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JP2008258799A - Thin film piezoelectric resonator - Google Patents

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JP2008258799A
JP2008258799A JP2007097129A JP2007097129A JP2008258799A JP 2008258799 A JP2008258799 A JP 2008258799A JP 2007097129 A JP2007097129 A JP 2007097129A JP 2007097129 A JP2007097129 A JP 2007097129A JP 2008258799 A JP2008258799 A JP 2008258799A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
upper electrode
piezoelectric resonator
film piezoelectric
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007097129A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Ohara
亮一 尾原
Tetsuya Ono
哲也 大野
Naoko Yanase
直子 梁瀬
Yasuaki Yasumoto
恭章 安本
Shingo Masuko
真吾 増子
Kenya Sano
賢也 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2007097129A priority Critical patent/JP2008258799A/en
Publication of JP2008258799A publication Critical patent/JP2008258799A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

【課題】共振特性の優れた薄膜圧電共振器を提供する。
【解決手段】キャビティが設けられた基板と、前記キャビティを覆うように前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、前記上部電極の上に設けられた質量負荷部と、を備え、前記質量負荷部は、前記キャビティの縁の直上を跨ぐように設けられていること、を特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。
【選択図】図1
A thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics is provided.
A substrate provided with a cavity, a lower electrode provided on the substrate so as to cover the cavity, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and a piezoelectric film provided on the piezoelectric film. A thin film piezoelectric device comprising: an upper electrode; and a mass load portion provided on the upper electrode, wherein the mass load portion is provided so as to straddle an edge of the cavity. A resonator is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、薄膜圧電共振器に関する。   The present invention relates to a thin film piezoelectric resonator.

近年の移動体無線端末の高性能化および高機能化に伴い、移動体無線端末に用いる部品の点数が大幅に増加しており、部品の小型化およびモジュール化などが重要となってきている。ここで、無線回路の中でも、特にフィルタは大きなスペースを占めており、無線回路を小型化し部品点数を削除するためには、フィルタの小型化およびモジュール化が必要となってきている。   With the recent enhancement in performance and functionality of mobile radio terminals, the number of parts used in mobile radio terminals has increased significantly, and miniaturization and modularization of parts have become important. Here, the filter occupies a large space in the wireless circuit, and in order to reduce the size of the wireless circuit and the number of parts, the filter must be downsized and modularized.

従来から用いられてきたフィルタとしては、例えば、誘電体フィルタ、表面弾性波(Surface Acoustic Wave:SAW)フィルタ、LCフィルタなどが挙げられるが、近年では、複数の薄膜バルク弾性波共振器(薄膜圧電共振器)を備えた共振器フィルタが、フィルタの小型化およびモジュール化に最も有望であると考えられている。   Conventionally used filters include, for example, a dielectric filter, a surface acoustic wave (SAW) filter, and an LC filter. In recent years, a plurality of thin film bulk acoustic wave resonators (thin film piezoelectrics) A resonator filter including a resonator is considered to be most promising for downsizing and modularization of the filter.

薄膜バルク弾性波共振器(薄膜圧電共振器)(以下、薄膜圧電共振器という)は、基板上に設けられた下部電極、下部電極に対向して設けられた上部電極、上部電極と下部電極とに挟まれた圧電体膜、下部電極の下方に設けられたキャビティを備えている。   A thin film bulk acoustic wave resonator (thin film piezoelectric resonator) (hereinafter referred to as a thin film piezoelectric resonator) includes a lower electrode provided on a substrate, an upper electrode provided to face the lower electrode, an upper electrode and a lower electrode, And a cavity provided below the lower electrode.

このような薄膜圧電共振器では、キャビティ領域の外の基板上において、上部電極と下部電極とが対向すると寄生容量が発生する。薄膜圧電共振器を共振器フィルタとして用いる場合、寄生容量はフィルタ特性劣化の要因となる。そのため、上部電極をキャビティ領域の外に引き出す部分の幅寸法を狭め、寄生容量の発生を抑制する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
また、上部電極と上部電極配線との電気的接合を確実にするため、キャビティ領域の外において上部電極と上部電極配線とを重ね合わせる技術が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。
In such a thin film piezoelectric resonator, parasitic capacitance occurs when the upper electrode and the lower electrode face each other on the substrate outside the cavity region. When a thin film piezoelectric resonator is used as a resonator filter, parasitic capacitance becomes a cause of filter characteristic deterioration. For this reason, a technique is disclosed in which the width of the portion where the upper electrode is drawn out of the cavity region is narrowed to suppress the generation of parasitic capacitance (see, for example, Patent Document 1).
Moreover, in order to ensure electrical connection between the upper electrode and the upper electrode wiring, a technique is disclosed in which the upper electrode and the upper electrode wiring are overlapped outside the cavity region (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、特許文献1や2に開示されているような技術では、下部電極を介して基板側に漏れる振動エネルギーの抑制が考慮されておらず、共振特性の改善に課題を有していた。
特表2006−503448号公報 特開2004−120494号公報
However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, suppression of vibration energy leaking to the substrate side through the lower electrode is not considered, and there is a problem in improving resonance characteristics.
JP-T-2006-503448 JP 2004-120494 A

本発明は、共振特性の優れた薄膜圧電共振器を提供する。   The present invention provides a thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics.

本発明の一態様によれば、キャビティが設けられた基板と、前記キャビティを覆うように前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、前記上部電極の上に設けられた質量負荷部と、を備え、前記質量負荷部は、前記キャビティの縁の直上を跨ぐように設けられていること、を特徴とする薄膜圧電共振器が提供される。   According to one aspect of the present invention, a substrate provided with a cavity, a lower electrode provided on the substrate so as to cover the cavity, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and the piezoelectric film An upper electrode provided on the upper electrode, and a mass load portion provided on the upper electrode, wherein the mass load portion is provided so as to straddle the edge of the cavity. A thin film piezoelectric resonator is provided.

本発明によれば、共振特性の優れた薄膜圧電共振器が提供される。   According to the present invention, a thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics is provided.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。
また、図2は、第1の比較例に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for illustrating the thin film piezoelectric resonator according to the first comparative example.

