特許 6925877 弾性波デバイス

(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】6925877

(24)【登録日】2021年8月6日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】弾性波デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20210812BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/17 F

   H03H9/54 Z

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-112915(P2017-112915)

(22)【出願日】2017年6月7日

(65)【公開番号】特開2018-207376(P2018-207376A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年5月28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】伊藤 大喜

(72)【発明者】

【氏名】川上 博士

【審査官】 石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１４７８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２３１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４５４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３００４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０３７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２８３２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／００− ９／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、
前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有し、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間の中間領域に、前記第１共振領域から前記第１上部電極が引き出される第１引き出し領域と、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域と、が位置し、かつ前記中間領域に前記第１圧電膜の端面および前記第２圧電膜の端面が位置するように設けられた第２圧電薄膜共振器と、
を具備し、
前記中間領域において前記第１上部電極と前記第２上部電極とは連続して設けられ、
前記第１引き出し領域において前記第１上部電極は前記第１圧電膜の端面の上端に接し、前記第２引き出し領域において前記第２上部電極は前記第２圧電膜の端面に上端に接し、
前記中間領域において、前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との間の前記基板上に、前記第１圧電膜の端面と前記第２圧電膜の端面とに接する空隙が設けられている弾性波デバイス。

【請求項2】

基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、
前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有し、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間の中間領域に、前記第１共振領域から前記第１上部電極が引き出される第１引き出し領域と、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域と、が位置し、かつ前記中間領域に前記第１圧電膜の端面および前記第２圧電膜の端面が位置するように設けられた第２圧電薄膜共振器と、
前記中間領域において、前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との間の前記基板上に設けられ、前記第１圧電膜の端面と前記第２圧電膜の端面とに接し、前記第１圧電膜の音響インピーダンスと前記第２圧電膜の音響インピーダンスとより小さな音響インピーダンスを有する絶縁層と、
を具備し、
前記中間領域において前記第１上部電極と前記第２上部電極とは連続して設けられ、
前記第１引き出し領域において前記第１上部電極は前記第１圧電膜の端面の上端に接し、前記第２引き出し領域において前記第２上部電極は前記第２圧電膜の端面に上端に接する弾性波デバイス。

【請求項3】

前記中間領域において、連続して設けられた前記第１上部電極および前記第２上部電極上に設けられた金属層を具備する請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記第１共振領域から前記第１下部電極が引き出される第３引き出し領域において、前記第１圧電膜の端面は平面視において前記第１上部電極の端面と略一致または前記第１上部電極の端面より内側に位置し、
前記第２共振領域から前記第２下部電極が引き出される第４引き出し領域において、前記第２圧電膜の端面は平面視において前記第２上部電極の端面と略一致または前記第２上部電極の端面より内側に位置する請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記第１引き出し領域において、前記第１圧電膜の端面は平面視において前記第１下部電極の端面と略一致または前記第１下部電極の端面より内側に位置し、
前記第２引き出し領域において、前記第２圧電膜の端面は平面視において前記第２下部電極の端面と略一致または前記第２下部電極の端面より内側に位置する請求項４に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第１圧電薄膜共振器は、平面視において前記第１共振領域を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む第１音響反射層を有し、
前記第２圧電薄膜共振器は、平面視において前記第２共振領域を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む第２音響反射層を有する請求項1から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記第１圧電薄膜共振器および前記第２圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する請求項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】

前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する請求項７に記載の弾性波デバイス。

【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、例えば複数の圧電薄膜共振器を有する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、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびデュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器では、基板上に下部電極、圧電膜および上部電極が積層されている（例えば特許文献１および２）。圧電膜の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが対向する領域は縦振動モードの弾性波が共振する共振領域である。共振領域の外側の圧電膜を除去することが知られている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１４３１２５号公報

