弾性波デバイス
【課題】弾性波デバイスの共振特性を向上させること。
【解決手段】基板１０と、前記基板上に形成された下部電極１２と、前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜１４と、前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜２８と、前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極１６と、を具備し、前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周５１は、前記上部電極の外周５３より内側に位置する弾性波デバイス。
【解決手段】基板１０と、前記基板上に形成された下部電極１２と、前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜１４と、前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜２８と、前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極１６と、を具備し、前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周５１は、前記上部電極の外周５３より内側に位置する弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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含む弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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ープレクサがある。これら弾性波デバイスにおいては、共振周波数、反共振周波数および通過帯域等が温度により変化する。これらの温度変化を補償する技術として、圧電膜内に絶縁膜を設ける技術が知られている（例えば特許文献１および非特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−４８６９４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Proc. IEEE Ultrasonics Symposium 2009, pp859-862
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記技術においては弾性波デバイスのＱ値および機械電気結合係数等の共振特性が十分ではない。本発明は、弾性波デバイスの共振特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜と、前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜と、前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より内側に位置することを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、弾性波デバイスの共振特性を向上させることができる。
【０００７】
上記構成において、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記下部電極の下に空隙または音響反射膜が設けられ、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙または音響反射膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記下部電極の下に空隙が設けられ、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置し、かつ前記最下の圧電膜の外周の内側に位置する構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記絶縁膜は、前記少なくとも２層の圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記少なくとも２層の圧電膜は２層であり、前記絶縁膜は１層である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記少なくとも２層の圧電膜は主に窒化アルミニウムを含み、前記絶縁膜は主に酸化シリコンを含む構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記上部電極が形成されている領域のうち前記下部電極が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の前記上部電極と前記基板との間には前記絶縁膜が形成されていない構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、複数の上記弾性波デバイスを含む弾性波共振子を具備し、前記複数の弾性波共振器の前記下部電極は互いに接続され、接続された下部電極上には、前記複数の弾性波共振器の前記最下の圧電膜および前記最下の圧電膜上の絶縁膜の少なくとも一方が互いに接続されるように形成されている構成とすることができる。
【００１５】
弾性表面波縦結合二重モードフィルタにより平衡出力を出力する受信用フィルタと、少なくとも一つの上記弾性波デバイスを含む弾性波共振器をラダー型に接続した送信用フィルタと、を有することを特徴とする弾性波デバイス。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、弾性波デバイスの共振特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る共振器の製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は、比較例１に係る共振器の断面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る共振周波数および反共振周波数の温度依存性を示す図である。
【図５】図５は、比較例２に係る共振器の断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数を示すシミュレーション結果である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および変形例２の断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る共振器の断面図である。
【図９】図９は、実施例３に係る共振器の断面図である。
【図１０】図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタを示す回路図である。
【図１１】図１１は、実施例４に係るラティス型フィルタを示す回路図である。
【図１２】図１２は、実施例５に係るモジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
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（ｂ）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。
【００２０】
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。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Ｃｒ（クロム）層とＣｒ層上のＲｕ（ルテニウム）層とを含んでいる。
【００２１】
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）からなる圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂからなる。例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜２８が少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂに挟まれている。実施例１においては、圧電膜１４ａおよび１４ｂが２層、絶縁膜２８が１層の場合を例に説明する。
