JP5918522B2 - フィルタおよびデュプレクサ - Google Patents
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Description
本発明は、フィルタおよびデュプレクサに関する。
携帯電話端末等の無線端末に用いられる高周波回路用のフィルタ及びデュプレクサに、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタやバルク弾性波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）フィルタが使用されている。ＢＡＷフィルタは、ＳＡＷフィルタに比べて、低損失、急峻なスカート特性、高ＥＳＤ（electro-static discharge）、高耐電力等の特長がある。ＢＡＷフィルタは、例えば圧電薄膜共振子で構成される。圧電薄膜共振子には、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプとＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）タイプとがある。
ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振子は、基板上に、下部電極、圧電膜、上部電極が順に積層された積層膜を有し、下部電極と上部電極とが圧電膜を挟み対向する部分（共振領域）の下部電極下に空隙が設けられた構造を有する。一方、ＳＭＲタイプの圧電薄膜共振子は、空隙の代わりに、音響インピーダンスが高い膜と低い膜とをλ／４（λは弾性波の波長）の膜厚で交互に積層した音響反射膜が設けられている。
フィルタの構成としては、例えば複数の共振子を直列腕と並列腕とにラダー型に接続させたラダー型フィルタが知られている。ラダー型フィルタは、低損失、高抑圧、高耐電力等の特長を有するため、ＳＡＷフィルタ及びＢＡＷフィルタで使用されている。
近年の携帯電話の急速な普及に伴い、非常に多くの周波数帯が使用されるようになっている。その結果、フィルタのスカート特性を急峻にすることの要望が高まっている。例えば、送信帯域と受信帯域との間の周波数帯であるガードバンドが狭いディプレクサにおいて、フィルタのスカート特性を急峻にすることが望まれている。
例えば特許文献１には、通過帯域の高周波側又は低周波側のスカート特性を急峻にするために、直列共振子と並列共振子とで実効的電気機械結合係数Ｋ２ ｅｆｆを異ならせることが記載されている。具体的には、直列共振子にｎ倍波を主要振動とする圧電薄膜共振子を、並列共振子に（ｎ＋１）以上の倍波を主要振動とする圧電薄膜共振子を用いることが記載されている。
また、特許文献２には、共振領域の積層膜の厚さを外周部で厚くすることで、圧電薄膜共振子のＱ値を向上できることが記載されている。特許文献３には、下部電極先端の傾斜部での積層膜の厚さを厚くすることで、圧電薄膜共振子のＱ値の向上とスプリアスの低減とを実現できることが記載されている。
特許文献１には、直列共振子に基本波を主要振動とする圧電薄膜共振子を用い、並列共振子に２倍波を主要振動とする圧電薄膜共振子を用いることが記載されている。このような圧電薄膜共振子を実現するため、共振領域の積層膜の厚さを、並列共振子で直列共振子よりも厚くしている。
例えば、フィルタのスカート特性を急峻にするには、フィルタを構成する圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを制御することが望ましい。しかしながら、特許文献１の方法では、圧電薄膜共振子毎に共振領域の積層膜の厚さを変えることになり、製造が複雑になってしまう。また、高周波振動によってＫ２ ｅｆｆを制御するため、Ｋ２ ｅｆｆは不連続な値をとり連続的に制御することができない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを容易且つ精度良く制御することが可能なフィルタ及びデュプレクサを提供することを目的とする。
本発明は、基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に前記下部電極に対向して設けられた上部電極と、を含む積層膜を有する複数の圧電薄膜共振子を備え、前記複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも２つの圧電薄膜共振子は、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の外周部の少なくとも一部において内側部分よりも前記積層膜が厚い厚膜部を有すると共に、前記少なくとも２つの圧電薄膜共振子間で前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なり、前記複数の圧電薄膜共振子は、ラダー型に接続された直列共振子と並列共振子とを含み、前記直列共振子及び前記並列共振子の少なくとも一方は複数設けられていて、前記直列共振子と前記並列共振子とで、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なり、複数の設けられた前記直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方の中で、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なることを特徴とするフィルタである。本発明によれば、圧電薄膜共振子毎にＫ２ｅｆｆを容易且つ精度良く制御することができる。
