JP5681303B2

JP5681303B2 - 弾性波デバイス

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Publication number: JP5681303B2
Application number: JP2014000775A
Authority: JP
Inventors: 西原　時弘; 時弘西原; 眞司谷口; 横山　剛; 剛横山; 上田　政則; 政則上田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2029-08-17
Also published as: JP2014096833A

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、特に、例えば圧電薄膜共振器を含む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、圧電薄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。圧電薄膜共振器の共振周波数は、圧電薄膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域（以下、共振領域）の膜厚、例えば構成材料、膜厚によって定められる。

圧電薄膜共振器の共振周波数を異ならせるため、共振領域内の上部電極上に付加膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、共振領域内の上部電極上に開口を有する付加膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２）

特開２００２−３３５１４１号公報米国特許６６５７３６３号明細書

上部電極上に付加膜を形成する場合、共振周波数毎に追加の層の膜厚を異ならせることになる。このため、異なる共振周波数の数に対応し、付加膜の成膜を行なうこととなる。これにより、製造コストが増大する。

共振領域内の上部電極上に開口を有する付加膜を形成する場合、上部電極上の付加膜に開口を設けるためのエッチングを行なうこととなる。このため、付加膜は上部電極に対しエッチング選択性を有することが求められる。よって、付加膜の材料が限定されてしまう。または、１層の付加膜を用いる場合、共振特性を維持しつつ共振周波数を調整できる膜厚の範囲が限られてしまう。

本弾性波デバイスは、付加膜の材料の選択の幅が広がる、または、共振周波数を調整できる範囲が広がる弾性波デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

例えば、基板と、基板上に設けられた圧電薄膜と、前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、前記圧電薄膜と上部電極との間の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である第１付加膜と、を備える圧電薄膜共振器を具備する弾性波デバイスを用いることができる。

また、例えば、基板と、基板上に設けられた圧電薄膜と、前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、前記圧電薄膜と前記下部電極との間、前記圧電薄膜と前記上部電極との間、前記下部電極内の複数の層の間、前記上部電極内の複数の層の間、前記上部電極の上、前記下部電極下、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の少なくとも２つの前記共振領域に設けられ、各々が前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、を備える圧電薄膜共振器を具備する弾性波デバイスを用いることができる。

また、例えば、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜上に第１付加膜を形成する工程と、前記第１付加膜上に上部電極を形成する工程と、を備え、前記第１付加膜を形成する工程は、前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である前記第１付加膜を形成する工程である弾性波デバイスの製造方法を用いることができる。

本弾性波デバイスおよびその製造方法によれば、付加膜の材料の選択の幅が広がる、または、共振周波数を調整できる範囲が広がる。

図１は、図１は、ラダー型フィルタを示す図である。図２（ａ）は実施例１の圧電薄膜共振器の上面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ直列共振器および並列共振器の断面図である。図３（ａ）は第１付加膜の一例を示す上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）は第１付加膜の別の一例を示す上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ａ）から図５（ｅ）は直列共振器の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）から図６（ｅ）は並列共振器の製造工程を示す断面図である。図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例２の直列共振器、図７（ｄ）から図７（ｆ）は実施例２の並列共振器の断面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２の直列共振器の別の例、図８（ｄ）から図８（ｆ）は実施例２の並列共振器の別の例の断面図である。図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例３の直列共振器の断面図、図９（ｄ）から図９（ｆ）は実施例３の並列共振器の断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は実施例４の直列共振器の断面図、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は実施例４の並列共振器の断面図である。図１１は、ラティス型フィルタを示す図である。

以下、図面を参照に本発明に係る実施例について説明する。

図１は、実施例１の弾性波デバイスが用いられる例として、ラダー型フィルタを示す図である。図１のように、ラダー型フィルタ１００は、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３を備えている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４は、入出力端子Ｔ１とＴ２との間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ１〜Ｐ３は、入出力端子Ｔ１とＴ２との間に並列に接続されている。つまり、並列共振器Ｐ１は、直列共振器Ｓ１とＳ２との間のノードとグランドとの間に設けられている。並列共振器Ｐ２は、直列共振器Ｓ２とＳ３との間のノードとグランドとの間に設けられている。並列共振器Ｐ３は、直列共振器Ｓ３とＳ４との間のノードとグランドとの間に設けられている。

