の間に設けられた犠牲層をウェットエッチングすることによりキャビティを形成することができる。
この場合、例えば、あらかじめキャビティとなる領域に犠牲材料が形成された後に、その上から、圧電薄膜共振子を構成する層、すなわち下部電極、圧電膜および上部電極が形成される。そして、圧電薄膜共振子の上面から犠牲層に達する貫通孔が設けられ、この貫通孔を介したエッチングにより犠牲層が除去される。
キャビティ型ＦＢＡＲの製造過程では、基板の裏面（背面）から加工を施す必要がない。そのためチップをダイシングし個々にハンドリングする工程を考えた場合、ビアホール型ＦＢＡＲと比べて、大量生産に好適な構造であるといえる。
しかしながら、キャビティ型ＦＢＡＲでは素子が作りこまれる面上に犠牲層を除去するためのエッチング液の導入口および流路が設けられる。これらはＦＢＡＲで構成される弾性波デバイスの基板上において共振子としては機能しないデッドスペースとなる。特に、複数のＦＢＡＲを結線して構成するラダー型フィルタではこのデッドスペースが小型化の大きな障壁となる。
これに対して、犠牲層を除去するためのエッチング液の導入口を基板の背面（裏面）に設けることが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この手法ではキャビティ型ＦＢＡＲの優位点であるハンドリングの容易性が損なわれてしまう。
特開２０００−６９５９４号公報
特開２００６−２１１２９６号公報
特開２００７−２０８７２８号公報
特開２００５−３３３６４２号公報
ゆえに、本発明は、ＦＢＡＲを用いた弾性波デバイスにおいてデッドスペースを減らし、弾性波デバイスの小型化を可能にすることを目的とする。
本願に開示の弾性波デバイスは、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、前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有し、前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域が、空隙を介して前記基板上に設けられて構成される圧電薄膜共振器を複数備え、前記複数の圧電薄膜共振器が一つの空隙を共有している。
複数の圧電薄膜共振器が一つの空隙を共有しているので、圧電薄膜共振器ごとに別個に空隙が形成される場合に比べて、空間が有効に活用される。そのため、圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスの小型化が容易になる。なお、「一つの空隙」は、例えば、１つの犠牲層を除去することにより形成することができる。また、弾性波デバイスの形態には、例えば、共振子、フィルタ等が含まれる。
本願明細書の開示によれば、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）を用いた弾性波デバイスにおいてデッドスペースを減らし、弾性波デバイスの小型化を可能にすることが可能になる。
本発明の実施形態において、前記複数の圧電薄膜共振器は、下部電極も共有している態様とすることができる。このように、複数の圧電薄膜共振器が下部電極を共有する構成とすることで、１つの空隙を共有する構成を容易に実現することができる。
本発明の実施形態において、圧電薄膜共振器の前記メンブレン領域以外の領域において、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成される態様であってもよい。メンブレン領域以外の領域に貫通孔を形成すると、貫通孔によりメンブレン領域における圧電膜の端面が増加しないので、貫通孔による圧電薄膜共振器の特性劣化を防ぐことができる。
本発明の実施形態において、前記基板面において空隙が占有する領域の中心付近に、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成されてもよい。基板面において空隙が占有する領域の中心付近に貫通孔を形成することにより、前記領域の周縁付近に貫通孔を設ける場合に比べて、圧電薄膜共振器のメンブレン領域が基板へ貼り付きにくくなる。そのため、圧電薄膜共振器の特性が安定する。
本発明の実施形態において、前記空隙は平坦な前記基板上に形成されてもよい。これにより、空隙の上に形成される複数の圧電薄膜共振器が共有する圧電膜も、空隙に沿って平坦に形成することが可能になる。そのため、圧電薄膜共振器の間に圧電膜の不連続面が発生しにくくなる。その結果、圧電薄膜共振器間の距離を小さくして構成することが可能になり、弾性波デバイスの小型化がさらに容易になる。
本発明の実施形態において、前記下部電極は、前記基板との間にドーム状の膨らみを有する空隙が形成されるように設けられてもよい。これにより、圧電薄膜共振器のメンブレン領域において下部電極が基板に付着することを抑制することができる。
本発明の実施形態において、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および酸化亜鉛のいずれかである態様とすることができる。これにより、さらに良好な共振特性を有する圧電薄膜共振器を含む弾性波デバイスを提供することが可能になる。
