共振デバイス、通信モジュール、通信装置、共振デバイスの製造方法
【課題】圧電薄膜共振子を積層することによって共振デバイスを小型化する際に、積層された複数の圧電薄膜共振子間の振動の干渉を完全に排除する。
【解決手段】圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、圧電薄膜共振子を形成する基板における占有面積を縮小することができ、共振デバイスを小型化することができる。また、第１の圧電薄膜共振子３及び第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域は物理的に分離しているため、一方の共振子における振動が他方の共振子に伝わることがなく、両共振子間の振動の干渉を無くすことができる。
【解決手段】圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、圧電薄膜共振子を形成する基板における占有面積を縮小することができ、共振デバイスを小型化することができる。また、第１の圧電薄膜共振子３及び第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域は物理的に分離しているため、一方の共振子における振動が他方の共振子に伝わることがなく、両共振子間の振動の干渉を無くすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜による電気信号とバルク弾性波の変換作用を利用した圧電薄膜共振子を備えた共振デバイスに関する。また、そのような共振デバイスを備えた通信モジュール、通信装置に関する。また、共振デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振子およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体フィルタと表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタが使用されてきたが、最近では、特に高周波領域で低損失、高耐電力性、ＥＳＤ特性が良好で、かつモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振子を用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
【０００３】
このような圧電薄膜共振子の一つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプの共振子が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極からなる積層構造体を有し、下部電極と上部電極が対向する部分（メンブレン領域）の下部電極下には空隙（バイアホールあるいはキャビティ）が形成されている。
【０００４】
上部電極と下部電極の間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極に挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって弾性波が励振される。この弾性波による歪は、圧電効果によって電気信号に変換される。この弾性波は、上部電極と下部電極がそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向の主変位を持つ厚み縦振動波となる。この構造では空隙上に形成された上部電極／圧電膜／下部電極を主要構成要素とする薄膜構造部分の合計膜厚Ｈが、弾性波の１／２波長の整数倍（ｎ倍）になる周波数において共振が起こる。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。この共振現象を利用して膜厚Ｈによって共振周波数を制御することにより、所望の周波数特性を有する共振子が作製される。また、複数の共振子を接続することによりフィルタが作製される。
【０００５】
電極としては、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）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等、あるいはこれらを組み合わせた積層材料を用いることができる。
【０００６】
基板としては、シリコン、ガラス、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等を用いることができる。空隙は、素子基板として用いられているＳｉ基板自身の裏面からのエッチング（ウェットエッチングやドライエッチィング）、あるいは、Ｓｉ基板の表面に設けた犠牲層のウェットエッチング等によって形成されている。これ以降、基板の裏面から基板表面まで貫通している穴を「バイアホール」、基板の表面近傍で下部電極直下に存在する空隙を「キャビティ」と呼ぶことにする。従来の圧電薄膜共振子は、バイアホールタイプとキャビティタイプとに分けられる。
【０００７】
図２５は、例えば非特許文献１に開示されているバイアホールタイプの一例の構成を示す断面図である。この構造では、熱酸化膜（ＳｉＯ2）を有する（１００）Ｓｉ基板上に、下部電極としてＡｕ−Ｃｒ、圧電膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、上部電極としてアルミニウム（Ａｌ）が形成されている。バイアホール１０６は、Ｓｉ基板１０１の裏面側からＫＯＨ水溶液、あるいは、ＥＤＰ水溶液（エチレンジアミン＋ピロカテコール＋水）を用いた異方性エッチングを施して形成したものである。
【０００８】
一方、キャビティタイプは、犠牲層上に主構成要素として上部電極／圧電膜／下部電極を形成し、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティを形成したものである。図２６は、特許文献１に開示されたキャビティタイプの圧電薄膜共振子の断面図を示す。この例では、犠牲層として島状のＺｎＯによる犠牲層パターンを作り、その上に、誘電体膜２０５／上部電極２０２／圧電膜２０４／下部電極／誘電体膜２０３の構造を作製し、犠牲層を酸で除去してキャビティ２０６（エアーブリッジ構造）を形成している。
【０００９】
また、図２７は、特許文献２に開示されたキャビティタイプの圧電薄膜共振子の断面図を示す。この構成は、上部電極３０２／圧電膜３０４／下部電極３０３が重なりあう領域の下方に、基板表面に凹部３０６が設けられた圧電薄膜共振子である。図２７に示す圧電薄膜共振子は、予め形成した凹部３０６に犠牲層を堆積して基板表面を平坦化した後、上部電極３０２／圧電膜３０４／下部電極３０３を形成して、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティが形成される。
【００１０】
圧電膜としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等を用いることができるが、実用的には、音速、温度特性、Ｑ値および成膜技術の容易性の観点からＡｌＮが用いられていることが多い。特に、ｃ軸（下部電極表面に対して垂直方向）配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成が共振特性を決める重要な要因の一つであり、結合係数やＱ値に直接影響を及ぼしている。一方で、ｃ軸配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成には、その成膜時に高いエネルギーを印加する必要があり、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）では１０００℃以上、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）でもプラズマの電力に加えて４００℃以上の基板加熱を必要とし、スパッタ技術を用いても絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇が知られている。このため、一般的にＡｌＮ膜は強い膜応力を有することとなる。
【００１１】
特許文献３では、上下電極およびＡｌＮの応力を制御し、空隙上の上下電極およびＡｌＮが重なっている領域（以下、メンブレン領域と称する）を膨らませ、数百ｎｍ程度の犠牲層でも数μｍ程度のキャビティを形成できることが開示されている。
【００１２】
図２８Ａは、特許文献３に開示された圧電薄膜共振子の構成を説明するための平面図で、図２８Ｂは図２８ＡのＡ−Ａに沿う断面図である。ここでは、基板４１には、平坦主面を持つＳｉ基板を使用している。下部電極４３は、Ｒｕ膜（２６０ｎｍ）で構成されている。圧電膜４４は、ＡｌＮ膜（１２００ｎｍ）で構成されている、上部電極４５は、Ｒｕ膜（２６０ｎｍ）で構成されている。
【００１３】
圧電膜４４を挟み上部電極４５と下部電極４３が対向するメンブレン領域の下部電極４３の下側と基板４１の表面の間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙４６が形成されている。空隙４６の形状は、図２８Ａに示すように楕円で、上部電極４５と下部電極４３とが重なりあった部分の形状を概ね楕円としている。この空隙４６は、下部電極４３の下に予めパターンニングされた犠牲層（不図示）を除去することにより形成することができる。また、基板４１には、犠牲層をエッチングして空隙を形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔４７ａが設けられている。
【００１４】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、図２８Ａ及び図２８Ｂに示した圧電薄膜共振子の製造プロセスを説明するための断面図であり、これらの図は何れも、図２８ＡにおけるＡ−Ａ部に沿った断面図である。
【００１５】
先ず、図２９Ａに示すように、Ｓｉで形成された基板４１（あるいは石英基板）上に、犠牲層膜５０となるＭｇＯ（２０〜１００ｎｍ程度）をスパッタリング法や真空蒸着法により成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチングとにより、犠牲層５０を所望の形状にパターニングする。
【００１６】
次に、図２９Ｂに示すように、下部電極４３、圧電膜４４、および上部電極４５を順次形成する。下部電極４３は、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチングにより下部電極４３を所望の形状にパターニングする。これに続いて、圧電膜４４であるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極４５のＲｕ膜を、０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。このようにして成膜された圧電薄膜共振子にフォトリソグラフィー技術とエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し、上部電極４５と圧電膜４４とを所望の形状にパターニングする。ここで、下部電極４３、圧電膜４４、上部電極４５からなる圧電薄膜共振子の応力が圧縮応力となるように設定している。また、メンブレン領域に接する上部電極４５の引出部分の中央部は、この次の工程で形成する空隙４０の上に形成され、上部電極４５の引出部分の両端部は空隙４０の外側になるように形成している。
【００１７】
次に、図２９Ｃに示すように、下部電極４３に対して、レジストパターニングによるフォトリソグラフィー技術によりエッチング液導入孔４９（図２８Ａ参照）を形成する。このエッチング液導入孔４９からエッチング液を導入して、犠牲層５０をエッチング除去することで空隙４０を形成する。ここで、下部電極４３、圧電膜４４および上部電極４５からなる圧電薄膜共振子の応力が圧縮応力となるように設定されおり、この応力条件を満足することにより、犠牲層５０のエッチング終了時点で、圧電薄膜共振子が膨れ上がり下部電極４３と基板４１との間にドーム形状の空隙４０が形成される。犠牲層５０のエッチング液の導入孔に関しては、特許文献４に開示されているように、メンブレン領域の中央部に設けても良い。
