JP2019134221A - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびデュプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電膜からの放熱性を向上させること。【解決手段】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、厚膜部と前記厚膜部より薄い薄膜部とを有する圧電膜と、前記厚膜部を挟み前記下部電極と対向する領域である共振領域が形成されるように設けられた上部電極と、前記共振領域の外に位置する前記薄膜部上から前記下部電極上にかけて設けられ、前記薄膜部の表面の少なくとも一部に接する金属層と、を備える圧電薄膜共振器。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびデュプレクサに関する。

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびデュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。上部電極の外側の圧電膜を除去することが知られている（例えば特許文献１）。

下部圧電膜と上部圧電膜との間に挿入膜を挿入し、下部圧電膜の輪郭を上部圧電膜の輪郭より外側に位置するように圧電膜を設け、下部圧電膜上に挿入膜を介し下部電極に接続する金属層を設けることが知られている（例えば特許文献２）。

特開２００７−３００４３０号公報 特開２０１７−１５８１６１号公報

特許文献１のように上部電極の外側の圧電膜を除去することで、弾性波エネルギーが共振領域から漏洩することを抑制できる。これにより、Ｑ値等を向上できる。特許文献２のように、下部圧電膜上に挿入膜を介し金属層を設けることで、挿入膜が下部圧電膜から剥がれることを抑制できる。

しかしながら、特許文献２では、圧電膜と金属層との間に挿入膜または保護膜等の絶縁膜が設けられている。これにより、圧電膜から金属層への放熱が妨げられる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電膜からの放熱性を向上させることを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられ、厚膜部と前記厚膜部より薄い薄膜部とを有する圧電膜と、前記厚膜部を挟み前記下部電極と対向する領域である共振領域が形成されるように設けられた上部電極と、前記共振領域の外に位置する前記薄膜部上から前記下部電極上にかけて設けられ、前記薄膜部の表面の少なくとも一部に接する金属層と、を備える圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記金属層は、前記薄膜部の直上の少なくとも一部と接する構成とすることができる。

上記構成において、前記金属層は、前記薄膜部の側面の少なくとも一部と接する構成とすることができる。

上記構成において、前記下部電極が前記共振領域から外側にかけて設けられた領域において、前記金属層は前記薄膜部の表面の少なくとも一部に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記下部電極下に空隙が形成され、平面視において前記薄膜部の外周は前記空隙の外周の外側に位置する構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜に挿入された挿入膜を備え、前記圧電膜は下部圧電膜と下部圧電膜上に設けられた上部圧電膜とを有し、前記挿入膜は、前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との間に設けられ、前記厚膜部は前記下部圧電膜と前記上部圧電膜とから形成され、前記薄膜部は前記下部圧電膜から形成され前記上部圧電膜を含まない構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電膜を覆う絶縁膜を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜は、前記金属層と前記薄膜部との間に設けられていない構成とすることができる。

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。

本発明は、上記フィルタを含むデュプレクサである。

本発明によれば、圧電膜からの放熱性を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の各層の位置関係を示す平面図である。 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例１を示す断面図（その１）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法例１を示す断面図（その２）である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法例２を示す断面図（その１）である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法例２を示す断面図（その２）である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、シミュレーションを行ったそれぞれ比較例１および実施例１の断面形状を示す図、図７（ｃ）は、シミュレーション結果を示す図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例３および４に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例５および６に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。 図１２（ａ）は、実施例２の圧電薄膜共振器の断面図、図１２（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。 図１３は、実施例３に係るデュプレクサの回路図である。 図１４（ａ）は、実施例３における送信フィルタの平面図および断面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓでは、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Ｓｉ（シリコン）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Ｃｒ（クロム）膜およびＲｕ（ルテニウム）膜である。

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（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム膜である。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する共振領域５０を形成するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は、楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。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Ｒｕ膜およびＣｒ膜である。

圧電膜１４は、厚膜部１５ａと厚膜部１５ａより薄い薄膜部１５ｂとを有する。共振領域５０における圧電膜１４は厚膜部１５ａである。共振領域５０から下部電極が引き出される領域の圧電膜１４は薄膜部１５ｂである。

上部電極１６、厚膜部１５ａの側面の一部および薄膜部１５ｂの上面の一部に保護膜２４が形成されている。保護膜２４は例えば酸化シリコン膜である。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および保護膜２４を含む。保護膜２４は周波数調整膜として機能してもよい。