本発明の一実施形態となる製造方法は、基板上に空隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層および前記基板上に下部電極、圧電膜および上部電極を形成して、前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域を、前記犠牲層の上に複数形成する工程と、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の少なくとも１つを貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔よりエッチング液を導入し前記犠牲層を除去する工程とを有する。
上記製造方法では、犠牲層の上に複数のメンブレン領域が形成されるので、複数のメンブレン領域ごとに犠牲層を形成する場合に比べて、貫通孔の数を減らすことができる。そのため、小型化された弾性波デバイスの製造が可能になる。
（第１の実施形態）
［弾性波デバイスの構成］
本実施形態における弾性波デバイスは、キャビティ型ＦＢＡＲで構成される。図１は、第１の実施形態における弾性波デバイスの製造過程における中間製品を示す斜視図と、その中間製品の層構成を分解して示す分解斜視図を含む。図１に示す弾性波デバイスの中間製品は、基板１と、基板上に順に形成される犠牲層３、下部電極２、圧電膜４および２つの上部電極６を備える。犠牲層３は最終的には除去されるので、犠牲層３の領域はキャビティになる。圧電膜４と下部電極２の中央付近には、これらを貫いて犠牲層３に達する貫通孔８が形成されている。この貫通孔８は、犠牲層３を除去するための貫通孔である。
［弾性波デバイスの構成］
本実施形態における弾性波デバイスは、キャビティ型ＦＢＡＲで構成される。図１は、第１の実施形態における弾性波デバイスの製造過程における中間製品を示す斜視図と、その中間製品の層構成を分解して示す分解斜視図を含む。図１に示す弾性波デバイスの中間製品は、基板１と、基板上に順に形成される犠牲層３、下部電極２、圧電膜４および２つの上部電極６を備える。犠牲層３は最終的には除去されるので、犠牲層３の領域はキャビティになる。圧電膜４と下部電極２の中央付近には、これらを貫いて犠牲層３に達する貫通孔８が形成されている。この貫通孔８は、犠牲層３を除去するための貫通孔である。
図２（ａ）は、図１に示す中間製品を上面から見た平面図である。図２（ａ）において、犠牲層３（すなわち、キャビティ）が形成される領域は点線で示されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ´線断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態における弾性波デバイスの中間製品では、基板１上に１枚の犠牲層３が設けられ、この犠牲層３の上面ほぼ全域に渡って１枚の下部電極２が積層されている。さらに、圧電膜４は、犠牲層３および下部電極２を覆うように基板面全域に設けられており、２枚の上部電極６が、それぞれ圧電膜４を挟んで下部電極２と対抗するように設けられている。下部電極２と上部電極６が圧電膜４を挟んで向かい合っている領域がメンブレン領域である。１つのメンブレン領域は、１つのＦＢＡＲに相当する。
本実施形態では、２つのメンブレン領域が１枚の犠牲層３の上に形成されている。これにより、１枚の犠牲層３の上に２つのＦＢＡＲが形成された構成となっている。犠牲層３が除去されてキャビティとなると、１つのキャビティ上に２つのＦＢＡＲが設けられた構成となる。すなわち、複数のＦＡＢＲがキャビティを共有する構成の弾性波デバイスが形成される。なお、図１および図２に示す例では、２つのＦＢＡＲは、下部電極２も共有する構成となっている。このように、本実施形態の弾性波デバイスは、下部電極を共有する２つのＦＢＡＲによって、犠牲層３が共有される構成となっている。
ここで、下部電極２および上部電極６としては、例えば、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４としては、例えば、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、例えば、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ等を用いることができる。
図１および図２に示す例では、メンブレン領域の上部から見た場合の形状は矩形であるが、実際は楕円、五角形等任意の形状にすることができる。また、ＦＡＢＲの層構成も、上記の下部電極２、圧電膜４および上部電極６からなる構成に限られない。例えば、基板１と下部電極２との間に窒化アルミニウムからなる支持層が設けられてもよい。これにより、メンブレン領域をより安定して支持することができる。
［本実施形態の弾性波デバイスの効果等］
図３は、ＦＢＡＲごとにキャビティが設けられる構成の弾性波デバイスの中間製品の一例を示す図である。図３（ａ）は、当該中間製品を上から見た場合の平面図である。図３（ａ）において、犠牲層１０３（すなわち、キャビティ）が形成される領域は点線で示されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´線断面図である。
