JP4044545B2 - 薄膜共振器と薄膜共振器の製造方法及び薄膜共振器を備えたフィルタ - Google Patents
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Description
本発明の別の目的は、精密なフィルタの製造を容易にすることができるとともに、製造工程が複雑になることを低減することができる薄膜共振器と、これを備えたフィルタ及び薄膜共振器の製造方法を提供することにある。
したがって、共振周波数の大きさを精密に調節することができるので、精密なフィルタの製造を容易にすることができる。また、下部電極層の材料選択の自在度が確保することができるので、製造工程が複雑になることを低減することができる。このため、精密なフィルタの製造を容易にすることができるとともに、製造工程が複雑になることを低減することができる。
また、本発明に係る薄膜共振器では、共振周波数の大きさを精密に調節することができるので、精密なフィルタの製造を容易にすることができる。また、下部電極層の材料選択の自在度が確保することができるので、製造工程が複雑になることを低減することができる。このため、精密なフィルタの製造を容易にすることができるとともに、製造工程が複雑になることを低減することができる。
[第1実施形態]
図3は本発明の第1実施形態に係る薄膜共振器200の構造を示した図である。図3に示すように、薄膜共振器200は、メンブレイン層210、質量付加層250、下部電極層220、圧電体層230及び上部電極層240を備えている。なお、圧電体層230と上部電極層240とは通常の薄膜共振器200に用いられる構成と同様であるため、圧電体層230と上部電極層240についての詳細な説明は除く。
なお、メンブレイン層210は、基板20の上に積層され、基板20の上の層(質量付加層250、下部電極層220、圧電体層230及び上部電極層240)を振動可能に支持している。このため、圧電体層230の振動に連動して、基板20の上の層(質量付加層250、下部電極層220、圧電体層230及び上部電極層240)が振動可能である。このメンブレイン層210は、シリコンナイトライド(Si3N4)やシリコン二酸化物(SiO2)などのような絶縁体と、パリレン(parylene)やエポキシのようなポリマーコーティング剤とのいずれか一方の材料で形成される。このように形成されたメンブレイン層210の厚さ(t3)を調節する場合、図2に示した上部電極層240の厚さ(t2)(図1参照)の調節を介した共振周波数の調節量より、図4A及び図4Bに示すように、比較的に微細な共振周波数の調節が可能である。
また、質量付加層250の厚さの調節による共振周波数の変化の割合は、メンブレイン層210の厚さの調節による共振周波数の変化の割合よりも大きく、上部電極層240の厚さの調節による共振周波数の変化の割合よりも小さいので、共振周波数の大きさを精密に調節することができる範囲をある程度確保しながら、精密なフィルタの製造を容易にすることができる。
[第2実施形態]
図5は本発明の第2実施形態に係る薄膜共振器200の構造を概略的に示した図である。図5において、第1実施形態と同様の構成要素は、同じ記号で示してある。図5に示すように、第2実施形態に係る薄膜共振器200は、質量付加層250が備えられていない点と、メンブレイン層215が下部電極層220の上下面を全て覆うように形成されている点とで、第1実施形態と異なる。これによると、シリコン二酸化物のように比較的に縦弾性係数(Young’s Modulus;ヤング率)が小さな材質で形成されたメンブレイン層215内部に、縦弾性係数が割合大きなアルミニウム合金から形成された下部電極層220が形成されることになる。この場合、全体的なメンブレン層215の剛性は大きくなるので、メンブレイン層215の変形が抑えられると共に、圧電体層230の振動の伝達損失がメンブレイン層215により低減される。さらに、製造工程において基板を経由して受けるおそれがある機械的・化学的衝撃がメンブレイン層215により緩衝できるため、下部電極層220材料の選択の自在度が確保され、薄膜共振器200の製造費用及び製造工程を減らすことが可能となる。したがって、製造工程が複雑になることを低減することができる。
[第3実施形態]
図6は本発明の第3実施形態に係る薄膜共振器200の構造を概略的に示した図である。図6に示すように、第3実施形態に係る薄膜共振器200は、メンブレイン層213、質量付加層250、下部電極層220、圧電体層230及び上部電極層240を備えている点で、第1実施形態と同様である。第3実施形態に係る薄膜共振器200は、メンブレイン層213により質量付加層250の下面、下部電極層220の上面、及び質量付加層250と下部電極層220とのすべての側面が取り囲まれている点で、第1実施形態と異なる。この場合、製造工程において基板を経由して受けるおそれがある機械的・化学的衝撃がメンブレイン層213により緩衝できる点は、第2実施形態と同様である。このため、下部電極層220だけでなく質量付加層250の材料選択の自由度が確保される点で、第2実施形態と異なる。また、全体的なメンブレイン層213の剛性は大きくなるので、メンブレイン層213の変形が抑えられると共に、圧電体層230の振動の伝達損失が低減される。
