JP7383404B2 - Piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers - Google Patents

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

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、例えば付加膜または溝を有する圧電薄膜共振器、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, for example piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers with additional membranes or grooves.

携帯電話等の無線端末の高周波回路用に圧電薄膜共振器を有するフィルタやマルチプレクサが用いられている。圧電薄膜共振器は、下部電極、圧電膜および上部電極が積層された積層膜を有している。圧電膜の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが対向する領域は弾性波が振動する共振領域である。共振領域内の圧電膜に挿入膜を挿入することが知られている(例えば特許文献1)。 Filters and multiplexers having piezoelectric thin film resonators are used for high frequency circuits in wireless terminals such as mobile phones. A piezoelectric thin film resonator has a laminated film in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are laminated. A region where the lower electrode and the upper electrode face each other with at least a portion of the piezoelectric film in between is a resonant region where elastic waves vibrate. It is known to insert an insertion film into a piezoelectric film within a resonance region (for example, Patent Document 1).

特開2015-95729号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-95729

共振領域の外周領域に挿入膜を挿入することによりQ値等の特性が向上できる。しかしながら、圧電膜の端面の位置により、Q値等の特性が変化してしまう。 Characteristics such as the Q value can be improved by inserting an insertion film in the outer peripheral region of the resonance region. However, characteristics such as the Q value change depending on the position of the end face of the piezoelectric film.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安定な特性を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to obtain stable characteristics.

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、前記圧電膜上に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と平面視において重なる領域で規定される共振領域を形成するように設けられた上部電極と、前記共振領域の外周のうち前記上部電極の外周で規定される外周の外側でありかつ前記圧電膜の端面の内側の領域における前記下部電極および前記圧電膜を含む積層膜に前記共振領域から離れ、前記共振領域の外周に沿って前記共振領域を囲むように延伸して設けられ前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて設けられた複数の付加膜または複数の溝と、を備える圧電薄膜共振器である。
The present invention includes a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and a piezoelectric film provided on the piezoelectric film with at least a portion of the piezoelectric film sandwiched between the lower electrodes. an upper electrode provided to form a resonant region defined by an area that overlaps with the piezoelectric film in plan view; A laminated film including the lower electrode and the piezoelectric film in the inner region of the end face is provided so as to be apart from the resonant region and extend along the outer periphery of the resonant region so as to surround the resonant region. This piezoelectric thin film resonator includes a plurality of additional films or a plurality of grooves provided apart from each other in the direction connecting the end faces of the piezoelectric film.

上記構成において、前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅、および前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅は、前記共振領域における前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの0.2倍以上かつ1.5倍以下である構成とすることができる。 In the above configuration, the width of the plurality of additional films or the plurality of grooves , the width between adjacent additional films or grooves among the plurality of additional films or the plurality of grooves, and the width of the plurality of additional films or the plurality of grooves. The width between the additional film or the groove closest to the resonant region among the grooves and the resonant region is 0.2 times or more the total thickness of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode in the resonant region. In addition, it is possible to have a configuration in which the ratio is 1.5 times or less.

上記構成において、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅は、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下であり、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅は、隣接する付加膜または溝の間の領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下であり、前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅は、前記複数の付加膜または前記複数の溝が設けられた領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下である構成とすることができる。 In the above configuration, the width between the additional film or groove closest to the resonance region among the plurality of additional films or the plurality of grooves and the resonance region is the width between the additional film or the groove closest to the resonance region among the plurality of additional films or the plurality of grooves. 0.2 times or more and 0.8 times or less the wavelength of an elastic wave propagating in the plane direction in a region between the additional film or groove closest to the resonant region and the resonant region, and the wavelength of the plurality of additional films or the The width between adjacent additional films or grooves among the plurality of grooves is 0.2 times or more and 0.8 times or less the wavelength of an elastic wave propagating in the plane direction in the area between adjacent additional films or grooves. The width of the plurality of additional films or the plurality of grooves is 0.2 times or more the wavelength of the elastic wave propagating in the plane direction in the region where the plurality of additional films or the plurality of grooves are provided, and It is possible to have a configuration in which the number is 8 times or less.

上記構成において、前記複数の付加膜の厚さまたは前記複数の溝の深さは、前記下部電極および前記圧電膜の合計の厚さの0.05倍以上である構成とすることができる。 In the above structure, the thickness of the plurality of additional films or the depth of the plurality of grooves may be 0.05 times or more the total thickness of the lower electrode and the piezoelectric film.

上記構成において、前記複数の付加膜、前記基板と前記積層膜との間、前記積層膜内または前記積層膜上に設けられた複数の付加膜を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the plurality of additional films may include a plurality of additional films provided between the substrate and the laminated film, within the laminated film, or on the laminated film.

上記構成において、前記複数の溝は、前記基板の前記積層膜側の面または前記積層膜が含む複数の層に設けられた複数の溝を含む構成とすることができる。 In the above structure, the plurality of grooves may include a plurality of grooves provided in a surface of the substrate on the laminated film side or in a plurality of layers included in the laminated film.

上記構成において、前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅は互いに同じであり、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅と、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅と、は互いに同じである構成とすることができる。 In the above structure, the widths of the plurality of additional films or the plurality of grooves are the same, and the width between adjacent additional films or grooves among the plurality of additional films or the plurality of grooves is the same as the width of the plurality of additional films or the plurality of grooves. The width between the resonant region and the additional film or groove closest to the resonant region among the films or the plurality of grooves may be the same.

上記構成において、前記複数の付加膜または前記複数の溝は、前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて3個以上設けられている構成とすることができる。
In the above structure, three or more of the plurality of additional films or the plurality of grooves may be provided apart from each other in a direction connecting the resonance region and the end surface of the piezoelectric film.

上記構成において、前記共振領域の中央領域に設けられておらず、前記共振領域内において前記共振領域の外周に沿って前記中央領域の少なくとも一部を囲うように、前記下部電極と前記上部電極との間に挿入され挿入膜を備える構成とすることができる。 In the above configuration, the lower electrode and the upper electrode are not provided in the central region of the resonant region, and are arranged in the resonant region so as to surround at least a part of the central region along the outer periphery of the resonant region. The configuration may include an insertion membrane inserted between the two.

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。 The present invention is a filter including the piezoelectric thin film resonator described above.

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer including the above filter.

本発明によれば、安定な特性を得ることを目的とする。 According to the present invention, it is an object to obtain stable characteristics.

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。FIG. 1(a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to Example 1, and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 1(a). 図2は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. 図3(a)から図3(c)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。3(a) to 3(c) are cross-sectional views showing a method of manufacturing a piezoelectric thin film resonator according to Example 1. FIG. 図4は、比較例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Comparative Example 1. 図5は、シミュレーション1における幅D5に対するQaを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing Qa with respect to the width D5 in simulation 1. 図6は、シミュレーション2における幅D1とD3に対するQaを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing Qa for widths D1 and D3 in simulation 2. 図7(a)および図7(b)は、シミュレーション3におけるD4に対するQaを示す図である。FIGS. 7(a) and 7(b) are diagrams showing Qa for D4 in simulation 3. 図8は、シミュレーション3における付加膜の個数に対するQaの平均および標準偏差を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the average and standard deviation of Qa with respect to the number of additional films in simulation 3. 図9(a)から図9(c)は、実施例1のそれぞれ変形例1から3に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 1 to 3 of Example 1, respectively. 図10(a)から図10(c)は、実施例1のそれぞれ変形例4から6に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 4 to 6 of Example 1, respectively. 図11(a)から図11(c)は、実施例1のそれぞれ変形例7から9に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 7 to 9 of Example 1, respectively. 図12(a)から図12(c)は、実施例1のそれぞれ変形例10から12に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 10 to 12 of Example 1, respectively. 図13(a)から図13(c)は、実施例1のそれぞれ変形例13から15に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 13A to 13C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 13 to 15 of Example 1, respectively. 図14(a)から図14(c)は、実施例1のそれぞれ変形例16から18に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 14A to 14C are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 16 to 18 of Example 1, respectively. 図15(a)および図15(b)は、実施例1のそれぞれ変形例19および20に係る圧電薄膜共振器の断面図である。FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 19 and 20 of Example 1, respectively. 図16(a)は、実施例2に係るフィルタの回路図、 図16(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。16(a) is a circuit diagram of a filter according to a second embodiment, and FIG. 16(b) is a circuit diagram of a duplexer according to a first modification of the second embodiment.

