特開 2022-189419 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022189419

(43)【公開日】2022-12-22

(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 20060101AFI20221215BHJP

   H03H 9/70 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H9/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021097980

(22)【出願日】2021-06-11

(71)【出願人】

【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】浅田 稔

(72)【発明者】

【氏名】西澤 年雄

(72)【発明者】

【氏名】岡村 龍一

(72)【発明者】

【氏名】入枝 泰成

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕樹

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108BB08

5J108CC04

5J108CC11

5J108CC12

5J108EE03

5J108FF03

5J108GG03

5J108GG16

(57)【要約】      （修正有）

【課題】スプリアスを抑制することが可能な圧電薄膜共振器を提供する。
【解決手段】圧電薄膜共振器１００は、基板１０と、基板１０上に設けられる下部電極１２と、下部電極１２上に設けられる圧電膜１４と、上部電極１６と、挿入膜２８とを備える。上部電極１６は、圧電膜１４の少なくとも一部を挟んで下部電極１２と対向する共振領域５０を形成している。挿入膜２８は、共振領域５０に挿入され、共振領域５０の中央領域５４には設けられておらず、中央領域５４を囲むように共振領域５０の外周に沿って設けられ、共振領域５０内に内周２９を有し、共振領域５０における下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６との合計厚さをＨとした場合に、平面視して内周２９に平面方向の深さがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部５８と複数の凸部６０とが交互に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられる下部電極と、
前記下部電極上に設けられる圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで前記下部電極と対向する共振領域を形成する上部電極と、
前記共振領域に挿入され、前記共振領域の中央領域には設けられてなく、前記中央領域を囲むように前記共振領域の外周に沿って設けられ、前記共振領域内に内周を有し、前記共振領域における前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極との合計厚さをＨとした場合に、平面視して前記内周に平面方向の深さがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部と複数の凸部とが交互に設けられた挿入膜と、を備える圧電薄膜共振器。

【請求項2】

前記複数の凹部の深さは、３Ｈ／４以上かつ５Ｈ／４以下である、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項3】

前記複数の凹部の幅および前記複数の凸部の幅は、Ｈ／２以上かつ４Ｈ以下である、請求項１または２の記載の圧電薄膜共振器。

【請求項4】

前記挿入膜は、前記内周のうち前記共振領域の中心に対して対向する箇所各々に前記複数の凹部を構成する２以上の凹部と前記複数の凸部を構成する２以上の凸部とが交互に設けられている、請求項３に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項5】

前記挿入膜は、前記内周の略全周に前記複数の凹部と前記複数の凸部が交互に設けられている、請求項３に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項6】

前記共振領域は、平面視して円形状、楕円形状、またはオーバル形状である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項7】

前記複数の凹部のうち前記共振領域の外周の曲線部分に対応した位置にある凹部の底面は、前記共振領域の外周に沿った曲面である、請求項６に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項8】

前記複数の凹部の底面は、略平坦面である、請求項６に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項9】

前記共振領域において、前記基板と前記下部電極の間に空隙が形成されている、または、前記下部電極の前記圧電膜とは反対側に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を備えるフィルタ。

【請求項11】

請求項１０に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【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】

携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびマルチプレクサとして、圧電薄膜共振器が用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟んで下部電極と上部電極が設けられた構造を有し、圧電膜の少なくとも一部を挟んで下部電極と上部電極が対向する共振領域は弾性波が共振する領域である。Ｑ値を向上させかつスプリアスを抑制するために、共振領域の外周領域における圧電膜中に挿入膜を挿入しかつ挿入膜の内周に切欠きを設け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２０１５－９５７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のように、楕円形状をした共振領域の短軸近傍にのみ切欠きを設けた構造では、スプリアスを抑制する点において改善の余地が残されている。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スプリアス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る下部電極と、前記下部電極上に設けられる圧電膜と、前記圧電膜上に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで前記下部電極と対向する共振領域を形成する上部電極と、前記共振領域に挿入され、前記共振領域の中央領域には設けられてなく、前記中央領域を囲むように前記共振領域の外周に沿って設けられ、前記共振領域内に内周を有し、前記共振領域における前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極との合計厚さをＨとした場合に、平面視して前記内周に平面方向の深さがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部と複数の凸部とが交互に設けられた挿入膜と、を備える圧電薄膜共振器である。