【００２２】
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。上部電極１６はＲｕ層１６ａとＲｕ層１６ａ上のＣｒ層１６ｂとを含んでいる。
【００２３】
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。積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、絶縁膜２８、上部電極１６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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂ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２（ｂ）と同じであり説明を省略する。
【００２６】
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。
【００２７】
図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、実施例１においては、共振領域５０の外周の少なくとも一部において、下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域５２における圧電膜１４ｂの外周５１は、上部電極１６の外周５３より距離ｄ１内側の領域に位置する。また、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に形成された領域において、圧電膜１４ａの外周５５は、外周５３より距離ｄ２外側に位置する。絶縁膜２８の外周は圧電膜１４ａの外周５５とほぼ同じである。圧電膜１４を挟み上部電極１６と下部電極１２とが対向する共振領域５０は、距離ｄ１分小さくなる。共振領域５０が厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。圧電膜１４ａと下部電極１２との重なる領域５４は、距離ｄ２分大きくなる。
【００２８】
２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２のＣｒ層の膜厚は１００ｎｍ、Ｒｕ層の膜厚は２００ｎｍ、ＡｌＮ層からなる圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚はそれぞれ６００ｎｍである。酸化シリコン膜からなる絶縁膜２８の膜厚は２５ｎｍである。Ｒｕ層１６ａの膜厚は２３０ｎｍ、Ｃｒ層１６ｂの膜厚は２０ｎｍである。各層の膜厚は、所望の共振周波数を得るため適宜設定することができる。
【００２９】
下部電極１２および上部電極１６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）もしくはＩｒ（イリジウム）等の金属単層膜またはこれらの複合膜を用いることができる。質量負荷膜２０については、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の金属単層膜またはこれらの複合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を、下部電極１２の層間、上部電極１６の層間、下部電極１２と圧電膜１４との間および圧電膜１４と上部電極１６との間に形成する場合、低抵抗化のため金属膜を用いることが好ましい。
【００３０】
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。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、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主に含み、共振特性を向上または温度特性の改善のため他の元素を添加した膜でもよい。絶縁膜２８は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）以外にも、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を用いることができる。また、絶縁膜２８は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主に含み、共振特性の向上または温度依存性の改善のため他の元素を添加した膜でもよい。
【００３１】
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る共振器の製造方法を示す断面図である。図２（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、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。次に、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２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。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４ａ、絶縁膜２８、圧電膜１４ｂおよび上部電極１６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。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。
【００３３】
図２（ｃ）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１４ｂを所望の形状にパターニングする。圧電膜１４ｂのエッチングは、例えば燐酸を含む溶液を用い、圧電膜１４ｂ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。圧電膜１４ｂ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。
【００３４】
図２（ｄ）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。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い絶縁膜２８および圧電膜１４ａを所望の形状にパターニングする。これにより、下部電極１２が開口部３６に露出する。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。
【００３５】
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が完成する。図１（ｃ）に示した並列共振器Ｐは、図２（ｂ）において、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に、質量負荷膜２０を形成することにより作製される。
【００３６】
実施例１に係る共振器の共振周波数および反共振周波数の温度依存性を測定した。比較のため比較例１に係る共振器を作製した。図３は、比較例１に係る共振器の断面図である。実施例１の図１（ｂ）と比較し、絶縁膜２８が形成されていない。圧電膜１４の外周は上部電極１６の外周より外側に位置している。その他の構成は実施例１の図１（ｂ）と同じであり、説明を省略する。実施例１において、各膜厚、材料は、図１（ａ）および図１（ｂ）の説明において例示したものを用いた。上部電極１６と下部電極１２が対向する領域５２の形状は楕円形であり、長軸は１７５μｍ、短軸は１１０μｍである。距離ｄ１は０．２μｍ、ｄ２は５μｍである。比較例１において、上部電極１６と下部電極１２が対向する領域の形状および大きさは実施例１と同じである。
