JP6668201B2 - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ。 - Google Patents
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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し、例えば上部電極上に配線が設けられた圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびデュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。上部電極の引き出し領域上に付加膜を設けることで、Ｑ値を向上させることが知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１では、配線層等の付加膜を設けることで、共振領域から横方向に漏えいする弾性波を抑制し、Ｑ値を向上させることができる。しかしながら、配線層の好ましい形状については考慮されていない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、適切な配線層の形状を提供することを目的とする。
本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウム膜である圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極および上部電極と、前記上部電極上に０．８μｍ以上かつ３．０μｍ以下の厚さで設けられ、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共振領域と平面視において少なくとも一部が重なり、前記共振領域の輪郭と、前記共振領域内に位置し前記輪郭から最も離れた下面の端部と、の距離は０μｍより大きくかつ２μｍより小さい配線層と、を具備し、前記配線層は、前記上部電極上に設けられた密着層と、前記密着層上に設けられ、前記密着層より抵抗率の小さく、金層からなる低抵抗層と、を備え、前記低抵抗層の厚さは０．８μｍ以上かつ２．５μｍ以下であり、前記配線層は、前記上部電極が前記共振領域から引き出される引き出し領域から前記共振領域にかけて設けられ、前記配線層は、前記輪郭と前記下面の端部との距離が略均一になるように前記共振領域と重なる領域を有し、前記共振領域のうち前記配線層が設けられていない領域の大きさは、前記圧電膜に励振される弾性波の波長以上である圧電薄膜共振器である。
上記構成において、前記低抵抗層の厚さは１．０μｍ以上かつ２．５μｍ以下であり、前記距離は０．５μｍ以上かつ２．０μｍより小さい構成とすることができる。
上記構成において、前記共振領域の平面形状は楕円形状または多角形状である構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電膜は窒化アルミニウム膜である構成とすることができる。
本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明によれば、適切な配線層の形状を提供することができる。
以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。
下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。共振領域５０は、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。共振領域５０は、平面視において空隙３０と同じ大きさまたは小さく、空隙３０に重なる。
下部電極１２は共振領域５０から引き出し領域５７に引き出されている。上部電極１６は共振領域５０から引き出し領域５８に引き出されている。引き出し領域５８において、上部電極１６上に配線層２０が形成されている。配線層２０は、圧電薄膜共振器間を電気的に接続および／または圧電薄膜共振器とパッドとを電気的に接続する。配線層２０は上部電極１６より低抵抗であるため、配線層２０を共振領域５０まで設けることで損失等を抑制できる。配線層２０の厚さはＴ１である。平面視において配線層２０は共振領域５０の一部と重なっており、配線層２０と共振領域５０との重なり距離はオーバラップ長Ｌ１である。共振領域５０における上部電極１６上に保護膜２４が形成されている。共振領域５０において弾性波が共振する積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および保護膜２４を含む。
図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３３が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３３の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３３の先端に孔部３５を有する。
基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板である。下部電極１２は、例えば基板１０側からＣｒ（クロム）膜および（ルテニウム）膜である。圧電膜１４は、例えば（００２）方向を主軸とするＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜である。上部電極１６は、例えば圧電膜１４側からＲｕ膜およびＣｒ膜である。保護膜２４は、例えば酸化シリコン膜である。配線層２０は、Ａｕ（金）層である。各層の材料および膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。
基板１０としては、シリコン基板以外に、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。保護膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。
圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族と５族との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族の元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４族の元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族の元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。
配線層２０は、Ａｕ層以外に、Ｃｕ層等の低抵抗層を用いることができる。低抵抗層と上部電極１６との間に、Ｔｉ層等の密着層が設けられていてもよい。低抵抗層は密着層より抵抗が低い。
配線層２０が共振領域５０と重なっている場合の効果について説明する。図２は、実施例１における拡大断面図である。図２に示すように、共振領域５０の上部電極１６の引き出し領域５８側においては、圧電膜１４は、下部電極１２の端部を覆うように形成される。このため、下部電極１２の端部上の圧電膜１４にクラック６０が形成されることがある。これにより、共振領域５０の積層膜１８が剥離する可能性がある。また、上部電極１６にクラック６０が導入されると、上部電極１６の導通が遮断される可能性がある。
実施例１では、配線層２０が引き出し領域５８から共振領域５０まで延伸している。これにより、配線層２０が積層膜１８を押さえるため、共振領域５０の積層膜１８の剥離を抑制できる。また、上部電極１６にクラックが入った場合でも、配線層２０を介し上部電極１６の導通を確保することができる。このように、配線層２０は共振領域５０の一部に重なっていることが好ましい。
次に、配線層２０の形状を変え圧電薄膜共振器の特性をシミュレーションした。シミュレーションは２次元の有限要素法を用いた。図３は、実施例１におけるシミユレーションを行った構造を示す断面図である。図３に示すように、基板１０に空隙３０が形成されている。下部電極１２として、下層１２ａおよび上層１２ｂが設けられている。上部電極１６として、下層１６ａおよび上層１６ｂが設けられている。配線層２０として、密着層２０ａと低抵抗層２０ｂが設けられている。
下部電極１２の端面は基板１０の上面に対し角度θ１傾斜している。これにより、圧電膜１４に入るクラックを小さくできる。低抵抗層２０ｂの端面は、基板１０の上面に対し角度θ２傾斜している。低抵抗層２０ｂの厚さをＴ１、共振領域５０と配線層２０とが重なる距離をオーバラップ長Ｌ１とする。密着層２０ａの端面は基板１０の上面に対し垂直である。共振領域５０の長さをＬ２、引き出し領域５８の長さをＬ３とする。引き出し領域５８の端部および基板１０の下面は理想的な減衰材６４に接している。圧電薄膜共振器を作製したときには、配線層２０と保護膜２４との間には隙間が生じることもあるが、この隙間は非常に小さいため、シミュレーション結果にほとんど影響しない。
以下に、各層の材料および寸法を示す。
配線層２０の低抵抗層２０ｂ ：膜厚がＴ１のＡｕ
配線層２０の密着層２０ａ ：膜厚が１００ｎｍのＴｉ
保護膜２４ ：膜厚が７０ｎｍのＳｉＯ２
上部電極１６の上層１６ｂ ：膜厚が４０ｎｍのＣｒ
上部電極１６の下層１６ａ ：膜厚が３００ｎｍのＲｕ
圧電膜１４ ：膜厚が１１００ｎｍのＡｌＮ
下部電極１２の上層１２ｂ ：膜厚が２００ｎｍのＲｕ
下部電極１２の下層１２ａ ：膜厚が１００ｎｍのＣｒ
共振領域５０の長さＬ２ ：１１０μｍ
引き出し領域５８の長さＬ３ ：３０μｍ
下部電極１２端面の角度θ１ ：３５°
低抵抗層２０ｂ端面の角度θ２：３７°
配線層２０の低抵抗層２０ｂ ：膜厚がＴ１のＡｕ
配線層２０の密着層２０ａ ：膜厚が１００ｎｍのＴｉ
保護膜２４ ：膜厚が７０ｎｍのＳｉＯ２
上部電極１６の上層１６ｂ ：膜厚が４０ｎｍのＣｒ
上部電極１６の下層１６ａ ：膜厚が３００ｎｍのＲｕ
圧電膜１４ ：膜厚が１１００ｎｍのＡｌＮ
下部電極１２の上層１２ｂ ：膜厚が２００ｎｍのＲｕ
下部電極１２の下層１２ａ ：膜厚が１００ｎｍのＣｒ
共振領域５０の長さＬ２ ：１１０μｍ
引き出し領域５８の長さＬ３ ：３０μｍ
下部電極１２端面の角度θ１ ：３５°
低抵抗層２０ｂ端面の角度θ２：３７°
低抵抗層２０ｂの厚さＴ１を０．６μｍおよび３μｍとし、配線層２０と共振領域５０との重なる長さＬ１を０．５μｍおよび２．５μｍとし、ＦＯＭをシミュレーションした。シミュレーションした周波数範囲は１９３０ＭＨｚから１９９５ＭＨｚである。ＦＯＭは、電気機械結合係数ｋ２×√（共振周波数におけるＱ値×反共振周波数におけるＱ値）である。ＦＯＭが高くなると圧電薄膜共振器を用いたフィルタの損失が小さくなる。
図４は、距離Ｌ１に対するＦＯＭを示す図である。ドットはシミュレーションした値を示し、直線はドットを結ぶ直線である。図４に示すように、Ｔ１＝０．６μｍでは、Ｌ１が大きくなるとＦＯＭが大きくなるのに対し、Ｔ１＝３μｍでは、Ｌ１が大きくなるとＦＯＭが小さくなる。
このように、Ｔ１によりＬ１に対するＦＯＭの振る舞いが異なる。この原因を調べるため、各層内の弾性波の変位の大きさをシミュレーションした。
図５（ａ）から図６（ｂ）は、変位の大きい領域を示す断面図であり、それぞれＴ１＝０．６μｍおよびＬ１＝０．５μｍ、Ｔ１＝０．６μｍおよびＬ１＝２．５μｍ、Ｔ１＝１．０μｍおよびＬ１＝０．５μｍ、並びにＴ１＝１．０μｍおよびＬ１＝２．５μｍである。図５（ａ）から図６（ｂ）において、クロスの領域６２は、弾性波の変位が７．６９２３×１０−６μｍ以上の領域である。
