JP2020088578A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇を抑制すること。【解決手段】基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記基板と下部電極との間に空隙が設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と上部電極とが対向する複数の第１領域が平面視において単一の前記空隙内に設けられるように、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方は複数設けられ前記下部電極および前記上部電極の他方は単一であり、前記基板および前記空隙上に設けられた下部電極および上部電極と、平面視において前記複数の第１領域間において前記空隙と重なる第２領域において前記下部電極、前記上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた前記圧電膜を含む膜の少なくとも一部と接し、前記第２領域内における前記基板と反対の面は、前記上部電極の前記基板と反対の面より上に位置する絶縁体と、を備える弾性波デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスに関する。

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチ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（特許文献１）。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。共振領域の下には振動を制限しないように空隙または音響反射膜が設けられる。空隙または音響反射膜は平面視において共振領域を含むように設けられる。平面視において、単一の空隙に複数の圧電薄膜共振器が重なるように配置することが知られている（例えば特許文献１、２）。

特開２００１−２４４７６号公報 特開２０１８−６９１９号公報

しかしながら、単一の空隙に複数の共振領域が重なると、共振領域から基板への放熱経路が少なくなる。これにより、共振領域の温度上昇が大きくなりやすい。このため、耐電力性能が劣化する。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、温度上昇を抑制することを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記基板と下部電極との間に空隙が設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と上部電極とが対向する複数の第１領域が平面視において単一の前記空隙内に設けられるように、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方は複数設けられ前記下部電極および前記上部電極の他方は単一であり、前記基板および前記空隙上に設けられた下部電極および上部電極と、平面視において前記複数の第１領域間において前記空隙と重なる第２領域において前記下部電極、前記上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた前記圧電膜を含む膜の少なくとも一部と接し、前記第２領域内における前記基板と反対の面は、前記上部電極の前記基板と反対の面より上に位置する絶縁体と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記絶縁体の一部は、前記上部電極の上方に設けられ平面視において前記複数の第１領域の少なくとも１つの少なくとも一部と重なる構成とすることができる。

上記構成において、前記上部電極が前記複数の第１領域から引き出される第３領域および前記第２領域以外では、前記圧電膜の端面は前記複数の第１領域の外周と略一致する構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁体の熱容量は、前記複数の第１領域内の前記圧電膜、前記下部電極および前記上部電極の合計の熱容量の０．１倍以上である構成とすることができる。

上記構成において、前記第２領域において、少なくとも前記上部電極を貫通する溝が設けられ、前記絶縁体は前記溝の底面に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁体は前記溝の側面に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁体は前記溝の側面と離間する構成とすることができる。

上記構成において、前記溝は前記上部電極および前記圧電膜を貫通する構成とすることができる。

上記構成において、前記溝は前記圧電膜内の上部に設けられ、前記溝の下に前記圧電膜内の下部が設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記溝は前記圧電膜に設けられていない構成とすることができる。

上記構成において、前記第２領域において、少なくとも前記下部電極を貫通する溝が設けられ、前記絶縁体は前記上部電極に接する構成とすることができる。

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

本発明によれば、温度上昇を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）は、実施例１における弾性波デバイスの平面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図３は、実施例１における絶縁体の斜視図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例３および４に係る弾性波デバイスの断面図である。 図８（ａ）は、実施例１の変形例５に係る弾性波デバイスの平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図９（ａ）は、実施例１の変形例６に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、挿入膜の平面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１０は、実施例１の変形例７に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例８および９に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１０および１１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１２および１３に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１４（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１４（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。

以下、図面を参照し実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、実施例１における弾性波デバイスの平面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図２（ａ）から図２（ｃ）では、絶縁体２０の図示を省略している。

まず、図２（ａ）から図２（ｃ）を用い絶縁体２０以外の構造について説明する。基板１０および空隙３０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、下部電極１２は例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。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（空気層）が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。

下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は例えば（００２）方向（Ｃ軸方向）を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする。圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は例えばルテニウム膜である。上部電極１６および圧電膜１４に溝２２が設けられている。溝２２により、上部電極１６および圧電膜１４は分断されている。溝２２の底面は下部電極１２の上面である。

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が対向する領域が共振領域５０である。上部電極１６が分断されている領域が分断領域５２である。分断領域５２のため、単一の空隙３０内に２つの共振領域５０が形成されている。共振領域５０は、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。共振領域５０と分断領域５２とを合わせた領域は楕円形状である。

