JP6923365B2 - 弾性波デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば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。
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。圧電薄膜共振器では、基板上に下部電極、圧電膜および上部電極が積層されている。フィルタ等の弾性波デバイスでは、複数の圧電薄膜共振器が用いられている。複数の圧電薄膜共振器は、下部電極または上部電極により接続する。しかし、圧電膜の分極方向（極性）が弾性波デバイスの高調波特性等の電気的な特性に影響することがある（例えば特許文献１および２）。
圧電薄膜共振器の極性が弾性波デバイスの特性に影響する。このため、下部電極および上部電極のいずれの電極を、ノードに接続するかで特性が変わってしまう場合がある。このため、隣接する圧電薄膜共振器の一方の下部電極と他方の上部電極とを接続することが生じる。このような場合、下部電極と上部電極とを切り換える切換部を用いる。しかしながら、切換部では、下部電極と上部電極とを接続する配線層が圧電膜の段差を乗り越える。このため、配線層が断線または高抵抗化してしまう。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、配線層の劣化を抑制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た第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有する第２圧電薄膜共振器と、前記第１共振領域から前記第１下部電極が引き出される第１引き出し領域における前記第１下部電極上から、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域における前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極上に、かけて設けられ、前記第１下部電極上における膜厚が前記第２圧電膜の膜厚より大きい配線層と、を具備し、前記配線層は、第１金属層と、前記第１金属層上のうち、前記第２圧電膜の端面より前記第１共振領域側の一部から、前記第２圧電膜の端面より前記第２共振領域側の一部にかけて設けられた第２金属層と、を含み、前記第１下部電極上における前記第１金属層と前記第２金属層との合計の膜厚は、前記第２圧電膜の膜厚より大きい弾性波デバイスである。
上記構成において、前記配線層は、前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面を覆っている構成とすることができる。
上記構成において、前記配線層は、前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面に接している構成とすることができる。
上記構成において、前記第２引き出し領域おける前記第２圧電膜の端面の位置と前記第２上部電極の端面の位置とは略一致する構成とすることができる。
上記構成において、前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面と、前記基板の上面との角度は５０°以上である構成とすることができる。
上記構成において、前記第１圧電薄膜共振器および前記第２圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する構成とすることができる。
上記構成において、前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する構成とすることができる。
本発明によれば、配線層の劣化を抑制することができる。
以下、図面を参照し実施例について説明する。
[切換部の説明]
図１（ａ）は、デュプレクサの回路図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれフィルタＡおよびＢの回路図である。図１（ａ）に示すように、送信フィルタ４６は共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ４８は共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。送信フィルタ４６は、送信端子Ｔｘから入力した高周波信号のうち送信帯域の信号を共通端子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４８は、共通端子Ａｎｔに入力した高周波信号のうち受信帯域の信号を受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。
図１（ａ）は、デュプレクサの回路図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれフィルタＡおよびＢの回路図である。図１（ａ）に示すように、送信フィルタ４６は共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ４８は共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。送信フィルタ４６は、送信端子Ｔｘから入力した高周波信号のうち送信帯域の信号を共通端子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４８は、共通端子Ａｎｔに入力した高周波信号のうち受信帯域の信号を受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。