下部電極１２および上部電極１６上に金属層２２および２２ａが設けられている。金属層２２および２２ａは下部電極１２および上部電極１６と接し、配線および／またはパッドとして機能する。金属層２２および２２ａは例えばＡｕ（金）層である。Ａｕ層下にＴｉ層またはＷ層等の下地膜が設けられていてもよい。金属層２２は、薄膜部１５ｂの上面から下部電極１２にかけて設けられている。金属層２２は薄膜部１５ｂの上面および側面と接している。

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。

図１（ａ）および図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に、Ｔｉ（チタン）層からなる質量負荷膜２０が設けられている。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。

直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの両方の共振周波数の調整は、保護膜２４の膜厚を調整することにより行なう。

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２のＣｒ膜からなる下層１２ａの膜厚は１００ｎｍ、Ｒｕ膜からなる上層１２ｂの膜厚は２３０ｎｍである。ＡｌＮ膜からなる圧電膜１４の膜厚は１２００ｎｍである。上部電極１６のＲｕ膜からなる下層１６ａの膜厚は２３０ｎｍ、Ｃｒ膜からなる上層１６ｂの膜厚は５０ｎｍである。酸化シリコン膜からなる保護膜２４の膜厚は５０ｎｍである。Ｔｉ膜からなる質量負荷膜２０の膜厚は１００ｎｍである。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。

基板１０としては、Ｓｉ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、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。例えば、上部電極１６の下層１６ａをＲｕ、上層１６ｂをＭｏとしてもよい。

圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）等を用いることができる。また、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素もしくは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Ｃａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）またはＳｒ（ストロンチウム）である。１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。

保護膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。質量負荷膜２０としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の単層膜を用いることができる。また、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜２０は、上部電極１６の層間（下層１６ａと上層１６ｂとの間）以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。

図２は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の各層の位置関係を示す平面図である。図２に示すように、共振領域５０から上部電極１６が引き出される引き出し領域５２において、共振領域５０の外周６０は下部電極１２の外周により規定される。共振領域５０から下部電極１２が引き出される引き出し領域５４において、共振領域５０の外周６０は上部電極１６の外周により規定される。引き出し領域５４において共振領域５０を囲むように薄膜部１５ｂが設けられている。下部電極１２の外周６４は、薄膜部１５ｂの外周６５の外側に位置している。薄膜部１５ｂおよび下部電極１２と重なるように金属層２２が設けられている。金属層２２の内周６２は共振領域５０の外周６０と薄膜部１５ｂの外周６５との間に位置している。金属層２２の外周６６は下部電極１２の外周６４の外側に位置している。金属層２２の外周６６は薄膜部１５ｂの外周６５と下部電極１２の外周６４の間に設けられていてもよい。

図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、圧電膜１４の厚膜部１５ａの上部の外周は上部電極１６の外周より内側に位置している。これにより、Ｑ値を向上できる。厚膜部１５ａの上部の外周は、上部電極１６の外周と一致していてもよいし、上部電極１６の外周より外側に位置していてもよい。圧電膜１４の厚膜部１５ａの上部の側面に保護膜２４が被覆していない。これは、上部電極１６が圧電膜１４の側面に対しオーバハングしているためである。圧電膜１４の保護の観点から圧電膜１４は保護膜２４から露出しないことが好ましい。

［実施例１の製造方法例１］
図３（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法例１を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、平坦主面を有する基板１０上に空隙を形成するための犠牲層３８を形成する。犠牲層３８の膜厚は、例えば１０〜１００ｎｍであり、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＧｅまたはＳｉＯ_２等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。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。次に、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を形成する。犠牲層３８および下部電極１２は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。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。

図３（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４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。圧電膜１４上に上部電極１６を例えば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は、リフトオフ法により形成してもよい。

図１（ｃ）に示す並列共振器Ｐにおいては、下層１６ａを形成した後に、質量負荷膜２０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。質量負荷膜２０を例えば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。その後、上層１６ｂを形成する。

