特開 2024-247 弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ

(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】P2024000247

(43)【公開日】2024-01-05

(54)【発明の名称】弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20231225BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20231225BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H9/54 Z

H03H3/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098931

(22)【出願日】2022-06-20

(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

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108BB01

5J108BB07

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD02

5J108DD06

5J108EE03

5J108FF03

5J108FF05

5J108KK01

5J108KK02

5J108MM11

5J108MM14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】製造工程を削減する弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】圧電薄膜共振器は、基板１０と、基板上に設けられた上部電極１６と、基板と上部電極との間に設けられた圧電膜１４と、圧電膜を挟み上部電極と重なる共振領域５０を形成し、第１元素を主成分とする第１導電膜１２ａと、第２元素を主成分とし、第１導電膜と圧電膜との間に設けられた第２導電膜１２ｂと、第１導電膜と第２導電膜との間に設けられた中間膜１３と、を備える。中間膜１は、共振領域の中央を含む第１領域５４に設けられ、第１領域の外周を囲み共振領域の外周を含む第２領域５６に設けられておらず、第２領域における第１導電膜内の第２元素の濃度が、第１領域における第１導電膜内の第２元素の濃度より高い及び／又は第２領域における第２導電膜内の第１元素の濃度が第１領域における第２導電膜内の第１元素の濃度より高い下部電極とを、備える。
【選択図】図２

【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上部電極と、
前記基板と前記上部電極との間に設けられた圧電膜と、
前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記上部電極と重なる領域により定義される共振領域を形成し、
第１元素を主成分とする第１導電膜と、
前記第１元素と異なる第２元素を主成分とし、前記第１導電膜と前記圧電膜との間に設けられた第２導電膜と、
前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に設けられた中間膜と、
を備え、
前記中間膜は、前記共振領域の中央を含む第１領域に設けられ、前記第１領域の外周の少なくとも一部を囲み前記共振領域の外周の少なくとも一部を含む第２領域に設けられておらず、
前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度は前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度より高い、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度は前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度より高い、下部電極と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記第２領域において前記第１導電膜と前記第２導電膜とは接触する請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記下部電極は、前記第２導電膜と前記圧電膜との間に設けられ、前記第２元素と異なる第３元素を主成分とする第３導電膜を備える請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記第３導電膜の音響インピーダンスは前記第２導電膜の音響インピーダンスより高い請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記第２領域における前記圧電膜の上面の表面粗さは前記第１領域における前記圧電膜の上面の表面粗さより大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第２領域における前記圧電膜の結晶方位の配向性は前記第１領域における前記圧電膜の結晶方位の配向性より低い請求項１から４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導電膜の主成分の前記第１元素の抵抗率は、前記第２導電膜の主成分の前記第２元素の抵抗率より低い請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度は前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度の２倍以上である、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度は前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度の２倍以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記中間膜の厚さは、前記第１導電膜の厚さおよび前記第２導電膜の厚さのいずれよりも小さい請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

前記第１元素はアルミニウムであり、前記第２元素はクロムであり、前記中間膜の主成分はチタンまたは窒化チタンである請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項11】

請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。

【請求項12】

請求項１１に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【請求項13】

基板上に、第１元素を主成分とする第１導電膜と、前記第１元素と異なる第２元素を主成分とし、前記第１導電膜上に設けられた第２導電膜と、前記第１導電膜と前記第２導電膜との間において、共振領域の中央を含む第１領域に設けられ、前記第１領域の外周の少なくとも一部を囲み共振領域の外周の少なくとも一部を含む第２領域に設けられていない中間膜と、を備える下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を熱処理することで、前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度を前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度より高くする、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度を前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度より高くする工程と、
前記下部電極上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟み上部電極と前記下部電極とが重なる領域により定義される前記共振領域が形成されるように、前記圧電膜上に前記上部電極を形成する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びに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に圧電薄膜共振器を有するフィルタやマルチプレクサが用いられている。圧電薄膜共振器は、下部電極、圧電膜および上部電極が積層された積層膜を有している。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弾性波が励振される共振領域である。共振領域内の外周領域における圧電膜内に挿入膜を設け、共振領域の中央領域には挿入膜を設けないことが知られている（例えば特許文献１、２）。上面の表面粗さが大きい下地層上に圧電膜を設けることで、圧電膜の結晶性が低下することが知られている（例えば特許文献３～５）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１６１００１号公報