【0007】

上記構成において、前記複数の凹部の深さは、３Ｈ／４以上かつ５Ｈ／４以下である構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記複数の凹部の幅および前記複数の凸部の幅は、Ｈ／２以上かつ４Ｈ以下である構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記挿入膜は、前記内周のうち前記共振領域の中心に対して対向する箇所各々に前記複数の凹部を構成する２以上の凹部と前記複数の凸部を構成する２以上の凸部とが交互に設けられている構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記挿入膜は、前記内周の略全周に前記複数の凹部と前記複数の凸部が交互に設けられている構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記共振領域は、平面視して円形状、楕円形状、またはオーバル形状である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記複数の凹部のうち前記共振領域の外周の曲線部分に対応した位置にある凹部の底面は、前記共振領域の外周に沿った曲面である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記複数の凹部の底面は、略平坦面である構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記共振領域において、前記基板と前記下部電極の間に空隙が形成されている、または、前記下部電極の前記圧電膜とは反対側に前記圧電膜を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備える構成とすることができる。

【0015】

本発明は、上記に記載の圧電薄膜共振器を備えるフィルタである。

【0016】

本発明は、上記に記載のフィルタを備えるマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【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）は、実施例１における挿入膜の共振領域近傍の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２は、実施例１における挿入膜の内周近傍を拡大した平面図である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｄ）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4】図４（ａ）は、比較例に係る圧電薄膜共振器の平面図、図４（ｂ）は、比較例における挿入膜の共振領域近傍の平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図5】図５は、実施例１および比較例に係る圧電薄膜共振器の周波数に対する減衰量を示す実験結果である。

【図6】図６は、楕円形状をした共振領域の光観測測定ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）画像の模式図である。

【図7】図７（ａ）から図７（ｃ）は、挿入膜の他の例を示す平面図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、共振領域の他の例を示す平面図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、挿入膜の内周に設けられる凹部の例を示す平面図である。

【図10】図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図１０（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図11】図１１は、実施例２に係るフィルタの回路図である。

【図12】図１２は、実施例３に係るデュプレクサのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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0020】

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００の平面図、図１（ｂ）は、実施例１における挿入膜２８の共振領域５０近傍の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ａ）では主に基板１０、下部電極１２、および上部電極１６を図示している。図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００は、基板１０と、下部電極１２と、圧電膜１４と、上部電極１６と、付加膜２４と、挿入膜２８と、を備える。基板１０は、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。基板１０の上面に形成された窪みによって、基板１０と下部電極１２との間に空隙３０が形成されている。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。基板１０は、例えばシリコン基板であり、厚さが１００μｍ～１０００μｍである。下部電極１２は、下層１２ａと上層１２ｂを含み、厚さが３０ｎｍ～４００ｎｍである。下層１２ａは例えばクロム（Ｃｒ）膜であり、上層１２ｂは例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。

【0021】

下部電極１２上に圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム膜であり、厚さが８００ｎｍ～１５００ｎｍである。圧電膜１４は、下部電極１２上に設けられた下部圧電膜１４ａと、下部圧電膜１４ａ上に設けられた上部圧電膜１４ｂと、を備える。主成分とするとは、アルミニウム原子と窒素原子の合計が５０原子％以上である場合でもよいし、８０原子％以上である場合でもよいし、９０原子％以上である場合でもよい。

【0022】

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、圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域を有するように圧電膜１４上に設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域が共振領域５０である。共振領域５０は、例えば平面視にて楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。平面視において、空隙３０の大きさは共振領域５０と同じかまたは共振領域５０より大きい。共振領域５０は、平面視において、四角形または五角形等の多角形状を有していてもよい。上部電極１６は、下層１６ａと上層１６ｂを含み、厚さが３０ｎｍ～４００ｎｍである。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ膜である。

【0023】

上部電極１６上に共振領域５０の少なくとも一部を覆って付加膜２４が設けられている。付加膜２４は、例えば酸化シリコン膜であり、周波数を調整する役割を担っていてもよい。付加膜２４は保護膜として機能してもよい。共振領域５０における下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６の合計厚さをＨとする。共振領域５０で共振される厚み縦振動モードの弾性波の波長λは、付加膜２４により微調整されるが、概ね下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６との合計厚さＨの２倍（２Ｈ）である。

