JP2014030136A - Acoustic wave device - Google Patents

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JP2014030136A JP2012170269A JP2012170269A JP2014030136A JP 2014030136 A JP2014030136 A JP 2014030136A JP 2012170269 A JP2012170269 A JP 2012170269A JP 2012170269 A JP2012170269 A JP 2012170269A JP 2014030136 A JP2014030136 A JP 2014030136A
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Tokihiro Nishihara
時弘 西原
Shinji Taniguchi
眞司 谷口
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic wave device capable of controlling temperature characteristics and electrical characteristics for each piezoelectric thin film resonator.SOLUTION: The acoustic wave device includes a piezoelectric thin film resonator that includes: a substrate 10; a piezoelectric film 14 provided on the substrate; a lower electrode 12 and an upper electrode 16 facing each other across the piezoelectric film; a temperature compensation film 28 having an elastic constant of a temperature coefficient of a code opposite to the temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric film; and a plurality of conductive films formed respectively on the upper surface and the lower surface of the temperature compensation film and electrically short-circuited from each other. An area of the temperature compensation film in a resonance region 50 where the lower electrode and the upper electrode face each other across the piezoelectric film is different from the area of the resonance region.

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば圧電薄膜共振器を備える弾性波デバイスに関する。   The present invention relates to an acoustic wave device, for example, an acoustic wave device including a piezoelectric thin film resonator.

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば無線機器等のフィルタ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。圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスとして、フィルタおよびデュプレクサがある。圧電薄膜共振器の圧電膜、下部電極および上部電極は、一般的に弾性定数の温度係数が負である。これにより、圧電薄膜共振器の共振周波数は、温度上昇とともに低周波数側にシフトする。このように、弾性波デバイスにおいては、共振周波数、***振周波数および通過帯域等が温度により変化する。   An acoustic wave device using a piezoelectric thin film resonator is used as a filter for a wireless device, for example. The piezoelectric thin film resonator has a structure in which the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween. As an acoustic wave device using a piezoelectric thin film resonator, there are a filter and a duplexer. The piezoelectric film, the lower electrode, and the upper electrode of the piezoelectric thin film resonator generally have a negative temperature coefficient of elastic constant. As a result, the resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator shifts to the low frequency side as the temperature rises. As described above, in the acoustic wave device, the resonance frequency, the anti-resonance frequency, the passband, and the like vary with temperature.

周波数の温度変化を抑制するために、圧電膜、下部電極および上部電極の温度係数とは逆の温度係数を有する酸化シリコン膜等の温度補償膜を積層膜中に挿入した圧電薄膜共振器が知られている（例えば、非特許文献１）。   A piezoelectric thin film resonator in which a temperature compensation film such as a silicon oxide film having a temperature coefficient opposite to that of the piezoelectric film, the lower electrode, and the upper electrode is inserted in the laminated film in order to suppress the temperature change of the frequency is known. (For example, Non-Patent Document 1).

温度補償膜を用いた際に、電界が温度補償膜に集中し励振効率が低下することを抑制するため、温度補償膜の上下面に互いに短絡した電極を設けた構造が知られている（例えば、特許文献１）。下部電極内に温度補償膜を埋め込んだ圧電薄膜共振器が知られている（例えば、特許文献２）。   In order to prevent the electric field from concentrating on the temperature compensation film and lowering the excitation efficiency when using the temperature compensation film, a structure in which short-circuited electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film is known (for example, Patent Document 1). A piezoelectric thin film resonator in which a temperature compensation film is embedded in a lower electrode is known (for example, Patent Document 2).

特開昭６０−１６０１０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-16010 米国特許出願公開第２０１１／０２６６９２５号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0266925

Proc. IEEE Ultrasonics Symposium 2000, pp855-858Proc. IEEE Ultrasonics Symposium 2000, pp855-858

しかしながら、温度補償膜を使用した圧電薄膜共振器において、温度特性を改善するために温度補償膜を厚くすると、実効的電気機械結合係数が低下する。例えば圧電薄膜共振器を用いたフィルタにおいては、温度補償膜を厚くすることにより温度特性は改善するが、通過帯域のマッチングが悪化する。または、通過帯域の損失が悪化する。このように、温度特性と実効的電気機械結合係数とがトレードオフとなる。このため、例えば、同一弾性波デバイス内において、圧電薄膜共振器毎に温度特性と電気的特性とを制御することが難しい。   However, in a piezoelectric thin film resonator using a temperature compensation film, if the temperature compensation film is made thick in order to improve temperature characteristics, the effective electromechanical coupling coefficient is lowered. For example, in a filter using a piezoelectric thin film resonator, the temperature characteristic is improved by increasing the thickness of the temperature compensation film, but the matching of the passband is deteriorated. Or, the loss of the pass band deteriorates. Thus, there is a tradeoff between temperature characteristics and effective electromechanical coupling coefficient. For this reason, for example, it is difficult to control temperature characteristics and electrical characteristics for each piezoelectric thin film resonator in the same acoustic wave device.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振器毎に温度特性と電気的特性とを制御すること可能な弾性波デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an acoustic wave device capable of controlling temperature characteristics and electrical characteristics for each piezoelectric thin film resonator.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極と、前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する温度補償膜と、前記温度補償膜の上面および下面にそれぞれ形成され、互いに電気的に短絡した複数の導電膜と、を具備し、前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域における前記温度補償膜の面積は、前記共振領域の面積とは異なる圧電薄膜共振器を備える弾性波デバイスである。本発明によれば、圧電薄膜共振器毎に温度特性と電気的特性とを制御することが可能な弾性波デバイスを提供することができる。   The present invention includes a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, a lower electrode and an upper electrode opposed to each other with the piezoelectric film interposed therebetween, and a temperature coefficient having an opposite sign to a temperature coefficient of an elastic constant of the piezoelectric film. A temperature compensation film having an elastic constant; and a plurality of conductive films formed on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film and electrically short-circuited to each other, the lower electrode and the upper electrode sandwiching the piezoelectric film The area of the temperature compensation film in the resonance region facing each other is an acoustic wave device including a piezoelectric thin film resonator that is different from the area of the resonance region. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the elastic wave device which can control a temperature characteristic and an electrical property for every piezoelectric thin film resonator can be provided.

上記構成において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は前記導電膜を含む構成とすることができる。   In the above structure, at least one of the lower electrode and the upper electrode may include the conductive film.

上記構成において、前記温度補償膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする構成とすることができる。   In the above configuration, the temperature compensation film may be configured to have silicon oxide or silicon nitride as a main component.

上記構成において、前記温度補償膜は、酸化シリコンを主成分とし、Ｆ、Ｈ、ＣＨ３、ＣＨ２、Ｃｌ、Ｃ，Ｎ、ＰおよびＳのいずれかを含む構成とすることができる。 In the above configuration, the temperature compensation film may be configured so that silicon oxide is a main component and any one of F, H, CH 3 , CH 2 , Cl, C, N, P, and S is included.

上記構成において、前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The said piezoelectric film can be set as the structure which has aluminum nitride as a main component.

上記構成において、前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されている構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure by which the space | gap is formed between the said board | substrate and the said lower electrode in the said resonance area | region.

上記構成において、前記共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を具備する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which comprises the acoustic reflection film which reflects the elastic wave which propagates the said piezoelectric film under the said lower electrode in the said resonance region.

上記構成において、前記温度補償膜の側面は上面の幅が下面より小さいテーパを有する構成とすることができる。   In the above configuration, the side surface of the temperature compensation film may have a taper in which the width of the upper surface is smaller than that of the lower surface.

上記構成において、前記共振領域に対し、前記共振領域における前記温度補償膜の面積比が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を備える構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure provided with the said several piezoelectric thin film resonator from which the area ratio of the said temperature compensation film in the said resonance area differs with respect to the said resonance area.

上記構成において、前記複数の圧電薄膜共振器を含むフィルタを備える構成とすることができる。   In the above configuration, a filter including the plurality of piezoelectric thin film resonators may be provided.

上記構成において、前記フィルタはラダー型フィルタであり、複数の前記圧電薄膜共振器は直接共振器と並列共振器とを含む構成とすることができる。   In the above configuration, the filter may be a ladder filter, and the plurality of piezoelectric thin film resonators may include a direct resonator and a parallel resonator.

上記構成において、前記直列共振器と前記並列共振器との前記面積比の差により、前記直列共振器と前記並列共振器との共振周波数の差を形成する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which forms the difference of the resonant frequency of the said series resonator and the said parallel resonator by the difference of the said area ratio of the said series resonator and the said parallel resonator.

上記構成において、前記フィルタを含むデュプレクサを備える構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure provided with the duplexer containing the said filter.

本発明によれば、圧電薄膜共振器毎に温度特性と電気的特性とを制御すること可能な弾性波デバイスを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the elastic wave device which can control a temperature characteristic and an electrical property for every piezoelectric thin film resonator can be provided.

