特許 6635908 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6635908

(24)【登録日】2019年12月27日

(45)【発行日】2020年1月29日

(54)【発明の名称】圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20200120BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20200120BHJP

   H03H 9/70 20060101ALI20200120BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/17 F

   H03H9/54 Z

   H03H9/70

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-228266(P2016-228266)

(22)【出願日】2016年11月24日

(65)【公開番号】特開2018-85651(P2018-85651A)

(43)【公開日】2018年5月31日

【審査請求日】2018年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】堤 潤

(72)【発明者】

【氏名】坂下 武

【審査官】 ▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１２５３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０３１７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−００６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０６００９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１５４２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２８９２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００４０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１０４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１１４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７３１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７２３３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２２２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６０３２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ３／００７−Ｈ０３Ｈ３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００−Ｈ０３Ｈ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に空隙を介し設けられ、前記空隙と通じる孔である貫通孔を有し、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極および上部電極と、
前記圧電膜の上面、前記圧電膜の前記貫通孔以外の側面および前記貫通孔の内面を覆い、波長が６３２．８ｎｍの光の屈折率が１．７以上の窒化酸化シリコン膜、密度が３ｇ／ｃｍ^３以上の酸化アルミニウム膜、またはダイヤモンドライクカーボン膜である保護膜と、
を具備し、
前記圧電膜は直接空気に触れない圧電薄膜共振器。

【請求項2】

前記保護膜は、前記圧電膜の下面を覆う請求項１記載の圧電薄膜共振器。

【請求項3】

前記上部電極上の前記保護膜に開口が設けられ、前記開口の内面および前記開口から露出する前記上部電極を覆うようにパッドが設けられている請求項１または２記載の圧電薄膜共振器。

【請求項4】

前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向する共振領域内の上部電極上に設けられた保護膜は、前記圧電膜の上面のうち前記共振領域以外の領域を覆う保護膜より薄い請求項１から３のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。

【請求項6】

請求項５記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサ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。支持体上に下部電極、圧電膜および上部電極を形成し、上部電極および圧電膜を上から保護する保護膜を全面に形成することが知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−１３０１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧電薄膜共振器の耐湿性が悪いため、圧電薄膜共振器は気密封止して用いられる。気密封止用パッケージは大型でコストが高い。そこで、圧電薄膜共振器の耐湿性を向上させるため、保護膜で覆うことが考えられる。しかしながら、圧電薄膜共振器は複雑な形状を有しており、耐湿性を高めることは容易ではない。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振器の耐湿性を高め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、前記基板上に空隙を介し設けられ、前記空隙と通じる孔である貫通孔を有し、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向した下部電極および上部電極と、前記圧電膜の上面、前記圧電膜の前記貫通孔以外の側面および前記貫通孔の内面を覆い、波長が６３２．８ｎｍの光の屈折率が１．７以上の窒化酸化シリコン膜、密度が３ｇ／ｃｍ^３以上の酸化アルミニウム膜、またはダイヤモンドライクカーボン膜である保護膜と、を具備し、前記圧電膜は直接空気に触れない圧電薄膜共振器である。

【0010】

上記構成において、前記保護膜は、前記圧電膜の下面を覆う構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記上部電極上の前記保護膜に開口が設けられ、前記開口の内面および前記開口から露出する前記上部電極を覆うようにパッドが設けられている構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記上部電極と前記下部電極とが対向する共振領域内の上部電極上に設けられた保護膜は、前記圧電膜の上面のうち前記共振領域以外の領域を覆う保護膜より薄い構成とすることができる。

【0014】

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。

【0015】

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、下圧電薄膜共振器の耐湿性を高めることができる。

【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断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図5】図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の圧電薄膜共振器の別の製造方法を示す断面図である。

【図6】図６は、ＳｉＯ_２膜における深さに対するＤ原子濃度を示す図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、各膜における屈折率に対するＤ原子の拡散係数を示す図である。

【図8】図８は、密度に対する各酸化アルミニウム膜内のＤ_２Ｏ含有量を示す図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２およびその変形例１の断面図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例３およびその変形例１の断面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例４およびその変形例１の断面図である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例５およびその変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。

【図14】図１４（ａ）は、実施例６に係るフィルタの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図15】図１５は、実施例７に係るモジュールの断面図である。

【図16】図１６は、実施例８に係るクワッドプレクサの回路図である。

【図17】図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、実施例８に係るクワッドプレクサの断面図である。