【0024】

下部電極１２に孔部３５が設けられている。孔部３５は、下部電極１２下の導入路３３を介し空隙３０に通じている。孔部３５および導入路３３は、空隙３０を形成するときに用いる犠牲層をエッチングするときに、犠牲層にエッチング液を導入するためのものである。

【0025】

下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、圧電膜１４の膜厚方向のほぼ中央に設けられていることが好ましい。挿入膜２８は、共振領域５０内の外周領域５２に設けられ、中央領域５４には設けられていない。外周領域５２は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の外周を含み外周に沿った領域である。外周領域５２は、例えば帯状およびリング状である。中央領域５４は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の中央を含む領域である。中央領域５４は幾何学的な中心でなくてもよい。したがって、挿入膜２８は、中央領域５４には設けられてなく、中央領域５４を囲むように共振領域５０の外周に沿って設けられている。挿入膜２８は、共振領域５０内に内周２９を有する。挿入膜２８の内周２９は、概ね共振領域５０の外周に沿っていて、例えば平面視にて概ね楕円形状をしている。挿入膜２８は、例えば外周領域５２に加えて共振領域５０を囲む領域５６まで連続して設けられているが、共振領域５０内にのみ設けられている場合でもよい。挿入膜２８は、例えば酸化シリコン膜である。挿入膜２８は、弾性波のエネルギーが共振領域５０から外に漏洩することを抑制するために設けられている。

【0026】

挿入膜２８は、圧電膜１４中に挿入されている場合に限られず、共振領域５０に挿入されていればよい。例えば、挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４の間または圧電膜１４と上部電極１６との間のように下部電極１２と上部電極１６との間に挿入されていてもよいし、下部電極１２の下方または上部電極１６の上方に設けられていてもよい。

【0027】

共振領域５０から下部電極１２が引き出される領域では、共振領域５０の外周より上部圧電膜１４ｂの外周が外側に位置し、上部圧電膜１４ｂの外周より下部圧電膜１４ａの外周が外側に位置する。挿入膜２８の外周は下部圧電膜１４ａの外周に略一致する。これにより、圧電膜１４には段差が形成される。

【0028】

挿入膜２８には、内周２９に複数の凹部５８と複数の凸部６０が交互に繰り返し設けられている。複数の凹部５８の深さおよび幅は例えば略一定であり、複数の凸部６０の高さおよび幅は例えば略一定である。挿入膜２８の内周２９には、略全周にわたって、このような略一定の幅の凹部５８と略一定の幅の凸部６０が交互に繰り返し設けられている。凹部５８の底面は、共振領域５０内の外周領域５２に位置していてもよいし、共振領域５０の外周と概ね一致していてもよいし、共振領域５０を囲む領域５６に位置していてもよい。

【0029】

図２は、実施例１における挿入膜２８の内周２９近傍を拡大した平面図である。図２に示すように、挿入膜２８の内周２９に設けられた凹部５８と凸部６０は、例えば平面視して略矩形状をしている。凹部５８の深さＬは、Ｈ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい。言い換えると、凹部５８の深さＬは、λ／４より大きくかつ３λ／４より小さい。凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、例えばＨ／２以上かつ４Ｈ以下、言い換えるとλ／４以上かつ２λ以下である。例えば、凹部５８の幅Ｗ１と凸部６０の幅Ｗ２は略同じ大きさである。略同じとは、幅Ｗ１と幅Ｗ２の差が５％以下の場合である。凹部５８の深さＬは、凹部５８の底面が湾曲している場合等では、最も深い部分の深さを深さＬとする。凹部５８の幅Ｗ１は、凹部５８の２つの側面が互いに傾いている場合等では、最も共振領域５０の中心側における幅を幅Ｗ１とする。同様に、凸部６０の幅Ｗ２は、凸部６０の２つの側面が互いに傾いている場合等では、最も共振領域５０の中心側における幅を幅Ｗ２とする。共振領域５０の中心とは、例えば共振領域５０の重心である。

【0030】

基板１０としては、シリコン基板以外に、例えばサファイア基板、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、またはガリウム砒素基板等の絶縁基板または半導体基板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、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、またはイリジウム（Ｉｒ）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。

