(57)【要約】      （修正有）【課題】共振周波数を異ならせる弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイスは、基板１０と、基板上に設けられた第１および第２下部電極１２ａ、１２ｂと、第１および第２下部電極１２ａ、１２ｂ上に設けられた第１圧電層１４ａと、第１圧電層上に設けられた第２圧電層１４ｂと、第１圧電層および第２圧電層の少なくとも一部を挟み第１下部電極と対向する第１共振領域５０ａを形成するように、第２圧電層上に設けられた第１上部電極１６ａと、第１および第２圧電層の少なくとも一部を挟み第２下部電極と対向する第２共振領域５０ｂを形成するように、第２圧電層上に設けられた第２上部電極１６ｂと、第１と第２圧電層との間の第１共振領域に設けられた第１中間電極１８ａと、第１圧電層と第２圧電層との間の第２共振領域に設けられ、単位厚さあたりの質量が第１中間電極の単位厚さ当たりの質量と異なる第２中間電極１８ｂと、を備える。【選択図】図４
2020014096.tif 000002
【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下部電極および第２下部電極と、
前記第１下部電極および前記第２下部電極上に設けられた第１圧電層と、
前記第１圧電層上に設けられた第２圧電層と、
前記第１圧電層および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１共振領域を形成するように、前記第２圧電層上に設けられた第１上部電極と、
前記第１圧電層および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２共振領域を形成するように、前記第２圧電層上に設けられた第２上部電極と、
前記第１圧電層と前記第２圧電層との間の前記第１共振領域に設けられた第１中間電極と、
前記第１圧電層と前記第２圧電層との間の前記第２共振領域に設けられ、単位厚さあたりの質量が前記第１中間電極の単位厚さ当たりの質量と異なる第２中間電極と、
を備える弾性波デバイス。
【請求項２】
第１端子と、
第２端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記第１端子と前記第２端子との間に並列に接続された並列共振器と、を有するラダー型フィルタを備え、
前記直列共振器は、前記第１下部電極、前記第１中間電極および前記第１上部電極を含み、前記第１下部電極と前記第１上部電極とが接続された第１ノードは前記第１端子に接続され、前記第１中間電極は前記第２端子に接続され、
前記並列共振器は、前記第２下部電極、前記第２中間電極および前記第２上部電極を含み、前記第２下部電極と前記第２上部電極との接続された第２ノードと前記第２中間電極との一方は前記第１端子と前記第２端子とを接続する直列経路に接続し、前記第２ノードと前記第２中間電極との他方はグランドに接続する請求項１に記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記第２中間電極の単位厚さ当たりの質量は前記第１中間電極の単位厚さ当たりの質量より大きい請求項２に記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記第１下部電極と前記第１中間電極との間の前記第１圧電層の厚さと、前記第２下部電極と前記第２中間電極との間の前記第１圧電層の厚さと、前記第１中間電極と前記第１上部電極との間の前記第２圧電層の厚さと、前記第２中間電極と前記第２上部電極との間の前記第２圧電層の厚さと、は互いに略同じである請求項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中間電極の厚さと前記第２中間電極の厚さとは互いに略同じである請求項４に記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記第１下部電極の厚さと前記第２下部電極の厚さとは互いに略同じであり、前記第１下部電極の材料と前記第２下部電極の材料とは同じであり、
前記第１上部電極の厚さと前記第２上部電極の厚さとは互いに略同じであり、前記第１上部電極の材料と前記第２上部電極の材料とは同じである請求項４に記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記第１圧電層および前記第２圧電層は単結晶材料からなる請求項１から６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１圧電層および前記第２圧電層は窒化アルミニウム層である請求項７に記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
前記第１圧電層および前記第２圧電層はタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である請求項７に記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