図３は、ＦＢＡＲごとにキャビティが設けられる構成の弾性波デバイスの中間製品の一例を示す図である。図３（ａ）は、当該中間製品を上から見た場合の平面図である。図３（ａ）において、犠牲層１０３（すなわち、キャビティ）が形成される領域は点線で示されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´線断面図である。
図３に示す例では、基板１００の上に、２つの犠牲層１０３が設けられている。２つの犠牲層それぞれの上に、下部電極１０２と上部電極１０６が圧電膜１０４を挟んで形成されるメンブレン領域すなわち、ＦＢＡＲが設けられている。犠牲層１０３は、最終的には除去されてキャビティとなる。貫通孔１０８は、犠牲層１０３除去のために設けられる。
図３に示す例では、各ＦＢＡＲのメンブレン領域がそれぞれ、犠牲層１０３によって持ち上げられている。そのため、隣り合うＦＢＡＲの間の領域における圧電膜は、周りよりくぼんだ位置にテーパ状に形成されている。
図３に示す弾性波デバイスにおいて、例えば、配向性の高い圧電材料（例えば、ウルチット構造のＡｌＮやＺｎＯなど）を圧電膜１０４に用いた場合、ＦＡＢＲとＦＢＡＲとの間のテーパ領域（図３（ｂ）の１０７）において、膜の配向性が不連続となり、亀裂破壊が生じやすくなる。特に、隣り合うＦＡＢＲ間の間隔が狭まると、その影響は顕著となる。図３に示す構成では、ＦＢＡＲ間の距離の短縮には実用上限界がある。
これに対して、図１および図２に示した弾性波デバイスでは、ＦＢＡＲ間の圧電膜４にテーパ形状は存在せず、圧電膜４は平坦な基板面に沿ってフラットな形状を維持している。そのため、配向性の強い高い圧電材料を圧電膜に用いてもＦＢＡＲ間の圧電膜で、配向性の不連続は生ぜず、亀裂破壊は生じにくい。その結果、隣り合うＦＡＢＲの間隔をリソグラフィの限界にまで近づけることが可能となる。このように、図１および図２に示す構成により、個々のＦＢＡＲに具備されていた犠牲層を集約することができ、ＦＡＢＲ間の距離を任意に短縮できる。
また、図３に示すように各ＦＢＡＲで個々に犠牲層１０３が配置される構造では、犠牲層ごとに貫通孔１０８が必要となる。その結果、図１および図２に示す構造に比べて、多くの貫通孔が必要となってしまう。この犠牲層除去用の貫通孔は共振子として機能しないので、チップ上においてデッドスペースとなり、素子の小型化の妨げとなる。
一方、図１および図２に示すように複数のＦＢＡＲで犠牲層が共有化されていれば、貫通孔の数を減らすことが可能となり、素子の小型化に貢献できる。素子の小型化により、ウェハーからの収率を増加させることができ、コストメリットを発揮する。
［弾性波デバイスの製造方法］
図４は図１および図２に示した弾性波デバイスの製作工程を図示したものである。先ず、図４（ａ）に示すようなＳｉ基板１（あるいは石英基板）上に、犠牲層３となるＭｇＯ（２０ｎｍ程度の厚み）をスパッタリング法あるいは真空蒸着法により成膜する（図４（ｂ））。犠牲層３としては、ＭｇＯの他にも、ＺｎＯ，Ｇｅ，Ｔｉなど、エッチング液により容易に溶解できる材料であれば特に制限はない。
図４は図１および図２に示した弾性波デバイスの製作工程を図示したものである。先ず、図４（ａ）に示すようなＳｉ基板１（あるいは石英基板）上に、犠牲層３となるＭｇＯ（２０ｎｍ程度の厚み）をスパッタリング法あるいは真空蒸着法により成膜する（図４（ｂ））。犠牲層３としては、ＭｇＯの他にも、ＺｎＯ，Ｇｅ，Ｔｉなど、エッチング液により容易に溶解できる材料であれば特に制限はない。
次に、フォトリソグラフィーとエッチングにより、犠牲層３を所望の形状にパターニングする（図４（ｃ））。
次に、下部電極２、圧電膜４および上部電極６を順次形成する（図４（ｄ）〜（ｉ））。具体的には、下部電極２は積層膜とし，０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィーとエッチングにより所望の形状にパターニングされる。これに続いて，圧電膜４であるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極６のＲｕ膜を、０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。
ここで、圧電膜４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により、さらに良好な共振特性を有するＦＢＡＲを製造することもできる。
このようにして成膜された積層体にフォトリソグラフィーとエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し，上部電極６と圧電膜４とを所望の形状にパターニングする。このパターニングの際、圧電膜４に貫通孔８を設ける。このエッチング液導入のための貫通孔８からエッチング液を導入して犠牲層３をエッチング除去することで空隙（キャビティ）９を形成する（図４（ｊ））。
図４（ｉ）に示す状態において、下部電極２、圧電膜４および上部電極６を含む複合膜の応力は圧縮応力となるように設定されていることが好ましい。これにより、犠牲層３のエッチングが完了した時点で、図４（ｊ）に示すように複合膜が膨らみ、下部電極２と基板１の間にドーム状のキャビティ９が形成される。一例として、複合膜に３００Ｍｐａの圧縮応力を設定することで、ドーム状のキャビティ９を形成することができる。