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。FIG. 1A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 図２（ａ）は温度補償膜の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIG. 2A is a plan view showing an example of a temperature compensation film, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図３（ａ）は絶縁膜の別の一例を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIG. 3A is a plan view showing another example of the insulating film, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る並列共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。FIG. 4A to FIG. 4C are cross-sectional views (part 1) illustrating the method for manufacturing the parallel resonator according to the first embodiment. 図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る並列共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。FIG. 5A and FIG. 5B are cross-sectional views (part 2) illustrating the method for manufacturing the parallel resonator according to the first embodiment. 図６（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。6A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the second embodiment, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 6A. 図７（ａ）は、実施例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIG. 7A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the third embodiment, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 7A. 図８（ａ）は、実施例４に係る圧電薄膜共振器の平面図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIG. 8A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the fourth embodiment, and FIGS. 8B and 8C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 8A. 図９（ａ）は、実施例４の変形例に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIG. 9A is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a modification of the fourth embodiment, and FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 9A. 図１０は、実施例５に係るデュプレクサの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a duplexer according to the fifth embodiment. 図１１（ａ）は、受信フィルタの通過特性を示す図、図１１（ｂ）は、通過特性の受信帯域近傍の拡大図、図１１（ｃ）は、受信帯域近傍のアンテナからの信号のリターンロスを示す図である。FIG. 11A is a diagram showing the pass characteristics of the reception filter, FIG. 11B is an enlarged view of the pass characteristics near the reception band, and FIG. 11C is a signal return from the antenna near the reception band. It is a figure which shows loss. 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、それぞれタイプＡ、ＢおよびＣにおける各温度での通過特性を示す図である。FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams showing pass characteristics at each temperature in types A, B, and C, respectively. 図１３（ａ）は、送信フィルタの通過特性を示す図、図１３（ｂ）は、通過特性の送信帯域近傍の拡大図、図１３（ｃ）は、送信帯域近傍のアンテナからの信号のリターンロスを示す図である。13A is a diagram showing the pass characteristic of the transmission filter, FIG. 13B is an enlarged view of the pass characteristic in the vicinity of the transmission band, and FIG. 13C is a signal return from the antenna in the vicinity of the transmit band. It is a figure which shows loss. 図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、それぞれタイプＤ、Ｅ、ＦおよびＧにおける各温度での通過特性を示す図である。FIG. 14A to FIG. 14D are diagrams showing pass characteristics at each temperature in types D, E, F, and G, respectively.

以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例１は、弾性波デバイスに用いられる共振器の例である。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。   Example 1 is an example of a resonator used in an acoustic wave device. FIG. 1A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views taken along line AA of FIG. FIG. 1B shows a cross-sectional view of, for example, a series resonator of a ladder filter, and FIG. 1C shows a parallel resonator of a ladder filter, for example.

図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、基板１０の平坦主面との間に下部電極１２側にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されるように下部電極１２が設けられている。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の高さが高くなるような形状の膨らみである。下部電極１２は下層１２ａと上層１２ｂとを含んでいる。下層１２ａは例えばＣｒ（クロム）膜であり、上層１２ｂは例えばＲｕ（ルテニウム）膜である。   The structure of the series resonator S will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). The lower electrode 12 is provided on the substrate 10, which is a silicon (Si) substrate, so that a gap 30 having a dome-like bulge is formed on the lower electrode 12 side between the flat main surface of the substrate 10. The dome-shaped bulge is a bulge having a shape in which, for example, the height of the gap 30 is small around the gap 30 and the height of the gap 30 is increased toward the inside of the gap 30. The lower electrode 12 includes a lower layer 12a and an upper layer 12b. The lower layer 12a is, for example, a Cr (chromium) film, and the upper layer 12b is, for example, a Ru (ruthenium) film.

下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜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Ｒｕ膜である。下層１６ａと上層１６ｂとの間に、温度補償膜２８が設けられている。温度補償膜２８は、主成分を酸化シリコンとする膜である。酸化シリコンは、弾性定数の温度係数が正である。共振領域５０における温度補償膜２８の面積は共振領域５０の面積とは異なる。例えば、共振領域５０内の温度補償膜２８は、共振領域５０の面積より小さくなるようにパターニングされている。   On the lower electrode 12, a piezoelectric film 14 mainly composed of aluminum nitride (AlN) whose main axis is the (002) direction is provided. The upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 so as to have a region (resonance region 50) facing the lower electrode 12 with the piezoelectric film 14 interposed therebetween. The resonance region 50 has an elliptical shape and is a region in which elastic waves in the thickness longitudinal vibration mode resonate. The 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, Ru films. A temperature compensation film 28 is provided between the lower layer 16a and the upper layer 16b. The temperature compensation film 28 is a film whose main component is silicon oxide. Silicon oxide has a positive temperature coefficient of elastic constant. The area of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 is different from the area of the resonance region 50. For example, the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 is patterned so as to be smaller than the area of the resonance region 50.

上部電極１６上には周波数調整膜２４として酸化シリコン膜が形成されている。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、温度補償膜２８および周波数調整膜２４を含む。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 on the upper electrode 16 as the frequency adjustment film 24. The laminated film 18 in the resonance region 50 includes the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, the upper electrode 16, the temperature compensation film 28, and the frequency adjustment film 24. 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。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、圧電膜１４には下部電極１２と電気的に接続するための開口部３６が設けられている。開口部３６の底の下部電極１２上には外部接続用のＡｕ等のバンプ用下地膜が設けられていてもよい。   As shown in FIG. 1A, the lower electrode 12 is formed with an introduction path 33 for etching the sacrificial layer. The sacrificial layer is a layer for forming the gap 30. The vicinity of the distal end of the introduction path 33 is not covered with the piezoelectric film 14, and the lower electrode 12 has a hole 35 at the distal end of the introduction path 33. As shown in FIGS. 1A and 1B, the piezoelectric film 14 is provided with an opening 36 for electrical connection with the lower electrode 12. A bump base film such as Au for external connection may be provided on the lower electrode 12 at the bottom of the opening 36.

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と周波数調整膜２４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。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内の全面に形成された質量負荷膜２０を含む。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。   The structure of the parallel resonator P will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (c). Compared with the series resonator S, the parallel resonator P is provided with a mass load film 20 made of a Ti (titanium) layer between the upper electrode 16 and the frequency adjustment film 24. Therefore, the laminated film 18 includes the mass load film 20 formed on the entire surface in the resonance region 50 in addition to the laminated film of the series resonator S. Other configurations are the same as those of the series resonator S shown in FIG.

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、周波数調整膜２４の膜厚を調整することにより行なう。なお、質量負荷膜２０を用いず、共振領域５０に対する温度補償膜２８の面積比を、直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとで変えることにより、直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差を調整することもできる。例えば、並列共振器における共振領域５０内の温度補償膜２８の面積を直列共振器における共振領域５０内の温度補償膜２８の面積より大きくしてもよい。   The difference in resonance frequency between the series resonator S and the parallel resonator P is adjusted using the film thickness of the mass load film 20. The resonance frequency of both the series resonator S and the parallel resonator P is adjusted by adjusting the film thickness of the frequency adjustment film 24. Note that the resonance between the series resonator S and the parallel resonator P is achieved by changing the area ratio of the temperature compensation film 28 to the resonance region 50 between the series resonator S and the parallel resonator P without using the mass load film 20. The frequency difference can also be adjusted. For example, the area of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 in the parallel resonator may be larger than the area of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 in the series resonator.

図１（ｂ）および図１（ｃ）において、圧電膜１４の開口部３６側の外周が上部電極１６より内側に位置している。これにより、圧電膜１４内の弾性波が共振領域５０の外側に漏れることを抑制できる。また、圧電膜１４の外周の位置は、上部電極１６と一致していてもよいし、上部電極１６より大きくてもよい。   In FIG. 1B and FIG. 1C, the outer periphery of the piezoelectric film 14 on the opening 36 side is located inside the upper electrode 16. Thereby, it is possible to suppress the acoustic wave in the piezoelectric film 14 from leaking outside the resonance region 50. Further, the position of the outer periphery of the piezoelectric film 14 may coincide with the upper electrode 16 or may be larger than the upper electrode 16.

基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、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（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。上部電極１６を積層膜とした場合、積層膜の界面に温度補償膜２８を配置してもよい。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、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）を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上するため、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。 As the substrate 10, in addition to the Si substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a GaAs substrate, or the like can be used. As lower electrode 12 and upper electrode 16, in addition to Ru and Cr, Al (aluminum), Ti (titanium), Cu (copper), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ta (tantalum), Pt (platinum) , Rh (rhodium), Ir (iridium), or a single layer film or a laminated film thereof can be used. When the upper electrode 16 is a laminated film, the temperature compensation film 28 may be disposed at the interface of the laminated film. For example, the lower layer 16a of the upper electrode 16 may be Ru and the upper layer 16b may be Mo. In addition to aluminum nitride, the piezoelectric film 14 may be made of ZnO (zinc oxide), PZT (lead zirconate titanate), PbTiO 3 (lead titanate), or the like. In addition, for example, the piezoelectric film 14 may contain aluminum nitride as a main component and may contain other elements for improving resonance characteristics or piezoelectricity. For example, by using Sc (scandium) as an additive element, the piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved, so that the effective electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric thin film resonator can be improved.

