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(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】P2024006648
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】圧電素子ユニット及び共振器
(51)【国際特許分類】
H03H 9/17 20060101AFI20240110BHJP
H03H 9/54 20060101ALI20240110BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240110BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20240110BHJP
H10N 30/88 20230101ALI20240110BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20240110BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20240110BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20240110BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
H03H9/17 F
H03H9/54 Z
B81B3/00
H01L41/047
H01L41/053
H01L41/09
H01L41/187
H01L41/319
H01L41/316
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022107737
(22)【出願日】2022-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100133514
【弁理士】
【氏名又は名称】寺山 啓進
(72)【発明者】
【氏名】下地 規之
【テーマコード（参考）】
3C081
5J108
【Ｆターム（参考）】
3C081AA11
3C081BA22
3C081BA55
3C081CA29
3C081DA03
3C081DA04
3C081DA08
3C081DA27
3C081DA29
3C081EA22
5J108AA07
5J108BB07
5J108BB08
5J108CC04
5J108CC11
5J108EE02
5J108EE07
5J108EE13
5J108GG03
5J108GG07
5J108GG18
5J108JJ01
(57)【要約】
【課題】小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを提供する。また、当該圧電素子ユニットを備えた共振器を提供する。
【解決手段】主面１０１Ａを有する基板１０１と、基板１０１上に配置され、かつ、側面１０３Ａ、側面１０３Ａと反対側の側面１０３Ｂ、及び主面１０１Ａと対向し、側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂと接続している底面１０３Ｃを有する圧電膜１０３と、基板１０１上に配置され、かつ、圧電膜１０３の側面１０３Ａと接している電極１０４ａと、基板１０１上に配置され、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂの少なくともいずれかと接し、かつ、電極１０４ａと離隔している電極１０４ｂと、を備える圧電素子ユニット１００。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】主面１０１Ａを有する基板１０１と、基板１０１上に配置され、かつ、側面１０３Ａ、側面１０３Ａと反対側の側面１０３Ｂ、及び主面１０１Ａと対向し、側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂと接続している底面１０３Ｃを有する圧電膜１０３と、基板１０１上に配置され、かつ、圧電膜１０３の側面１０３Ａと接している電極１０４ａと、基板１０１上に配置され、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂの少なくともいずれかと接し、かつ、電極１０４ａと離隔している電極１０４ｂと、を備える圧電素子ユニット１００。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主面を有する基板と、
前記基板上に配置され、かつ、第１の側面、前記第１の側面と反対側の第２の側面、及び前記主面と対向し、前記第１の側面及び前記第２の側面と接続している底面を有する圧電膜と、
前記基板上に配置され、かつ、前記圧電膜の前記第１の側面と接している第１の電極と、
前記基板上に配置され、前記圧電膜の前記第１の側面及び前記第２の側面の少なくともいずれかと接し、かつ、前記第１の電極と離隔している第２の電極と、を備える圧電素子ユニット。
前記基板上に配置され、かつ、第１の側面、前記第１の側面と反対側の第２の側面、及び前記主面と対向し、前記第１の側面及び前記第２の側面と接続している底面を有する圧電膜と、
前記基板上に配置され、かつ、前記圧電膜の前記第１の側面と接している第１の電極と、
前記基板上に配置され、前記圧電膜の前記第１の側面及び前記第２の側面の少なくともいずれかと接し、かつ、前記第１の電極と離隔している第２の電極と、を備える圧電素子ユニット。
【請求項2】
前記第１の電極は、前記第１の側面のみで前記圧電膜と接し、
前記第２の電極は、前記第２の側面のみで前記圧電膜と接している、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
前記第２の電極は、前記第２の側面のみで前記圧電膜と接している、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項3】
前記基板上に前記圧電膜を挟んで配置され、前記圧電膜と離隔している第１のスペーサー及び第２のスペーサーをさらに備え、
前記第１の電極は、前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間に配置され、
前記第２の電極は、前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間に配置され、
前記第１のスペーサー及び前記第２のスペーサーは、前記圧電膜と同一材料からなる、請求項２に記載の圧電素子ユニット。
前記第１の電極は、前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間に配置され、
前記第２の電極は、前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間に配置され、
前記第１のスペーサー及び前記第２のスペーサーは、前記圧電膜と同一材料からなる、請求項２に記載の圧電素子ユニット。
【請求項4】
前記圧電膜上に配置されている保護膜をさらに備え、
前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第１の電極との間には空間が存在し、
前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第２の電極との間には空間が存在している、請求項３に記載の圧電素子ユニット。
前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第１の電極との間には空間が存在し、
前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第２の電極との間には空間が存在している、請求項３に記載の圧電素子ユニット。
【請求項5】
前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、
複数の前記第１の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第１の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第２の側面まで連続的に接し、
複数の前記第２の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第２の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第１の側面まで連続的に接し、
前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
複数の前記第１の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第１の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第２の側面まで連続的に接し、
複数の前記第２の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第２の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第１の側面まで連続的に接し、
前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項6】
前記第１の側面のみと接している前記第１の電極及び前記第１の側面のみと接している前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、