以下、図面を参照し実施例について説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

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)は、主に下部電極12、圧電膜14、上部電極16および付加膜17を図示している。 FIG. 1(a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to Example 1, and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 1(a). FIG. 1A mainly shows the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, the upper electrode 16, and the additional film 17.

図1(a)および図1(b)を参照し、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。基板10は例えばシリコン(Si)基板である。下部電極12は下層12aと上層12bとを含んでいる。下層12aおよび上層12bは例えばそれぞれクロム(Cr)膜およびルテニウム(Ru)膜である。 Referring to FIGS. 1(a) and 1(b), a lower electrode 12 is provided on a substrate 10. As shown in FIG. 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 such that the height of the void 30 is small around the void 30 and becomes larger toward the inside of the void 30. The substrate 10 is, for example, a silicon (Si) substrate. The lower electrode 12 includes a lower layer 12a and an upper layer 12b. The lower layer 12a and the upper layer 12b are, for example, a chromium (Cr) film and a ruthenium (Ru) film, respectively.

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C軸配向性を有する窒化アルミニウムを主成分とする。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とを含む。 A piezoelectric film 14 is provided on the lower electrode 12. The piezoelectric film 14 has, for example, aluminum nitride as a main component having C-axis orientation. 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.

圧電膜14を挟み下部電極12と対向するように圧電膜14上に上部電極16が設けられている。上部電極16は下層16aおよび上層16bを含んでいる。下層16aおよび上層16bは例えばそれぞれルテニウム膜およびクロム膜である。共振領域50は、圧電膜14の少なくとも一部を挟み下部電極12と上部電極16とが平面視において重なる領域で規定される。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。平面視において共振領域50は空隙30に重なり、空隙30は共振領域50と同じか大きい。すなわち、平面視において共振領域50の全ては空隙30と重なる。 An upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 so as to face the lower electrode 12 with the piezoelectric film 14 in between. Upper electrode 16 includes a lower layer 16a and an upper layer 16b. The lower layer 16a and the upper layer 16b are, for example, a ruthenium film and a chromium film, respectively. The resonance region 50 is defined by a region where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 overlap in plan view with at least a portion of the piezoelectric film 14 sandwiched therebetween. The resonance region 50 has an elliptical shape, and is a region where elastic waves in the thickness longitudinal vibration mode resonate. In a plan view, the resonance region 50 overlaps the air gap 30, and the air gap 30 is the same as or larger than the resonance area 50. That is, all of the resonance region 50 overlaps with the air gap 30 in plan view.

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は例えば酸化シリコン膜である。挿入膜28は共振領域50内の中央領域54に設けられておらず、共振領域50内において中央領域54を囲み共振領域50の外周に沿う外周領域52に設けられている。挿入膜28は、中央領域54を囲む少なくとも一部の領域に設けられていればよい。 An insertion film 28 is provided between the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. The insertion film 28 is, for example, a silicon oxide film. The insertion film 28 is not provided in the central region 54 within the resonant region 50 but is provided in the outer peripheral region 52 surrounding the central region 54 and along the outer periphery of the resonant region 50 within the resonant region 50 . The insertion film 28 only needs to be provided in at least a part of the area surrounding the central area 54.

引き出し領域58および60はそれぞれ下部電極12および上部電極16が共振領域50から引き出される領域である。引き出し領域58では共振領域50の外周は上部電極16の外周により規定され、下部電極12の外周は共振領域50の外周より外側に位置する。引き出し領域60では共振領域50の外周は下部電極12の外周により規定され、上部電極16の外周は共振領域50の外周より外側に位置する。これにより、下部電極12と上部電極16の位置合わせがずれても共振領域50の面積の変化を小さくできる。 Extraction regions 58 and 60 are regions where lower electrode 12 and upper electrode 16 are extracted from resonance region 50, respectively. In the extraction region 58 , the outer periphery of the resonant region 50 is defined by the outer periphery of the upper electrode 16 , and the outer periphery of the lower electrode 12 is located outside the outer periphery of the resonant region 50 . In the extraction region 60 , the outer periphery of the resonant region 50 is defined by the outer periphery of the lower electrode 12 , and the outer periphery of the upper electrode 16 is located outside the outer periphery of the resonant region 50 . Thereby, even if the lower electrode 12 and the upper electrode 16 are misaligned, the change in the area of the resonance region 50 can be reduced.

引き出し領域58では、上部圧電膜14bの端面62は共振領域50の外周より外側に位置する。下部圧電膜14aの端面64は上部圧電膜14bの端面62より外側に位置する。下部圧電膜14aの端面64は上部圧電膜14bの端面62と略一致していてもよい。領域56は、上部圧電膜14bの端面と共振領域50の外周との間の領域である。 In the extraction region 58, the end surface 62 of the upper piezoelectric film 14b is located outside the outer periphery of the resonance region 50. The end surface 64 of the lower piezoelectric film 14a is located outside the end surface 62 of the upper piezoelectric film 14b. The end surface 64 of the lower piezoelectric film 14a may substantially match the end surface 62 of the upper piezoelectric film 14b. The region 56 is a region between the end surface of the upper piezoelectric film 14b and the outer periphery of the resonance region 50.

領域56において、圧電膜14上に複数の付加膜17が設けられている。複数の付加膜17は、共振領域50から離れる方向に配列し、共振領域50を囲むように設けられている。 In region 56, a plurality of additional films 17 are provided on piezoelectric film 14. The plurality of additional films 17 are arranged in a direction away from the resonance region 50 and are provided so as to surround the resonance region 50.

上部電極16および付加膜17を覆うように周波数調整膜24として酸化シリコン膜が形成されている。周波数調整膜24はパッシベーション膜として機能してもよい。 A silicon oxide film is formed as a frequency adjustment film 24 so as to cover the upper electrode 16 and additional film 17 . The frequency adjustment film 24 may function as a passivation film.

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。 As shown in FIG. 1A, an introduction path 33 for etching the sacrificial layer is formed in the lower electrode 12. The sacrificial layer is a layer for forming voids 30. The vicinity of the tip of the introduction path 33 is not covered with the piezoelectric film 14, and the lower electrode 12 has a hole 35 at the tip of the introduction path 33.

図2は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図2は、領域56を共振領域50に比べ横方向に拡大した図である。図2に示すように、領域56では、下部電極12、挿入膜28および圧電膜14を含む積層膜18上に付加膜17が設けられている。付加膜17は、下層16aおよび上層16bを備えている。複数の付加膜17は周期的に設けられている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. FIG. 2 is a laterally enlarged view of region 56 compared to resonance region 50. In FIG. As shown in FIG. 2, in the region 56, the additional film 17 is provided on the laminated film 18 including the lower electrode 12, the insertion film 28, and the piezoelectric film 14. The additional film 17 includes a lower layer 16a and an upper layer 16b. The plurality of additional films 17 are provided periodically.

領域56aに付加膜17が設けられている。付加膜17の共振領域50と端面62との方向における幅はD1である。隣接する付加膜17の間の領域56bには付加膜17が設けられていない。領域56bの幅はD2である。最も内側の付加膜17と共振領域50と間の領域56cには付加膜17は設けられていない。領域56cの幅はD3である。最も外側の付加膜17と端面62との間の領域56dには付加膜が設けられていない。領域56dの幅はD4である。複数の付加膜17の幅D1は互いに製造誤差程度に略等しく、付加膜17の間の幅D2は互いに製造誤差程度に略等しく、幅D2およびD3は、互いに製造誤差程度に略等しい。幅D4は後述のようにばらつく。領域56の幅はD5である。 Additional film 17 is provided in region 56a. The width of the additional film 17 in the direction of the resonance region 50 and the end face 62 is D1. No additional film 17 is provided in the region 56b between adjacent additional films 17. The width of the region 56b is D2. No additional film 17 is provided in a region 56c between the innermost additional film 17 and the resonance region 50. The width of the region 56c is D3. No additional film is provided in a region 56d between the outermost additional film 17 and the end surface 62. The width of the region 56d is D4. The widths D1 of the plurality of additional films 17 are approximately equal to each other to the extent of manufacturing error, the widths D2 between the additional films 17 are approximately equal to each other to the extent of manufacturing error, and the widths D2 and D3 are approximately equal to each other to the extent of manufacturing error. The width D4 varies as described below. The width of the region 56 is D5.