図１（ｂ）に示すように、フィルタＡでは、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に直列共振器Ｓ１からＳ４が直接に接続され、並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３は圧電薄膜共振器である。共振器間および共振器と端子との間は圧電薄膜共振器の下部電極１２および／または上部電極１６を介し接続されている。下部電極１２により接続されている線路を点線、上部電極１６により接続されている線路を太実線で示す。圧電膜が下部電極１２から上部電極１６の方向に分極している。このとき各共振器の極性を矢印７０で表す。直列共振器Ｓ１からＳ４の極性は互い違いになり、並列共振器Ｐ１からＰ３の極性は互い違いになる。
図１（ｃ）に示すように、フィルタＢでは、直列共振器Ｓ３の極性をフィルタＡと反対にしている。このため、直列共振器Ｓ２と並列共振器Ｐ２との間のノードＮ１と、直列共振器Ｓ３と、の間に切換部５４を設ける。直列共振器Ｓ３と、直列共振器Ｓ４と並列共振器Ｐ３との間のノードＮ２と、の間に切換部５４を設ける。これにより、フィルタＡに比べフィルタ内の接続方法を変えず直列共振器Ｓ３の極性を変更できる。
フィルタＡおよびＢをＬＴＥバンド４０の送信フィルタとした場合の２次高調波特性をシミュレーションした一例を示す。送信端子Ｔｘに、電力が２８ｄＢｍであり周波数が２３００ＭＨｚから２４００ＭＨｚの高周波信号を入力し、共通端子Ａｎｔから出力される４６００ＭＨｚから４８００ＭＨｚの２次高調波の大きさをシミュレーションした。
図２は、フィルタＡおよびＢの２次高調波特性を示す図である。図２に示すように、４６００ＭＨｚから４８００ＭＨｚの間において最大の２次高調波の大きさは、フィルタＡでは−１９．５ｄＢｍであり、フィルタＢでは−２２．５ｄＢｍである。このように、フィルタＢではフィルタＡより２次高調波が約３ｄＢｍ改善されている。
以上のように、２次高調波特性および耐電力特性のような動特性および静特性を改善するため、一部の共振器の極性を変更することがある。この場合、切換部５４を設けることになる。
［比較例１］
図３（ａ）は、比較例１における切換部周辺の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、理解しやすいように図３（ａ）と図３（ｂ）との縮尺を異ならせてある。
図３（ａ）は、比較例１における切換部周辺の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、理解しやすいように図３（ａ）と図３（ｂ）との縮尺を異ならせてある。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、基板１０上に、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂが設けられている。圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、それぞれ基板１０上に設けられた下部電極１２ａおよび１２ｂ、下部電極１２ａおよび１２ｂ上に設けられた圧電膜１４ａおよび１４ｂ、並びに圧電膜１４ａおよび１４ｂ上に設けられた上部電極１６ａおよび１６ｂを有している。下部電極１２ｂ並びに上部電極１６ａおよび１６ｂ上に配線層２６が設けられている。配線層２６は、配線またはパッドとして機能する。基板１０の上面と下部電極１２ａおよび１２ｂとの間にはそれぞれ空隙３０ａおよび３０ｂが設けられている。空隙３０ａおよび３０ｂはドーム状である。
圧電膜１４ａおよび１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２ａおよび１２ｂと上部電極１６ａおよび１６ｂとが対向する領域がそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂである。共振領域５０ａおよび５０ｂは、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５０ａおよび５０ｂは、それぞれ平面視において空隙３０ａおよび３０ｂに含まれる。
共振領域５０ａから下部電極１２ａが引き出される領域が引き出し領域５２ａである。共振領域５０ｂから上部電極１６ｂが引き出される領域が引き出し領域５２ｂである。引き出し領域５２ａと５２ｂとの間に切換部５４が設けられている。
圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面は上部電極１６ａおよび１６ｂの端面と略一致している。しかし、切換部５４においては圧電膜１４ｂの端面４０は上部電極１６ｂの端面４２より外側に位置している。端面４０と４２との距離はＬである。配線層２６は、下層２５ａと下層２５ａ上に設けられた上層２５ｂとを有する。配線層２６の膜厚Ｔ２は圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より小さい。配線層２６は、引き出し領域５２ａの下部電極１２ａの上面、切換部５４の圧電膜１４ｂの端面４０および上面、並びに引き出し領域５２ｂの上部電極１６ｂの上面に接触するように設けられている。配線層２６により、圧電薄膜共振器１１ａと１１ｂとの間において、下部電極１２ａと上部電極１６ｂとを電気的に接続できる。