前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項7】
前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、
前記圧電膜の膜厚方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向において、前記第１の電極の第１の側面と前記第１の電極の前記第１の側面と同一方向を向いている前記第２の電極の第２の側面との距離は、前記第１の電極のピッチ間隔の１／２である、請求項２に記載の圧電素子ユニット。
前記圧電膜の膜厚方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向において、前記第１の電極の第１の側面と前記第１の電極の前記第１の側面と同一方向を向いている前記第２の電極の第２の側面との距離は、前記第１の電極のピッチ間隔の１／２である、請求項２に記載の圧電素子ユニット。
【請求項8】
前記主面の法線方向からみたとき、前記圧電膜は、閉環状であり、
前記圧電膜の外周に沿って前記第１の電極が配置され、前記圧電膜の内周に沿って前記第２の電極が配置されている、請求項３に記載の圧電素子ユニット。
前記圧電膜の外周に沿って前記第１の電極が配置され、前記圧電膜の内周に沿って前記第２の電極が配置されている、請求項３に記載の圧電素子ユニット。
【請求項9】
前記圧電膜は、第１の領域、及び前記第１の領域の上部に配置され、前記第１の領域より結晶欠陥が少ない第２の領域を有し、
前記第１の領域における前記第１の側面及び前記第２の側面のそれぞれを覆う側壁絶縁膜をさらに備える、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
前記第１の領域における前記第１の側面及び前記第２の側面のそれぞれを覆う側壁絶縁膜をさらに備える、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項10】
前記圧電膜の側面は、無極性面が表出しており、
前記無極性面に前記第１の電極及び前記第２の電極が接している、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
前記無極性面に前記第１の電極及び前記第２の電極が接している、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項11】
前記圧電膜は、前記基板に対してＣ軸に配向し、かつ、前記Ｃ軸方向に対して垂直方向に延在している、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項12】
前記圧電膜の上面に配置されている絶縁膜をさらに備える、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項13】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、ルテニウム、金からなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項14】
前記基板は、スカンジウム、イッテルビウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種が添加された、又は無添加の窒化アルミニウムからなる、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項15】
前記基板は、酸化ニオブリチウム及び酸化タンタルリチウムからなる群から選択される１種の単結晶又は多結晶からなる、請求項１に記載の圧電素子ユニット。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれか１項に記載の圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、
複数の前記圧電素子ユニットのうち隣り合う２つの圧電素子ユニットにおいて、一方の圧電素子ユニットの第２電極と、他方の圧電素子ユニットの第１電極とを共通化させて、複数の前記圧電素子ユニットを互いに直列接続している、共振器。
複数の前記圧電素子ユニットのうち隣り合う２つの圧電素子ユニットにおいて、一方の圧電素子ユニットの第２電極と、他方の圧電素子ユニットの第１電極とを共通化させて、複数の前記圧電素子ユニットを互いに直列接続している、共振器。
【請求項17】
請求項１～１５のいずれか１項に記載の圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、
複数の前記圧電素子ユニットは互いに並列接続しており、
複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第１電極を相互に電気的に接続し、
複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第２電極を相互に電気的に接続している、共振器。
複数の前記圧電素子ユニットは互いに並列接続しており、
複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第１電極を相互に電気的に接続し、
複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第２電極を相互に電気的に接続している、共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、圧電素子ユニット及び共振器に関する。
【背景技術】
【0002】
小型化及び省電力化が強く求められているスマートフォンなどの携帯用機器において、その使用が急速に拡大しており、携帯用機器の無線通信システムにおいては、ＧＨｚ帯の高周波数を利用するデバイスの開発が盛んに行われている。これらの無線通信システムに用いられる高周波回路では、アナログ回路部分にＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタ及びＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタが使用されている。
【0003】
上述のフィルタは、所望の周波数帯の信号のみを通過させて、その他の周波数の信号を遮断するためのものであり、例えば、ＲＦフィルタは複数の共振素子から構成され、梯子状に共振素子が接続されたラダー回路によって所望のフィルタ帯域を形成している。
【0004】
フィルタの具体例としては、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子を用いたＳＡＷフィルタが挙げられる。また、ＳＡＷフィルタの代替として、圧電薄膜共振（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＢＡＷ）素子を用いたＢＡＷフィルタが挙げられ、これらフィルタの開発が進められている。
【0005】
スマートフォンなどの携帯用機器が進化するにつれ、機器内で処理しなければならない周波数帯の信号は増大し、例えば、５Ｇ対応のスマートフォンには５０以上のフィルタが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１０－２８０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
これらのフィルタに含まれる圧電素子は、基板の主面と平行に電極と圧電膜が積層されているため、素子の占有面積が大きくなり、進化した携帯用機器の製造にはコストが増大している。限られた機器内に必要数のフィルタを実装するため、フィルタの小型化及び高実装密度化が求められる。共振子の周波数が高くなると、フィルタの小型化及び高実装密度化に伴う機器の薄膜化により、圧電素子の共振周波数を高めていく必要がある。しかしながら、薄膜化に伴い、圧電膜の結晶化度が低下し、また、圧電性を有する基板をスマートカット法又は研削・研磨法等により薄膜化すると表面に結晶欠陥が生じ、バルクや厚膜で得られていた圧電性能が得られなくなるおそれがある。
【0008】
本実施形態の一態様は、小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを提供することを目的の一とする。また、当該圧電素子ユニットを備えた共振器を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本実施形態の一態様は、主面を有する基板と、前記基板上に配置され、かつ、第１の側面、前記第１の側面と反対側の第２の側面、及び前記主面と対向し、前記第１の側面及び前記第２の側面と接続している底面を有する圧電膜と、前記基板上に配置され、かつ、前記圧電膜の前記第１の側面と接している第１の電極と、前記基板上に配置され、前記圧電膜の前記第１の側面及び前記第２の側面の少なくともいずれかと接し、かつ、前記第１の電極と離隔している第２の電極と、を備える圧電素子ユニットである。
【0010】
また、本実施形態の他の一態様は、上記圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、複数の前記圧電素子ユニットのうち隣り合う２つの圧電素子ユニットにおいて、一方の圧電素子ユニットの第２電極と、他方の圧電素子ユニットの第１電極とを共通化させて、複数の前記圧電素子ユニットを互いに直列接続している、共振器である。
【0011】
また、本実施形態の他の一態様は、上記圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、複数の前記圧電素子ユニットは互いに並列接続しており、複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第１電極を相互に電気的に接続し、複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第２電極を相互に電気的に接続している、共振器である。