【特許文献2】特開２００７−３００４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献２では、共振領域の外側の圧電膜を除去することで、共振領域から外側への横モード弾性波の漏洩を抑制できる。これにより、損失を抑制できる。しかしながら、上部電極が共振領域から引き出される引き出し領域において圧電膜が残存している。このため、引き出し領域における圧電膜を介し共振領域から外側へ横モード弾性波が漏洩する。これにより、損失が生じてしまう。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振器の損失を抑制す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、前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有し、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間の中間領域に、前記第１共振領域から前記第１上部電極が引き出される第１引き出し領域と、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域と、が位置し、かつ前記中間領域に前記第１圧電膜の端面および前記第２圧電膜の端面が位置するように設けられた第２圧電薄膜共振器と、を具備し、前記中間領域において前記第１上部電極と前記第２上部電極とは連続して設けられ、前記第１引き出し領域において前記第１上部電極は前記第１圧電膜の端面の上端に接し、前記第２引き出し領域において前記第２上部電極は前記第２圧電膜の端面に上端に接し、前記中間領域において、前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との間の前記基板上に、前記第１圧電膜の端面と前記第２圧電膜の端面とに接する空隙が設けられている弾性波デバイスである。

【0008】

上記構成において、前記中間領域において、連続して設けられた前記第１上部電極および前記第２上部電極上に設けられた金属層を具備する構成とすることができる。

【0010】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電膜と、前記第１下部電極とで前記第１圧電膜の少なくとも一部を挟む第１共振領域を形成するように前記第１圧電膜上に設けられた第１上部電極と、を有する第１圧電薄膜共振器と、前記基板上に設けられた第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電膜と、前記第２下部電極とで前記第２圧電膜の少なくとも一部を挟む第２共振領域を形成するように前記第２圧電膜上に設けられた第２上部電極と、を有し、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間の中間領域に、前記第１共振領域から前記第１上部電極が引き出される第１引き出し領域と、前記第２共振領域から前記第２上部電極が引き出される第２引き出し領域と、が位置し、かつ前記中間領域に前記第１圧電膜の端面および前記第２圧電膜の端面が位置するように設けられた第２圧電薄膜共振器と、前記中間領域において、前記第１圧電膜と前記第２圧電膜との間の前記基板上に設けられ、前記第１圧電膜の端面と前記第２圧電膜の端面とに接し、前記第１圧電膜の音響インピーダンスと前記第２圧電膜の音響インピーダンスとより小さな音響インピーダンスを有する絶縁層と、を具備し、前記中間領域において前記第１上部電極と前記第２上部電極とは連続して設けられ、前記第１引き出し領域において前記第１上部電極は前記第１圧電膜の端面の上端に接し、前記第２引き出し領域において前記第２上部電極は前記第２圧電膜の端面に上端に接する弾性波デバイスである。

【0011】

上記構成において、前記第１共振領域から前記第１下部電極が引き出される第３引き出し領域において、前記第１圧電膜の端面は平面視において前記第１上部電極の端面と略一致または前記第１上部電極の端面より内側に位置し、前記第２共振領域から前記第２下部電極が引き出される第４引き出し領域において、前記第２圧電膜の端面は平面視において前記第２上部電極の端面と略一致または前記第２上部電極の端面より内側に位置する構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記第１引き出し領域において、前記第１圧電膜の端面は平面視において前記第１下部電極の端面と略一致または前記第１下部電極の端面より内側に位置し、前記第２引き出し領域において、前記第２圧電膜の端面は平面視において前記第２下部電極の端面と略一致または前記第２下部電極の端面より内側に位置する構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記第１圧電薄膜共振器は、平面視において前記第１共振領域を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む第１音響反射層を有し、前記第２圧電薄膜共振器は、平面視において前記第２共振領域を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む第２音響反射層を有する構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記第１圧電薄膜共振器および前記第２圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する構成とすることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、圧電薄膜共振器の損失を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）は、実施例１における弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）から図１（ｄ）は、それぞれ上部電極、圧電膜および下部電極を示す平面図である。

【図2】図２（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスにおける図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域Ａの拡大図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例に係る弾性波デバイスの共振領域の積層構造を示す断面図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図5】図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図8】図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図８（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。

【図9】図９は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図10】図１０は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例２およびその変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図12】図１２（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図、図１２（ｂ）は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例1】

【0019】

図１（ａ）は、実施例１における弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）から図１（ｄ）は、それぞれ上部電極、圧電膜および下部電極を示す平面図である。図２（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスにおける図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域Ａの拡大図である。圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂはそれぞれラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器に相当する。