まず、図2に示す第1の比較例について説明をする。
図2(a)は、第1の比較例に係る薄膜圧電共振器10を例示するための模式部分断面図である。
図2(a)に示すように、基板2の上面には、図示しない熱酸化膜、図示しないパッシベーション膜、図示しない非晶質下地膜、下部電極3、圧電膜5、上部電極4、図示しない上部パッシベーション膜が、この順に下層から形成されている。基板2には基板2を貫通するキャビティ6が設けられ、キャビティ6の基板上面側開口部を覆うように下部電極3が設けられている。この下部電極3に対向するように上部電極4が設けられ、下部電極3と上部電極4との間には圧電膜5が設けられている。尚、キャビティ6の直上において上部電極4と下部電極3とが対向して重なる部分を共振器部7と呼ぶことにする。また、キャビティ6領域の外の基板2上において、上部電極4と下部電極3とが対向して重なる部分を寄生容量部8と呼ぶことにする。
First, the first comparative example shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 2A is a schematic partial cross-sectional view for illustrating the thin film piezoelectric resonator 10 according to the first comparative example.
As shown in FIG. 2A, on the upper surface of the substrate 2, a thermal oxide film (not shown), a passivation film (not shown), an amorphous base film (not shown), a lower electrode 3, a piezoelectric film 5, an upper electrode 4, not shown. The upper passivation film is formed from the lower layer in this order. The substrate 2 is provided with a cavity 6 penetrating the substrate 2, and a lower electrode 3 is provided so as to cover the opening on the substrate upper surface side of the cavity 6. An upper electrode 4 is provided so as to face the lower electrode 3, and a piezoelectric film 5 is provided between the lower electrode 3 and the upper electrode 4. Note that the portion where the upper electrode 4 and the lower electrode 3 overlap each other immediately above the cavity 6 is referred to as a resonator unit 7. In addition, a portion where the upper electrode 4 and the lower electrode 3 overlap each other on the substrate 2 outside the cavity 6 region is referred to as a parasitic capacitance portion 8.

ここで、各部の材料を例示するものとすれば、例えば、基板2をシリコン(Si)、図示しない熱酸化膜を酸化シリコン(SiO)、図示しないパッシベーション膜を窒化珪素(SiN)、図示しない非晶質下地膜をタンタルアルミニウム(TaAl)、下部電極3をアルミニウム(Al)、圧電膜5を窒化アルミニウム(AlN)、上部電極4をモリブデン(Mo)、図示しない上部パッシベーション膜を窒化珪素(SiN)とすることができる。尚、これらの材料に限定されるわけではなく適宜変更することができる。 Here, if the material of each part is exemplified, for example, the substrate 2 is silicon (Si), the thermal oxide film (not shown) is silicon oxide (SiO 2 ), the passivation film (not shown) is silicon nitride (SiN), and not shown. The amorphous base film is tantalum aluminum (TaAl), the lower electrode 3 is aluminum (Al), the piezoelectric film 5 is aluminum nitride (AlN), the upper electrode 4 is molybdenum (Mo), and the upper passivation film (not shown) is silicon nitride (SiN). ). In addition, it is not necessarily limited to these materials, It can change suitably.

薄膜圧電共振器10は、圧電膜5の圧電効果を利用して入力信号をフィルタリングする作用を有する。図示しない入力端子に入力された信号は、図示しない入力端子に接続されている上部電極4から圧電膜5を介して下部電極3へと出力される。この時、逆圧電効果により圧電膜5がその厚み方向に振動するが、上部電極4、圧電膜5、下部電極3からなる積層体は、圧電膜5に発生する振動に対して一定の共振周波数を有するので、入力された信号のうちこの共振周波数と一致する信号のみが出力されることになる。そのため、このようなフィルタリング機能を有する薄膜圧電共振器10を、少なくとも1つ以上用いれば共振器フィルタを構成させることができる。   The thin film piezoelectric resonator 10 has an action of filtering an input signal using the piezoelectric effect of the piezoelectric film 5. A signal input to an input terminal (not shown) is output from the upper electrode 4 connected to the input terminal (not shown) to the lower electrode 3 via the piezoelectric film 5. At this time, the piezoelectric film 5 vibrates in the thickness direction due to the inverse piezoelectric effect, but the laminated body composed of the upper electrode 4, the piezoelectric film 5, and the lower electrode 3 has a constant resonance frequency with respect to the vibration generated in the piezoelectric film 5. Therefore, only the signal that matches this resonance frequency among the input signals is output. Therefore, a resonator filter can be configured by using at least one thin film piezoelectric resonator 10 having such a filtering function.

ここで、キャビティ領域の外で上部電極4と下部電極3とが対向すると、その部分で寄生容量が発生し、また、振動エネルギーが下部電極3を介して基板2に漏れてしまう。例えば、図2(a)に示した寄生容量部8で寄生容量が発生し、また、振動エネルギーの漏れが発生する。   Here, when the upper electrode 4 and the lower electrode 3 face each other outside the cavity region, parasitic capacitance is generated at that portion, and vibration energy leaks to the substrate 2 through the lower electrode 3. For example, parasitic capacitance is generated in the parasitic capacitance section 8 shown in FIG. 2A, and vibration energy leaks.

また、例えば、移動体無線端末向けの共振器フィルタは、共振周波数が1〜5GHzとなる複数の薄膜圧電共振器で構成されている。このような薄膜圧電共振器では、例えば、圧電膜として窒化アルミニウム(AlN)を用いると、圧電膜の膜厚は1〜2μmとなるのに対して、電極の膜厚は0.2〜0.5μm程度となる。セラミック共振子や水晶振動子が、数十〜数百μmの圧電板と数μm以下の電極とで構成されているのと比べ、数GHz帯の共振周波数をもつ薄膜圧電共振器では、全膜厚に占める電極の膜厚の割合が10〜60%となり、非常に大きいものとなる。そのため、電極の材料、膜厚、積層構造が共振特性に与える影響は極めて大きい。   Further, for example, a resonator filter for mobile radio terminals is composed of a plurality of thin film piezoelectric resonators having a resonance frequency of 1 to 5 GHz. In such a thin film piezoelectric resonator, for example, when aluminum nitride (AlN) is used as the piezoelectric film, the film thickness of the piezoelectric film is 1-2 μm, whereas the film thickness of the electrode is 0.2-0. It becomes about 5 μm. Compared to ceramic resonators and quartz resonators that are composed of piezoelectric plates of several tens to several hundreds of micrometers and electrodes of several micrometers or less, thin film piezoelectric resonators having a resonance frequency of several GHz band The ratio of the film thickness of the electrode to the thickness is 10 to 60%, which is very large. For this reason, the influence of the electrode material, film thickness, and laminated structure on the resonance characteristics is extremely large.