【００１８】
以上の特徴を有する圧電薄膜共振子であるが、搭載機器の小型化に伴って、さらなる小型化が要求されている。
【００１９】
圧電薄膜共振子も、弾性表面波デバイスと同様に、一般的には二次元的な配列でフィルタを構成している。そのため、フィルタを構成する基板サイズは基板上の圧電薄膜共振子の占める面積および配線で決まってしまう。そこで、基板サイズを小型化するためには、共振子を積層し、基板平面上における圧電薄膜共振子の占有面積を減らす方法が考えられる。このような積層型の共振子として、特許文献５では、減結合スタック型バルク音響共振器の帯域フィルタが開示されている。特許文献５の図５Ｂに示すように、下側の圧電薄膜共振子１１０の上に音響減結合材料１３０を介して上側の圧電薄膜共振子１２０を積層している。
【００２０】
上下の共振子の間に音響減結合材料を導入することで、特許文献５に従来技術として図３に示された単純に積み重ねた圧電薄膜共振子（SBAR:stacked thin-film bulk acoustic resonator）では、上下の圧電薄膜共振子が過度に結合されてしまうという問題を改善する構造である。
【特許文献１】特公平６−４０６１１号公報
【特許文献２】特開２０００−６９５９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３４７８９８号公報
【特許文献４】特開２００７−２０８７２８号公報
【特許文献５】特表２００７−５１０３８３号公報
【非特許文献１】Electron. Lett., 17(1981), pp.507〜509"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献５に開示された構成では、上下の共振子の振動領域は物理的に接触しているため、両者の影響を低減することは難しいという課題があった。すなわち、一方の共振子の振動が他方の共振子に伝わってしまい、共振特性に悪影響が出てしまう。
【００２２】
本発明の目的は、圧電薄膜共振子を積層することによって共振デバイスを小型化する際に、積層された複数の圧電薄膜共振子間の振動の干渉を低減することができる共振デバイス、通信モジュール、通信装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の共振デバイスは、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっているものである。
【００２４】
本発明の通信モジュールは、上記共振デバイスを備えたものである。
【００２５】
本発明の通信装置は、上記通信モジュールを備えたものである。
【００２６】
本発明の共振デバイスの製造方法は、基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とからなる第１の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に第２の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを同時に除去して空隙を形成するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、基板における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小し、共振デバイスの小型化ができる。さらに、積層された圧電薄膜共振子の少なくともメンブレン領域を物理的に分離することで、複数の圧電薄膜共振子間において振動の干渉が生じることを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の共振デバイスは、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっているものである。
【００２９】
本発明の共振デバイスは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。すなわち、本発明の共振デバイスにおいて、前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子で構成されている構成とすることができる。
【００３０】
また、前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている構成とすることができる。
【００３１】
また、前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きく形成した構成とすることができる。
【００３２】
また、前記メンブレン領域は、外形が楕円状である構成とすることができる。
【００３３】
本発明の共振デバイスの製造方法は、基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成するものである。
【００３４】
（実施の形態）
〔１．共振デバイスの構成〕
（実施例１）
図１は、本実施の形態の共振デバイスの構成を示す上面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【００３５】
図１に示すように、基板１は、平坦主面を持つＳｉ基板で構成されている。基板１上には、上部電極３ａ、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃが積層して構成された第１の圧電薄膜共振子３が配されている。また、第１の圧電薄膜共振子３の上部には、絶縁膜４を挟んで、上部電極２ａ、下部電極２ｂ、圧電膜２ｃが積層して構成された第２の圧電薄膜共振子２が配されている。下部電極２ｂ及び３ｂは、Ｒｕ膜で構成されている。圧電膜２ｃ及び３ｃは、ＡｌＮ膜で構成されている、上部電極２ａ及び３ａは、Ｒｕ膜で構成されている。
【００３６】
圧電膜２ｃを挟み上部電極２ａと下部電極２ｂとが対向するメンブレン領域の下部電極２ｂの下側と、第１の圧電薄膜共振子３の上部電極３ａの表面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙５ａが形成されている。また、圧電膜３ｃを挟み上部電極３ａと下部電極３ｂとが対向するメンブレン領域の下部電極３ｂの下側と、基板１の表面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙５ｂが形成されている。空隙５ａ及び５ｂの形状は、上側から見た時に図１に示すように楕円形状であり、上部電極２ａ及び３ａと下部電極２ｂ及び３ｂとが重なりあった領域の形状を概ね楕円としている。また、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域は、空隙５ａによってそれぞれ物理的に分離されている。この空隙５ａ及び５ｂは、共振デバイスを作製する際に下部電極２ｂ及び３ｂの下に予め犠牲層（不図示）をパターンニングし、作製後に犠牲層を除去することにより、形成することができる。
【００３７】
また、図１に示すように、基板１には、犠牲層をエッチングして空隙５ａ及び５ｂを形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔６ａ及び６ｂが形成されている。
【００３８】
次に、本実施の形態の共振デバイスの製造方法について説明する。
【００３９】
図３Ａ〜図８は、本実施の形態の共振デバイスの製造プロセスを説明するための図である。図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａは上面図である。図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂは上面図におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【００４０】
先ず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる基板１（あるいは石英基板）上に、犠牲層膜８ａとなるＭｇＯ（２０〜１００ｎｍ程度）をスパッタリング法や真空蒸着法により成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチングとにより、犠牲層８ａを所望の形状にパターニングする。この時、空隙形成用の犠牲層エッチング液導入孔のパターン７ａ及び７ｂも形成する。
【００４１】
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、基板１上に下部電極３ｂ、圧電膜３ｃ、および上部電極３ａを順次形成する。下部電極３ｂは、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチングにより下部電極３ｂを所望の形状にパターニングする。これに続いて、圧電膜３ｃであるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極３ａのＲｕ膜を、０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。このようにして成膜された圧電薄膜共振子にフォトリソグラフィー技術とエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し、上部電極３ａと圧電膜３ｃとを所望の形状にパターニングする。ここで、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃ、上部電極３ａからなる第１の圧電薄膜共振子３の応力が圧縮応力となるように設定している。
【００４２】
以上により、第１の圧電薄膜共振子３を形成することができる。
【００４３】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、犠牲層８ａおよび導入孔のパターン７ａ，７ｂを除去しないままで、絶縁膜４（ＳｉＯ2）をプラズマＣＶＤあるいはスパッタリング法などの方法で成膜後、ドライエッチングでパターニングを行う。
【００４４】
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上部電極３ａ及び絶縁膜４上に犠牲層８ｂを形成する。形成方法は、犠牲層８ａの形成方法と同様である。
【００４５】
次に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、絶縁膜４及び犠牲層８ｂ上に下部電極２ｂ、圧電膜２ｃ、上部電極２ａを形成する。形成方法は、上部電極３ａ、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃの形成方法と同様である。
【００４６】
次に、図８に示すように、空隙形成用に形成した導入孔６ａ及び６ｂ（図１参照）から、犠牲層を除去するためのエッチング液を導入して、犠牲層８ａ及び８ｂを除去し、空隙５ａ及び５ｂを形成する。犠牲層８ａ及び８ｂの除去の手順としては、まず犠牲層８ｂを除去し、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域を膨らませ、その後、犠牲層８ａを除去して第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域を膨らませるようにする。この順番で犠牲層を除去することにより、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域とが接触しにくくなる。
【００４７】
また、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域の大きさを調整することにより、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域とが膨らんだ後に、メンブレン領域同士が互いに接触しないようにすることができる。具体的には、メンブレン領域に相当する上部電極、下部電極、圧電膜、および、犠牲層の面積を第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３とで調整する。一般にメンブレン領域が大きいほど膨らみが大きくなるので、犠牲層８ｂを犠牲層８ａよりも広くする方が望ましい。