図２（ａ）は実施例１の圧電薄膜共振器の上面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ直列共振器および並列共振器の断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。例えばＳｉ基板である基板１０上に、基板１０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は例えばＣｒ（クロム）層とＣｒ層上のＲｕ（ルテニウム）層とを含んでいる。下部電極１２上に、例えば（００２）方向を主軸とするＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる圧電薄膜１４が設けられている。圧電薄膜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薄膜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Ｒｕ層１６ａとＲｕ層１６ａ上のＣｒ層１６ｂとを含んでいる。このように、圧電薄膜１４は、基板１０上に設けられ、圧電薄膜１４の少なくとも一部を挟んで下部電極１２および上部電極１６が設けられている。

共振領域５０内の圧電薄膜１４と上部電極１６との間に、共振領域５０とは異なる形状である第１付加膜２８が設けられている。第１付加膜２８は例えばＲｕ層である。上部電極１６には周波数調整膜２４として例えば酸化シリコン膜が形成されている。積層膜１８は、下部電極１２、圧電薄膜１４、上部電極１６、第１付加膜２８および周波数調整膜２４を含む。

図２（ａ）より下部電極１２には後述する犠牲層をエッチングするための導入路３２が形成されている。導入路３２の先端付近は圧電薄膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３２の先端に孔部３４を有する。図２（ａ）および図２（ｂ）のように、圧電薄膜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。

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、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に、例えばＴｉ（チタン）等の金属膜である第２付加膜２０が設けられている。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜に加え第２付加膜２０を含む。その他の構成は直列共振器Ｓの図２（ｂ）と同じであり説明を省略する。

例えば、２ＧＨｚの共振周波数を有する共振薄膜共振器の場合、例えば下部電極１２のＣｒ層の膜厚は１００ｎｍ、Ｒｕ層の膜厚は２５０ｎｍ、圧電薄膜１４の膜厚は１１５０ｎｍである。例えばＲｕ層１６ａの膜厚は２５０ｎｍ、Ｃｒ層１６ｂの膜厚は２０ｎｍ、第１付加膜２８の膜厚は１０ｎｍである。第２付加膜２０の膜厚は１２５ｎｍである。

図３（ａ）は第１付加膜２８の一例を示す上面図、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）のように、共振領域５０内に島状の複数の第１付加膜２８が設けられている。

図４（ａ）は第１付加膜２８の別の一例を示す上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）のように、共振領域５０内に複数の開口５４を有する第１付加膜２８が設けられている。

このように、共振領域５０内の第１付加膜２８は、共振領域５０と異なる形状であれば、１または複数の島状であっても、１または複数の開口５４を有していてもよい。第１付加膜２８は共振領域５０内の０％より大きい領域でかつ１００％より小さい領域に形成されていればよい。第１付加膜２８は、全体に均一に設けられていることが好ましい。よって、図３（ａ）のように、第１付加膜２８は共振領域５０に複数の島状に形成されていることが好ましい。また、図４（ａ）のように、第１付加膜２８は共振領域５０内に複数の開口５４を有するように形成されていることが好ましい。

直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの製造方法について説明する。図５（ａ）から図５（ｅ）は直列共振器の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）から図６（ｅ）は並列共振器の製造工程を示す断面図である。図５（ａ）および図６（ａ）のように、基板１０上に、例えばスパッタリング法または蒸着法を用い、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜を犠牲層３８として形成する。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。犠牲層３８としては、ＭｇＯ以外に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）等を用いることができる。犠牲層３８は、エッチング液またはエッチングガスにより容易に溶解する材料が好ましい。露光技術およびエッチング技術を用い、犠牲層３８を所定の形状とする。