［比較例１の製造方法］
図４（ａ）から図４（ｅ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、基板１０上に、所望形状を有する犠牲層３８ａおよび３８ｂを形成する。犠牲層３８ａおよび３８ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。基板１０上に犠牲層３８ａおよび３８ｂを覆うように所望形状を有する下部電極１２ａおよび１２ｂを形成する。下部電極１２ａおよび１２ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。下部電極１２ａおよび１２ｂは、リフトオフ法により形成してもよい。
図４（ａ）から図４（ｅ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、基板１０上に、所望形状を有する犠牲層３８ａおよび３８ｂを形成する。犠牲層３８ａおよび３８ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。基板１０上に犠牲層３８ａおよび３８ｂを覆うように所望形状を有する下部電極１２ａおよび１２ｂを形成する。下部電極１２ａおよび１２ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。下部電極１２ａおよび１２ｂは、リフトオフ法により形成してもよい。
図４（ｂ）に示すように、基板１０上に圧電膜１４および上部電極１６を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。図４（ｃ）に示すように、上部電極１６をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。これにより、所望形状を有する上部電極１６ａおよび１６ｂが形成される。
図４（ｄ）に示すように、圧電膜１４をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングする。これにより、所望形状を有する圧電膜１４ａおよび１４ｂが形成される。例えば、圧電膜１４が窒化アルミニウム膜のとき、圧電膜１４をリン酸系の溶液でウェットエッチングする。このとき、圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面と上部電極１６ａおよび１６ｂの端面が略一致している領域では、圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面は基板１０の上面に対しほぼ垂直となる。一方、切換部５４においては圧電膜１４ｂの端面が上部電極１６ｂより外側に位置している。このような領域では圧電膜１４ｂの端面４０は基板１０の上面に対し角度θ傾斜する。角度θは例えば６０°である。
図４（ｅ）に示すように、下部電極１２ａ上から圧電膜１４ｂの端面４０および上面、上部電極１６ｂにかけて配線層２６を形成する。下部電極１２ｂおよび上部電極１６ａにも配線層２６を形成する。配線層２６は、例えば真空蒸着法およびリフトオフ法を用い形成する。真空蒸着法およびリフトオフ法では、配線層２６の被覆性がよくないが圧電膜１４ｂの端面４０が角度θ傾斜しているため、配線層２６の断線等を抑制できる。
その後、犠牲層３８ａおよび３８ｂをエッチング液により除去する。下部電極１２ａ、１２ｂ、圧電膜１４ａ、１４ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂの内部応力を圧縮応力としておくことで、下部電極１２ａおよび１２ｂが基板１０の反対側に基板１０から離れるように膨れる。下部電極１２ａおよび１２ｂと基板１０との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０ａおよび３０ｂが形成される。以上により、比較例１に係る弾性波デバイスが作製される。
［比較例２］
比較例１では、距離Ｌが数１０μｍであり、切換部５４が大きい。そこで、切換部５４において圧電膜１４ｂの端面と上部電極１６ｂの端面を略一致させることが考えられる。
比較例１では、距離Ｌが数１０μｍであり、切換部５４が大きい。そこで、切換部５４において圧電膜１４ｂの端面と上部電極１６ｂの端面を略一致させることが考えられる。
図５（ａ）は、比較例２における切換部周辺の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、比較例２では、切換部５４において圧電膜１４ｂの端面４０と上部電極１６ｂの端面４２が略一致している。しかし、端面４０と４２とが略一致していると、圧電膜１４ｂと基板１０の上面とのなる角度θは約９０°となる。配線層２６の膜厚Ｔ２は圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より小さいため、切換部５４において、配線層２６が断線する。図５（ｂ）の破線の配線層２６ｂのように、配線層２６ｂが圧電膜１４ｂの端面４０を覆ったとしても、その膜厚は小さいため、配線層２６ｂの抵抗が高くなってしまう。比較例２のように、切換部５４を小さくしようとすると、配線層２６が断線または高抵抗化する。このように配線層２６が劣化する。