【００４８】
ここで、メンブレン領域およびそれを構成する上部電極などの「面積」とは、図１などに示すように共振デバイスを上方から見たときの各領域の面積を指している。したがって、図６Ａに示すように犠牲層８ｂを上方から見たときの面積を、図３Ａに示すように犠牲層８ａを上方から見たときの面積よりも広くすることで、図１Ｂに示すように空隙５ａを空隙５ｂよりも大きくすることができる。
【００４９】
以上のように本実施の形態によれば、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３とを積層構造とすることで、基板１における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができ、共振デバイス全体を小型化することができる。
【００５０】
また、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３との間に空隙５ａを備え、メンブレン領域において両者が物理的に結合しない構成としたことにより、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００５１】
（実施例２）
なお、積層した圧電薄膜共振子を並列に接続する場合には、図１に示すように上下の圧電薄膜共振子を絶縁膜４で電気的に絶縁する必要はなくなり、図９Ａ及び図９Ｂのような構成にすることができる。すなわち、図９Ｃの回路図に示すように、第１の圧電薄膜共振子１３と第２の圧電薄膜共振子１２とを並列に接続する場合、図９Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子１２の上部電極１２ａの一部を、第１の圧電薄膜共振子１３の下部電極１３ｂに接続する。また、第２の圧電薄膜共振子１２の下部電極１２ｂの一部を、第１の圧電薄膜共振子１３の上部電極１３ａに接続する。この構成の場合も、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間には空隙５ａが形成され、第１の圧電薄膜共振子１３と基板１との間には空隙５ｂが形成されている。
【００５２】
図９Ａ及び図９Ｂに示す共振デバイスの製造方法は、図１０Ａ〜図１７に示すようになる。まず、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように基板１上に犠牲層８ａを形成する。次に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように基板１及び犠牲層８ａ上に第１の圧電薄膜共振子１３を形成する。次に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように第１の圧電薄膜共振子１３の上部電極１３ａ上に犠牲層８ｂを形成する。次に、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子１２の下部電極１２ｂを形成する。次に、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように圧電膜１２ｃを形成する。次に、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように圧電膜１２ｃをパターンニングし、下部電極１３ｂが露出する凹部１２ｄを形成する。次に、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように上部電極１２ａを形成する。次に、図１７に示すように、犠牲層８ａ及び８ｂを除去することで、空隙５ａ及び５ｂを形成する。これにより、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３が並列接続された共振デバイスを作製することができる。
【００５３】
このような構成とすることにより、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間に絶縁膜を形成する必要がないため、絶縁膜の形成工程およびパターニング工程を減らせるという利点がある。
【００５４】
また、本構成においても、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３を積層構造としているため、基板上における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができるので、共振デバイスを小型化することができる。
【００５５】
また、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３のメンブレン領域は物理的に分離しているため、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００５６】
（実施例３）
図１８Ａに示す構成は、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３とを直列接続した構成である。すなわち、図１８Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３とを直列接続する場合は、図１８Ａに示すように第２の圧電薄膜共振子２２の下部電極２２ｂと第１の圧電薄膜共振子２３の上部電極２３ａとを電気的に接続する。なお、本実施例の共振デバイスの製造方法は、実施例１に示す製造方法とほとんど同様であるため（絶縁膜４の有無が異なるのみ）、説明は省略する。
【００５７】
このような構成とすることにより、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３との間に絶縁膜を形成する必要がないため、絶縁膜の形成工程およびパターニング工程を減らせるという利点がある。
【００５８】
また、本構成においても、第２の圧電薄膜共振子２２及び第１の圧電薄膜共振子２３を積層構造としているため、基板上における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができるので、共振デバイスを小型化することができる。
【００５９】
また、第２の圧電薄膜共振子２２及び第１の圧電薄膜共振子２３のメンブレン領域は物理的に分離しているため、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００６０】
（実施例４）
図１９は、圧電薄膜共振子のメンブレン領域が開口している構造を示す。図１９に示す共振デバイスは、図２に示す共振デバイスにおける第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域上にもエッチング孔５ｃが形成された構成である。このような構成とすることで、共振デバイスの作製時、犠牲層を除去する工程において、空隙５ａに配されている犠牲層が早く除去され、確実に空隙５ａに配されている犠牲層を除去することが可能となる。
【００６１】
図２０は、第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域にエッチング孔５ｃが形成され、第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域にエッチング孔５ｄが形成された構成である。エッチング孔５ｃ及び５ｄは、互いに重なる位置に形成されている。また、本実施例のようにエッチング孔５ｃの内径をエッチング孔５ｄの内径よりも大きくすることで、空隙５ａにおける犠牲層が早く除去されるので好ましい。
【００６２】
図２１は、第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域に形成されたエッチング孔５ｃに対して、第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域に形成されたエッチング孔５ｅ及び５ｆの位置を基板１の面方向にずらせて配置した構成である。
【００６３】
なお、エッチング孔の開口箇所は複数あっても良く、エッチング条件およびメンブレン領域の膨らみの順番に応じて調整されてもよい。
【００６４】
〔２．デュープレクサの構成〕
携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）には、デュープレクサが搭載されている。デュープレクサは、通信電波などの送信機能及び受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。
【００６５】
図２２は、本実施の形態の共振デバイスを備えたデュープレクサの構成を示す。デュープレクサ５２は、位相整合回路５３、受信フィルタ５４、および送信フィルタ５５を備えている。位相整合回路５３は、送信フィルタ５５から出力される送信信号が受信フィルタ５４側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ５４のインピーダンスの位相を調整するための素子である。また、位相整合回路５３には、アンテナ５１が接続されている。受信フィルタ５４は、アンテナ５１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタ５４には、出力端子５６が接続されている。送信フィルタ５５は、入力端子５７を介して入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、送信フィルタ５５には、入力端子５７が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における共振デバイスが含まれている。
【００６６】
以上のように本実施の形態の共振デバイスを受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５に備えることで、デュープレクサを小型化することができる。
【００６７】
〔３．通信モジュールの構成〕
図２３は、本実施の形態の共振デバイスまたは図２２に示すデュープレクサを備えた通信モジュールの一例を示す。図２３に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂには、本実施の形態における共振デバイスまたはデュープレクサが含まれている。
【００６８】
受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。
【００６９】
以上のように本実施の形態の共振デバイスまたはデュープレクサを、通信モジュールの受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂに備えることで、通信モジュールを小型化することができる。
【００７０】
なお、図２３に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性境界波デバイスを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００７１】
〔４．通信装置の構成〕
図２４は、本実施の形態の共振デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図２４に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図２４に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ７３ａ、７７、７８、７９、８０、および送信フィルタ７３ｂには、本実施の形態における共振デバイスが含まれている。
【００７２】
まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。