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、Ｔ１＝０．６μｍのとき、Ｌ１＝０．５μｍに比べＬ１＝２．５μｍでは引き出し領域５８における配線層２０付近の領域６２の面積が小さい。これは、Ｌ１＝２．５μｍとすることで、共振領域５０から引き出し領域５８への弾性波の漏れが抑制されることを示している。これにより、Ｌ１を長くすると弾性波の漏れに起因する損失が抑制できる。
一方、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、Ｔ１＝１．０μｍのとき、Ｌ１＝０．５μｍに比べＬ１＝２．５μmでは引き出し領域５８における配線層２０付近の領域６２の面積が大きい。これは、Ｌ１＝２．５μｍとすることで、共振領域５０から引き出し領域５８へ配線層２０を伝搬した弾性波の漏れが生じることを示している。これにより、Ｌ１を長くすると弾性波の漏れに起因する損失が生じる。
以上のように、Ｔ１が小さいと、Ｌ１を大きくすることで、共振領域５０から引き出し領域５８への弾性波の漏れが抑制でき、ＦＯＭが向上する。一方、Ｔ１が大きいと、Ｌ１を大きくすることで、共振領域５０から引き出し領域５８へ配線層２０を介し弾性波が漏れ、ＦＯＭが低下する。
Ｔ１およびＬ１を変えた圧電薄膜共振器を作製しＦＯＭを測定した。各層の条件はシミュレーションで用いた材料および寸法と同じである。共振領域５０は、短軸長が１２０μｍおよび長軸長が２００μｍの楕円形とした。空隙３０は平坦な基板１０の上面上に形成されたドーム状とした。
図７は、Ｔ１に対するＦＯＭを示す図である。Ｌ１＝３μｍである。ドットは測定した値を示し、直線はドットを結ぶ直線である。図７に示すように、Ｔ１＝０．６μｍおよび１．０μｍではＦＯＭはほぼ同じであるが、Ｔ１＝１．５μｍおよび２．５μｍではＦＯＭが小さくなる。
図８は、Ｌ１に対するＦＯＭを示す図である。Ｔ１＝０．６μｍ、１．０μｍおよび２．５μｍとし、Ｌ１を−１μｍから３μｍまで０．５μｍステップで変化させている。ドットは測定した値を示し、直線はドットを結ぶ直線である。図８に示すように、Ｔ１＝０．６μｍでは、Ｌ１が大きくなるとＦＯＭが大きくなる。Ｔ１＝１．０μｍおよび２．５μｍでは、Ｌ１＜１．５μｍではＬ１が大きくなるとＦＯＭは大きくなるが、Ｌ１＞１．５μｍではＬ１が大きくなるとＦＯＭは小さくなる。以上により、Ｔ１＝０．６μｍでは、配線層２０を介した弾性波の漏れは小さいが、Ｔ１＝１．０μｍでは配線層２０を介した弾性波の漏れが大きくなると考えられる。これは、図５（ａ）から図５（ｂ）で示したシミュレーション結果と一致する。
低抵抗層２０ｂの膜厚Ｔ１が大きくなると配線層２０の抵抗が低くなる。これにより、配線による損失が小さくなる。例えば配線層２０の幅を５μｍとし、周波数が１９５０ＭＨｚの高周波信号について長さが１μｍ当たりの配線による損失を測定した。以下、結果を示す。
Ｔ１＝０．６μｍ：−０．００１３２ｄＢ／μｍ
Ｔ１＝１．０μｍ：−０．００１１２ｄＢ／μｍ
Ｔ１＝２．５μｍ：−０．０００８８ｄＢ／μｍ
Ｔ１が大きくなると損失が小さくなる。
Ｔ１＝０．６μｍ：−０．００１３２ｄＢ／μｍ
Ｔ１＝１．０μｍ：−０．００１１２ｄＢ／μｍ
Ｔ１＝２．５μｍ：−０．０００８８ｄＢ／μｍ
Ｔ１が大きくなると損失が小さくなる。
図２のように、Ｌ１＞０とすることにより、クラック６０による積層膜１８の剥離および／または上部電極１６の導通不良を抑制できる。しかしながら、損失を抑制するため、配線層２０の厚さＴ１を大きくすると、図７のように、ＦＯＭが小さくなってしまう。そこで、オーバラップ長Ｌ１を小さくする。これにより、ＦＯＭを大きくできる。配線による損失を小さくするため、Ｔ１は、０．８μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましく、１．５μｍ以上がさらに好ましい。ＦＯＭの劣化を抑制するため、Ｔ１は、３．０μｍ以下が好ましく、２．５μｍ以下がより好ましい。クラック６０による積層膜１８の剥離および／または上部電極１６の導通不良を抑制するため、Ｌ１は０μｍより大きいことが好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。ＦＯＭの劣化を抑制するため、Ｌ１は２．０μｍより小さいことが好ましく、１．５μｍ以下がより好ましい。
以上のように、実施例１によれば、図１（ａ）および図１（ｂ）のように、オーバラップ長Ｌ１は、共振領域５０の輪郭と、共振領域５０の内に位置し輪郭から最も離れた配線層２０の下面の端部と、の距離である。そして、オーバラップ長Ｌ１は０μｍより大きくかつ２μｍより小さい。配線層２０の厚さＴ１は０．８μｍ以上かつ３．０μｍ以下である。これにより、配線層２０による損失を小さくし、かつＦＯＭを大きくできる。このように、配線層２０の形状を最適化できる。
配線層２０は、上部電極１６上に設けられた密着層２０ａと、密着層２０ａ上に設けられ、密着層２０ａより抵抗率の小さい材料からなる低抵抗層２０ｂと、を備えている。このとき、低抵抗層２０ｂの厚さＴ１は０．８μｍ以上かつ３．０μｍ以下である。これにより、配線層２０による損失を小さくし、かつＦＯＭを大きくできる。シミュレーションおよび測定したサンプルでは、低抵抗層２０ｂの厚さをＴ１とした。しかし、配線層２０においては、密着層２０ａは低抵抗層２０ｂに対す十分薄い。よって、配線層２０の厚さと低抵抗層２０ｂの厚さとはほぼ等しい。
低抵抗層２０ｂが金層の場合について説明したが、低抵抗層２０ｂとしては、Ａｕ以外にも抵抗率の低い材料として、Ｃｕ、Ａｌ等を用いることができる。このような材料では、弾性波の配線層２０を介した漏れの観点では、Ａｕと同様の振る舞いを示すと考えられる。また、弾性波の配線層２０を介した漏れの観点では、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の材料はあまり影響しないと考えられる。
低抵抗層２０ｂを金層とした場合、図８のように、Ｔ１は１．０μｍ以上かつ２．５μｍ以下であり、Ｌ１は０．５μｍ以上かつ２．０μｍより小さいことが好ましい。これにより、配線層２０による損失を小さくし、かつＦＯＭを大きくできる。