【００３７】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る共振周波数および反共振周波数の温度依存性を示す図である。共振周波数ｆｒは共振器の反射特性Ｓ１１を測定することにより求めた。反共振周波数ｆａは共振器の通過特性Ｓ２１を測定することにより求めた。図４（ａ）および図４（ｂ）は、共振器のＳ１１およびＳ２１を−３５℃から８５℃まで２０℃間隔で測定した結果である。図４（ａ）および図４（ｂ）より、比較例１および実施例１の共振周波数および反共振周波数の温度係数は以下のようになった。
比較例１
共振周波数の温度係数 −２９．６ｐｐｍ／℃
反共振周波数の温度係数 −３１．０ｐｐｍ／℃
実施例１
共振周波数の温度係数 −１８．３ｐｐｍ／℃
反共振周波数の温度係数 −２０．１ｐｐｍ／℃
【００３８】
以上のように、実施例１において、周波数の温度係数が小さくなるのは、圧電膜１４と絶縁膜２８の弾性係数の温度係数が逆符号であるためである。このように、圧電膜１４ａおよび１４ｂの間に絶縁膜２８を挟むことにより共振周波数および反共振周波数の温度依存性を抑制できる。
【００３９】
次に、実施例１に係る共振器の共振特性をシミュレーションした。比較のため比較例２に係る共振器を想定した。図５は、比較例２に係る共振器の断面図である。実施例１の図１（ｂ）と比較し、圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５とがほぼ一致している。圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５は、上部電極１６の外周５３より距離ｄ２外側に形成されている。その他の構成は実施例１の図１（ｂ）と同じであり、説明を省略する。実施例１において、距離ｄ２を５μｍとし、距離ｄ１を０．２μｍから１．５μｍの間で７点変化させシミュレーションした。比較例２において、ｄ２を５μｍとした。各膜厚および材料は図１（ａ）および図１（ｂ）の説明において例示したものである。
【００４０】
図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数を示すシミュレーション結果である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、実施例１に係る共振器は、比較例２に係る共振器に比べ、共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数が向上している。これは、実施例１においては、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置するため、圧電膜１４ｂ内の弾性波が共振領域５０の外側に漏洩することが抑制されるためである。
【００４１】
実施例１の変形例について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および変形例２の断面図である。図７（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成され、窪みにより空隙３０が形成されていてもよい。さらに、空隙３０は、基板を貫通する貫通孔でもよい。図７（ｂ）に示すように、空隙３０の代わりに音響反射膜３１を用いてもよい。音響反射膜３１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。これにより、音響反射膜３１は、縦方向の弾性波を反射することができる。
【００４２】
実施例１およびその変形例によれば、領域５２における圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置する。これにより、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、共振特性を向上させることができる。
【００４３】
圧電膜１４ａおよび１４ｂは、下部電極１２上に少なくとも２層形成されていればよい。絶縁膜２８は、少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂに挟まれていればよい。この場合、領域５２における少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置すればよい。
【００４４】
また、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３の内側に形成された上部電極１６の外周５３の領域において、圧電膜１４ａの外周５５は、上部電極１６の外周５３より外側に位置する。これにより、圧電膜１４ａの外周５５が上部電極１６の外周５３より内側に位置する場合に比べ積層膜１８の強度を確保できる。なお、少なくとも２層の圧電膜が形成されている場合、少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周が上部電極の外周より外側に位置すればよい。
【００４５】
なお、空隙３０または音響反射膜３１の外周は、上部電極１６の外周５３より外側に位置することが好ましい。これにより、共振領域５０が空隙３０に含まれるため、共振特性が向上する。
【００４６】
実施例１のように、下部電極１２の下に空隙３０が設けられている場合に、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に形成された領域において、空隙３０の外周は、上部電極１６の外周５３より外側に位置し、かつ圧電膜１４ａの外周５５の内側に位置することが好ましい。これにより、外周５１を外周５３より内側に設けることにより、共振特性を向上させることができる。さらに、空隙３０が設けられる場合、積層膜１８の強度が小さくなりやすいが、空隙３０の外周より外周５５が外側に位置することにより、積層膜１８の強度を大きくすることができる。
【００４７】
さらに、絶縁膜２８は、少なくとも２層の圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有することが好ましい。これにより、共振周波数等の周波数の温度依存性を小さくできる。このような材料として、少なくとも２層の圧電膜１４は主に窒化アルミニウムを含み、絶縁膜２８は主に酸化シリコンを含むことができる。
【００４８】
実施例１およびその変形例においては、圧電膜１４ａの外周５５と絶縁膜２８の外周とがほぼ一致するが、絶縁膜２８の外周は圧電膜１４ｂの外周５１とほぼ一致してもよい。また、絶縁膜２８の外周は、圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５との間に位置してもよい。
【００４９】
実施例１およびその変形例において、圧電膜１４ａおよび１４ｂの外周５５および５１の端部は、圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚方向に平行であるが、外周５５および５１の端部は圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚方向に斜めでもよい。この場合、圧電膜１４ｂの外周５１の端部の最も内側が上部電極１６の外周５３の端部より内側に位置すればよい。特に、圧電膜１４ｂの外周５１の端部が上部電極１６に接する位置が上部電極１６の外周５３の端部より内側にあることが好ましい。
【実施例２】
【００５０】
実施例２は、フィルタのように、基板上に複数の共振器が形成されれた例である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る共振器の断面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）においては、基板１０上に２つの共振器が形成されている。基板１０に窪みが設けられ、窪みが空隙３０として機能する。基板１０上に空隙３０を介し、下部電極１２、圧電膜１４ａ、絶縁膜２８、圧電膜１４ｂおよび上部電極１６が形成されている。圧電膜１４を挟み上部電極１６と下部電極１２とが対向する共振領域５０が２つ設けられている。
【００５１】