【特許文献2】特開２０１７－１５８１６１号公報

【特許文献3】特開２００５－９４７３５号公報

【特許文献4】特開２０１５－１１９２４９号公報

【特許文献5】特開２０１３－３４１３０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１および２では、Ｑ値等の特性を向上させることができる。しかしながら、下部圧電膜を成膜後、下部圧電膜上に挿入膜を形成し、挿入膜をパターニングし、下部圧電膜および挿入膜上に上部圧電膜を形成する。このため、製造工数が増大する。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造工程を削減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上部電極と、前記基板と前記上部電極との間に設けられた圧電膜と、前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記上部電極と重なる領域により定義される共振領域を形成し、第１元素を主成分とする第１導電膜と、前記第１元素と異なる第２元素を主成分とし、前記第１導電膜と前記圧電膜との間に設けられた第２導電膜と、前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に設けられた中間膜と、を備え、前記中間膜は、前記共振領域の中央を含む第１領域に設けられ、前記第１領域の外周の少なくとも一部を囲み前記共振領域の外周の少なくとも一部を含む第２領域に設けられておらず、前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度は前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度より高い、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度は前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度より高い、下部電極と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記第２領域において前記第１導電膜と前記第２導電膜とは接触する構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記下部電極は、前記第２導電膜と前記圧電膜との間に設けられ、前記第２元素と異なる第３元素を主成分とする第３導電膜を備える構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第３導電膜の音響インピーダンスは前記第２導電膜の音響インピーダンスより高い構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第２領域における前記圧電膜の上面の表面粗さは前記第１領域における前記圧電膜の上面の表面粗さより大きい構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記第２領域における前記圧電膜の結晶方位の配向性は前記第１領域における前記圧電膜の結晶方位の配向性より低い構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記第１導電膜の主成分の前記第１元素の抵抗率は、前記第２導電膜の主成分の前記第２元素の抵抗率より低い構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度は前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度の２倍以上である、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度は前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度の２倍以上である構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記中間膜の厚さは、前記第１導電膜の厚さおよび前記第２導電膜の厚さのいずれよりも小さい構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記第１元素はアルミニウムであり、前記第２元素はクロムであり、前記中間膜の主成分はチタンまたは窒化チタンである構成とすることができる。

【0016】

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。

【0017】

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

【0018】

本発明は、基板上に、第１元素を主成分とする第１導電膜と、前記第１元素と異なる第２元素を主成分とし、前記第１導電膜上に設けられた第２導電膜と、前記第１導電膜と前記第２導電膜との間において、共振領域の中央を含む第１領域に設けられ、前記第１領域の外周の少なくとも一部を囲み共振領域の外周の少なくとも一部を含む第２領域に設けられていない中間膜と、を備える下部電極を形成する工程と、前記下部電極を熱処理することで、前記第２領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度を前記第１領域における前記第１導電膜内の前記第２元素の濃度より高くする、および／または、前記第２領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度を前記第１領域における前記第２導電膜内の前記第１元素の濃度より高くする工程と、前記下部電極上に圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み上部電極と前記下部電極とが重なる領域により定義される前記共振領域が形成されるように、前記圧電膜上に前記上部電極を形成する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、製造工程を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【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）および図４（ｂ）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5】図５（ａ）および図５（ｂ）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6】図６は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図7】図７は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図8】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実験におけるそれぞれサンプルＡ～Ｃの断面図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、サンプルＢにおけるＥＤＸスペクトルを示す図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、サンプルＣにおけるＥＤＸスペクトルを示す図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例１の変形例２および３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図12】図１２は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図13】図１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１３（ｂ）は、実施例２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】

【0021】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0022】

実施例１は、弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器の例である。図１は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。理解しやすいように、図２では図１と各部材の寸法を変えている。基板１０の法線方向をＺ軸、共振領域５０から下部電極１２が引き出される方向をＸ方向、基板１０の平面方向のうちＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0023】

図１および図２に示すように、基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の上面には凹部が設けられ、凹部内に空隙３０が設けられている。基板１０および空隙３０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２は、導電膜１２ａ、１２ｂおよび中間膜１３を備えている。導電膜１２ａは基板１０上に設けられ、導電膜１２ｂは導電膜１２ａ上に設けられている。中間膜１３は導電膜１２ａと１２ｂとの間に設けられている。下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。

【0024】

共振領域５０は、圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる領域により定義される。共振領域５０内の下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６は積層膜１８を形成する。共振領域５０における積層膜１８には、厚み縦振動モードまたは厚みすべり振動等の弾性波が共振する。平面視において空隙３０は共振領域５０を含む。平面視において、空隙３０の大きさは共振領域５０と同じまたは共振領域５０より大きい。共振領域５０の平面形状は例えば楕円形状である。