図１（ａ）および図１（ｂ）のように、配線層２０は、上部電極１６が共振領域５０から引き出される引き出し領域５８から共振領域５０にかけて設けられている。これにより、共振領域５０から引き出し領域５８への弾性波の漏れを抑制できる。
図１（ａ）のように、平面視において、配線層２０は、共振領域５０の輪郭と配線層２０の下面の端部との距離（オーバラップ長Ｌ１）が略均一になるように共振領域と重なる領域を有することが好ましい。これにより、共振領域５０からの弾性波の漏れをより抑制できる。オーバラップ長Ｌ１が略均一となる領域は、引き出し領域５８側であることが好ましい。共振領域５０から引き出し領域５８への弾性波の漏れを抑制できる。
配線層２０は上部電極１６上に加え、下部電極１２上に設けられていてもよい。
［実施例１の変形例１］
図９（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である。図９（ａ）に示すように、圧電膜１４は、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。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が挿入されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図９（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である。図９（ａ）に示すように、圧電膜１４は、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。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が挿入されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
挿入膜２８は、共振領域５０内の外周領域５２に設けられ中央領域５４に設けられていない。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。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。中央は幾何学的な中心でなくてもよい。
挿入膜２８を圧電膜１４よりヤング率の小さい材料または音響インピーダンスの小さい材料とする。これにより、共振領域５０から横方向に漏洩する弾性波を抑制できる。挿入膜２８としては、例えば酸化シリコン膜またはアルミニウム膜を用いることができる。
挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４との間に設けられていてもよい。また、挿入膜２８は、圧電膜１４と上部電極１６との間に設けられていてもよい。
下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間、下部電極１２と圧電膜１４との間、または圧電膜１４と上部電極１６との間に温度補償膜が挿入されていてもよい。温度補償膜は、圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有する。これにより、圧電薄膜共振器の周波数温度依存性を抑制できる。温度補償膜としては、例えば酸化シリコン膜を用いることができる。
［実施例１の変形例２］
実施例１の変形例２は、空隙の構成を変えた例である。図９（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。図９（ｂ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。
実施例１の変形例２は、空隙の構成を変えた例である。図９（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。図９（ｂ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。
［実施例１の変形例３］
実施例１の変形例３は空隙の代わりに音響反射膜を用いる例である。図９（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｃ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ａと音響インピーダンスの高い膜３１ｂとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれ略λ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例１の変形例３は空隙の代わりに音響反射膜を用いる例である。図９（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｃ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ａと音響インピーダンスの高い膜３１ｂとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれ略λ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例１およびその変形例１において、実施例１の変形例２と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例１の変形例３と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。
実施例１およびその変形例１および２のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例１の変形例３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。このように、基板１０内または上に設けられる音響反射層は、空隙３０、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜３１を含めばよい。