【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】

例えば圧電膜として用いられる窒化アルミウムは潮解性があるため、圧電膜に水分が吸着しないように、圧電薄膜共振器は気密封止される。気密封止用パッケージは大型かつ高価である。そこで、圧電薄膜共振器の耐湿性を高め、小型で安価なパッケージを用いることで、小型化かつコストダウンが可能となる。しかしながら、圧電薄膜共振器は複雑な構造を有しており、圧電膜の上面および側面を保護膜で覆っただけでは耐湿性は十分ではない。本発明者らは、圧電膜を貫通する貫通孔の側面に着目した。

【0020】

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断面図およびＢ−Ｂ断面図である。なお、理解しやすいように図１（ｃ）の寸法等は図１（ａ）と必ずしも一致していない。

【0021】

図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。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の高さが大きくなるような形状の膨らみである。

【0022】

下部電極１２は例えばＣｒ（クロム）膜とＣｒ膜上のＲｕ（ルテニウム）膜とを含む。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）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。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。共振領域５０は、楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。共振領域５０は、平面視において空隙３０と同じまたは空隙３０より小さくかつ空隙３０と重なるように設けられている。上部電極１６は例えばＲｕ膜とＲｕ膜上に設けられたＣｒ膜とを含む。

【0023】

下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を囲むように保護膜２０が設けられている。保護膜２０は、圧電膜１４の上面、側面および下面を全て覆っている。保護膜２０は、例えば窒化シリコン膜、酸化アルミニム膜またはダイヤモンドライクカーボン膜であり、圧電膜１４より耐湿性の優れた膜である。

【0024】

図１（ａ）および図１（ｃ）のように、圧電膜１４および下部電極１２には犠牲層をエッチングするための貫通孔３５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。貫通孔３５は、圧電膜１４を貫通し空隙３０に通じている。図１（ｃ）のように貫通孔３５の側面に保護膜２０が設けられている。

【0025】

２．０ＧＨｚ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を膜厚が１０ｎｍのＣｒ膜と膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜とする。圧電膜１４を膜厚が１２６０ｎｍのＡｌＮ膜とする。上部電極１６を膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜と膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜とする。また、保護膜２０を例えば膜厚が５０ｎｍの窒化シリコン膜とする。貫通孔３５の直径を１０μｍとする。

【0026】

基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、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。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、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）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。例えば、上部電極１６をＲｕ膜とＭｏ膜とにしてもよい。

【0027】

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、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。

【0028】

［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）のＢ−Ｂ断面に相当する。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（酸化マグネシウム）、ＺｎＯ、Ｇｅ（ゲルマニウム）またはＳｉＯ_２（酸化シリコン）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。犠牲層３８の形状は、空隙３０の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域５０となる領域を含む。犠牲層３８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。

【0029】

図２（ｂ）に示すように、基板１０および犠牲層３８上に保護膜２０ａを形成する。保護膜２０ａは例えばＣＶＤ法またはスパッタリング法を用い成膜される。

【0030】

図２（ｃ）に示すように、保護膜２０ａ上に下部電極１２を形成する。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法を用い成膜される。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パターニングする。下部電極１２はリフトオフ法を用い形成してもよい。

【0031】

図３（ａ）に示すように、下部電極１２および保護膜２０ａ上に圧電膜１４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。

【0032】

図３（ｂ）に示すように、圧電膜１４上に上部電極１６をスパッタリング法、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。上部電極１６はリフトオフ法を用い形成してもよい。

【0033】

図３（ｃ）に示すように、圧電膜１４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。このとき、貫通孔３５が形成される。貫通孔３５に下部電極１２の上面が露出する。

【0034】

図４（ａ）に示すように、圧電膜１４および上部電極１６上並びに貫通孔３５の側面に保護膜２０ｂを形成する。保護膜２０ｂはＣＶＤ法またはスパッタリング法を用い成膜される。圧電膜１４の膜厚は１μｍ程度であり、貫通孔３５の径は１０μｍ程度である。このように貫通孔３５のアスペクト比が小さいため、貫通孔３５の側面に保護膜２０ｂを形成できる。

