特許 7190313 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】

(24)【登録日】2022-12-07

(45)【発行日】2022-12-15

(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 20060101AFI20221208BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20221208BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20221208BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20221208BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20221208BHJP

   H01L 41/319 20130101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H01L41/09

H01L41/047

H01L41/053

H01L41/187

H01L41/319

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018188943

(22)【出願日】2018-10-04

(65)【公開番号】P2020057991

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-09-02

(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】岩城 遼

(72)【発明者】

【氏名】入枝 泰成

(72)【発明者】

【氏名】谷口 眞司

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３４０２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８８８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９１６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５７５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／００－ ９／７４

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７

Ｈ０１Ｌ ４１／０５３

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

Ｈ０１Ｌ ４１／３１９

(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た下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、
平面視において前記下部電極側の端が前記空隙の内に位置しかつ前記下部電極と反対側の端が前記空隙の外に位置するように、前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記下部電極と離間する付加膜と、
を備え、
前記下部電極の前記付加膜側の第１端面および前記付加膜の前記下部電極側の第２端面は前記圧電膜に覆われている圧電薄膜共振器。

【請求項2】

前記付加膜は、平面視において上部電極と重なる請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項3】

前記付加膜と前記下部電極とは電気的に絶縁されている請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項4】

前記付加膜と前記上部電極とは電気的に接続される請求項１または２に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項5】

前記付加膜は金属膜または樹脂膜である請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項6】

前記付加膜の材料は前記下部電極の材料と同じである請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項7】

前記空隙はドーム状の形状を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項8】

前記付加膜は前記空隙の外側において前記基板と接する請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項9】

前記第１端面において前記第１端面の下端と前記圧電膜の下端とは一致し、前記第２端面において前記第２端面の下端と前記圧電膜の下端とは一致する請求項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含むフィルタ。

【請求項11】

請求項１０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デュ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積層体を有している。積層体を圧縮応力とすることにより、基板と下部電極との間にドーム状の空隙を形成することが知られている（例えば特許文献１）。共振器本体の周縁端部における空隙に臨む部分のない壁面を基板の厚み方向位置表面とのなす角を鋭角と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】

【文献】特開２００５－３４７８９８号公報

【文献】特開２０１０－１５４２３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空隙の端に応力が集中すると、空隙と圧電膜とが接する領域において圧電膜にクラック等が生じる。このように、圧電膜に応力が集中し圧電膜が劣化する。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、圧電膜に加わる応力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、前記基板上に空隙を介し設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、平面視において前記下部電極側の端が前記空隙の内に位置しかつ前記下部電極と反対側の端が前記空隙の外に位置するように、前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記下部電極と離間する付加膜と、を備え、前記下部電極の前記付加膜側の第１端面および前記付加膜の前記下部電極側の第２端面は前記圧電膜に覆われている圧電薄膜共振器である。

【0007】

上記構成において、前記付加膜は、平面視において上部電極と重なる構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記付加膜と前記下部電極とは電気的に絶縁されている構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記付加膜と前記上部電極とは電気的に接続される構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記付加膜は金属膜または樹脂膜である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記付加膜の材料は前記下部電極の材料と同じである構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記空隙はドーム状の形状を有する構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記付加膜は前記空隙の外側において前記基板と接する構成とすることができる。
上記構成において、前記第１端面において前記第１端面の下端と前記圧電膜の下端とは一致し、前記第２端面において前記第２端面の下端と前記圧電膜の下端とは一致する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、圧電膜に加わる応力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）および図１（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面図である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｅ）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１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。

【図5】図５（ａ）は、比較例２に係る圧電薄膜共振器の断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。

【図6】図６（ａ）は、比較例３に係る圧電薄膜共振器の断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。

【図7】図７（ａ）は、比較例４に係る圧電薄膜共振器の断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。

【図8】図８は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の拡大断面図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）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（ｃ）は、図９（ａ）および図９（ｂ）のＡ－Ａ断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例１の効果を説明するための圧電薄膜共振器の断面図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ実施例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（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１２（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】