基板10としては、シリコン基板以外にサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、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、上部電極16および付加膜17としては、ルテニウムおよびクロム以外にもアルミニウム(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。例えば、上部電極16の下層16aをルテニウム、上層16bを、モリブデンとしてもよい。付加膜17は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の絶縁膜でもよい。 As the substrate 10, in addition to a silicon substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, a spinel substrate, a quartz substrate, a crystal substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a GaAs substrate, or the like can be used. In addition to ruthenium and chromium, the lower electrode 12, upper electrode 16, and additional film 17 may include aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), A single layer film of platinum (Pt), rhodium (Rh), or iridium (Ir), or a laminated film of these films can be used. For example, the lower layer 16a of the upper electrode 16 may be made of ruthenium, and the upper layer 16b may be made of molybdenum. The additional film 17 may be an insulating film made of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, or the like.

圧電膜14は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ガリウム(GaN)、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、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、スカンジウム(Sc)、2族元素もしくは12族元素と4族元素との2つの元素、または2族元素もしくは12族元素と5族元素との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)であり、12族元素は例えば亜鉛(Zn)である。4族元素は、例えばチタン、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、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、ボロン(B)を含んでもよい。 In addition to aluminum nitride, the piezoelectric film 14 can be made of zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), or the like. Further, for example, the piezoelectric film 14 mainly contains aluminum nitride, and may also contain other elements to improve resonance characteristics or piezoelectricity. For example, by using scandium (Sc), two elements, a group 2 element or a group 12 element and a group 4 element, or two elements, a group 2 element or a group 12 element and a group 5 element, as the additive element, The piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved. 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), and strontium (Sr), and group 12 elements are, for example, zinc (Zn). Group 4 elements are, for example, titanium, zirconium (Zr) or hafnium (Hf). Group 5 elements are, for example, tantalum, niobium (Nb) or vanadium (V). Furthermore, the piezoelectric film 14 mainly contains aluminum nitride and may also contain 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である。挿入膜28は、酸化シリコン以外に、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅、チタン、白金、タンタルまたはクロ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。周波数調整膜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膜等の窒化金属膜または酸化金属膜を用いることができる。 The insertion film 28 is made of a material having a smaller Young's modulus and/or acoustic impedance than the piezoelectric film 14 . In addition to silicon oxide, the insertion film 28 can be a single layer film or a laminated film of aluminum (Al), gold (Au), copper, titanium, platinum, tantalum, chromium, or the like. As the frequency adjustment film 24, in addition to the silicon oxide film, a metal nitride film such as a silicon nitride film or an aluminum nitride film, or a metal oxide film can be used.

[実施例1の製造方法]
図3(a)から図3(c)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。図3(a)に示すように、基板10上に犠牲層38を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い成膜する。犠牲層38は、例えば厚さが10nmから100nmの酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、ゲルマニウム(Ge)または酸化シリコン(SiO)等である。その後、犠牲層38を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層38の形状は、空隙30の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域50となる領域を含む。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。その後、下部電極12を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法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 of Example 1]
3(a) to 3(c) are cross-sectional views showing a method of manufacturing a piezoelectric thin film resonator according to Example 1. FIG. As shown in FIG. 3A, a sacrificial layer 38 is formed on the substrate 10 using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The sacrificial layer 38 is made of magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO), germanium (Ge), silicon oxide (SiO 2 ), etc., and has a thickness of 10 nm to 100 nm, for example. Thereafter, the sacrificial layer 38 is patterned into a desired shape using photolithography and etching. The shape of the sacrificial layer 38 corresponds to the planar shape of the void 30, and includes a region that will become the resonance region 50, for example. A lower layer 12a and an upper layer 12b are formed as the lower electrode 12 on the sacrificial layer 38 and the substrate 10 using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method. Thereafter, the lower electrode 12 is patterned into a desired shape using photolithography and etching. 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を、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い成膜する。下部圧電膜14a上に挿入膜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法およびエッチング法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。 As shown in FIG. 3B, a lower piezoelectric film 14a is formed on the lower electrode 12 and the substrate 10 using, for example, a sputtering method or a vacuum evaporation method. The insertion film 28 is formed on the lower piezoelectric film 14a using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method. The insertion film 28 is patterned into a desired shape using photolithography and etching. The insertion film 28 may be formed by a lift-off method.

図3(c)に示すように、挿入膜28および下部圧電膜14a上に上部圧電膜14bを、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い成膜する。下部圧電膜14aと上部圧電膜14bにより圧電膜14が形成される。圧電膜14上に上部電極16として下層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。その後、上部電極16および付加膜17を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。上部電極16および付加膜17は、リフトオフ法により形成してもよい。上部圧電膜14bをフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。下部圧電膜14aを挿入膜28をマスクにエッチングする。 As shown in FIG. 3C, the upper piezoelectric film 14b is formed on the insertion film 28 and the lower piezoelectric film 14a using, for example, a sputtering method or a vacuum evaporation method. The piezoelectric film 14 is formed by the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. A lower layer 16a and an upper layer 16b are formed as the upper electrode 16 on the piezoelectric film 14 using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method. Thereafter, the upper electrode 16 and additional film 17 are patterned into a desired shape using photolithography and etching. The upper electrode 16 and additional film 17 may be formed by a lift-off method. The upper piezoelectric film 14b is patterned into a desired shape using photolithography and etching. The lower piezoelectric film 14a is etched using the insertion film 28 as a mask.

周波数調整膜24を例えばスパッタリング法またはCVD法を用い形成する。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い周波数調整膜24を所望の形状にパターニングする。その後、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の下の犠牲層38に導入する。これにより、犠牲層38が除去される。これにより、下部電極12と基板10との間にドーム状の膨らみを有する空隙30が形成される。以上により、図1(a)および図1(b)に示した圧電薄膜共振が製造される。 The frequency adjustment film 24 is formed using, for example, a sputtering method or a CVD method. The frequency adjustment film 24 is patterned into a desired shape using a photolithography method and an etching method. Thereafter, an etching solution 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)). As a result, the sacrificial layer 38 is removed. As a result, a gap 30 having a dome-shaped bulge is formed between the lower electrode 12 and the substrate 10. Through the above steps, the piezoelectric thin film resonance shown in FIGS. 1(a) and 1(b) is manufactured.

[比較例1]
図4は、比較例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図4に示すように、比較例1では領域56に付加膜17は形成されていない。その他の構成は実施例1と同じである。
[Comparative example 1]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 4, in Comparative Example 1, the additional film 17 was not formed in the region 56. The other configurations are the same as in the first embodiment.

[シミュレーション1]
領域56の幅D5を変え、比較例1における反共振周波数におけるQ値(Qa)をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
周波数調整膜24:厚さが52nmの酸化シリコン膜
上層16b:厚さが22nmのクロム膜
下層16a:厚さが219nmのルテニウム膜
挿入膜28:厚さが150nmの酸化シリコン膜
圧電膜14:厚さが1163nmのマグネシウム、ハフニウム添加の窒化アルミニウム膜
上層12b:厚さが278nmのルテニウム膜
下層12a:厚さが96nmのクロム膜
基板10:シリコン基板
共振領域50の幅:84μm
シミュレーションは、1800MHzから2100MHzの交流電圧を下部電極12と上部電極16との間に印加しアドミッタンスの周波数依存を算出した。算出結果をmBVDモデルでフィッティングし、Qaを算出した。
[Simulation 1]
The Q value (Qa) at the antiresonant frequency in Comparative Example 1 was simulated by changing the width D5 of the region 56. The simulation conditions are as follows.
Frequency adjustment film 24: Silicon oxide film with a thickness of 52 nm Upper layer 16b: Chromium film with a thickness of 22 nm Lower layer 16a: Ruthenium film with a thickness of 219 nm Insertion film 28: Silicon oxide film with a thickness of 150 nm Piezoelectric film 14: Thickness Magnesium and hafnium added aluminum nitride film with a diameter of 1163 nm Upper layer 12b: Ruthenium film with a thickness of 278 nm Lower layer 12a: Chromium film with a thickness of 96 nm Substrate 10: Silicon substrate Width of resonance region 50: 84 μm
In the simulation, an AC voltage of 1800 MHz to 2100 MHz was applied between the lower electrode 12 and the upper electrode 16, and the frequency dependence of admittance was calculated. The calculation results were fitted with the mBVD model to calculate Qa.