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。
上記構成において、前記圧電膜は、圧電定数を高める元素を含有する構成とすることができる。
本発明は、上記記載のフィルタを送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方に備えることを特徴とするデュプレクサである。
本発明は、基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に前記下部電極に対向して設けられた上部電極と、を含む積層膜を有する複数の圧電薄膜共振子を備え、前記複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも２つの圧電薄膜共振子は、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の外周部の少なくとも一部において内側部分よりも前記積層膜が厚い厚膜部を有すると共に、前記少なくとも２つの圧電薄膜共振子間で前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なるフィルタを送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方に備え、前記送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方は、前記複数の圧電薄膜共振子が含む直列共振子と並列共振子とがラダー型に接続されたラダー型フィルタであり、前記直列共振子及び前記並列共振子のうち送信帯域と受信帯域との間のガードバンド側のスカート特性に寄与する一方の共振子の前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが、他方の共振子に比べて長いことを特徴とするデュプレクサである。本発明によれば、通過帯域の広帯域化と、ガードバンド側のスカート特性の急峻化と、を図ることができる。
上記構成において、前記直列共振子及び前記並列共振子の少なくとも一方は複数設けられていて、複数設けられた前記直列共振子及び前記並列共振子のうち前記ガードバンド側のスカート特性に寄与する共振子の中で、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なる構成とすることができる。この構成によれば、通過帯域の更なる広帯域化と、ガードバンド側のスカート特性のさらなる急峻化と、を図ることができる。
本発明によれば、圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを容易且つ精度良く制御することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
まず、実施例１に係るフィルタに用いられる圧電薄膜共振子の例について説明する。図１（ａ）は、圧電薄膜共振子の上面図の例であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、圧電薄膜共振子１０は、ＦＢＡＲタイプであり、主に基板１２、下部電極１４、圧電膜１６、上部電極１８、第１端子電極２０、第２端子電極２２、及び付加膜２４を有している。
基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板やガラス基板等である。基板１２上に、下部電極１４と、下部電極１４に接続された第１端子電極２０と、が設けられている。第１端子電極２０は外部との電気的接続に用いられる。下部電極１４は楕円形状を有していて、その楕円形状を長軸で二分した一方側に、第１端子電極２０が接続されている。図１（ａ）においては、下部電極１４の輪郭の一部を破線で表している。下部電極１４上に、圧電膜１６が設けられている。圧電膜１６は、下部電極１４上から第１端子電極２０とは反対側に延在して設けられている。
圧電膜１６上に、上部電極１８と、上部電極１８に接続された第２端子電極２２と、が設けられている。第２端子電極２２は外部との電気的接続に用いられる。上部電極１８は楕円形状を有していて、その楕円形状を長軸で二分した一方側に、第２端子電極２２が接続されている。圧電膜１６と、上部電極１８及び第２端子電極２２とは、ほぼ同じ形状をしている。下部電極１４と上部電極１８とは圧電膜１６を挟んで対向する部分を有する。この部分は、弾性波が共振する部分（以下、共振領域２６と称す）であり、それ以外の部分は弾性波が共振しない部分（以下、非共振領域２８と称す）である。下部電極１４と上部電極１８とが圧電膜１６を挟んで重なる部分は楕円形状であるので、共振領域２６も楕円形状をしている。なお、共振領域２６は、楕円形状以外の他の形状であってもよい。
基板１２には、共振領域２６を含むような開口を有する空隙３０が設けられている。空隙３０は、基板１２の裏面から、例えばフッ素系ガスを用いてドライエッチングを行うことにより形成することができる。