このように、キャビティをドーム状に形成することで、下部電極２が基板１に付着することが抑制され、キャビティ９の厚み（犠牲層３の厚さ）を小さくすることができる。なお、ドーム状とは、例えば、キャビティ９の周縁部では高さが低く、キャビティの内部ほど高くなるような形状であればよい。また、キャビティをドーム状とする方法は上記方法に限られない。
［貫通孔とキャビティの位置関係について］
貫通孔とキャビティの位置関係について説明する。図５はこの説明をするために用いるキャビティ型ＦＢＡＲの構成例を示す図である。図５（ａ）は、犠牲層エッチングのためのエッチング液の導入口（貫通孔８１）を共振子エリア（メンブレン領域）の中心に配置した場合の平面図およびＡ−Ａ´線断面図である。図５（ｂ）は、キャビティ領域の周縁部で、かつ共振エリアの外側（周辺）に貫通孔を配置した場合の平面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
貫通孔とキャビティの位置関係について説明する。図５はこの説明をするために用いるキャビティ型ＦＢＡＲの構成例を示す図である。図５（ａ）は、犠牲層エッチングのためのエッチング液の導入口（貫通孔８１）を共振子エリア（メンブレン領域）の中心に配置した場合の平面図およびＡ−Ａ´線断面図である。図５（ｂ）は、キャビティ領域の周縁部で、かつ共振エリアの外側（周辺）に貫通孔を配置した場合の平面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
図５（ａ）に示すＦＡＢＲは、下部電極２１および上部電極６１が圧電膜４１を挟んで対向する領域（メンブレン領域）の中心（上から見ての中心）に貫通孔８１が設けられている。キャビティ３１はメンブレン領域に沿って一回り大きく設けられているので、貫通孔８１はキャビティ３１の中心でもある。
図５（ｂ）は、下部電極２２および上部電極６２が圧電膜４２を挟んで対向する領域（メンブレン領域）の外側であって、キャビティ３２の周縁部（周縁に近い箇所）に貫通孔８２が設けられている。
図６は、図５（ａ）に示すＦＡＢＲおよび図５（ｂ）に示すＦＢＡＲのクォリティファクタＱの特性を示すグラフである。図６（ａ）は、負荷共振Ｑ（Ｑｒ）を示すグラフであり、図６（ｂ）は、負荷反共振Ｑ（Ｑａ）を示すグラフである。
図６（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、犠牲層に対してほぼ中心にエッチング液の導入用の貫通孔を配置することで、特性を安定させることができることが確認される。以下、この原因について詳しく述べる。
エッチングによる犠牲層除去後の工程において、純水などのリンス液を用いて、犠牲層除去用の化学薬品を十分に置換・除去される。そして、リンス液を乾燥することでキャビティ型ＦＢＡＲは完成する。このリンシングの工程では、数種類の有機溶剤がリンス液として使用される場合もある。
犠牲層除去後の乾燥工程において、リンス液が乾燥する際、表面張力が働くので、メンブレン領域を含むＦＡＢＲには、基板に貼り付こうとする力が発生する。図５（ｂ）に示す構成では、リンス液は周辺部より乾燥して行くので、メンブレン領域の中心部にて基板に貼り付ける力が最大になる。
一方、図５（ａ）に示す構成では、リンス液はメンブレン領域の中心部より乾燥して行き、メンブレン領域の周辺部で基板に貼り付ける力が最大になる。
ＦＢＡＲは薄膜の構造体なので、メンブレン領域の中心部分はたわみ変位しやすく、逆に、メンブレン領域の周辺部分はたわみ変位しにくい。そのため、同様の表面張力がメンブレン領域の中心に作用した場合と、周辺に作用した場合を比較すると、周辺に表面張力が作用した場合のほうが、基板への貼り付きは抑制される。図６に示すように、犠牲層の中心にエッチング液の導入口を設けた場合の方が、特性が安定するのはそのためであると考えられる。
ＦＢＡＲの共振領域（メンブレン領域）の中心にエッチング液の導入口を配置した場合、前述のように特性が安定することを述べた。しかしながら、図６で示されるように、図５（ａ）のＦＢＡＲでは、図５（ｂ）のＦＢＡＲに比べて、負荷共振Ｑ（Ｑｒ）および負荷反共振Ｑ（Ｑａ）の値は安定するものの、劣化しているといえる。これについて以下、詳しく説明する。
圧電膜、上部電極および下部電極等の各膜の形成において、各膜の端部は基板面に垂直にはならない場合が多い。例えば、フォトリソグラフィーを用いた膜の加工において、各膜は、端部に傾斜を有するように形成される。
共振点および反共振点において厚み振動の波動は基板面の法線方向だけではなく基板面方向にも伝搬する。圧電膜の端部が基板面に対して角度を有する場合、基板面方向に伝搬する波動は端部で斜め方向に反射する。その結果、厚み縦振動以外のモードが誘起されてしまう。
ＦＢＡＲの圧電膜は基板面の法線方向に分極軸を有するのが一般的である。基板面の法線方向以外に変位をもつ波動が発生すると、その振動は圧電作用を誘起せず、その振動エネルギーは損失となってしまう、その結果、Ｑ値が劣化する。
図５（ａ）のように、エッチング液の導入用の貫通孔をメンブレン領域の中心に配した場合、共振子面積に対して圧電膜の端面が増加するため、Ｑ値は劣化してしまう。