【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】

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＡ－Ａ断面図である。図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面図である。図１（ａ）は、下部電極１２、上部電極１６および空隙３０を示す平面図であり、図１（ｂ）は、下部電極１２、付加膜２０および空隙３０を示す平面図である。基板１０の面方向をＸ方向およびＹ方向とし、積層膜１８の積層方向をＺ方向とする。

【0020】

図１（ａ）から図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。基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）基板である。下部電極１２は、例えば基板側からクロム（Ｃｒ）膜およびルテニウム（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（０００１）方向を主軸とする（すなわちＣ軸配向性を有する）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。

【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、例えば圧電膜側からルテニウム膜およびクロム膜である。積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。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とが対向する領域は共振領域５０である。共振領域５０の平面形状は例えば楕円形状である。共振領域５０内の積層膜１８は厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。

【0023】

共振領域５０内の上部電極１６上に周波数調整膜および／または保護膜として酸化シリコン膜等の絶縁膜が形成されていてもよい。共振領域５０の積層膜１８内に周波数調整膜が設けられていてもよい。

【0024】

共振領域５０から上部電極１６が引き出される領域は引き出し領域５２である。引き出し領域５２は共振領域の－Ｘ方向に設けられている。圧電膜１４の平面形状は、上部電極１６とほぼ同じまたは上部電極１６よりやや大きい。圧電膜１４は、共振領域５０および引き出し領域５２に設けられている。

【0025】

引き出し領域５２において、下部電極１２の端は空隙３０上に設けられている。引き出し領域５２における空隙３０の周縁部から空隙３０の外側の基板１０上にかけて、付加膜２０が設けられている。付加膜２０は、空隙３０の外周に沿って設けられている。付加膜２０は下部電極１２と離間している。付加膜２０と下部電極１２との間において、圧電膜１４が空隙３０に露出している。付加膜２０は、例えば基板１０側からクロム膜およびルテニウム膜である。

【0026】

基板１０としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、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。

【0027】

下部電極１２、上部電極１６および付加膜２０としては、ルテニウムおよびクロム以外にもアルミニウム（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。

【0028】

付加膜２０は、下部電極１２および上部電極１６と異なる材料からなる膜でもよい。付加膜２０は、金属膜であり、下部電極１２および上部電極１６として例示した金属元素に加え、例えば金（Ａｕ）等の単層膜またはこれらの積層膜でもよい。付加膜２０は、導電性樹脂（導電性高分子材料）またはポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂（絶縁性高分子材料）でもよい。

【0029】

圧電膜１４としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）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他の元素を含んでもよい。圧電性の向上のための元素は、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素もしくは１２族元素と５族元素との２つの元素である。これにより、圧電薄膜共振器の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）またはストロンチウム（Ｓｒ）である。１２族元素は例えば亜鉛（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、ボロン（Ｂ）を含んでもよい。

【0030】

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合の各層の材料および厚さを以下に例示する。下部電極１２は膜厚が１００ｎｍのクロム膜および膜厚が２００ｎｍのルテニウム膜である。圧電膜１４は膜厚が１２００ｎｍの窒化アルミニウム膜である。上部電極１６は膜厚が２３０ｎｍのルテニウム膜および膜厚が５０ｎｍのクロム膜である。圧電膜１４に膜厚が１５０ｎｍの酸化シリコン膜を挿入膜として挿入してもよい。

【0031】

［実施例１の製造方法］
図３（ａ）から図３（ｅ）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、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、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛、ゲルマニウム（Ｇｅ）または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。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。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。犠牲層３８は、リフトオフ法により形成してもよい。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。

【0032】

図３（ｂ）に示すように、犠牲層３８および基板１０上に下部電極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。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。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0033】

図３（ｃ）に示すように、犠牲層３８および基板１０上に付加膜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。付加膜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。付加膜２０は、リフトオフ法により形成してもよい。付加膜２０が樹脂膜の場合、付加膜２０を印刷法を用い形成してもよい。また、付加膜２０を感光性樹脂として、塗布、露光および現像により付加膜２０を形成してもよい。付加膜２０は下部電極１２と同時に形成してもよい。この場合、付加膜２０の膜厚および材料は下部電極１２の膜厚および材料と同じとなる。