図5は、シミュレーション1における幅D5に対するQaを示す図である。図5に示すように、領域56の幅D5が変化すると反共振周波数におけるQ値Qaが変化する。下部電極12に電気的に接続するためには下部電極12上の圧電膜14を例えばエッチング法を用い除去する。圧電膜14をエッチングするときのサイドエッチング量はウエハ内およびウエハ間で変動する。特に、圧電膜14の厚さが付加膜17に比べ厚いとき、および/または、圧電膜14をウェットエッチング法を用いエッチングするとき、圧電膜14のサイドエッチング量が変動しやすい。このため、D5が変動し、Q値等の特性の変動が大きくなる。 FIG. 5 is a diagram showing Qa with respect to the width D5 in simulation 1. As shown in FIG. 5, when the width D5 of the region 56 changes, the Q value Qa at the anti-resonant frequency changes. In order to electrically connect to the lower electrode 12, the piezoelectric film 14 on the lower electrode 12 is removed using, for example, an etching method. The amount of side etching when etching the piezoelectric film 14 varies within a wafer and between wafers. In particular, when the piezoelectric film 14 is thicker than the additional film 17 and/or when the piezoelectric film 14 is etched using a wet etching method, the amount of side etching of the piezoelectric film 14 tends to fluctuate. For this reason, D5 fluctuates, and fluctuations in characteristics such as the Q value become large.

[シミュレーション2]
次に、1個の付加膜17を設けた圧電薄膜共振器についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
付加膜17の個数:1個
領域56の幅D5:50μm
付加膜17の幅D1および共振領域50と付加膜17と間の領域56cの幅D3を変えた。その他のシミュレーション条件はシミュレーション1と同じである。
[Simulation 2]
Next, a piezoelectric thin film resonator provided with one additional film 17 was simulated. The simulation conditions are as follows.
Number of additional films 17: 1 Width D5 of region 56: 50 μm
The width D1 of the additional film 17 and the width D3 of the region 56c between the resonance region 50 and the additional film 17 were changed. Other simulation conditions are the same as simulation 1.

図6は、シミュレーション2における幅D1とD3に対するQaを示す図である。図6に示すように、おおむね幅D1と幅D3の和に対しQaが変動している。Qaが極大となるのは、D1=1.8μmおよびD3=2.2μmのときである。 FIG. 6 is a diagram showing Qa for widths D1 and D3 in simulation 2. As shown in FIG. 6, Qa roughly varies with respect to the sum of width D1 and width D3. Qa reaches its maximum when D1=1.8 μm and D3=2.2 μm.

[シミュレーション3]
一定の周期で付加膜17の個数を変え圧電薄膜共振器についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
付加膜17の幅D1:1.8μm
領域56bおよび56cの幅D2、D3:2.2μm
付加膜17の個数および領域56dの幅D4を変化させた。その他のシミュレーション条件はシミュレーション1と同じである。
[Simulation 3]
A piezoelectric thin film resonator was simulated by changing the number of additional films 17 at regular intervals. The simulation conditions are as follows.
Width D1 of additional film 17: 1.8 μm
Widths D2 and D3 of regions 56b and 56c: 2.2 μm
The number of additional films 17 and the width D4 of the region 56d were varied. Other simulation conditions are the same as simulation 1.

図7(a)および図7(b)は、シミュレーション3におけるD4に対するQaを示す図である。図7(a)は、付加膜17の個数が、0、1、2および3個を示し、図7(b)は、付加膜17の個数が、0、4、5および6個を示す。付加膜17の個数が0個のときの横軸はD5である。各ドットはシミュレーション点を示し、各線はドットをつなぐ線である。 FIGS. 7(a) and 7(b) are diagrams showing Qa for D4 in simulation 3. FIG. 7A shows cases where the number of additional films 17 is 0, 1, 2, and 3, and FIG. 7B shows cases where the number of additional films 17 is 0, 4, 5, and 6. When the number of additional films 17 is 0, the horizontal axis is D5. Each dot indicates a simulation point, and each line is a line connecting the dots.

図7(a)および図7(b)に示すように、付加膜17の個数が0個に比べ、付加膜17の個数を増やすとQaが大きくなる。また、D4またはD5に対するQaの変動が小さくなる。 As shown in FIGS. 7(a) and 7(b), Qa increases as the number of additional films 17 increases compared to when the number of additional films 17 is zero. Further, the fluctuation of Qa with respect to D4 or D5 is reduced.

図8は、シミュレーション3における付加膜の個数に対するQaの平均および標準偏差を示す図である。Qa平均のドットに付加されたエラーバーは最大値および最小値を示す。図8に示すように、付加膜17の個数が増えるとQaの平均値が大きくなる。また、付加膜17の個数が増えるとQaの標準偏差およびエラーバーの大きさが小さくなる。 FIG. 8 is a diagram showing the average and standard deviation of Qa with respect to the number of additional films in simulation 3. Error bars added to the Qa average dots indicate maximum and minimum values. As shown in FIG. 8, as the number of additional films 17 increases, the average value of Qa increases. Furthermore, as the number of additional films 17 increases, the standard deviation of Qa and the size of the error bar become smaller.

共振領域50から横方向(圧電膜14の平面方向)に伝搬する弾性波(横モード弾性波)が漏洩するとQ値等が低下する。挿入膜28の内周において横モード弾性波が反射することでQ値等を向上できる。付加膜17を設けると共振領域50の外周、付加膜17の両端部で横モード弾性波が反射する。さらに、付加膜17の個数を増やすと横モード弾性波が反射する箇所が増えるためQ値等を向上できると考えられる。 When elastic waves (transverse mode elastic waves) propagating in the lateral direction (in the plane direction of the piezoelectric film 14) leak from the resonance region 50, the Q value and the like decrease. By reflecting transverse mode acoustic waves at the inner periphery of the insertion film 28, the Q value etc. can be improved. When the additional film 17 is provided, transverse mode acoustic waves are reflected at the outer periphery of the resonance region 50 and at both ends of the additional film 17. Furthermore, it is thought that increasing the number of additional films 17 increases the number of locations where transverse mode acoustic waves are reflected, thereby improving the Q value and the like.

シミュレーション1において、D5に対するQaの変動が大きくなる理由は、圧電膜14の端面62で反射した横モード弾性波の位相が幅D5によって変わるためと考えられる。付加膜17の個数を増やすと、端面62まで到達する横モード弾性波が減るため、D4を変えてもQaの変動は小さいと考えられる。付加膜17の個数が増えれば、端面62まで到達する横モード弾性波が減るため、Qaの変動はより小さくなると考えられる。 In simulation 1, the reason why the variation in Qa with respect to D5 becomes large is considered to be that the phase of the transverse mode acoustic wave reflected by the end face 62 of the piezoelectric film 14 changes depending on the width D5. If the number of additional films 17 is increased, the number of transverse mode acoustic waves reaching the end face 62 is reduced, so it is considered that the variation in Qa is small even if D4 is changed. It is considered that as the number of additional films 17 increases, the number of transverse mode acoustic waves that reach the end face 62 decreases, so that the fluctuation in Qa becomes smaller.

共振領域50、付加膜17が設けられていない領域56bから56dおよび付加膜17が設けられた領域56aにおける横モード弾性波の波数を、板波の分散特性から算出した。波数から反共振周波数を1906MHzとして横モード弾性波の波長を算出した。 The wave numbers of the transverse mode elastic waves in the resonance region 50, the regions 56b to 56d where the additional film 17 is not provided, and the region 56a where the additional film 17 is provided were calculated from the dispersion characteristics of the plate wave. The wavelength of the transverse mode elastic wave was calculated from the wave number by setting the antiresonance frequency to 1906 MHz.

表1は、各領域における横モード弾性波の波数および波長を示す表である。

Figure 0007383404000001
Table 1 is a table showing the wave number and wavelength of transverse mode elastic waves in each region.
Figure 0007383404000001

表1に示すように、領域56bから56dでは共振領域50より横モード弾性波の波長が長く、領域56aでは共振領域50より横モード弾性波の波長が短い。図6において、Qaが極大となるD3=2.2μmは表1の領域56aの横モード弾性波の波長の1/2に近く、D1=1.8μmは表1の領域56bから56dの横モード弾性波の波長の1/2に近い。このように、幅D1からD3が横モード弾性波の波長の1/2に近いとQ値等が向上する。 As shown in Table 1, in the regions 56b to 56d, the wavelength of the transverse mode elastic wave is longer than that in the resonant region 50, and in the region 56a, the wavelength of the transverse mode acoustic wave is shorter than that in the resonant region 50. In FIG. 6, D3 = 2.2 μm, where Qa is maximum, is close to 1/2 of the wavelength of the transverse mode elastic wave in the region 56a in Table 1, and D1 = 1.8 μm is the transverse mode in regions 56b to 56d in Table 1. It is close to 1/2 of the wavelength of an elastic wave. In this way, when the widths D1 to D3 are close to 1/2 of the wavelength of the transverse mode elastic wave, the Q value etc. are improved.