この場合、例えば、下部電極3としてアルミニウム(Al)を用いると、配向性に優れた窒化アルミニウム(AlN)の圧電膜5を得ることができる。その上、抵抗値も低く抑えることができるので、共振周波数におけるQ値(Qr)も向上させることができるという利点がある。そのため、下部電極3の材料としてアルミニウム(Al)や銅(Cu)を主成分とした材料が用いられている。   In this case, for example, when aluminum (Al) is used as the lower electrode 3, an aluminum nitride (AlN) piezoelectric film 5 having excellent orientation can be obtained. In addition, since the resistance value can be kept low, the Q value (Qr) at the resonance frequency can be improved. Therefore, a material mainly composed of aluminum (Al) or copper (Cu) is used as the material of the lower electrode 3.

しかしながら、アルミニウム(Al)は弾性定数が小さいため、下部電極3内に振動エネルギーが蓄積されやすく、上下の電極がキャビティ6領域の外で対向する部分(寄生容量部8)において、前述のように振動エネルギーが基板2へと散逸し、その結果、反共振周波数のQ値(Qa)が低下するという問題がある。このことは、アルミニウム(Al)のような音響インピーダンスの低い材料ほど顕著となる。   However, since aluminum (Al) has a small elastic constant, vibration energy is likely to be accumulated in the lower electrode 3, and the portion where the upper and lower electrodes face each other outside the cavity 6 region (parasitic capacitance portion 8) as described above. There is a problem that vibration energy is dissipated to the substrate 2 and as a result, the Q value (Qa) of the antiresonance frequency is lowered. This becomes more conspicuous for a material having a lower acoustic impedance such as aluminum (Al).

図2(b)は、反共振周波数における振動エネルギーの分布を例示するための模式図であり、振動エネルギーの分布を有限要素法によるシミュレーションで求めたものである。図2(b)においては、色のトーンが明るいほど振動エネルギーが高いことを示している。図2(b)から分かるように、下部電極3に蓄積された振動エネルギーは、キャビティ6の縁に沿って基板2に漏れてしまっている。尚、図中の矢印は、振動エネルギーの流れ(漏れ)方向を示している。   FIG. 2B is a schematic diagram for illustrating the distribution of vibration energy at the anti-resonance frequency, and the distribution of vibration energy is obtained by simulation using the finite element method. FIG. 2B shows that the brighter the color tone, the higher the vibration energy. As can be seen from FIG. 2 (b), the vibration energy accumulated in the lower electrode 3 leaks into the substrate 2 along the edge of the cavity 6. In addition, the arrow in a figure has shown the flow (leakage) direction of vibration energy.

本発明者は検討の結果、上部電極4の上に、キャビティ6の縁の直上を跨ぐようにして質量負荷部9を設けるようにすれば、振動エネルギーの漏れを抑制できるとの知見を得た。   As a result of the study, the present inventor obtained the knowledge that if the mass load portion 9 is provided on the upper electrode 4 so as to straddle the edge of the cavity 6, leakage of vibration energy can be suppressed. .

図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式部分断面図である。尚、図2で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図1(a)に示すように、薄膜圧電共振器1の上部電極4の上には、質量負荷部9が設けられている。そして、質量負荷部9は、キャビティ6の縁の直上を跨ぐようにして設けられている。
FIG. 1A is a schematic partial cross-sectional view for illustrating the thin film piezoelectric resonator according to the first embodiment of the invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG. 2, and the description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 1A, a mass load portion 9 is provided on the upper electrode 4 of the thin film piezoelectric resonator 1. The mass load portion 9 is provided so as to straddle directly above the edge of the cavity 6.

このような質量負荷部9を設けると、厚み方向における振動エネルギーの分布の中心位置を上部電極4側にシフトさせることが可能となる。そのため、その分、下部電極3に蓄積される振動エネルギーを減少させることができる。その結果、下部電極3から基板2へ漏れる振動エネルギーを抑制することができ、反共振周波数におけるQ値(Qa)を向上させることができる。質量負荷部9は、キャビティ6の縁の直上を跨ぐようにして設けられ、その一端が共振器部7の直上に設けられ、他端が寄生容量部8の直上に設けられるようにするとよい。   When such a mass load portion 9 is provided, the center position of the vibration energy distribution in the thickness direction can be shifted to the upper electrode 4 side. Therefore, the vibration energy accumulated in the lower electrode 3 can be reduced accordingly. As a result, the vibration energy leaking from the lower electrode 3 to the substrate 2 can be suppressed, and the Q value (Qa) at the antiresonance frequency can be improved. The mass load part 9 is preferably provided so as to straddle the edge of the cavity 6, one end thereof being provided immediately above the resonator part 7, and the other end being provided immediately above the parasitic capacitance part 8.

図1(b)は、反共振周波数における振動エネルギーの分布を例示するための模式図であり、振動エネルギーの分布を有限要素法によるシミュレーションで求めたものである。ここで、図1(b)においては、色のトーンが明るいほど振動エネルギーが高いことを示している。図1(b)から分かるように、振動エネルギーの分布が上部電極4側にシフトし、下部電極3に蓄積される振動エネルギーが大幅に減少している。また、下部電極3からキャビティ6の縁に沿って基板2に漏れる振動エネルギーも大幅に減少している。   FIG. 1B is a schematic diagram for illustrating the distribution of vibration energy at the anti-resonance frequency, and the distribution of vibration energy is obtained by simulation using the finite element method. Here, FIG. 1B shows that the brighter the color tone, the higher the vibration energy. As can be seen from FIG. 1B, the vibration energy distribution is shifted to the upper electrode 4 side, and the vibration energy accumulated in the lower electrode 3 is greatly reduced. Further, the vibration energy leaking from the lower electrode 3 to the substrate 2 along the edge of the cavity 6 is also greatly reduced.