図５（ｂ）および図６（ｂ）のように、犠牲層３８を覆うように、スパッタリング法を用い下部電極１２を形成する。下部電極１２としては、ＣｒおよびＲｕ以外にもＡｌ（アルミニウム）、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）、Ｉｒ（イリジウム）等を用いることができる。また、下部電極１２として、２層膜を例に説明したが、１層膜または３以上の多層膜でもよい。露光技術およびエッチング技術を用い、下部電極１２所定の形状とする。下部電極１２および基板１０上に、スパッタリング法を用い圧電薄膜１４を形成する。圧電薄膜１４はＡｌＮ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。圧電薄膜１４上にスパッタリング法を用い第１付加膜２８を形成する。第１付加膜２８としては、Ｒｕ以外にもＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒを用いることができる。また、窒化金属または酸化金属等の絶縁膜を用いることもできるが、上部電極１６の低抵抗化のため金属であることが好ましい。露光技術およびエッチング技術を用い、第１付加膜２８を所定の形状とする。

図５（ｃ）および図６（ｃ）のように、圧電薄膜１４および第１付加膜２８を覆うようにスパッタリング法を用いＲｕ層１６ａを形成する。Ｒｕ層１６ａ上に第２付加膜２０を形成する。第２付加膜２０としてはＴｉ膜以外にも下部電極１２について例示した材料を用いることができる。また、第２付加膜２０として窒化金属または酸化金属等の絶縁膜を用いることもできるが、上部電極１６の低抵抗化のため金属であることが好ましい。露光技術およびエッチング技術を用い、第２付加膜２０を並列共振器Ｐの共振領域５０のＲｕ層１６ａ上に残存し、直列共振器Ｓでは残存しないようにエッチングする。なお、図５（ｃ）および図６（ｃ）においては簡略化のため複数の第１付加膜２０上のＲｕ層１６ａ上面を平坦に図示している。しかし、第１付加膜２８上のＲｕ層１６ａの膜厚と第１付加膜２８が形成されていない圧電薄膜１４上のＲｕ層１６ａの膜厚とはほぼ同じである。

図５（ｄ）および図６（ｄ）のように、Ｒｕ層１６ａ上および第２付加膜２０上にスパッタリング法を用いＣｒ層１６ｂを形成する。上部電極１６としては、Ｒｕ層１６ａおよびＣｒ層１６ｂ以外にも下部電極１２として例示した金属を用いることができる。露光技術およびエッチング法を用い、上部電極１６を所定の形状とする。上部電極１６上に周波数調整膜２４を形成する。周波数調整膜２４としては、酸化シリコン膜以外の酸化金属膜または窒化金属膜等の絶縁膜を用いることができる。露光技術およびエッチング法を用い、周波数調整膜２４および圧電薄膜１４を所定の形状とする。このとき下部電極１２が露出する開口部３６を形成する。

図５（ｅ）および図６（ｅ）のように、犠牲層３８をエッチングするためのエッチング液を孔部３４、導入路３２（図２（ａ）参照）を経て導入し、犠牲層３８を除去する。ここで、下部電極１２、圧電薄膜１４および上部電極１６からなる積層膜１８の応力は、スパッタリング条件の調整により圧縮応力となるように設定されている。このため、犠牲層３８のエッチングが完了した時点で、積層膜１８は膨れ上がり、下部電極１２と基板１０との間に積層膜１８側にドーム状形状を有する空隙３０が形成される。犠牲層３８をエッチングするエッチャントとしては、積層膜１８、特に犠牲層３８上の下部電極１２の材料をエッチングしない素性であることが好ましい。以上により、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐが完成する。

次に、圧電薄膜共振器の動作原理について説明する。圧電薄膜共振器では、上部電極１６と下部電極１２との間に電気信号である高周波の電圧を印加すると、共振領域５０の圧電薄膜１４内に逆圧電効果に起因する弾性波が励振される。また、弾性波によって生じる圧電薄膜１４の歪みは圧電効果により上部電極１６と下部電極１２との間の電気信号に変換される。この弾性波は、圧電薄膜１４の上下に付加された膜がそれぞれ空気と接する面で全反射される。このため、圧電薄膜１４の厚み方向に主変位をもつ縦型振動となる。この縦型振動の共振現象を利用することで、所望の周波数特性を有する共振器またはフィルタを得ることができる。なお、実施例１では、圧電薄膜１４の下に付加された膜は下部電極１２であり、圧電薄膜１４の上に付加された膜は、上部電極１６、第１付加膜２８、第２付加膜２０および周波数調整膜２４である。