図８（ａ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａが連続して形成され、絶縁膜２８は形成されていない。図８（ｂ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａおよび絶縁膜２８が連続して形成されている。図８（ｃ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａは連続して形成されておらず、絶縁膜２８が連続して形成されている。
【００５２】
実施例２のように、基板１０に複数の共振器が形成された場合、複数の共振器の下部電極１２は互いに接続され、接続された下部電極１２上には、圧電膜１４ａ（最下の圧電膜）および絶縁膜２８（最下の圧電膜上の絶縁膜）の少なくとも一方が互いに接続されるように形成することもできる。これにより、共振器同士を接近して形成でき、チップの小型化が可能となる。空隙３０の外周部は、下部電極１２と、圧電膜１４ａおよび絶縁膜２８の少なくとも一方が形成されており、積層膜１８の強度を大きくすることができる。
【００５３】
さらに、接続された下部電極１２上には、絶縁膜２８が互いに接続されるように形成されていることが好ましい。これにより、静電気破壊耐性を向上させることができる。
【実施例３】
【００５４】
図９は、実施例３に係る共振器の断面図である。図９のように、上部電極１６が形成されている領域のうち下部電極１２が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の上部電極１６と基板１０との間には絶縁膜２８が形成されていない。絶縁膜２８が形成されていない領域の上部電極１６上にバンプを形成し、フリップチップボンディングする場合、またはボンディングワイヤを接続する場合、絶縁膜２８と圧電膜１４とが剥離することを抑制できる。
【実施例４】
【００５５】
実施例４は、弾性波デバイスとして、実施例１から実施例３に係る共振器をフィルタに用いた例である。図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタを示す回路図である。図１０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。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一つを実施例１から実施例３に例示した共振器とすることができる。
【００５６】
図１１は、実施例４に係るラティス型フィルタを示す回路図である。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３において例示した共振器を用いることができる。実施例４によれば、フィルタの特性を向上させることができる。
【実施例５】
【００５７】
実施例５は、移動体通信用ＲＦ（Radio Frequency）モジュールの例である。図１２は、実施例５に係るモジュールのブロック図である。図１２のように、モジュール７０は、分波器６２とパワーアンプ６４を備えている。分波器６２は、受信用フィルタ６２ａおよび送信用フィルタ６２ｂを備えている。受信用フィルタ６２ａはアンテナ端子６１と受信端子６３ａ、６３ｂとの間に接続されている。受信用フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１から入力した信号のうち受信帯域の信号を通過させ他の信号を抑圧する。受信帯域の信号は受信端子６３ａおよび６３ｂから出力される。受信端子６３ａおよび６３ｂからは平衡信号が出力される。送信用フィルタ６２ｂはパワーアンプ６４とアンテナ端子６１との間に接続されている。送信用フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４から入力した信号のうち送信帯域の信号を通過させ他の信号を抑圧する。送信帯域の信号はアンテナ端子６１から出力される。パワーアンプ６４は、送信端子６５から入力した信号を増幅し、送信用フィルタ６２ｂに出力する。受信用フィルタ６２ａおよび６２ｂのうち少なくとも一方が実施例４のフィルタを含むことができる。
【００５８】
受信用フィルタ６２ａは、弾性表面波縦結合二重モードフィルタで構成すれば、電極指の配置の変更だけで位相を１８０°異ならせた出力を得ることができ、容易に平衡出力を得ることができる。送信用フィルタ６２ｂは、実施例１に示される圧電薄膜共振器を少なくとも一つ、好ましくは全てラダー型に接続したフィルタを用いれば、弾性表面波フィルタよりＱ値を高くすることができ、低損失、高抑圧、高耐電力のフィルタ実現できる。従って、分波器６２は、受信用フィルタ６２ａに弾性表面波フィルタからなる二重モードフィルタを用い、送信用フィルタ６２ｂに実施例１から３の圧電薄膜共振器をラダー型に接続したフィルタを用いれば、受信側に平衡出力が得られ、送信側に低損失、高抑圧、高耐電力のフィルタが実現できる。
【００５９】
実施例５においては、ＲＦモジュールを例に説明したが、その他のモジュールに実施例１から４の弾性波デバイスを用いてもよい。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１４ａ 圧電膜（最下の圧電膜）
１４ｂ 圧電膜（最上の圧電膜）
１６ 上部電極
２８ 絶縁膜
３０ 空隙
５０ 共振領域
５２、５４ 領域
５１、５５ 圧電膜の外周
５３ 上部電極の外周
【技術分野】
【０００１】
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含む弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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ープレクサがある。これら弾性波デバイスにおいては、共振周波数、反共振周波数および通過帯域等が温度により変化する。これらの温度変化を補償する技術として、圧電膜内に絶縁膜を設ける技術が知られている（例えば特許文献１および非特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−４８６９４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Proc. IEEE Ultrasonics Symposium 2009, pp859-862
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記技術においては弾性波デバイスのＱ値および機械電気結合係数等の共振特性が十分ではない。本発明は、弾性波デバイスの共振特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜と、前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜と、前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より内側に位置することを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、弾性波デバイスの共振特性を向上させることができる。
【０００７】
上記構成において、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記下部電極の下に空隙または音響反射膜が設けられ、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙または音響反射膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記下部電極の下に空隙が設けられ、前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置し、かつ前記最下の圧電膜の外周の内側に位置する構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記絶縁膜は、前記少なくとも２層の圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記少なくとも２層の圧電膜は２層であり、前記絶縁膜は１層である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記少なくとも２層の圧電膜は主に窒化アルミニウムを含み、前記絶縁膜は主に酸化シリコンを含む構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記上部電極が形成されている領域のうち前記下部電極が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の前記上部電極と前記基板との間には前記絶縁膜が形成されていない構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、複数の上記弾性波デバイスを含む弾性波共振子を具備し、前記複数の弾性波共振器の前記下部電極は互いに接続され、接続された下部電極上には、前記複数の弾性波共振器の前記最下の圧電膜および前記最下の圧電膜上の絶縁膜の少なくとも一方が互いに接続されるように形成されている構成とすることができる。