前記第１圧電層の分極方向と前記第２圧電層の分極方向とは略同じである請求項７から９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１０のいずれか一項に記載の弾性波デバイス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、弾性波デバイスおよびマルチプレクサに関し、例えば圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスおよびマルチプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜共振器を逆平行に接続することで、非線形特性を低減することが知られている（例えば特許文献１）。分極方向の異なる圧電層を積層することで、高い共振周波数を有する圧電薄膜共振器が知られている（例えば特許文献２）。分極方向の異なる単結晶基板を接合した圧電薄膜共振器が知られている（例えば特許文献３）。圧電膜の間に音響反射層を設けることで、圧電薄膜共振器を並列に接続した構造が知られている（例えば特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６４９５号公報
【特許文献２】特開２００７−３６９１５号公報
【特許文献３】特開平１０−５１２６２号公報
【特許文献４】特開２００８−１７２７１１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４のように、複数の圧電薄膜共振器を積層した構造において、ラダー型フィルタの直列共振器と並列共振器のように共振周波数を異ならせる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振周波数を異ならせ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下部電極および第２下部電極と、前記第１下部電極および前記第２下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第２圧電層と、前記第１圧電層および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１下部電極と対向する第１共振領域を形成するように、前記第２圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟み前記第２下部電極と対向する第２共振領域を形成するように、前記第２圧電層上に設けられた第２上部電極と、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間の前記第１共振領域に設けられた第１中間電極と、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間の前記第２共振領域に設けられ、単位厚さあたりの質量が前記第１中間電極の単位厚さ当たりの質量と異なる第２中間電極と、を備える弾性波デバイスである。
【０００７】
上記構成において、第１端子と、第２端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に直列に接続された直列共振器と、前記第１端子と前記第２端子との間に並列に接続された並列共振器と、を有するラダー型フィルタを備え、前記直列共振器は、前記第１下部電極、前記第１中間電極および前記第１上部電極を含み、前記第１下部電極と前記第１上部電極とが接続された第１ノードは前記第１端子に接続され、前記第１中間電極は前記第２端子に接続され、前記並列共振器は、前記第２下部電極、前記第２中間電極および前記第２上部電極を含み、前記第２下部電極と前記第２上部電極との接続された第２ノードと前記第２中間電極との一方は前記第１端子と前記第２端子とを接続する直列経路に接続し、前記第２ノードと前記第２中間電極との他方はグランドに接続する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第２中間電極の単位厚さ当たりの質量は前記第１中間電極の単位厚さ当たりの質量より大きい構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１下部電極と前記第１中間電極との間の前記第１圧電層の厚さと、前記第２下部電極と前記第２中間電極との間の前記第１圧電層の厚さと、前記第１中間電極と前記第１上部電極との間の前記第２圧電層の厚さと、前記第２中間電極と前記第２上部電極との間の前記第２圧電層の厚さと、は互いに略同じである構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１中間電極の厚さと前記第２中間電極の厚さとは互いに略同じである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１下部電極の厚さと前記第２下部電極の厚さとは互いに略同じであり、前記第１下部電極の材料と前記第２下部電極の材料とは同じであり、前記第１上部電極の厚さと前記第２上部電極の厚さとは互いに略同じであり、前記第１上部電極の材料と前記第２上部電極の材料とは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、前記第１圧電層および前記第２圧電層は単結晶材料からな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圧電層および前記第２圧電層は窒化アルミニウム層である構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記第１圧電層および前記第２圧電層はタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１圧電層の分極方向と前記第２圧電層の分極方向とは略同じ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