圧電薄膜１４の下に付加された膜、圧電薄膜１４および圧電薄膜１４の上に付加された膜からなる積層膜の総膜厚をＨとする。このとき、共振現象は、弾性波の波長λの１／２（１／２波長）の整数倍（ｎ倍）となる周波数（つまりＨ＝ｎλ／２となる周波数）において生じる。ここで、圧電薄膜の材料によって決まる弾性波の伝搬速度をＶとすると、共振周波数Ｆは、Ｆ＝ｎＶ／（２Ｈ）となる。このことから、積層膜１８の総膜厚Ｈにより共振周波数Ｆを制御することができる。

例えば、図１のようなラダー型フィルタ１００を設計する場合、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数と並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数とを異ならせる。そこで、図２（ｃ）のように、並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振領域５０に第２付加膜２０を形成し、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振領域５０には第２付加膜２０を形成しない。これにより、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数と並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数を異ならせることができる。なお、第２付加膜２０は上部電極１６内に設けられていなくともよく、共振領域５０の積層膜１８内に設けられていればよい。また、第２付加膜２０を設けず、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４と並列共振器Ｐ１〜Ｐ３とで、下部電極１２、圧電薄膜１４および上部電極１６の少なくとも１層の膜厚を異ならせてもよい。

さらに、図５（ｄ）および図６（ｄ）のように、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４と並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の両方の共振領域５０に同じ膜厚の周波数調整膜２４を付加する。周波数調整膜２４の膜厚を同時に調整することにより、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４と並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の両方の共振周波数の調整を同時に行なうことができる。

さらに、低損失で広帯域なフィルタ特性を得るためには、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４内の共振周波数を異ならせることが好ましい。また並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数を異ならせることがより好ましい。共振周波数は、ラダー型フィルタ内の全ての共振器で異なることが好ましい。そこで、図３（ａ）および図４（ａ）のように、共振領域５０とは異なる形状である第１付加膜２８を形成する。さらに、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４内または並列共振器Ｐ１〜Ｐ３内で共振領域５０内の第１付加膜２８の形状を異ならせる。これにより、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４内で共振周波数を任意に設定することができる。

以上のように、実施例１によれば、第１付加膜２８が共振領域５０に設けられ、共振領域５０とは異なる形状である。換言すれば、第１付加膜２８は、共振領域５０の一部に形成されている。つまり、共振領域５０には、第１付加膜２８が形成されていない領域がある。これにより、圧電薄膜共振器の共振周波数を任意に設定することができる。

特許文献２においては、上部電極上に付加膜が形成されているため、上部電極と付加膜とのエッチング選択性を確保することになる。よって、上部電極と付加膜の材料の選択の幅が小さくなってしまう。例えば、上部電極と付加膜とを同じ材料とすることができない。一方、実施例１によれば、第１付加膜２８が圧電薄膜１４と上部電極１６との間に設けられている。これにより、図５（ｂ）および図６（ｂ）のように、第１付加膜２８は圧電薄膜１４とエッチング選択性を有していればよい。よって、第１付加膜２８と上部電極１６との材料の選択の幅を広げることができる。例えば、第１付加膜２８を上部電極１６と同じ材料とすることができる。例えば、第１付加膜２８と上部電極１６とを共に音響インピーダンスが大きい膜とすることができる。例えば、第１付加膜２８と上部電極１６とを共にＲｕとすることができる。

後述する実施例２の図７（ａ）から図７（ｆ）のように、第１付加膜２８を圧電薄膜１４より下に形成すると、図５（ｂ）および図６（ｂ）において、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成する際に、圧電薄膜１４の配向性が劣化し、共振特性が劣化することがありうる。実施例１によれば、第１付加膜２８を圧電薄膜１４の上に形成しているため、圧電薄膜１４の配向性を高め、共振特性を向上させることができる。