[実施例１の切換部]
図６（ａ）は、実施例１における切換部周辺の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、実施例１では、切換部５４において配線層２６上に配線層２８が設けられている。配線層２６の膜厚Ｔ２と配線層２８の膜厚Ｔ３との合計の膜厚Ｔ４は圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きい。これにより、圧電膜１４ｂの端面４０と基板１０の上面とのなす角度θがほぼ９０°であっても圧電膜１４ｂの端面４０および上部電極１６ｂの端面４２は配線層２６および２８に覆われる。また、下部電極１２ａ上の配線層２６と上部電極１６ｂ上の配線層２６とが配線層２８を介し接続するため、配線の断線または高抵抗化等の劣化を抑制できる。その他の構成は比較例２と同じであり説明を省略する。
図６（ａ）は、実施例１における切換部周辺の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、実施例１では、切換部５４において配線層２６上に配線層２８が設けられている。配線層２６の膜厚Ｔ２と配線層２８の膜厚Ｔ３との合計の膜厚Ｔ４は圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きい。これにより、圧電膜１４ｂの端面４０と基板１０の上面とのなす角度θがほぼ９０°であっても圧電膜１４ｂの端面４０および上部電極１６ｂの端面４２は配線層２６および２８に覆われる。また、下部電極１２ａ上の配線層２６と上部電極１６ｂ上の配線層２６とが配線層２８を介し接続するため、配線の断線または高抵抗化等の劣化を抑制できる。その他の構成は比較例２と同じであり説明を省略する。
図７（ａ）から図８（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、比較例１の図４（ａ）から図４（ｃ）の工程の後、圧電膜１４をパターニングするときに、切換部５４において圧電膜１４ｂの端面４０と上部電極１６ｂの端面４２とを略一致させる。これにより、角度θがほぼ９０°となる。
図７（ｂ）に示すように、開口６２を有するマスク層６０を下部電極１２ａおよび１２ｂ並びに上部電極１６ａおよび１６ｂ上に形成する。マスク層６０は例えばフォトレジストであり、開口６２は露光および現像により形成する。開口６２内およびマスク層６０上に配線層２６を真空蒸着法を用い形成する。このとき、金属は基板１０にほぼ垂直方向６１に飛来する。このため、圧電膜１４ｂの端面４０の上部に配線層２６は形成されない。
図７（ｃ）に示すように、マスク層６０を除去する。これにより、マスク層６０上の配線層２６がリフトオフされる。開口６２内の下部電極１２ａおよび上部電極１６ｂ上に配線層２６が残存する。
図８（ａ）に示すように、開口６６を有するマスク層６４を下部電極１２ａおよび１２ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂ、並びに配線層２６上に形成する。マスク層６４は例えばフォトレジストであり、開口６６は露光および現像により形成する。開口６６内およびマスク層６４上に配線層２８を真空蒸着法を用い形成する。このとき、金属は基板１０にほぼ垂直方向６５に飛来する。
図８（ｂ）に示すように、マスク層６４を除去する。これにより、マスク層６４上の配線層２８がリフトオフされる。切換部５４における配線層２６上に配線層２８が残存する。配線層２６および２８を真空蒸着法およびリフトオフ法を用い形成する例を説明したが、配線層２６および２８は、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングしてもよい。その後、比較例１の図４（ｅ）の工程を行う。
基板１０は、例えばＳｉ（シリコン）基板である。基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２ａおよび１２ｂ並びに上部電極１６ａおよび１６ｂは、例えば膜厚が２００ｎｍのＲｕ（ルテニウム）膜である。下部電極１２ａおよび１２ｂ並びに、上部電極１６ａおよび１６ｂとしては、Ｒｕ以外にもＣｒ（クロム）、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。
圧電膜１４ａおよび１４ｂは、例えば膜厚が１０００ｎｍの（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする窒化アルミニウム膜である。圧電膜１４ａおよび１４ｂ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族または１２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族または１２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）であり１２族元素は例えば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。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。