下部電極１４と第１端子電極２０とは、例えば蒸着法及びリフトオフ法を用いて、同時に形成することができる。このため、下部電極１４及び第１端子電極２０の端部は、基板１２の上面に対して傾斜している。同様に、上部電極１８と第２端子電極２２とについても、例えば蒸着法及びリフトオフ法を用いて、同時に形成することができる。このため、上部電極１８及び第２端子電極２２の端部も、基板１２の上面に対して傾斜している。圧電膜１６は、例えば製膜した後にウエットエッチングすることで形成することができる。このため、圧電膜１６の端部も、基板１２の上面に対して傾斜している。図１（ａ）においては、圧電膜１６の傾斜部の上端を一点鎖線で表している。
第２端子電極２２上に、付加膜２４が設けられている。付加膜２４は、第２端子電極２２上から下部電極１４の傾斜部１５上に位置する上部電極１８の傾斜部１９を越え、上部電極１８の平坦部にまで延在して設けられている。ここで、下部電極１４の傾斜部１５と上部電極１８及び付加膜２４とが重なる領域を領域３２とし、それよりも共振領域２６の内側で下部電極１４と上部電極１８及び付加膜２４とが重なる領域を領域３４とする。つまり、共振領域２６のうち領域３２と領域３４とを合わせた部分は、下部電極１４、圧電膜１６、上部電極１８、及び付加膜２４が積層された積層膜を有する。共振領域２６の他の部分（例えば、共振領域２６の中央部等の内側部分）は、下部電極１４、圧電膜１６、及び上部電極１８が積層された積層膜を有する。このように、領域３２と領域３４とを合わせた部分は、共振領域２６の中で他の部分と比べて厚い積層膜を有する部分となる。この部分を厚膜部３６と称すこととする。つまり、共振領域２６の外周部の一部は、付加膜２４が設けられることで、内側部分よりも積層膜が厚い厚膜部３６が形成されている。また、この厚膜部３６の共振領域２６の縁からの長さをＬとする。
ここで、発明者が行った実験について説明する。発明者は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構造で、約２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振子を作製した。作製した圧電薄膜共振子は、基板１２にＳｉ基板を用い、下部電極１４及び第１端子電極２０は膜厚３３０ｎｍのＲｕで形成した。圧電膜１６は膜厚１０５０ｎｍのＡｌＮで形成し、上部電極１８及び第２端子電極２２は、圧電膜１６側から膜厚３２０ｎｍのＲｕと膜厚２０ｎｍのクロム（Ｃｒ）とを積層させて形成した。付加膜２４は、第２端子電極２２側から膜厚１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）と膜厚５００ｎｍの金（Ａｕ）とを積層させて形成した。付加膜２４以外の領域に、膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜（不図示）を形成した。下部電極１４と上部電極１８とが対向する共振領域２６は、長軸が２１０μｍで短軸が１１５μｍの楕円形状とした。
上記の構造を有し、厚膜部３６の長さＬを変えた複数の圧電薄膜共振子を作製し、厚膜部３６の長さＬと実効的電気機械結合係数Ｋ２ ｅｆｆとの関係を調べた。図２は、厚膜部３６の長さＬと実効的電気機械結合係数Ｋ２ ｅｆｆとの関係の測定結果である。図２のように、厚膜部３６の長さＬが長くなるほど、Ｋ２ ｅｆｆは単調に減少する結果が得られた。また、厚膜部３６の長さＬを変えても共振特性のＱ値はほぼ一定であった。
厚膜部３６の長さＬが長くなるほど、Ｋ２ ｅｆｆが減少するのは以下の理由によるものと考えられる。即ち、厚膜部３６では共振振動が抑制される。この影響を図３に示す等価回路図を用いて説明する。図３のように、厚膜部３６を有さない場合の圧電薄膜共振子の等価回路は、端子３８間に抵抗Ｒｓ、インダクタＬ１、キャパシタＣ１、及び抵抗Ｒ１が直列に接続され、インダクタＬ１、キャパシタＣ１、及び抵抗Ｒ１に対して並列にキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０が接続された構成で表すことができる。厚膜部３６を設けると、キャパシタＣａがさらに並列に接続されたような構成となる。厚膜部３６の長さＬの増加に伴い、共振振動が抑制される領域が増加するため、キャパシタＣａが増加することになる。キャパシタＣａが増加すると、***振周波数が低下するため、Ｋ２ ｅｆｆは減少する。したがって、このような理由から、厚膜部３６の長さＬの増加に伴い、Ｋ２ ｅｆｆは減少するものと考えられる。
このように、発明者は、厚膜部３６の長さＬを変えることで、Ｋ２ ｅｆｆを制御できるという新たな知見を見出した。特許文献１では共振領域の積層膜の厚さでＫ２ ｅｆｆを制御するため、製造工程が複雑となるが、実施例１では厚膜部３６の長さＬでＫ２ ｅｆｆを制御するため、製造工程が増えることなく、容易にＫ２ ｅｆｆを制御することができる。また、厚膜部３６の長さＬの増加に伴って、Ｋ２ ｅｆｆは単調減少するため、Ｋ２ ｅｆｆを連続的に細かく制御することができる。これにより、複数の圧電薄膜共振子を備えたフィルタにおいて、圧電薄膜共振子毎に厚膜部３６の長さＬを調整することで、圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを容易且つ精度良く制御することができる。