以上、図６に示す結果とその考察を考慮すると、図１および図２で示したように、下部電極２を共有する複数のＦＢＡＲで共有される犠牲層３に対して、犠牲層３のほぼ中心を通るようにエッチング液用の貫通孔８を配置すればＱ値の劣化を防ぎつつ、安定したＱ値を得ることが可能になる。すなわち、図１および図２に示す構成では、圧電膜の端面が共振領域内に存在しないため、高い歩留まりを確保しつつ、Ｑ値の劣化のない共振特性を実現することが可能となる。
なお、犠牲層３（あるいはキャビティ）の中心とは、厳密に中心である必要はなく、例えば、犠牲層除去後の乾燥工程で、キャビティの周縁が最後に乾くように、周縁から離れた位置であればよい。
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態における弾性波デバイスを、ＦＢＡＲを用いたフィルタとして構成する例である。ＦＢＡＲ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て構成され、バンドパスフィルタとして機能する。
本実施形態は、第１の実施形態における弾性波デバイスを、ＦＢＡＲを用いたフィルタとして構成する例である。ＦＢＡＲ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て構成され、バンドパスフィルタとして機能する。
図７（ａ）および図７（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７（ｃ）のグラフは、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐそれぞれの周波数特性を示している。直列共振器Ｓの通過量（実線で示される）は共振周波数ｆrsで最大値、反共振周波数ｆasで最小値となる。並列共振器Ｐの通過量（点線で示される）は共振周波数ｆrpで最小値、反共振周波数ｆapで最大値となる。
図８（ａ）は直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３で構成されたラダー型フィルタの等価回路図である。図８（ｂ）はこのフィルタの通過特性を示す。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数ｆrsと並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の反共振周波数ｆap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。
図９（ａ）は、図８（ａ）の等価回路図に相当するラダー型フィルタの上面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。
直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３は、下部電極２４および上部電極６４が圧電膜４４を挟むメンブレン領域により形成される。これらの７つの共振器は、３つのキャビティ３４、３５、３６上に形成されている。すなわち、共振器Ｓ１、Ｐ１は、キャビティ３４を、共振器Ｓ２、Ｓ３、Ｐ２はキャビティ３５を、共振器Ｓ４、Ｐ３はキャビティ３６をそれぞれ共有する構造となっている。そして、それぞれのキャビティ３４、３５、３６の領域のほぼ中心に、犠牲層を除去するための貫通孔８４、８５、８６が形成されている。キャビティ３４、３５、３６は、ドーム状の膨らみを有している。
直列共振器Ｓ１のメンブレン領域の下部電極２４と並列共振器Ｐ１のメンブレン領域の下部電極２４に繋がる下部電極２４は、ラダー型フィルタの入力端子Ｔｉｎに相当する。直列共振器Ｓ４のメンブレン領域の下部電極２４と並列共振器Ｐ３のメンブレン領域の下部電極２４に繋がる下部電極２４は、ラダー型フィルタの入力端子Ｔｏｕｔに相当する。並列共振器Ｐ１、Ｐ２およびＰ３のメンブレン領域の上部電極６４にそれぞれ繋がる上部電極６４は、グランド端子に相当する。なお、図示しないが、並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の上部電極上には、Ｔｉからなる付加膜が設けられてもよい。これにより、並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数を調整してバンドパスフィルタの特性を得ることができる。なお、共振周波数の調整方法はこれに限られない。
このように、第１の実施形態の弾性波デバイスでフィルタを構成することにより、キャビティを共通するＦＢＡＲ（本実施形態では、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４）を、リソグラフィの限界にまで互いに近づけて配置することが可能となる。また、複数のＦＢＡＲでキャビティを共有化するので、貫通孔の数を減らすことが可能となる。その結果、フィルタ素子の小型化が可能になる。
なお、本実施形態では、３つのキャビティ３４〜３６を７つの共振子Ｓ１〜Ｓ４、Ｐ１〜Ｐ３が共有する例を示したが、キャビティの共有形態はこれに限られない。例えば、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３すべてが１つのキャビティを共有してもよい。また、直列共振器Ｓ２〜Ｓ４で１つのキャビティを共有し、並列共振器が個々のキャビティを有する形態でもよい。