【0020】

図１（ａ）から図２（ａ）に示すように、基板１０上に、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂが設けられている。圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、それぞれ基板１０上に設けられた下部電極１２ａおよび１２ｂ、下部電極１２ａおよび１２ｂ上に設けられた圧電膜１４ａおよび１４ｂ、並びに圧電膜１４ａおよび１４ｂ上に設けられた上部電極１６ａおよび１６ｂを有している。上部電極１６ａおよび１６ｂ上に保護膜２４が設けられている。下部電極１２ｂ並びに上部電極１６ａおよび１６ｂ上に金属層２６が設けられている。金属層２６は、配線またはパッドとして機能する。基板１０の上面と下部電極１２ａおよび１２ｂとの間にはそれぞれ空隙３０ａおよび３０ｂが設けられている。空隙３０ａおよび３０ｂはドーム状である。

【0021】

圧電膜１４ａおよび１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２ａおよび１２ｂと上部電極１６ａおよび１６ｂとが対向する領域がそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂである。共振領域５０ａおよび５０ｂは、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５０ａと５０ｂとの間の中間領域５２には圧電膜１４ａおよび１４ｂが設けられていない。中間領域５２における上部電極１６ａおよび１６ｂ下には空隙３２が設けられている。共振領域５０ａおよび５０ｂは、それぞれ平面視において空隙３０ａおよび３０ｂに含まれる。

【0022】

図１（ａ）のように、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの共振領域５０ａおよび５０ｂから上部電極１６ａおよび１６ｂが引き出される領域がそれぞれ引き出し領域５４ａおよび５４ｂである。圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの共振領域５０ａおよび５０ｂから下部電極１２ａおよび１２ｂが引き出される領域がそれぞれ引き出し領域５６ａおよび５６ｂである。中間領域５２は、引き出し領域５４ａおよび５４ｂに設けられている。

【0023】

図１（ｂ）のように、上部電極１６ａと１６ｂとは中間領域５２において連続して設けられている。図１（ｃ）のように、圧電膜１４ａおよび１４ｂはそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂ以外には設けられていない。よって、圧電膜１４ａおよび１４ｂの外周は共振領域５０ａおよび５０ｂの外周と略一致する。図１（ｄ）のように、下部電極１２ａおよび１２ｂは中間領域５２には設けられていない。

【0024】

図２（ｂ）に示すように、下部電極１２ｂの端面は傾斜している。下部電極１２ａも同様である。上部電極１６ｂは下層１５ａと上層１５ｂとを含んでいる。下層１５ａと上層１５ｂとの間には質量負荷膜２０が設けられている。

【0025】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例に係る弾性波デバイスの共振領域の積層構造を示す断面図である。図３（ａ）は、圧電薄膜共振器１１ａの共振領域５０ａの断面図、図３（ｂ）は、圧電薄膜共振器１１ｂの共振領域５０ｂの断面図である。

【0026】

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、下部電極１２ａおよび１２ｂは各々下層１３ａおよび上層１３ｂを有している。上部電極１６ａおよび１６ｂは各々下層１５ａおよび上層１５ｂを有している。下層１５ａと上層１５ｂとの間に周波数調整膜２２ａおよび２２ｂが設けられている。並列共振器である圧電薄膜共振器１１ｂでは下層１５ａと上層１５ｂとの間に質量負荷膜２０が設けられている。質量負荷膜２０は、直列共振器と並列共振器との共振周波数を異ならせるための膜である。周波数調整膜２２ａは、複数の直列共振器内で面積を異ならせることで共振周波数を異ならせる膜である。周波数調整膜２２ｂは、複数の並列共振器内で面積を異ならせることで共振周波数を異ならせるための膜である。

【0027】

圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂをそれぞれ直列共振器および並列共振器を例に説明したが、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂはいずれも直列共振器でもよいし、いずれも並列共振器でもよい。圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂはラダー型フィルタ以外で用いられる圧電薄膜共振器でもよい。質量負荷膜２０および周波数調整膜２２ａおよび２２ｂの少なくとも１つは設けられていなくてもよい。金属層２６が共振領域５０ａおよび５０ｂの一部に設けられているが、金属層２６は共振領域５０ａおよび５０ｂ内に設けられていなくてもよい。