温度補償膜２８の弾性定数は、圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数を有する。これにより、周波数温度係数を０に近づけることができる。圧電膜１４が窒化アルミニウムの場合、弾性定数の温度係数は負である。よって、温度補償膜２８としては、弾性定数の温度係数が正の材料を用いる。例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が弾性定数の温度係数が正である。酸化シリコン膜または窒化シリコン膜は化学量論的な組成でなくてもよい。また、温度補償膜２８は、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を主成分とし、共振特性の向上または温度特性の改善のため他の元素を含んでもよい。例えば、温度補償膜２８は、酸化シリコン膜を主成分とし、Ｆ（フッ素）、Ｈ（水素）、ＣＨ３、ＣＨ２、Ｃｌ（塩素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｐ（燐）およびＳ（硫黄）のいずれかを含んでもよい。これにより、酸化シリコン膜の弾性定数の温度係数を大きくすることができる。よって、温度補償膜２８の膜厚を小さくできる。このため、温度補償膜２８のパターニング精度が向上する。また、実施例２および３のように、温度補償膜２８上に圧電膜１４を形成する場合、温度補償膜２８が薄いことにより圧電膜１４の配向性の劣化を抑制できる。 The elastic constant of the temperature compensation film 28 has a temperature coefficient opposite in sign to the temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric film 14. Thereby, the frequency temperature coefficient can be brought close to zero. When the piezoelectric film 14 is aluminum nitride, the temperature coefficient of the elastic constant is negative. Therefore, a material having a positive temperature coefficient of elastic constant is used for the temperature compensation film 28. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film has a positive temperature coefficient of elastic constant. The silicon oxide film or the silicon nitride film may not have a stoichiometric composition. The temperature compensation film 28 may be mainly composed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and may contain other elements for improving resonance characteristics or temperature characteristics. For example, the temperature compensation film 28 includes a silicon oxide film as a main component, and F (fluorine), H (hydrogen), CH 3 , CH 2 , Cl (chlorine), C (carbon), N (nitrogen), and P (phosphorus). ) And S (sulfur). Thereby, the temperature coefficient of the elastic constant of the silicon oxide film can be increased. Therefore, the thickness of the temperature compensation film 28 can be reduced. For this reason, the patterning accuracy of the temperature compensation film 28 is improved. Further, when the piezoelectric film 14 is formed on the temperature compensation film 28 as in the second and third embodiments, the deterioration of the orientation of the piezoelectric film 14 can be suppressed because the temperature compensation film 28 is thin.

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。   As the frequency adjusting film 24, a silicon nitride film, aluminum nitride, or the like can be used in addition to the silicon oxide film. As the mass load film 20, in addition to Ti, a single layer film such as Ru, Cr, Al, Cu, Mo, W, Ta, Pt, Rh or Ir can be used. For example, an insulating film made of metal nitride or metal oxide such as silicon nitride or silicon oxide can be used. In addition to the layer between the upper electrodes 16, the mass load film 20 is disposed below the lower electrode 12, between the lower electrodes 12, above the upper electrode 16, between the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14, or between the piezoelectric film 14 and the upper electrode. 16 can be formed. The mass load film 20 may be larger than the resonance region 50 as long as it is formed so as to include the resonance region 50.

温度補償膜２８の形状について説明する。図２（ａ）は温度補償膜の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、共振領域５０内に温度補償膜２８が島状に形成されている。温度補償膜２８が形成されていない領域が開口２９である。温度補償膜２８の島は、周期的に設けられた円形状のドット状パターンである。   The shape of the temperature compensation film 28 will be described. FIG. 2A is a plan view showing an example of a temperature compensation film, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, the temperature compensation film 28 is formed in an island shape in the resonance region 50. A region where the temperature compensation film 28 is not formed is the opening 29. The island of the temperature compensation film 28 is a circular dot pattern provided periodically.

図３（ａ）は絶縁膜の別の一例を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、共振領域５０内に開口２９を有する温度補償膜２８が形成されている。開口２９は周期的に設けられた円形状のドット状パターンを含む。さらに、ドット状パターンは線状パターンにより連結されている。線状パターンはジグザグに形成されている。   FIG. 3A is a plan view showing another example of the insulating film, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIGS. 3A and 3B, a temperature compensation film 28 having an opening 29 in the resonance region 50 is formed. The opening 29 includes a circular dot pattern provided periodically. Further, the dot patterns are connected by a linear pattern. The linear pattern is formed in a zigzag pattern.

図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、温度補償膜２８の側面は、上面の幅が下面の幅より小さくなるようなテーパ状を有している。温度補償膜２８は、上部電極１６内に設けられるため、テーパ状を有することにより、上部電極１６内の不要な空隙等を抑制できる。図２（ａ）および図３（ｂ）におけるドット状パターンは、円形状であるが、多角形等他の形状でもよい。ドット状パターンは、周期的に配列されておらず非周期的でもよい。また、線状パターンは、図３（ａ）以外の形状でもよい。温度補償膜２８は、全体に均一に設けられていることが好ましい。例えば、温度補償膜２８は、共振領域５０内にほぼ一様に形成されている。   As shown in FIGS. 2B and 3B, the side surface of the temperature compensation film 28 has a taper shape such that the width of the upper surface is smaller than the width of the lower surface. Since the temperature compensation film 28 is provided in the upper electrode 16, an unnecessary gap or the like in the upper electrode 16 can be suppressed by having a tapered shape. The dot-like patterns in FIGS. 2A and 3B are circular, but may be other shapes such as polygons. The dot pattern may not be periodically arranged but may be aperiodic. Further, the linear pattern may have a shape other than that shown in FIG. The temperature compensation film 28 is preferably provided uniformly throughout. For example, the temperature compensation film 28 is formed substantially uniformly in the resonance region 50.

共振領域５０内において、温度補償膜２８は島状に形成されていてもよく、温度補償膜２８に開口２９が形成されていてもよい。いずれの例においても、共振領域５０内の温度補償膜２８の形状は共振領域５０とは異なる。共振領域５０の面積Ａ０に対する共振領域５０内における温度補償膜２８の面積Ａ１の面積比Ａ１／Ａ０は、１より小さく、かつ０より大きい。面積比Ａ１／Ａ０を所定値以下とする場合は、温度補償膜２８を島状に形成し、面積比Ａ１／Ａ０を所定値以上とする場合は、温度補償膜２８に開口を形成することができる。例えば、面積比Ａ１／Ａ０が０より大きく、かつ０．５以下の場合は、温度補償膜２８を島状に形成し、面積比Ａ１／Ａ０が０．５以上、かつ１より小さい場合は、温度補償膜２８に開口を形成することができる。   In the resonance region 50, the temperature compensation film 28 may be formed in an island shape, and the opening 29 may be formed in the temperature compensation film 28. In any example, the shape of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 is different from that of the resonance region 50. The area ratio A1 / A0 of the area A1 of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 to the area A0 of the resonance region 50 is smaller than 1 and larger than 0. When the area ratio A1 / A0 is set to a predetermined value or less, the temperature compensation film 28 is formed in an island shape, and when the area ratio A1 / A0 is set to a predetermined value or more, an opening is formed in the temperature compensation film 28. it can. For example, when the area ratio A1 / A0 is larger than 0 and 0.5 or less, the temperature compensation film 28 is formed in an island shape, and when the area ratio A1 / A0 is 0.5 or more and smaller than 1, An opening can be formed in the temperature compensation film 28.

面積比Ａ１／Ａ０が大きくなるに従い、周波数温度係数は正側にシフトする。共振周波数と実効的電気機械結合係数は小さくなる。よって、面積比Ａ１／Ａ０を変化させることにより、周波数温度係数、共振周波数および実効的電気機械結合係数等の諸特性を制御できる。複数の圧電薄膜共振器を備える弾性波デバイスにおいて、共振器ごとに面積比Ａ１／Ａ０を異ならせることは露光マスクの変更で容易に対応できる。   As the area ratio A1 / A0 increases, the frequency temperature coefficient shifts to the positive side. The resonant frequency and effective electromechanical coupling coefficient are reduced. Therefore, by changing the area ratio A1 / A0, various characteristics such as frequency temperature coefficient, resonance frequency, and effective electromechanical coupling coefficient can be controlled. In an acoustic wave device including a plurality of piezoelectric thin film resonators, changing the area ratio A1 / A0 for each resonator can be easily handled by changing the exposure mask.