【００７３】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００７４】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００７５】
以上のように本実施の形態の共振デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを通信装置に備えることで、通信装置を小型化することができる。
【００７６】
なお、図２４に示す通信装置の構成は一例である。
【００７７】
〔５．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、圧電薄膜共振子を形成する基板における占有面積を縮小することができ、共振デバイスを小型化することができる。また、共振デバイスを小型化することにより、それを備えたフィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置を小型化することができる。
【００７８】
また、第１の圧電薄膜共振子及び第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域は物理的に分離しているため、一方の共振子における振動が他方の共振子に伝わることがなく、両共振子間の振動の干渉を無くすことができる。
【００７９】
なお、本発明の効果を得るにあたって、基板、電極膜、圧電膜、絶縁膜の各材料は、本実施の形態に限定されず、他の材料を使用してもよい。
【００８０】
また、本実施の形態では、第１の圧電薄膜共振子と第２の圧電薄膜共振子の２つの共振子を積層構造とする構成としたが、３つの共振子を積層構造とする構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
（付記１）
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、
前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっている、共振デバイス。
【００８２】
（付記２）
前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子で構成されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８３】
（付記３）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８４】
（付記４）
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2で形成されている、付記３記載の共振デバイス。
【００８５】
（付記５）
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きい、付記１記載の共振デバイス。
【００８６】
（付記６）
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の圧電薄膜共振子のそれぞれに、メンブレン領域直下に空隙を形成する際に犠牲層を除去するエッチング液を導入するエッチング液導入孔を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子に形成されたエッチング液導入孔と前記第２の圧電薄膜共振子に形成されたエッチング液導入孔とは、連続した空間で形成されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８７】
（付記７）
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域の一部が開口あるいは切り欠きなどの構造を有し、
前記第２の圧電薄膜共振子の上部電極から前記基板側を見たときに、前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極の一部が露出している、付記１記載の共振デバイス。
【００８８】
（付記８）
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域の少なくとも一部に開口部が形成されている、付記７記載の共振デバイス。
【００８９】
（付記９）
前記第１の圧電薄膜共振子に形成された開口部と、前記第２の圧電薄膜共振子に形成された開口部とは、互いに位置がずれている、付記８記載の共振デバイス。
【００９０】
（付記１０）
前記第１の圧電薄膜共振子と前記第２の圧電薄膜共振子とが電気的に直列に接続されている、付記１記載の共振デバイス。
【００９１】
（付記１１）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極のメンブレン以外の領域の一部の直上に、前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極が配置されている、付記１０記載の共振デバイス。
【００９２】
（付記１２）
前記第１の圧電薄膜共振子と前記第２の圧電薄膜共振子とが電気的に並列に接続されている、付記１記載の共振デバイス。
【００９３】
（付記１３）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極のメンブレン以外の領域の一部の直上に、前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極が配置されており、かつ、前記第２の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第１の圧電薄膜共振子の下部電極とが電気的に接触している、付記１２記載の共振デバイス。
【００９４】
（付記１４）
前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とする材料で形成されている、付記１から１３のいずれか一項に記載の共振デバイス。
【００９５】
（付記１５）
前記メンブレン領域は、外形が楕円状である、付記１から１４のいずれか一項記載の共振デバイス。
【００９６】
（付記１６）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えたフィルタ。
【００９７】
（付記１７）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えたデュープレクサ。
【００９８】
（付記１８）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えた通信モジュール。
【００９９】
（付記１９）
付記１８に記載の通信モジュールを備えた通信装置。
【０１００】
（付記２０）
基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、
前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成する、共振デバイスの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す平面図（実施例１）
【図２】図１におけるＡ−Ａ部の断面図
【図３】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図４】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図５】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図６】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図７】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図８】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す断面図
【図９Ａ】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す平面図（実施例２）
【図９Ｂ】図９ＡにおけるＡ−Ａ部の断面図
【図９Ｃ】圧電薄膜共振子を並列接続した構成を示す回路図
【図１０】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１１】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１２】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１３】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１４】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１５】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１６】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１７】圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための断面図
【図１８Ａ】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す断面図（実施例３）
【図１８Ｂ】圧電薄膜共振子を直列接続した構成を示す回路図
【図１９】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２０】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２１】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２２】本実施の形態におけるデュープレクサの構成を示すブロック図
【図２３】本実施の形態における通信モジュールの構成を示すブロック図
【図２４】本実施の形態における通信装置の構成を示すブロック図
【図２５】バイアホールタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２６】キャビティタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２７】キャビティタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２８Ａ】空隙直上のメンブレンが膨らむタイプの圧電薄膜共振子の構造を示す平面図
【図２８Ｂ】図２８ＡにおけるＡ−Ａ部の断面図
【図２９】Ａ〜Ｃは、空隙直上のメンブレンが膨らむタイプの圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための断面図
【符号の説明】
【０１０２】
１ 基板
２、１２、２２ 第２の圧電薄膜共振子
３、１３、２３ 第１の圧電薄膜共振子
４ 絶縁膜
５ａ、５ｂ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜による電気信号とバルク弾性波の変換作用を利用した圧電薄膜共振子を備えた共振デバイスに関する。また、そのような共振デバイスを備えた通信モジュール、通信装置に関する。また、共振デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振子およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体フィルタと表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタが使用されてきたが、最近では、特に高周波領域で低損失、高耐電力性、ＥＳＤ特性が良好で、かつモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振子を用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
【０００３】