【００１５】
弾性表面波縦結合二重モードフィルタにより平衡出力を出力する受信用フィルタと、少なくとも一つの上記弾性波デバイスを含む弾性波共振器をラダー型に接続した送信用フィルタと、を有することを特徴とする弾性波デバイス。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、弾性波デバイスの共振特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る共振器の製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は、比較例１に係る共振器の断面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る共振周波数および反共振周波数の温度依存性を示す図である。
【図５】図５は、比較例２に係る共振器の断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数を示すシミュレーション結果である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および変形例２の断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る共振器の断面図である。
【図９】図９は、実施例３に係る共振器の断面図である。
【図１０】図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタを示す回路図である。
【図１１】図１１は、実施例４に係るラティス型フィルタを示す回路図である。
【図１２】図１２は、実施例５に係るモジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
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（ｂ）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。
【００２０】
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。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Ｃｒ（クロム）層とＣｒ層上のＲｕ（ルテニウム）層とを含んでいる。
【００２１】
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）からなる圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂからなる。例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜２８が少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂに挟まれている。実施例１においては、圧電膜１４ａおよび１４ｂが２層、絶縁膜２８が１層の場合を例に説明する。
【００２２】
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。上部電極１６はＲｕ層１６ａとＲｕ層１６ａ上のＣｒ層１６ｂとを含んでいる。
【００２３】
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。積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、絶縁膜２８、上部電極１６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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂ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２（ｂ）と同じであり説明を省略する。
【００２６】
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。
【００２７】
図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、実施例１においては、共振領域５０の外周の少なくとも一部において、下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域５２における圧電膜１４ｂの外周５１は、上部電極１６の外周５３より距離ｄ１内側の領域に位置する。また、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に形成された領域において、圧電膜１４ａの外周５５は、外周５３より距離ｄ２外側に位置する。絶縁膜２８の外周は圧電膜１４ａの外周５５とほぼ同じである。圧電膜１４を挟み上部電極１６と下部電極１２とが対向する共振領域５０は、距離ｄ１分小さくなる。共振領域５０が厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。圧電膜１４ａと下部電極１２との重なる領域５４は、距離ｄ２分大きくなる。
【００２８】
２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２のＣｒ層の膜厚は１００ｎｍ、Ｒｕ層の膜厚は２００ｎｍ、ＡｌＮ層からなる圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚はそれぞれ６００ｎｍである。酸化シリコン膜からなる絶縁膜２８の膜厚は２５ｎｍである。Ｒｕ層１６ａの膜厚は２３０ｎｍ、Ｃｒ層１６ｂの膜厚は２０ｎｍである。各層の膜厚は、所望の共振周波数を得るため適宜設定することができる。
【００２９】
下部電極１２および上部電極１６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）もしくはＩｒ（イリジウム）等の金属単層膜またはこれらの複合膜を用いることができる。質量負荷膜２０については、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の金属単層膜またはこれらの複合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を、下部電極１２の層間、上部電極１６の層間、下部電極１２と圧電膜１４との間および圧電膜１４と上部電極１６との間に形成する場合、低抵抗化のため金属膜を用いることが好ましい。
【００３０】
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。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、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主に含み、共振特性を向上または温度特性の改善のため他の元素を添加した膜でもよい。絶縁膜２８は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）以外にも、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を用いることができる。また、絶縁膜２８は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主に含み、共振特性の向上または温度依存性の改善のため他の元素を添加した膜でもよい。