さらに、図１のように複数の圧電薄膜共振器を含む弾性波デバイスにおいて、共振領域５０における第１付加膜２８の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を設ける。これにより、付加膜を形成する工程を増やさず、共振周波数の異なる複数の圧電薄膜共振器を製造することができる。

さらに、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一方は、共振領域５０における第１付加膜２８の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を含むことが好ましい。これにより、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４または並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一方の共振周波数を異ならせることができる。よって、低損失で広帯域なラダー型フィルタを提供することがきる。

実施例２は、第１付加膜２８を積層膜１８内の他の膜間に設ける例である。図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例２の直列共振器、図７（ｄ）から図７（ｆ）は実施例２の並列共振器の断面図である。図７（ａ）および図７（ｄ）のように、第１付加膜２８は、下部電極１２の下に設けられていてもよい。この場合、第１付加膜２８は、犠牲層３８に対しエッチング選択性があることが好ましい。図７（ｂ）および図７（ｅ）のように、下部電極１２は複数の層１２ａおよび１２ｂを含み、第１付加膜２８は、複数の層１２ａおよび１２ｂの間に設けられていてもよい。この場合、第１付加膜２８は、層１２ａに対しエッチング選択性があることが好ましい。図７（ｃ）および図７（ｆ）のように、第１付加膜２８は、下部電極１２と圧電薄膜１４との間に設けられていてもよい。この場合、第１付加膜２８は、下部電極１２に対しエッチング選択性があることが好ましい。

図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２の直列共振器の別の例、図８（ｄ）から図８（ｆ）は実施例２の並列共振器の別の例の断面図である。図８（ａ）および図８（ｄ）のように、直列共振器においては、第１付加膜２８は、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に設けられている。また、並列共振器においては、第１付加膜２８は、Ｒｕ層１６ａと第２付加膜２０との間に設けられている。この場合、第１付加膜２８は、Ｒｕ層１６ａに対しエッチング選択性があることが好ましい。図８（ｂ）および図８（ｅ）のように、直列共振器においては、第１付加膜２８は、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に設けられている。また、並列共振器においては、第１付加膜２８は、第２付加膜２０とＣｒ層１６ｂとの間に設けられている。この場合、第１付加膜２８は、Ｒｕ層１６ａおよび第２付加膜２０に対しエッチング選択性があることが好ましい。図８（ｃ）および図８（ｆ）のように、第１付加膜２８は、周波数調整膜２４上に設けられている。この場合、第１付加膜２８は、周波数調整膜２４に対しエッチング選択性があることが好ましい。

実施例２によれば、図７（ａ）および図７（ｄ）のように、第１付加膜２８は、下部電極１２下の共振領域５０に設けることができる。また、図７（ｂ）、図７（ｅ）、図８（ａ）、図８（ｄ）、図８（ｂ）および図８（ｅ）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、複数の層を備えている。第１付加膜２８は、複数の層の間の共振領域５０に設けることができる。

さらに、図８（ｃ）および図８（ｆ）のように、上部電極１６上に絶縁膜である例えば周波数調整膜２４が形成されている。第１付加膜２８は、絶縁膜の上に設けることができる。実施例２によっても、実施例１と同様に、共振器の共振周波数を任意に設定することができる。

実施例１と同様に、実施例２で例示した第１付加膜２８について、図１のように複数の圧電薄膜共振器を含む弾性波デバイスにおいて、共振領域５０における第１付加膜２８の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を設けることができる。また、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一方は、共振領域５０における第１付加膜２８の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を含むこともできる。

実施例３は、第１付加膜の代わりに空隙を設ける例である。図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例３の直列共振器の断面図、図９（ｄ）から図９（ｆ）は実施例３の並列共振器の断面図である。図９（ａ）および図９（ｄ）のように、圧電薄膜１４と上部電極１６との間の共振領域５０に、共振領域５０とは異なる形状の空隙２９が設けられている。空隙２９はＲｕ層１６ａ内に設けられている。