図３（ｃ）に示すように、上部電極１６および圧電膜１４上に所望形状のマスク層４４を形成する。マスク層４４は例えばフォトレジストであり、フォトリソグラフィ法を用い形成する。マスク層４４をマスクに圧電膜１４の一部をエッチング法を用い除去する。これにより、圧電膜１４に厚膜部１５ａおよび薄膜部１５ｂが形成される。圧電膜１４がサイドエッチングされると、厚膜部１５ａの外周は上部電極１６の外周より内側に位置する。

図４（ａ）に示すように、マスク層４４を、例えば有機洗浄法またはアッシング法により除去する。上部電極１６および圧電膜１４上に所望形状のマスク層４６を形成する。マスク層４６は例えばフォトレジストであり、フォトリソグラフィ法を用い形成する。マスク層４６をマスクに圧電膜１４の一部をエッチング法を用い除去する。これにより、下部電極１２が露出する。

図４（ｂ）に示すように、マスク層４６を例えば有機洗浄法またはアッシング法を用い除去する。保護膜２４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。上部電極１６がオーバハングしているため、厚膜部１５ａの側面上部に保護膜２４は形成されない。

図４（ｃ）に示すように、保護膜２４を例えば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。露出した下部電極１２および上部電極１６に接するようにそれぞれ金属層２２および２２ａ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、金属層２２および２２ａを、例えば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。金属層２２および２２ａは、リフトオフ法により形成してもよい。

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。犠牲層３８をエッチングする媒体としては、犠牲層３８以外の共振器を構成する材料をエッチングしない媒体であることが好ましい。特に、エッチング媒体は、エッチング媒体が接触する下部電極１２がエッチングされない媒体であることが好ましい。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の積層膜１８の応力を圧縮応力となるように設定しておく。これにより、犠牲層３８が除去されると、積層膜１８が基板１０の反対側に基板１０から離れるように膨れる。下部電極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、実施例１に係る圧電薄膜共振器が作製される。

［実施例１の製造方法例２］
図５（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法例２を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、図３（ａ）と同様に基板１０上に犠牲層３８および下部電極１２を形成する。

図５（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を成膜する。下部圧電膜１４ａの成膜方法は図３（ｂ）の圧電膜１４の成膜方法と同じである。下部圧電膜１４ａ上に加工用膜２６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。加工用膜２６を例えば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。加工用膜２６はリフトオフ法を用い形成してもよい。加工用膜２６は、圧電膜１４をエッチングするときにエッチングされにくい材料からなり、例えば酸化シリコン膜である。

図５（ｃ）に示すように、加工用膜２６および下部圧電膜１４ａ上に上部圧電膜１４ｂを成膜する。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとから圧電膜１４が形成される。図３（ｂ）と同様に圧電膜１４上に上部電極１６を形成する。上部電極１６を例えば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。

図６（ａ）に示すように、圧電膜１４を例えば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。このとき、加工用膜２６がマスクとなり加工用膜２６下の圧電膜１４が残存し薄膜部１５ｂが形成される。例えば圧電膜１４が窒化アルミニウム膜であり、加工用膜２６が酸化シリコン膜の場合、リン酸系のエッチング溶液を用いることで、加工用膜２６に対し圧電膜１４を選択的にエッチングできる。

図６（ｂ）に示すように、加工用膜２６を例えばエッチング法を用い除去する。図４（ｂ）と同様に保護膜２４を成膜する。図６（ｃ）に示すように、図４（ｃ）と同様に、保護膜２４を所望形状にパターニングする。下部電極１２および上部電極１６に接する金属層２２および２２ａを形成する。その後、犠牲層３８を除去することで、実施例１に係る圧電薄膜共振器が作成される。

実施例１の製造方法例２では、加工用膜２６を設けることで、薄膜部１５ｂの膜厚の製造ばらつきを抑制できる。

［シミュレーション］
２次元の有限要素法を用いたシミュレーションを行った。図７（ａ）および図７（ｂ）は、シミュレーションを行ったそれぞれ比較例１および実施例１の断面形状を示す図、図７（ｃ）は、シミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）に示すように、比較例１では、基板１０および空隙３０上に下部電極１２が設けられている。空隙３０上の下部電極１２上に圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は下部電極１２のみにより基板１０に支持されている。圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６の端に対し圧電膜１４の端は内側に位置している。基板１０上の下部電極１２上に金属層２２が設けられている。金属層２２の端は空隙３０の端の内側に位置している。