図４（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係る並列共振器Ｐの製造方法を示す断面図である。図４（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ＳｉＯ２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技術およびエッチング技術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技術およびエッチング技術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。 FIGS. 4A to 5B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the parallel resonator P according to the first embodiment. As shown in FIG. 4A, a sacrificial layer 38 for forming a void is formed on the substrate 10 having a flat main surface. The thickness of the sacrificial layer 38 is, for example, 10 to 100 nm, and is selected from materials that can be easily dissolved in an etching solution or etching gas such as MgO, ZnO, Ge, or SiO 2 . Thereafter, the sacrificial layer 38 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. The shape of the sacrificial layer 38 is a shape corresponding to the planar shape of the air gap 30, and includes a region that becomes the resonance region 50, for example. Next, the lower layer 12 a and the upper layer 12 b are formed as the lower electrode 12 on the sacrificial layer 38 and the substrate 10. The sacrificial layer 38 and the lower electrode 12 are formed by using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, the lower electrode 12 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. The lower electrode 12 may be formed by a lift-off method.

図４（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４、上部電極１６の下層１６ａおよび温度補償膜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。温度補償膜２８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。このとき温度補償膜２８の側面は上面の幅が下面より小さいテーパを有する。   As shown in FIG. 4B, the piezoelectric film 14, the lower layer 16a of the upper electrode 16, and the temperature compensation film 28 are formed on the lower electrode 12 and the substrate 10 by using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method. To do. The temperature compensation film 28 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. At this time, the side surface of the temperature compensation film 28 has a taper in which the width of the upper surface is smaller than that of the lower surface.

図４（ｃ）に示すように、上部電極１６の上層１６ｂおよび質量負荷膜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、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。直接共振器Ｓにおいては、質量負荷膜２０は完全に除去される。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。   As shown in FIG. 4C, the upper layer 16b and the mass load film 20 of the upper electrode 16 are formed using, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method. The mass load film 20 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. In the direct resonator S, the mass load film 20 is completely removed. The upper electrode 16 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique.

図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い圧電膜１４を所望の形状にパターニングする。圧電膜１４のエッチングは、例えば燐酸を含む溶液を用い、圧電膜１４の外周の少なくとも一部が上部電極１６の外周より内側に位置するように行なう。これにより、共振特性を向上できる。圧電膜１４の外周の位置は、例えばエッチング時間により制御することができる。下部電極１２が開口部３６を介し露出される。よって、開口部３６を介し下部電極１２にＡｕ等のバンプを電気的に接続することができる。これにより、下部電極１２を外部回路と電気的に接続することができる。   As shown in FIG. 5A, the piezoelectric film 14 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. Etching of the piezoelectric film 14 is performed using, for example, a solution containing phosphoric acid so that at least a part of the outer periphery of the piezoelectric film 14 is located inside the outer periphery of the upper electrode 16. Thereby, resonance characteristics can be improved. The position of the outer periphery of the piezoelectric film 14 can be controlled by, for example, etching time. The lower electrode 12 is exposed through the opening 36. Therefore, a bump such as Au can be electrically connected to the lower electrode 12 through the opening 36. Thereby, the lower electrode 12 can be electrically connected to an external circuit.

図５（ｂ）に示すように、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技術およびエッチング技術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。   As shown in FIG. 5B, the frequency adjusting film 24 is formed by using, for example, a sputtering method or a CVD method. The frequency adjustment film 24 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique.

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。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、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した直列共振器Ｓ、および図１（ａ）および１（ｃ）に示した並列共振器Ｐが作製される。   Thereafter, the etching solution for the sacrificial layer 38 is introduced into the sacrificial layer 38 below the lower electrode 12 through the hole 35 and the introduction path 33 (see FIG. 1A). Thereby, the sacrificial layer 38 is removed. The medium for etching the sacrificial layer 38 is preferably a medium that does not etch the material constituting the resonator other than the sacrificial layer 38. In particular, the etching medium is preferably a medium in which the lower electrode 12 with which the etching medium contacts is not etched. The stress of the laminated film 18 is set to be a compressive stress. Thus, when the sacrificial layer 38 is removed, the laminated film 18 swells away from the substrate 10 on the opposite side of the substrate 10. A gap 30 having a dome-like bulge is formed between the lower electrode 12 and the substrate 10. Thus, the series resonator S shown in FIGS. 1A and 1B and the parallel resonator P shown in FIGS. 1A and 1C are manufactured.

実施例１によれば、温度補償膜２８は、圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する。上部電極１６が温度補償膜２８の上面および下面にそれぞれ形成され、互いに電気的に短絡している。これにより、温度補償膜２８が共振特性に弾性的に寄与し、周波数温度係数を抑制できる。温度補償膜２８が上部電極１６（導電膜）に挟まれているため、電気的には温度補償膜２８の容量が寄与しない。よって、実効的電気機械結合係数を大きくできる。   According to the first embodiment, the temperature compensation film 28 has an elastic constant having a temperature coefficient opposite to the temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric film 14. Upper electrodes 16 are respectively formed on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film 28 and are electrically short-circuited with each other. Thereby, the temperature compensation film 28 elastically contributes to the resonance characteristics, and the frequency temperature coefficient can be suppressed. Since the temperature compensation film 28 is sandwiched between the upper electrodes 16 (conductive film), the capacitance of the temperature compensation film 28 does not contribute electrically. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient can be increased.

さらに、共振領域５０における温度補償膜２８の面積Ａ１は、共振領域５０の面積Ａ０とは異なる。これにより、面積比Ａ１／Ａ０を変化させることにより、圧電薄膜共振器毎に、周波数温度係数等の温度特性と、共振周波数および実効的電気機械結合係数等の電気的特性と、を制御できる。   Furthermore, the area A1 of the temperature compensation film 28 in the resonance region 50 is different from the area A0 of the resonance region 50. Thereby, by changing the area ratio A1 / A0, the temperature characteristics such as the frequency temperature coefficient and the electrical characteristics such as the resonance frequency and the effective electromechanical coupling coefficient can be controlled for each piezoelectric thin film resonator.

また、温度補償膜２８の上面および下面にそれぞれ形成され互いに短絡された導電膜として、上部電極１６を用いることができる。これにより、導電膜を形成する工程を簡略化できる。   Further, the upper electrode 16 can be used as a conductive film formed on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film 28 and short-circuited to each other. Thereby, the process of forming a conductive film can be simplified.

また、実施例１においては、圧電膜１４を成膜する際の下地の凸凹を小さくできるため、後述する実施例２および３に比べ圧電膜１４を成膜する際の配向性を向上できる。   Moreover, in Example 1, since the unevenness | corrugation of the foundation | substrate at the time of forming the piezoelectric film 14 can be made small, the orientation at the time of forming the piezoelectric film 14 can be improved compared with Example 2 and 3 mentioned later.

実施例２は、下部電極１２内に温度補償膜２８が形成された例である。図６（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図６（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６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、下部電極１２は、下層１２ａ、中層１２ｃおよび上層１２ｂを含む。下層１２ａは、例えばＣｒ膜であり、中層１２ｃおよび上層１２ｂは例えばＲｕ膜である。温度補償膜２８は、下部電極１２の中層１２ｃと上層１２ｂとの間に配置されている。温度補償膜２８は、上部電極１６内には形成されていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。   The second embodiment is an example in which the temperature compensation film 28 is formed in the lower electrode 12. 6A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the second embodiment, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 6A. FIG. 6B shows a cross-sectional view of a series resonator of a ladder type filter, for example, and FIG. 6C shows a cross section of a parallel resonator of a ladder type filter, for example. As shown in FIGS. 6A to 6C, the lower electrode 12 includes a lower layer 12a, an intermediate layer 12c, and an upper layer 12b. The lower layer 12a is, for example, a Cr film, and the middle layer 12c and the upper layer 12b are, for example, Ru films. The temperature compensation film 28 is disposed between the middle layer 12 c and the upper layer 12 b of the lower electrode 12. The temperature compensation film 28 is not formed in the upper electrode 16. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

実施例２のように、温度補償膜２８の上面および下面にそれぞれ形成され互いに短絡された導電膜として、下部電極１２を用いることができる。実施例１および２のように、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方は温度補償膜２８の上面および下面にそれぞれ形成され互いに短絡された導電膜を含むことができる。後述する実施例３においては、導電膜２６ａおよび２６ｂを上部電極１６および下部電極１２と別に形成することになる。一方、実施例１および２においては、導電膜２６ａおよび２６ｂを上部電極１６または下部電極１２として形成でき、工程を削減できる。さらに、実施例３においては、圧電膜１４を複数回に分けて形成することになる。一方、実施例１および２においては、圧電膜１４の形成は１回でよく、工程を削減できる。   As in the second embodiment, the lower electrode 12 can be used as a conductive film formed on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film 28 and short-circuited to each other. As in the first and second embodiments, at least one of the lower electrode 12 and the upper electrode 16 may include conductive films formed on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film 28 and short-circuited to each other. In Example 3 to be described later, the conductive films 26 a and 26 b are formed separately from the upper electrode 16 and the lower electrode 12. On the other hand, in the first and second embodiments, the conductive films 26a and 26b can be formed as the upper electrode 16 or the lower electrode 12, and the number of processes can be reduced. Furthermore, in Example 3, the piezoelectric film 14 is formed in a plurality of times. On the other hand, in Examples 1 and 2, the piezoelectric film 14 may be formed only once, and the number of processes can be reduced.