配線層２６の下層２５ａおよび上層２５ｂは、例えば膜厚が１００ｎｍのＴｉ膜および膜厚が６００ｎｍのＡｕ膜である。配線層２８の下層２７ａおよび上層２７ｂは例えば膜厚が１００ｎｍのＴｉ膜および膜厚が６００ｎｍのＡｕ膜である。配線層２６および２８は、低抵抗化のため上層２５ｂおよび２７ｂのようなＡｕ膜、Ｃｕ膜またはＡｌ膜を含むことが好ましい。密着膜および／またはバリア膜として下層２５ａおよび２７ａのようなＴｉ膜等を含むことが好ましい。下層２５ａおよび２７ａより抵抗率の低い上層２５ｂおよび２７ｂの膜厚は下層２５ａおよび２７ａの膜厚より大きいことが好ましい。
図９（ａ）は、実施例２における切換部周辺の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、実施例２では、配線層２６の膜厚Ｔ２が圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きい。これにより、圧電膜１４ｂの端面４０と基板１０の上面とのなす角度θがほぼ９０°であっても圧電膜１４ｂの端面４０および上部電極１６ｂの端面４２は配線層２６に覆われる。配線層２６の下層２５ａおよび上層２５ｂは、例えば膜厚が１００ｎｍのＴｉ膜および膜厚が１０００ｎｍのＡｕ膜である。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１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図１０（ａ）に示すように、比較例２の図７（ａ）の工程の後、図７（ｂ）と同様に、開口６２を有するマスク層６０を下部電極１２および上部電極１６上に形成する。マスク層６０の膜厚は図７（ｂ）より大きい。開口６２内およびマスク層６０上に配線層２６を真空蒸着法を用い形成する。
図１０（ｂ）に示すように、マスク層６０を除去する。これにより、マスク層６０上の配線層２６がリフトオフされる。開口６２内の下部電極１２ａおよび上部電極１６ｂ上に配線層２６が残存する。配線層２６は、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングしてもよい。その後、比較例１の図４（ｅ）の工程を行う。
実施例１および２によれば、図６（ａ）および図６（ｂ）並びに図９（ａ）および図９（ｂ）のように、基板１０上に、圧電薄膜共振器１１ａ（第１圧電薄膜共振器）と圧電薄膜共振器１１ｂ（第２圧電薄膜共振器）が設けられている。圧電薄膜共振器１１ａは、下部電極１２ａ（第１下部電極）、圧電膜１４ａ（第１圧電膜）および上部電極１６ａ（第１上部電極）を有する。圧電薄膜共振器１１ｂは、下部電極１２ｂ（第２下部電極）、圧電膜１４ｂ（第２圧電膜）および上部電極１６ｂ（第２上部電極）を有する。
圧電薄膜共振器１１ａの共振領域５０ａ（第１共振領域）と圧電薄膜共振器１１ｂの共振領域５０ｂ（第２共振領域）との間に引き出し領域５２ａ（第１引き出し領域）および引き出し領域５２ｂ（第２引き出し領域）が位置している。実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６は、引き出し領域５２ａにおける下部電極１２ａ上から、引き出し領域５２ｂにおける圧電膜１４ｂ上に設けられた上部電極１６ｂ上に、かけて設けられている。実施例１の配線層２６および２８の合計の膜厚Ｔ４および実施例２の配線層２６の膜厚Ｔ２は、圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きい。
これにより、実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６が圧電膜１４ｂによる段差を乗り越えるときに断線または高抵抗化することを抑制できる。実施例１の配線層２６および２８の合計の膜厚Ｔ４および実施例２の配線層２６の膜厚Ｔ２は、圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましい。
実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６は、引き出し領域５２ｂにおける圧電膜１４ｂの端面４０を覆っている。これにより、圧電膜１４ｂの段差における配線層の断線および高抵抗化をより抑制できる。実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６は、端面４０に加え上部電極１６ｂの端面４２を覆っていてもよい。
実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６は、引き出し領域５２ｂにおける圧電膜１４ｂの端面４０に接している。これにより、圧電膜１４ｂの段差における配線層の断線および高抵抗化をより抑制できる。実施例１の配線層２６および２８並びに実施例２の配線層２６は、端面４０に加え上部電極１６ｂの端面４２に接していてもよい。