【発明の効果】
【0012】
本実施形態によれば、小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを提供することができる。また、当該圧電素子ユニットを備えた共振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0015】
また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0016】
具体的な本実施形態の一態様は、以下の通りである。
【0017】
＜１＞ 主面を有する基板と、前記基板上に配置され、かつ、第１の側面、前記第１の側面と反対側の第２の側面、及び前記主面と対向し、前記第１の側面及び前記第２の側面と接続している底面を有する圧電膜と、前記基板上に配置され、かつ、前記圧電膜の前記第１の側面と接している第１の電極と、前記基板上に配置され、前記圧電膜の前記第１の側面及び前記第２の側面の少なくともいずれかと接し、かつ、前記第１の電極と離隔している第２の電極と、を備える圧電素子ユニット。
【0018】
＜１＞によれば、効率よく弾性表面波又はバルク弾性波を電極間に伝搬させるために圧電膜、第１の電極及び第２の電極を含む圧電素子において、圧電膜の第１の側面及び第２の側面を広く形成し、かつ、基板の主面における圧電素子の占有面積を小さくすることが可能となる。したがって、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを得ることができる。
【0019】
＜２＞ 前記第１の電極は、前記第１の側面のみで前記圧電膜と接し、前記第２の電極は、前記第２の側面のみで前記圧電膜と接している、＜１＞に記載の圧電素子ユニット。
【0020】
＜２＞によれば、圧電膜内部において、基板の主面に対して平行な方向にバルク弾性波が伝わるため、圧電膜、第１の電極及び第２の電極を含む圧電素子において、圧電膜の膜厚方向の厚さを大きくすると、高密度化が可能になり、基板の主面における圧電素子の占有面積を小さくすることが可能となる。したがって、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを得ることができる。
【0021】
＜３＞ 前記基板上に前記圧電膜を挟んで配置され、前記圧電膜と離隔している第１のスペーサー及び第２のスペーサーをさらに備え、前記第１の電極は、前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間に配置され、前記第２の電極は、前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間に配置され、前記第１のスペーサー及び前記第２のスペーサーは、前記圧電膜と同一材料からなる、＜１＞又は＜２＞に記載の圧電素子ユニット。
【0022】
＜３＞によれば、第１のスペーサー及び第２のスペーサーを圧電膜と同一工程によって形成することができるため、製造工程を新たに追加する必要がない。第１のスペーサー及び第２のスペーサーを設けることにより、バルク弾性波が基板等に伝搬するのを遮断する空間を確保でき、圧電素子の振動を減衰させることを抑制することができる。
【0023】
＜４＞ 前記圧電膜上に配置されている保護膜をさらに備え、前記圧電膜と前記第１のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第１の電極との間には空間が存在し、前記圧電膜と前記第２のスペーサーとの間の領域において、前記保護膜と前記第２の電極との間には空間が存在している、＜３＞に記載の圧電素子ユニット。
【0024】
＜４＞によれば、空間は、弾性波を遮断する作用があり、空間により圧電素子ユニットを備えた共振器をパッケージ化する際に圧電素子ユニットに与える影響を抑制することができる。
【0025】
＜５＞ 前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、複数の前記第１の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第１の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第２の側面まで連続的に接し、複数の前記第２の電極のそれぞれは、前記圧電膜の前記第２の側面から前記圧電膜の上面を介して前記第１の側面まで連続的に接し、前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、＜１＞に記載の圧電素子ユニット。
【0026】
＜５＞によれば、第１の電極及び第２の電極のそれぞれが圧電膜の第１の側面、上面及び第２の側面と接していることにより、効率よく弾性波を電極間に伝搬させることができる。
【0027】
＜６＞ 前記第１の側面のみと接している前記第１の電極及び前記第１の側面のみと接している前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、前記主面の法線方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向に、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が交互に配置されている、＜１＞に記載の圧電素子ユニット。
【0028】
＜６＞によれば、第１の側面側のみに第１の電極及び第２の電極（さらには、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ）が配置されるため、基板の主面における圧電素子の占有面積をより小さくすることが可能となる。
【0029】
＜７＞ 前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ複数備えられ、前記圧電膜の膜厚方向に垂直な方向、かつ、前記第１の側面と平行な方向において、前記第１の電極の第１の側面と前記第１の電極の前記第１の側面と同一方向を向いている前記第２の電極の第２の側面との距離は、前記第１の電極のピッチ間隔の１／２である、＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0030】
＜７＞によれば、第１の電極と第２の電極の配置を調整することにより、効率よく弾性表面波を電極間に伝搬させることができる。
【0031】
＜８＞ 前記主面の法線方向からみたとき、前記圧電膜は、閉環状であり、前記圧電膜の外周に沿って前記第１の電極が配置され、前記圧電膜の内周に沿って前記第２の電極が配置されている、＜１＞～＜７＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0032】
＜８＞によれば、電極端で励起されたバルク弾性波が圧電膜の両側面に伝播すること、及び圧電膜の端で反射する不要な波であるスプリアスが発生することなどを抑制することができ、圧電素子を効率よく励振させることができる。
【0033】
＜９＞ 前記圧電膜は、第１の領域、及び前記第１の領域の上部に配置され、前記第１の領域より結晶欠陥が少ない第２の領域を有し、前記第１の領域における前記第１の側面及び前記第２の側面のそれぞれを覆う側壁絶縁膜をさらに備える、＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0034】
＜９＞によれば、圧電膜の結晶欠陥が少ない領域のみを圧電素子に使用することができる。結果として、高周波数及び高電気機械結合係数を得ることができる。
【0035】
＜１０＞ 前記圧電膜の側面は、無極性面が表出しており、前記無極性面に前記第１の電極及び前記第２の電極が接している、＜１＞～＜９＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0036】
＜１０＞によれば、無極性面方向に対し第１の電極及び第２の電極を形成することが可能になり、大きな電気機械結合係数を得ることができる。
【0037】
＜１１＞ 前記圧電膜は、前記基板に対してＣ軸に配向し、かつ、前記Ｃ軸方向に対して垂直方向に延在している、＜１＞～＜１０＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0038】
＜１１＞によれば、結晶欠陥及び結晶粒界によるバルク弾性波の減衰を抑制でき、高周波領域において安定に動作し、低損失、広帯域幅、及び高伝搬速度等の高い圧電性を備え、かつ、温度依存性が小さい、圧電素子ユニットを得ることができる。
【0039】
＜１２＞ 前記圧電膜の上面に配置されている絶縁膜をさらに備える、＜１＞～＜１１＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0040】
＜１２＞によれば、第１の電極及び第２の電極を形成する際に受ける圧電膜のオーバーエッチングによるダメージを抑制することができる。
【0041】
＜１３＞ 前記第１の電極及び前記第２の電極は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、ルテニウム、金からなる群から選択される少なくとも１種を含む、＜１＞～＜１２＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0042】
＜１３＞によれば、安定であり、圧電膜の材料と反応しにくい第１の電極及び第２の電極を得ることができる。
【0043】