共振領域５０の中心６８がミラー界面条件となる。共振領域５０の幅をＷ１、空隙３０の幅をＷ２、上部電極１６と圧電膜１４のオフセット幅をＷ３、および金属層２２と基板１０のオフセット幅をＷ４とする。圧電膜１４の厚さをＴ１とする。

図７（ｂ）に示すように、実施例１では、圧電膜１４の薄膜部１５ｂが共振領域５０から基板１０上まで延伸している。金属層２２の内端は薄膜部１５ｂの上面上に位置している。薄膜部１５ｂと空隙３０のオフセット幅をＷ５とする。薄膜部ｂの厚さをＴ２とする。その他の構成は図７（ａ）と同じである。

シミュレーションに用いた各材料および寸法は以下である。
下部電極１２：膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜および膜厚が１９０ｎｍのＲｕ膜
厚膜部１５ａ：膜厚Ｔ１が１２６０ｎｍのＡｌＮ膜
薄膜部１５ｂ：膜厚Ｔ２が６３０ｎｍのＡｌＮ膜
上部電極１６：膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜および膜厚が３０ｎｍのＣｒ膜
幅Ｗ１：４０μｍ
幅Ｗ２：４７μｍ
幅Ｗ３：０．２μｍ
幅Ｗ４：２μｍ
幅Ｗ５：３μｍ

図７（ｃ）に示すように、シミュレーションの結果、比較例１と実施例１とでは電気機械結合係数ｋ^２は７．１２であり同じである。実施例１の反共振周波数におけるＱ値Ｑａは比較例１のＱａより大きい。実施例１のように、共振領域５０の外側の空隙３０上の下部電極１２上に薄膜部１５ｂを設ける。薄膜部１５ｂの上面にから下部電極１２にかけて金属層２２を設ける。これにより、Ｑ値を向上できる。また、金属層２２が薄膜部１５ｂ上に設けられているため、圧電膜１４の下部電極１２からの剥離を抑制できる。

［比較例２と実施例１の比較］
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、比較例２では、圧電膜１４の薄膜部１５ｂの上面および側面が保護膜２４に覆われている。これにより金属層２２と薄膜部１５ｂとの間に保護膜２４が設けられる。矢印５５のように、共振領域５０において発生した熱は圧電膜１４の薄膜部１５ｂを介し伝導する。保護膜２４は例えば酸化シリコン膜等の絶縁膜であり、熱伝導率が圧電膜１４および金属層２２より低い。このため、圧電膜１４から金属層２２への熱伝導が妨げられる。これにより、下部電極１２と上部電極１６との間に大電力の高周波信号が加わると共振領域５０の温度が上昇してしまう。よって、圧電薄膜共振器の耐電力性が低下する。

また、比較例２では、金属層２２と保護膜２４との界面、保護膜２４と圧電膜１４との界面、保護膜２４と下部電極１２との界面が存在する。圧電膜１４、保護膜２４、金属層２２および下部電極１２は、異なる材料であり、界面の種類が多くなると、密着性の弱い界面における剥離の危険性が増大する。

図８（ｂ）に示すように、実施例１では、薄膜部１５ｂの上面および側面と金属層２２とが接する。これにより、矢印５６のように、共振領域５０において発生した熱は薄膜部１５ｂから金属層２２に効率的に伝導し、金属層２２から基板１０に至る。これにより、下部電極１２と上部電極１６との間に大電力の高周波信号が加わっても共振領域５０の温度上昇が抑制される。よって、圧電薄膜共振器の耐電力性を向上できる。

また、実施例１では、比較例２における３つの界面に対応する界面は金属層２２と圧電膜１４との界面である。このように、比較例２に比べ界面の種類を少なくできる。これにより、金属層２２と圧電膜１４との界面の密着性を向上させればよく、界面からの剥離の危険性を抑制できる。

［実施例１の変形例１および２］
図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。図１（ｂ）および図８（ｂ）では、薄膜部１５ｂ上において保護膜２４と金属層２２とは重ならず、かつ保護膜２４と金属層２２との間に隙間は存在しない。

図９（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、領域７４のように、薄膜部１５ｂ上の一部において保護膜２４と金属層２２とが重なり、薄膜部１５ｂの他の一部において金属層２２が薄膜部１５ｂに接している。保護膜２４と金属層２２とを一部重ねることで、保護膜２４と金属層２２との位置合わせがずれた場合であっても、薄膜部１５ｂが露出することを抑制できる。