実施例３は、温度補償膜２８が圧電膜１４内に形成された例である。図７（ａ）は、実施例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図７（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７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、圧電膜１４内に温度補償膜２８が設けられている。温度補償膜２８の下面および上面にはそれぞれ導電膜２６ａおよび２６ｂが設けられている。導電膜２６ａおよび２６ｂは電気的に短絡している。導電膜２６ａおよび２６ｂは、例えばＲｕ膜である。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。   The third embodiment is an example in which the temperature compensation film 28 is formed in the piezoelectric film 14. FIG. 7A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the third embodiment, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 7A. FIG. 7B shows a cross-sectional view of a series resonator of a ladder type filter, for example. FIG. 7C shows a cross-sectional view of a parallel resonator of a ladder type filter, for example. As shown in FIGS. 7A to 7C, a temperature compensation film 28 is provided in the piezoelectric film 14. Conductive films 26a and 26b are provided on the lower surface and the upper surface of the temperature compensation film 28, respectively. The conductive films 26a and 26b are electrically short-circuited. The conductive films 26a and 26b are, for example, Ru films. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

実施例３においては、温度補償膜２８および導電膜２６ａおよび２６ｂは、圧電膜１４の中央部に配置されることが好ましい。これにより、同じ温度特性を得るための温度補償膜２８の膜厚を最も薄くできる。温度補償膜２８および導電膜２６ａおよび２６ｂは、圧電膜１４の中央部に限らず、中央部より下部電極１２側または上部電極１６側に配置することもできる。この場合、温度補償膜２８の膜厚を適宜設定する。   In the third embodiment, it is preferable that the temperature compensation film 28 and the conductive films 26 a and 26 b are disposed at the center of the piezoelectric film 14. Thereby, the film thickness of the temperature compensation film 28 for obtaining the same temperature characteristic can be minimized. The temperature compensation film 28 and the conductive films 26 a and 26 b are not limited to the central portion of the piezoelectric film 14, and may be disposed on the lower electrode 12 side or the upper electrode 16 side from the central portion. In this case, the thickness of the temperature compensation film 28 is set as appropriate.

実施例３においても、温度補償膜２８が共振特性に弾性的に寄与し、周波数温度係数を抑制できる。温度補償膜２８が導電膜２６ａおよび２６ｂに挟まれているため、電気的には温度補償膜２８の容量が寄与しない。よって、実効的電気機械結合係数を大きくできる。さらに、面積比Ａ１／Ａ０を変化させることにより、圧電薄膜共振器毎に、温度特性と電気的特性とを制御できる。   Also in the third embodiment, the temperature compensation film 28 elastically contributes to the resonance characteristics, and the frequency temperature coefficient can be suppressed. Since the temperature compensation film 28 is sandwiched between the conductive films 26a and 26b, the capacitance of the temperature compensation film 28 does not contribute electrically. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient can be increased. Furthermore, by changing the area ratio A1 / A0, temperature characteristics and electrical characteristics can be controlled for each piezoelectric thin film resonator.

導電膜２６ａおよび２６ｂは、電気的に浮いている。例えばグランドから浮いている。これにより、温度補償膜２８を電気的により遮蔽することができる。また、製造コストの観点から、導電膜２６ａおよび２６ｂは、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方に含まれる膜と同じ材料の膜を含むことが好ましい。さらに、実効的電気機械結合係数を大きくするため、導電膜２６ａおよび２６ｂはアルミニウムより大きなヤング率を有していることが好ましい。導電膜２６ａおよび２６ｂとしては、アルミニウムより大きなヤング率を有する材料として例えばＩｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、ＴｉおよびＣｕの少なくとも１つを主成分とすることが好ましい。   The conductive films 26a and 26b are electrically floating. For example, it floats from the ground. Thereby, the temperature compensation film 28 can be shielded electrically. Further, from the viewpoint of manufacturing cost, the conductive films 26 a and 26 b preferably include a film made of the same material as the film included in at least one of the lower electrode 12 and the upper electrode 16. Further, in order to increase the effective electromechanical coupling coefficient, the conductive films 26a and 26b preferably have a Young's modulus greater than that of aluminum. The conductive films 26a and 26b are preferably made of, for example, at least one of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Cr, Ta, Pt, Ti and Cu as a main component as a material having a Young's modulus larger than that of aluminum.

実施例４は、空隙の構成を変えた例である。図８（ａ）は、実施例４に係る圧電薄膜共振器の平面図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図８（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８（ａ）から図８（ｃ）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、実施例４において、実施例２と同様に下部電極１２内に温度補償膜２８が配置されていてもよい。実施例３と同様に圧電膜１４内に温度補償膜２８および導電膜２６ａおよび２６ｂが配置されていてもよい。   Example 4 is an example in which the structure of the gap is changed. FIG. 8A is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the fourth embodiment, and FIGS. 8B and 8C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 8A. FIG. 8B shows a cross-sectional view of a series resonator of a ladder filter, for example, and FIG. 8C shows a cross-sectional view of a parallel resonator of a ladder filter, for example. As shown in FIGS. 8A to 8C, a depression is formed on the upper surface of the substrate 10. The lower electrode 12 is formed flat on the substrate 10. Thereby, the air gap 30 is formed in the recess of the substrate 10. The air gap 30 is formed in the resonance region 50. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted. The gap 30 may be formed so as to penetrate the substrate 10. In the fourth embodiment, the temperature compensation film 28 may be disposed in the lower electrode 12 as in the second embodiment. Similarly to the third embodiment, the temperature compensation film 28 and the conductive films 26 a and 26 b may be disposed in the piezoelectric film 14.

実施例４の変形例は、空隙の代わりに音響反射膜を設ける例である。図９（ａ）は、実施例４の変形例に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図９（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９（ａ）から図９（ｃ）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低い膜３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３０ａと膜３０ｂの積層数は任意に設定できる。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。なお、実施例４の変形例において、実施例２と同様に下部電極１２内に温度補償膜２８が配置されていてもよい。実施例３と同様に圧電膜１４内に温度補償膜２８および導電膜２６ａおよび２６ｂが配置されていてもよい。   The modification of Example 4 is an example in which an acoustic reflection film is provided instead of the gap. FIG. 9A is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a modification of the fourth embodiment, and FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 9A. FIG. 9B shows a cross-sectional view of a series resonator of a ladder type filter, for example, and FIG. 9C shows a cross section of a parallel resonator of a ladder type filter, for example. As shown in FIGS. 9A to 9C, the acoustic reflection film 31 is formed below the lower electrode 12 in the resonance region 50. The acoustic reflection film 31 is alternately provided with films 30a having a low acoustic impedance and films 30b having a high acoustic impedance. The film thicknesses of the films 30a and 30b are each λ / 4 (λ is the wavelength of the elastic wave), for example. The number of layers of the film 30a and the film 30b can be set arbitrarily. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted. In the modification of the fourth embodiment, the temperature compensation film 28 may be disposed in the lower electrode 12 as in the second embodiment. Similarly to the third embodiment, the temperature compensation film 28 and the conductive films 26 a and 26 b may be disposed in the piezoelectric film 14.

実施例１から４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４の変形例のように、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。   As in the first to fourth embodiments, the piezoelectric thin film resonator may be an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) in which the air gap 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 in the resonance region 50. Further, as in the modification of the fourth embodiment, the piezoelectric thin film resonator includes an SMR (Solidly Mounted Resonator) including an acoustic reflection film 31 that reflects an elastic wave propagating through the piezoelectric film 14 below the lower electrode 12 in the resonance region 50. But you can.

実施例１から実施例４およびその変形例において、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。   In the first to fourth embodiments and the modifications thereof, the example in which the resonance region 50 is elliptical has been described, but other shapes may be used.

実施例５は弾性波デバイスとしてデュプレクサの例である。図１０は、実施例５に係るデュプレクサの回路図である。図１０に示すように、デュプレクサ１０４は、送信フィルタ６０および受信フィルタ６２を備えている。送信フィルタ６０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６２は、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。   Example 5 is an example of a duplexer as an elastic wave device. FIG. 10 is a circuit diagram of a duplexer according to the fifth embodiment. As illustrated in FIG. 10, the duplexer 104 includes a transmission filter 60 and a reception filter 62. The transmission filter 60 is connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. The reception filter 62 is connected between the common terminal Ant and the reception terminal Rx.

送信フィルタ６０においては、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に、直列共振器Ｓ１１からＳ１４が直列に接続されている。共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に、並列共振器Ｐ１１からＰ１３が並列に接続されている。並列共振器Ｐ１１からＰ１３のグランド側は共通にインダクタＬ１２を介し接地されている。送信端子Ｔｘは、インダクタＬ１１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。   In the transmission filter 60, series resonators S11 to S14 are connected in series between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. Parallel resonators P11 to P13 are connected in parallel between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. The ground sides of the parallel resonators P11 to P13 are commonly grounded via the inductor L12. The transmission terminal Tx is grounded via the inductor L11. The number and connection of series resonators, parallel resonators, inductors, and the like can be changed as appropriate in order to obtain desired transmission filter characteristics.