＜１４＞ 前記基板は、スカンジウム、イッテルビウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種が添加された、又は無添加の窒化アルミニウムからなる、＜１＞～＜１３＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0044】
＜１５＞ 前記基板は、酸化ニオブリチウム及び酸化タンタルリチウムからなる群から選択される１種の単結晶又は多結晶からなる、＜１＞～＜１２＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニット。
【0045】
＜１４＞及び＜１５＞によれば、基板自体が優れた圧電特性を有するため、基板を加工して形成される圧電膜を備える圧電素子も優れた圧電特性を有することができる。
【0046】
＜１６＞ ＜１＞～＜１５＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、複数の前記圧電素子ユニットのうち隣り合う２つの圧電素子ユニットにおいて、一方の圧電素子ユニットの第２電極と、他方の圧電素子ユニットの第１電極とを共通化させて、複数の前記圧電素子ユニットを互いに直列接続している、共振器。
【0047】
＜１７＞ ＜１＞～＜１５＞のいずれか１項に記載の圧電素子ユニットを複数備える共振器であって、複数の前記圧電素子ユニットは互いに並列接続しており、複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第１電極を相互に電気的に接続し、複数の前記圧電素子ユニットのそれぞれの第２電極を相互に電気的に接続している、共振器。
【0048】
＜１６＞及び＜１７＞によれば、小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを複数備えているため、上記圧電素子ユニットを複数備える共振器も小型化及び高実装密度化が可能となる。また、共振器の小型化及び高実装密度化に伴い、共振器１つのあたりの製造コストを低減できる。
【0049】
（第１の実施形態）
本実施形態に係る圧電素子ユニット１００について図面を用いて説明する。
本実施形態に係る圧電素子ユニット１００について図面を用いて説明する。
【0050】
図１Ａは、圧電素子ユニット１００を示す部分上面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図１Ｃは、図１ＡのＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００は、圧電薄膜共振素子（ＢＡＷ素子）の一例である。圧電素子ユニット１００は、基板１０１と、基板１０１上の絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２上の圧電膜１０３と、絶縁膜１０２上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、圧電膜１０３上面の絶縁膜１０５と、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、を備える。
【0051】
基板１０１は主面１０１Ａを有する。圧電膜１０３は、側面１０３Ａ、側面１０３Ａと反対側の側面１０３Ｂ、及び絶縁膜１０２を介して主面１０１Ａと対向し、側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂと接続している底面１０３Ｃを有する。電極１０４ａは側面１０３Ａのみで圧電膜１０３と接し、電極１０４ｂは側面１０３Ｂのみで圧電膜１０３と接している。つまり、電極１０４ａは圧電膜１０３を介して電極１０４ｂと離隔している。圧電膜１０３、電極１０４ａ、及び電極１０４ｂをまとめて圧電素子ともいう。圧電素子は、入力される高周波信号に対して、圧電膜１０３が横振動を起こし、その振動が圧電膜１０３のＸ方向において共振を起こして生じる共振振動（バルク弾性波）を利用している。
【0052】
本実施形態において、圧電膜１０３が直線状に延びる方向をＹ方向、Ｙ方向に対して垂直で、かつ、基板１０１の主面１０１Ａに対して平行な方向をＸ方向、基板１０１の厚さに対応する方向をＺ方向とする。言い換えれば、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに対して垂直な方向である。また、基板１０１からみて圧電膜１０３が位置している方向を上方向、圧電膜１０３からみて基板１０１が位置している方向を下方向とする。
【0053】
なお、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に限定されない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、スイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【0054】
本実施形態における圧電膜１０３の形状は、ピラー状であると好ましく、圧電膜１０３が電極１０４ａ及び電極１０４ｂで挟まれている。圧電膜１０３の形状は、圧電膜１０３が共振振動すれば特に限定されないが、例えば、Ｘ方向及びＹ方向におけるアスペクト比（Ｘ：Ｙ）が１：１０～２００であってもよく、１：１０～５０であってもよく、また、Ｘ方向及びＺ方向におけるアスペクト比（Ｘ：Ｚ）が１：５～１００であってもよく、１：５～１０であってもよい。なお、Ｘ方向の圧電膜１０３の長さは高周波信号の波長によって決められる。
【0055】
圧電膜１０３は、切り出し方により、自由に弾性波の伝達方向を選ぶことができる。例えば、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂは、それぞれ無極性面が表出している。これにより、大きな電気機械結合係数を得ることができる。なお、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂは、無極性ｍ面を選んで切り出してもよい。また、無極性面上においては、ピエゾ電界の影響を抑制することができる。
【0056】
また、圧電膜１０３を側面１０３Ａのみで圧電膜１０３と接している電極１０４ａと側面１０３Ｂのみで圧電膜１０３と接している電極１０４ｂで挟むことにより、圧電膜１０３内部において、Ｘ方向にバルク弾性波が伝わる。このため、圧電素子において、バルク弾性波の伝搬方向の垂直な面（ＹＺ面）の面積を大きく形成でき、ＸＹ面における圧電素子の占有面積を小さくすることが可能となる。したがって、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを得ることができる。
【0057】
また、従来構造の圧電素子はＺ方向に電極と圧電膜を積層するため、圧電膜内部において、バルク弾性波がＺ方向に伝わり、圧電素子がＺ方向に振動する。この振動の衰退を抑制するために圧電素子を支持する基板に空間（中空部）を形成する必要があるが、本実施形態では、圧電膜１０３内部において、バルク弾性波はＸ方向に伝わり、圧電素子がＸ方向に振動する。圧電素子の側面にはバルク弾性波が基板等に伝搬するのを遮断する空間が存在し、この空間によって、Ｘ方向における圧電素子の振動を減衰させることを抑制している。この空間は、従来構造のような加工プロセスを追加せずに形成することができるため、製造コストを低減することができる。
【0058】
圧電膜１０３は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブリチウム（ＬｉＮｂＯ３）、酸化タンタルリチウム（ＬｉＴａＯ３）及びチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）の単結晶又は多結晶からなる。高周波帯域におけるフィルタは、広い帯域幅、高い伝搬速度、及び温度安定性が求められており、圧電膜１０３の材料としては、高い圧電定数、高い伝搬速度、温度係数が小さい窒化アルミニウムが好ましい。
【0059】
圧電膜１０３は、基板に対してＣ軸に配向し、かつ、Ｃ軸方向（Ｚ方向）に対して垂直方向に延在していてもよい。特に、高結晶性である単結晶のＣ軸に高配向した結晶領域を有する窒化アルミニウム膜は結晶欠陥及び結晶粒界が少ないため、圧電膜１０３がＣ軸に高配向する結晶領域を有する窒化アルミニウム膜を含むことにより、結晶欠陥及び結晶粒界によるバルク弾性波の減衰を抑制でき、高周波領域において安定に動作し、低損失、広帯域幅、及び高伝搬速度等の高い圧電性を備え、かつ、温度依存性が小さい、圧電素子ユニットを得ることができる。
【0060】
なお、窒化アルミニウム膜の（００２）回折ピークにおける半値全幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ：ＦＷＨＭ）は、小さいほど配向性が高いことを意味しており、例えば、本実施形態において、「Ｃ軸に高配向」とは、ＦＷＨＭが１．００°未満であることを指す。
【0061】
圧電膜１０３の膜厚は、高配向性の観点から、例えば、７０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
【0062】
Ｃ軸に配向する圧電膜１０３は、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法又は及びＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法を用いて形成することができ、結晶をよりＣ軸に高配向させる観点から、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長）法を用いて形成することがより好ましい。
【0063】