上部電極１６は短軸方向に引き出し領域５４を有する。引き出し領域５４は上部電極１６が共振領域５０から引き出される領域である。空隙３０の楕円形状の長軸に沿って上部電極１６が分割されている。上部電極１６が設けられていない領域が分断領域５２である。分断領域５２は楕円形状の中心を含む。引き出し領域５４以外では、上部電極１６が共振領域５０を規定する。圧電膜１４の平面形状は、上部電極１６の平面形状（すなわち共振領域５０と引き出し領域５４を合わせた領域の平面形状）とほぼ同じである。

下部電極１２は引き出し領域を有していない。下部電極１２は空隙３０の長軸方向に幅広部５６を有する。幅広部５６は空隙３０の外側まで設けられている。下部電極１２は分断領域５２にも設けられている。幅広部５６は、下部電極１２と上部電極１６との合わせずれが生じても共振領域５０の面積をほぼ一定とするために設けられている。幅広部５６および分断領域５２以外では、下部電極１２が共振領域５０を規定する。

共振領域５０は、分断領域５２の両側に設けられ、共振領域５０と分断領域５２を合わせた平面形状は、空隙３０と相似する形状（例えば楕円形状）であり、空隙３０と重なり、空隙３０と同じまたは空隙３０より小さい。平面視において、共振領域５０と分断領域５２を合わせた平面形状は、空隙３０と合同であり、空隙３０と完全に重なり合っていてもよい。

図２（ａ）のように、圧電膜１４および下部電極１２には孔部３４が設けられている。孔部３４は、下部電極１２下の導入路３２を介し空隙３０に通じている。孔部３４および導入路３２は、空隙３０を形成するときに用いる犠牲層をエッチングするときに、犠牲層にエッチング液を導入するためのものである。

次に、図１（ａ）および図１（ｂ）を用い、絶縁体２０について説明する。絶縁体２０の断面形状はＴ字状であり、絶縁体２０は支持部２０ａと上部２０ｂとを含む。支持部２０ａの幅Ｗａは、分断領域５２の幅Ｗｃより小さい。支持部２０ａは溝２２の底面（すなわち下部電極１２の上面）に接し、溝２２の側面（すなわち圧電膜１４および上部電極１６の溝２２に露出する側面）と離間している。上部２０ｂの幅Ｗｂは分断領域５２の幅Ｗｃより大きい。これにより、上部２０ｂの少なくとも一部は平面視において共振領域５０に重なるように設けられている。上部２０ｂの下面は共振領域５０内の上部電極１６から離間している。

基板１０としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、Ｒｕ以外にもクロム（Ｃｒ）、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

圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、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、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素と４族元素との２つの元素、または２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）、Ｓｒ（ストロンチウム）または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。

絶縁体２０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層等の無機絶縁膜である。絶縁体２０はポリイミド樹脂等の有機絶縁体でもよい。絶縁体２０は、比熱の大きい材料であることが好ましい。

図３は、実施例１における絶縁体２０の斜視図である。図３に示すように、支持部２０ａは、幅Ｗａ、長さＬａおよび高さＨａを有する。上部２０ｂは、幅Ｗｂ、長さＬｂおよび高さＨｂを有する。絶縁体２０の材料および各寸法の一例は以下である。
絶縁体２０の材料：窒化アルミニウム
支持部２０ａの幅Ｗａ：１２μｍ
支持部２０ａの長さＬａ：１３８μｍ
支持部２０ａの高さＨａ：１μｍ
上部２０ｂの幅Ｗｂ：４８μｍ
上部２０ｂの長さＬｂ：１３８μｍ
上部２０ｂの高さＨｂ：１０μｍ

共振周波数が約２５００ＭＨｚの圧電薄膜共振器における材料および寸法の一例は以下である。
２つの共振領域５０の合計面積：４８０００μｍ^２
下部電極１２：厚さが１８０ｎｍのルテニウム膜
圧電膜１４：厚さが１μｍの窒化アルミニウム膜
上部電極１６：厚さが１６０ｎｍのルテニウム膜
分断領域５２の幅Ｗｃ：１４μｍ

［実施例１の製造方法］
図４（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、基板１０上に空隙３０を介し下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を積層する。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６は所望の形状にパターニングされている。図４（ｂ）に示すように、分断領域５２の上部電極１６および圧電膜１４を除去し溝２２を形成する。溝２２の形成には、例えばフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いる。