図９（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、領域７５のように、薄膜部１５ｂ上において保護膜２４と金属層２２との間に隙間が存在している。保護膜２４と金属層２２とを離間させることで、保護膜２４と金属層２２との位置合わせがずれた場合も、保護膜２４は金属層２２と薄膜部１５ｂとの間に位置しない。よって、図８（ｂ）において説明したように、熱伝導性を向上しかつ界面の種類を削減することができる。

［実施例１の変形例３および４］
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例３および４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では、圧電膜１４は下部圧電膜１４ａと下部圧電膜１４ａ上に設けられた上部圧電膜１４ｂとを有する。厚膜部１５ａは下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂから形成され、薄膜部１５ｂは下部圧電膜１４ａから形成される。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が挿入されている。挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域に設けられておらず、外周に沿った外周領域にリング状に設けられている。挿入膜２８は、上部電極１６の引き出し領域５２および下部電極１２の引き出し領域５４において、共振領域５０内から外にかけて設けられている。薄膜部１５ｂの上面において挿入膜２８は金属層２２に重ならないように設けられている。挿入膜２８上に保護膜２４が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

図１０（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では、上部電極１６の引き出し領域５２において共振領域５０内に挿入膜２８が設けられている。下部電極１２の引き出し領域５４において挿入膜２８は共振領域５０内に設けられておらず、共振領域５０の外の薄膜部１５ｂの上面に設けられている。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例５および６］
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例５および６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ａ）に示すように、実施例１の変形例５では、上部電極１６の引き出し領域５２において共振領域５０内に挿入膜２８が設けられている。下部電極１２の引き出し領域５４において挿入膜２８は設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。

図１１（ｂ）に示すように、実施例１の変形例６では、上部電極１６の引き出し領域５２において挿入膜２８が設けられていない。下部電極１２の引き出し領域５４において共振領域５０の外の薄膜部１５ｂの上面に挿入膜２８が設けられている。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例３から６のように、下部電極１２から上部電極１６との間に挿入膜２８が設けられていてもよい。挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域には設けられていない。挿入膜２８は例えば酸化シリコン膜等の絶縁膜またはＡｌ膜等の金属膜であり、圧電膜１４より音響インピーダンスが小さい。これにより、Ｑ値を向上できる。

実施例１およびその変形例によれば、厚膜部１５ａを挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域が共振領域５０であり、薄膜部１５ｂは共振領域５０の外に位置する。金属層２２は、共振領域５０の外に位置する薄膜部１５ｂ上から下部電極１２上にかけて設けられている。これにより、Ｑ値を向上できる。また圧電膜１４が下部電極１２から剥がれることを抑制できる。さらに、金属層２２は、薄膜部１５ｂの表面の少なくとも一部に接する。これにより、共振領域５０からの放熱性が向上し耐電力性を向上できる。

金属層２２は、薄膜部１５ｂの上面（直上）の少なくとも一部と接していればよい。また、金属層２２は、薄膜部１５ｂの側面の少なくとも一部と接していればよい。

図２のように、下部電極１２が共振領域５０から外側にかけて設けられた領域５４において、金属層２２は、薄膜部１５ｂの表面の少なくとも一部に接する。これにより、放熱性をより向上できる。

下部電極１２下に空隙３０が形成され、平面視において薄膜部１５ｂの外周は空隙３０の外周の外側に位置する。これにより、下部電極１２の機械的強度を向上することができる。

圧電膜１４を覆う保護膜２４（絶縁膜）が設けられている。これにより圧電膜１４を保護できる。保護膜２４は、金属層２２と薄膜部１５ｂとの間に設けられていない。これにより、共振領域５０からの放熱性が向上する。また、保護膜２４と他の材料との界面の種類が減るため膜剥がれを抑制できる。

実施例１の変形例３から６のように、挿入膜２８は、下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に設けられている。厚膜部１５ａは下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとから形成されている。薄膜部１５ｂは下部圧電膜１４ａから形成され上部圧電膜１４ｂを含まない。これにより、厚膜部１５ａおよび薄膜部１５ｂを簡単に形成できる。なお、挿入膜２８は、温度補償膜であり、共振領域５０の中央領域を含む全体に設けられていてもよい。このように、挿入膜２８は共振領域５０の少なくとも一部に設けられていていることが好ましい。