【0025】

中間膜１３は、第１領域５４に設けられ、第２領域５２に設けられていない。第１領域５４は共振領域５０の中央を含む領域である。第２領域５２は、第１領域５４の外周の少なくとも一部を囲みかつ共振領域５０の外周の少なくとも一部を含む領域である。図１のように、第２領域５２は、第１領域５４の外周を全て囲んでもよいが、第１領域５４の外周の一部を囲み、第１領域５４の外周の他の部分を囲まなくてもよい。第２領域５２は、共振領域５０の外周を全て含んでもよいが、共振領域５０の外周の一部を含み、共振領域５０の外周の他の部分を含まなくてもよい。

【0026】

下部電極１２上に圧電膜１４が設けられた領域のうち第１領域５４以外の領域は領域５５である。下部電極１２が設けられておらず圧電膜１４が設けられた領域は領域５６である。第２領域５２は領域５５に含まれる。第１領域５４および領域５６における圧電膜１４の部分１５ａは結晶性がよい。一方、第２領域５２を含む領域５５における圧電膜１４の部分１５ｂの結晶性は、部分１５ａの結晶性より悪い。また、部分１５ｂの上面の表面粗さは部分１５ａの上面の表面粗さより大きい。また、第１領域５４では、導電膜１２ｂの主成分の元素は導電膜１２ａにほとんど拡散しておらず、導電膜１２ａの主成分の元素は導電膜１２ｂにほとんど拡散していない。第２領域５２では、導電膜１２ｂの主成分の元素が導電膜１２ａに拡散している、および／または、導電膜１２ａの主成分の元素が導電膜１２ｂに拡散している。

【0027】

基板１０は、例えばシリコン基板、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基板等の絶縁基板または半導体基板である。導電膜１２ａ、１２ｂおよび上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）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）等を主成分とする単層膜またはこれらの積層膜である。特に、導電膜１２ａは銅、アルミニウムまたは銀のように抵抗率の低い元素を主成分とする。導電膜１２ｂは、ルテニウム、クロム、タングステンまたはタンタルのように音響インピーダンスの高い元素を主成分とする。中間膜１３は、導電膜１２ａと１２ｂとの間の元素の拡散を抑制するための拡散防止膜であり、例えばチタンまたは窒化チタンを主成分とする。中間膜１３の主成分は、導電膜１２ａと１２ｂの主成分を考慮し適宜選択される。

【0028】

圧電膜１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコニウム（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）タンタル酸リチウム（ＴａＬｉＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＮｂＬｉＯ_３）または水晶である。圧電膜１４は多結晶でもよく単結晶でもよい。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、スカンジウム（Ｓｃ）、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、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、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、ボロン（Ｂ）を含んでもよい。

【0029】

［実施例１の製造方法］
図３（ａ）から図５（ｂ）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３（ａ）に示すように、基板１０の上面に凹部を形成する。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）法を用い成膜する。犠牲層３８は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等である。その後、凹部以外の犠牲層３８を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い除去することで、凹部内に犠牲層３８を埋め込む。

【0030】

図３（ｂ）に示すように、犠牲層３８および基板１０上に導電膜１２ａおよび中間膜１３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。図３（ｃ）に示すように、中間膜１３を、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。中間膜１３は、リフトオフ法により形成してもよい。これにより、第１領域５４に中間膜１３が形成される。図３（ｄ）に示すように、導電膜１２ｂを導電膜１２ａおよび中間膜１３上に例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤを用い成膜する。

【0031】

図４（ａ）に示すように、導電膜１２ａおよび１２ｂを、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、導電膜１２ａ、１２ｂおよび中間膜１３により下部電極１２が形成される。

【0032】

図４（ｂ）に示すように、基板１０および下部電極１２上に例えばスパッタリング法を用い圧電膜１４を形成する。このとき、スパッタリング工程は基板１０を加熱して実行される。圧電膜１４を形成する前に、下部電極１２を加熱してもよい。下部電極１２が加熱されると、領域５５において、導電膜１２ａ内の第１元素が導電膜１２ｂに拡散する、および／または、導電膜１２ｂ内の第２元素が導電膜１２ａに拡散する。導電膜１２ａがアルミニウム膜であり、導電膜１２ｂがクロム膜の場合、基板１０を例えば３００℃以上、好ましくは４００℃以上に加熱する。