空隙３０は、図１（ｂ）のように、基板１２を貫通する場合の他に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す場合でもよい。図４（ａ）は、第１の変形例に係る圧電薄膜共振子の断面図の例であり、図４（ｂ）は、第２の変形例に係る圧電薄膜共振子の断面図の例である。図４（ａ）及び図４（ｂ）においては、空隙以外のその他の構成については、図１（ｂ）と同じである。図４（ａ）のように、空隙３０ａが、基板１２の上面と下部電極１４との間に設けられる場合でもよい。図４（ｂ）のように、空隙３０ｂが、下部電極１４下の基板１２の一部を除去して設けられる場合でもよい。空隙３０ａ及び空隙３０ｂは、犠牲層を利用した製造工程を実施し、最後にこの犠牲層をウエットエッチング等で除去することによって形成することができる。
また、圧電薄膜共振子はＦＢＡＲタイプの場合に限らず、ＳＭＲタイプの場合でもよい。図４（ｃ）は、第３の変形例に係る圧電薄膜共振子の断面図の例である。図４（ｃ）のように、ＳＭＲタイプの圧電薄膜共振子は、空隙３０の代わりに、音響インピーダンスが高い膜４０と低い膜４２とをλ／４（λは弾性波の波長）の膜厚で交互に積層した音響反射膜４４が設けられている。その他の構成は図１（ｂ）と同じである。
付加膜２４は、第２端子電極２２上に設けられていない場合でも良く、例えば図５（ａ）から図６（ｂ）に示す位置に設けられる場合でもよい。図５（ａ）は、第４の変形例に係る圧電薄膜共振子の上面図の例であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図６（ａ）は、第５の変形例に係る圧電薄膜共振子の上面図の例であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図５（ａ）から図６（ｂ）においては、付加膜以外のその他の構成については、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じである。図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、付加膜２４ａが、上部電極１８の傾斜部１９にのみ設けられている場合でもよい。図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、付加膜２４ｂが、上部電極１８の傾斜部１９とその内側の平坦部とに設けられている場合でもよい。このように、付加膜は、共振領域２６の外周部に設けられている場合であればよい。
図１（ａ）及び図１（ｂ）並びに図５（ａ）から図６（ｂ）では、圧電膜１６は共振領域２６から第２端子電極２２下にのみ延在して設けられ、第１端子電極２０側等では上部電極１８が庇のごとく突出した形状となっている。つまり、図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、範囲Ｗ２においては、圧電膜１６の端部は下部電極１４と上部電極１８との間に位置し、上部電極１８が庇のように突出している。これにより、範囲Ｗ２において、弾性波が共振領域２６から非共振領域２８に漏洩することを抑制できる。また、このような場合に、範囲Ｗ１で、共振領域２６の外周部に厚膜部３６を形成することにより、範囲Ｗ１において、弾性波が共振領域２６から非共振領域２８に漏洩することを抑制できる。これにより、共振特性のＱ値を向上させることができる。
なお、圧電膜１６は、上部電極１８が庇のごとく突出するように設けられている場合に限られず、第２端子電極２２下以外の領域にも共振領域２６から外側に延在して設けられている場合でもよい。また、付加膜は、共振領域２６の外周部の一部に設けられている場合に限られず、外周部の全周に渡って設けられている場合でもよい。
図７（ａ）は、第６の変形例に係る圧電薄膜共振子の上面図の例であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、圧電膜１６ａは、共振領域２６から第１端子電極２０上及び第２端子電極２２下に延在して設けられている。付加膜２４ｃは、上部電極１８上を共振領域２６の外周部の全周に渡って設けられている。空隙３０ｂは、下部電極１４下の基板１２の一部を除去して設けられている。その他の構成については、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じである。
付加膜２４ｃによって厚膜部３６が共振領域２６の外周部の全周に渡って形成されている場合でも、厚膜部３６の長さＬを変えることで、Ｋ２ ｅｆｆを制御することができる。また、圧電膜１６ａが共振領域２６の全周に渡って共振領域２６から外側に延在して設けられている場合は、弾性波が共振領域２６から非共振領域２８に漏洩することを抑制して共振特性のＱ値を向上させるために、共振領域２６の外周部の全周に渡って厚膜部３６が形成される場合が好ましい。このように、厚膜部３６は、共振領域２６の外周部のうち、圧電膜１６が共振領域２６から共振領域２６の外側に引き出される領域に設けられている場合が好ましい。これにより、弾性波が共振領域２６から非共振領域２８に漏洩することを抑制でき、共振特性のＱ値を向上させることができる。