また、圧電膜１０３の形成面の結晶性は、圧電膜１０３の結晶性に寄与するため、高結晶性を有する基板１０１又は絶縁膜１０２を用いる。これらは、窒化アルミニウム膜の種結晶として機能し、当該種結晶を核として結晶成長させてＣ軸に高配向する結晶領域を有する圧電膜１０３を形成することができる。
【0064】
基板１０１は、圧電素子（圧電膜１０３、電極１０４ａ、及び電極１０４ｂ）等を支持するためのものである。基板１０１としては、例えば、シリコン基板、ＳＯＩ基板、ＳｉＣ基板、及びサファイア基板等が挙げられる。基板１０１の主面１０１Ａに微細な凹凸を有すると圧電膜１０３の結晶成長を阻害する要因となるうるため、基板１０１の主面１０１ＡをＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等で平坦化処理するとよい。
【0065】
また、基板１０１上に絶縁膜１０２を設け、主面１０１Ａの微細な凹凸の影響を絶縁膜１０２により低減してもよい。絶縁膜１０２としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの無機絶縁膜が挙げられる。圧電膜１０３の結晶成長の観点から、絶縁膜１０２は高結晶性を有する酸化ジルコニウム及び酸化タンタルを用いることが好ましい。
【0066】
電極１０４ａ及び電極１０４ｂは、圧電膜１０３に電界を加えるための電極である。電極１０４ａ及び電極１０４ｂは、無極性面である圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂにそれぞれ接しており、ピエゾ電界の影響を抑制することができる。電極１０４ａ及び電極１０４ｂの材料としては、例えば、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、ルテニウム、及び金の少なくとも１種を含むことができる。これらは、圧電膜１０３の材料と反応しにくく、安定な材料である。
【0067】
電極１０４ａ及び電極１０４ｂの抵抗値が高く、寄生インピーダンスが高い場合は、配線１０６ａ及び配線１０６ｂを設けてもよい。配線１０６ａ及び配線１０６ｂの材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、パラジウム、イリジウム、白金、金等が挙げられる。また、寄生インピーダンス低減の観点から、配線１０６ａ及び配線１０６ｂを厚く形成することが好ましい。
【0068】
絶縁膜１０５は、圧電膜１０３上に設けられている。絶縁膜１０５により、Ｚ方向のエッチングによって電極１０４ａ及び電極１０４ｂを形成する際に受ける圧電膜１０３のオーバーエッチングによるダメージを抑制することができる。圧電膜１０３に対するダメージが小さいエッチング方法を用いて電極１０４ａ及び電極１０４ｂを形成する際は、絶縁膜１０５を設けなくてもよい。
【0069】
本実施形態によれば、圧電膜内部において、基板１０１の主面１０１Ａに対して平行な方向（Ｘ方向）にバルク弾性波が伝わるため、圧電膜１０３、電極１０４ａ及び電極１０４ｂを含む圧電素子において、圧電膜１０３の掘り込み量（Ｚ方向の厚さ）を大きくすると、高密度化が可能になり、基板１０１の主面１０１Ａ（ＸＹ面）における圧電素子の占有面積を小さくすることが可能となる。したがって、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００を得ることができる。
【0070】
＜第１の変形例＞
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ａの構成を説明する。
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ａの構成を説明する。
【0071】
図２Ａは、圧電素子ユニット１００Ａを示す部分上面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図２Ｃは、図２ＡのＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ａは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ａは、基板１０１と、基板１０１上の圧電膜１０３と、基板１０１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１０１上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。電極１０４ａは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間に配置され、電極１０４ｂは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間に配置されている。図２Ａは、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、圧電膜１０３と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ａが上述の図１Ａ～図１Ｃに示す圧電素子ユニット１００と異なる点は、スペーサー１０７ａ、スペーサー１０７ｂ、及び保護膜１０８を設ける点である。本変形例において図１Ａ～図１Ｃに示す圧電素子ユニット１００と共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
【0072】
圧電素子ユニット１００では、圧電素子領域の圧電膜のみを残し、残りの部分はすべて除去するのに対し、本変形例の圧電素子ユニット１００Ａでは、圧電素子領域の周辺の領域のみ圧電膜を除去し、圧電素子領域以外の圧電膜（スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂ）を基板１０１と保護膜１０８との間のスペーサーとして機能させることができる。また、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、バルク弾性波が伝搬しない方向において、圧電膜１０３と接続（一体化）してもよい。
【0073】
本変形例によれば、上述の圧電素子ユニット１００と同様に小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ａを得ることができるだけでなく、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、圧電膜１０３と同一材料からなり、圧電膜１０３と同一工程によって形成することができるため、製造工程を新たに追加せずにスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂを形成することができる。スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂを設けることにより、バルク弾性波が基板１０１等に伝搬するのを遮断する空間を確保でき、圧電素子の振動を減衰させることを抑制することができる。
【0074】
＜第２の変形例＞
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｂの構成を説明する。
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｂの構成を説明する。
【0075】
図３Ａは、圧電素子ユニット１００Ｂを示す部分上面図である。図３Ｂは、図３ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図３Ｃは、図３ＡのＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｂは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｂは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１２１上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。電極１０４ａは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間に配置され、電極１０４ｂは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間に配置されている。図３Ａは、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、基板１２１と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｂが上述の図２Ａ～図２Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ａと異なる点は、基板１０１の代わりに基板１２１を設ける点である。本変形例において図２Ａ～図２Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ａと共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
【0076】
圧電素子ユニット１００Ａでは、基板とは別の材料を用いて圧電膜を形成するのに対し、本変形例の圧電素子ユニット１００Ｂでは、基板１２１を加工することにより、圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂを形成している。また、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、バルク弾性波が伝搬しない方向において、圧電膜１０３と接続（一体化）してもよい。
【0077】