図９（ｂ）および図９（ｅ）のように、圧電薄膜１４と上部電極１６との間の共振領域５０に、共振領域５０とは異なる形状の空隙２９が設けられている。空隙２９は圧電薄膜１４内に設けられている。

このように、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方は、圧電薄膜１４との間の共振領域５０に共振領域５０とは異なる形状の空隙を備えるように設けられていてもよい。これにより、実施例１と同様に、共振器の共振周波数を任意に設定することができる。

図９（ｃ）および図９（ｆ）のように、直列共振器においては、上部電極１６のＲｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に空隙２９が設けられている。並列共振器においては、Ｒｕ層１６ａと第２付加膜２０との間に空隙２９が設けられている。

このように、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方は、複数の層を備えている。下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方は、複数の層の間の共振領域５０に共振領域５０とは異なる形状の空隙２９を備えるように設けられていてもよい。これにより、実施例１と同様に、共振器の共振周波数を任意に設定することができる。

なお、空隙２９は、図３（ａ）の第１付加膜２８のように、共振領域５０内に島状に設けられていてもよい。また、空隙２９は、図４（ａ）の第１付加膜２８のように、共振領域５０内に空隙の無い領域を含むように設けられていてもよい。

また、空隙２９を圧電薄膜１４より下に形成すると、下部電極１２上に圧電薄膜１４を形成する際に、圧電薄膜１４の配向性が劣化し、共振特性が劣化することがありうる。空隙２９を圧電薄膜１４の上に形成することにより、圧電薄膜１４の配向性を高め、共振特性を向上させることができる。

さらに、図１のように複数の圧電薄膜共振器を含む弾性波デバイスにおいて、共振領域５０における空隙２９の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を設けることができる。これにより、付加膜を形成する工程を増やさず、共振周波数の異なる複数の圧電薄膜共振器を製造することができる。また、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一方は、共振領域５０における空隙２９の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を含むことが好ましい。これにより、低損失で広帯域なラダー型フィルタを提供することがきる。

実施例４は、複数の層の第１付加膜を設ける例である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は実施例４の直列共振器の断面図、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は実施例４の並列共振器の断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｃ）のように、圧電薄膜１４と上部電極１６との間の共振領域５０に、共振領域５０とは異なる形状の第１付加膜２８ａが設けられている。また、上部電極１６と周波数調整膜２４との間の共振領域５０に、共振領域５０とは異なる形状の第１付加膜２８ｂが設けられている。

図１０（ｂ）および図１０（ｄ）のように、図１０（ａ）および図１０（ｃ）の例に加え、下部電極１２の下の共振領域５０に、共振領域５０とは異なる形状の第１付加膜２８ｃが設けられている。

このように、第１付加膜２８は、圧電薄膜１４と下部電極１２との間、圧電薄膜１４と上部電極１６との間、下部電極１２内の複数の層の間、上部電極１６内の複数の層の間、上部電極１６の上、下部電極１２の下、上部電極１６上に設けられた周波数調整膜２４（絶縁膜）上の少なくとも２つの共振領域５０に設けることができる。共振領域５０の一部に第１付加膜２８を設けた場合、第１付加膜２８が厚くなると圧電薄膜共振器の特性が劣化することがある。このため、共振周波数を調整できる範囲が制限されてしまう。実施例４によれば、第１付加膜２８を複数の層に形成することにより、１層あたりの第１付加膜２８の膜厚を小さくできる。よって、共振周波数を調整できる範囲を広げることができる。

実施例１および２と同様に、実施例４で例示した複数の第１付加膜２８について、図１のように複数の圧電薄膜共振器を含む弾性波デバイスにおいて、共振領域５０における第１付加膜２８ａ〜２８ｃのうち少なくとも１層の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を設けることができる。また、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一方は、共振領域５０における第１付加膜２８ａ〜２８ｃのうち少なくとも１層の面積が異なる複数の圧電薄膜共振器を含むこともできる。また、第１付加膜２８ａ〜２８ｃの少なくとも１層は、実施例３で示した空隙２９でもよい。