マルチプレクサである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、共振周波数を異ならせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図２】図２は、比較例４における圧電薄膜共振器の積層構造を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は実施例１に係る弾性波デバイスの回路図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【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１）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２）である。
【図７】図７（ａ）から図７（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８】図８（ａ）から図８（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４）である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）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（その１）である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（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（その２）である。
【図１１】図１１は、実施例２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】
【００１９】
まず、圧電薄膜共振器の２次歪について説明する。図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１（ａ）に示すように、比較例１の圧電薄膜共振器Ｒでは、圧電層１４は下部電極１２と上部電極１６との間に挟まれている。下部電極１２と上部電極１６との間に信号源４４より高周波信号が印加される。高周波信号では電界方向は交互に入れ替わるが、説明しやすいように信号源４４の上の端子から下の端子の方向に電界が加わるとすると、圧電層１４では上部電極１６から下部電極１２の方向が電界方向４６である。共振周波数の波長の１／２がほぼ圧電層１４の厚さに相当する。
【００２０】
２次高調波の周波数の波長はほぼ圧電層１４の厚さに相当する。このとき、圧電層１４が分極方向１５に分極していると、圧電層１４内の対称性が崩れるため、電界成分が残ってしまう。これにより、２次高調波が大きくなる。
【００２１】
弾性表面波共振器では、電極指の両側に反対の電圧が印加された電極指が配置されているため、電界成分がキャンセルされ２次高調波は小さい。このように、圧電薄膜共振器では弾性表面波共振器に比べ２次高調波が大きくなるという課題がある。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、比較例２では、比較例１の圧電薄膜共振器Ｒを圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂに並列に分割する。圧電薄膜共振器Ｒａの上部電極１６と圧電薄膜共振器Ｒｂの下部電極１２とを接続し、圧電薄膜共振器Ｒａの下部電極１２と圧電薄膜共振器Ｒｂの上部電極１６とを接続する。圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂにおいて分極方向１５ａおよび１５ｂはいずれも下部電極１２から上部電極１６である。圧電薄膜共振器Ｒａ内の電界方向４６ａは分極方向１５ａと同じであり、圧電薄膜共振器Ｒｂ内の電界方向４６ｂは分極方向１５ｂの反対となる。これにより、圧電薄膜共振器Ｒａにより生成される２次高調波と圧電薄膜共振器Ｒｂにより生成される２次高調波がキャンセルされる。
【００２３】
比較例２の構造において圧電薄膜共振器Ｒと静電容量を同じにしようとすると、圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂの各々の静電容量（すなわち共振領域の面積）を圧電薄膜共振器Ｒの静電容量（すなわち共振領域の面積）の１／２とする。比較例２では、圧電薄膜共振器ＲａとＲｂの共振領域の面積の合計は圧電薄膜共振器Ｒの共振領域の面積と同じであるが、圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂを接続する配線の分、圧電薄膜共振器Ｒより面積が大きくなる。
【００２４】
図１（ｃ）に示すように、比較例３では、比較例１の圧電薄膜共振器Ｒを圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂに直列に分割する。圧電薄膜共振器ＲａとＲｂの下部電極１２が接続されている。これにより、圧電薄膜共振器Ｒａでは電界方向４６ａは分極方向１５ａと同じ方向であり、圧電薄膜共振器Ｒｂでは電界方向４６ｂは分極方向１５ｂと反対方向である。よって、圧電薄膜共振器Ｒａにより生成される２次高調波と圧電薄膜共振器Ｒｂにより生成される２次高調波がキャンセルされる。
【００２５】