基板１２１は主面１２１Ａを有する。基板１２１としては、例えば、酸化ニオブリチウム及び酸化タンタルリチウム等の単結晶又は多結晶からなる。これらは優れた圧電特性を有するため、基板１２１を加工して形成される圧電膜１０３を備える圧電素子も優れた圧電特性を有する。
【0078】
また、基板１２１としては、スカンジウム、イッテルビウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種が添加された、又は無添加の窒化アルミニウムからなってもよい。これらは優れた圧電特性を有するため、基板１２１を加工して形成される圧電膜１０３を備える圧電素子も優れた圧電特性を有する。
【0079】
本変形例によれば、上述の圧電素子ユニット１００と同様に小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｂを得ることができるだけでなく、圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、基板１２１と同一材料からなり、基板１２１を同一工程によって加工することにより圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂを形成することができるため、第１変形例と比較して圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂとなる膜を成膜する工程が不要となり、圧電素子ユニットの製造工程を削減することができる。第１変形例と同様、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂを設けることにより、バルク弾性波が基板１０１等に伝搬するのを遮断する空間を確保でき、圧電素子の振動を減衰させることを抑制することができる。
【0080】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る圧電素子ユニット１００Ｃについて図面を用いて説明する。
本実施形態に係る圧電素子ユニット１００Ｃについて図面を用いて説明する。
【0081】
図４Ａは、圧電素子ユニット１００Ｃを示す部分上面図である。図４Ｂは、図４ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図４Ｃは、図４ＡのＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｃは、弾性表面波素子（ＳＡＷ素子）の一例である。圧電素子ユニット１００Ｃは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１２１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、各電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、各電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。各電極１０４ａは、圧電膜１０３の側面１０３Ａから圧電膜１０３の上面を介して側面１０３Ｂまで連続的に接し、各電極１０４ｂは、圧電膜１０３の側面１０３Ｂから圧電膜１０３の上面を介して側面１０３Ａまで連続的に接している。基板１２１の主面１２１Ａの法線方向に垂直な方向、かつ、側面１０３Ａと平行な方向（つまり、Ｙ方向）に、各電極１０４ａ及び各電極１０４ｂが交互に配置されている。図４Ａは、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、基板１２１と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｃが上述の図３Ａ～図３Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｂと異なる点は、電極１０４ａ及び電極１０４ｂが複数備えられている点、電極１０４ａ及び電極１０４ｂのそれぞれが圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂと接している点である。本変形例において図３Ａ～図３Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｂと共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
【0082】
本実施形態における圧電素子（圧電膜１０３、電極１０４ａ、及び電極１０４ｂ）は、電極１０４ａ及び電極１０４ｂにより励起された弾性表面波の共振特性を利用している。電極１０４ａに配線１０６ａを介して外部から信号が入力されると、電極１０４ａにより励起された表面弾性波が圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂを伝搬し、配線１０６ｂを介して信号が外部へ出力される。電極１０４ａ及び電極１０４ｂは、櫛形電極（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）であると効率よく弾性表面波を励起できるため好ましい。
【0083】
電極１０４ａ及び電極１０４ｂのそれぞれが圧電膜１０３の側面１０３Ａ、圧電膜１０３の上面、及び側面１０３Ｂと接していることにより、効率よく弾性表面波を電極間に伝搬させることができる。さらに効率よく弾性表面波を電極間に伝搬させるためには、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂを広くする、つまり圧電素子において、弾性表面波の伝搬方向の垂直な面の面積を大きく形成すればよく、これによりＸＹ面における圧電素子の占有面積を小さくすることが可能となる。したがって、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｃを得ることができる。
【0084】
＜第１の変形例＞
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｄの構成を説明する。
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｄの構成を説明する。
【0085】
図５Ａは、圧電素子ユニット１００Ｄを示す部分上面図である。図５Ｂは、図５ＡのＡ１－Ａ１線に沿う部分断面図である。図５Ｃは、図５ＡのＡ２－Ａ２線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｄは、ＳＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｄは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１２１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、各電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、各電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。各電極１０４ａは、圧電膜１０３の側面１０３Ａのみで接し、各電極１０４ｂは、圧電膜１０３の側面１０３Ｂのみで接している。圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、基板１２１と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｄが上述の図４Ａ～図４Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｃと異なる点は、電極１０４ａが圧電膜１０３の側面１０３Ａのみで接し、電極１０４ｂが圧電膜１０３の側面１０３Ｂのみで接している点である。
【0086】
本変形例によれば、圧電素子ユニット１００Ｃと同様、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｄを得ることができる。
【0087】
＜第２の変形例＞
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｅの構成を説明する。
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｅの構成を説明する。
【0088】
図６は、圧電素子ユニット１００Ｅを示す部分上面図である。圧電素子ユニット１００Ｅは、ＳＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｅは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａと、基板１２１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、各電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、各電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。各電極１０４ａ及び各電極１０４ｂは、圧電膜１０３の側面１０３Ａから側面１０３Ｂまで連続的に接している。基板１２１の主面１２１Ａの法線方向に垂直な方向、かつ、側面１０３Ａと平行な方向（つまり、Ｙ方向）に、各電極１０４ａ及び各電極１０４ｂが交互に配置されている。図６は、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。圧電膜１０３及びスペーサー１０７ａは、基板１２１と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｅが上述の図４Ａ～図４Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｃと異なる点は、配線１０６ａ及び配線１０６ｂが側面１０３Ａ側のみに配置されている点である。