【0034】

図３（ｄ）に示すように、下部電極１２および基板１０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。このとき、圧電膜１４内に挿入膜を形成してもよい。挿入膜は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成される。挿入膜は、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される。挿入膜は、リフトオフ法により形成してもよい。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。

【0035】

図３（ｅ）に示すように、上部電極１６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。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、リフトオフ法により形成してもよい。図３（ｄ）において圧電膜１４をパターニングせず、上部電極１６をマスクに圧電膜１４をエッチングしてもよい。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６により積層膜１８が形成される。

【0036】

その後、犠牲層３８を例えばエッチング法を用い除去する。積層膜１８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、積層膜１８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２の圧電薄膜共振器が形成される。

【0037】

［比較例１］
図４（ａ）は、比較例１に係る圧電薄膜共振器の断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。図４（ａ）に示すように、付加膜２０が設けられていない。引き出し領域５２において、下部電極１２と空隙３０の端が略一致する。空隙３０の端と基板１０とが接する箇所が箇所５４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。

【0038】

図４（ｂ）に示すように、箇所５４では、基板１０と空隙３０の端とが接している。さらに、箇所５４において下部電極１２および圧電膜１４が接している。箇所５４においては応力が集中しやすくなる。例えばドーム状の空隙３０を形成するため積層膜１８を圧縮応力とすると、箇所５４に応力が集中する。また、温度が変化すると熱膨張係数の差に起因する応力が箇所５４に集中する。このため、箇所５４の外側の基板１０上の領域５６および箇所５４の内側の空隙３０上の領域５７に大きい応力が加わる。なお、基板１０は、積層膜１８を支持するため強固な材料からなるため、箇所５４付近の基板１０に応力が加わってもクラック等は生じにくい。

【0039】

基板１０上にスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法等により形成された圧電膜１４は脆い。例えば、基板１０上にスパッタリング法を用い窒化アルミニウム膜を形成すると、窒化アルミニウム膜は基板１０の表面に垂直方向に伸びる柱状の結晶構造を有する。このため、窒化アルミニウム膜は垂直方向に劈開しやすく割れやすい。このように、基板１０上に形成された圧電膜１４は脆いため、領域５６の圧電膜１４に箇所５４を起点とするクラック（ひび割れ）等が生じる。

【0040】

下部電極１２は金属膜である。金属膜は延性および展性が大きいため応力が加わってもクラック等は生じにくい。これにより領域５７にはクラック等は生じにくい。

【0041】

［比較例２］
図５（ａ）は、比較例２に係る圧電薄膜共振器の断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、比較例２では、付加膜２０は設けられていない。下部電極１２の端は空隙３０の端の内側に位置する。このため、領域５６および５７はともに圧電膜１４である。よって、領域５６に加え領域５７においても箇所５４に集中する応力によりクラック等が生じやすくなる。

【0042】

［比較例３］
図６（ａ）は、比較例３に係る圧電薄膜共振器の断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、比較例３では、付加膜２０は設けられていない。下部電極１２の端は空隙３０の端より外側に位置する。このため、領域５６および５７はともに下部電極１２である。よって、領域５６および５７に応力が加わってもクラック等が生じにくい。

【0043】

しかしながら、共振領域５０が空隙３０より大きくなる。空隙３０より外側の共振領域５０では、弾性波は共振しにくいため共振特性への寄与は小さいものの下部電極１２と上部電極１６との間の静電容量は生じる。このため、比較例３では、電気機械結合係数が小さくなる。

【0044】

［比較例４］
図７（ａ）は、比較例４に係る圧電薄膜共振器の断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の空隙の端付近の拡大図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、比較例４では、付加膜２０が設けられている。付加膜２０の外側の端は空隙３０の端と一致する。このため、領域５６は圧電膜１４であり、領域５７は付加膜２０である。領域５６の圧電膜１４に応力が加わるためクラック等が生じやすい。