図５（ａ）に示すように、溝２２の側面および共振領域５０内の上部電極１６上に例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い犠牲層３６を形成する。リフトオフ法を用い犠牲層３６を所望の形状にパターニングする。犠牲層３６の形成およびリフトオフを複数回繰り返してもよい。犠牲層３６は、エッチング法を用いパターニングしてもよい。犠牲層３６は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）であり、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６とエッチングの選択性のある膜である。

図５（ｂ）に示すように、犠牲層３６上および犠牲層３６に形成された溝内および犠牲層３６上に例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い絶縁体２０を形成する。リフトオフ法を用い絶縁体２０を所望の形状にパターニングする。絶縁体２０の形成およびリフトオフを複数回繰り返してもよい。絶縁体２０は、エッチング法を用いパターニングしてもよい。その後、犠牲層３６を除去する。これにより、図１（ａ）および図１（ｂ）の弾性波デバイスが完成する。

特許文献１のように、絶縁体２０が設けられてない場合、単一の空隙３０に複数の共振領域５０が重なる。空隙３０は熱伝導が低いため、共振領域５０において発生した熱の基板１０への放熱経路が限られる。特に、圧電膜１４の平面形状が上部電極１６の平面形状とほぼ同じである場合、放熱経路は圧電膜１４を介して共振領域５０から引き出し領域５４に伝導する経路に限られる。このため、共振領域５０の熱容量が小さいと、共振領域５０の温度が上昇しやすくなる。特に、ＬＴＥ（Long Term Evolution）方式の携帯電話では、瞬間的な大電力が共振領域５０に加わる。これにより、共振領域５０の温度が上昇し、耐電力性能が劣化する。

実施例１のように、分断領域５２に絶縁体２０を設けることで、空隙３０上の共振領域５０および絶縁体２０の熱容量が大きくなる。これにより、共振領域５０の温度上昇を抑制できる。

例えば、実施例１の図３の例では、絶縁体２０の熱容量は約０．１６μＪ／Ｋである。また、２つの共振領域５０の下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の合わせた熱容量は約０．１６μＪ／Ｋである。このように、絶縁体２０の熱容量と共振領域５０の熱容量がほぼ同じであれば、共振領域５０の温度上昇を約１／２にできる。なお、熱容量は質量と比熱の積により算出できる。

［実施例１の変形例１］
図６（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図６（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、支持部２０ａは溝２２の側面から離間している。上部２０ｂの下面は共振領域５０内の上部電極１６の上面の少なくとも一部に接している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例２］
図６（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図６（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、支持部２０ａは溝２２の側面に接している。上部２０ｂの下面は共振領域５０内の上部電極１６の上面から離間している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例３］
図７（ａ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では、支持部２０ａは溝２２の側面に接している。上部２０ｂの下面は共振領域５０内の上部電極１６の上面の少なくとも一部に接している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１およびその変形例１から３のように、絶縁体２０は、溝２２の側面に接してもよいし、溝２２の側面から離間してもよい。絶縁体２０は、共振領域５０内の上部電極１６の少なくとも一部と接してもよいし、上部電極１６から離間してもよい。

絶縁体２０が溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と接することにより、共振領域５０の熱は効率よく絶縁体２０に伝導する。絶縁体２０が溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と離間することにより、共振領域５０の内の弾性波が絶縁体２０に漏洩することを抑制できる。

［実施例１の変形例４］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では、溝２２は上部電極１６に設けられ、圧電膜１４には設けられていない。支持部２０ａの下面は圧電膜１４の上面に接している。上部２０ｂの下面は上部電極１６の上面から離間している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例４のように、絶縁体２０の下面は圧電膜１４の上面に接してもよい。溝２２は圧電膜１４の途中まで設けられ、絶縁体２０の下面は溝２２の底面の圧電膜１４に接してもよい。絶縁体２０の下面が圧電膜１４と接するとき、絶縁体２０は、溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と接してもよいし、溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と離間してもよい。

［実施例１の変形例５］
図８（ａ）は、実施例１の変形例５に係る弾性波デバイスの平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、実施例１の変形例５では、絶縁体２０の断面形状はＩ字状であり、平面視において絶縁体２０は共振領域５０に重ならない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例５のように、平面視において絶縁体２０は共振領域５０に重ならないとき、絶縁体２０は溝の側面に接してもよい。