【0031】

圧電膜１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外にも、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、またはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）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成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のために他の元素を含んでもよい。添加元素として、例えばスカンジウム（Ｓｃ）、２族元素と４族元素の２つの元素、または２族元素と５族元素の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、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、または亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は、例えばタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、またはバナジウム（Ｖ）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、フッ素（Ｆ）またはホウ素（Ｂ）を含んでもよい。

【0032】

挿入膜２８は、圧電膜１４よりヤング率および／または音響インピーダンスが小さい材料により形成されることが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。挿入膜２８は、酸化シリコン以外に、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、またはクロム（Ｃｒ）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。挿入膜２８として金属膜を用いることにより、実効的電気機械結合係数を向上できる。付加膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも、例えば窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜等を用いることができる。

【0033】

［製造方法］
図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、基板１０の上面に例えばエッチング法により凹部を形成した後、凹部内に犠牲層３８を埋め込む。凹部の深さは例えば１０ｎｍ～１００ｎｍである。犠牲層３８は、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｇｅ、またはＳｉＯ_２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。次いで、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２として下層１２ａおよび上層１２ｂ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（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。下部電極１２はリフトオフ法により形成してもよい。

【0034】

図３（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８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。挿入膜２８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。挿入膜２８はリフトオフ法により形成してもよい。挿入膜２８には内周２９に凹部５８および凸部６０（図３（ｂ）では不図示）が形成される。

【0035】

図３（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａ上に、上部圧電膜１４ｂ並びに上部電極１６の下層１６ａおよび上層１６ｂ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。下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂから圧電膜１４が形成される。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、リフトオフ法により形成してもよい。圧電膜１４上に、付加膜２４を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法を用い成膜する。付加膜２４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。その後、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。

【0036】

図３（ｄ）に示すように、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ほとんど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がほぼエッチングされない媒体であることが好ましい。犠牲層３８が除去されることで、下部電極１２と基板１０の間に空隙３０が形成される。以上により、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００が形成される。

【0037】

［比較例］
図４（ａ）は、比較例に係る圧電薄膜共振器５００の平面図、図４（ｂ）は、比較例における挿入膜２８の共振領域５０近傍の平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、比較例に係る圧電薄膜共振器５００では、挿入膜２８の内周２９に、共振領域５０の短軸近傍に位置して凹部５８が１つ設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0038】

［実験］
実施例１および比較例の圧電薄膜共振器のスプリアスを評価する実験を行った。実験条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
下部圧電膜１４ａ、上部圧電膜１４ｂ：厚さ１１５２ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜
下部電極１２の下層１２ａ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
下部電極１２の上層１２ｂ：厚さ２０５ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の下層１６ａ：厚さ２０５ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の上層１６ｂ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
付加膜２４：厚さ７０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
挿入膜２８：厚さ１２２ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
弾性波の波長λ：２４００ｎｍ
凹部５８の深さＬ：λ／２
凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２：λ／２
共振領域５０：短軸長１２２μｍ、長軸長１４６μｍの楕円形状

【0039】

図５は、実施例１および比較例に係る圧電薄膜共振器の周波数に対する減衰量を示す実験結果である。実施例１に係る圧電薄膜共振器１００の共振周波数は２０２１ＭＨｚであり、比較例に係る圧電薄膜共振器５００の共振周波数は２０１８ＭＨｚである。図５に示すように、実施例１に係る圧電薄膜共振器１００は、比較例に係る圧電薄膜共振器５００に比べて、スプリアスが抑制され、減衰量が改善された結果であった。

【0040】

実施例１においてスプリアスが抑制されたメカニズムを考察する。図６は、楕円形状をした共振領域５０の光観測測定ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）画像の模式図である。図６における圧電薄膜共振器では、挿入膜２８の内周２９の側面は平坦面となっていて、凹部は形成されていない。図６では、共振領域５０内を伝搬する横モードの弾性波に起因する定在波が主に表されていて、主モードである厚み縦振動モードの弾性波はほとんど表されていない。図６では、定在波が発生している領域をハッチングで図示し、そのうち定在波が互いに強め合って振幅が大きくなった大振幅領域２７を細かいハッチングで図示している。なお、大振幅領域２７は、共振領域５０内に複数存在していると思われるが、光観測測定の測定精度から、大振幅領域２７の一部のみが図示されている。