比較例３の構造において圧電薄膜共振器Ｒと静電容量を同じにしようとすると、圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂの各々の静電容量（すなわち共振領域の面積）を圧電薄膜共振器Ｒの静電容量（すなわち共振領域の面積）の２倍とする。よって、比較例３では、圧電薄膜共振器ＲａとＲｂの共振領域の面積の合計は圧電薄膜共振器Ｒの共振領域の面積の４倍以上となってしまう。
【００２６】
このように、比較例２および３においては２次高調波を抑制できるが、比較例１より面積が大きくなり弾性波デバイスが大型化してしまう。
【００２７】
図２は、比較例４における圧電薄膜共振器の積層構造を示す図である。図２に示すように、下部電極１２と上部電極１６との間に圧電層１４ａおよび１４ｂが設けられている。圧電層１４ａと１４ｂとの間に中間電極１８が設けられている。下部電極１２、圧電層１４ａおよび中間電極１８により圧電薄膜共振器Ｒａが形成され、中間電極１８、圧電層１４ｂおよび上部電極１６により圧電薄膜共振器Ｒｂが形成される。
【００２８】
下部電極１２と上部電極１６とはノードＮにおいて共通に接続されている。中間電極１８とノードＮとの間に信号源４４が接続される。圧電薄膜共振器Ｒａでは分極方向１５ａは下部電極１２から中間電極１８の方向であり、圧電薄膜共振器Ｒｂでは分極方向１５ｂは中間電極１８から上部電極１６の方向である。圧電薄膜共振器Ｒａでは、電界方向４６ａは分極方向１５ａと同じ方向であり、圧電薄膜共振器Ｒｂでは電界方向４６ｂは分極方向１５ｂと反対方向である。これにより、圧電薄膜共振器Ｒａにより生成される２次高調波と圧電薄膜共振器Ｒｂにより生成される２次高調波がキャンセルされる。
【００２９】
さらに、圧電薄膜共振器ＲａとＲｂとが積層されているため、弾性波デバイスを小型化できる。しかし、中間電極１８上に圧電層１４ｂをスパッタリング法を用い設けると、圧電層１４ｂの配向性が低くなる。これにより、圧電薄膜共振器ＲａとＲｂとが同じ特性とならず、２次高調波のキャンセルが十分でなくなる。また、積層された圧電薄膜共振器ＲａとＲｂと別の積層された圧電薄膜共振器ＲａおよびＲｂとの共振周波数を異ならせようとすると、圧電薄膜共振器ＲａとＲｂとの両方に質量付加膜を設けることになる。
【実施例１】
【００３０】
実施例１では、弾性波デバイスとしてラダー型フィルタを例に説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は実施例１に係る弾性波デバイスの回路図である。図３（ａ）に示すように、端子Ｔ１とＴ２との間に、直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続され、並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。端子Ｔ１およびＴ２は、それぞれ入力端子および出力端子、またはそれぞれ出力端子および入力端子である。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓ１からＳ４をそれぞれ直列共振器Ｓ１ａとＳ１ｂ、Ｓ２ａとＳ２ｂ、Ｓ３ａとＳ３ｂ、およびＳ４ａとＳ４ｂに並列に分割する。並列共振器Ｐ１からＰ３をそれぞれ並列共振器Ｐ１ａとＰ１ｂ、Ｐ２ａとＰ２ｂ、およびＰ３ａとＰ３ｂに並列に分割する。なお、直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。
【００３２】
図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図の左側はラダー型フィルタの直列共振器Ｓを示し、右側は並列共振器Ｐを示す。直列共振器Ｓは、図３（ｂ）のＳ１ａとＳ１ｂ、Ｓ２ａとＳ２ｂ、Ｓ３ａとＳ３ｂ、および／またはＳ４ａとＳ４ｂに相当し、並列共振器Ｐは、Ｐ１ａとＰ１ｂ、Ｐ２ａとＰ２ｂ、および／またはＰ３ａとＰ３ｂに相当する。
【００３３】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、基板１０上に直列共振器ＳａとＳｂが積層され、並列共振器ＰａとＰｂが積層されている。基板１０の上面の窪みにより空隙３０ａおよび３０ｂが形成されている。基板１０上に下部電極１２ａおよび１２ｂが設けられている。下部電極１２ａおよび１２ｂが設けられていない領域に絶縁膜２２が設けられている。下部電極１２ａ、１２ｂおよび絶縁膜２２上に圧電層１４ａが設けられている。圧電層１４ａ上に中間電極１８ａおよび１８ｂが設けられている。中間電極１８ａおよび１８ｂが設けられていない領域に絶縁膜２４が設けられている。中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４上に圧電層１４ｂが設けられている。圧電層１４ｂ上に上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃが設けられている。上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃが設けられていない領域に絶縁膜２６が設けられている。
【００３４】
圧電層１４ａの少なくとも一部を挟み下部電極１２ａと中間電極１８ａとが対向する領域と、圧電層１４ｂの少なくとも一部を挟み中間電極１８ａと上部電極１６ａとが対向する領域と、は略同じ領域の共振領域５０ａである。圧電層１４ａの少なくとも一部を挟み下部電極１２ｂと中間電極１８ｂとが対向する領域と、圧電層１４ｂの少なくとも一部を挟み中間電極１８ｂと上部電極１６ｂとが対向する領域と、は略同じ領域の共振領域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。空隙３０ａおよび３０ｂは平面視においてそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂを含むように設けられている。