このような圧電薄膜共振子の一つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプの共振子が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極からなる積層構造体を有し、下部電極と上部電極が対向する部分（メンブレン領域）の下部電極下には空隙（バイアホールあるいはキャビティ）が形成されている。
【０００４】
上部電極と下部電極の間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極に挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって弾性波が励振される。この弾性波による歪は、圧電効果によって電気信号に変換される。この弾性波は、上部電極と下部電極がそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向の主変位を持つ厚み縦振動波となる。この構造では空隙上に形成された上部電極／圧電膜／下部電極を主要構成要素とする薄膜構造部分の合計膜厚Ｈが、弾性波の１／２波長の整数倍（ｎ倍）になる周波数において共振が起こる。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。この共振現象を利用して膜厚Ｈによって共振周波数を制御することにより、所望の周波数特性を有する共振子が作製される。また、複数の共振子を接続することによりフィルタが作製される。
【０００５】
電極としては、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）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等、あるいはこれらを組み合わせた積層材料を用いることができる。
【０００６】
基板としては、シリコン、ガラス、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等を用いることができる。空隙は、素子基板として用いられているＳｉ基板自身の裏面からのエッチング（ウェットエッチングやドライエッチィング）、あるいは、Ｓｉ基板の表面に設けた犠牲層のウェットエッチング等によって形成されている。これ以降、基板の裏面から基板表面まで貫通している穴を「バイアホール」、基板の表面近傍で下部電極直下に存在する空隙を「キャビティ」と呼ぶことにする。従来の圧電薄膜共振子は、バイアホールタイプとキャビティタイプとに分けられる。
【０００７】
図２５は、例えば非特許文献１に開示されているバイアホールタイプの一例の構成を示す断面図である。この構造では、熱酸化膜（ＳｉＯ2）を有する（１００）Ｓｉ基板上に、下部電極としてＡｕ−Ｃｒ、圧電膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、上部電極としてアルミニウム（Ａｌ）が形成されている。バイアホール１０６は、Ｓｉ基板１０１の裏面側からＫＯＨ水溶液、あるいは、ＥＤＰ水溶液（エチレンジアミン＋ピロカテコール＋水）を用いた異方性エッチングを施して形成したものである。
【０００８】
一方、キャビティタイプは、犠牲層上に主構成要素として上部電極／圧電膜／下部電極を形成し、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティを形成したものである。図２６は、特許文献１に開示されたキャビティタイプの圧電薄膜共振子の断面図を示す。この例では、犠牲層として島状のＺｎＯによる犠牲層パターンを作り、その上に、誘電体膜２０５／上部電極２０２／圧電膜２０４／下部電極／誘電体膜２０３の構造を作製し、犠牲層を酸で除去してキャビティ２０６（エアーブリッジ構造）を形成している。
【０００９】
また、図２７は、特許文献２に開示されたキャビティタイプの圧電薄膜共振子の断面図を示す。この構成は、上部電極３０２／圧電膜３０４／下部電極３０３が重なりあう領域の下方に、基板表面に凹部３０６が設けられた圧電薄膜共振子である。図２７に示す圧電薄膜共振子は、予め形成した凹部３０６に犠牲層を堆積して基板表面を平坦化した後、上部電極３０２／圧電膜３０４／下部電極３０３を形成して、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティが形成される。
【００１０】
圧電膜としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等を用いることができるが、実用的には、音速、温度特性、Ｑ値および成膜技術の容易性の観点からＡｌＮが用いられていることが多い。特に、ｃ軸（下部電極表面に対して垂直方向）配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成が共振特性を決める重要な要因の一つであり、結合係数やＱ値に直接影響を及ぼしている。一方で、ｃ軸配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成には、その成膜時に高いエネルギーを印加する必要があり、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）では１０００℃以上、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）でもプラズマの電力に加えて４００℃以上の基板加熱を必要とし、スパッタ技術を用いても絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇が知られている。このため、一般的にＡｌＮ膜は強い膜応力を有することとなる。
【００１１】
特許文献３では、上下電極およびＡｌＮの応力を制御し、空隙上の上下電極およびＡｌＮが重なっている領域（以下、メンブレン領域と称する）を膨らませ、数百ｎｍ程度の犠牲層でも数μｍ程度のキャビティを形成できることが開示されている。
【００１２】
図２８Ａは、特許文献３に開示された圧電薄膜共振子の構成を説明するための平面図で、図２８Ｂは図２８ＡのＡ−Ａに沿う断面図である。ここでは、基板４１には、平坦主面を持つＳｉ基板を使用している。下部電極４３は、Ｒｕ膜（２６０ｎｍ）で構成されている。圧電膜４４は、ＡｌＮ膜（１２００ｎｍ）で構成されている、上部電極４５は、Ｒｕ膜（２６０ｎｍ）で構成されている。
【００１３】
圧電膜４４を挟み上部電極４５と下部電極４３が対向するメンブレン領域の下部電極４３の下側と基板４１の表面の間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙４６が形成されている。空隙４６の形状は、図２８Ａに示すように楕円で、上部電極４５と下部電極４３とが重なりあった部分の形状を概ね楕円としている。この空隙４６は、下部電極４３の下に予めパターンニングされた犠牲層（不図示）を除去することにより形成することができる。また、基板４１には、犠牲層をエッチングして空隙を形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔４７ａが設けられている。
【００１４】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、図２８Ａ及び図２８Ｂに示した圧電薄膜共振子の製造プロセスを説明するための断面図であり、これらの図は何れも、図２８ＡにおけるＡ−Ａ部に沿った断面図である。
【００１５】
先ず、図２９Ａに示すように、Ｓｉで形成された基板４１（あるいは石英基板）上に、犠牲層膜５０となるＭｇＯ（２０〜１００ｎｍ程度）をスパッタリング法や真空蒸着法により成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチングとにより、犠牲層５０を所望の形状にパターニングする。
【００１６】
次に、図２９Ｂに示すように、下部電極４３、圧電膜４４、および上部電極４５を順次形成する。下部電極４３は、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチングにより下部電極４３を所望の形状にパターニングする。これに続いて、圧電膜４４であるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極４５のＲｕ膜を、０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。このようにして成膜された圧電薄膜共振子にフォトリソグラフィー技術とエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し、上部電極４５と圧電膜４４とを所望の形状にパターニングする。ここで、下部電極４３、圧電膜４４、上部電極４５からなる圧電薄膜共振子の応力が圧縮応力となるように設定している。また、メンブレン領域に接する上部電極４５の引出部分の中央部は、この次の工程で形成する空隙４０の上に形成され、上部電極４５の引出部分の両端部は空隙４０の外側になるように形成している。
【００１７】
次に、図２９Ｃに示すように、下部電極４３に対して、レジストパターニングによるフォトリソグラフィー技術によりエッチング液導入孔４９（図２８Ａ参照）を形成する。このエッチング液導入孔４９からエッチング液を導入して、犠牲層５０をエッチング除去することで空隙４０を形成する。ここで、下部電極４３、圧電膜４４および上部電極４５からなる圧電薄膜共振子の応力が圧縮応力となるように設定されおり、この応力条件を満足することにより、犠牲層５０のエッチング終了時点で、圧電薄膜共振子が膨れ上がり下部電極４３と基板４１との間にドーム形状の空隙４０が形成される。犠牲層５０のエッチング液の導入孔に関しては、特許文献４に開示されているように、メンブレン領域の中央部に設けても良い。
【００１８】
以上の特徴を有する圧電薄膜共振子であるが、搭載機器の小型化に伴って、さらなる小型化が要求されている。
【００１９】
圧電薄膜共振子も、弾性表面波デバイスと同様に、一般的には二次元的な配列でフィルタを構成している。そのため、フィルタを構成する基板サイズは基板上の圧電薄膜共振子の占める面積および配線で決まってしまう。そこで、基板サイズを小型化するためには、共振子を積層し、基板平面上における圧電薄膜共振子の占有面積を減らす方法が考えられる。このような積層型の共振子として、特許文献５では、減結合スタック型バルク音響共振器の帯域フィルタが開示されている。特許文献５の図５Ｂに示すように、下側の圧電薄膜共振子１１０の上に音響減結合材料１３０を介して上側の圧電薄膜共振子１２０を積層している。
【００２０】
上下の共振子の間に音響減結合材料を導入することで、特許文献５に従来技術として図３に示された単純に積み重ねた圧電薄膜共振子（SBAR:stacked thin-film bulk acoustic resonator）では、上下の圧電薄膜共振子が過度に結合されてしまうという問題を改善する構造である。
【特許文献１】特公平６−４０６１１号公報
【特許文献２】特開２０００−６９５９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３４７８９８号公報
【特許文献４】特開２００７−２０８７２８号公報
【特許文献５】特表２００７−５１０３８３号公報
【非特許文献１】Electron. Lett., 17(1981), pp.507〜509"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献５に開示された構成では、上下の共振子の振動領域は物理的に接触しているため、両者の影響を低減することは難しいという課題があった。すなわち、一方の共振子の振動が他方の共振子に伝わってしまい、共振特性に悪影響が出てしまう。
【００２２】
本発明の目的は、圧電薄膜共振子を積層することによって共振デバイスを小型化する際に、積層された複数の圧電薄膜共振子間の振動の干渉を低減することができる共振デバイス、通信モジュール、通信装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の共振デバイスは、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっているものである。