【0035】

図４（ｂ）に示すように、貫通孔３５下の保護膜２０ｂ、下部電極１２および保護膜２０ａを除去する。保護膜２０ａおよび２０ｂが窒化シリコン膜、下部電極１２がＣｒ膜とＲｕ膜の場合、これらの膜の除去には例えばドライエッチング法、化学反応を伴わない物理的なエッチング法、またはイオンビームミリング法を用いる。これにより貫通孔３５が犠牲層３８に接触する。

【0036】

図４（ｃ）に示すように、貫通孔３５を介し、犠牲層３８のエッチング液を犠牲層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。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６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、下部電極１２から上部電極１６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）から図１（ｃ）に示した圧電薄膜共振器が作製される。

【0037】

［実施例１の別の製造方法］
図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の圧電薄膜共振器の別の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、図３（ｂ）の後に、圧電膜１４、下部電極１２および保護膜２０ａを貫通する貫通孔３５を形成する。貫通孔３５は犠牲層３８に接している。

【0038】

図５（ｂ）に示すように、貫通孔３５を介しエッチング液を導入し、犠牲層３８を除去する。これにより、空隙３０が形成される。

【0039】

図５（ｃ）に示すように、圧電膜１４および上部電極１６上並びに貫通孔３５の側面に保護膜２０ｂを形成する。保護膜２０ｂはＣＶＤ法またはスパッタリング法を用い成膜される。以上により、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した圧電薄膜共振器が作製される。

【0040】

［保護膜の検討］
保護膜２０の耐湿性を評価した。シリコン基板上にスパッタリング法を用いＳｉＯ_２膜を成膜した。Ｄ_２Ｏ（重水）を用い温度が８５℃湿度が１００％の環境に評価する絶縁膜を放置した。Ｄ_２Ｏを用いるのは絶縁膜内に元々残存しているＨ_２Ｏ（軽水）と分離するためである。

【0041】

その後、Ｄ−ＳＩＭＳ（Dynamic mode Secondary Ion Mass Spectrometry）を用い、深さ方向のＤ原子濃度を評価した。図６は、ＳｉＯ_２膜の表面からの深さに対するＤ（重水素）原子濃度を示す図である。各時間は、８５℃、１００％の環境に放置した時間である。２７ｈエッジおよび２７ｈセンターはそれぞれウエハのエッジおよびセンターのサンプルを２７時間放置したサンプルに対応する。図６に示すように、高温多湿環境に放置した時間が長くなると、Ｄ原子がＳｉＯ_２膜の深くまで拡散している。太い破線は、２７ｈエッジおよび２７ｈセンターについてフィックの法則を用いフィッティングした線である。このフィッティング線から拡散係数を求めると、２×１０^−１８ｍ^２／ｓである。拡散係数が小さい方が水分が拡散しにくく、耐湿性に優れている。

【0042】

同様に、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）膜および窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）膜についてＤの拡散係数を求めた。絶縁膜の成膜はスパッタリング法を用いた。図７（ａ）および図７（ｂ）は、各膜における屈折率に対するＤ原子の拡散係数を示す図である。図７（ｂ）は図７（ａ）を拡大した図である。屈折率は波長が６３２．８ｎｍの光の屈折率である。屈折率が最も大きい膜はＳｉＮ膜であり、最も小さい膜はＳｉＯ_２膜である。その間の膜はＳｉＯＮ膜であり、屈折率が高いほどＯに対するＮの組成比が大きくなる。

【0043】

図７（ａ）に示すように、ＳｉＯ_２膜は拡散係数が大きく耐湿性がない。ＳｉＮ膜は拡散係数が最も小さく耐湿性に優れている。ＳｉＯＮ膜も拡散係数はＳｉＮ膜と同程度であり耐湿性に優れている。特に屈折率が１．７以上のＳｉＯＮ膜はＳｉＮ膜と同程度の耐湿性を有すると考えられる。屈折率が１．９以上の場合、拡散係数は７×１０^−２２ｍ^２／ｓである。拡散係数が７×１０^−２２ｍ^２／ｓの保護膜２０の膜厚を２０ｎｍとすると、１０００ｈ以上の耐湿性を確保できる。

【0044】

次に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜について、密度と拡散係数との関係を調べた。酸化アルミニウム膜の成膜は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ法を用いた。ＡＬＤ法については成膜温度の異なる膜を成膜した。