［実施例１の変形例６］
図９（ａ）は、実施例１の変形例６に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、挿入膜の平面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、実施例１の変形例６では、圧電膜１４内に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、共振領域５０の中央領域５８には設けられておらず、共振領域５０内の外周領域６０に設けられている。外周領域６０は中央領域５８の少なくとも一部を囲むように設けられ、共振領域５０の外周を含み、外周に沿って設けられている。

挿入膜２８により共振領域５０から外側への弾性波の漏洩を抑制できる。これにより、圧電薄膜共振器のＱ値を向上できる。挿入膜２８のヤング率は圧電膜１４より小さいことが好ましい。密度がほぼ同じであれば、ヤング率は音響インピーダンスと相関することから、挿入膜２８の音響インピーダンスは圧電膜１４より小さいことが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。挿入膜２８の音響インピーダンスを圧電膜１４より小さくするため、圧電膜１４が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜２８は、アルミニウム膜、金膜、銅膜、チタン膜、白金膜、タンタル膜、クロム膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。特に、ヤング率の観点から挿入膜２８は、Ａｌ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。

図４（ｂ）のように、溝２２を形成するときに、挿入膜２８でエッチングが停止するように、エッチングガスおよび条件を選択することにより、溝２２の底面を挿入膜２８の上面にすることができる。

［実施例１の変形例７］
図１０は、実施例１の変形例７に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０に示すように、実施例１の変形例７では、溝２２は上部電極１６に設けられ、圧電膜１４には設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例６と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例６および７のように、挿入膜２８が設けられているときに、絶縁体２０は、溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と接してもよいし、溝２２の側面および／または上部電極１６の上面と離間してもよい。平面視において絶縁体２０は共振領域５０に重ならなくてもよい。溝２２の底面は下部電極１２の上面でもよい。挿入膜２８は共振領域５０の外周に一部に設けられ、他の外周に設けられていなくてもよい。挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４との間に設けられていてもよく、圧電膜１４と上部電極１６との間に設けられていてもよい。

［実施例１の変形例８］
図１１（ａ）は、実施例１の変形例８に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ａ）に示すように、実施例１の変形例８では、分断領域５２において下部電極１２が分断され、上部電極１６は分断されていない。溝２２は、下部電極１２に設けられ、圧電膜１４に設けられていない。絶縁体２０は分断領域５２内の上部電極１６の上面に接し、共振領域５０内の上部電極１６の上面には接していない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例９］
図１１（ｂ）は、実施例１の変形例９に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）に示すように、実施例１の変形例９では、溝２２は下部電極１２および圧電膜１４に設けられている。溝２２に上部電極１６の下面が露出している。その他の構成は実施例１の変形例８と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例８および９のように、溝２２は少なくとも下部電極１２に設けられていてもよい。溝２２が下部電極１２に設けられているときに、挿入膜２８が設けられていてもよい。

［実施例１の変形例１０］
図１２（ａ）は、実施例１の変形例１０に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ａ）に示すように、実施例１の変形例１０では、基板１０の上面に凹部が設けられ、凹部内に空隙３０が形成されている。下部電極１２の下面は略平坦である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例１１］
図１２（ｂ）は、実施例１の変形例１１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ｂ）に示すように、実施例１の変形例１１では、基板１０の上面に凹部が設けられ、凹部内に空隙３０が形成されている。下部電極１２の下面は略平坦である。その他の構成は実施例１の変形例４と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例１２］
図１３（ａ）は、実施例１の変形例１２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ａ）に示すように、実施例１の変形例１２では、基板１０の上面に凹部が設けられ、凹部内に空隙３０が形成されている。下部電極１２の下面は略平坦である。その他の構成は実施例１の変形例６と同じであり説明を省略する。
［実施例１の変形例１３］

図１３（ｂ）は、実施例１の変形例１３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ｂ）に示すように、実施例１の変形例１３は、基板１０の上面に凹部が設けられ、凹部内に空隙３０が形成されている。下部電極１２の下面は略平坦である。その他の構成は実施例１の変形例７と同じであり説明を省略する。

実施例１および変形例１から９のように、空隙３０はドーム状でもよく、実施例１の変形例１０から１３のように、空隙３０は基板１０の上面の凹部に設けられていてもよい。空隙３０の平面形状および断面形状は任意である。