【００３５】
圧電層１４ａの厚さＴ１４ａと圧電層１４ｂの厚さＴ１４ｂとは略同じであり、圧電層１４ａの分極方向１５ａと圧電層１４ｂの分極方向１５ｂとは略同じ方向である。分極方向１５ａおよび１５ｂは、例えば窒化シリコン層のＣ軸方向である。下部電極１２ａおよび１２ｂと上部電極１６ａおよび１６ｂとはほぼ同じ材料からなり、下部電極１２ａおよび１２ｂの厚さＴ１２と上部電極１６ａおよび１６ｂの厚さＴ１６とは略同じである。中間電極１８ａおよび１８ｂの厚さＴ１８は、下部電極１２ａおよび１２ｂの厚さＴ１２および上部電極１６ａおよび１６ｂの厚さＴ１６のほぼ２倍である。
【００３６】
これにより、下部電極１２ａ、圧電層１４ａおよび中間電極１８ａのほぼ下半分から形成される直列共振器Ｓａと、中間電極１８ａのほぼ上半分、圧電層１４ｂおよび上部電極１６ａで形成される直列共振器Ｓｂとはほぼ同じインピーダンスを有しほぼ同じ特性となる。下部電極１２ｂ、圧電層１４ａおよび中間電極１８ｂのほぼ下半分から形成される並列共振器Ｐａと、中間電極１８ｂのほぼ上半分、圧電層１４ｂおよび上部電極１６ｂで形成される並列共振器Ｐｂとはほぼ同じインピーダンスを有しほぼ同じ特性となる。
【００３７】
上部電極１６ａと下部電極１２ａとは圧電層１４ａおよび１４ｂを貫通する貫通電極３２ａにより電気的に接続され、電極１６ｃと中間電極１８ａとは圧電層１４ｂを貫通する貫通電極３４ａにより電気的に接続されている。同様に、上部電極１６ｂと下部電極１２ｂとは貫通電極３２ｂにより電気的に接続され、電極１６ｃと中間電極１８ｂとは貫通電極３４ｂにより電気的に接続されている。
【００３８】
これにより、直列共振器ＳａとＳｂとは、下部電極１２ａと上部電極１６ａとが接続されたノードＮ１と電極１６ｃとの間に並列に接続される。並列共振器ＰａとＰｂとは、下部電極１２ｂと上部電極１６ｂとが接続されたノードＮ２と電極１６ｃとの間に並列に接続される。これにより、図２の比較例４のように、２次高調波を抑制できる。
【００３９】
中間電極１８ａと１８ｂとは材料が異なり、単位厚さ当たりの質量が異なる。例えば中間電極１８ｂの材料の密度は中間電極１８ａの材料の密度より高い。これにより、並列共振器ＰａおよびＰｂの共振周波数を直列共振器ＳａおよびＳｂの共振周波数より低くできる。中間電極１８ａは直列共振器ＳａとＳｂとを兼ね、中間電極１８ｂは並列共振器ＰａとＰｂとを兼ねる。よって、中間電極１８ａと１８ｂとを異ならせれば、直列共振器ＳａおよびＳｂと並列共振器ＰａおよびＰｂとの共振周波数を異ならせることができる。下部電極１２ａと１２ｂの材料または厚さを異ならせ、かつ上部電極１６ａと１６ｂの材料または厚さを異ならせる場合に比べ簡単に、共振周波数を異ならせることができる。
【００４０】
基板１０として、例えばシリコン基板、サファイア基板、スピネル基板、ガラス基板または水晶基板を用いることができる。圧電層１４ａおよび１４ｂとして、例えば単結晶窒化アルミニウム基板、単結晶タンタル酸リチウム基板または単結晶ニオブ酸リチウム基板を用いることができる。
【００４１】
下部電極１２ａ、１２ｂ、中間電極１８ａ、１８ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂとして、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｒ（クロム）、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。
【００４２】
絶縁膜２２、２４および２６として、例えばポリイミド等の樹脂膜を用いることができる。貫通電極３２ａ、３２ｂ、３４ａおよび３４ｂとして、例えば金または銅等の金属層を用いことができる。
【００４３】
例えば、通過帯域が２．５ＧＨｚ付近のラダー型フィルタを作製する場合、例えば圧電層１４ａおよび１４ｂを膜厚が４５０ｎｍの単結晶窒化アルミニウムとする。下部電極１２ａ、１２ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂを、膜厚が１７５ｎｍのＲｕ膜とする。中間電極１８ａを膜厚が３５０ｎｍのＲｕ膜とし、中間電極１８ｂを膜厚が１１５ｎｍ／１３０ｎｍ／１１５ｎｍのＷ膜／Ｔｉ膜／Ｗ膜の積層膜とすることができる。
【００４４】
［実施例１の製造方法］
図５（ａ）から図８（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５（ａ）に示すように、単結晶材料の圧電基板を圧電層１４ａとして準備する。圧電層１４ａは引き上げ法により成長しスライスした圧電基板である。このため、圧電層１４ａの上面および下面は略平坦である。分極方向１５ａは、上向きとしているが、下向きまたは横向き等任意の方向でもよい。
【００４５】
図５（ｂ）に示すように、圧電層１４ａ上に中間電極１８ａおよび１８ｂを形成する。中間電極１８ａおよび１８ｂは例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い形成し、エッチング法またはリフトオフ法を用いパターニングする。中間電極１８ａおよび１８ｂはそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂと共振領域５０ａおよび５０ｂから中間電極１８ａおよび１８ｂが引き出される引き出し領域に形成される。中間電極１８ａと１８ｂとは材料が異なり、厚さは略同じである。