実施例５は、ラティス型フィルタの例である。図１１は、ラティス型フィルタを示す図である。ラティス型フィルタ１０２は、直列共振器Ｓ５およびＳ６、および並列共振器Ｐ４およびＰ５を備えている。端子Ｔ３とＴ５の間に直列共振器Ｓ５が接続され、端子Ｔ４とＴ６との間に直列共振器Ｓ６が接続されている。端子Ｔ３とＴ６の間に並列共振器Ｐ４が接続され、端子Ｔ４とＴ５との間に並列共振器Ｐ５が接続されている。このようなラティス型フィルタ１０２の直列共振器および並列共振器として、実施例１から実施例４で例示した直列共振器および並列共振器を用いることができる。これにより、ラダー型フィルタと同様に、低損失で広帯域なフィルタを提供することができる。

受信用フィルタと送信用フィルタとを含むデュープレクサにおいて、受信用フィルタおよび送信用フィルタの少なくとも一方を実施例１から実施例５で例示したフィルタとすることもできる。

実施例１から実施例５においては、圧電薄膜共振器として、積層膜１８と基板１０との間に空隙３０が形成されたＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Wave Resonator）を例に説明した。圧電薄膜共振器は、基板に空隙が形成され、積層膜１８が空隙に露出する構造でもよい。また、空隙の代わりに、弾性波を反射する音響反射膜を設けたＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。音響反射膜としては、音響インピーダンスの高い膜と低い膜を弾性波の波長の膜厚で交互に積層した膜を用いることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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。

以上、実施例１〜５を含む実施形態に関し、さらに、以下に付記を開示する。

付記１：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と上部電極との間の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記２：
前記第１付加膜は、前記上部電極と同じ材料を含むことを特徴とする付記１記載の弾性波デバイス。

付記３：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と前記下部電極との間、前記圧電薄膜と前記上部電極との間、前記下部電極内の複数の層の間、前記上部電極内の複数の層の間、前記上部電極上、前記下部電極下、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の少なくとも２つの前記共振領域に設けられ、各々が前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記４：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
前記下部電極および上部電極の少なくとも一方は、複数の層を備え、前記複数の層の間の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記５：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
前記下部電極下の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記６：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記上部電極上に形成された絶縁膜と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
前記絶縁膜上の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記７：
前記共振領域における前記第１付加膜の面積が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする付記１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

付記８：
前記圧電薄膜共振器は、
前記共振領域に第２付加膜を備えない直列共振器と、
前記共振領域に第２付加膜を備える並列共振器と、を含むことを特徴とする付記１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

付記９：
前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも一方は、前記共振領域における前記第１付加膜の面積が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を含むことを特徴とする付記８記載の弾性波デバイス。

付記１０：
前記弾性波デバイスは、ラダー型フィルタまたはラティス型フィルタであることを特徴とする付記８または９記載の弾性波デバイス。

付記１１：
前記第１付加膜は前記共振領域内に複数の島状に形成されていることを特徴とする付記１から１０のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

付記１２：
前記第１付加膜は前記共振領域内に複数の開口を有するように形成されていることを特徴とする付記１から１０のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

付記１３：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
を具備し、
前記下部電極および上部電極の少なくとも一方は、前記共振領域に前記共振領域とは異なる形状の空隙が形成されるように設けられている圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記１４：
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域と、
を具備し、
前記下部電極および上部電極の少なくとも一方は、複数の層を備え、前記複数の層の間の前記共振領域に前記共振領域とは異なる形状の空隙が形成されるように設けられている圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする弾性波デバイス。

付記１５：
前記共振領域における前記空隙の面積が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を具備することを特徴とする付記１３または１４記載の弾性波デバイス。

付記１６：
前記圧電薄膜共振器は、
前記共振領域に第２付加膜を備えない直列共振器と、
前記共振領域に第２付加膜を備える並列共振器と、を含むことを特徴とする付記１３から１５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