【0045】

図８は、密度に対する各酸化アルミニウム膜内のＤ_２Ｏ含有量を示す図である。図８に示すように、密度が３ｇ／ｃｍ^３以上の酸化アルミニウム膜はＤ_２Ｏの含有量が小さく、耐湿性がよいと考えられる。密度が３ｇ／ｃｍ^３以上の酸化アルミニウム膜の拡散係数を算出したところ６×１０^−２３ｍ^２／ｓであった。拡散係数が６×１０^−２３ｍ^２／ｓの保護膜２０の膜厚を２０ｎｍとすると、１００００ｈ以上の耐湿性を確保できる。

【0046】

以上のように、耐湿性がよく保護膜２０に用いる膜として、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜および酸化アルミニウム膜が考えられる。また、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜のように、緻密な膜を用いてもよい。ＤＬＣ膜は、例えばＣ_２Ｈ_２とＴＭＳ（テトラメチルシラン）を成膜ガスとしたＣＶＤ法により成膜できる。また、これらの膜は、５０ｎｍ以下と非常に薄い膜厚で耐湿性を確保できる。このため圧電薄膜共振器の特性への影響を小さくできる。

【0047】

実施例１によれば、圧電膜１４を貫通する貫通孔３５が設けられている。保護膜２０は圧電膜１４の上面、圧電膜１４の側面および貫通孔３５の内面を覆う。これにより、貫通孔３５の内面から圧電膜１４に水分が侵入することを抑制できる。よって、圧電薄膜共振器の耐湿性を高めることができる。

【0048】

また、共振領域５０と重なるように基板１０と下部電極１２との間に空隙３０が設けられている。貫通孔３５は、空隙３０を形成するときの犠牲層３８を除去するための孔であり、図４（ｃ）のように空隙３０と直接接続されている。または、貫通孔３５は、図５（ｃ）のように空隙３０と保護膜２０を介してのみ接続されている。すなわち、空隙３０と貫通孔３５との間には下部電極１２は設けられていない。このように、空隙３０を形成するための貫通孔３５の内面に保護膜２０を形成することで、貫通孔３５から圧電膜１４への水分の侵入を抑制できる。

【0049】

保護膜２０は、圧電膜１４の下面を覆う。これにより、より耐湿性を向上できる。

【0050】

圧電膜１４が窒化アルミニウム膜の場合潮解性が大きい。そこで、保護膜２０として窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜およびダイヤモンドライクカーボン膜の少なくとも１つの膜を用いる。これにより、薄い膜で耐湿性を確保できるため、特性への影響を小さくできる。

【0051】

［実施例１の変形例１］
図９（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、圧電膜１４と基板１０との間に保護膜２０が設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0052】

圧電膜１４の下面が基板１０および下部電極１２等で覆われていれば、圧電膜１４の下面が直接空気に触れることはない。よって、圧電膜１４と基板１０との間に保護膜２０を設けなくてもよい。水分が基板１０と圧電膜１４の界面および／または下部電極１２を透過することも考えられる。よって、実施例１のように、圧電膜１４の下面に保護膜２０を設けることが好ましい。

【実施例2】

【0053】

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２およびその変形例１の断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。挿入膜２８は、共振領域の外周領域に設けられ中央領域に設けられていない。挿入膜２８の音響インピーダンスは圧電膜１４の音響インピーダンスより小さい。これにより、弾性波が共振領域５０内から横方向に漏れることを抑制できる。よって、Ｑ値を向上できる。挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４との間、または圧電膜１４と上部電極１６との間に挿入されていてもよい。その他の構成は実施例１の図４（ｃ）および図５（ｃ）と同じであり説明を省略する。

【実施例3】

【0054】

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例３およびその変形例１の断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、共振領域５０に設けられている保護膜２０ｂの膜厚ｔ１は、共振領域５０以外の領域に設けられている保護膜２０ｂの膜厚ｔ２より小さい。保護膜２０は、耐湿性を考慮して膜厚を定める。例えばｔ２＝５０ｎｍとする。共振領域５０において圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。このため、共振領域５０の保護膜２０ｂの膜厚ｔ１は膜厚ｔ２より薄くても耐湿性を確保できる。保護膜２０ｂの膜厚で共振周波数を調整できる。そこで、共振領域５０の保護膜２０ｂを薄くエッチングし、共振周波数を調整する。エッチングにはドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いる。このとき、共振領域５０以外の領域の保護膜２０ｂをエッチングしないため、共振領域５０以外の領域の耐湿性に影響しない。その他の構成は実施例１の図４（ｃ）および図５（ｃ）と同じであり説明を省略する。