【0033】

第１領域５４では、導電膜１２ａと１２ｂとの間に中間膜１３が設けられているため、導電膜１２ａと１２ｂとの間の元素の拡散は抑制される。領域５５における圧電膜１４の結晶性は第１領域５４および領域５６における圧電膜１４の結晶性より悪くなる。領域５５における圧電膜１４の結晶性が悪くなる理由は、例えば以下のように考えられる。導電膜１２ａと１２ｂとの間を元素が拡散すると、導電膜１２ｂの上面が粗くなると考えられる。これにより、領域５５における下部電極１２の上面は、第１領域５４における下部電極１２の上面より粗くなる。特許文献３～５に記載されているように、表面の粗い下地層上に圧電膜を成膜すると、圧電膜の結晶性が低下する。

【0034】

図５（ａ）に示すように、上部電極１６を圧電膜１４上に例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤを用い成膜する。上部電極１６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。上部電極１６はリフトオフ方法を用い形成してもよい。これにより、共振領域５０が形成される。共振領域５０における領域５５は、第２領域５２となる。

【0035】

図５（ｂ）に示すように、圧電膜１４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、共振領域５０に下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を有する積層膜１８が形成される。その後、エッチングする媒体（エッチング液）を用い犠牲層３８を除去する。以上により、図２に示した圧電薄膜共振器が製造される。

【0036】

図６は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図６に示すように、比較例１では、圧電膜１４は、基板１０および下部電極１２上に設けられた圧電膜１４ａと圧電膜１４ａ上に設けられた圧電膜１４ｂとを備えている。圧電膜１４ａと１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、第２領域５２に設けられ、第１領域５４には設けられていない。下部電極１２には、実施例１のように互いに元素が拡散しやすい導電膜１２ａおよび１２ｂは設けられていない。このため、圧電膜１４ａは結晶性のよい部分１５ａである。挿入膜２８の上面は粗くなっているため挿入膜２８上の圧電膜１４ｂの部分１５ｂの結晶性は悪くなる。挿入膜２８が設けられていない圧電膜１４ａ上の圧電膜１４ｂは結晶性のよい部分１５ａである。

【0037】

第２領域５２では、第１領域５４に比べ挿入膜２８が設けられている。これにより、第１領域５４における積層膜１８に比べ、第２領域５２における積層膜１８には、挿入膜２８分の質量が付加される。また、結晶性の悪い部分１５ｂにおけるバルクの音速は結晶性のよい部分１５ａのバルクの音速と異なる。例えば、部分１５ｂにおけるバルクの音速は部分１５ａのバルクの音速より遅い。これらにより、第２領域５２における積層膜１８内を伝搬する弾性波の音速は、第１領域５４における積層膜１８内を伝搬する弾性波の音速と異なる。よって、第１領域５４から積層膜１８内をＸ方向に伝搬する弾性波は、第２領域５２において反射される。これにより、第１領域５４から共振領域５０の外に漏れる弾性波を抑制できる。よって、損失が抑制され、Ｑ値が向上する。

【0038】

しかし、比較例１では、基板１０および下部電極１２上に圧電膜１４ａを形成し、圧電膜１４ａ上に挿入膜２８を形成し、挿入膜２８をパターニングし、圧電膜１４ａと挿入膜２８との上に圧電膜１４ｂを形成する。このため、製造工程が増大しコストが高くなる。また、第２領域５２では、圧電膜１４ａと１４ｂとの結晶性が異なる。さらに、挿入膜２８の段差により圧電膜１４ｂにクラック等が生じる可能性がある。

【0039】

実施例１では、第１領域５４における導電膜１２ａと１２ｂとの間に中間膜１３を設け、第２領域５２おいて中間膜１３を設けない。これにより、第２領域５２における圧電膜１４の部分１５ｂの結晶性が第１領域５４における圧電膜１４の部分１５ａの結晶性より悪くなる。よって、第２領域５２における積層膜１８内を伝搬する弾性波の音速は第１領域５４における積層膜１８内を伝搬する弾性波の音速とは異なる。これにより、比較例１と同様に、第１領域５４から積層膜１８内をＸ方向に伝搬する弾性波は、第２領域５２において反射される。これにより、第１領域５４から共振領域５０の外に漏れる弾性波を抑制できる。よって、損失が抑制され、Ｑ値が向上する。また、比較例１のように、複雑な製造工程が不要なため、製造工程を削減し、コストを削減できる。さらに、第２領域５２における圧電膜１４の結晶性が比較例１より均一である。