【００４６】
図５（ｃ）に示すように、圧電層１４ａ上に中間電極１８ａおよび１８ｂを囲むように中間電極１８ａおよび１８ｂが形成されていない領域に絶縁膜２４を形成する。絶縁膜２４は例えばポリイミド膜等の樹脂膜である。中間電極１８ａおよび１８ｂと絶縁膜２４の上面は略平坦であり、中間電極１８ａおよび１８ｂと絶縁膜２４の厚さは略同じである。絶縁膜２４は、例えばスピンコート法により形成し、中間電極１８ａおよび１８ｂと絶縁膜２４の上面はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等により平坦化する。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、単結晶材料の圧電基板を圧電層１４ｂとして準備する。圧電層１４ｂの上面および下面は略平坦である。圧電層１４ｂの材料は圧電層１４ａと同じであることが好ましい。圧電層１４ｂの厚さは圧電層１４ａの厚さと略同じであることが好ましい。分極方向１５ｂは、分極方向１５ａと略同じであることが好ましい。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、圧電層１４ｂ上に上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃを形成する。上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃは例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い形成し、エッチング法またはリフトオフ法を用いパターニングする。上部電極１６ａおよび１６ｂはそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂと共振領域５０ａおよび５０ｂから上部電極１６ａおよび１６ｂが引き出される引き出し領域に形成される。上部電極１６ａと１６ｂとは材料は同じで、厚さは略同じである。
【００４９】
図６（ｃ）に示すように、圧電層１４ｂ上に上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃを囲むように上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃが形成されていない領域に絶縁膜２６を形成する。絶縁膜２６は例えばポリイミド膜等の樹脂膜である。上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃと絶縁膜２６の上面は略平坦であり、上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃと絶縁膜２６の厚さは略同じである。絶縁膜２６は、例えばスピンコート法により形成し、上部電極１６ａ、１６ｂおよび電極１６ｃと絶縁膜２６の上面はＣＭＰ法等により平坦化する。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、平板状であり、上面および下面が略平坦な基板１０の上面に、窪み３６ａおよび３６ｂを形成する。窪み３６ａおよび３６ｂの大きさはそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂと同じまたは共振領域５０ａおよび５０ｂより大きくする。
【００５１】
図７（ｂ）に示すように、窪み３６ａおよび３６ｂ内にそれぞれ犠牲層３８ａおよび３８ｂを形成する。犠牲層３８ａおよび３８ｂの上面と基板１０の上面は略平坦とする。犠牲層３８ａおよび３８ｂ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。
【００５２】
図７（ｃ）に示すように、基板１０上に下部電極１２ａおよび１２ｂを形成する。下部電極１２ａおよび１２ｂは例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用い形成し、エッチング法またはリフトオフ法を用いパターニングする。下部電極１２ａおよび１２ｂはそれぞれ共振領域５０ａおよび５０ｂと共振領域５０ａおよび５０ｂから下部電極１２ａおよび１２ｂが引き出される引き出し領域に形成される。基板１０上に下部電極１２ａおよび１２ｂを囲むように下部電極１２ａおよび１２ｂが形成されていない領域に絶縁膜２２を形成する。絶縁膜２２は例えばポリイミド膜等の樹脂膜である。下部電極１２ａおよび１２ｂと絶縁膜２２の上面は略平坦であり、下部電極１２ａおよび１２ｂと絶縁膜２２の厚さは略同じである。下部電極１２ａおよび１２ｂの材料は同じで、厚さは略同じである。絶縁膜２２は、例えばスピンコート法により形成し、下部電極１２ａおよび１２ｂと絶縁膜２２の上面はＣＭＰ法等により平坦化する。
【００５３】
図８（ａ）に示すように、図７（ｃ）の下部電極１２ａ、１２ｂおよび絶縁膜２２上に図５（ｃ）の圧電層１４ａの下面を接合する。接合の方法は、例えば下部電極１２ａ、１２ｂおよび絶縁膜２２の上面並びに圧電層１４ａの下面を活性化させ、下部電極１２ａ、１２ｂおよび絶縁膜２２の上面と圧電層１４ａの下面とを常温において直接接合することにより行う。活性化には、イオンビーム、中性ビームまたはプラズマを用いる。
【００５４】