ここで、本発明者の行った実験によれば、質量負荷部9を設けることで、図2に示した比較例の反共振周波数におけるQ値(Qa)550を650に改善することができた。 尚、この場合、質量負荷部9の材質をアルミニウム(Al)とした。そして、その厚さを1μmとし、質量負荷部9の一端の位置をキャビティ6の縁の直上を越えてキャビティ6側に5μm入るようにした。また、幅寸法は上部電極4と同一とした。   Here, according to the experiment conducted by the present inventor, the Q value (Qa) 550 at the anti-resonance frequency of the comparative example shown in FIG. . In this case, the material of the mass load portion 9 is aluminum (Al). The thickness was set to 1 μm, and the position of one end of the mass load portion 9 was set to 5 μm on the cavity 6 side beyond just above the edge of the cavity 6. The width dimension is the same as that of the upper electrode 4.

図3は、インピーダンス特性を例示するためのグラフ図である。
図3中のF1の波形は、図2に示した比較例のものであり、F2の波形は、前述の質量負荷部9を設けたものである。図3からは、F1の反共振周波数における共振のピークよりも、F2の反共振周波数における共振のピークの方が鋭く、反共振周波数におけるQ値(Qa)が改善しているのが分かる。
FIG. 3 is a graph for illustrating impedance characteristics.
The waveform of F1 in FIG. 3 is that of the comparative example shown in FIG. 2, and the waveform of F2 is obtained by providing the aforementioned mass load portion 9. FIG. 3 shows that the resonance peak at the antiresonance frequency of F2 is sharper than the resonance peak at the antiresonance frequency of F1, and the Q value (Qa) at the antiresonance frequency is improved.

図4は、インピーダンス特性を例示するためのスミスチャートである。
図4中のF1の波形は、図2に示した比較例のものであり、F2の波形は、前述の質量負荷部9を設けたものである。図4からは、F1よりもF2の方が外周円に近接しており、エネルギー損失(振動エネルギーの漏れ)が少ないことが分かる。
FIG. 4 is a Smith chart for illustrating impedance characteristics.
The waveform of F1 in FIG. 4 is that of the comparative example shown in FIG. 2, and the waveform of F2 is the one provided with the aforementioned mass load portion 9. From FIG. 4, it can be seen that F2 is closer to the outer circle than F1, and there is less energy loss (vibration energy leakage).

質量負荷部9の材質としては、上部電極4に適正な質量を負荷できるものであればよい。例えば、アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、銅(Cu)、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、インジウム(In)、金(Au)、樹脂(例えば、感光性ポリイミド樹脂、感光性エポキシ樹脂など)などを例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。 The material of the mass load portion 9 may be any material that can load an appropriate mass on the upper electrode 4. For example, aluminum (Al), aluminum nitride (AlN), copper (Cu), silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO 2 ), molybdenum (Mo), tungsten (W), indium (In), gold (Au) And resin (for example, photosensitive polyimide resin, photosensitive epoxy resin, etc.). However, it is not necessarily limited to these and can be changed as appropriate.

この場合、例えば、加工性を考慮すればアルミニウム(Al)などを選択することができ、後述する上部電極配線との一体形成を考慮すればアルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)などを選択することができる。
また、上部電極4よりも音響インピーダンスが低い材料を選択すれば、振動エネルギーを上部電極4に閉じこめることができるので、反共振周波数におけるQ値(Qa)をさらに改善させることができる。
In this case, for example, aluminum (Al) or the like can be selected in consideration of workability, and aluminum (Al), copper (Cu), or gold (Au) can be selected in consideration of integral formation with an upper electrode wiring described later. Etc. can be selected.
Further, if a material having an acoustic impedance lower than that of the upper electrode 4 is selected, vibration energy can be confined to the upper electrode 4, so that the Q value (Qa) at the antiresonance frequency can be further improved.

また、必ずしも寄生容量部8の全域を覆う必要はないが、全域を覆うようにすれば振動エネルギーの漏れをより少なくすることができる。
また、厚さ、長さ、幅についても前述のものに限定されるわけではなく、例えば、質量負荷部9の材質や薄膜圧電共振器の共振周波数などにより適宜変更することもできる。また、厚みや幅も一定である必要はなく、例えば、漸減したし漸増したりしていてもよい。 また、外形形状も直方体や立方体である必要はなく、適宜変更することができる。また、質量負荷部9の個数も1個である必要はなく、複数設けるようにしてもよい。
尚、質量負荷部9の共振器部7側の一端の位置(キャビティ6の縁の直上におけるキャビティ6側への出張り量)についても、前述のものに限定されるわけではないが、詳細は後述する。
In addition, it is not always necessary to cover the entire area of the parasitic capacitance portion 8, but if the entire area is covered, leakage of vibration energy can be reduced.
Further, the thickness, length, and width are not limited to those described above, and can be appropriately changed depending on, for example, the material of the mass load portion 9 or the resonance frequency of the thin film piezoelectric resonator. Also, the thickness and width need not be constant. For example, the thickness and width may be gradually reduced or gradually increased. Also, the outer shape need not be a rectangular parallelepiped or a cube, and can be changed as appropriate. Further, the number of mass load portions 9 is not necessarily one, and a plurality of mass load portions 9 may be provided.
Note that the position of one end of the mass load unit 9 on the resonator unit 7 side (the amount of protrusion to the cavity 6 side immediately above the edge of the cavity 6) is not limited to the above-mentioned ones. It will be described later.

図5は、本発明の第2の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。
図5(a)は模式平面図であり、図5(b)は模式断面図である。尚、図2で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図5(a)に示すように、薄膜圧電共振器20の上部電極4上には、質量負荷部9aが設けられている。そして、質量負荷部9aは、キャビティ6の縁の直上を寸法Xだけ越えるようにして設けられている。また、質量負荷部9aと上部電極配線9bとは一体的に接合されている。
尚、一体的な接合には、一体として形成される場合も含むものとする。
FIG. 5 is a schematic view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a second embodiment of the invention.
FIG. 5A is a schematic plan view, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG. 2, and the description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 5A, a mass load portion 9 a is provided on the upper electrode 4 of the thin film piezoelectric resonator 20. The mass load portion 9 a is provided so as to exceed the position immediately above the edge of the cavity 6 by the dimension X. The mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b are integrally joined.
In addition, the case where it forms integrally is also included in integral joining.