【0040】

［実施例１の変形例１］
図７は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７に示すように、下部電極１２は、導電膜１２ｂと圧電膜１４との間に導電膜１２ｃを備えている。圧電薄膜共振器の特性を向上させるため、圧電膜１４に接する導電膜１２ｃは、音響インピーダンスが大きいことが好ましい。導電膜１２ｂは導電膜１２ａとの間で元素が拡散する材料が好ましい。導電膜１２ａは抵抗率の低い材料が好ましい。このような導電膜１２ａ～１２ｃとして、導電膜１２ａはアルミニウム膜、導電膜１２ｂはクロム膜、導電膜１２ｃはルテニウム膜である。また、中間膜１３は窒化チタン膜である。

【0041】

［実験］
実施例１の変形例１を想定した構造を用い、実験を行った。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実験におけるそれぞれサンプルＡ～Ｃの断面図である。図８（ａ）に示すように、サンプルＡでは、下部電極１２は、導電膜１２ｂおよび１２ｃを備え、導電膜１２ａおよび中間膜１３を備えていない。図８（ｂ）に示すように、サンプルＢでは、下部電極１２は、導電膜１２ａ～１２ｃを備え、中間膜１３を備えていない。図８（ｃ）に示すように、サンプルＣでは、下部電極１２は、導電膜１２ａ～１２ｃを備え、導電膜１２ａと１２ｂとの間における全面に中間膜１３を備えている。

【0042】

サンプルＡ～Ｃの作製条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
導電膜１２ａ：厚さが８０ｎｍのアルミニウム膜
導電膜１２ｂ：厚さが６０ｎｍのクロム膜
導電膜１２ｃ：厚さが６０ｎｍのルテニウム膜
中間膜１３：厚さが１５ｎｍの窒化チタン膜
圧電膜１４：厚さが６００ｎｍの窒化アルミニウム膜
下部電極１２上にスパッタリング法を用い圧電膜１４を成膜した。成膜時の基板１０の温度は約４００℃である。

【0043】

表１は、実験におけるサンプルＡ～Ｃの圧電膜１４の上面の算術平均粗さＲａおよび圧電膜１４の配向性を示す表である。

【表1】

【0044】

圧電膜１４は、（００２）方向を主軸とする多結晶窒化アルミニウムである。配向性は、Ｘ線回折評価における（００２）面のロッキンクーブのピークの半値幅を示している。配向性（ロッキングカーブのピークの半値幅）の小さい圧電膜１４は結晶方位の配向性が高く、結晶性がよい。表１に示すように、サンプルＡおよびＣではサンプルＢに比べ、圧電膜１４の上面の算術平均粗さＲａが小さく、かつ圧電膜１４の結晶方位の配向性が高い。

【0045】

図９（ａ）および図９（ｂ）は、サンプルＢにおけるＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectroscopy）スペクトルを示す図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、サンプルＣにおけるＥＤＸスペクトルを示す図である。図９（ａ）および図１０（ａ）は、導電膜１２ｂのＥＤＸスペクトルを示し、図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、導電膜１２ａのＥＤＸスペクトルを示す。縦直線はピークの位置を示し、Ｃｒ、Ａｌ、ＳｉおよびＣｕはそれぞれクロム、アルミニウム、シリコンおよび銅のピークを示している。シリコンは、基板１０由来であり、銅は、ＥＤＸ分析するときにサンプルを載せる銅メッシュ由来である。少なくとも銅は導電膜１２ａおよび１２ｂに含まれる元素ではない。

【0046】

図９（ａ）に示すように、サンプルＢの導電膜１２ｂでは、クロムのピーク（ＣｒＫａ、ＣｒＫｂ、ＣｒＬａおよびＣｒＬ１）が観察される。範囲４３のようにアルミニウムのピーク（ＡｌＫａ）はＣｒＫａのピークに比べ非常に小さい。これにより、導電膜１２ｂの元素はほとんどクロムである。図９（ｂ）に示すように、サンプルＢの導電膜１２ａでは、アルミニウムのピーク（ＡｌＫａ）が最も大きいが、範囲４４のように、クロムのピーク（ＣｒＫａおよびＣｒＫｂ）も観察される。ＣｒＫａピークの高さはＡｌＫａの高さの１／３である。これにより、導電膜１２ａにはアルミニウム以外にクロムも含まれていると考えられる。