共振領域５０と分断領域５２を合わせた平面形状として楕円形状を例に説明したが、共振領域５０と分断領域５２を合わせた平面形状は四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。単一の空隙３０に２つの共振領域５０が重なる例を説明したが、単一の空隙３０に３つ以上の共振領域５０が重なってもよい。単一の空隙３０に重なる複数の共振領域５０の面積が互いに略同じ例を説明したが、単一の空隙３０に重なる複数の共振領域５０の面積は互いに異なってもよい。

実施例１およびその変形例によれば、圧電膜１４は、基板１０上に設けられている。基板１０と下部電極１２との間に空隙３０が設けられている。複数の共振領域５０（第１領域）が平面視において単一の空隙３０内に設けられるように、分断領域５２（空隙３０と重なる複数の共振領域５０間において空隙３０と重なる第２領域）において、下部電極１２および上部電極１６のいずれか一方は複数設けられ下部電極１２および上部電極１６の他方は単一である。

このように、平面視において、空隙３０内に複数の共振領域５０が設けられると、共振領域５０の放熱経路が限られ、共振領域５０の温度が高くなる。

そこで、分断領域５２において圧電膜１４、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一部と接し、分断領域５２内における絶縁体２０の上面（基板１０と反対の面）が上部電極１６の上面より上に位置する絶縁体２０を設ける。これにより、共振領域５０内の積層膜（下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６）と絶縁体２０の合計の熱容量が大きくなり、共振領域５０における温度の上昇を抑制できる。なお、実施例１の変形例６および１２のように、圧電膜１４内に挿入膜２８が設けられている場合、絶縁体２０は下部電極１２と上部電極１６との間に設けられた圧電膜１４を含む膜の一部に接していてもよい。

分断領域５２内における絶縁体２０の上面は上部電極１６の上面より、積層膜（下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６）の厚さの２倍以上上に位置することが好ましく、５倍以上上に位置することがより好ましい。絶縁体２０の熱容量は、分断領域５２内に残存する圧電膜１４、下部電極１２および上部電極１６の合計の熱容量の１倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましく、５倍以上がさらに好ましい。

絶縁体２０の熱容量は、複数の共振領域５０内の圧電膜１４、下部電極１２および上部電極１６の合計の熱容量の０．１倍以上が好ましく、０．５倍以上がより好ましく、１倍以上がさらに好ましい。絶縁体２０が大きすぎると、弾性波デバイスが大型化する。このため、絶縁体２０の熱容量は、共振領域５０内の圧電膜１４、下部電極１２および上部電極１６の合計の熱容量の１０倍以下が好ましく、５倍以下がより好ましい。

絶縁体２０の一部（上部２０ｂの一部）は、上部電極１６の上方に設けられ平面視において複数の共振領域５０の少なくとも１つの少なくとも一部と重なる。これにより、絶縁体２０の熱容量を大きくできる。よって、共振領域５０の温度上昇をより抑制できる。また、弾性波デバイスが大型化することを抑制できる。上部２０ｂは、平面視において複数の共振領域５０うち全ての共振領域５０の少なくとも一部と重なっていてもよいし、複数の共振領域５０うち１つの共振領域５０の少なくとも一部と重なり他の共振領域と重ならなくてもよい。上部２０ｂは、平面視において複数の共振領域５０うち少なくとも１つの共振領域５０の全てと重なっていてもよい。

図２（ｂ）および図２（ｃ）のように、上部電極１６の引き出し領域５４（第３領域）および分断領域５２以外では、圧電膜１４の端面は複数の共振領域５０の外周と略一致する。この場合、共振領域５０からの主な放熱経路は引き出し領域５４の圧電膜１４である。よって、共振領域５０の温度が上昇しやすくなる。そこで、実施例１およびその変形例のように、絶縁体２０を設けることで、共振領域５０の温度上昇を抑制できる。なお、圧電膜１４の端面と共振領域５０の外周とが略一致するとは、製造誤差程度に略一致することであり、例えば、パターン同士の合わせずれおよび／またはサイドエッチング等に起因する圧電膜１４の端面と共振領域５０の外周とのずれを許容する。

実施例１、その変形例１から７、および１０から１３のように、分断領域５２において、少なくとも上部電極１６を貫通する溝２２が設けられ、絶縁体２０は溝２２の底面に接する。これにより、分断領域５２に上部電極１６が設けられていない構造において、共振領域５０の温度上昇を抑制できる。