【００２４】
本発明の通信モジュールは、上記共振デバイスを備えたものである。
【００２５】
本発明の通信装置は、上記通信モジュールを備えたものである。
【００２６】
本発明の共振デバイスの製造方法は、基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とからなる第１の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に第２の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを同時に除去して空隙を形成するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、基板における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小し、共振デバイスの小型化ができる。さらに、積層された圧電薄膜共振子の少なくともメンブレン領域を物理的に分離することで、複数の圧電薄膜共振子間において振動の干渉が生じることを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の共振デバイスは、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっているものである。
【００２９】
本発明の共振デバイスは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。すなわち、本発明の共振デバイスにおいて、前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子で構成されている構成とすることができる。
【００３０】
また、前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている構成とすることができる。
【００３１】
また、前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きく形成した構成とすることができる。
【００３２】
また、前記メンブレン領域は、外形が楕円状である構成とすることができる。
【００３３】
本発明の共振デバイスの製造方法は、基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成するものである。
【００３４】
（実施の形態）
〔１．共振デバイスの構成〕
（実施例１）
図１は、本実施の形態の共振デバイスの構成を示す上面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【００３５】
図１に示すように、基板１は、平坦主面を持つＳｉ基板で構成されている。基板１上には、上部電極３ａ、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃが積層して構成された第１の圧電薄膜共振子３が配されている。また、第１の圧電薄膜共振子３の上部には、絶縁膜４を挟んで、上部電極２ａ、下部電極２ｂ、圧電膜２ｃが積層して構成された第２の圧電薄膜共振子２が配されている。下部電極２ｂ及び３ｂは、Ｒｕ膜で構成されている。圧電膜２ｃ及び３ｃは、ＡｌＮ膜で構成されている、上部電極２ａ及び３ａは、Ｒｕ膜で構成されている。
【００３６】
圧電膜２ｃを挟み上部電極２ａと下部電極２ｂとが対向するメンブレン領域の下部電極２ｂの下側と、第１の圧電薄膜共振子３の上部電極３ａの表面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙５ａが形成されている。また、圧電膜３ｃを挟み上部電極３ａと下部電極３ｂとが対向するメンブレン領域の下部電極３ｂの下側と、基板１の表面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙５ｂが形成されている。空隙５ａ及び５ｂの形状は、上側から見た時に図１に示すように楕円形状であり、上部電極２ａ及び３ａと下部電極２ｂ及び３ｂとが重なりあった領域の形状を概ね楕円としている。また、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域は、空隙５ａによってそれぞれ物理的に分離されている。この空隙５ａ及び５ｂは、共振デバイスを作製する際に下部電極２ｂ及び３ｂの下に予め犠牲層（不図示）をパターンニングし、作製後に犠牲層を除去することにより、形成することができる。
【００３７】
また、図１に示すように、基板１には、犠牲層をエッチングして空隙５ａ及び５ｂを形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔６ａ及び６ｂが形成されている。
【００３８】
次に、本実施の形態の共振デバイスの製造方法について説明する。
【００３９】
図３Ａ〜図８は、本実施の形態の共振デバイスの製造プロセスを説明するための図である。図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａは上面図である。図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂは上面図におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【００４０】
先ず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる基板１（あるいは石英基板）上に、犠牲層膜８ａとなるＭｇＯ（２０〜１００ｎｍ程度）をスパッタリング法や真空蒸着法により成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチングとにより、犠牲層８ａを所望の形状にパターニングする。この時、空隙形成用の犠牲層エッチング液導入孔のパターン７ａ及び７ｂも形成する。
【００４１】
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、基板１上に下部電極３ｂ、圧電膜３ｃ、および上部電極３ａを順次形成する。下部電極３ｂは、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチングにより下部電極３ｂを所望の形状にパターニングする。これに続いて、圧電膜３ｃであるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極３ａのＲｕ膜を、０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。このようにして成膜された圧電薄膜共振子にフォトリソグラフィー技術とエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し、上部電極３ａと圧電膜３ｃとを所望の形状にパターニングする。ここで、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃ、上部電極３ａからなる第１の圧電薄膜共振子３の応力が圧縮応力となるように設定している。
【００４２】
以上により、第１の圧電薄膜共振子３を形成することができる。
【００４３】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、犠牲層８ａおよび導入孔のパターン７ａ，７ｂを除去しないままで、絶縁膜４（ＳｉＯ2）をプラズマＣＶＤあるいはスパッタリング法などの方法で成膜後、ドライエッチングでパターニングを行う。
【００４４】
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上部電極３ａ及び絶縁膜４上に犠牲層８ｂを形成する。形成方法は、犠牲層８ａの形成方法と同様である。
【００４５】
次に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、絶縁膜４及び犠牲層８ｂ上に下部電極２ｂ、圧電膜２ｃ、上部電極２ａを形成する。形成方法は、上部電極３ａ、下部電極３ｂ、圧電膜３ｃの形成方法と同様である。
【００４６】
次に、図８に示すように、空隙形成用に形成した導入孔６ａ及び６ｂ（図１参照）から、犠牲層を除去するためのエッチング液を導入して、犠牲層８ａ及び８ｂを除去し、空隙５ａ及び５ｂを形成する。犠牲層８ａ及び８ｂの除去の手順としては、まず犠牲層８ｂを除去し、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域を膨らませ、その後、犠牲層８ａを除去して第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域を膨らませるようにする。この順番で犠牲層を除去することにより、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域とが接触しにくくなる。
【００４７】
また、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域の大きさを調整することにより、第２の圧電薄膜共振子２側のメンブレン領域と第１の圧電薄膜共振子３側のメンブレン領域とが膨らんだ後に、メンブレン領域同士が互いに接触しないようにすることができる。具体的には、メンブレン領域に相当する上部電極、下部電極、圧電膜、および、犠牲層の面積を第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３とで調整する。一般にメンブレン領域が大きいほど膨らみが大きくなるので、犠牲層８ｂを犠牲層８ａよりも広くする方が望ましい。
【００４８】
ここで、メンブレン領域およびそれを構成する上部電極などの「面積」とは、図１などに示すように共振デバイスを上方から見たときの各領域の面積を指している。したがって、図６Ａに示すように犠牲層８ｂを上方から見たときの面積を、図３Ａに示すように犠牲層８ａを上方から見たときの面積よりも広くすることで、図１Ｂに示すように空隙５ａを空隙５ｂよりも大きくすることができる。
【００４９】
以上のように本実施の形態によれば、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３とを積層構造とすることで、基板１における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができ、共振デバイス全体を小型化することができる。
【００５０】
また、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３との間に空隙５ａを備え、メンブレン領域において両者が物理的に結合しない構成としたことにより、第２の圧電薄膜共振子２と第１の圧電薄膜共振子３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００５１】
（実施例２）
なお、積層した圧電薄膜共振子を並列に接続する場合には、図１に示すように上下の圧電薄膜共振子を絶縁膜４で電気的に絶縁する必要はなくなり、図９Ａ及び図９Ｂのような構成にすることができる。すなわち、図９Ｃの回路図に示すように、第１の圧電薄膜共振子１３と第２の圧電薄膜共振子１２とを並列に接続する場合、図９Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子１２の上部電極１２ａの一部を、第１の圧電薄膜共振子１３の下部電極１３ｂに接続する。また、第２の圧電薄膜共振子１２の下部電極１２ｂの一部を、第１の圧電薄膜共振子１３の上部電極１３ａに接続する。この構成の場合も、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間には空隙５ａが形成され、第１の圧電薄膜共振子１３と基板１との間には空隙５ｂが形成されている。
【００５２】