【００３１】
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る共振器の製造方法を示す断面図である。図２（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、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。次に、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２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。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４ａ、絶縁膜２８、圧電膜１４ｂおよび上部電極１６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。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。
【００３３】
図２（ｃ）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１４ｂを所望の形状にパターニングする。圧電膜１４ｂのエッチングは、例えば燐酸を含む溶液を用い、圧電膜１４ｂ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。圧電膜１４ｂ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。
【００３４】
図２（ｄ）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。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い絶縁膜２８および圧電膜１４ａを所望の形状にパターニングする。これにより、下部電極１２が開口部３６に露出する。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。
【００３５】
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が完成する。図１（ｃ）に示した並列共振器Ｐは、図２（ｂ）において、Ｒｕ層１６ａとＣｒ層１６ｂとの間に、質量負荷膜２０を形成することにより作製される。
【００３６】
実施例１に係る共振器の共振周波数および反共振周波数の温度依存性を測定した。比較のため比較例１に係る共振器を作製した。図３は、比較例１に係る共振器の断面図である。実施例１の図１（ｂ）と比較し、絶縁膜２８が形成されていない。圧電膜１４の外周は上部電極１６の外周より外側に位置している。その他の構成は実施例１の図１（ｂ）と同じであり、説明を省略する。実施例１において、各膜厚、材料は、図１（ａ）および図１（ｂ）の説明において例示したものを用いた。上部電極１６と下部電極１２が対向する領域５２の形状は楕円形であり、長軸は１７５μｍ、短軸は１１０μｍである。距離ｄ１は０．２μｍ、ｄ２は５μｍである。比較例１において、上部電極１６と下部電極１２が対向する領域の形状および大きさは実施例１と同じである。
【００３７】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る共振周波数および反共振周波数の温度依存性を示す図である。共振周波数ｆｒは共振器の反射特性Ｓ１１を測定することにより求めた。反共振周波数ｆａは共振器の通過特性Ｓ２１を測定することにより求めた。図４（ａ）および図４（ｂ）は、共振器のＳ１１およびＳ２１を−３５℃から８５℃まで２０℃間隔で測定した結果である。図４（ａ）および図４（ｂ）より、比較例１および実施例１の共振周波数および反共振周波数の温度係数は以下のようになった。
比較例１
共振周波数の温度係数 −２９．６ｐｐｍ／℃
反共振周波数の温度係数 −３１．０ｐｐｍ／℃
実施例１
共振周波数の温度係数 −１８．３ｐｐｍ／℃
反共振周波数の温度係数 −２０．１ｐｐｍ／℃
【００３８】
以上のように、実施例１において、周波数の温度係数が小さくなるのは、圧電膜１４と絶縁膜２８の弾性係数の温度係数が逆符号であるためである。このように、圧電膜１４ａおよび１４ｂの間に絶縁膜２８を挟むことにより共振周波数および反共振周波数の温度依存性を抑制できる。
【００３９】
次に、実施例１に係る共振器の共振特性をシミュレーションした。比較のため比較例２に係る共振器を想定した。図５は、比較例２に係る共振器の断面図である。実施例１の図１（ｂ）と比較し、圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５とがほぼ一致している。圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５は、上部電極１６の外周５３より距離ｄ２外側に形成されている。その他の構成は実施例１の図１（ｂ）と同じであり、説明を省略する。実施例１において、距離ｄ２を５μｍとし、距離ｄ１を０．２μｍから１．５μｍの間で７点変化させシミュレーションした。比較例２において、ｄ２を５μｍとした。各膜厚および材料は図１（ａ）および図１（ｂ）の説明において例示したものである。
【００４０】
図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数を示すシミュレーション結果である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、実施例１に係る共振器は、比較例２に係る共振器に比べ、共振周波数のＱ値、反共振周波数のＱ値および電気機械結合係数が向上している。これは、実施例１においては、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置するため、圧電膜１４ｂ内の弾性波が共振領域５０の外側に漏洩することが抑制されるためである。
【００４１】
実施例１の変形例について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および変形例２の断面図である。図７（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成され、窪みにより空隙３０が形成されていてもよい。さらに、空隙３０は、基板を貫通する貫通孔でもよい。図７（ｂ）に示すように、空隙３０の代わりに音響反射膜３１を用いてもよい。音響反射膜３１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。これにより、音響反射膜３１は、縦方向の弾性波を反射することができる。
【００４２】
実施例１およびその変形例によれば、領域５２における圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置する。これにより、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、共振特性を向上させることができる。
【００４３】
圧電膜１４ａおよび１４ｂは、下部電極１２上に少なくとも２層形成されていればよい。絶縁膜２８は、少なくとも２層の圧電膜１４ａおよび１４ｂに挟まれていればよい。この場合、領域５２における少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に位置すればよい。
【００４４】
また、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３の内側に形成された上部電極１６の外周５３の領域において、圧電膜１４ａの外周５５は、上部電極１６の外周５３より外側に位置する。これにより、圧電膜１４ａの外周５５が上部電極１６の外周５３より内側に位置する場合に比べ積層膜１８の強度を確保できる。なお、少なくとも２層の圧電膜が形成されている場合、少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周が上部電極の外周より外側に位置すればよい。