引き出し領域５２ｂにおける圧電膜１４ｂの端面４０の位置と上部電極１６ｂの端面４２の位置とは略一致する。これにより、比較例１に比べ切換部５４を小さくできる。よって、設計の自由度が増す、また弾性波デバイスを小型化できる。略一致するとは、マスク等の合わせ精度、圧電膜１４ｂのエッチングにおけるサイドエッチング、および／または製造工程における誤差等の範囲で一致するとの意味である。
引き出し領域５２ｂにおける圧電膜１４ｂの端面４０と、基板１０の上面とのなす角度θが小さいとき、配線層は断線または高抵抗化しやすくなる。よって、角度θが５０°以上、７０°以上または８０°以上のとき実施例１の膜厚Ｔ４および実施例２の膜厚Ｔ２を圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きくすることが好ましい。なお、比較例１では角度θが約６０°において、配線層２６が断線または高抵抗化しない例を説明したが、角度θが６０°未満でも配線層２６が断線または高抵抗化する場合もありうる。このような場合には、実施例１の膜厚Ｔ４および実施例２の膜厚Ｔ２を圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きくすることが好ましい。
実施例１のように、配線層２８（第２金属層）は、配線層２６（第１金属層）上のうち、圧電膜１４ｂの端面４０よび上部電極１６ｂの端面４２の共振領域５０ａ側の一部から、端面４０および４２の共振領域５０ｂ側の一部に、かけて設けられている。このように、配線層２８は、配線層２６上の領域のうち一部の領域のみに設けられている。これにより、厚膜化しなくともよい箇所には配線層２８を設けず、切換部５４において配線層２８を設けることができる。
実施例２のように、配線層２８を設けず配線層２６を厚くしてもよい。これにより、実施例１より製造工程が簡略化できる。
配線層２６および配線層２８を真空蒸着法およびリフトオフ法で形成する場合、端面への被覆性が悪いため圧電膜１４ｂの段差により配線層２６が断線または高抵抗化しやすい。よって、配線層２６および２８を真空蒸着法およびリフトオフ法で形成した場合、実施例１の膜厚Ｔ４および実施例２の膜厚Ｔ２を圧電膜１４ｂの膜厚Ｔ１より大きくすることがより好ましい。
実施例３は、空隙の構成を変えた例である。図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２ａおよび１２ｂは、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０ａおよび３０ｂが、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０ａおよび３０ｂは共振領域５０ａおよび５０ｂを含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０ａおよび３０ｂは、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。
［実施例３の変形例１］
図１１（ｂ）は、実施例３の変形例１の弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）に示すように、共振領域５０ａおよび５０ｂの下部電極１２ａおよび１２ｂ下に音響反射膜３１ａおよび３１ｂが形成されている。音響反射膜３１ａおよび３１ｂは、音響インピーダンスの低い膜３１ｃと音響インピーダンスの高い膜３１ｄとが交互に設けられている。膜３１ｃおよび３１ｄの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ｃと膜３１ｄの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１ａおよび３１ｂ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３１ａおよび３１ｂ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３１ａおよび３１ｂ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。
図１１（ｂ）は、実施例３の変形例１の弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）に示すように、共振領域５０ａおよび５０ｂの下部電極１２ａおよび１２ｂ下に音響反射膜３１ａおよび３１ｂが形成されている。音響反射膜３１ａおよび３１ｂは、音響インピーダンスの低い膜３１ｃと音響インピーダンスの高い膜３１ｄとが交互に設けられている。膜３１ｃおよび３１ｄの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ｃと膜３１ｄの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１ａおよび３１ｂ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３１ａおよび３１ｂ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３１ａおよび３１ｂ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２において、実施例３と同様に空隙３０ａおよび３０ｂを形成してもよく、実施例３の変形例１と同様に空隙３０ａおよび３０ｂの代わりに音響反射膜３１ａおよび３１ｂを形成してもよい。