なお、本実施形態は、ラダー型フィルタの例であったが、その他のフィルタも同様に構成し、同様の効果を奏することができる。また、本実施形態にかかるフィルタを用いたデュプレクサ等のモジュールおよびフィルタを用いた通信機器も本発明の一実施形態である。
（第３の実施形態）
本実施形態は、キャビティが基板に埋め込まれた形で（基板表面加工方式で）形成される場合の例である。図１０は、第３の実施形態にかかる弾性波デバイスの断面図である。図１０に示す弾性波デバイスは、基板１５の表面がキャビティ（空隙）３５になるように加工されており、キャビティ３５の上に、下部電極２５および上部電極６５が圧電膜４５を挟んで積層された領域（メンブレン領域）が形成される。キャビティ３５の上には、２つのメンブレン領域が形成されている。すなわち、２つのＦＡＢＲが１つのキャビティ３５を共有する構成になっている。
本実施形態は、キャビティが基板に埋め込まれた形で（基板表面加工方式で）形成される場合の例である。図１０は、第３の実施形態にかかる弾性波デバイスの断面図である。図１０に示す弾性波デバイスは、基板１５の表面がキャビティ（空隙）３５になるように加工されており、キャビティ３５の上に、下部電極２５および上部電極６５が圧電膜４５を挟んで積層された領域（メンブレン領域）が形成される。キャビティ３５の上には、２つのメンブレン領域が形成されている。すなわち、２つのＦＡＢＲが１つのキャビティ３５を共有する構成になっている。
キャビティ３５も、上記第１の実施形態と同様に形成することができる。例えば、基板に掘られた穴に犠牲層を形成した後に、下部電極２５、圧電膜４５および上部電極６５を積層して、その後、貫通孔８５を通じて犠牲層を除去することによってキャビティ３５が形成される。
このように、基板表面加工方式でキャビティを形成することにより、圧電膜４５を平坦な面に沿って成膜することができ、優れた配向性を有する圧電膜の成膜が可能になる。その結果、メンブレン領域間の距離を小さくすることができる。
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。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域が、空隙を介して前記基板上に設けられて構成される圧電薄膜共振器を複数備え、
前記複数の圧電薄膜共振器が一つの空隙を共有していることを特徴とする弾性波デバイス。
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、前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域が、空隙を介して前記基板上に設けられて構成される圧電薄膜共振器を複数備え、
前記複数の圧電薄膜共振器が一つの空隙を共有していることを特徴とする弾性波デバイス。
（付記２）
前記複数の圧電薄膜共振器は、下部電極も共有している、付記１に記載の弾性波デバイス。
前記複数の圧電薄膜共振器は、下部電極も共有している、付記１に記載の弾性波デバイス。
（付記３）
圧電薄膜共振器の前記メンブレン領域以外の領域において、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成される、付記１または２に記載の弾性波デバイス。
圧電薄膜共振器の前記メンブレン領域以外の領域において、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成される、付記１または２に記載の弾性波デバイス。
（付記４）
前記基板面において空隙が占有する領域の中心付近に、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成される、付記１〜３のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
前記基板面において空隙が占有する領域の中心付近に、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成される、付記１〜３のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
（付記５）
前記空隙は平坦な前記基板上に形成されることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
前記空隙は平坦な前記基板上に形成されることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
（付記６）
前記下部電極は、前記基板との間にドーム状の膨らみを有する空隙が形成されるように設けられたことを特徴とする付記１から５のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
前記下部電極は、前記基板との間にドーム状の膨らみを有する空隙が形成されるように設けられたことを特徴とする付記１から５のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
（付記７）