【0055】

実施例３およびその変形例によれば、共振領域５０内の上部電極１６上に設けられた保護膜２０ｂは、圧電膜１４の上面のうち共振領域５０以外の領域を覆う保護膜２０ｂより薄い。これにより、共振領域５０以外の領域では、耐湿性を確保するための保護膜２０の膜厚を確保し、共振領域５０では保護膜２０ｂの膜厚で周波数調整を行うことができる。

【実施例4】

【0056】

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例４およびその変形例１の断面図である。図１２（ａ）に示すように、圧電膜１４に下部電極１２まで貫通する貫通孔３７が形成されている。貫通孔３７の内面に保護膜２０ｂが設けられている。貫通孔３７内および保護膜２０ｂ上にパッド２２ａが設けられている。パッド２２ａは貫通孔３７を介し下部電極１２に電気的に接続されている。上部電極１６上の保護膜２０ｂには開口３９が形成されている。開口３９内および保護膜２０ｂ上にパッド２２ｂが設けられている。パッド２２ｂは開口３９を介し上部電極１６に電気的に接続されている。パッド２２ａおよび２２ｂは、例えば膜厚が１００ｎｍのＴｉ膜および膜厚が５００ｎｍのＡｕ膜である。基板１０を貫通するように空隙３０が設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0057】

図１２（ｂ）に示すように、実施例４の変形例１では、実施例２およびその変形例１と同様に、共振領域の外周領域の圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。その他の構成は実施例４と同じであり説明を省略する。

【0058】

実施例４およびその変形例１では、パッド２２ａは下部電極１２を外部に電気的に接続するためのパッドであり、例えばバンプが形成される。このため、下部電極１２上の保護膜２０ｂと圧電膜１４に貫通孔３７が設けられる。パッド２２ａは貫通孔３７内に設けられ下部電極１２と接続する。パッド２２ａと保護膜２０ｂまたは圧電膜１４との界面は水分が侵入しやすい。そこで、貫通孔３７に露出した圧電膜１４の側面に保護膜２０ｂを設ける。これにより、圧電膜１４への水分の侵入を抑制できる。さらに、パッド２２ａは、圧電膜１４内の貫通孔３５の内面を覆う。これにより、圧電膜１４への水分の侵入をより抑制できる。

【0059】

パッド２２ｂは上部電極１６を外部に電気的に接続するためのパッドであり、例えばバンプが形成される。このため、上部電極１６上の保護膜２０ｂに開口３９が設けられている。開口３９により水分が圧電膜１４に侵入しやすくなる。そこで、パッド２２ｂを保護膜２０ｂの開口３９の内面および開口３９から露出する上部電極１６を覆うように設ける。これにより、圧電膜１４への水分の侵入を抑制できる。

【実施例5】

【0060】

実施例５は、空隙３０の構造を変える例である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例５およびその変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。図１３（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。

【0061】

図１３（ｂ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ａと音響インピーダンスの高い膜３１ｂとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0062】

実施例１から４およびその変形例において、実施例５と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例５の変形例１と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。

【0063】

実施例１から実施例５のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例５の変形例１のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。

【0064】

実施例１から実施例５およびその変形例において、共振領域５０が楕円形状の例を説明したが、他の形状でもよい。例えば、共振領域５０は、四角形または五角形等の多角形でもよい。

【実施例6】

【0065】

図１４（ａ）は、実施例６に係るフィルタの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、フィルタ６０において、同一基板１０上に複数の圧電薄膜共振器Ｒおよびパッド２２ａおよび２２ｂが設けられている。パッド２２ａおよび２２ｂは入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔ、グランドパッドＧｎｄとして機能する。複数の圧電薄膜共振器Ｒは直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３を含む。入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔとの間に１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続され、1または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。並列共振器Ｐ１からＰ３の一端はグランドパッドＧｎｄに接続されている。

【0066】

圧電薄膜共振器Ｒ間は下部電極１２または上部電極１６により接続されている。パッド２２ｂは実施例４のように保護膜２０に形成された開口３９を介し上部電極１６に接続されている。パッド２２ａは実施例４のように保護膜２０および圧電膜１４を貫通する貫通孔３７を介し下部電極１２に接続されている。貫通孔３５は実施例１のように空隙３０に接続されている。複数の圧電薄膜共振器Ｒは一体の圧電膜１４を共有している。圧電膜１４の上面、側面、下面、および貫通孔３５および３７の内面は保護膜２０により覆われている。このように、保護膜２０が圧電膜１４を覆うことで、水分の圧電膜１４への侵入を抑制し、圧電膜１４が劣化することを抑制できる。