【0045】

［実施例１の効果］
図８は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の空隙の端付近の拡大断面図である。図８に示すように、付加膜２０の外側の端は空隙３０の端より外側に位置し、付加膜２０の内側の端は空隙３０の端より内側に位置する。これにより、領域５６および５７はともに付加膜２０である。付加膜２０は圧電膜１４よりクラック等が生じにくい。よって、圧電膜１４の劣化が生じにくい。また、付加膜２０は下部電極１２から離間しているため、比較例３のような電気機械結合係数の劣化は生じない。

【0046】

付加膜２０の外側の端と空隙３０の端との距離をＬ１、付加膜２０の内側の端と空隙３０との距離をＬ２、付加膜２０と下部電極１２との距離をＬ３とする。付加膜２０の外側の基板１０上の領域５８、付加膜２０と下部電極１２と間の空隙３０上の領域６０、および付加膜２０上の領域５９は圧電膜１４である。このため、大きい応力が加わらないことが好ましい。よって、領域５８から６０は箇所５４から離れることが好ましい。

【0047】

領域５９を箇所５４から離すため、付加膜２０の膜厚は、下部電極１２の膜厚以上が好ましく、下部電極１２の膜厚の２倍以上がより好ましく、３倍以上がさらに好ましい。領域５８および６０を箇所５４から離すため、距離Ｌ１およびＬ２は、下部電極１２の膜厚以上が好ましく、付加膜２０の膜厚の２倍以上がより好ましく、３倍以上がさらに好ましい。製造時の合わせ精度等を考慮すると、距離Ｌ１およびＬ２は１μｍ以上が好ましく、例えば１．５μｍである。距離Ｌ３は、付加膜２０と下部電極１２とが絶縁されかつ大きすぎない程度であればよく、例えば距離Ｌ３は０．１μｍから１μｍである。

【0048】

［実施例１の変形例１］
図９（ａ）および図９（ｂ）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（ｃ）は、図９（ａ）および図９（ｂ）のＡ－Ａ断面図である。図９（ａ）は、下部電極１２、上部電極１６、接続配線２２および空隙３０を示す平面図であり、図９（ｂ）は、下部電極１２、付加膜２０、接続配線２２および空隙３０を示す平面図である。

【0049】

図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、付加膜２０は、引き出し領域５２全体に設けられている。圧電膜１４の端面に接続配線２２が設けられている。接続配線２２は付加膜２０と上部電極１６とを電気的に接続する。接続配線２２には、例えば下部電極１２および上部電極１６で例示した材料を用いることができる。接続配線２２は、例えば上部電極１６を形成するときに上部電極１６と同時に同じ材料を用い形成してもよい。接続配線２２は、例えば上部電極１６を形成した後に形成してもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0050】

Piezoelectric Stiffening現象について説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例１の効果を説明するための圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）のように、下部電極１２および上部電極１６が接続される端子４４および４６間を開放すると、下部電極１２および上部電極１６に蓄積された電荷により圧電膜１４内に電界６２が発生する。圧電膜１４内のＣ軸方向の応力Ｔ_３と歪Ｓ_３の関係は以下の式１により表される
Ｔ_３＝ｃ_３３Ｓ_３－ｅ_３３Ｅ_３ （式１）
ここで、ｃ_３３は弾性定数、ｅ_３３は圧電定数およびＥ_３は電界である。

【0051】

端子４４と４６との間が開放の場合は、Ｅ_３≠０であるため、式１を弾性定数Ｃ_３３について解くと式２となる。
Ｃ_３３＝（Ｔ_３＋ｅ_３３Ｅ_３）／Ｓ_３ （式２）

【0052】

図１０（ｂ）のように、端子４４と４６とを短絡すると、圧電膜１４内に電界が生じないためＥ_３＝０となる。式１を弾性定数Ｃ_３３について解くと式３となる。
Ｃ_３３＝Ｔ_３／Ｓ_３ （式３）

【0053】

式２と式３とを比較すると、ｅ_３３Ｅ_３は一般的に正のため、端子４４と４６との間が開放のときは短絡のときより弾性定数Ｃ_３３が大きくなる。この現象はPiezoelectric Stiffening現象と呼ばれる。