したがって、図１（ａ）及び図１（ｂ）並びに図５（ａ）から図７（ｂ）のように、厚膜部３６を共振領域２６の外周部の少なくとも一部に設けることで、共振特性のＱ値を向上させることが可能となる。
なお、付加膜は、上部電極１８上に設けられる場合に限られず、上部電極１８と圧電膜１６との間、下部電極１４と圧電膜１６との間、及び下部電極１４下のいずれかに設けられている場合でもよい。また、付加膜を設ける代わりに、下部電極１４、圧電膜１６、及び上部電極１８の少なくとも一つを、共振領域２６の外周部で内側部分よりも厚くすることで、共振領域２６の外周部に厚膜部３６を形成するようにしてもよい。
ここで、上部電極１８を厚くすることで、共振領域２６の外周部に厚膜部３６を形成する場合の例を説明する。図８は、第７の変形例に係る圧電薄膜共振子の断面図の例である。図８のように、上部電極１８ａは、共振領域２６の外周部で内側部分よりも厚くなっている。このように、共振領域２６の外周部の上部電極１８ａを厚くすることで、共振領域２６の外周部に厚膜部３６を形成する場合でも、厚膜部３６の長さＬを変えることで、Ｋ２ ｅｆｆを制御することができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、厚膜部３６は上部電極１８上に設けた付加膜２４により形成され、付加膜２４は第２端子電極２２上に延在して設けられている場合が好ましい。これにより、付加膜２４をフリップチップ実装のためのバンプ形成用の下地に用いることが可能となる。この場合、付加膜２４は、ＴｉとＡｕとの積層膜である場合が好ましい。
実施例１に係るフィルタを構成する圧電薄膜共振子として、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図４（ａ）から図８で説明した圧電薄膜共振子の少なくとも１つを用いることができる。
図９は、実施例１に係るフィルタを送信用フィルタに用いたデュプレクサの回路図の例である。図９のように、デュプレクサ５０は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信用フィルタ５２が接続され、アンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信用フィルタ５４が接続されている。アンテナ端子Ａｎｔとグランドとの間にはインダクタＬ２が接続されている。送信用フィルタ５２は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号としてアンテナ端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信用フィルタ５４は、アンテナ端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。インダクタＬ２は整合用に用いられ、送信用フィルタ５２を通過した送信信号が、受信用フィルタ５４側に漏れずアンテナ端子Ａｎｔから出力するようにインピーダンスを整合させる。
デュプレクサ５０は、例えばＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式におけるＢａｎｄ２５（送信帯域：１８５０〜１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０〜１９９５ＭＨｚ）用である。送信用フィルタ５２及び受信用フィルタ５４は共に、複数の圧電薄膜共振子が直列共振子及び並列共振子としてラダー型に接続されたラダー型フィルタである。以下においては、送信用フィルタ５２について説明する。
送信用フィルタ５２は、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とを備えている。並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のグランドは共通化されていて、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とグランドとの間にインダクタＬ３が接続されている。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とは、図４（ｂ）に示した構造を有する圧電薄膜共振子である。
図１０（ａ）は、送信用フィルタ５２の上面図の例であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とは、同じ基板１２上に形成されている。基板１２は、Ｓｉ基板である。
直列共振子Ｓ１〜Ｓ４は、基板１２上に、基板１２側から膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚２３０ｎｍのＲｕとが積層された下部電極１４と第１端子電極２０とが設けられている。下部電極１４上に、膜厚１３００ｎｍのＡｌＮからなる圧電膜１６が設けられている。圧電膜１６上に、圧電膜１６側から膜厚２３０ｎｍのＲｕと膜厚３０ｎｍのＣｒとが積層された上部電極１８と第２端子電極２２とが設けられている。