付記１７：
前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも一方は、前記共振領域における前記空隙の面積が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を含むことを特徴とする付記１６記載の弾性波デバイス。

付記１８：
前記弾性波デバイスは、ラダー型フィルタまたはラティス型フィルタであることを特徴とする付記１６または１７記載の弾性波デバイス。

付記１９：
基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に圧電薄膜を形成する工程と、
前記圧電薄膜上に第１付加膜を形成する工程と、
前記第１付加膜上に上部電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１付加膜を形成する工程は、前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および上部電極が対向する共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である前記第１付加膜を形成する工程であることを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。

付記２０：
前記第１付加膜は、前記上部電極と同じ材料を含むことを特徴とする付記１９記載の弾性波デバイスの製造方法。

１０基板
１２下部電極
１４圧電薄膜
１６上部電極
１６ａＲｕ層
１６ｂＣｒ層
１８積層膜
２０第２付加膜
２４周波数調整膜
２８第１付加膜
５０共振領域

Claims

直列共振器と並列共振器とを備えるラダー型フィルタまたはラティス型フィルタを有する弾性波デバイスであって、
前記直列共振器および前記並列共振器は、それぞれ、
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および前記上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と前記下部電極との間の位置、前記圧電薄膜と前記上部電極との間の位置、前記下部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極上の位置、前記下部電極下の位置、および、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の位置のうち、異なる少なくとも２つの位置の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器であり、
前記並列共振器は、前記共振領域に第２付加膜を備えることを特徴とする弾性波デバイス。
直列共振器と並列共振器とを備えるラダー型フィルタまたはラティス型フィルタを有する弾性波デバイスであって、
前記直列共振器および前記並列共振器は、それぞれ、
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および前記上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と前記下部電極との間の位置、前記圧電薄膜と前記上部電極との間の位置、前記下部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極上の位置、前記下部電極下の位置、および、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の位置のうち、少なくとも２つの位置の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器であり、
前記並列共振器は、前記共振領域に第２付加膜を備え、
前記第１付加膜の少なくとも１つは、前記下部電極内の複数の層の間に設けられていることを特徴とする弾性波デバイス。
直列共振器と並列共振器とを備えるラダー型フィルタまたはラティス型フィルタを有する弾性波デバイスであって、
前記直列共振器および前記並列共振器は、それぞれ、
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および前記上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と前記下部電極との間の位置、前記圧電薄膜と前記上部電極との間の位置、前記下部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極上の位置、前記下部電極下の位置、および、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の位置のうち、少なくとも２つの位置の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器であり、
前記並列共振器は、前記共振領域に第２付加膜を備え、
前記第１付加膜の少なくとも１つは、前記上部電極内の複数の層の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
直列共振器と並列共振器とを備えるラダー型フィルタまたはラティス型フィルタを有する弾性波デバイスであって、
前記直列共振器および前記並列共振器は、それぞれ、
基板と、
前記基板上に設けられた圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の少なくとも一部を挟んで設けられた下部電極および上部電極と、
前記圧電薄膜を挟み前記下部電極および前記上部電極が対向する共振領域と、
前記圧電薄膜と前記下部電極との間の位置、前記圧電薄膜と前記上部電極との間の位置、前記下部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極内の複数の層の間の位置、前記上部電極上の位置、前記下部電極下の位置、および、前記上部電極上に設けられた絶縁膜上の位置のうち、少なくとも２つの位置の前記共振領域に設けられ、前記共振領域とは異なる形状である少なくとも２層の第１付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器であり、
前記並列共振器は、前記共振領域に第２付加膜を備え、
前記少なくとも２層の第１付加膜は、前記圧電薄膜と前記上部電極との間と、前記下部電極より下と、に設けられていることを特徴とする弾性波デバイス。
前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも一方の前記共振領域における前記第１付加膜の少なくとも１層は、面積が異なる複数の前記圧電薄膜共振器を含むことを特徴とする１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
前記直列共振器は、前記共振領域に第２付加膜を備えない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。