【0089】
本変形例によれば、側面１０３Ａ側のみに配線１０６ａ及び配線１０６ｂが配置されているため、ＸＹ面における圧電素子の占有面積をより小さくすることが可能となり、圧電素子ユニット１００Ｃと同様、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｅを得ることができる。
【0090】
＜第３の変形例＞
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｆの構成を説明する。
本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｆの構成を説明する。
【0091】
図７Ａは、圧電素子ユニット１００Ｆを示す部分上面図である。図７Ｂは、図７ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図７Ｃは、図７ＡのＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｆは、ＳＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｆは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１２１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、各電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、各電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３上面の絶縁膜１０５と、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。各電極１０４ａは、圧電膜１０３の側面１０３Ａのみで接し、各電極１０４ｂは、圧電膜１０３の側面１０３Ｂのみで接している。基板１２１の主面１２１Ａの法線方向に垂直な方向、かつ、側面１０３Ａと平行な方向（つまり、Ｙ方向）に、各電極１０４ａ及び各電極１０４ｂが交互に配置されている。さらに、圧電膜１０３の膜厚方向に垂直な方向、かつ、側面１０３Ａと平行な方向、つまり、Ｙ方向において、電極１０４ａの側面１０４Ａと側面１０４Ａと同一方向を向いている電極１０４ｂの側面１０４Ｂとの距離Ｄは、電極１０４ａのピッチ間隔Ｐの１／２である。圧電膜１０３、スペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂは、基板１２１と同一材料からなる。本変形例に係る圧電素子ユニット１００Ｆが上述の図５に示す圧電素子ユニット１００Ｄと異なる点は、電極１０４ａと電極１０４ｂの配置及び絶縁膜１０５を備える点である。
【0092】
電極１０４ａ及び電極１０４ｂが同じピッチ周期である場合、電極１０４ａの配置位置は、電極１０４ａのピッチ周期λの１／２、つまり、距離Ｄを電極１０４ｂのピッチ間隔Ｐの１／２に調整することにより、圧電膜１０３の側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂから効率よく弾性表面波を電極間に伝搬させることができる。
【0093】
本変形例によれば、上述のように、電極１０４ａと電極１０４ｂの配置をすることにより、効率よく弾性表面波を電極間に伝搬させることができ、また、圧電素子ユニット１００Ｃと同様、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｆを得ることができる。
【0094】
［共振器］
次に、本実施形態に係る圧電素子ユニットを複数備える共振器１００Ｇの構成を説明する。
次に、本実施形態に係る圧電素子ユニットを複数備える共振器１００Ｇの構成を説明する。
【0095】
図８Ａは、共振器１００Ｇを示す部分上面図である。図８Ｂは、図８ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図８Ｃは、図８のＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。共振器１００Ｇは、上述の複数の圧電素子ユニット１００Ａが互いに直列接続している。具体的には、共振器１００Ｇは、基板１０１と、基板１０１上の複数の圧電膜１０３と、基板１０１上のスペーサー１０７と、基板１０１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、最もスペーサー１０７側の電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、最もスペーサー１０７側の電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、隣り合う２つの圧電膜１０３の間の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと電気的に接続している複数の配線１０６ｃと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。なお、圧電素子ユニット１００Ａの圧電膜１０３上面には、絶縁膜１０５が設けられている。図８Ａは、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。
【0096】
共振器１００Ｇは、複数の圧電素子ユニット１００Ａのうち隣り合う２つの圧電素子ユニットにおいて、一方の圧電素子ユニット１００Ａの電極１０４ｂを、配線１０６ｃを介して他方の圧電素子ユニット１００Ａの電極１０４ａと共通化させている。
【0097】
また、複数の圧電素子ユニット１００Ａを互いに並列接続させてもよい。図９Ａは、共振器１００Ｈを示す部分上面図である。図９Ｂは、図９ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。図９Ｃは、図９のＢ－Ｂ線に沿う部分断面図である。共振器１００Ｈは、基板１０１と、基板１０１上の複数の圧電膜１０３と、基板１０１上のスペーサー１０７と、基板１０１上の複数の電極１０４ａ及び複数の電極１０４ｂと、最もスペーサー１０７側の電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、配線１０６ａと電気的に接続している電極１０４ａとは異なり、かつ、Ｘ方向において最も離れている他の電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ｂと、隣り合う２つの圧電膜１０３の間の２つの電極１０４ｂと電気的に接続している複数の配線１０６ｃと、圧電膜１０３、配線１０６ａ、配線１０６ｂ、及び配線１０６ｃ等を覆う保護膜１０８と、を備える。なお、圧電素子ユニット１００Ａの圧電膜１０３上には、絶縁膜１０５が設けられている。図９Ａは、理解を容易にするため、保護膜１０８の図示を省略している。
【0098】
共振器１００Ｈは、複数の圧電素子ユニット１００Ａのそれぞれの電極１０４ａを配線１０６ａ及び配線１０６ｂを介して相互に電気的に接続し、複数の圧電素子ユニット１００Ａのそれぞれの電極１０４ｂを配線１０６ｃを介して相互に電気的に接続している。ここでは、共振器に圧電素子ユニット１００Ａを用いた例を示したがこれに限られず、小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットであればよい。
【0099】
共振器１００Ｇ及び共振器１００Ｈは、小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニットを複数備えているため、これら圧電素子ユニットを複数備える共振器１００Ｇ及び共振器１００Ｈも小型化及び高実装密度化が可能となる。また、共振器１００Ｇ及び共振器１００Ｈの小型化及び高実装密度化に伴い、共振器１つのあたりの製造コストを低減できる。
【0100】
［閉環状圧電素子ユニット］
次に、閉環状圧電素子ユニットである圧電素子ユニット１００Ｉの構成を説明する。
次に、閉環状圧電素子ユニットである圧電素子ユニット１００Ｉの構成を説明する。
【0101】
図１０Ａは、圧電素子ユニット１００Ｉを示す部分上面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＡ－Ａ線に沿う部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｉは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｉは、基板１２１と、基板１２１上の圧電膜１０３と、基板１２１上のスペーサー１０７と、基板１２１上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０９ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０９ｂと、圧電膜１０３上面の絶縁膜１０５と、配線１０９ａと電気的に接続している配線１０６ａと、配線１０９ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、を備える。圧電素子ユニット１００Ｉが上述の図３Ａ～図３Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｂと異なる点は、圧電膜１０３が閉環状である点等である。本構成において図３Ａ～図３Ｃに示す圧電素子ユニット１００Ｂと共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