【0047】

図１０（ａ）に示すように、サンプルＣの導電膜１２ｂでは、クロムのピーク（ＣｒＫａ、ＣｒＫｂ、ＣｒＬａおよびＣｒＬ１）が観察され、図９（ａ）と同様に、範囲４３のようにアルミニウムのピーク（ＡｌＫａ）は非常に小さい。これにより、導電膜１２ｂの元素はほとんどクロムである。図１０（ｂ）に示すように、サンプルＣの導電膜１２ａでは、アルミニウムのピーク（ＡｌＫａ）が最も大きく、クロムのピークは観察されない。これにより、導電膜１２ａの元素はほとんどアルミニウムであり、クロムは検出限界以下である。

【0048】

以上の実験結果をまとめる。サンプルＡでは、導電膜１２ｂのクロムと導電膜１２ｃのルテニウムとは、圧電膜１４の成膜温度である４００℃程度では拡散しない。表１のように、圧電膜１４の上面の算術平均粗さＲａは２．１ｎｍである。下部電極１２上に圧電膜１４を成膜すると、圧電膜１４の配向性は３．０°と良好である。

【0049】

サンプルＢでは、導電膜１２ｂと基板１０との間に導電膜１２ａを設けている。図９（ｂ）のように、圧電膜１４の成膜温度である４００℃により、導電膜１２ａ内に導電膜１２ｂのクロムが拡散する。表１のように、圧電膜１４の上面の算術平均粗さＲａは４．２ｎｍであり、サンプルＡより大きくなる。圧電膜１４の配向性は５．５°とサンプルＡより大きくなる。このように、導電膜１２ａ内に導電膜１２ｂの元素が拡散することにより、圧電膜１４の結晶性が劣化する。サンプルＢにおいて圧電膜１４の結晶性が劣化する原因としては、例えば、導電膜１２ａ内に導電膜１２ｂのクロムが拡散することで、下部電極１２の上面が粗くなったためと考えられる。

【0050】

サンプルＣでは、導電膜１２ａと１２ｂとの間に中間膜１３を設けている。図１０（ａ）および１０（ｂ）のように、中間膜１３を設けることで、導電膜１２ａ内へのクロムの拡散、導電膜１２ｂ内へのアルミニウムの拡散が抑制されている。表１のように、圧電膜１４の上面の算術平均粗さＲａは、サンプルＢより小さくなりサンプルＡと同程度となる。また、圧電膜１４の配向性はサンプルＢより高くサンプルＡと同程度である。さらに、サンプルＢおよびＣでは、導電膜１２ａの抵抗率が低いため、損失を抑制できる。

【0051】

実施例１および変形例１によれば、下部電極１２では、導電膜１２ａ（第１導電膜）は、第１元素（例えばアルミニウム）を主成分とし、導電膜１２ｂ（第２導電膜）は、第１元素と異なる第２元素（例えばクロム）を主成分とする。中間膜１３は、共振領域５０の中央を含む第１領域５４における導電膜１２ａと１２ｂとの間に設けられ、第１領域５４の外周を囲み共振領域５０の外周を含む第２領域５２に設けられていない。図４（ｂ）のように、圧電膜１４を成膜するときに下部電極１２を熱処理する。これにより、第２領域５２における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度は第１領域５４における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度より高くなる。第２領域５２における圧電膜１４の結晶性は第１領域５４における圧電膜１４の結晶性より低くなる。このため、第２領域５２における積層膜１８を伝搬する弾性波の音速は第１領域５４における積層膜１８を伝搬する弾性波の音速とは異なる。これにより、積層膜１８内をＸおよびＹ方向に伝搬する弾性波は第２領域５２において反射される。よって、弾性波のエネルギーが共振領域５０の外に漏れることが抑制でき、損失を抑制しＱ値を向上できる。

【0052】

実験では、導電膜１２ｂの主成分の第２元素が導電膜１２ａに拡散していたが、導電膜１２ａの主成分の第１元素が導電膜１２ｂに拡散してもよいし、導電膜１２ｂの主成分の第２元素が導電膜１２ａに拡散しかつ導電膜１２ａの主成分の第１元素が導電膜１２ｂに拡散してもよい。すなわち、第２領域５２における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度は第１領域５４における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度より高い、および／または、第２領域５２における導電膜１２ｂ内の第１元素の濃度は第１領域５４における導電膜１２ｂ内の第１元素の濃度より高ければよい。