図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４上に図６（ｃ）の圧電層１４ｂの下面を接合する。接合の方法は、図８（ａ）と同じである。これにより、下部電極１２ａと上部電極１６ａとが対向する共振領域５０ａ、および下部電極１２ｂと上部電極１６ｂとが対向する共振領域５０ｂが形成される。
【００５５】
図８（ｃ）に示すように、上部電極１６ａと下部電極１２ａとを接続する貫通電極３２ａおよび上部電極１６ｂと下部電極１２ｂとを接続する貫通電極３２ｂを形成する。電極１６ｃと中間電極１８ａとを接続する貫通電極３４ａおよび電極１６ｃと中間電極１８ｂとを接続する貫通電極３４ｂを形成する。
【００５６】
その後、犠牲層３８ａおよび３８ｂを除去し空隙３０ａおよび３０ｂを形成することで、図３（ａ）および図３（ｂ）の直列共振器Ｓａ、Ｓｂ、並列共振器ＰａおよびＰｂが形成される。
【００５７】
［実施例１の変形例１］
図９（ａ）から図１０（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（ａ）に示すように、圧電層１４ａを準備する。圧電層１４ａの厚さは中間電極１８ａおよび１８ｂの厚さだけ実施例１より厚い。
【００５８】
図９（ｂ）に示すように、圧電層１４ａの上面の中間電極１８ａおよび１８ｂを設ける領域に中間電極１８ａおよび１８ｂの厚さに相当する深さの窪み２９ａおよび２９ｂを形成する。窪み２９ａおよび２９ｂは例えばドライエッチング法を用い形成する。
【００５９】
図９（ｃ）に示すように、窪み２９ａおよび２９ｂ内にそれぞれ中間電極１８ａおよび１８ｂを形成する。中間電極１８ａおよび１８ｂの上面と圧電層１４ａの上面とが略平坦となるようにする。
【００６０】
図１０（ａ）に示すように、その後、実施例１の図６（ａ）から図８（ａ）の製造工程を行う。図８（ｂ）と同様に、中間電極１８ａ、１８ｂおよび圧電層１４ａの上面に圧電層１４ｂの下面を接合する。図１０（ｂ）に示すように、その後、実施例１の図８（ｃ）の製造工程を行う。実施例１の変形例１のように中間電極１８ａおよび１８ｂが形成された以外の領域において、圧電層１４ａと１４ｂとは直接接合されていてもよい。
【００６１】
実施例１およびその変形例によれば、下部電極１２ａ（第１下部電極）および下部電極１２ｂ（第２下部電極）は基板１０上に設けられている。圧電層１４ａ（第１圧電層）は下部電極１２ａおよび１２ｂ上に設けられている。圧電層１４ｂ（第２圧電層）は、圧電層１４ａ上に設けられている。上部電極１６ａ（第１上部電極）は、圧電層１４ａおよび１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２ａと対向する共振領域５０ａ（第１共振領域）を形成するように、圧電層１４ｂ上に設けられている。上部電極１６ｂ（第２上部電極）は、圧電層１４ａおよび１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２ｂと対向する共振領域５０ｂ（第２共振領域）を形成するように、圧電層１４ｂ上に設けられている。中間電極１８ａ（第１中間電極）は、圧電層１４ａと１４ｂとの間の共振領域５０ａに設けられている。中間電極１８ｂ（第２中間電極）は、圧電層１４ａと１４ｂとの間の共振領域５０ｂに設けられている。
【００６２】
このように直列共振器ＳａとＳｂが積層され、並列共振器ＰａおよびＰｂが積層されているときに、中間電極１８ｂの単位厚さあたりの質量を中間電極１８ａの単位厚さ当たりの質量と異ならせる。これにより、直列共振器ＳａおよびＳｂの共振周波数と並列共振器ＰａおよびＰｂの共振周波数を簡単に異ならせることができる。中間電極１８ｂの単位厚さあたりの質量は、中間電極１８ａの単位厚さ当たりの質量と５％以上異なることが好ましく、１０％以上異なることが好ましく、２０％以上異なることがより好ましい。中間電極１８ａと１８との単位厚さ当たりの質量が異なることは、中間電極１８ａと１８ｂとの密度が異なることに相当する。中間電極１８ａおよび／または１８ｂが積層膜の場合は、積層膜内の各層の密度×膜厚を積層膜の膜厚で割った値が密度に相当する。
【００６３】
図３（ａ）および図３（ｂ）のように、ラダー型フィルタは端子Ｔ１（第１端子）と端子Ｔ２（第２端子）との間に直列に接続された１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４と、並列に接続された並列共振器Ｐ１からＰ３と、を有する。
【００６４】
図４（ａ）および図４（ｂ）のように、直列共振器Ｓは、下部電極１２ａ、中間電極１８ａおよび上部電極１６ａを含む。下部電極１２ａと上部電極１６ａが接続されたノードＮ１（第１ノード）は端子Ｔ１に接続され、中間電極１８ａは端子Ｔ２に接続される。並列共振器Ｐは、下部電極１２ｂ、中間電極１８ｂおよび上部電極１６ｂを含む。下部電極１２ｂと上部電極１６ｂとの接続されたノードＮ２（第２ノード）と中間電極１８ｂとの一方は端子Ｔ１とＴ２とを接続する直列経路に接続し、ノードＮ２と中間電極１８ｂとの他方はグランドに接続する。
【００６５】
これにより、ラダー型フィルタにおける直列共振器Ｓ１からＳ４の共振周波数と並列共振器Ｐ１からＰ３の共振周波数とを簡単に異ならせることができる。
【００６６】
中間電極１８ｂの単位厚さ当たりの質量は中間電極１８ａの単位厚さ当たりの質量より大きい。これにより、並列共振器Ｐ１からＰ３の共振周波数を直列共振器Ｓ１からＳ４の共振周波数より低くできる。
【００６７】