上部電極配線9bは、ボンディングパッド用の配線であり、上部電極4と電気的に接続されている。そして、上部電極配線9bにワイヤーボンディングすることで、外部の機器などと上部電極4とが電気的に接続されている。尚、下部電極3にも図示しない下部電極配線が電気的に接続され、外部の機器などと下部電極3とが電気的に接続されている。
質量負荷部9a、上部電極配線9b、図示しない下部電極配線は導電性材料からなり、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)などとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
The upper electrode wiring 9 b is a bonding pad wiring and is electrically connected to the upper electrode 4. Then, external devices and the upper electrode 4 are electrically connected by wire bonding to the upper electrode wiring 9b. A lower electrode wiring (not shown) is also electrically connected to the lower electrode 3, and an external device and the lower electrode 3 are electrically connected.
The mass load portion 9a, the upper electrode wiring 9b, and the lower electrode wiring (not shown) are made of a conductive material, and can be, for example, aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), or the like. However, it is not limited to these and can be changed as appropriate.

また、質量負荷部9aと上部電極配線9bとを一体として形成させれば、生産性が高く、また、歩留まりも向上させることができる。
尚、質量負荷部9aと上部電極配線9bとを一体的に接合する場合でも、どちらかを先に形成させるようにすることもできる。
また、質量負荷部9aと上部電極配線9bとを一体的に接合せず、別々に形成させるようにしてもよい。
また、質量負荷部9aと上部電極配線9bとで材質を変えるようにすることもできるし、異種材料同士を接合させるようにすることもできる。
また、質量負荷部9aと上部電極配線9bの上面(上部電極4と接する面の対向面)は、必ずしも面一である必要はない。
Further, if the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b are integrally formed, the productivity is high and the yield can be improved.
Even when the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b are integrally joined, one of them can be formed first.
Further, the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b may be formed separately without being integrally joined.
Further, the material can be changed between the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b, or different materials can be joined together.
Further, the upper surfaces of the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b (opposite surfaces that are in contact with the upper electrode 4) are not necessarily flush with each other.

次に、キャビティ6の縁の直上におけるキャビティ6側への質量負荷部9aの出張り量について説明する。
図6は、出張り部分の厚さの影響を例示するためのグラフ図である。
図6の各グラフ図は、周波数−反射波係数(S11)特性を表すものであり、横軸は周波数、縦軸は反射波係数(S11)を示している。尚、図中のハッチング部分は共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域を示している。
図6では、質量負荷部9aと上部電極配線9bとが一体として形成されたものを用い、その材質をアルミニウム(Al)としている。また、出張り量(図5(b)における寸法X)を5μmとし、質量負荷部9aの厚さを変化させるようにしている。
Next, the amount of protrusion of the mass load portion 9a toward the cavity 6 immediately above the edge of the cavity 6 will be described.
FIG. 6 is a graph for illustrating the influence of the thickness of the protruding portion.
Each graph in FIG. 6 represents frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents reflected wave coefficient (S 11 ). Incidentally, the hatched portion in the figure shows a region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa.
In FIG. 6, the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b are integrally formed, and the material thereof is aluminum (Al). Further, the protruding amount (dimension X in FIG. 5B) is set to 5 μm, and the thickness of the mass load portion 9a is changed.

ここで、反射波係数(S11)は入射波がもとのポートに反射してくる度合いを示すものであるから、グラフ図上端(S11=0dB)のときが無損失、グラフ図の下方に行くほど損失が大きいことになる。 Here, since the reflected wave coefficient (S 11 ) indicates the degree to which the incident wave is reflected to the original port, there is no loss when the upper end of the graph (S 11 = 0 dB), and the lower part of the graph The more you go, the bigger the loss.

図6(a)は、出張り部分の厚さを0μmとした場合、すなわち出張り部分がない場合(一端がキャビティ6の縁の直上にある場合)の周波数−反射波係数(S11)特性である。 図6(a)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出が大きく、出張り部分が必要であることが分かる。 FIG. 6A shows frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the thickness of the protruding portion is 0 μm, that is, when there is no protruding portion (one end is directly above the edge of the cavity 6). It is. From FIG. 6A, it can be seen that the loss is large in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa, and a protruding portion is necessary.

図6(b)は、出張り部分の厚さを0.2μmとした場合、図6(c)は、出張り部分の厚さを0.5μmとした場合、図6(d)は、出張り部分の厚さを1μmとした場合の周波数−反射波係数(S11)特性である。
図6(b)〜(d)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出が少なく、質量負荷部9aによる振動エネルギーの漏れ抑制効果が高いことが分かる。
6 (b) shows a case where the thickness of the protruding portion is 0.2 μm, FIG. 6 (c) shows a case where the thickness of the protruding portion is 0.5 μm, and FIG. This is a frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristic when the thickness of the tension portion is 1 μm.
6B to 6D show that there is little loss in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa, and the vibration energy leakage suppression effect by the mass load portion 9a is high.

図6(e)は、出張り部分の厚さを3μmとした場合の周波数−反射波係数(S11)特性である。
図6(e)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出がかえって大きくなることが分かる。
これは、必ずしも明らかではないが、質量負荷を大きくしすぎるとスプリアス振動を発生させてしまうためであると考えられる。
FIG. 6E shows frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the thickness of the protruding portion is 3 μm.
From FIG. 6 (e), it can be seen that the loss increases in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa.
Although this is not necessarily clear, it is considered that spurious vibrations are generated if the mass load is excessively increased.

以上より、質量負荷部9aの材質をアルミニウム(Al)としたときには、その厚さを0.2μm以上、1μm以下とすることができる。そして、そのようにすれば、共振特性の優れた薄膜圧電共振器を得ることができる。
尚、アルミニウム(Al)以外の材質の場合には、その密度に反比例して厚さの適正範囲を変更すればよい。
From the above, when the material of the mass load portion 9a is aluminum (Al), the thickness can be 0.2 μm or more and 1 μm or less. Then, a thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics can be obtained.
In the case of a material other than aluminum (Al), the appropriate thickness range may be changed in inverse proportion to the density.

図7は、出張り部分の長さの影響を例示するためのグラフ図である。
図7の各グラフ図は、周波数−反射波係数(S11)特性を表すものであり、横軸は周波数、縦軸は反射波係数(S11)を示している。尚、図中のハッチング部分は共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域を示している。
図7では、質量負荷部9aと上部電極配線9bとが一体として形成されたものを用い、その材質をアルミニウム(Al)としている。また、質量負荷部9aの厚さを1μmとし、出張り量(図5(b)における寸法X)を変化させるようにしている。
FIG. 7 is a graph for illustrating the influence of the length of the protruding portion.
Each graph in FIG. 7 represents frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing reflected wave coefficient (S 11 ). Incidentally, the hatched portion in the figure indicates a region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa.
In FIG. 7, the mass load portion 9a and the upper electrode wiring 9b are integrally formed, and the material thereof is aluminum (Al). Further, the thickness of the mass load portion 9a is set to 1 μm, and the amount of protrusion (dimension X in FIG. 5B) is changed.