実施例１およびその変形例において、共振領域５０は楕円形状を例に説明したが、共振領域５０は四角形または五角形等の多角形でもよい。
実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１０（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１０（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２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Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を含むフィルタは、ラダー型フィルタ以外に多重モードフィルタとすることもできる。
［実施例２の変形例１］
図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１０（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４４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４６が接続されている。送信フィルタ４４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４６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４４および受信フィルタ４６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。
図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１０（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４４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４６が接続されている。送信フィルタ４４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４６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４４および受信フィルタ４６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。
フィルタは実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を含む。これにより、損失を抑制できる。また、送信フィルタ４４および受信フィルタ４６の少なくとも一方を実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を含むフィルタとすることができる。マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 積層膜
２０ 配線層
２８ 挿入膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域
５２ 外周領域
５４ 中央領域
５７、５８ 引き出し領域
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 積層膜
２０ 配線層
２８ 挿入膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域
５２ 外周領域
５４ 中央領域
５７、５８ 引き出し領域
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に設けられ、窒化アルミニウム膜である圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極および上部電極と、
前記上部電極上に０．８μｍ以上かつ３．０μｍ以下の厚さで設けられ、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共振領域と平面視において少なくとも一部が重なり、前記共振領域の輪郭と、前記共振領域内に位置し前記輪郭から最も離れた下面の端部と、の距離は０μｍより大きくかつ２μｍより小さい配線層と、
を具備し、
前記配線層は、前記上部電極上に設けられた密着層と、前記密着層上に設けられ、前記密着層より抵抗率の小さく、金層からなる低抵抗層と、を備え、
前記低抵抗層の厚さは０．８μｍ以上かつ２．５μｍ以下であり、
前記配線層は、前記上部電極が前記共振領域から引き出される引き出し領域から前記共振領域にかけて設けられ、
前記配線層は、前記輪郭と前記下面の端部との距離が略均一になるように前記共振領域と重なる領域を有し、
前記共振領域のうち前記配線層が設けられていない領域の大きさは、前記圧電膜に励振される弾性波の波長以上である圧電薄膜共振器。 - 前記低抵抗層の厚さは１．０μｍ以上かつ２．５μｍ以下であり、前記距離は０．５μｍ以上かつ２．０μｍより小さい請求項１記載の圧電薄膜共振器。
- 前記共振領域の平面形状は楕円形状または多角形状である請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。
- 請求項１から３のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。
- 請求項４記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
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