図９Ａ及び図９Ｂに示す共振デバイスの製造方法は、図１０Ａ〜図１７に示すようになる。まず、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように基板１上に犠牲層８ａを形成する。次に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように基板１及び犠牲層８ａ上に第１の圧電薄膜共振子１３を形成する。次に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように第１の圧電薄膜共振子１３の上部電極１３ａ上に犠牲層８ｂを形成する。次に、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子１２の下部電極１２ｂを形成する。次に、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように圧電膜１２ｃを形成する。次に、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように圧電膜１２ｃをパターンニングし、下部電極１３ｂが露出する凹部１２ｄを形成する。次に、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように上部電極１２ａを形成する。次に、図１７に示すように、犠牲層８ａ及び８ｂを除去することで、空隙５ａ及び５ｂを形成する。これにより、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３が並列接続された共振デバイスを作製することができる。
【００５３】
このような構成とすることにより、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間に絶縁膜を形成する必要がないため、絶縁膜の形成工程およびパターニング工程を減らせるという利点がある。
【００５４】
また、本構成においても、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３を積層構造としているため、基板上における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができるので、共振デバイスを小型化することができる。
【００５５】
また、第２の圧電薄膜共振子１２及び第１の圧電薄膜共振子１３のメンブレン領域は物理的に分離しているため、第２の圧電薄膜共振子１２と第１の圧電薄膜共振子１３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００５６】
（実施例３）
図１８Ａに示す構成は、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３とを直列接続した構成である。すなわち、図１８Ｂに示すように第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３とを直列接続する場合は、図１８Ａに示すように第２の圧電薄膜共振子２２の下部電極２２ｂと第１の圧電薄膜共振子２３の上部電極２３ａとを電気的に接続する。なお、本実施例の共振デバイスの製造方法は、実施例１に示す製造方法とほとんど同様であるため（絶縁膜４の有無が異なるのみ）、説明は省略する。
【００５７】
このような構成とすることにより、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３との間に絶縁膜を形成する必要がないため、絶縁膜の形成工程およびパターニング工程を減らせるという利点がある。
【００５８】
また、本構成においても、第２の圧電薄膜共振子２２及び第１の圧電薄膜共振子２３を積層構造としているため、基板上における圧電薄膜共振子の占有面積を縮小することができるので、共振デバイスを小型化することができる。
【００５９】
また、第２の圧電薄膜共振子２２及び第１の圧電薄膜共振子２３のメンブレン領域は物理的に分離しているため、第２の圧電薄膜共振子２２と第１の圧電薄膜共振子２３との間で振動の干渉が生じることを防ぐことができる。
【００６０】
（実施例４）
図１９は、圧電薄膜共振子のメンブレン領域が開口している構造を示す。図１９に示す共振デバイスは、図２に示す共振デバイスにおける第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域上にもエッチング孔５ｃが形成された構成である。このような構成とすることで、共振デバイスの作製時、犠牲層を除去する工程において、空隙５ａに配されている犠牲層が早く除去され、確実に空隙５ａに配されている犠牲層を除去することが可能となる。
【００６１】
図２０は、第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域にエッチング孔５ｃが形成され、第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域にエッチング孔５ｄが形成された構成である。エッチング孔５ｃ及び５ｄは、互いに重なる位置に形成されている。また、本実施例のようにエッチング孔５ｃの内径をエッチング孔５ｄの内径よりも大きくすることで、空隙５ａにおける犠牲層が早く除去されるので好ましい。
【００６２】
図２１は、第２の圧電薄膜共振子２のメンブレン領域に形成されたエッチング孔５ｃに対して、第１の圧電薄膜共振子３のメンブレン領域に形成されたエッチング孔５ｅ及び５ｆの位置を基板１の面方向にずらせて配置した構成である。
【００６３】
なお、エッチング孔の開口箇所は複数あっても良く、エッチング条件およびメンブレン領域の膨らみの順番に応じて調整されてもよい。
【００６４】
〔２．デュープレクサの構成〕
携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）には、デュープレクサが搭載されている。デュープレクサは、通信電波などの送信機能及び受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。
【００６５】
図２２は、本実施の形態の共振デバイスを備えたデュープレクサの構成を示す。デュープレクサ５２は、位相整合回路５３、受信フィルタ５４、および送信フィルタ５５を備えている。位相整合回路５３は、送信フィルタ５５から出力される送信信号が受信フィルタ５４側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ５４のインピーダンスの位相を調整するための素子である。また、位相整合回路５３には、アンテナ５１が接続されている。受信フィルタ５４は、アンテナ５１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタ５４には、出力端子５６が接続されている。送信フィルタ５５は、入力端子５７を介して入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、送信フィルタ５５には、入力端子５７が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における共振デバイスが含まれている。
【００６６】
以上のように本実施の形態の共振デバイスを受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５に備えることで、デュープレクサを小型化することができる。
【００６７】
〔３．通信モジュールの構成〕
図２３は、本実施の形態の共振デバイスまたは図２２に示すデュープレクサを備えた通信モジュールの一例を示す。図２３に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂには、本実施の形態における共振デバイスまたはデュープレクサが含まれている。
【００６８】
受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。
【００６９】
以上のように本実施の形態の共振デバイスまたはデュープレクサを、通信モジュールの受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂに備えることで、通信モジュールを小型化することができる。
【００７０】
なお、図２３に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性境界波デバイスを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００７１】
〔４．通信装置の構成〕
図２４は、本実施の形態の共振デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図２４に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図２４に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ７３ａ、７７、７８、７９、８０、および送信フィルタ７３ｂには、本実施の形態における共振デバイスが含まれている。
【００７２】
まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。
【００７３】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００７４】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００７５】
以上のように本実施の形態の共振デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを通信装置に備えることで、通信装置を小型化することができる。
【００７６】
なお、図２４に示す通信装置の構成は一例である。
【００７７】
〔５．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、圧電薄膜共振子を積層構造とすることで、圧電薄膜共振子を形成する基板における占有面積を縮小することができ、共振デバイスを小型化することができる。また、共振デバイスを小型化することにより、それを備えたフィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置を小型化することができる。
【００７８】
また、第１の圧電薄膜共振子及び第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域は物理的に分離しているため、一方の共振子における振動が他方の共振子に伝わることがなく、両共振子間の振動の干渉を無くすことができる。
【００７９】
なお、本発明の効果を得るにあたって、基板、電極膜、圧電膜、絶縁膜の各材料は、本実施の形態に限定されず、他の材料を使用してもよい。
【００８０】
また、本実施の形態では、第１の圧電薄膜共振子と第２の圧電薄膜共振子の２つの共振子を積層構造とする構成としたが、３つの共振子を積層構造とする構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
（付記１）
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、
前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっている、共振デバイス。
【００８２】
（付記２）
前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子で構成されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８３】
（付記３）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８４】
（付記４）
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2で形成されている、付記３記載の共振デバイス。
【００８５】
（付記５）