ここで、反射波係数(S11)は入射波がもとのポートに反射してくる度合いを示すものであるから、グラフ図上端(S11=0dB)のときが無損失、グラフ図の下方に行くほど損失が大きいことになる。 Here, since the reflected wave coefficient (S 11 ) indicates the degree to which the incident wave is reflected to the original port, there is no loss when the upper end of the graph (S 11 = 0 dB), and the lower part of the graph The more you go, the bigger the loss.

図7(a)は、出張り部分の長さを0μmとした場合、すなわち出張り部分がない場合(一端がキャビティ6の縁の直上にある場合)の周波数−反射波係数(S11)特性である。 図7(a)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出が大きく、出張り部分が必要であることが分かる。 FIG. 7A shows the frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristic when the length of the protruding portion is 0 μm, that is, when there is no protruding portion (one end is directly above the edge of the cavity 6). It is. From FIG. 7A, it can be seen that the loss is large in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa, and a protruding portion is necessary.

図7(b)は、出張り部分の長さを1μmとした場合の周波数−反射波係数(S11)特性である。
図7(b)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出が大きいことが分かる。
FIG. 7B shows frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the length of the protruding portion is 1 μm.
From FIG. 7B, it can be seen that the loss is large in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa.

図7(c)は、出張り部分の長さを3μmとした場合、図7(d)は、出張り部分の長さを5μmとした場合の周波数−反射波係数(S11)特性である。
図7(c)、(d)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出が少なく、質量負荷部9aによる振動エネルギーの漏れ抑制効果が高いことが分かる。
FIG. 7C shows the frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the length of the protruding portion is 3 μm, and FIG. 7D shows the frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the length of the protruding portion is 5 μm. .
7C and 7D show that there is little loss in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa, and the vibration energy leakage suppression effect by the mass load portion 9a is high.

図7(e)は、出張り部分の長さを10μmとした場合の周波数−反射波係数(S11)特性である。
図7(e)からは、共振周波数Frと反共振周波数Faとの間の領域において損出がかえって大きくなることが分かる。
これは、必ずしも明らかではないが、負荷質量を大きくしすぎるとスプリアス振動を発生させてしまうためであると考えられる。
FIG. 7E shows frequency-reflected wave coefficient (S 11 ) characteristics when the length of the protruding portion is 10 μm.
From FIG. 7 (e), it can be seen that the loss increases in the region between the resonance frequency Fr and the anti-resonance frequency Fa.
Although this is not necessarily clear, it is considered that spurious vibrations are generated if the load mass is excessively increased.

以上より、質量負荷部9aの材質をアルミニウム(Al)としたときには、その出張り部分の長さを3μm以上、5μm以下とすることができる。そして、そのようにすれば、共振特性の優れた薄膜圧電共振器を得ることができる。
尚、アルミニウム(Al)以外の材質の場合には、その密度に反比例して出張り部分の長さの適正範囲を変更すればよい。
From the above, when the material of the mass load portion 9a is aluminum (Al), the length of the protruding portion can be set to 3 μm or more and 5 μm or less. Then, a thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics can be obtained.
In the case of a material other than aluminum (Al), the appropriate range of the length of the protruding portion may be changed in inverse proportion to the density.

図8は、本発明の第3の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式平面図である。
また、図9は、第2の比較例に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式平面図である。 尚、図2で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
FIG. 8 is a schematic plan view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to the third embodiment of the invention.
FIG. 9 is a schematic plan view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a second comparative example. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG. 2, and description is abbreviate | omitted.

まず、図9に示す第2の比較例について説明をする。
図9(a)に示す薄膜圧電共振器30では、下部電極3がキャビティ6全体を覆っている。また、上部電極4の一辺側(図9(a)では下側)がキャビティ6の領域外に伸びている。そして、上部電極4と上部電極配線90bとが電気的に接続されている。このような構成の薄膜圧電共振器30では、寄生容量部8は上部電極4の四辺のうちの一辺側(図9(a)では下側)に存在する。
First, the second comparative example shown in FIG. 9 will be described.
In the thin film piezoelectric resonator 30 shown in FIG. 9A, the lower electrode 3 covers the entire cavity 6. Further, one side of the upper electrode 4 (the lower side in FIG. 9A) extends outside the cavity 6 region. The upper electrode 4 and the upper electrode wiring 90b are electrically connected. In the thin film piezoelectric resonator 30 having such a configuration, the parasitic capacitance portion 8 exists on one side (the lower side in FIG. 9A) of the four sides of the upper electrode 4.

前述したように、寄生容量部8からは振動エネルギーの漏れが生じるが、寄生容量部8の面積が大きいと振動エネルギーの漏れも大きい。
振動エネルギーの漏れが大きい薄膜圧電共振器30においては、共振周波数におけるQ値(Qr)は1100程度と高いが、反共振周波数におけるQ値(Qa)が540程度となり、共振特性が劣化してしまう。
As described above, vibration energy leaks from the parasitic capacitance portion 8, but if the area of the parasitic capacitance portion 8 is large, the leakage of vibration energy is large.
In the thin film piezoelectric resonator 30 having a large leakage of vibration energy, the Q value (Qr) at the resonance frequency is as high as about 1100, but the Q value (Qa) at the antiresonance frequency is about 540, and the resonance characteristics deteriorate. .

図9(b)に示す薄膜圧電共振器31でも、上部電極4の一辺側(図9(b)では下側)がキャビティ6の領域外に伸びている。ただし、図9(a)とは異なり、キャビティ6の領域外に伸びている部分(寄生容量部8a)において、上部電極4の幅を下部電極3の幅よりも狭くしている。このようにすれば、寄生容量部8aの面積を小さくすることができるので、振動エネルギーの漏れを抑制することができる。   Also in the thin film piezoelectric resonator 31 shown in FIG. 9B, one side of the upper electrode 4 (the lower side in FIG. 9B) extends out of the cavity 6 region. However, unlike FIG. 9A, the width of the upper electrode 4 is made narrower than the width of the lower electrode 3 in a portion (parasitic capacitance portion 8 a) extending outside the cavity 6 region. In this way, since the area of the parasitic capacitance portion 8a can be reduced, leakage of vibration energy can be suppressed.