受信フィルタ６２においては、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に、直列共振器Ｓ２１からＳ２４が直列に接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に、並列共振器Ｐ２１からＰ２４が並列に接続されている。並列共振器Ｐ２１からＰ２４のグランド側はそれぞれインダクタＬ２２からＬ２５を介し接地されている。受信端子Ｒｘは、インダクタＬ２１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受信フィルタ特性を得るため適宜変更可能である。   In the reception filter 62, series resonators S21 to S24 are connected in series between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. Parallel resonators P21 to P24 are connected in parallel between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. The ground sides of the parallel resonators P21 to P24 are grounded via inductors L22 to L25, respectively. The reception terminal Rx is grounded via the inductor L21. The number and connection of series resonators, parallel resonators, inductors, and the like can be changed as appropriate in order to obtain desired reception filter characteristics.

共通端子Ａｎｔは、アンテナ６４に接続されている。共通端子ＡｎｔはインダクタＬ１を介し接地されている。インダクタＬ１は、整合回路として機能する。整合回路は、インダクタＬ１の代わりに複数の素子を有してもよい。   The common terminal Ant is connected to the antenna 64. The common terminal Ant is grounded via the inductor L1. The inductor L1 functions as a matching circuit. The matching circuit may include a plurality of elements instead of the inductor L1.

直列共振器Ｓ１１からＳ１４、Ｓ２１から２４、並列共振器Ｐ１１からＰ１３、およびＰ２１からＰ２４の少なくとも１つに、実施例１から実施例４およびその変形例の少なくとも１つに係る圧電薄膜共振器を用いる。例えば、直列共振器および並列共振器の全てを、実施例１から実施例４およびその変形例に係る圧電薄膜共振器としてもよい。また、送信フィルタ６０および受信フィルタ６２のいずれか一方を弾性表面波フィルタとしてもよい。弾性表面波フィルタは、例えば多重モードフィルタでもよい。また、受信フィルタ６２は、バランス出力でもよい。受信フィルタ６２をバランス出力とする場合に、受信フィルタ６２としてＤＭＳ（Double Mode SAW）フィルタを用いることができる。   At least one of the series resonators S11 to S14, S21 to 24, the parallel resonators P11 to P13, and P21 to P24 is provided with the piezoelectric thin film resonator according to at least one of the first to fourth embodiments and the modifications thereof. Use. For example, all of the series resonators and the parallel resonators may be piezoelectric thin film resonators according to the first to fourth embodiments and modifications thereof. One of the transmission filter 60 and the reception filter 62 may be a surface acoustic wave filter. The surface acoustic wave filter may be a multimode filter, for example. The reception filter 62 may be a balanced output. When the reception filter 62 is a balanced output, a DMS (Double Mode SAW) filter can be used as the reception filter 62.

図１０に示したデュプレクサ１０４の共振器を実施例１の圧電薄膜共振器として、ＷＣＤＭＡ（Wide-band Code Division Multiple Access）のバンド２５のスペックに対するデュプレクサ特性を検討した。バンド２５は、送信帯域が１８５０ＭＨｚから１９１５ＭＨｚ、受信帯域が１９３０ＭＨｚから１９９５ＭＨｚである。   Using the resonator of the duplexer 104 shown in FIG. 10 as the piezoelectric thin film resonator of Example 1, the duplexer characteristics with respect to the specifications of the band 25 of WCDMA (Wide-band Code Division Multiple Access) were examined. Band 25 has a transmission band of 1850 MHz to 1915 MHz and a reception band of 1930 MHz to 1995 MHz.

まず、タイプＡ、ＢおよびＣの３つのタイプの受信フィルタについてシミュレーションした。表１は、タイプＡ、ＢおよびＣの各共振器にける共振領域５０に対する温度補償膜２８の面積比Ａ１／Ａ０を示している。

Figure 2014030136
First, three types of reception filters of type A, B, and C were simulated. Table 1 shows the area ratio A1 / A0 of the temperature compensation film 28 with respect to the resonance region 50 in each of the type A, B, and C resonators.
Figure 2014030136

表１に示すように、タイプＡは、比較例であり、全ての共振器の面積比Ａ１／Ａ０が１である。タイプＢは、並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０が１であり、直列共振器の面積比Ａ１／Ａ０は、全て１以下であり、かつ直列共振器毎に面積比Ａ１／Ａ０が異なる。タイプＣは、直列共振器および並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０は、全て１以下であり、かつ直列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０が異なり、並列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０が異なる。さらに、直列共振器と並列共振器とで面積比Ａ１／Ａ０が異なる。直列共振器の中で最も大きい面積比Ａ１／Ａ０は、並列共振器の中で最も小さい面積比Ａ１／Ａ０より小さい。   As shown in Table 1, type A is a comparative example, and the area ratio A1 / A0 of all resonators is 1. In type B, the area ratio A1 / A0 of the parallel resonators is 1, the area ratios A1 / A0 of the series resonators are all 1 or less, and the area ratio A1 / A0 is different for each series resonator. In type C, the area ratios A1 / A0 of the series resonator and the parallel resonator are all 1 or less, and the area ratio A1 / A0 is different within the series resonator, and the area ratio A1 / A0 is within the parallel resonator. Different. Furthermore, the area ratio A1 / A0 differs between the series resonator and the parallel resonator. The largest area ratio A1 / A0 among the series resonators is smaller than the smallest area ratio A1 / A0 among the parallel resonators.

表２は、積層膜１８の各膜の材料と各タイプにおける膜厚を示す表である。

Figure 2014030136
Table 2 is a table showing the material of each film of the laminated film 18 and the film thickness in each type.
Figure 2014030136

面積比Ａ１／Ａ０が変化すると共振周波数がシフトする。表２に示すように、共振周波数を所望の値とするため、上部電極１６の上層１６ｂ、温度補償膜２８、圧電膜１４および下部電極１２の上層１２ｂの膜厚を変えている。タイプＢおよびＣにおいては、直列共振器と並列共振器との共振周波数の差を面積比Ａ１／Ａ０の差により形成できるため質量負荷膜２０を用いていない。   When the area ratio A1 / A0 changes, the resonance frequency shifts. As shown in Table 2, the film thicknesses of the upper layer 16b of the upper electrode 16, the temperature compensation film 28, the piezoelectric film 14 and the upper layer 12b of the lower electrode 12 are changed in order to set the resonance frequency to a desired value. In types B and C, the difference in resonance frequency between the series resonator and the parallel resonator can be formed by the difference in the area ratio A1 / A0, and thus the mass load film 20 is not used.

表３は、各共振器の共振周波数を示す図である。

Figure 2014030136
Table 3 is a diagram showing the resonance frequency of each resonator.
Figure 2014030136

表４は、各共振器の周波数温度係数を示す図である。表４の周波数温度係数は、単位温度当りの共振周波数のシフトを示している。

Figure 2014030136
Table 4 shows the frequency temperature coefficient of each resonator. The frequency temperature coefficient in Table 4 shows the shift of the resonance frequency per unit temperature.
Figure 2014030136

表３および表４を参照し、面積比Ａ１／Ａ０が小さくなると、共振周波数が大きくなり、周波数温度係数が悪化する傾向がある。さらに、周波数温度係数と実効的電気機械係数とはトレードオフの関係がある。よって、面積比Ａ１／Ａ０が小さくなると、実効的電気機械係数は、大きくなる傾向がある。このように、面積比Ａ１／Ａ０を共振器毎に異ならせることにより、共振器毎に共振特性と温度特性とを制御することができる。   Referring to Tables 3 and 4, when the area ratio A1 / A0 is decreased, the resonance frequency is increased and the frequency temperature coefficient tends to be deteriorated. Furthermore, there is a trade-off relationship between the frequency temperature coefficient and the effective electromechanical coefficient. Therefore, when the area ratio A1 / A0 decreases, the effective electromechanical coefficient tends to increase. Thus, by making the area ratio A1 / A0 different for each resonator, the resonance characteristics and the temperature characteristics can be controlled for each resonator.