【0041】

図６に示すように、共振領域５０内の外周領域であって、挿入膜２８の内周２９近傍の領域は、大振幅領域２７となっている。また、楕円形状をした共振領域５０の中央領域において長軸近傍および短軸近傍に位置する４つの領域も大振幅領域２７となっている。大振幅領域２７が挿入膜２８の内周２９の全体にわたって存在していることから、共振領域５０内には様々な方向の定在波が存在していると考えられる。

【0042】

ここで、発明者は、共振領域５０で共振する主モードの厚み縦振動モードの弾性波の波長と共振領域５０を伝搬する横モードの弾性波の波長とは概ね同じ大きさであり、かつ、横モードの弾性波に起因した定在波の波長も厚み縦振動モードの弾性波の波長と概ね同じであると想定した。そこで、上記実験において、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波が互いに打ち消し合うように、挿入膜２８の内周２９に深さＬがλ／２の凹部５８を設けた。

【0043】

比較例では、挿入膜２８の内周２９に凹部が設けられていない圧電薄膜共振器と比べて、スプリアスに大きな違いはなかった。これは、挿入膜２８の内周２９に深さλ／２の凹部５８を１つ設けただけでは、挿入膜２８の内周で反射する定在波の打ち消し合いがあまり起こらなかったためと考えられる。そこで、実施例１では、挿入膜２８の内周２９の全周にわたって深さλ／２の凹部５８を設けた。これにより、様々な方向の定在波が互いに打ち消し合うようになり、その結果、実施例１では、比較例に比べて、スプリアスが抑制されて減衰量が改善された結果が得られたと考えられる。

【0044】

上記実験では、凹部５８の深さＬをλ／２とした。挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に打ち消し合わせて弱めるためには、凹部５８の深さＬはλ／２の場合が好ましいが、凹部５８の深さＬをλ／４より大きくかつ３λ／４より小さくした場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。上述したように、共振領域５０で共振する厚み縦振動モードの弾性波の波長λは、概ね下部電極１２と圧電膜１４と上部電極１６との合計厚さＨの２倍（２Ｈ）である。したがって、凹部５８の深さＬをＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さくした場合に、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。

【0045】

以上のように、実施例１によれば、挿入膜２８は、平面視して内周２９に平面方向の深さＬがＨ／２より大きくかつ３Ｈ／２より小さい複数の凹部５８と、複数の凸部６０と、が交互に設けられている。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせて弱めることができ、その結果、スプリアスを抑制することができる。挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を弱める観点から、凹部５８の深さＬは、３Ｈ／４以上かつ５Ｈ／４以下が好ましく、４Ｈ／５以上かつ６Ｈ／５以下がより好ましく、Ｈが更に好ましい。

【0046】

また、実施例１では、凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、Ｈ／２以上かつ４Ｈ以下である。凹部５８の幅Ｗ１が狭くかつ凸部６０の幅Ｗ２が広い場合、または、凹部５８の幅Ｗ１が広くかつ凸部６０の幅Ｗ２が狭い場合、挿入膜２８の内周２９のうち凹部５８で反射する定在波と凸部６０で反射する定在波の割合が大きく異なってしまう。このため、定在波を弱める効果が小さくなる。凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２をＨ／２以上かつ４Ｈ以下とすることで、凹部５８で反射する定在波と凸部６０で反射する定在波との割合が大きく異なることを抑制でき、定在波を効果的に弱めることができる。定在波を弱める観点から、凹部５８の幅Ｗ１および凸部６０の幅Ｗ２は、Ｈ以上かつ３Ｈ以下が好ましく、３Ｈ／２以上かつ５Ｈ／２以下がより好ましい。

【0047】

また、実施例１では、挿入膜２８は、内周２９の略全周にわたって複数の凹部５８と複数の凸部６０とが交互に設けられている。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。内周２９の略全周とは、内周２９の９０％以上の場合であるが、９５％以上の場合でもよい。内周２９の全てに凹部５８と凸部６０が交互に設けられていることが好ましい。