そのため、薄膜圧電共振器31では、反共振周波数におけるQ値(Qa)を540程度から640程度まで改善させることができる。
ところが、このような構成の薄膜圧電共振器31では、共振周波数におけるQ値(Qr)が1100程度から640程度まで低下してしまい共振特性の改善が図れないことが判明した。これは、以下のことが原因と考えられる。
Therefore, in the thin film piezoelectric resonator 31, the Q value (Qa) at the antiresonance frequency can be improved from about 540 to about 640.
However, in the thin film piezoelectric resonator 31 having such a configuration, it has been found that the Q value (Qr) at the resonance frequency decreases from about 1100 to about 640, and the resonance characteristics cannot be improved. This is considered to be caused by the following.

共振特性を考慮して一般的に、上部電極4の材質は比抵抗値が大きく、また、上部電極4の厚さも薄く(例えば、200〜300nm程度)されている。そのため、キャビティ6の領域外に伸びている部分の幅を狭くすると、この部分の電気抵抗は増加することになる。そして、この部分の電気抵抗が増加すると共振周波数におけるQ値(Qr)は低下してしまうことになる。   In consideration of resonance characteristics, generally, the material of the upper electrode 4 has a large specific resistance value, and the thickness of the upper electrode 4 is also thin (for example, about 200 to 300 nm). For this reason, if the width of the portion extending outside the cavity 6 is narrowed, the electrical resistance of this portion increases. When the electrical resistance of this portion increases, the Q value (Qr) at the resonance frequency decreases.

図9(c)に示す薄膜圧電共振器32では、前述の幅を狭くした部分に上部電極配線90bを重ね合わせるようにしている。この場合、重ね合わせた部分の先端が共振器部(キャビティ6の直上)に出ないようにした。
上部電極配線90bの材質は比抵抗値が小さく(例えば、アルミニウムなど)、また、その厚さも厚い(例えば、1μm程度)。そのため、上部電極配線90bを重ね合わせることで、前述の電気抵抗の増加を抑制することができる。この場合、反共振周波数におけるQ値(Qa)を610程度、共振周波数におけるQ値(Qr)を740程度とすることができた。
In the thin film piezoelectric resonator 32 shown in FIG. 9C, the upper electrode wiring 90b is overlaid on the aforementioned narrowed portion. In this case, the tip of the overlapped portion was prevented from coming out to the resonator portion (directly above the cavity 6).
The material of the upper electrode wiring 90b has a small specific resistance value (for example, aluminum) and a large thickness (for example, about 1 μm). Therefore, the increase in the electrical resistance can be suppressed by overlapping the upper electrode wiring 90b. In this case, the Q value (Qa) at the anti-resonance frequency could be about 610, and the Q value (Qr) at the resonance frequency could be about 740.

本発明者は検討の結果、前述の重ね合わせた部分の先端を共振器部(キャビティ6の直上)内まで伸ばせば、反共振周波数におけるQ値(Qa)と共振周波数におけるQ値(Qr)をさらに改善させることができるとの知見を得た。   As a result of the study, the present inventor has determined that the Q value (Qa) at the antiresonance frequency and the Q value (Qr) at the resonance frequency can be obtained by extending the tip of the overlapped portion into the resonator portion (directly above the cavity 6). The knowledge that it can improve further was acquired.

図8(a)に示す薄膜圧電共振器40では、重ね合わせた部分の先端を共振器部(キャビティ6の直上)内まで伸ばすようにしている。
また、図8(b)に示す薄膜圧電共振器41では、上部電極4の一辺側をキャビティ6の領域外に伸ばすのではなく、上部電極配線90bの方を伸ばすようにしている。
これらの場合、共振器部(キャビティ6の直上)内まで伸びている部分が前述の質量負荷部90aとなる。
このような構成とすれば、寄生容量部8aの面積を小さくすることと、前述の質量負荷部90aの作用による効果とで、振動エネルギーの漏れをより少なくすることができる。また、上部電極配線90bがキャビティ6側まで伸びることになるので、上部電極配線90bと上部電極4との接触面積が広くなり、電気抵抗を低減させることもできる。その結果、反共振周波数におけるQ値(Qa)と共振周波数におけるQ値(Qr)をさらに改善させることができる。
In the thin film piezoelectric resonator 40 shown in FIG. 8A, the tip of the overlapped portion is extended into the resonator portion (directly above the cavity 6).
Further, in the thin film piezoelectric resonator 41 shown in FIG. 8B, one side of the upper electrode 4 is not extended outside the cavity 6, but the upper electrode wiring 90b is extended.
In these cases, the portion extending into the resonator portion (immediately above the cavity 6) is the above-described mass load portion 90a.
With such a configuration, the leakage of vibration energy can be further reduced by reducing the area of the parasitic capacitance portion 8a and the effect of the action of the mass load portion 90a. In addition, since the upper electrode wiring 90b extends to the cavity 6, the contact area between the upper electrode wiring 90b and the upper electrode 4 can be increased, and the electrical resistance can be reduced. As a result, the Q value (Qa) at the anti-resonance frequency and the Q value (Qr) at the resonance frequency can be further improved.

例えば、図8(a)に示す薄膜圧電共振器40では、反共振周波数におけるQ値(Qa)を670程度、共振周波数におけるQ値(Qr)を1040程度とすることができた。 また、図8(b)に示す薄膜圧電共振器41では、反共振周波数におけるQ値(Qa)を640程度、共振周波数におけるQ値(Qr)を1010程度とすることができた。   For example, in the thin film piezoelectric resonator 40 shown in FIG. 8A, the Q value (Qa) at the antiresonance frequency can be set to about 670, and the Q value (Qr) at the resonance frequency can be set to about 1040. In the thin film piezoelectric resonator 41 shown in FIG. 8B, the Q value (Qa) at the anti-resonance frequency can be set to about 640, and the Q value (Qr) at the resonance frequency can be set to about 1010.