【0028】

基板１０は、例えばＳｉ（シリコン）基板である。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。

【0029】

下部電極１２ａおよび１２ｂにおける下層１３ａおよび上層１３ｂは例えばそれぞれＣｒ（クロム）膜およびＲｕ（ルテニウム）膜である。上部電極１６ａおよび１６ｂにおける下層１５ａおよび上層１５ｂは例えばＲｕ膜およびＣｒ膜である。下部電極１２ａ、１２ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂ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。

【0030】

圧電膜１４ａおよび１４ｂは、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする窒化アルミニウム膜である。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、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族または１２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族または１２族と５族との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族の元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）であり１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）である。４族の元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族の元素は、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。

【0031】

質量負荷膜２０、周波数調整膜２２ａおよび２２ｂは、例えばＴｉ膜である。Ｔｉ膜以外に下部電極１２ａ、１２ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂで例示した金属膜または絶縁膜を用いることができる。保護膜２４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である。保護膜２４は、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜を用いることができる。金属層２６は、例えばＴｉ膜およびＡｕ膜である。金属層２６は、低抵抗なＣｕ膜、Ａｌ膜等を含んでもよい。

【0032】

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１２ａおよび１２ｂの下層１３ａを膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜、上層１３ｂを膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜とする。圧電膜１４ａおよび１４ｂを膜厚が１２６０ｎｍのＡｌＮ膜とする。上部電極１６ａおよび１６ｂの下層１５ａを膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜、上層１５ｂを膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜とする。質量負荷膜２０を膜厚が４０ｎｍのＴｉ膜とする。周波数調整膜２２ａおよび２２ｂを膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜とする。保護膜２４を膜厚が５０ｎｍの酸化シリコン膜とする。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。

【0033】

［実施例１の製造方法］
図４（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、基板１０上に、犠牲層３８を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成する。犠牲層３８は厚膜部３８ａを有する。犠牲層３８は、例えばＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜である。犠牲層３８は、ＺｎＯ膜、Ｇｅ膜または酸化シリコン膜でもよい。厚膜部３８ａの側面が傾斜していることで、後に圧電膜１４を形成するときに、厚膜部３８ａの側面に圧電膜１４を容易に成膜できる。

【0034】

図４（ｂ）に示すように、犠牲層３８を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。これにより、犠牲層３８は、厚膜部３８ａと薄膜部３８ｂを有する。厚膜部３８ａは空隙３２となる領域に設けられ、薄膜部３８ｂは空隙３０ａおよび３０ｂとなる領域に設けられる。厚膜部３８ａの膜厚は圧電膜１４ａおよび１４ｂの膜厚以上である。薄膜部３８ｂの膜厚は例えば１０ｎｍから１００ｎｍである。

【0035】

図４（ｃ）に示すように、基板１０上に犠牲層３８を覆うように下部電極１２を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。図４（ｄ）に示すように、下部電極１２を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。厚膜部３８ａ上の下部電極１２を除去する。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0036】

図５（ａ）に示すように、基板１０上に下部電極１２および厚膜部３８ａを覆うように圧電膜１４を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。図５（ｂ）に示すように、厚膜部３８ａの上面が露出するように圧電膜１４を除去する。これにより、圧電膜１４および厚膜部３８ａの上面が平坦化される。圧電膜１４の除去には例えばエッチング法またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いる。

【0037】

図５（ｃ）に示すように、圧電膜１４および厚膜部３８ａ上に下層１５ａおよび質量負荷膜２０を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。

【0038】

図６（ａ）に示すように、質量負荷膜２０を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。質量負荷膜２０は、リフトオフ法により形成してもよい。図示していないが、質量負荷膜２０および下層１５ａ上に周波数調整膜２２ａおよび２２ｂを形成してもよい。

【0039】

図６（ｂ）に示すように、質量負荷膜２０および下層１５ａ上に上層１５ｂを例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。上層１５ｂおよび下層１５ａを例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