以上の観点から、幅D1は、領域56aにおける横モード弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下が好ましく、0.3倍以上かつ0.7倍以下がより好ましく、0.4倍以上かつ0.6倍以下がさらに好ましい。幅D2およびD3は、領域56bおよび56cにおける横モード弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下が好ましく、0.3倍以上かつ0.7倍以下がより好ましく、0.4倍以上かつ0.6倍以下がさらに好ましい。 From the above viewpoint, the width D1 is preferably 0.2 times or more and 0.8 times or less, more preferably 0.3 times or more and 0.7 times or less, and 0. More preferably, it is 4 times or more and 0.6 times or less. The widths D2 and D3 are preferably 0.2 times or more and 0.8 times or less, more preferably 0.3 times or more and 0.7 times or less, and 0.4 times the wavelength of the transverse mode elastic waves in the regions 56b and 56c. More preferably, it is at least twice that amount and no more than 0.6 times.

共振領域50における縦モードの弾性波の波長は下部電極12、圧電膜14および上部電極16の厚さの合計である1.78μmのほぼ2倍である。周波数調整膜24は他の層に比べ薄いため無視した。幅D1からD3を横モード弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下とするためには、幅D1からD3を下部電極12、圧電膜14および上部電極16の厚さの0.2倍以上かつ1.2倍以下とすることが好ましく、0.3倍以上かつ1.1倍以下とすることがより好ましく、0.6倍以上かつ1.0倍以下とすることがさらに好ましい。 The wavelength of the longitudinal mode elastic wave in the resonance region 50 is approximately twice the total thickness of the lower electrode 12, piezoelectric film 14, and upper electrode 16, which is 1.78 μm. The frequency adjustment film 24 was ignored because it was thinner than other layers. In order to set the widths D1 to D3 to be 0.2 times or more and 0.8 times or less the wavelength of the transverse mode acoustic wave, the widths D1 to D3 must be set to 0.0 times the thickness of the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, and the upper electrode 16. .2 times or more and 1.2 times or less, more preferably 0.3 times or more and 1.1 times or less, and even more preferably 0.6 times or more and 1.0 times or less. preferable.

付加膜17における下層16aの厚さを変え、領域56aにおける横モード弾性波の波数および波長を算出した。表2は、付加膜17の下層16aの厚さT16a、付加膜17の厚さT17の領域56aにおける積層膜18(下部電極12、圧電膜14および挿入膜28)の厚さTに対する比T17/T、波数、波長および領域56bおよび56cにおける波数との波数差を示す表である。周波数調整膜24の厚さは無視した。

Figure 0007383404000002
The thickness of the lower layer 16a in the additional film 17 was changed, and the wave number and wavelength of the transverse mode acoustic wave in the region 56a were calculated. Table 2 shows the thickness T16a of the lower layer 16a of the additional film 17 and the ratio T17/ It is a table showing T, wave number, wavelength, and the wave number difference between the wave numbers in regions 56b and 56c. The thickness of the frequency adjustment film 24 was ignored.
Figure 0007383404000002

表2に示すように、付加膜17が厚くなると、波数が大きくなり波長は小さくなる。領域56aと領域56bからd56dとの波数差が大きくなると横モード弾性波の音響インピーダンス差が大きくなる。このため、領域56aと領域56bから56dとの境界における横モード弾性波の反射率が大きくなる。これにより、Q値等がより向上する。また、波数が大きくなると幅D1を小さくできるため小型化が可能となる。 As shown in Table 2, as the additional film 17 becomes thicker, the wave number increases and the wavelength decreases. As the wave number difference between the region 56a and the regions 56b to d56d increases, the acoustic impedance difference of transverse mode elastic waves increases. Therefore, the reflectance of transverse mode elastic waves at the boundaries between the region 56a and the regions 56b to 56d increases. This further improves the Q value and the like. Furthermore, as the wave number increases, the width D1 can be reduced, which allows for miniaturization.

以上の観点から付加膜17の厚さT17は積層膜18の厚さTの0.05倍以上が好ましく、0.1倍以上がより好ましい。付加膜17が厚くなると付加膜17の加工精度が悪くなる。よってT17/Tは1以下が好ましく、0.5以下がより好ましい。 From the above viewpoint, the thickness T17 of the additional film 17 is preferably 0.05 times or more, more preferably 0.1 times or more, the thickness T of the laminated film 18. As the additional film 17 becomes thicker, the processing accuracy of the additional film 17 deteriorates. Therefore, T17/T is preferably 1 or less, more preferably 0.5 or less.

図9(a)から図15(b)は、それぞれ実施例1の変形例1から20に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 9A to 15B are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 1 to 20 of Example 1, respectively.

[実施例1の変形例1]
図9(a)に示すように、実施例1の変形例1では、領域56aにおいて、付加膜15は圧電膜14上に設けられ、圧電膜14と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜15は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 1 of Example 1]
As shown in FIG. 9A, in the first modification of the first embodiment, the additional film 15 is provided on the piezoelectric film 14 in the region 56a, and is made of the same material as the piezoelectric film 14. The additional film 15 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例2]
図9(b)に示すように、実施例1の変形例2では、領域56aにおいて、付加膜27は挿入膜28と上部圧電膜14bとの間に設けられ、挿入膜28と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜27は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 2 of Example 1]
As shown in FIG. 9(b), in the second modification of the first embodiment, the additional film 27 is provided between the insertion film 28 and the upper piezoelectric film 14b in the region 56a, and is made of the same material as the insertion film 28. . The additional film 27 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例3]
図9(c)に示すように、実施例1の変形例3では、領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12と圧電膜14との間に設けられ、下部電極12の上層12bと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Variation 3 of Example 1]
As shown in FIG. 9(c), in the third modification of the first embodiment, the additional film 13 is provided between the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14 in the region 56a, and is made of the same material as the upper layer 12b of the lower electrode 12. Consisting of The additional film 13 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例4]
図10(a)に示すように、実施例1の変形例4では、領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12の下層12aと上層12bとの間に設けられ、下部電極12の下層12aと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 4 of Example 1]
As shown in FIG. 10A, in the fourth modification of the first embodiment, the additional film 13 is provided between the lower layer 12a and the upper layer 12b of the lower electrode 12 in the region 56a, and the additional film 13 is provided between the lower layer 12a and the upper layer 12b of the lower electrode 12. Made of the same material. The additional film 13 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

実施例1およびその変形例1から4では、領域56内の共振領域50に接する領域は付加膜13、15、17または27が設けられていない領域56cである。領域56bから56dの下部電極12、挿入膜28および圧電膜14の材料および厚さは共振領域50内の下部電極12、挿入膜28および圧電膜14の材料および厚さとそれぞれ実質的に同じである。領域56aでは、領域56bから56dの積層膜18に加え付加膜13、15、17または27が設けられている。付加膜13、15、17または27は積層膜18内または積層膜18上に設けられていればよい。付加膜の材料は接する層と同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。図9(b)から図10(a)では、付加膜27および13より上の層の上面が領域56内で平坦であるが、付加膜27および13より上の層の上面に付加膜27および13に対応する凹凸が形成されていてもよい。 In Example 1 and Modifications 1 to 4 thereof, the region in contact with the resonance region 50 within the region 56 is a region 56c in which the additional film 13, 15, 17, or 27 is not provided. The materials and thicknesses of the lower electrode 12, insertion film 28, and piezoelectric film 14 in regions 56b to 56d are substantially the same as those of the lower electrode 12, insertion film 28, and piezoelectric film 14, respectively, in the resonant region 50. . In region 56a, additional films 13, 15, 17, or 27 are provided in addition to the laminated films 18 in regions 56b to 56d. The additional films 13, 15, 17, or 27 may be provided within or on the laminated film 18. The material of the additional film may be the same as that of the layer in contact with it, or may be a different material. In FIGS. 9(b) to 10(a), the top surface of the layer above the additional films 27 and 13 is flat in the region 56, but the top surface of the layer above the additional films 27 and 13 is Concave and convex portions corresponding to 13 may be formed.