【0102】
圧電膜１０３は、基板１２１の主面１２１Ａの法線方向（Ｚ方向）からみたときに閉環状である。ここで、「閉環状」とは、環状であり、かつ、端がない連続した外周及び内周を有していることを指す。図１０Ａでは、円の閉環状の圧電膜１０３を示しているがこれに限られず、例えば、円の他に、楕円、三角形及び四角形などの多角形等であってもよい。
【0103】
電極１０４ａは閉環状である圧電膜１０３の外周に沿って配置され、電極１０４ｂは圧電膜１０３の内周に沿って配置されている。圧電膜１０３の外周及び内周には端がないため、電極端で励起されたバルク弾性波が圧電膜１０３の両側面に伝播すること、及び圧電膜１０３の端で反射する不要な波であるスプリアスが発生することなどを抑制することができ、圧電素子を効率よく励振させることができる。
【0104】
ＢＡＷ素子の一例として圧電素子ユニット１００Ｉを示したがこれに限られず、ＳＡＷ素子である閉環状圧電素子ユニットであってもよい。ＳＡＷ素子の場合、常に弾性表面波が電極間を伝播するため、圧電素子を効率よく励振させることができる。
【0105】
閉環状圧電素子ユニットである圧電素子ユニット１００Ｉは、上述のように電素子を効率よく励振させることができる。また、圧電素子ユニット１００Ｃと同様、圧電素子を小型化及び高実装密度化でき、結果として小型化及び高実装密度化に適した圧電素子ユニット１００Ｉを得ることができる。
【0106】
〔空間〕
次に、圧電素子ユニットにおける保護膜と電極との間に存在する空間について説明する。
次に、圧電素子ユニットにおける保護膜と電極との間に存在する空間について説明する。
【0107】
図１１Ａは、圧電素子ユニット１００Ｊを示す部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｊは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｊは、基板１０１と、基板１０１上の圧電膜１０３と、基板１０１上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、基板１０１上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。電極１０４ａは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間に配置され、電極１０４ｂは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間に配置されている。圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間の領域において、保護膜１０８と電極１０４ａとの間には空間１１１が存在し、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間の領域において、保護膜１０８と電極１０４ｂとの間には空間１１１が存在している。
【0108】
図１１Ｂは、圧電素子ユニット１００Ｋを示す部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｋは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｋは、基板１０１と、基板１０１上の絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２上の圧電膜１０３と、絶縁膜１０２上の、圧電膜１０３と離隔しているスペーサー１０７ａ及びスペーサー１０７ｂと、絶縁膜１０２上の電極１０４ａ及び電極１０４ｂと、圧電膜１０３上、スペーサー１０７ａ上、及びスペーサー１０７ｂ上の絶縁膜１０５と、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、圧電膜１０３、配線１０６ａ及び配線１０６ｂ等を覆う保護膜１０８と、を備える。電極１０４ａは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間に配置され、電極１０４ｂは、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間に配置されている。圧電膜１０３とスペーサー１０７ａとの間の領域において、保護膜１０８と電極１０４ａとの間には空間１１１が存在し、圧電膜１０３とスペーサー１０７ｂとの間の領域において、保護膜１０８と電極１０４ｂとの間には空間１１１が存在している。スペーサー１０７ａ上、及びスペーサー１０７ｂ上の絶縁膜１０５においても、スペーサーとしての機能を有する。
【0109】
圧電素子がＺ方向に大きく形成され、ＸＹ面における圧電素子の占有面積が小さいため、ＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いて保護膜１０８を形成する際に、空間１１１が保護膜１０８によって埋まることがない。空間１１１は、弾性波（ここではバルク弾性波）が基板１０１等に伝搬するのを遮断する作用があり、空間１１１により圧電素子ユニットを備えた共振器をパッケージ化する際に圧電素子ユニットに与える影響を抑制することができる。
【0110】
〔側壁絶縁膜〕
次に、側壁絶縁膜を備える圧電素子ユニットについて説明する。
次に、側壁絶縁膜を備える圧電素子ユニットについて説明する。
【0111】
図１２は、圧電素子ユニット１００Ｌを示す部分断面図である。圧電素子ユニット１００Ｌは、ＢＡＷ素子の一例である。圧電素子ユニット１００Ｌは、基板１０１と、基板１０１上の絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２上の圧電膜１０３と、絶縁膜１０２上の側壁絶縁膜１１２ａ及び側壁絶縁膜１１２ｂと、絶縁膜１０２上及び側壁絶縁膜１１２ａ上の電極１０４ａと、絶縁膜１０２上及び側壁絶縁膜１１２ｂ上の電極１０４ｂと、圧電膜１０３上面の絶縁膜１０５と、電極１０４ａと電気的に接続している配線１０６ａと、電極１０４ｂと電気的に接続している配線１０６ｂと、を備える。
【0112】
圧電膜１０３は、領域１０３ａと、領域１０３ａの上部に配置され、領域１０３ａより結晶欠陥が少ない領域１０３ｂと、を有する。結晶性の膜を絶縁膜等の他の材料の上に成膜すると、成膜初期には結晶が乱れやすく、膜が成長するにつれて、徐々に結晶が揃う。このため、成膜初期である圧電膜１０３の領域１０３ａは結晶が乱れやすく、結晶欠陥（結晶粒界）が多く存在する。結晶欠陥（結晶粒界）は、薄膜の中に存在している多数の結晶（多結晶）の境界であり原子が不連続に並ぶ格子欠陥の１つであり、その特異な原子配列から材料の多様な機能の起源となる粒界は、幅が数ナノメートルという極めて微小な領域にしか存在しないにも関わらず、材料や素子等の総合的性能を決定付けることも少なくない。例えば、結晶欠陥（結晶粒界）は材料の熱伝導性や振動の伝搬性を大きく低下させてしまう。
【0113】
上述のような理由から領域１０３ａを圧電素子に使用することは好ましくないため、領域１０３ａにおける側面１０３Ａ及び側面１０３Ｂのそれぞれを覆う側壁絶縁膜１１２ａ及び側壁絶縁膜１１２ｂを設けることにより、結晶欠陥が少ない領域１０３ｂのみを圧電素子に使用することができる。圧電膜１０３の結晶欠陥が少ない領域１０３ｂのみを圧電素子に使用するにより、高周波数及び高電気機械結合係数を得ることができる。
【0114】
（その他の実施形態）
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載していない様々な実施形態等を含む。
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載していない様々な実施形態等を含む。
【0115】
例えば、圧電素子ユニット１００において、圧電素子ユニット１００Ｋに示すように圧電膜１０３近傍の電極１０４ａ及び電極１０４ｂの厚さ（Ｚ方向の寸法）が圧電膜１０３の厚さ（Ｚ方向の寸法）より厚くてもよい。また、圧電素子ユニット１００において、配線１０６ａ及び配線１０６ｂの厚さ（Ｚ方向の寸法）が電極１０４ａ及び電極１０４ｂの厚さ（Ｚ方向の寸法）より厚くてもよい。
【符号の説明】
【0116】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｉ、１００Ｊ、１００Ｋ、１００Ｌ 圧電素子ユニット
１００Ｇ、１００Ｈ 共振器
１０１、１２１ 基板
１０１Ａ、１２１Ａ 主面
１０２、１０５ 絶縁膜
１０３ 圧電膜
１０３ａ、１０３ｂ 領域
１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ 側面
１０３Ｃ 底面
１０４ａ、１０４ｂ 電極
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０９ａ、１０９ｂ 配線
１０７、１０７ａ、１０７ｂ スペーサー
１０８ 保護膜
１１１ 空間
１１２ａ、１１２ｂ 側壁絶縁膜
１００Ｇ、１００Ｈ 共振器
１０１、１２１ 基板
１０１Ａ、１２１Ａ 主面
１０２、１０５ 絶縁膜
１０３ 圧電膜
１０３ａ、１０３ｂ 領域
１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ 側面
１０３Ｃ 底面
１０４ａ、１０４ｂ 電極
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０９ａ、１０９ｂ 配線
１０７、１０７ａ、１０７ｂ スペーサー
１０８ 保護膜
１１１ 空間
１１２ａ、１１２ｂ 側壁絶縁膜
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】