実施例１から３のように、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、共振領域５０ａおよび５０ｂにおいて空隙３０ａおよび３０ｂが基板１０と下部電極１２ａおよび１２ｂ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３の変形例１のように、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、共振領域５０ａおよび５０ｂにおいて下部電極１２ａおよび１２ｂ下に圧電膜１４ａおよび１４ｂを伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１ａおよび３１ｂを備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。音響反射層は、空隙３０ａおよび３０ｂまたは音響反射膜３１ａおよび３１ｂを含めばよい。
実施例１から実施例３およびその変形例において、共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状として楕円形状を例に説明したが、四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。
図１（ｃ）のように、実施例１から３およびその変形例の切換部５４をフィルタＢに用いる。これにより、フィルタＢの切換部５４における配線層の断線または高抵抗化を抑制できる。また、フィルタＢを小型化できる。フィルタＢにおける直列共振器および並列共振器の個数は適宜設定できる。また、切換部５４の個数および位置は、所望の特性となるように設定できる。
図１（ａ）のように、実施例１から３およびその変形例の切換部５４を有するフィルタＢをデュプレクサに用いてもよい。送信フィルタ４６および受信フィルタ４８の少なくとも一方をフィルタＢとすることができる。マルチプレクサは、デュプレクサ以外に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
１１ａ、１１ｂ 圧電薄膜共振器
１２、１２ａ、１２ｂ 下部電極
１４、１４ａ、１４ｂ 圧電膜
１６、１６ａ、１６ｂ 上部電極
３０ａ、３０ｂ 空隙
３１ａ、３１ｂ 音響反射膜
４０、４２ 端面
４６ 送信フィルタ
４８ 受信フィルタ
５０ａ、５０ｂ 共振領域
５２ａ、５２ｂ 引き出し領域
５４ 切換部
１１ａ、１１ｂ 圧電薄膜共振器
１２、１２ａ、１２ｂ 下部電極
１４、１４ａ、１４ｂ 圧電膜
１６、１６ａ、１６ｂ 上部電極
３０ａ、３０ｂ 空隙
３１ａ、３１ｂ 音響反射膜
４０、４２ 端面
４６ 送信フィルタ
４８ 受信フィルタ
５０ａ、５０ｂ 共振領域
５２ａ、５２ｂ 引き出し領域
５４ 切換部
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、
前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有する第２圧電薄膜共振器と、
前記第１共振領域から前記第１下部電極が引き出される第１引き出し領域における前記第１下部電極上から、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域における前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極上に、かけて設けられ、前記第１下部電極上における膜厚が前記第２圧電膜の膜厚より大きい配線層と、
を具備し、
前記配線層は、第１金属層と、前記第１金属層上のうち、前記第２圧電膜の端面より前記第１共振領域側の一部から、前記第２圧電膜の端面より前記第２共振領域側の一部にかけて設けられた第２金属層と、を含み、
前記第１下部電極上における前記第１金属層と前記第２金属層との合計の膜厚は、前記第２圧電膜の膜厚より大きい弾性波デバイス。 - 前記配線層は、前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面を覆っている請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記配線層は、前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面に接している請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２引き出し領域おける前記第２圧電膜の端面の位置と前記第２上部電極の端面の位置とは略一致する請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２引き出し領域における前記第２圧電膜の端面と、前記基板の上面との角度は５０°以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第１圧電薄膜共振器および前記第２圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する請求項６に記載の弾性波デバイス。
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