[実施例1の変形例5]
図10(b)に示すように、実施例1の変形例5では、領域56aにおいて、圧電膜14の上面に溝15aが設けられている。領域56bから56dには溝15aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Variation 5 of Example 1]
As shown in FIG. 10(b), in the fifth modification of the first embodiment, a groove 15a is provided in the upper surface of the piezoelectric film 14 in the region 56a. The grooves 15a are not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例6]
図10(c)に示すように、実施例1の変形例6では、領域56aにおいて、挿入膜28に溝27aが設けられている。領域56bから56dには溝27aは設けられていない。溝27aは挿入膜28を貫通している。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 6 of Example 1]
As shown in FIG. 10(c), in the sixth modification of the first embodiment, a groove 27a is provided in the insertion film 28 in the region 56a. The groove 27a is not provided in the regions 56b to 56d. The groove 27a passes through the insertion membrane 28. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例7]
図11(a)に示すように、実施例1の変形例7では、領域56aにおいて、下部電極12の上層12bの上面に溝13aが設けられている。領域56bから56dには溝13aは設けられていない。溝13aは上層12bを貫通していない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 7 of Example 1]
As shown in FIG. 11A, in the seventh modification of the first embodiment, a groove 13a is provided in the upper surface of the upper layer 12b of the lower electrode 12 in the region 56a. The groove 13a is not provided in the regions 56b to 56d. Groove 13a does not penetrate upper layer 12b. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例8]
図11(b)に示すように、実施例1の変形例8では、領域56aにおいて、基板10の上面に溝11aが設けられている。領域56bから56dには溝11aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 8 of Example 1]
As shown in FIG. 11(b), in the eighth modification of the first embodiment, a groove 11a is provided on the upper surface of the substrate 10 in the region 56a. No groove 11a is provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

実施例1の変形例5から8では、領域56内の共振領域50に接する領域は溝11a、13a、15aまたは27aが設けられていない領域56cである。領域56bから56dの下部電極12、挿入膜28および圧電膜14の材料および厚さは共振領域50内の下部電極12、挿入膜28および圧電膜14の材料および厚さとそれぞれ実質的に同じである。領域56aでは、領域56bから56dの積層膜18の少なくとも1つの層に溝11a、13a、15aまたは27aが設けられている。図10(c)から図11(b)では、溝11a、13aおよび27aより上の層の上面が領域56内で平坦であるが、溝11a、13aおよび27aより上の層の上面には溝11a、13aおよび27aに対応する凹凸が形成されていてもよい。 In Modifications 5 to 8 of Example 1, the region in contact with the resonance region 50 within the region 56 is a region 56c in which the grooves 11a, 13a, 15a, or 27a are not provided. The materials and thicknesses of the lower electrode 12, insertion film 28, and piezoelectric film 14 in regions 56b to 56d are substantially the same as those of the lower electrode 12, insertion film 28, and piezoelectric film 14, respectively, in the resonant region 50. . In the region 56a, a groove 11a, 13a, 15a, or 27a is provided in at least one layer of the laminated film 18 in the regions 56b to 56d. In FIGS. 10(c) to 11(b), the upper surface of the layer above grooves 11a, 13a, and 27a is flat in region 56, but the upper surface of the layer above grooves 11a, 13a, and 27a has grooves. Concave and convex portions corresponding to 11a, 13a, and 27a may be formed.

[実施例1の変形例9]
図11(c)に示すように、実施例1の変形例9では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、圧電膜14上に付加膜17が設けられている。領域56bから56dには付加膜17は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 9 of Example 1]
As shown in FIG. 11(c), in the ninth modification of the first embodiment, the insertion membrane 28 is not provided. An additional film 17 is provided on the piezoelectric film 14 in the region 56a. The additional film 17 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例10]
図12(a)に示すように、実施例1の変形例10では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜15は圧電膜14上に設けられ、圧電膜14と同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜15は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 10 of Example 1]
As shown in FIG. 12(a), in the tenth modification of the first embodiment, the insertion membrane 28 is not provided. In region 56a, additional film 15 is provided on piezoelectric film 14 and is made of the same material as piezoelectric film 14. The additional film 15 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例11]
図12(b)に示すように、実施例1の変形例11では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12と圧電膜14との間に設けられ、下部電極12の上層12bと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 11 of Example 1]
As shown in FIG. 12(b), in Modification 11 of Example 1, the insertion membrane 28 is not provided. In the region 56a, the additional film 13 is provided between the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14, and is made of the same material as the upper layer 12b of the lower electrode 12. The additional film 13 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例12]
図12(c)に示すように、実施例1の変形例12では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、付加膜13は下部電極12の下層12aと上層12bとの間に設けられ、下部電極12の下層12aと同じ材料からなる。領域56bから56dには付加膜13は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 12 of Example 1]
As shown in FIG. 12(c), in the twelfth modification of the first embodiment, the insertion membrane 28 is not provided. In the region 56a, the additional film 13 is provided between the lower layer 12a and the upper layer 12b of the lower electrode 12, and is made of the same material as the lower layer 12a of the lower electrode 12. The additional film 13 is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例13]
図13(a)に示すように、実施例1の変形例13では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、圧電膜14の上面に溝15aが設けられている。領域56bから56dには溝15aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 13 of Example 1]
As shown in FIG. 13(a), in the thirteenth modification of the first embodiment, the insertion membrane 28 is not provided. A groove 15a is provided in the upper surface of the piezoelectric film 14 in the region 56a. The grooves 15a are not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例14]
図13(b)に示すように、実施例1の変形例14では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、下部電極12の上層12bの上面に溝13aが設けられている。領域56bから56dには溝13aは設けられていない。溝13aは上層12bを貫通していない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 14 of Example 1]
As shown in FIG. 13(b), in the 14th modification of the first embodiment, the insertion membrane 28 is not provided. In the region 56a, a groove 13a is provided on the upper surface of the upper layer 12b of the lower electrode 12. The groove 13a is not provided in the regions 56b to 56d. Groove 13a does not penetrate upper layer 12b. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例15]
図13(c)に示すように、実施例1の変形例15では、挿入膜28が設けられていない。領域56aにおいて、基板10の上面に溝11aが設けられている。領域56bから56dには溝11aは設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 15 of Example 1]
As shown in FIG. 13(c), in modification example 15 of example 1, the insertion membrane 28 is not provided. A groove 11a is provided in the upper surface of the substrate 10 in the region 56a. No groove 11a is provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

実施例1の変形例9から15のように、共振領域50および領域56に挿入膜28は設けられていなくてもよい。 As in Modifications 9 to 15 of the first embodiment, the insertion film 28 may not be provided in the resonance region 50 and the region 56.

[実施例1の変形例16]
図14(a)に示すように、実施例1の変形例16では、付加膜17dは領域56aおよび56bに設けられ、領域56cおよび56dには設けられていない。付加膜17cは領域56aに設けられ、領域56bから56dには設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 16 of Example 1]
As shown in FIG. 14(a), in the sixteenth modification of the first embodiment, the additional film 17d is provided in regions 56a and 56b, but not in regions 56c and 56d. The additional film 17c is provided in the region 56a, and is not provided in the regions 56b to 56d. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例17]
図14(b)に示すように、実施例1の変形例17では、付加膜17の厚さが共振領域50側から端面64側にかけて小さくなる。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 17 of Example 1]
As shown in FIG. 14B, in Modification 17 of Example 1, the thickness of the additional film 17 decreases from the resonance region 50 side to the end face 64 side. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

[実施例1の変形例18]
図14(c)に示すように、実施例1の変形例18では、付加膜17の厚さが共振領域50側から端面64側にかけて大きくなる。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 18 of Example 1]
As shown in FIG. 14C, in Modification 18 of Example 1, the thickness of the additional film 17 increases from the resonance region 50 side to the end face 64 side. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

実施例1の変形例16から18のように、付加膜の厚さは均一でなくてもよい。実施例1およびその変形例1から15においても付加膜の厚さまたは溝の深さは均一でなくてもよい。 As in Modifications 16 to 18 of Example 1, the thickness of the additional film may not be uniform. Also in Example 1 and Modifications 1 to 15 thereof, the thickness of the additional film or the depth of the grooves may not be uniform.

[実施例1の変形例19]
図15(a)は、実施例1の変形例19に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図15(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。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。
[Modification 19 of Example 1]
FIG. 15A is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Modification Example 19 of Example 1. As shown in FIG. 15(a), a depression is formed on the upper surface of the substrate 10. The lower electrode 12 is formed flat on the substrate 10. As a result, a void 30 is formed in the depression of the substrate 10. The air gap 30 is formed to include a resonance region 50. The other configurations are the same as in Example 1, and the explanation will be omitted. The void 30 may be formed to penetrate the substrate 10.