並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、基板１２上に、基板１２側から膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚２３０ｎｍのＲｕとが積層された下部電極１４と第１端子電極２０とが設けられている。下部電極１４上に、膜厚１３００ｎｍのＡｌＮからなる圧電膜１６が設けられている。圧電膜１６上に、圧電膜１６側から膜厚２３０ｎｍのＲｕと膜厚１３５ｎｍのＴｉと膜厚３０ｎｍのＣｒとが積層された上部電極１８と第２端子電極２２とが設けられている。
直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とに共通して、下部電極１４と上部電極１８とが圧電膜１６を挟んで対向する共振領域２６下に、基板１２が一部除去された空隙３０ｂが設けられている。第２端子電極２２上には、共振領域２６の外周部まで延在して付加膜２４が設けられている。付加膜２４は、第２端子電極２２側から膜厚１００ｎｍのＴｉと膜厚５００ｎｍのＡｕとが積層された膜である。このような付加膜２４が設けられることで、共振領域２６の外周部の一部には厚膜部３６が形成されている。また、膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜（不図示）が付加膜２４以外の部分に設けられている。直列共振子Ｓ１〜Ｓ４と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とにおける厚膜部３６の長さＬは、表１の通りである。
ここで、送信用フィルタ５２の通過特性について説明する。図１１は、送信用フィルタ５２の通過帯域の高周波側での通過特性を示す図である。また、図１１において、比較のために、比較例１に係るフィルタの通過特性についても示している。比較例１に係るフィルタは、付加膜２４が共振領域２６上にまで延びておらず、付加膜２４の端部は共振領域２６の端から第２端子電極２２側に５μｍ離れて設けられている。その他の構成については、送信用フィルタ５２と同じである。図１１のように、−１．５ｄＢ〜−４８ｄＢの遷移幅について、送信用フィルタ５２は１１．０ＭＨｚであったのに対し、比較例１は１２．３ＭＨｚであった。このように、送信用フィルタ５２は、比較例１に比べて、１．３ＭＨｚほどスカート特性が改善している。
ラダー型フィルタでは、直列共振子は通過帯域の高周波側のスカート特性に寄与し、並列共振子は低周波側のスカート特性に寄与する。つまり、直列共振子のＫ２ ｅｆｆを小さくすることで、高周波側のスカート特性を急峻にすることができ、並列共振子のＫ２ ｅｆｆを小さくすることで、低周波側のスカート特性を急峻にすることができる。送信用フィルタ５２では、表１のように、直列共振子の厚膜部３６の長さＬを長くして、直列共振子のＫ２ ｅｆｆを小さくしている。これにより、図１１のように、通過帯域の高周波側のスカート特性が急峻になっている。
表１のように、送信用フィルタ５２は、複数の圧電薄膜共振子（直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ３）のうち少なくとも２つの圧電薄膜共振子間で、厚膜部３６の長さＬが異なる。これにより、図２で説明したように、圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを容易且つ精度良く制御することができる。このように、圧電薄膜共振子毎にＫ２ ｅｆｆを制御できるため、圧電薄膜共振子毎のＫ２ ｅｆｆを適切することで、図１１で説明したように、フィルタのスカート特性を急峻にすることができる。
また、上述したように、ラダー型フィルタでは、直列共振子の厚膜部３６の長さＬを長くすることで、通過帯域の高周波側のスカート特性を急峻にすることができ、並列共振子の厚膜部３６の長さＬを長くすることで、低周波側のスカート特性を急峻にすることができる。つまり、通過帯域の高周波側及び低周波側の少なくとも一方のスカート特性を急峻にするためには、直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方の厚膜部３６の長さＬを長くすることになり、直列共振子と並列共振子とで厚膜部３６の長さＬが異なることになる。なお、直列共振子と並列共振子とで厚膜部３６の長さＬが異なるとは、厚膜部３６の長さＬの平均値が異なる場合や最大値が異なる場合等のことをいう。
特に、通過帯域の高周波側のスカート特性をより改善するには、複数の直列共振子の中で厚膜部３６の長さＬを異ならせて、直列共振子毎にＫ２ ｅｆｆを制御する場合が好ましい。低周波側のスカート特性をより改善するには、複数の並列共振子の中で厚膜部３６の長さＬを異ならせて、並列共振子毎にＫ２ ｅｆｆを制御する場合が好ましい。したがって、複数設けられた直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方の中で、厚膜部３６の長さＬを異ならせることで、通過帯域の高周波側及び低周波側の少なくとも一方のスカート特性をより急峻にすることができる。また、このように直列共振子の中及び並列共振子の中で厚膜部３６の長さＬを異ならせることで、通過帯域の広帯域化を図ることもできる。
なお、直列共振子同士では厚膜部３６の長さＬを同じにし、並列共振子同士では厚膜部３６の長さＬを同じにしつつ、直列共振子の厚膜部３６の長さＬと並列共振子の厚膜部３６の長さＬとを調整して、直列共振子及び並列共振子のＫ２ ｅｆｆを制御する場合でもよい。この場合でも、通過帯域の高周波側及び低周波側の少なくとも一方のスカート特性を改善することができる。