図１１（ａ）は、受信フィルタの通過特性を示す図、図１１（ｂ）は、通過特性の受信帯域近傍の拡大図、図１１（ｃ）は、受信帯域近傍のアンテナからの信号のリターンロスを示す図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）において、タイプＡを点線、タイプＢを破線、タイプＣを実線で示している。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、タイプＡに比べ、タイプＢ、タイプＣとなるに従い受信帯域中央のマッチングが改善している。また、タイプＡ、ＢおよびＣの順に受信帯域の損失が改善している。また、受信帯域の低帯域側のスカート特性として、減衰量が−２．５ｄＢから−４８ｄＢに遷移する周波数の遷移幅を比較すると、タイプＡ、ＢおよびＣにおいて、それぞれ１４．４ＭＨｚ、１２．９ＭＨｚおよび１１．１ＭＨｚである。このように、スカート特性は、タイプＡ、ＢおよびＣの順に改善している。図１１（ｃ）に示すように、タイプＡ、ＢおよびＣの順にリターンロスが改善している。   FIG. 11A is a diagram showing the pass characteristics of the reception filter, FIG. 11B is an enlarged view of the pass characteristics near the reception band, and FIG. 11C is a signal return from the antenna near the reception band. It is a figure which shows loss. 11A to 11C, type A is indicated by a dotted line, type B is indicated by a broken line, and type C is indicated by a solid line. As shown in FIGS. 11A and 11B, compared with Type A, matching at the center of the reception band is improved as Type B and Type C are obtained. Further, the loss of the reception band is improved in the order of types A, B, and C. In addition, as a skirt characteristic on the low band side of the reception band, when comparing the transition width of the frequency at which the attenuation amount transitions from −2.5 dB to −48 dB, in types A, B, and C, 14.4 MHz and 12.9 MHz, respectively. And 11.1 MHz. Thus, the skirt characteristics are improved in the order of types A, B, and C. As shown in FIG. 11C, the return loss is improved in the order of types A, B, and C.

図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、それぞれタイプＡ、ＢおよびＣにおける各温度での通過特性を示す図である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）において、点線、破線および実線はそれぞれ温度が−２０℃、２５℃および８５℃における通過特性を示している。図１２（ａ）から図１２（ｃ）のように、タイプＡに比べタイプＢおよびＣでは温度特性が改善している。例えば、ガードバンド側の１９３０ＭＨｚにおける−２５℃と８５℃の損失の差は、タイプＡ、ＢおよびＣにおいてそれぞれ０．５９ｄＢ、０．４２ｄＢおよび０．４４ｄＢである。   FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams showing pass characteristics at each temperature in types A, B, and C, respectively. In FIG. 12 (a) to FIG. 12 (c), the dotted line, the broken line, and the solid line indicate the passing characteristics at temperatures of −20 ° C., 25 ° C., and 85 ° C., respectively. As shown in FIG. 12A to FIG. 12C, the temperature characteristics are improved in types B and C compared to type A. For example, the difference in loss between −25 ° C. and 85 ° C. at 1930 MHz on the guard band side is 0.59 dB, 0.42 dB, and 0.44 dB for types A, B, and C, respectively.

次に、タイプＤ、Ｅ、ＦおよびＧの４つのタイプの送信フィルタについてシミュレーションした。表５は、タイプＤからＧの各共振器にける共振領域５０に対する温度補償膜２８の面積比Ａ１／Ａ０を示している。

Figure 2014030136
Next, four types of transmission filters of type D, E, F and G were simulated. Table 5 shows the area ratio A1 / A0 of the temperature compensation film 28 to the resonance region 50 in each of the type D to G resonators.
Figure 2014030136

表５に示すように、タイプＤは、比較例であり、全ての共振器の面積比Ａ１／Ａ０が１である。タイプＥは、直列共振器の面積比Ａ１／Ａ０が１であり、並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０は、全て１以下であり、かつ並列共振器毎に面積比Ａ１／Ａ０が異なる。タイプＦおよびＧは、直列共振器および並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０は、全て１以下であり、かつ直列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０が異なり、並列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０が異なる。タイプＦは、直列共振器と並列共振器とで面積比Ａ１／Ａ０がほぼ同じである。タイプＧは、直列共振器と並列共振器とで面積比Ａ１／Ａ０が異なる。   As shown in Table 5, type D is a comparative example, and the area ratio A1 / A0 of all the resonators is 1. In type E, the area ratio A1 / A0 of the series resonators is 1, the area ratios A1 / A0 of the parallel resonators are all 1 or less, and the area ratio A1 / A0 is different for each parallel resonator. In types F and G, the area ratios A1 / A0 of the series resonator and the parallel resonator are all 1 or less, and the area ratio A1 / A0 is different within the series resonator, and the area ratio A1 / A0 is within the parallel resonator. A0 is different. In type F, the area ratio A1 / A0 is substantially the same between the series resonator and the parallel resonator. In type G, the area ratio A1 / A0 differs between the series resonator and the parallel resonator.

表６は、積層膜１８の各膜の材料と各タイプにおける膜厚を示す表である。

Figure 2014030136
Table 6 is a table showing the material of each film of the laminated film 18 and the film thickness in each type.
Figure 2014030136

表６に示すように、共振周波数を所望の値とするため、上部電極１６の上層１６ｂ、温度補償膜２８、圧電膜１４、下部電極１２の上層１２ｂおよび下層１２ａの膜厚を変えている。タイプＥは、並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０を１より小さくしたため、質量負荷膜２０の膜厚をタイプＤより厚くしている。タイプＦは、直列共振器と並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０がほぼ同じであるため、質量負荷膜２０の膜厚はタイプＤと同じである。タイプＧにおいては、直列共振器と並列共振器との共振周波数の差を面積比Ａ１／Ａ０の差により形成できるため質量負荷膜２０を用いていない。   As shown in Table 6, the film thicknesses of the upper layer 16b, the temperature compensation film 28, the piezoelectric film 14, and the upper layer 12b and the lower layer 12a of the lower electrode 12 are changed in order to set the resonance frequency to a desired value. In type E, since the area ratio A1 / A0 of the parallel resonator is made smaller than 1, the film thickness of the mass load film 20 is made thicker than that of type D. In type F, the area ratio A1 / A0 of the series resonator and the parallel resonator is substantially the same, and therefore the film thickness of the mass load film 20 is the same as that of type D. In type G, the difference in resonance frequency between the series resonator and the parallel resonator can be formed by the difference in the area ratio A1 / A0, and thus the mass load film 20 is not used.

図１３（ａ）は、送信フィルタの通過特性を示す図、図１３（ｂ）は、通過特性の送信帯域近傍の拡大図、図１３（ｃ）は、送信帯域近傍のアンテナからの信号のリターンロスを示す図である。図１３（ａ）から図１３（ｃ）において、タイプＤを点線、タイプＥを破線、タイプＦを一点鎖線、タイプＧを実線で示している。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、タイプＤに比べ、タイプＥ、Ｆ、Ｇにおいて送信帯域中央のマッチングが改善している。また、タイプＦ、Ｇにおいて送信帯域の低周波数側のマッチングが改善している。タイプＤに比べタイプＥ、ＦおよびＧにおいて送信帯域中央の損失が改善している。さらに、タイプＧにおいて送信帯域の低周波数側の損失が改善している。   13A is a diagram showing the pass characteristic of the transmission filter, FIG. 13B is an enlarged view of the pass characteristic in the vicinity of the transmission band, and FIG. 13C is a signal return from the antenna in the vicinity of the transmit band. It is a figure which shows loss. 13A to 13C, type D is indicated by a dotted line, type E is indicated by a broken line, type F is indicated by a one-dot chain line, and type G is indicated by a solid line. As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), compared with type D, matching at the center of the transmission band is improved in types E, F, and G. In addition, in the types F and G, matching on the low frequency side of the transmission band is improved. Compared with type D, the loss at the center of the transmission band is improved in types E, F and G. Furthermore, in Type G, the loss on the low frequency side of the transmission band is improved.

図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、それぞれタイプＤ、Ｅ、ＦおよびＧにおける各温度での通過特性を示す図である。図１４（ａ）から図１４（ｄ）において、点線、破線および実線はそれぞれ−２０℃、２５℃および８５℃における通過特性を示している。図１４（ａ）から図１４（ｄ）を参照し、ガードバンド側の１９１５ＭＨｚにおける−２５℃と８５℃の損失の差は、タイプＤ、Ｅ、ＦおよびＧにおいてそれぞれ０．４４ｄＢ、０．３７ｄＢ、０．３８ｄＢおよび０．４５ｄＢである。このように、タイプＤに比べタイプＥおよびＦでは、温度特性が改善している。   FIG. 14A to FIG. 14D are diagrams showing pass characteristics at each temperature in types D, E, F, and G, respectively. In FIG. 14 (a) to FIG. 14 (d), the dotted line, the broken line and the solid line indicate the passing characteristics at −20 ° C., 25 ° C. and 85 ° C., respectively. 14 (a) to 14 (d), the difference in loss between −25 ° C. and 85 ° C. at 1915 MHz on the guard band side is 0.44 dB and 0.37 dB for types D, E, F, and G, respectively. 0.38 dB and 0.45 dB. Thus, the temperature characteristics are improved in types E and F compared to type D.

実施例５によれば、弾性波デバイスが面積比Ａ１／Ａ０が１より小さく０より大きい範囲で異なる複数の圧電薄膜共振器を備える。これにより、共振器毎に共振特性と温度特性とを制御することができる。よって、弾性波デバイスの電気的特性と温度特性とを向上させることができる。   According to the fifth embodiment, the acoustic wave device includes a plurality of piezoelectric thin film resonators having different area ratios A1 / A0 in a range smaller than 1 and larger than 0. Thereby, resonance characteristics and temperature characteristics can be controlled for each resonator. Therefore, the electrical characteristics and temperature characteristics of the acoustic wave device can be improved.