【0040】

図６（ｃ）に示すように、上部電極１６をマスクに圧電膜１４をエッチングする。上部電極１６を覆うように保護膜２４を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。保護膜２４の一部を除去した後、下部電極１２および上部電極１６上に金属層２６を真空蒸着法およびリフトオフ法を用い形成する。

【0041】

犠牲層３８をエッチング液により除去する。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の内部応力を圧縮応力としておくことで、下部電極１２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３０ａおよび３０ｂが形成される。以上により、図２（ａ）に示した弾性波デバイスが作製される。

【0042】

［実施例１の効果］
比較例１と比較し実施例１の効果について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ａ）に示すように、比較例１では中間領域５２における基板１０と上部電極１６ａおよび１６ｂとの間に圧電膜１４が設けられている。これにより、中間領域５２に圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面は形成されない。その他の構造は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0043】

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、共振領域５０ａおよび５０ｂにおいて矢印６０のように圧電膜１４ａおよび１４ｂ内を縦方向に厚み縦振動モードの弾性波が共振する。この弾性波が圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの主モードである。共振領域５０ａおよび５０ｂから横方向に横モード弾性波が伝搬する。下部電極１２ａおよび１２ｂの引き出し領域では、共振領域５０ａおよび５０ｂの端面と上部電極１６ａおよび１６ｂの端面が略一致している。これにより、矢印６２のように横モード弾性波は圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面で反射する。

【0044】

図７（ａ）のように、比較例１では中間領域５２に圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面が形成されていないため、矢印６４のように共振領域５０ａおよび５０ｂから横モード弾性波が圧電膜１４内に漏洩する。さらに矢印６５のように圧電膜１４から基板１０に横モード弾性波が伝搬する。これにより、共振領域５０ａおよび５０ｂから弾性波エネルギーが基板１０に漏れるため、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの損失が劣化する（例えばＱ値が低下する）。また、圧電膜１４を介して共振領域５０ａと５０ｂとの弾性波が干渉することで、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの特性が劣化する。

【0045】

図７（ｂ）に示すように、実施例１では、中間領域５２の圧電膜１４が除去され空隙３２となっている。このため、矢印６６のように横モード弾性波は圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面で反射する。よって、共振領域５０ａおよび５０ｂからの弾性波エネルギーの漏洩が抑制できるため、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの損失を向上できる（例えばＱ値が向上する）。また、圧電膜１４を介した共振領域５０ａと５０ｂとの弾性波の干渉を抑制することで、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの特性の劣化を抑制できる。

【0046】

実施例１によれば、基板１０上に、圧電薄膜共振器１１ａ（第１圧電薄膜共振器）と圧電薄膜共振器１１ｂ（第２圧電薄膜共振器）が設けられている。圧電薄膜共振器１１ａは、下部電極１２ａ（第１下部電極）、圧電膜１４ａ（第１圧電膜）および上部電極１６ａ（第１上部電極）を有する。圧電薄膜共振器１１ｂは、下部電極１２ｂ（第２下部電極）、圧電膜１４ｂ（第２圧電膜）および上部電極１６ｂ（第２上部電極）を有する。

【0047】

共振領域５０ａ（第１共振領域）と共振領域５０ｂ（第２共振領域）との間の中間領域５２に、引き出し領域５４ａ（第１引き出し領域）と引き出し領域５４ｂ（第２引き出し領域）とが位置する。さらに、中間領域５２に圧電膜１４ａの端面および圧電膜１４ｂの端面が位置する。これにより、図７（ｂ）のように、共振領域５０ａおよび５０ｂからの弾性波の漏洩を抑制できる。よって、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの損失を抑制できる。さらに、圧電薄膜共振器１１ａと１１ｂとの間の干渉を抑制でき、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂの特性劣化を抑制できる。

【0048】

また、中間領域５２において上部電極１６ａと１６ｂは連続して設けられている場合、比較例１のように中間領域５２の圧電膜１４を除去されない。実施例１では、犠牲層３８を用いることで、中間領域５２に圧電膜１４を設けず、圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面を形成することができる。

【0049】

さらに、中間領域５２において、連続して設けられた上部電極１６ａおよび１６ｂ上に金属層２６が設けられている。これにより、上部電極１６ａおよび１６ｂを補強することができる。