図10は、前述の反共振周波数におけるQ値(Qa)を表すグラフ図であり、図11は、前述の共振周波数におけるQ値(Qr)を表すグラフ図である。
各グラフ図の横軸のAは図9(a)に示す薄膜圧電共振器30、Bは図9(b)に示す薄膜圧電共振器31、Cは図9(c)に示す薄膜圧電共振器32、Dは図8(a)に示す薄膜圧電共振器40、Eは図8(b)に示す薄膜圧電共振器41である。
FIG. 10 is a graph showing the Q value (Qa) at the anti-resonance frequency, and FIG. 11 is a graph showing the Q value (Qr) at the resonance frequency.
In each graph, the horizontal axis A is the thin film piezoelectric resonator 30 shown in FIG. 9A, B is the thin film piezoelectric resonator 31 shown in FIG. 9B, and C is the thin film piezoelectric resonator shown in FIG. 9C. 32 and D are thin film piezoelectric resonators 40 shown in FIG. 8A, and E is a thin film piezoelectric resonator 41 shown in FIG. 8B.

図10、図11からは、上部電極配線90bを共振器部(キャビティ6の直上)内まで伸ばすようにして質量負荷部90aを設けるようにすれば、反共振周波数におけるQ値(Qa)を改善させることができるとともに、共振周波数におけるQ値(Qr)をも改善できることが分かる。そのため、共振特性の優れた薄膜圧電共振器を得ることができる。 尚、質量負荷部90aの寸法、形態、材質などは前述した質量負荷部9aの場合と同様のため、その説明は省略する。   10 and 11, the Q value (Qa) at the antiresonance frequency is improved by providing the mass load portion 90a by extending the upper electrode wiring 90b into the resonator portion (directly above the cavity 6). It can be seen that the Q value (Qr) at the resonance frequency can also be improved. Therefore, a thin film piezoelectric resonator having excellent resonance characteristics can be obtained. In addition, since the dimension of the mass load part 90a, a form, material, etc. are the same as that of the case of the mass load part 9a mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
As for the above-described specific examples, those skilled in the art appropriately modified the design are included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention.

例えば、薄膜圧電共振器1、薄膜圧電共振器20、薄膜圧電共振器40などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。   For example, the shape, size, material, arrangement, and the like of each element included in the thin film piezoelectric resonator 1, the thin film piezoelectric resonator 20, the thin film piezoelectric resonator 40, and the like are not limited to those illustrated, but may be changed as appropriate. it can.

また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。   Moreover, each element with which each specific example mentioned above is provided can be combined as much as possible, and what combined these is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

本発明の第1の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。1 is a schematic diagram for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a first embodiment of the invention. 第1の比較例に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating the thin film piezoelectric resonator according to the first comparative example. インピーダンス特性を例示するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an impedance characteristic. インピーダンス特性を例示するためのスミスチャートである。It is a Smith chart for illustrating an impedance characteristic. 本発明の第2の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a second embodiment of the invention. 出張り部分の厚さの影響を例示するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the influence of the thickness of a protruding part. 出張り部分の長さの影響を例示するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the influence of the length of a protruding part. 本発明の第3の実施の形態に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a third embodiment of the invention. 第2の比較例に係る薄膜圧電共振器を例示するための模式平面図である。It is a schematic plan view for illustrating a thin film piezoelectric resonator according to a second comparative example. 反共振周波数におけるQ値(Qa)を表すグラフ図である。It is a graph showing Q value (Qa) in an antiresonance frequency. 共振周波数におけるQ値(Qr)を表すグラフ図である。It is a graph showing Q value (Qr) in a resonant frequency.

符号の説明Explanation of symbols

1 薄膜圧電共振器、2 基板、3 下部電極、4 上部電極、5 圧電膜、6 キャビティ、7 共振器部、8 寄生容量部、9 質量負荷部、9a 質量負荷部、9b 上部電極配線、10 薄膜圧電共振器、20 薄膜圧電共振器、30 薄膜圧電共振器、31 薄膜圧電共振器、32 薄膜圧電共振器、40 薄膜圧電共振器、41 薄膜圧電共振器、Fa 反共振周波数、Fr 共振周波数、Qa 反共振周波数におけるQ値、Qr 共振点におけるQ値   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film piezoelectric resonator, 2 Substrate, 3 Lower electrode, 4 Upper electrode, 5 Piezoelectric film, 6 Cavity, 7 Resonator part, 8 Parasitic capacitance part, 9 Mass load part, 9a Mass load part, 9b Upper electrode wiring, 10 Thin film piezoelectric resonator, 20 Thin film piezoelectric resonator, 30 Thin film piezoelectric resonator, 31 Thin film piezoelectric resonator, 32 Thin film piezoelectric resonator, 40 Thin film piezoelectric resonator, 41 Thin film piezoelectric resonator, Fa Antiresonance frequency, Fr Resonance frequency, Qa Q value at anti-resonance frequency, Qr Q value at resonance point

Claims (5)

キャビティが設けられた基板と、
前記キャビティを覆うように前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜の上に設けられた上部電極と、
前記上部電極の上に設けられた質量負荷部と、
を備え、
前記質量負荷部は、前記キャビティの縁の直上を跨ぐように設けられていること、を特徴とする薄膜圧電共振器。
A substrate provided with a cavity;
A lower electrode provided on the substrate so as to cover the cavity;
A piezoelectric film provided on the lower electrode;
An upper electrode provided on the piezoelectric film;
A mass load provided on the upper electrode;
With
The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the mass load portion is provided so as to straddle directly above the edge of the cavity.
前記質量負荷部の一端は共振器部の直上に設けられ、他端は寄生容量部の直上に設けられていること、を特徴とする請求項1記載の薄膜圧電共振器。   2. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein one end of the mass load portion is provided immediately above the resonator portion, and the other end is provided immediately above the parasitic capacitance portion. 前記質量負荷部は、上部電極配線と一体的に接合されていること、を特徴とする請求項1または2に記載の薄膜圧電共振器。   The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the mass load portion is integrally joined to the upper electrode wiring. 前記質量負荷部は、前記上部電極の材料より音響インピーダンスが低い材料からなること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の薄膜圧電共振器。   The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the mass load portion is made of a material having an acoustic impedance lower than that of the material of the upper electrode. 前記寄生容量部において、前記上部電極の幅が前記下部電極の幅より狭いこと、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の薄膜圧電共振器。   5. The thin film piezoelectric resonator according to claim 1, wherein in the parasitic capacitance portion, a width of the upper electrode is narrower than a width of the lower electrode.
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