【0048】

図７（ａ）から図７（ｃ）は、挿入膜２８の他の例を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち楕円形状をした共振領域５０の中心に対して対向した長軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられ、短軸近傍では凹部５８が設けられていない場合でもよい。図７（ｂ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向した短軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられ、長軸近傍では凹部５８が設けられていない場合でもよい。図７（ｃ）に示すように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向した長軸近傍と短軸近傍それぞれで２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられて、それらの間では凹部５８が設けられていない場合でもよい。これらのように、挿入膜２８は、近接して隣接した凹部５８の間の凸部６０よりも広い幅の平面が内周２９に存在していてもよい。対向する長軸近傍各々および／または対向する短軸近傍各々の凹部５８の個数は、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。

【0049】

図７（ａ）から図７（ｃ）のように、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の中心に対して対向する箇所各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられている場合が好ましい。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。共振領域５０の略短軸方向に伝搬する横モードの弾性波は減衰され難いことから、挿入膜２８は、内周２９のうち共振領域５０の短軸近傍各々に２以上の凹部５８と２以上の凸部６０とが交互に設けられている場合が好ましい。凹部５８および凸部６０による凹凸は、挿入膜２８の内周２９の５０％以上に形成されている場合が好ましく、７０％以上に形成されている場合がより好ましく、８０％以上に形成されている場合が更に好ましい。

【0050】

また、実施例１では、凹部５８は平面視して略矩形状である。これにより、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。略矩形状とは、側面および底面に湾曲を有する場合や角部が丸みを帯びている場合を許容するものである。なお、凹部５８は、平面視して略三角形状をしている場合でもよい。

【0051】

また、実施例１では、共振領域５０は平面視して楕円形状である場合を例に示したが、この場合に限られない。図８（ａ）および図８（ｂ）は、共振領域５０の他の例を示す平面図である。図８（ａ）に示すように、共振領域５０は平面視して円形状である場合でもよい。この場合、挿入膜２８の内周２９は共振領域５０の外周に沿って概ね円形となる。図８（ｂ）に示すように、共振領域５０は平面視してオーバル形状である場合でもよい。この場合、挿入膜２８の内周２９は共振領域５０の外周に沿って概ねオーバル形となる。このような場合でも、図６の場合と同様に、大振幅領域２７が挿入膜２８の内周２９の全体にわたって存在し、共振領域５０内には様々な方向の定在波が存在するため、挿入膜２８の内周２９に複数の凹部５８と複数の凸部６０を交互に繰り返し設けることが好ましい。

【0052】

図９（ａ）および図９（ｂ）は、挿入膜２８の内周２９に設けられる凹部５８の例を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、複数の凹部５８のうち共振領域５０の外周の曲線部分に対応した位置にある凹部５８の底面は、共振領域５０の外周に沿った曲面となっていてもよい。言い換えると、凹部５８の底面と共振領域５０の外周との間の距離が略一定となっている場合でもよい。略一定とは製造誤差程度の差を許容するものである。図９（ｂ）に示すように、共振領域５０の外周の曲線部分に対応した凹部５８を含む複数の凹部５８の底面は略平坦面となっていてもよい。略平坦面とは、製造誤差程度に湾曲している場合を許容するものである。図９（ａ）、図９（ｂ）のいずれの場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を効果的に弱めることができる。

【0053】

複数の凹部５８の深さＬは、略同じであってもよいが、少なくとも２つ以上の凹部５８で互いに異なっていてもよい。少なくとも２つ以上の凹部５８の深さＬが異なっている場合でも、挿入膜２８の内周２９で反射する定在波を打ち消し合わせることができる。

【0054】

［変形例］
図１０（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器１１０の断面図である。図１０（ａ）に示すように、圧電薄膜共振器１１０では、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。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0055】

図１０（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器１２０の断面図である。図１０（ｂ）に示すように、圧電薄膜共振器１２０では、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である。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１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３１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３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が１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と同じであるため説明を省略する。

【0056】

実施例１およびその変形例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。実施例１の変形例２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。

【実施例0057】

図１１は、実施例２に係るフィルタ２００の回路図である。図１１に示すように、フィルタ２００は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔ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Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、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は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路とグランド端子との間に接続されている。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Ｐ３の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例１、２に係る圧電薄膜共振器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は適宜設定できる。