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きい、付記１記載の共振デバイス。
【００８６】
（付記６）
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の圧電薄膜共振子のそれぞれに、メンブレン領域直下に空隙を形成する際に犠牲層を除去するエッチング液を導入するエッチング液導入孔を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子に形成されたエッチング液導入孔と前記第２の圧電薄膜共振子に形成されたエッチング液導入孔とは、連続した空間で形成されている、付記１記載の共振デバイス。
【００８７】
（付記７）
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域の一部が開口あるいは切り欠きなどの構造を有し、
前記第２の圧電薄膜共振子の上部電極から前記基板側を見たときに、前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極の一部が露出している、付記１記載の共振デバイス。
【００８８】
（付記８）
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域の少なくとも一部に開口部が形成されている、付記７記載の共振デバイス。
【００８９】
（付記９）
前記第１の圧電薄膜共振子に形成された開口部と、前記第２の圧電薄膜共振子に形成された開口部とは、互いに位置がずれている、付記８記載の共振デバイス。
【００９０】
（付記１０）
前記第１の圧電薄膜共振子と前記第２の圧電薄膜共振子とが電気的に直列に接続されている、付記１記載の共振デバイス。
【００９１】
（付記１１）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極のメンブレン以外の領域の一部の直上に、前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極が配置されている、付記１０記載の共振デバイス。
【００９２】
（付記１２）
前記第１の圧電薄膜共振子と前記第２の圧電薄膜共振子とが電気的に並列に接続されている、付記１記載の共振デバイス。
【００９３】
（付記１３）
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極のメンブレン以外の領域の一部の直上に、前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極が配置されており、かつ、前記第２の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第１の圧電薄膜共振子の下部電極とが電気的に接触している、付記１２記載の共振デバイス。
【００９４】
（付記１４）
前記圧電膜は、窒化アルミニウムを主成分とする材料で形成されている、付記１から１３のいずれか一項に記載の共振デバイス。
【００９５】
（付記１５）
前記メンブレン領域は、外形が楕円状である、付記１から１４のいずれか一項記載の共振デバイス。
【００９６】
（付記１６）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えたフィルタ。
【００９７】
（付記１７）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えたデュープレクサ。
【００９８】
（付記１８）
付記１〜１５のいずれか一項に記載の共振デバイスを備えた通信モジュール。
【００９９】
（付記１９）
付記１８に記載の通信モジュールを備えた通信装置。
【０１００】
（付記２０）
基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、
前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成する、共振デバイスの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す平面図（実施例１）
【図２】図１におけるＡ−Ａ部の断面図
【図３】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図４】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図５】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図６】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図７】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図８】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す断面図
【図９Ａ】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す平面図（実施例２）
【図９Ｂ】図９ＡにおけるＡ−Ａ部の断面図
【図９Ｃ】圧電薄膜共振子を並列接続した構成を示す回路図
【図１０】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１１】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１２】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１３】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１４】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１５】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１６】Ａは圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための平面図、ＢはＡ図における断面図
【図１７】圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための断面図
【図１８Ａ】実施の形態における圧電薄膜共振子の構成を示す断面図（実施例３）
【図１８Ｂ】圧電薄膜共振子を直列接続した構成を示す回路図
【図１９】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２０】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２１】実施の形態における圧電薄膜共振子の他の構成例を示す断面図
【図２２】本実施の形態におけるデュープレクサの構成を示すブロック図
【図２３】本実施の形態における通信モジュールの構成を示すブロック図
【図２４】本実施の形態における通信装置の構成を示すブロック図
【図２５】バイアホールタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２６】キャビティタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２７】キャビティタイプの従来の圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図
【図２８Ａ】空隙直上のメンブレンが膨らむタイプの圧電薄膜共振子の構造を示す平面図
【図２８Ｂ】図２８ＡにおけるＡ−Ａ部の断面図
【図２９】Ａ〜Ｃは、空隙直上のメンブレンが膨らむタイプの圧電薄膜共振子の製造方法を説明するための断面図
【符号の説明】
【０１０２】
１ 基板
２、１２、２２ 第２の圧電薄膜共振子
３、１３、２３ 第１の圧電薄膜共振子
４ 絶縁膜
５ａ、５ｂ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、
前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっている、共振デバイス。
【請求項２】
前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子が積層されて構成されている、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項３】
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項４】
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きい、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の共振デバイスを備えた通信モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の通信モジュールを備えた通信装置。
【請求項７】
基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、
前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成する、共振デバイスの製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた第１の圧電薄膜共振子とを備えた共振デバイスであって、
前記第１の圧電薄膜共振子の上部に、下部電極と圧電膜と上部電極とを積層して備えた第２の圧電薄膜共振子を備え、
前記第１の圧電薄膜共振子における前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向するメンブレン領域と、前記第２の圧電薄膜共振子におけるメンブレン領域とは、空隙を介して積層構造となっている、共振デバイス。
【請求項２】
前記第２の圧電薄膜共振子は、複数の圧電薄膜共振子が積層されて構成されている、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項３】
前記第１の圧電薄膜共振子の上部電極と前記第２の圧電薄膜共振子の下部電極との間において、メンブレン領域以外の領域の一部に絶縁膜が配されている、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項４】
前記第２の圧電薄膜共振子のメンブレン領域が、前記第１の圧電薄膜共振子のメンブレン領域よりも大きい、請求項１記載の共振デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の共振デバイスを備えた通信モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の通信モジュールを備えた通信装置。
【請求項７】
基板上におけるメンブレン領域に第１の犠牲層を形成し、
前記基板及び前記第１の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第１の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子上におけるメンブレン領域に第２の犠牲層を形成し、
前記第１の圧電薄膜共振子及び前記第２の犠牲層上に下部電極と圧電膜と上部電極とを含む第２の圧電薄膜共振子を形成し、
前記第１の犠牲層と前記第２の犠牲層とを除去して空隙を形成する、共振デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【公開番号】特開２０１０−２８３７１（Ｐ２０１０−２８３７１Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６１７５（Ｐ２００８−１８６１７５）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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