実施例２およびその変形例１は、空隙の構成を変えた例である。図１２（ａ）は、実施例２の圧電薄膜共振器の断面図、図１２（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。図１２（ａ）に示すように、実施例２では、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。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。

図１２（ｂ）に示すように、実施例２の変形例１では、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。

実施例１およびその変形例において、実施例２と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例２の変形例１と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。

実施例１およびその変形例並びに実施例２のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例２の変形例１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。

共振領域５０が楕円形状の例を説明したが、他の形状でもよい。例えば、共振領域５０は、四角形または五角形等の多角形でもよい。

実施例３はデュプレクサの例である。図１３は、実施例３に係るデュプレクサの回路図である。図１３に示すように、デュプレクサは、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２を備えている。送信フィルタ４０は、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。共通端子Ａｎｔとグランドとの間には、整合回路としてインダクタＬ１が設けられている。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。インダクタＬ１は、送信フィルタ４０を通過した送信信号が受信フィルタ４２に漏れず共通端子Ａｎｔから出力されるようにインピーダンスを整合させる。

送信フィルタ４０は、ラダー型フィルタである。送信端子Ｔｘ（入力端子）と共通端子Ａｎｔ（出力端子）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。送信端子Ｔｘと共通端子Ａｎｔ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。並列共振器Ｐ１からＰ３のグランド側は共通にインダクタＬ２を介し接地されている。直列共振器、並列共振器およびインダクタ等の個数や接続は所望の送信フィルタ特性を得るため適宜変更可能である。直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つを実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器とすることができる。

図１４（ａ）は、実施例３における送信フィルタの平面図および断面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、実施例１に係る圧電薄膜共振器を同一基板１０に形成し、ラダー型フィルタとすることができる。圧電膜１４に開口３６が形成されている。開口３６を介し下部電極１２と電気的に接続することができる。その他の構成は、実施例２の変形例２と同じであり説明を省略する。各共振器Ｓ１からＳ４およびＰ１からＰ３の共振領域５０の大きさおよび形状は、適宜変更可能である。

受信フィルタ４２は、ラダー型フィルタでもよく、多重モードフィルタでもよい。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ラダー型フィルタまたはラティス型フィルタとすることができる。また、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方の少なくとも１つの共振器を実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器とすることができる。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１４ａ 下部圧電膜
１４ｂ 上部圧電膜
１５ａ 厚膜部
１５ｂ 薄膜部
１６ 上部電極
２２、２２ａ 金属層
２４ 保護膜
２８ 挿入膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域
５２、５４ 領域

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた下部電極と、
   前記下部電極上に設けられ、厚膜部と前記厚膜部より薄い薄膜部とを有する圧電膜と、
   前記厚膜部を挟み前記下部電極と対向する領域である共振領域が形成されるように設けられた上部電極と、
   前記共振領域の外に位置する前記薄膜部上から前記下部電極上にかけて設けられ、前記薄膜部の表面の少なくとも一部に接する金属層と、
   を備える圧電薄膜共振器。
2. 前記金属層は、前記薄膜部の直上の少なくとも一部と接する請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記金属層は、前記薄膜部の側面の少なくとも一部と接する請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
4. 前記下部電極が前記共振領域から外側にかけて設けられた領域において、前記金属層は前記薄膜部の表面の少なくとも一部に接する請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
5. 前記下部電極下に空隙が形成され、平面視において前記薄膜部の外周は前記空隙の外周より外側に位置する請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記圧電膜に挿入された挿入膜を備え、
   前記圧電膜は下部圧電膜と下部圧電膜上に設けられた上部圧電膜とを有し、
   前記挿入膜は、前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との間に設けられ、
   前記厚膜部は前記下部圧電膜と前記上部圧電膜とから形成され、前記薄膜部は前記下部圧電膜から形成され前記上部圧電膜を含まない請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
7. 前記圧電膜を覆う絶縁膜を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
8. 前記絶縁膜は、前記金属層と前記薄膜部との間に設けられていない請求項７に記載の圧電薄膜共振器。
9. 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を含むフィルタ。
10. 請求項９に記載のフィルタを含むデュプレクサ。

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