【0054】

弾性定数Ｃ_３３が大きいと、応力が加わったときにクラックが発生しやすい。実施例１では、付加膜２０が浮遊状態のため、比較的応力が大きい付加膜２０の周囲において圧電膜１４の弾性定数が大きくなる。このため、付加膜２０周辺の圧電膜１４にクラック等が生成されやすくなる。

【0055】

実施例１の変形例１では、付加膜２０と上部電極１６とが電気的に接続されている。これにより、付加膜２０の周囲の圧電膜１４の弾性定数が小さくなる。よって、応力が大きくてもクラック等の発生を抑制できる。

【0056】

［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、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５０の外周領域に設けられ、共振領域５０の中央領域に設けられていない。挿入膜２８は、リング状であり、共振領域５０の外周に沿って共振領域５０の中央領域を囲むように設けられている。

【0057】

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である。挿入膜２８は、酸化シリコン以外に、アルミニウム（Ａｌ）、金、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａまたは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を設けることで、弾性波の共振料以外への漏洩を抑制できる。これにより、Ｑ値等の特性を向上できる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１に挿入膜２８を設けてもよい。

【0058】

［実施例１の変形例３］
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。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１および２において、空隙３０が基板１０の上面の窪みに設けられていてもよい。

【0059】

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。

【0060】

実施例１およびその変形例によれば、下部電極１２は基板１０上に空隙３０を介し設けられる。上部電極１６は、圧電膜１４上に、下部電極１２とで圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と対向するように設けられる。付加膜２０は、平面視において下部電極１２側の端が空隙３０の内に位置しかつ下部電極１２と反対側の端が空隙３０の外に位置するように、基板１０と圧電膜１４との間に設けられ、下部電極１２と離間する。これにより、大きい応力が加わる領域５６および５７に圧電膜１４が設けられない。このため、圧電膜１４に加わる応力を抑制することができる。よって、圧電膜１４のクラック等の劣化を抑制できる。

【0061】

付加膜２０は、平面視において上部電極１６と重なる。上部電極１６と空隙３０の端とが重なる領域では、下部電極１２を空隙３０の外側まで設けると、比較例３のように、圧電薄膜共振器の電気機械結合係数が低下する。よって、付加膜２０を設けることが好ましい。

【0062】

実施例１のように、付加膜２０と下部電極１２とは電気的に絶縁されていてもよいし、実施例１の変形例１のように、付加膜２０と上部電極１６とは電気的に接続されてもよい。付加膜２０と上部電極１６とは電気的に接続されることにより、Piezoelectric Stiffening現象が抑制される。これにより、圧電膜１４の弾性定数が小さくなり、圧電膜１４におけるクラック等の発生を抑制できる。

【0063】

付加膜２０は金属膜または樹脂膜である。金属膜は圧電膜に比べ延性および展性が大きく、クラック等が形成されにくい。樹脂膜は柔らかくクラック等が形成されにくい。よって、付加膜２０をこれらの材料膜とすることでクラック等の発生を抑制できる。

【0064】

付加膜２０の材料は下部電極１２の材料と同じである。これにより、付加膜２０を下部電極１２と同時に形成でき、製造工程を簡略化できる。付加膜２０の膜厚は下部電極１２の膜厚と略同じである。付加膜２０および下部電極１２が複数の積層された膜を有する場合、各膜の材料および膜厚は、付加膜２０と下部電極１２とで同じであることが好ましい。

【0065】

空隙３０がドーム状の形状を有するとき、積層膜１８は圧縮応力である。このため、箇所５４に応力が集中する。よって、付加膜２０を設けることが好ましい。

【0066】

付加膜２０は空隙３０の外側において基板１０と接する。圧電膜１４と基板１０とが接していると、圧電膜１４の応力が加わりやすい。よって、付加膜２０を設けることが好ましい。付加膜２０を設けると、付加膜２０は基板１０に接する。

【実施例2】

【0067】

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１２（ａ）は、実施例２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。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。

【0068】

図１２（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から入力された高周波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から入力された高周波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。

【0069】

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。

【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
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 積層膜
２０ 付加膜
２２ 接続配線
２８ 挿入膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２ 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】