直列共振子と並列共振子とのＫ２ ｅｆｆを共に小さくすることで、高周波側のスカート特性も低周波側のスカート特性も急峻にできるが、この場合、通過帯域が狭くなってしまう。つまり、スカート特性の急峻化と通過帯域の広帯域化とはトレードオフの関係にある。この点は、通過帯域が狭帯域である場合には都合がよい。しかしながら、例えばＷ−ＣＤＭＡ方式におけるバンド２５（送信帯域：１８５０〜１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０〜１９９５ＭＨｚ）やバンド３（送信帯域：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、受信帯域：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）は、送信帯域及び受信帯域が比較的広帯域である。このため、直列共振子と並列共振子とのＫ２ ｅｆｆを共に小さくすると、送信帯域及び受信帯域を確保するのが難しくなる。
デュプレクサを構成する送信用フィルタ及び受信用フィルタにおいては、ガードバンド側のスカート特性を急峻にすることが望まれている。したがって、急峻性が求められるガードバンド側のスカート特性に寄与する直列共振子又は並列共振子をＫ２ ｅｆｆの比較的小さな共振子で形成し、ガードバンドと反対側のスカート特性に寄与する直列共振子又は並列共振子を、通過帯域の広帯域化のために、Ｋ２ ｅｆｆを比較的大きな共振子で形成することが好ましい。このため、送信用フィルタ５２では、ガードバンド側である高周波側のスカート特性を急峻にするため、直列共振子の厚膜部３６の長さＬを長くして、直列共振子のＫ２ ｅｆｆを比較的小さくしている。一方、並列共振子は、通過帯域の広帯域化のために、厚膜部３６の長さＬを余り長くせずに、並列共振子のＫ２ ｅｆｆを比較的大きくしている。
図９から図１１では、実施例１に係るフィルタを送信用フィルタ５２に用いた場合を説明したが、送信用フィルタ５２及び受信用フィルタ５４の少なくとも一方に用いることができる。受信用フィルタ５４ではガードバンド側である低周波側のスカート特性を急峻にすることが望まれる。このため、受信用フィルタ５４に用いた場合、並列共振子の厚膜部３６の長さＬを長くして、低周波側のスカート特性を急峻にし、直列共振子の厚膜部３６の長さＬは余り長くせずに、通過帯域の広帯域化を図ることが望ましい。
このように、デュプレクサにおいては、直列共振子及び並列共振子のうちガードバンド側のスカート特性に寄与する一方の共振子の厚膜部３６の長さＬを、他方の共振子よりも長くする場合が好ましい。これにより、通過帯域の広帯域化と、ガードバンド側のスカート特性の急峻化と、を図ることができる。なお、一方の共振子の厚膜部３６の長さＬが他方の共振子より長いとは、厚膜部３６の長さＬの平均値が長い場合や最大値が長い場合等のことをいう。
また、複数設けられた直列共振子及び並列共振子のうちガードバンド側のスカート特性に寄与する共振子の中で、厚膜部３６の長さＬを異ならせることがより好ましい。これにより、通過帯域の更なる広帯域化と、ガードバンド側のスカート特性の更なる急峻化と、を図ることができる。
下部電極、第１端子電極、上部電極、及び第２端子電極は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、及びイリジウム（Ｉｒ）等を含む金属膜やそれらの積層膜を用いることができる。また、付加膜は、Ｔｉ、Ａｕの積層膜以外にも、他の材料による単層膜又は積層膜を用いることができる。
圧電膜としては、例えばＡｌＮを用いることで、高Ｑ値の圧電膜を安定して形成することができる。また、Ｋ２ ｅｆｆを大きくするために、例えばスカンジウム（Ｓｃ）等の元素をＡｌＮに添加し、圧電膜の圧電定数を増加させてもよい。これにより、通過帯域の広帯域化を図ることができる。この場合、圧電膜は、ＡｌＮが主成分となることが望ましい。ここで、「主成分」とは、ＡｌＮが圧電薄膜共振子の圧電膜として機能する程度に元素を含むことであり、例えばＡｌＮに元素Ｍが添加されてＭＸＡｌ１−ＸＮとなる場合において、Ｘ＜０．５である場合をいう。なお、圧電膜としては、他にも酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等の圧電材を用いることができる。
実施例１では、下部電極、圧電膜、上部電極の端部が傾斜している場合を例に説明したが、傾斜せずに、垂直になっている場合でもよい。また、実施例１に係るフィルタはデュプレクサに用いられる場合に限らず、その他の用途に用いられる場合でもよい。
また、実施例１では、直列共振子及び並列共振子が共に複数設けられたラダー型フィルタの場合を説明したが、直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方が複数設けられている場合でもよい。さらに、実施例１に係るフィルタは、ラダー型フィルタの場合の他にも、例えばラティス型フィルタ等、複数の圧電薄膜共振子を備えるフィルタの場合であればよい。また、ディプレクサは、Ｗ−ＣＤＭＡ方式におけるＢａｎｄ２５用以外の場合でもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 圧電薄膜共振子