【0050】

さらに、中間領域５２において、圧電膜１４ａと１４ｂとの間の基板１０上に空隙３２（すなわち中空）が設けられている。これにより、共振領域５０ａおよび５０ｂからの弾性波の漏洩をより抑制することができる。

【0051】

［実施例１の変形例１］
図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）に示すように、中間領域５２の基板１０と上部電極１６ａおよび１６ｂとの間に絶縁層３３が設けられている。絶縁層３３は、例えばポリイミド樹脂等の樹脂層または無機絶縁層である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0052】

図８（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図８（ｂ）に示すように、実施例１の図４（ａ）および図４(ｂ)と同様に、基板１０上に犠牲層３８を形成する。厚膜部３８ａは形成しない。犠牲層３８の間に絶縁層３３を形成する。絶縁層３３は例えば感光性樹脂を塗布または貼り付け、その後フォトリソグラフィ法を用い形成する。絶縁層３３は、エッチング法等を用いパターニングしてもよい。その後、実施例１の図４（ｃ）から図６（ｃ）の工程を行うことにより図８（ａ）の弾性波デバイスが作製できる。

【0053】

実施例１の変形例１によれば、中間領域５２において、圧電膜１４ａと１４ｂとの間の基板１０上に絶縁層３３が設けられている。これにより、上部電極１６ａおよび１６ｂを補強することができる。圧電膜１４ａおよび１４ｂの端面で弾性波を反射するように、絶縁層３３の音響インピーダンスは圧電膜１４ａおよび１４ｂより小さいことが好ましい。

【0054】

［実施例１の変形例２］
図９は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図であり、圧電薄膜共振器１１ｂの断面を示す図である。図９に示すように、引き出し領域５６ｂにおいて、圧電膜１４ｂの端面４０は上部電極１６ｂの端面４２より内側に位置している。引き出し領域５４ｂにおいて、圧電膜１４ｂの端面４４は下部電極１２ｂの端面４６より内側に位置している。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0055】

実施例１の変形例２では、端面４０および４４が端面４２および４６よりそれぞれ内側に位置していることで、実施例１のように端面４０および４４が端面４２および４６と略一致している場合より、弾性波の漏洩をより抑制できる。なお、圧電薄膜共振器１１ａにおいても同様である。

【0056】

実施例１およびその変形例２のように、引き出し領域５６ａ（第３引き出し領域）において、圧電膜１４ａの端面は平面視において上部電極１６ａの端面と略一致または上部電極１６ａの端面より内側に位置する。引き出し領域５６ｂにおいて、圧電膜１４ｂの端面は平面視において上部電極１６ｂの端面と略一致または上部電極１６ｂの端面より内側に位置する。これにより、引き出し領域５６ａおよび５６ｂ側の弾性波漏洩をより抑制できる。

【0057】

さらに、引き出し領域５４ａにおいて、圧電膜１４ａの端面は平面視において下部電極１２ａの端面と略一致または下部電極１２ａの端面より内側に位置する。引き出し領域５４ｂにおいて、圧電膜１４ｂの端面は平面視において下部電極１２ｂの端面と略一致または下部電極１２ｂの端面より内側に位置する。これにより、引き出し領域５４ａおよび５４ｂ側の弾性波漏洩をより抑制できる。

【0058】

端面４０から４６が傾斜している場合、端面４０（または４４）の最も内側の位置が端面４２（または端面４６）の最も外側の位置より内側であればよい。端面４０（または端面４４）の最も内側の位置が端面４２（または端面４６）の最も外側の位置と製造誤差程度に一致していればよい。

【0059】

［実施例１の変形例３］
図１０は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０に示すように、圧電膜１４ａおよび１４ｂは各々下部圧電膜１４ｃと上部圧電膜１４ｄを有している。下部圧電膜１４ｃと上部圧電膜１４ｄとの間に挿入膜２８が挿入されている。挿入膜２８ａおよび２８ｂは共振領域５０ａおよび５０ｂの中央領域には設けられておらず、共振領域５０ａおよび５０ｂの外周領域の少なくとも一部に設けられている。挿入膜２８ａおよび２８ｂは例えば酸化シリコン膜である。