[実施例1の変形例20]
図15(b)は、実施例1の変形例20に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図15(b)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高い膜31aと音響インピーダンスの低い膜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ほぼ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。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。
[Modification 20 of Example 1]
FIG. 15(b) is a cross-sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to Modification Example 20 of Example 1. As shown in FIG. 15(b), an acoustic reflection film 31 is formed under the lower electrode 12 in the resonance region 50. The acoustic reflection film 31 includes films 31a with high acoustic impedance and films 31b with low acoustic impedance alternately provided. The thicknesses of the films 31a and 31b are, for example, approximately λ/4 (λ is the wavelength of the elastic wave). The number of laminated films 31a and 31b can be set arbitrarily. The acoustic reflection film 31 may be formed by laminating at least two types of layers having different acoustic characteristics with an interval between them. Further, the substrate 10 may be one of at least two types of layers of the acoustic reflection film 31 having different acoustic characteristics. For example, the acoustic reflection film 31 may have a structure in which two films with different acoustic impedances are provided in the substrate 10. The other configurations are the same as in Example 1, and the explanation will be omitted.

実施例1およびその変形例1から19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20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。音響反射層は、空隙30または音響反射膜31を含めばよい。 As in Example 1 and Modifications 1 to 19 thereof, the piezoelectric thin film resonator may be an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) in which a gap 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 in the resonance region 50. . Further, as in the modification 20 of the first embodiment, the piezoelectric thin film resonator is an SMR (Solidly Mounted Resonator) that includes an acoustic reflection film 31 that reflects elastic waves propagating through the piezoelectric film 14 under the lower electrode 12 in the resonance region 50. ) is also fine. The acoustic reflection layer may include the void 30 or the acoustic reflection film 31.

実施例1およびその変形例1から8および16から20において、挿入膜28が共振領域50の外周領域52に設けられているが、挿入膜28は共振領域50の中央領域54を囲むように外周領域52の少なくとも一部に設けられていればよい。挿入膜28は共振領域50の外側に設けられてなくてもよい。挿入膜28は、共振領域50内の少なくとも一部に設けられていればよい。実施例1およびその変形例において、共振領域50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。 In the first embodiment and its modifications 1 to 8 and 16 to 20, the insertion film 28 is provided in the outer peripheral region 52 of the resonance region 50, but the insertion film 28 is provided in the outer peripheral region 54 of the resonance region 50. It is sufficient if it is provided in at least a portion of the region 52. The insertion film 28 does not need to be provided outside the resonance region 50. The insertion film 28 only needs to be provided in at least a portion of the resonance region 50. In the first embodiment and its modified examples, the planar shape of the resonance region 50 has been explained using an elliptical shape as an example, but it may also be a polygonal shape such as a quadrangular shape or a pentagonal shape.

実施例1およびその変形例によれば、付加膜13、15、17および27または溝11a、13aおよび15aは、領域56(すなわち共振領域50の外周のうち上部電極16の外周で規定される外周と圧電膜14の端面62との間の領域)における積層膜18に共振領域50から離れて設けられ、共振領域50との間には設けられていない。これにより、共振領域50から平面方向に伝搬する横モード弾性波が共振領域50の外周、付加膜または溝の共振領域50側の端部、および付加膜または溝の端面62側の端部の少なくとも3箇所で反射される。これにより、横モード弾性波の共振領域50外への漏洩が抑制され、Q値等の特性が向上する。また、端面62まで伝搬する弾性波が少なくなるため、端面62の位置の変動に起因する特性の変動が抑制され、特性が安定化する。 According to the first embodiment and its modifications, the additional films 13, 15, 17, and 27 or the grooves 11a, 13a, and 15a are formed in the region 56 (i.e., the outer periphery of the resonant region 50 defined by the outer periphery of the upper electrode 16). and the end surface 62 of the piezoelectric film 14), the layered film 18 is provided apart from the resonance region 50, and is not provided between the resonance region 50. As a result, transverse mode elastic waves propagating in the plane direction from the resonance region 50 are transmitted to at least the outer periphery of the resonance region 50, the end of the additional film or groove on the resonance region 50 side, and the end of the additional film or groove on the end surface 62 side. It is reflected in three places. As a result, leakage of transverse mode elastic waves to the outside of the resonance region 50 is suppressed, and characteristics such as the Q value are improved. Further, since the number of elastic waves propagating to the end face 62 is reduced, fluctuations in the characteristics due to fluctuations in the position of the end face 62 are suppressed, and the characteristics are stabilized.

付加膜または溝の幅D1および共振領域50と付加膜または溝との間の幅D3は、共振領域50における下部電極12、圧電膜14および上部電極16の合計の厚さの0.2倍以上かつ1.5倍以下である。これにより、少なくとも3箇所で反射された弾性波の位相が異なる。よって、Q値等の特性がより向上し、特性がより安定化する。D1およびD3は、各々下部電極12、圧電膜14および上部電極16の合計の厚さの0.3倍以上かつ1.1倍以下とすることがより好ましく、0.6倍以上かつ1.0倍以下とすることがさらに好ましい。 The width D1 of the additional film or groove and the width D3 between the resonance region 50 and the additional film or groove are at least 0.2 times the total thickness of the lower electrode 12, piezoelectric film 14, and upper electrode 16 in the resonance region 50. and 1.5 times or less. As a result, the phases of the elastic waves reflected at at least three locations are different. Therefore, the characteristics such as the Q value are further improved and the characteristics are further stabilized. D1 and D3 are more preferably 0.3 times or more and 1.1 times or less, respectively, 0.6 times or more and 1.0 times the total thickness of the lower electrode 12, piezoelectric film 14, and upper electrode 16, respectively. It is more preferable to make it less than double.

幅D3は、共振領域50と付加膜または溝との間の領域56cにおける平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下である。幅D1は、付加膜または溝が設けられた領域56aにおける平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下である。これにより、少なくとも3箇所で反射された弾性波の位相が異なる。よって、Q値等の特性がより向上し、特性がより安定化する。D1およびD3は、各々平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.3倍以上かつ0.7倍以下がより好ましく、0.4倍以上かつ0.6倍以下がさらに好ましい。 The width D3 is at least 0.2 times and at most 0.8 times the wavelength of the elastic wave propagating in the plane direction in the region 56c between the resonance region 50 and the additional film or groove. The width D1 is at least 0.2 times and at most 0.8 times the wavelength of the elastic wave propagating in the plane direction in the region 56a where the additional film or groove is provided. As a result, the phases of the elastic waves reflected at at least three locations are different. Therefore, the characteristics such as the Q value are further improved and the characteristics are further stabilized. D1 and D3 are each more preferably 0.3 times or more and 0.7 times or less, and even more preferably 0.4 times or more and 0.6 times or less, respectively, than the wavelength of the elastic wave propagating in the plane direction.

付加膜の厚さまたは溝の深さは、下部電極12および圧電膜14の合計の厚さの0.05倍以上である。これにより、付加膜または溝の両端部での弾性波の反射率が大きくなる。よって、Q値等の特性がより向上し、特性がより安定化する。付加膜の厚さまたは溝の深さは、下部電極12および圧電膜14の合計の厚さの0.1倍以上がより好ましい。付加膜の厚さまたは溝の深さは、下部電極12および圧電膜14の合計の厚さの1以下が好ましく、0.5以下がより好ましい。 The thickness of the additional film or the depth of the groove is 0.05 times or more the total thickness of the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14. This increases the reflectance of elastic waves at both ends of the additional film or groove. Therefore, the characteristics such as the Q value are further improved and the characteristics are further stabilized. The thickness of the additional film or the depth of the groove is more preferably 0.1 times or more the total thickness of the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14. The thickness of the additional film or the depth of the groove is preferably 1 or less, more preferably 0.5 or less of the total thickness of the lower electrode 12 and piezoelectric film 14.

付加膜または溝は、基板10と積層膜18との間、積層膜18内または積層膜18上に設けられた付加膜13、15、17および27を含んでもよいし、基板10の積層膜18側の面または積層膜18が含む層に設けられた溝11a、13aおよび15aを含んでもよい。 The additional film or groove may include additional films 13 , 15 , 17 and 27 provided between the substrate 10 and the laminated film 18 , within the laminated film 18 , or on the laminated film 18 , or may include additional films 13 , 15 , 17 and 27 provided between the substrate 10 and the laminated film 18 , or may include additional films 13 , 15 , 17 and 27 provided between the substrate 10 and the laminated film 18 It may also include grooves 11a, 13a, and 15a provided in the side surface or in the layers included in the laminated film 18.