【0053】

図１では、第２領域５２は、第１領域５４の外周を囲み共振領域５０の外周を含むが、第２領域５２は、第１領域５４の外周の少なくとも一部を囲み共振領域５０の外周の少なくとも一部を含めばよい。第２領域５２は、第１領域５４の外周の１／２以上を囲むことが好ましく、２／３以上を囲むことがより好ましい。第２領域５２は、共振領域５０の外周の１／２以上を含むことが好ましく、２／３以上を含むことがより好ましい。共振領域５０以外の下部電極１２には、中間膜１３が設けられていてもよいし設けられていなくてもよい。

【0054】

第２領域５２における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度は第１領域５４における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度の２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がより好ましい。または、第２領域５２における導電膜１２ｂ内の第１元素の濃度は第１領域５４における導電膜１２ｂ内の第１元素の濃度の２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がより好ましい。第２領域５２における導電膜１２ａ内の第２元素の濃度は、０．１原子％以上が好ましく、１原子％以上がより好ましい。または、第２領域５２における導電膜１２ｂ内の第１元素の濃度は、０．１原子％以上が好ましく、１原子％以上がより好ましい。

【0055】

圧電膜１４を成膜する前に下部電極１２を熱処理し、その後、圧電膜１４を成膜してもよい。第２領域５２において、導電膜１２ａと１２ｂとは接触する。これにより、導電膜１２ａと１２ｂとの間の元素の拡散が生じる。

【0056】

実施例１の変形例１のように、下部電極１２は、導電膜１２ｂと圧電膜１４との間に設けられ、第１元素および第２元素と異なる第３元素を主成分とする導電膜１２ｃ（第３導電膜）を備える。これにより、圧電膜１４の接する導電膜１２ｃには、圧電薄膜共振器の特性を向上させる材料を用い、導電膜１２ｂには、導電膜１２ａとの間で元素が拡散する材料を選択できる。

【0057】

導電膜１２ｃの音響インピーダンスは、導電膜１２ｂの音響インピーダンスより高い。これにより、圧電薄膜共振器の特性を向上できる。例えば、圧電膜１４を窒化アルミニウムとし、窒化アルミニウムの音響インピーダンスで規格化した音響インピーダンスは、ルテニウム、クロム、モリブデンおよびタングステンで、それぞれ５．４７、１．９７、３．３５および７．８３である。導電膜１２ｃは、ルテニウム、モリブデンまたはタングステンを主成分とする。導電膜１２ｂはクロムを主成分とする。これにより、圧電薄膜共振器の特性を向上できる。導電膜１２ｃの音響インピーダンスは、導電膜１２ｂの音響インピーダンスの１．５倍以上が好ましく、２．０倍以上がより好ましい。導電膜１２ｂは導電膜１２ａとの間で元素が拡散しやすい材料とする。

【0058】

表１のように、第２領域５２における圧電膜１４の上面の表面粗さは第１領域５４における圧電膜１４の上面の表面粗さより大きい。また、第２領域５２における圧電膜１４の結晶方位の配向性は第１領域５４における圧電膜１４の結晶方位の配向性より低い。これにより、第２領域５２における圧電膜１４の結晶性が第１領域５４における圧電膜１４の結晶性より悪くなり、第１領域５４から共振領域５０の外側に伝搬しようとする弾性波が第２領域５２において反射される。よって、損失を抑制できる。第２領域５２における圧電膜１４の上面の表面粗さは第１領域５４における圧電膜１４の上面の表面粗さの１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。第２領域５２における圧電膜１４の結晶方位の配向性（ロッキングカーブのピークの半値幅）は第１領域５４における圧電膜１４の結晶方位の配向性の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。

【0059】

導電膜１２ａの主成分の第１元素の抵抗率は導電膜１２ｂの主成分の第２元素の抵抗率より低い。なお、第１元素および第２元素の抵抗率とは、それぞれ第１元素および第２元素が１００％のバルクにおける抵抗率である。これにより、下部電極１２の抵抗を低くでき、損失等を抑制できる。例えばルテニウム、クロム、モリブデンおよびタングステンの抵抗率は、それぞれ７．１×１０^－８Ωｍ、１２．９×１０^－８Ωｍ、５．０×１０^－８Ωｍおよび５．２９×１０^－８Ωｍであり、銀、銅、金およびアルミニウムの抵抗率はそれぞれ１．５９×１０^－８Ωｍ、１．６８×１０^－８Ωｍ、２．４４×１０^－８Ωｍおよび２．６５×１０^－８Ωｍである。導電膜１２ａの抵抗率は、導電膜１２ｂの抵抗率の１／２倍以下が好ましく、１／４倍以下がより好ましい。また、導電膜１２ａの音響インピーダンスは、導電膜１２ｂの音響インピーダンスより低く、例えば導電膜１２ｂの音響インピーダンスの１／２倍以下であり、１／５倍以下である。