【0060】

挿入膜２８ａおよび２８ｂを設けることで、横モード弾性波が共振領域５０ａおよび５０ｂの外側に漏洩することをより抑制できる。弾性波の漏洩抑制のため、挿入膜２８ａおよび２８ｂの音響インピーダンスは圧電膜１４ａおよび１４ｂより小さいことが好ましい。圧電膜１４ａおよび１４ｂが窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜２８ａおよび２８ｂは、酸化シリコン膜以外に、Ａｌ膜、Ａｕ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｔａ膜またはＣｒ膜を用いることができる。挿入膜２８ａおよび２８ｂは、下部電極１２ａおよび１２ｂと圧電膜１４ａおよび１４ｂとの間、または、圧電膜１４ａおよび１４ｂと上部電極１６ａおよび１６ｂとの間に設けられていてもよい。

【0061】

引き出し領域５６ａおよび５６ｂにおいて、下部圧電膜１４ｃの端面が上部圧電膜１４ｄの端面より外側に位置している。これにより、横モード弾性波が共振領域５０ａおよび５０ｂの外側に漏洩することをより抑制できる。

【実施例2】

【0062】

実施例２は、空隙の構成を変えた例である。図１１（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（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１２ａおよび１２ｂは、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０ａおよび３０ｂが、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０ａおよび３０ｂは共振領域５０ａおよび５０ｂ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。空隙３０ａおよび３０ｂは、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。

【0063】

［実施例２の変形例１］
図１１（ｂ）は、実施例２の変形例１の弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）に示すように、共振領域５０ａおよび５０ｂの下部電極１２ａおよび１２ｂ下に音響反射膜３１ａおよび３１ｂが形成されている。音響反射膜３１ａおよび３１ｂは、音響インピーダンスの低い膜３１ｃと音響インピーダンスの高い膜３１ｄとが交互に設けられている。膜３１ｃおよび３１ｄ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３１ｃと膜３１ｄの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１ａおよび３１ｂは、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１ａおよび３１ｂの音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１ａおよび３１ｂ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。

【0064】

実施例１およびその変形例において、実施例２と同様に空隙３０ａおよび３０ｂを形成してもよく、実施例２の変形例１と同様に空隙３０ａおよび３０ｂの代わりに音響反射膜３１ａおよび３１ｂを形成してもよい。

【0065】

実施例１およびその変形例並びに実施例２のように、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、共振領域５０ａおよび５０ｂにおいて空隙３０ａおよび３０ｂが基板１０と下部電極１２ａおよび１２ｂ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２の変形例１のように、圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂは、共振領域５０ａおよび５０ｂにおいて下部電極１２ａおよび１２ｂ下に圧電膜１４ａおよび１４ｂを伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１ａおよび３１ｂを備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。音響反射層は、空隙３０ａおよび３０ｂまたは音響反射膜３１ａおよび３１ｂを含めばよい。

【0066】

実施例１から実施例２およびその変形例において、共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状として楕円形状を例に説明したが、四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。

【実施例3】

【0067】

実施例３は、実施例１、２およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１２（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図である。図１２（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも２つの共振器に実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂを用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

【0068】

フィルタは実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器１１ａおよび１１ｂを含む。これにより、共振器のＱ値が向上し、フィルタのスカート特性を向上できる。

【0069】

図１２（ｂ）は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１２（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４７が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４８が接続されている。送信フィルタ４７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共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４８は、共通端子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。送信フィルタ４７および受信フィルタ４８の少なくとも一方を実施例３のフィルタとすることができる。マルチプレクサの例としてデュプレクサについて説明したが、マルチプレクサは例えばトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0070】

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】

【0071】

１０ 基板
１１ａ、１１ｂ 圧電薄膜共振器
１２、１２ａ、１２ｂ 下部電極
１４、１４ａ、１４ｂ 圧電膜
１６、１６ａ、１６ｂ 上部電極
３０ａ、３０ｂ、３２ 空隙
３１ａ、３１ｂ 音響反射膜
４０、４２、４４、４６ 端面
４７ 送信フィルタ
４８ 受信フィルタ
５０ａ、５０ｂ 共振領域
５２ 中間領域
５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ 引き出し領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】