付加膜または溝は、共振領域50と圧電膜14の端面62とを結ぶ方向に互いに離れて複数設けられている。これにより、Q値等の特性がより向上し、特性がより安定化する。付加膜または溝は、3個以上設けられていることが好ましく、4個以上設けられていることが好ましい。個数が多くなると大型化するため、付加膜または溝は、10個以下が好ましい。 A plurality of additional films or grooves are provided apart from each other in the direction connecting the resonance region 50 and the end surface 62 of the piezoelectric film 14 . This further improves the characteristics such as the Q value and makes the characteristics more stable. It is preferable that three or more additional films or grooves are provided, and it is preferable that four or more additional films or grooves are provided. The number of additional films or grooves is preferably 10 or less, since the larger the number, the larger the size.

中央領域54に設けられておらず、共振領域50内において共振領域50の外周に沿って中央領域54の少なくとも一部を囲うように、下部電極12と上部電極16との間に挿入され挿入膜28を備えてもよい。これにより、Q値をより向上できる。 An insertion film is not provided in the central region 54 and is inserted between the lower electrode 12 and the upper electrode 16 so as to surround at least a portion of the central region 54 along the outer periphery of the resonant region 50 within the resonant region 50. 28 may be provided. Thereby, the Q value can be further improved.

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16(a)は、実施例2に係るフィルタの回路図である。図16(a)に示すように、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。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。 Example 2 is an example of a filter and a duplexer using the piezoelectric thin film resonator of Example 1 and its modification. FIG. 16(a) is a circuit diagram of a filter according to the second embodiment. As shown in FIG. 16(a), one or more series resonators S1 to S4 are connected in series between the input terminal Tin and the 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 piezoelectric thin film resonator of Example 1 and its modifications can be used for at least one of the one or more series resonators S1 to S4 and the one or more parallel resonators P1 to P3. The number of resonators of the ladder filter can be set as appropriate.

図16(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16(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。 FIG. 16(b) is a circuit diagram of a duplexer according to a first modification of the second embodiment. As shown in FIG. 16(b), a transmission filter 40 is connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. A reception filter 42 is connected between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. The transmission filter 40 passes signals in the transmission band among the signals input from the transmission terminal Tx to the common terminal Ant as transmission signals, and suppresses signals at other frequencies. The reception filter 42 passes signals in the reception band among the signals input from the common terminal Ant to the reception terminal Rx as reception signals, and suppresses signals at other frequencies. At least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be the filter of the second embodiment.

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。 Although a duplexer has been described as an example of a multiplexer, a triplexer or a quadplexer may also be used.

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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.

10 基板
11a、13a、15a溝
12 下部電極
13、15、17、27 付加膜
14 圧電膜
14a 下部圧電膜
14b 上部圧電膜
16 上部電極
18 積層膜
28 挿入膜
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、56a-56d 領域
10 Substrate 11a, 13a, 15a groove 12 Lower electrode 13, 15, 17, 27 Additional film 14 Piezoelectric film 14a Lower piezoelectric film 14b Upper piezoelectric film 16 Upper electrode 18 Laminated film 28 Insert film 40 Transmission filter 42 Reception filter 50 Resonance region 52 Outer area 54 Central area 56, 56a-56d area

Claims (11)

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、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と平面視において重なる領域で規定される共振領域を形成するように設けられた上部電極と、
前記共振領域の外周のうち前記上部電極の外周で規定される外周の外側でありかつ前記圧電膜の端面の内側の領域における前記下部電極および前記圧電膜を含む積層膜に前記共振領域から離れ、前記共振領域の外周に沿って前記共振領域を囲むように延伸して設けられ前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて設けられた複数の付加膜または複数の溝と、
を備える圧電薄膜共振器。
A substrate and
a lower electrode provided on the substrate;
a piezoelectric film provided on the lower electrode;
an upper electrode provided on the piezoelectric film so as to form a resonance region defined by a region that overlaps the lower electrode in a plan view with at least a portion of the piezoelectric film sandwiched therebetween;
a laminated film including the lower electrode and the piezoelectric film in a region outside the outer periphery defined by the outer periphery of the upper electrode and inside the end surface of the piezoelectric film out of the outer periphery of the resonant region, away from the resonant region; a plurality of additional films or a plurality of grooves extending along the outer periphery of the resonant region so as to surround the resonant region and separated from each other in a direction connecting the resonant region and the end surface of the piezoelectric film; ,
A piezoelectric thin film resonator comprising:
前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅、および前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅は、前記共振領域における前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの0.2倍以上かつ1.5倍以下である請求項1に記載の圧電薄膜共振器。 The width of the plurality of additional films or the plurality of grooves, the width between adjacent additional films or grooves among the plurality of additional films or the plurality of grooves, and the width of the plurality of additional films or the plurality of grooves. The width between the additional film or groove closest to the resonant region and the resonant region is 0.2 times or more and 1.5 times the total thickness of the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode in the resonant region. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film resonator is less than twice as large. 前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅は、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下であり、
前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅は、隣接する付加膜または溝の間の領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下であり、
前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅は、前記複数の付加膜または前記複数の溝が設けられた領域における平面方向に伝搬する弾性波の波長の0.2倍以上かつ0.8倍以下である請求項1に記載の圧電薄膜共振器。
The width between the additional film or groove that is closest to the resonance region among the plurality of additional films or the plurality of grooves and the resonance region is the width between the additional film or groove that is closest to the resonance region among the plurality of additional films or the plurality of grooves. 0.2 times or more and 0.8 times or less the wavelength of an elastic wave propagating in the plane direction in a region between a nearby additional film or groove and the resonant region,
The width between adjacent additional films or grooves among the plurality of additional films or the plurality of grooves is 0.2 times or more the wavelength of an elastic wave propagating in a plane direction in a region between adjacent additional films or grooves. and is 0.8 times or less,
The width of the plurality of additional films or the plurality of grooves is 0.2 times or more and 0.8 times the wavelength of the elastic wave propagating in the plane direction in the region where the plurality of additional films or the plurality of grooves are provided. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, which is:
前記複数の付加膜の厚さまたは前記複数の溝の深さは、前記下部電極および前記圧電膜の合計の厚さの0.05倍以上である請求項2または3に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric thin film resonator according to claim 2 or 3, wherein the thickness of the plurality of additional films or the depth of the plurality of grooves is 0.05 times or more the total thickness of the lower electrode and the piezoelectric film. . 前記複数の付加膜は、前記基板と前記積層膜との間、前記積層膜内または前記積層膜上に設けられた複数の付加膜を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of additional films include a plurality of additional films provided between the substrate and the laminated film, within the laminated film, or on the laminated film. Thin film resonator. 前記複数の溝は、前記基板の前記積層膜側の面または前記積層膜が含む複数の層に設けられた複数の溝を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of grooves include a plurality of grooves provided in a surface of the substrate on the laminated film side or in a plurality of layers included in the laminated film. . 前記複数の付加膜または前記複数の溝の幅は互いに同じであり、
前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち隣接する付加膜または溝の間の幅と、前記複数の付加膜または前記複数の溝のうち前記共振領域に最も近い付加膜または溝と前記共振領域との間の幅と、は互いに同じである請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
The widths of the plurality of additional films or the plurality of grooves are the same,
The width between adjacent additional films or grooves among the plurality of additional films or the plurality of grooves, and the additional film or groove closest to the resonance region among the plurality of additional films or the plurality of grooves and the resonance region. The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 6, wherein the width between and is the same as each other.
前記複数の付加膜または前記複数の溝は、前記共振領域と前記圧電膜の端面とを結ぶ方向に互いに離れて3個以上設けられている請求項1から7のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of additional films or the plurality of grooves are provided in three or more spaces apart from each other in a direction connecting the resonance region and the end surface of the piezoelectric film. Thin film resonator. 前記共振領域の中央領域に設けられておらず、前記共振領域内において前記共振領域の外周に沿って前記中央領域の少なくとも一部を囲うように、前記下部電極と前記上部電極との間に挿入され挿入膜を備える請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The electrode is not provided in the central region of the resonant region, and is inserted between the lower electrode and the upper electrode so as to surround at least a portion of the central region along the outer periphery of the resonant region within the resonant region. 9. A piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 8, comprising an inserted membrane. 請求項1から9のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。 A filter comprising a piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。 A multiplexer comprising a filter according to claim 10.
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