<薄膜共振器の製造方法>
以下、上述のように説明された本発明に係る薄膜共振器の製造方法を本発明の第3実施形態の場合を例に挙げて詳説する。
例えば、基板20が所定のパターンでエッチングされた後、エッチングされた部分に犠牲層290が積層される方法により、薄膜共振器200のメンブレイン層213の下面と基板20との間に薄膜共振器200が振動できる空間を形成させるなど、多様な変形実施が可能である。
210、213、215 メンブレイン層
220 下部電極層 230 圧電体層
240 上部電極層 250 質量付加層
20 基板
Claims (9)
- 基板の上面に積層されるメンブレイン層と、
前記メンブレイン層の上面の一部を覆うように積層される質量付加層と、
前記質量付加層の上部に積層される下部電極層と、
前記下部電極層の上部に積層される圧電体層と、
前記圧電体層の上面に積層される上部電極層と、
を備え、
前記下部電極層の上面と、前記質量付加層の下部と、前記下部電極層及び前記質量付加層のすべての側面とは、前記メンブレイン層により取り囲まれている、薄膜共振器。 - 前記下部電極層は、前記メンブレイン層より縦弾性係数が大きな導電体で形成されている、
請求項1に記載の薄膜共振器。 - 前記質量付加層は、前記メンブレイン層より縦弾性係数が大きく前記上部電極層よりは縦弾性係数が小さな材質で形成されている、
請求項1に記載の薄膜共振器。 - 前記メンブレイン層は、絶縁体及びポリマーコーティング剤のいずれか一方の材料で形成される、
請求項1に記載の薄膜共振器。 - 所定の回路と直列接続される少なくとも1つの第1薄膜共振器の集合である第1共振器グループと、前記所定の回路と並列接続される少なくとも1つの第2薄膜共振器の集合である第2共振器グループと基板とを備えるフィルタであって、
前記第1薄膜共振器は、
前記基板の上面に積層される第1メンブレイン層と、
前記第1メンブレイン層の上面の一部を覆うように積層される第1下部電極層と、
前記第1下部電極層の上部に積層される第1圧電体層と、
記圧第1電体層の上面に積層される第1上部電極層と、
を有し、
前記第2薄膜共振器は、
前記基板の上面に積層される第2メンブレイン層と、
前記第2メンブレイン層の上面の一部を覆うように積層される質量付加層と、
前記質量付加層の上部に積層される第2下部電極層と、
前記第2下部電極層の上部に積層される第2圧電体層と、
記圧第2電体層の上面に積層される第2上部電極層と、
を有し、
前記第2薄膜共振器の前記第2メンブレイン層は、前記第2下部電極層の上面と、前記質量付加層の下部と、前記第2下部電極層及び前記質量付加層のすべての側面とを取り囲んでいる、
フィルタ。 - 基板上にメンブレイン層が積層される第1ステップと、
前記第1ステップで積層された前記メンブレイン層の上に下部電極層が積層される第2ステップと、
前記下部電極層の上面及びすべての側面に前記メンブレイン層が再度積層される第3ステップと、
前記第3ステップで積層された前記メンブレイン層の上面に圧電体層が積層される第4ステップと、
前記圧電体層の上面に上部電極層が積層される第5ステップと、
を備え、
前記第2ステップでは、
前記第1ステップで積層された前記メンブレイン層の上に質量付加層が積層される第21ステップと、
前記質量付加層の最上面に前記下部電極層が積層される第22ステップと、
を有する、
薄膜共振器の製造方法。 - 前記質量付加層は、複数層存在し、
前記第21ステップは、
前記第1ステップで積層された前記メンブレイン層の上に前記質量付加層が積層される第211ステップと、
第211ステップで積層された前記質量付加層の上面に前記メンブレイン層が積層される第212ステップと、
を含み、
前記第211ステップと前記第212ステップとは、前記質量付加層の数だけ繰り返される、
請求項6に記載の薄膜共振器の製造方法。 - 前記第1ステップは、
前記基板上に犠牲層が積層された後にパターニングされる第11ステップと、
前記犠牲層の上面に前記メンブレイン層が積層される第12ステップと、
を有する、
請求項6に記載の薄膜共振器の製造方法。 - 前記第5ステップで前記上部電極層が積層された後、前記11ステップでパターニングされた前記犠牲層がエッチングされて除去される第6ステップをさらに備えた、
請求項8に記載の薄膜共振器の製造方法。
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