１２ 基板
１４ 下部電極
１５ 下部電極の傾斜部
１６、１６ａ 圧電膜
１８、１８ａ 上部電極
１９ 上部電極の傾斜部
２０ 第１端子電極
２２ 第２端子電極
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 付加膜
２６ 共振領域
２８ 非共振領域
３０、３０ａ、３０ｂ 空隙
３２ 領域
３４ 領域
３６ 厚膜部
３８ 端子
４０ 音響インピーダンスが高い膜
４２ 音響インピーダンスが低い膜
４４ 音響反射膜
５０ デュプレクサ
５２ 送信用フィルタ
５４ 受信用フィルタ
１２ 基板
１４ 下部電極
１５ 下部電極の傾斜部
１６、１６ａ 圧電膜
１８、１８ａ 上部電極
１９ 上部電極の傾斜部
２０ 第１端子電極
２２ 第２端子電極
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 付加膜
２６ 共振領域
２８ 非共振領域
３０、３０ａ、３０ｂ 空隙
３２ 領域
３４ 領域
３６ 厚膜部
３８ 端子
４０ 音響インピーダンスが高い膜
４２ 音響インピーダンスが低い膜
４４ 音響反射膜
５０ デュプレクサ
５２ 送信用フィルタ
５４ 受信用フィルタ
Claims (6)
- 基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に前記下部電極に対向して設けられた上部電極と、を含む積層膜を有する複数の圧電薄膜共振子を備え、
前記複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも２つの圧電薄膜共振子は、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の外周部の少なくとも一部において内側部分よりも前記積層膜が厚い厚膜部を有すると共に、前記少なくとも２つの圧電薄膜共振子間で前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なり、
前記複数の圧電薄膜共振子は、ラダー型に接続された直列共振子と並列共振子とを含み、前記直列共振子及び前記並列共振子の少なくとも一方は複数設けられていて、
前記直列共振子と前記並列共振子とで、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なり、
複数の設けられた前記直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方の中で、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なることを特徴とするフィルタ。 - 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記載のフィルタ。
- 前記圧電膜は、圧電定数を高める元素を含有することを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ。
- 請求項１から３のいずれか一項記載のフィルタを送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方に備えることを特徴とするデュプレクサ。
- 基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に前記下部電極に対向して設けられた上部電極と、を含む積層膜を有する複数の圧電薄膜共振子を備え、前記複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも２つの圧電薄膜共振子は、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の外周部の少なくとも一部において内側部分よりも前記積層膜が厚い厚膜部を有すると共に、前記少なくとも２つの圧電薄膜共振子間で前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なるフィルタを送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方に備え、
前記送信用フィルタ及び受信用フィルタの少なくとも一方は、前記複数の圧電薄膜共振子が含む直列共振子と並列共振子とがラダー型に接続されたラダー型フィルタであり、
前記直列共振子及び前記並列共振子のうち送信帯域と受信帯域との間のガードバンド側のスカート特性に寄与する一方の共振子の前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが、他方の共振子に比べて長いことを特徴とするデュプレクサ。 - 前記直列共振子及び前記並列共振子の少なくとも一方は複数設けられていて、
複数設けられた前記直列共振子及び前記並列共振子のうち前記ガードバンド側のスカート特性に寄与する共振子の中で、前記厚膜部の前記共振領域の縁からの長さが異なることを特徴とする請求項５記載のデュプレクサ。
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