【0060】

中間膜１３が厚すぎると、導電膜１２ｂが中間膜１３を覆いにくくなる。この観点から、中間膜１３の厚さは、導電膜１２ａの厚さおよび導電膜１２ｂの厚さのいずれよりも小さいことが好ましく、導電膜１２ａの厚さおよび導電膜１２ｂの厚さの１／２倍以下が好ましく、１／５倍以下がより好ましい。中間膜１３は、導電膜１２ａと１２ｂとの間の元素の拡散を抑制する膜であり、例えばチタン膜または窒化チタン膜である。

【0061】

特許文献１における挿入膜の幅の好ましい範囲からの類推により、第２領域５２のＸＹ平面における幅は、第１領域５４における弾性波の波長λの２．５倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましく、０．８倍以下がさらに好ましい。第２領域５２のＸＹ平面における幅は、第１領域５４における弾性波の波長λの０．３倍以上が好ましく、０．５倍以上がより好ましく、０．６倍以上がさらに好ましい。なお、第１領域５４における弾性波の波長λは、第１領域５４における積層膜１８の厚さ（すなわち、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の合計の厚さ）の約２倍である。

【0062】

導電膜１２ａの主成分である第１元素はアルミニウムであり、導電膜１２ｂの主成分である第２元素はクロムであり、中間膜１３の主成分はチタンまたは窒化チタンである。これにより、第２領域５２における圧電膜１４の結晶性を第１領域５４における圧電膜１４の結晶性より悪くできる。圧電膜１４の主成分は窒化アルミニウムである。これにより、第２領域５２における圧電膜１４の結晶性を第１領域５４における圧電膜１４の結晶性より悪くできる。導電膜１２ｃの主成分はルテニウムある。

【0063】

ある膜がある元素を主成分とするとは、ある膜が所望の機能を有する程度に、ある膜がある元素を含めばよく、ある膜が意図せずまたは意図してある元素以外の元素を含むことを許容する。例えば、ある膜内のある元素の濃度は５０原子％以上であり、８０原子％以上であり、９０原子％以上である。ある膜が複数の元素を主成分とする場合、複数の元素の合計の濃度が５０原子％以上であり、８０原子％以上であり、９０原子％以上である。ある膜が金属窒化物の場合、ある膜内の窒素の濃度は１０原子％以上または２０原子％以上であり、ある膜内の金属の濃度は１０原子％以上または２０原子％以上である。

【0064】

［実施例１の変形例２］
図１１（ａ）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（ａ）に示すように、導電膜１２ａの上面に凹部が設けられ、中間膜１３は凹部に埋め込まれている。これにより、導電膜１２ａと中間膜１３との上面が平坦となり、下部電極１２の上面も平坦となる。これにより、圧電膜１４が薄くなったときに、下部電極１２の上面の段差に起因して、圧電膜１４にクラックが生じることを抑制できる。

【0065】

［実施例１の変形例３］
実施例１の変形例３は、空隙の構成を変えた例である。図１１（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ｂ）に示すように、基板１０の上面は平坦であり、基板１０と下部電極１２との間にドーム状の空隙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。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。

【0066】

［実施例１の変形例４］
図１２は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１２に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３２が形成されている。音響反射膜３２は、音響インピーダンスの低い膜３４と音響インピーダンスの高い膜３６とが交互に設けられている。膜３４および３６の膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３４と膜３６の積層数は任意に設定できる。音響反射膜３２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３２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３２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。

【0067】

実施例１の変形例１および２において、実施例１の変形例３と同様の空隙３０を形成してもよく、実施例１の変形例４と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３２を形成してもよい。

【0068】

実施例１およびその変形例１から３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１の変形例４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３２を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。共振領域５０を含む音響反射層は、空隙３０または音響反射膜３２を含めばよい。

【0069】

共振領域５０の平面形状として楕円形状を例に説明したが、共振領域５０の平面形状は、四角形状または五角形状等の多角形状等の任意の形状でもよい。

【実施例0070】

実施例２は、実施例１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１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１３（ａ）に示すように、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１つの共振器に実施例１およびその変形例の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等は適宜設定できる。

【0071】

［実施例２の変形例１］
図１３（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１３（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４０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４２が接続されている。送信フィルタ４０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４２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４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

【0072】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0073】

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。