実施例５の送信フィルタ６０および受信フィルタ６２のように、面積比Ａ１／Ａ０が１より小さく０より大きい範囲で異なる複数の圧電薄膜共振器を備える。例えば、少なくとも２つの圧電薄膜共振器において、面積比Ａ１／Ａ０を１より小さく０より大きい範囲で異ならせてもよい。これにより、送信フィルタ６０および受信フィルタ６２の通過帯域内の損失および温度特性を改善することができる。   Like the transmission filter 60 and the reception filter 62 of the fifth embodiment, a plurality of piezoelectric thin film resonators having different area ratios A1 / A0 in a range smaller than 1 and larger than 0 are provided. For example, in at least two piezoelectric thin film resonators, the area ratio A1 / A0 may be varied within a range smaller than 1 and larger than 0. Thereby, the loss and temperature characteristics in the pass band of the transmission filter 60 and the reception filter 62 can be improved.

また、送信フィルタ６０および受信フィルタ６２の少なくとも一方がラダー型フィルタの場合、直列共振器および並列共振器が面積比Ａ１／Ａ０が１より小さく０より大きい範囲で異なる複数の圧電薄膜共振器を備えてもよい。また、直列共振器の面積比Ａ１／Ａ０を１とし、複数の並列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０を１より小さく０より大きい範囲で異ならせてもよい。並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０を１とし、複数の直列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０を１より小さく０より大きい範囲で異ならせてもよい。複数の直列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０を１より小さく０より大きい範囲で異ならせ、かつ複数の並列共振器内で面積比Ａ１／Ａ０を１より小さく０より大きい範囲で異ならせてもよい。   When at least one of the transmission filter 60 and the reception filter 62 is a ladder filter, the series resonator and the parallel resonator include a plurality of piezoelectric thin film resonators that are different in a range where the area ratio A1 / A0 is smaller than 1 and larger than 0. May be. Further, the area ratio A1 / A0 of the series resonator may be 1, and the area ratio A1 / A0 may be varied within a range smaller than 1 and larger than 0 in a plurality of parallel resonators. The area ratio A1 / A0 of the parallel resonators may be 1, and the area ratio A1 / A0 may be varied within a range smaller than 1 and larger than 0 in a plurality of series resonators. Even if the area ratio A1 / A0 is varied within a range smaller than 1 and greater than 0 in a plurality of series resonators, and the area ratio A1 / A0 is varied within a range smaller than 1 and greater than 0 in a plurality of parallel resonators. Good.

例えば、受信フィルタ６２および送信フィルタ６０のガードバンド側のスカート特性は温度変化が少ないことが好ましい。例えば、バンド２５（送信帯域が１８５０ＭＨｚから１９１５ＭＨｚ、受信帯域が１９３０ＭＨｚから１９９５ＭＨｚ）のように、ガードバンドが狭い場合、スカート特性の温度変化が小さいことが好ましい。よって、受信フィルタ６２と送信フィルタ６０とのうち通過帯域の高い方のフィルタは、並列共振器の面積比Ａ１／Ａ０を大きくすることが好ましい。受信フィルタ６２と送信フィルタ６０とのうち通過帯域の低い方のフィルタは、直列共振器の面積比Ａ１／Ａ０を大きくすることが好ましい。さらに、通過帯域幅を広くするためには、実効的電気機械結合係数が大きい方が好ましい。よって、通過帯域の高い方のフィルタの直列共振器の面積比を小さくすることが好ましい。通過帯域の低い方のフィルタの並列共振器の面積比を小さくすることが好ましい。   For example, it is preferable that the skirt characteristics on the guard band side of the reception filter 62 and the transmission filter 60 have a small temperature change. For example, when the guard band is narrow like the band 25 (the transmission band is 1850 MHz to 1915 MHz and the reception band is 1930 MHz to 1995 MHz), it is preferable that the temperature change of the skirt characteristic is small. Therefore, it is preferable to increase the area ratio A1 / A0 of the parallel resonator in the filter having the higher pass band of the reception filter 62 and the transmission filter 60. Of the reception filter 62 and the transmission filter 60, the filter having the lower passband preferably increases the area ratio A1 / A0 of the series resonator. Furthermore, in order to widen the pass band width, it is preferable that the effective electromechanical coupling coefficient is large. Therefore, it is preferable to reduce the area ratio of the series resonator of the filter having the higher passband. It is preferable to reduce the area ratio of the parallel resonator of the filter having the lower pass band.

さらに、タイプＣ、ＦおよびＧのように、直列共振器と並列共振器との両方の共振器の面積比Ａ１／Ａ０を１より小さくしてもよい。   Further, as in types C, F, and G, the area ratio A1 / A0 of both the series resonator and the parallel resonator may be smaller than 1.

さらに、直列共振器と並列共振器との面積比Ａ１／Ａ０の差により、直列共振器と並列共振器と共振周波数の差を形成することができる。これにより、質量負荷膜２０を省略することができる。   Furthermore, a difference in resonance frequency between the series resonator and the parallel resonator can be formed by the difference in the area ratio A1 / A0 between the series resonator and the parallel resonator. Thereby, the mass load film | membrane 20 is omissible.

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 such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
２６ａ、２６ｂ 導電膜
２８ 温度補償膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
５０ 共振領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Lower electrode 14 Piezoelectric film 16 Upper electrode 26a, 26b Conductive film 28 Temperature compensation film 30 Void 31 Acoustic reflection film 50 Resonance region

Claims (13)

基板と、
前記基板上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜を挟んで対向した下部電極および上部電極と、
前記圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する温度補償膜と、
前記温度補償膜の上面および下面にそれぞれ形成され、互いに電気的に短絡した複数の導電膜と、
を具備し、
前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域における前記温度補償膜の面積は、前記共振領域の面積とは異なる圧電薄膜共振器を備える弾性波デバイス。 A substrate,
A piezoelectric film provided on the substrate;
A lower electrode and an upper electrode facing each other across the piezoelectric film;
A temperature compensation film having an elastic constant having a temperature coefficient opposite to the temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric film;
A plurality of conductive films formed respectively on the upper and lower surfaces of the temperature compensation film and electrically short-circuited with each other;
Comprising
An elastic wave device including a piezoelectric thin film resonator in which an area of the temperature compensation film in a resonance region where the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween is different from an area of the resonance region. 前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は前記導電膜を含むことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。   The acoustic wave device according to claim 1, wherein at least one of the lower electrode and the upper electrode includes the conductive film. 前記温度補償膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。   3. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the temperature compensation film contains silicon oxide or silicon nitride as a main component. 前記温度補償膜は、酸化シリコンを主成分とし、Ｆ、Ｈ、ＣＨ３、ＣＨ２、Ｃｌ、Ｃ，Ｎ、ＰおよびＳのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。 3. The elasticity according to claim 1, wherein the temperature compensation film includes silicon oxide as a main component and includes any of F, H, CH 3 , CH 2 , Cl, C, N, P, and S. 4. Wave device. 前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   The acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric film contains aluminum nitride as a main component. 前記共振領域において、前記基板と前記下部電極との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   6. The acoustic wave device according to claim 1, wherein a gap is formed between the substrate and the lower electrode in the resonance region. 前記共振領域において、前記下部電極下に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   6. The acoustic wave device according to claim 1, further comprising an acoustic reflection film that reflects an acoustic wave propagating through the piezoelectric film under the lower electrode in the resonance region. 前記温度補償膜の側面は上面の幅が下面より小さいテーパを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   8. The acoustic wave device according to claim 1, wherein a side surface of the temperature compensation film has a taper in which the width of the upper surface is smaller than that of the lower surface. 前記共振領域に対し、前記共振領域における前記温度補償膜の面積比が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   9. The acoustic wave device according to claim 1, further comprising a plurality of the piezoelectric thin film resonators having different area ratios of the temperature compensation film in the resonance region with respect to the resonance region. 前記複数の圧電薄膜共振器を含むフィルタを備えることを特徴とする請求項９記載の弾性波デバイス。   The acoustic wave device according to claim 9, further comprising a filter including the plurality of piezoelectric thin film resonators. 前記フィルタはラダー型フィルタであり、複数の前記圧電薄膜共振器は直接共振器と並列共振器とを含むことを特徴とする請求項１０記載の弾性波デバイス。   11. The acoustic wave device according to claim 10, wherein the filter is a ladder filter, and the plurality of piezoelectric thin film resonators include a direct resonator and a parallel resonator. 前記直列共振器と前記並列共振器との前記面積比の差により、前記直列共振器と前記並列共振器との共振周波数の差を形成することを特徴とする請求項１１記載の弾性波デバイス。   The acoustic wave device according to claim 11, wherein a difference in resonance frequency between the series resonator and the parallel resonator is formed by a difference in the area ratio between the series resonator and the parallel resonator. 前記フィルタを含むデュプレクサを備えることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項記載の弾性波デバイス。   The acoustic wave device according to any one of claims 10 to 12, further comprising a duplexer including the filter.
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