【0067】

実施例６のように、実施例１から５およびその変形例をフィルタに適用することで、フィルタ６０の耐湿性を向上できる。フィルタとしてラダー型フィルタの例を説明したが縦結合型フィルタでもよい。また、ラダー型フィルタにおける直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。

【実施例7】

【0068】

実施例７は、実施例６に係るフィルタを基板に実装する例である。図１５は、実施例７に係るモジュールの断面図である。図１５に示すように、基板４０上に実施例６のフィルタ６０がフリップチップ実装されている。基板４０の上面および下面に端子４２および４６が設けられている。基板４０を貫通する内部配線４４が設けられている。内部配線４４は、端子４２と４６とを電気的に接続する。端子４２とパッド２２ｂとがバンプ４８により接合されている。基板４０は、例えばＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramic）またはＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）等のセラミックス多層基板、プリント基板、サファイア基板、ガラス基板、ハイラセム（登録商標）基板または樹脂基板である。端子４２、４６および内部配線４４は、銅層または金層等の金属層である。バンプ４８は、金バンプ、銅バンプまたは半田バンプ等の金属バンプである。

【0069】

フィルタ６０は耐湿性が高いため、フィルタ６０が形成されたチップを基板４０に搭載するだけでよい。保護膜２０は空隙４５（例えば空気または大気）に露出している。このように、気密封止の構造がなくてもよい。よって、モジュールを小型化および／または低価格化できる。

【実施例8】

【0070】

実施例８は、実施例６に係るフィルタをマルチプレクサに用いる例である。図１６は、実施例８に係るクワッドプレクサの回路図である。図１６に示すように、フィルタ６１から６４がそれぞれ共通端子Ａｎｔと端子Ｔ１からＴ４との間に接続されている。フィルタ６１から６４のうち２つは送信フィルタであり２つは受信フィルタである。フィルタ６１から６４の全てが送信フィルタでもよく、全てが受信フィルタでもよい。送信フィルタは、端子Ｔ１からＴ４に入力した高周波信号のうち送信帯域の信号を共通端子Ａｎｔに出力し他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタは共通端子Ａｎｔに入力した高周波信号のうち受信フィルタの信号を端子Ｔ１からＴ４に出力し他の周波数の信号を抑圧する。

【0071】

図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、実施例８に係るクワッドプレクサの断面図である。図１７（ａ）に示すように、基板４０に複数のフィルタ６１から６４が搭載されている。基板４０は積層基板であり、積層された複数の絶縁層４０ａおよび４０ｂを備えている。絶縁層４０ａと４０ｂとの間に配線４４ｂが設けられている。絶縁層４０ａおよび４０ｂを貫通するビア配線４４ａおよび４４ｃが設けられている。ビア配線４４ａおよび４４ｃ並びに配線４４ｂは内部配線４４を構成する。内部配線４４は、端子４２と４６とを電気的に接続する。フィルタ６１から６４は、実施例６に係るフィルタであり、実施例７と同様にチップ状態でバンプ４８を介し端子４２に接合されている。フィルタ６１から６４の上面にリッド４７が設けられている。フィルタ６１から６４が形成されたチップは空隙４５に露出している。

【0072】

図１７（ｂ）に示すように、フィルタ６１ａおよび６３ａは弾性表面波共振器を用いたフィルタである。その他の構成は図１７（ａ）と同じであり説明を省略する。

【0073】

実施例８のように、実施例６のフィルタをチップ状態で基板４０に搭載することで、マルチプレクサを小型化および／または低価格化できる。

【0074】

マルチプレクサとしてクワッドプレクサを例に説明したがデュプレクサまたはトリプレクサでもよい。また、複数のフィルタのうち少なくとも１つのフィルタが実施例１から５およびその変形例の圧電薄膜共振器を含めばよい。

【0075】

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】

【0076】

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
２０、２０ａ、２０ｂ 保護膜
３０ 空隙
３５、３７ 貫通孔
３９ 開口
４０ 基板
５０ 共振領域
６０−６４ フィルタ

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】