実施例１の変形例２および３のように、絶縁体２０は溝２２の側面に接する。これにより、共振領域５０の温度上昇をより抑制できる。

実施例１、その変形例１、４から７、および１０から１３のように、絶縁体２０は溝２２の側面と離間する。これにより、共振領域５０から弾性波が絶縁体２０に漏洩することを抑制できる。よって、損失を抑制できる。

実施例１、その変形例１から３、５および１０のように、溝２２は上部電極１６および圧電膜１４を貫通し、溝２２の下に圧電膜１４は残存しない。これにより、共振領域５０間の干渉を抑制しかつ共振領域５０の温度上昇を抑制できる。

実施例１の変形例６および１２のように、溝２２は圧電膜１４内の上部に設けられ、溝２２の下に圧電膜１４内の下部が設けられている。すなわち、溝２２の下に圧電膜１４の一部が残存する。これにより、圧電膜１４に溝２２が設けられていない構造に比べ共振領域５０間の干渉を抑制できる。溝２２の下に圧電膜１４が残存しない構造に比べ共振領域５０の温度上昇を抑制できる。

実施例１の変形例４、７、８、１１および１３のように、溝２２は圧電膜１４に設けられていない。これにより、共振領域５０の温度上昇をより抑制できる。

実施例１の変形例８および９のように、分断領域５２において、少なくとも下部電極１２を貫通する溝２２が設けられ、絶縁体２０は上部電極１６に接する。これにより、分断領域５２に下部電極１２が設けられていない構造において、共振領域５０の温度上昇を抑制できる。

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１４（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１４（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１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。絶縁体２０は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ４の全てに設けてもよい。絶縁体２０は、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ４の一部の共振器に設け、他の共振器には設けなくてもよい。例えば、直列共振器Ｓ１からＳ４には大電力の高周波電力が印加される。そこで、直列共振器Ｓ１からＳ４に絶縁体２０を設け、並列共振器Ｐ１からＰ４に設けなくてもよい。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

図１４（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１４（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。送信フィルタ４０には大電力の高周波信号が印加される。そこで、送信フィルタ４０に実施例２のフィルタを用いることが好ましい。

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。

実施例およびその変形例として、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサについて説明したが、絶縁体２０をアクチュエータ（例えば、インクジェット用のマイクロポンプ、ＲＦ（Radio Frequency）−ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチもしくは光ミラー）、センサ（例えば、加速度センサもしくはジャイロ）、またはエナジーハーベスト等の弾性波デバイスに適用してもよい。

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

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
２０ 絶縁体
２０ａ 支持部
２０ｂ 上部
２２ 溝
２８ 挿入膜
３０ 空隙
５０ 共振領域
５２ 分断領域
５４ 引き出し領域
５６ 幅広部

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた圧電膜と、
   前記基板と下部電極との間に空隙が設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と上部電極とが対向する複数の第１領域が平面視において単一の前記空隙内に設けられるように、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方は複数設けられ前記下部電極および前記上部電極の他方は単一であり、前記基板および前記空隙上に設けられた下部電極および上部電極と、
   平面視において前記複数の第１領域間において前記空隙と重なる第２領域において前記下部電極、前記上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた前記圧電膜を含む膜の少なくとも一部と接し、前記第２領域内における前記基板と反対の面は、前記上部電極の前記基板と反対の面より上に位置する絶縁体と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記絶縁体の一部は、前記上部電極の上方に設けられ平面視において前記複数の第１領域の少なくとも１つの少なくとも一部と重なる請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記上部電極が前記複数の第１領域から引き出される第３領域および前記第２領域以外では、前記圧電膜の端面は前記複数の第１領域の外周と略一致する請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記絶縁体の熱容量は、前記複数の第１領域内の前記圧電膜、前記下部電極および前記上部電極の合計の熱容量の０．１倍以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 前記第２領域において、少なくとも前記上部電極を貫通する溝が設けられ、前記絶縁体は前記溝の底面に接する請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記絶縁体は前記溝の側面に接する請求項５に記載の弾性波デバイス。
7. 前記絶縁体は前記溝の側面と離間する請求項５に記載の弾性波デバイス。
8. 前記溝は前記上部電極および前記圧電膜を貫通する請求項５から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
9. 前記溝は前記圧電膜内の上部に設けられ、前記溝の下に前記圧電膜内の下部が設けられている請求項５から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
10. 前記溝は前記圧電膜に設けられていない請求項５から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
11. 前記第２領域において、少なくとも前記下部電極を貫通する溝が設けられ、前記絶縁体は前記上部電極に接する請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
13. 請求項１２に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

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