【００４５】
なお、空隙３０または音響反射膜３１の外周は、上部電極１６の外周５３より外側に位置することが好ましい。これにより、共振領域５０が空隙３０に含まれるため、共振特性が向上する。
【００４６】
実施例１のように、下部電極１２の下に空隙３０が設けられている場合に、圧電膜１４ｂの外周５１が上部電極１６の外周５３より内側に形成された領域において、空隙３０の外周は、上部電極１６の外周５３より外側に位置し、かつ圧電膜１４ａの外周５５の内側に位置することが好ましい。これにより、外周５１を外周５３より内側に設けることにより、共振特性を向上させることができる。さらに、空隙３０が設けられる場合、積層膜１８の強度が小さくなりやすいが、空隙３０の外周より外周５５が外側に位置することにより、積層膜１８の強度を大きくすることができる。
【００４７】
さらに、絶縁膜２８は、少なくとも２層の圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有することが好ましい。これにより、共振周波数等の周波数の温度依存性を小さくできる。このような材料として、少なくとも２層の圧電膜１４は主に窒化アルミニウムを含み、絶縁膜２８は主に酸化シリコンを含むことができる。
【００４８】
実施例１およびその変形例においては、圧電膜１４ａの外周５５と絶縁膜２８の外周とがほぼ一致するが、絶縁膜２８の外周は圧電膜１４ｂの外周５１とほぼ一致してもよい。また、絶縁膜２８の外周は、圧電膜１４ｂの外周５１と圧電膜１４ａの外周５５との間に位置してもよい。
【００４９】
実施例１およびその変形例において、圧電膜１４ａおよび１４ｂの外周５５および５１の端部は、圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚方向に平行であるが、外周５５および５１の端部は圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚方向に斜めでもよい。この場合、圧電膜１４ｂの外周５１の端部の最も内側が上部電極１６の外周５３の端部より内側に位置すればよい。特に、圧電膜１４ｂの外周５１の端部が上部電極１６に接する位置が上部電極１６の外周５３の端部より内側にあることが好ましい。
【実施例２】
【００５０】
実施例２は、フィルタのように、基板上に複数の共振器が形成されれた例である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る共振器の断面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）においては、基板１０上に２つの共振器が形成されている。基板１０に窪みが設けられ、窪みが空隙３０として機能する。基板１０上に空隙３０を介し、下部電極１２、圧電膜１４ａ、絶縁膜２８、圧電膜１４ｂおよび上部電極１６が形成されている。圧電膜１４を挟み上部電極１６と下部電極１２とが対向する共振領域５０が２つ設けられている。
【００５１】
図８（ａ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａが連続して形成され、絶縁膜２８は形成されていない。図８（ｂ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａおよび絶縁膜２８が連続して形成されている。図８（ｃ）の例においては、共振領域５０間には圧電膜１４ａは連続して形成されておらず、絶縁膜２８が連続して形成されている。
【００５２】
実施例２のように、基板１０に複数の共振器が形成された場合、複数の共振器の下部電極１２は互いに接続され、接続された下部電極１２上には、圧電膜１４ａ（最下の圧電膜）および絶縁膜２８（最下の圧電膜上の絶縁膜）の少なくとも一方が互いに接続されるように形成することもできる。これにより、共振器同士を接近して形成でき、チップの小型化が可能となる。空隙３０の外周部は、下部電極１２と、圧電膜１４ａおよび絶縁膜２８の少なくとも一方が形成されており、積層膜１８の強度を大きくすることができる。
【００５３】
さらに、接続された下部電極１２上には、絶縁膜２８が互いに接続されるように形成されていることが好ましい。これにより、静電気破壊耐性を向上させることができる。
【実施例３】
【００５４】
図９は、実施例３に係る共振器の断面図である。図９のように、上部電極１６が形成されている領域のうち下部電極１２が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の上部電極１６と基板１０との間には絶縁膜２８が形成されていない。絶縁膜２８が形成されていない領域の上部電極１６上にバンプを形成し、フリップチップボンディングする場合、またはボンディングワイヤを接続する場合、絶縁膜２８と圧電膜１４とが剥離することを抑制できる。
【実施例４】
【００５５】
実施例４は、弾性波デバイスとして、実施例１から実施例３に係る共振器をフィルタに用いた例である。図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタを示す回路図である。図１０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。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一つを実施例１から実施例３に例示した共振器とすることができる。
【００５６】
図１１は、実施例４に係るラティス型フィルタを示す回路図である。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３において例示した共振器を用いることができる。実施例４によれば、フィルタの特性を向上させることができる。
【実施例５】
【００５７】
実施例５は、移動体通信用ＲＦ（Radio Frequency）モジュールの例である。図１２は、実施例５に係るモジュールのブロック図である。図１２のように、モジュール７０は、分波器６２とパワーアンプ６４を備えている。分波器６２は、受信用フィルタ６２ａおよび送信用フィルタ６２ｂを備えている。受信用フィルタ６２ａはアンテナ端子６１と受信端子６３ａ、６３ｂとの間に接続されている。受信用フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１から入力した信号のうち受信帯域の信号を通過させ他の信号を抑圧する。受信帯域の信号は受信端子６３ａおよび６３ｂから出力される。受信端子６３ａおよび６３ｂからは平衡信号が出力される。送信用フィルタ６２ｂはパワーアンプ６４とアンテナ端子６１との間に接続されている。送信用フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４から入力した信号のうち送信帯域の信号を通過させ他の信号を抑圧する。送信帯域の信号はアンテナ端子６１から出力される。パワーアンプ６４は、送信端子６５から入力した信号を増幅し、送信用フィルタ６２ｂに出力する。受信用フィルタ６２ａおよび６２ｂのうち少なくとも一方が実施例４のフィルタを含むことができる。
【００５８】
受信用フィルタ６２ａは、弾性表面波縦結合二重モードフィルタで構成すれば、電極指の配置の変更だけで位相を１８０°異ならせた出力を得ることができ、容易に平衡出力を得ることができる。送信用フィルタ６２ｂは、実施例１に示される圧電薄膜共振器を少なくとも一つ、好ましくは全てラダー型に接続したフィルタを用いれば、弾性表面波フィルタよりＱ値を高くすることができ、低損失、高抑圧、高耐電力のフィルタ実現できる。従って、分波器６２は、受信用フィルタ６２ａに弾性表面波フィルタからなる二重モードフィルタを用い、送信用フィルタ６２ｂに実施例１から３の圧電薄膜共振器をラダー型に接続したフィルタを用いれば、受信側に平衡出力が得られ、送信側に低損失、高抑圧、高耐電力のフィルタが実現できる。
【００５９】