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および酸化亜鉛のいずれかであることを特徴とする付記１から６のいずれか１項記載の弾性波デバイス。
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および酸化亜鉛のいずれかであることを特徴とする付記１から６のいずれか１項記載の弾性波デバイス。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の弾性波デバイスを備える通信機器。
付記１〜７のいずれか１項に記載の弾性波デバイスを備える通信機器。
（付記９）
基板上に空隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記基板上に下部電極、圧電膜および上部電極を形成して、前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域を、前記犠牲層の上に複数形成する工程と、
前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の少なくとも１つを貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔よりエッチング液を導入し前記犠牲層を除去する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法。
基板上に空隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記基板上に下部電極、圧電膜および上部電極を形成して、前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域を、前記犠牲層の上に複数形成する工程と、
前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の少なくとも１つを貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔よりエッチング液を導入し前記犠牲層を除去する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法。
１、１０、１５ 基板
２、２１、２２、２４、２５ 下部電極
３ 犠牲層
４、４１、４２、４４、４５ 圧電膜
６、６１、６２、６４、６５ 上部電極
８、８１、８２、８４、８５ 貫通孔
９、３１、３２、３４、３５ キャビティ
２、２１、２２、２４、２５ 下部電極
３ 犠牲層
４、４１、４２、４４、４５ 圧電膜
６、６１、６２、６４、６５ 上部電極
８、８１、８２、８４、８５ 貫通孔
９、３１、３２、３４、３５ キャビティ
Claims (5)
- 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、前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域が、空隙を介して前記基板上に設けられて構成される圧電薄膜共振器を複数備え、
前記複数の圧電薄膜共振器が一つの空隙を共有しており、
圧電薄膜共振器の前記メンブレン領域以外の領域であって、前記基板面において空隙が占有する領域の中心付近に、圧電薄膜共振器の上面から前記空隙へと貫通する貫通孔が形成され、
前記一つの空隙を共有する前記複数の圧電薄膜共振器は、ラダー型フィルタを構成する少なくとも１つの直列共振器と少なくとも1つの並列共振器とを含み、
前記貫通孔の数は、前記ラダー型フィルタを構成する共振器の数より少ないことを特徴とする弾性波デバイス。 - 前記複数の圧電薄膜共振器は、下部電極も共有している、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記空隙は平坦な前記基板上に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波デバイスを備える通信機器。
- 基板上に空隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記基板上に下部電極、圧電膜および上部電極を形成して、前記上部電極と前記下部電極が前記圧電膜を挟んで対向するメンブレン領域を、前記犠牲層の上に複数形成する工程と、
前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の少なくとも１つを貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔よりエッチング液を導入し前記犠牲層を除去する工程と、を有し、
前記貫通孔は、圧電薄膜共振器の前記メンブレン領域以外の領域であって、前記基板面において空隙が占有する領域の中心付近に形成され、
前記一つの空隙を共有する前記複数の圧電薄膜共振器は、ラダー型フィルタを構成する少なくとも１つの直列共振器と少なくとも1つの並列共振器とを含み、
前記貫通孔の数は、前記ラダー型フィルタを構成する共振器の数より少ない、弾性波デバイスの製造方法。
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