実施例５においては、ＲＦモジュールを例に説明したが、その他のモジュールに実施例１から４の弾性波デバイスを用いてもよい。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１４ａ 圧電膜（最下の圧電膜）
１４ｂ 圧電膜（最上の圧電膜）
１６ 上部電極
２８ 絶縁膜
３０ 空隙
５０ 共振領域
５２、５４ 領域
５１、５５ 圧電膜の外周
５３ 上部電極の外周
【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、
前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜と、
前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜と、
前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極と、
を具備し、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より内側に位置することを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置することを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記下部電極の下に空隙または音響反射膜が設けられ、
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙または音響反射膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置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。
【請求項４】
前記下部電極の下に空隙が設けられ、
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置し、かつ前記最下の圧電膜の外周の内側に位置することを特徴とする請求項２記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記絶縁膜は、前記少なくとも２層の圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有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。
【請求項６】
前記少なくとも２層の圧電膜は２層であり、前記絶縁膜は１層であ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。
【請求項７】
前記少なくとも２層の圧電膜は主に窒化アルミニウムを含み、前記絶縁膜は主に酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記上部電極が形成されている領域のうち前記下部電極が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の前記上部電極と前記基板との間には前記絶縁膜が形成されていない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。
【請求項９】
複数の請求項１〜８のいずれか一項記載の弾性波デバイスを含む弾性波共振器を具備し、
前記複数の弾性波共振器の前記下部電極は互いに接続され、接続された下部電極上には、前記複数の弾性波共振器の前記最下の圧電膜および前記最下の圧電膜上の絶縁膜の少なくとも一方が互いに接続されるように形成されていることを特徴とする請求項１から８記載のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
弾性表面波縦結合二重モードフィルタにより平衡出力を出力する受信用フィルタと、
少なくとも一つの請求項１〜９のいずれか一項記載の弾性波デバイスを含む弾性波共振器をラダー型に接続した送信用フィルタと、を有することを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された少なくとも２層の圧電膜と、
前記少なくとも２層の圧電膜に挟まれた絶縁膜と、
前記少なくとも２層の圧電膜上に形成された上部電極と、
を具備し、
前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域における前記少なくとも２層の圧電膜のうち最上の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より内側に位置することを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記少なくとも２層の圧電膜のうち最下の圧電膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置することを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記下部電極の下に空隙または音響反射膜が設けられ、
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙または音響反射膜の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置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。
【請求項４】
前記下部電極の下に空隙が設けられ、
前記最上の圧電膜の外周が前記上部電極の外周より内側に形成された領域において、前記空隙の外周は、前記上部電極の外周より外側に位置し、かつ前記最下の圧電膜の外周の内側に位置することを特徴とする請求項２記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記絶縁膜は、前記少なくとも２層の圧電膜の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有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。
【請求項６】
前記少なくとも２層の圧電膜は２層であり、前記絶縁膜は１層であ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。
【請求項７】
前記少なくとも２層の圧電膜は主に窒化アルミニウムを含み、前記絶縁膜は主に酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記上部電極が形成されている領域のうち前記下部電極が形成されていない領域の少なくとも一部の領域内の前記上部電極と前記基板との間には前記絶縁膜が形成されていない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。
【請求項９】
複数の請求項１〜８のいずれか一項記載の弾性波デバイスを含む弾性波共振器を具備し、
前記複数の弾性波共振器の前記下部電極は互いに接続され、接続された下部電極上には、前記複数の弾性波共振器の前記最下の圧電膜および前記最下の圧電膜上の絶縁膜の少なくとも一方が互いに接続されるように形成されていることを特徴とする請求項１から８記載のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
弾性表面波縦結合二重モードフィルタにより平衡出力を出力する受信用フィルタと、
少なくとも一つの請求項１〜９のいずれか一項記載の弾性波デバイスを含む弾性波共振器をラダー型に接続した送信用フィルタと、を有することを特徴とする弾性波デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−３８６５８（Ｐ２０１３−３８６５８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４２９０（Ｐ２０１１−１７４２９０）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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