下部電極１２ａと中間電極１８ａとの間の圧電層１４ａの厚さと、下部電極１２ｂと中間電極１８ｂとの間の圧電層１４ａの厚さと、中間電極１８ａと上部電極１６ａとの間の圧電層１４ｂの厚さと、中間電極１８ｂと上部電極１６ｂとの間の前記圧電層１４ｂの厚さと、は互いに略同じである。これにより、直列共振器ＳａとＳｂの共振周波数をほぼ同じにでき、並列共振器ＰａとＰｂの共振周波数をほぼ同じにできる。なお、ここで、厚さが略同じとは効果が得られる程度に厚さが同じことであり、例えば製造誤差程度に厚さが同じことである。
【００６８】
中間電極１８ａの厚さと中間電極１８ｂの厚さとは互いに略同じである。これにより、中間電極１８ａと１８ｂの密度を異ならせることで、直列共振器ＳａおよびＳｂの共振周波数と並列共振器ＰａおよびＰｂの共振周波数を簡単に異ならせることができる。
【００６９】
下部電極１２ａの厚さと下部電極１２ｂの厚さとは互いに略同じであり、下部電極１２ａの材料と下部電極１２ｂの材料とは同じである。上部電極１６ａの厚さと上部電極１６ｂの厚さとは互いに略同じであり、上部電極１６ａの材料と上部電極１６ｂの材料とは同じである。これにより、中間電極１８ａと１８ｂの密度を異ならせることで、直列共振器ＳａおよびＳｂの共振周波数と並列共振器ＰａおよびＰｂの共振周波数を簡単に異ならせることができる。
【００７０】
中間電極１８ａおよび１８ｂ上にスパッタリング法等を用い多結晶の圧電層１４ｂを設けると、圧電層１４ｂの配向性が劣化し電気機械結合係数が劣化する。そこで、圧電層１４ａおよび１４ｂを単結晶材料により形成する。これにより、直列共振器Ｓｂおよび並列共振器Ｐｂの電気機械結合係数の劣化を抑制できる。また、圧電層１４ａおよび１４ｂを単結晶基板とすることで、直列共振器ＳａとＳｂとのインピーダンス等の特性をほぼ同じにでき、並列共振器ＰａとＰｂとのインピーダンス等の特性をほぼ同じにできる。よって、２次高調波をより抑制できる。
【００７１】
圧電層１４ａおよび１４ｂとしては窒化アルミニウム層、タンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層を用いることができる。これらの材料は分極しているため２次高調波が大きくなりやすい。そこで、実施例およびその変形例により２次高調波を抑制できる。
【００７２】
圧電層１４ａの分極方向１５ａと圧電層１４ｂの分極方向１５ｂは略同じである。これにより、２次高調波を抑制できる。
【００７３】
実施例１のように、圧電層１４ａの上面の中間電極１８ａおよび１８ｂ以外の領域に、中間電極１８ａおよび１８ｂと略同じ厚さの絶縁膜２４を設ける。これにより、圧電層１４ａと１４ｂとが平板状であっても圧電層１４ａと１４ｂとを接合することができる。
【００７４】
圧電層１４ｂと中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４との接合（特に常温における接合）は、接合面が平坦でないと難しい。そこで、圧電層１４ａと中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４との界面を略平坦とし、圧電層１４ｂと中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４との間の界面を略平坦とする。これにより、圧電層１４ｂと中間電極１８ａ、１８ｂおよび絶縁膜２４とを容易に接合できる。なお、略平坦とは、例えば接合が容易な程度に平坦を意味する。
【００７５】
実施例１の変形例１のように、中間電極１８ａおよび１８ｂが設けられた領域以外の領域において圧電層１４ａと１４ｂとが直接接合する。これにより、絶縁膜２４を形成する工程を省略できる。なお、圧電層１４ａと１４ｂとを直接接合すると、圧電層１４ａと１４ｂとの間に１０ｎｍ以下のアモルファス層が形成されることがあるが、圧電層１４ａおよび１４ｂの厚さ数１００ｎｍより十分薄く、実質的には直接接合されている。
【００７６】
中間電極１８ａ、１８ｂおよび圧電層１４ａと圧電層１４ｂとの界面を略平坦とする。これにより、中間電極１８ａ、１８ｂおよび圧電層１４ａと圧電層１４ｂとを容易に接合できる。
【００７７】
圧電層１４ａおよび圧電層１４ｂをスパッタリング法等を用い形成すると、圧電層１４ａおよび１４ｂは連続した柱状の構造となる。この場合、圧電層１４ａと１４ｂとが接していると、圧電層１４ａと１４ｂとを跨いでクラックが形成される。圧電層１４ａと１４ｂとを図９（ａ）のように直接接合した場合、圧電層１４ａと１４ｂとを跨いでクラックが形成されることを抑制できる。
【００７８】
圧電層１４ａおよび１４ｂ内の弾性波反射する音響反射層として空隙３０を例に説明したが、空隙の代わりに音響インピーダンスの異なる膜が積層された音響反射膜を用いてもよい。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、四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。
【実施例２】
【００７９】
実施例２は、実施例１およびその変形例の弾性波デバイスを用いたデュプレクサの例である。図１１は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。図１１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図３（ｂ）のフィルタとすることができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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】
【００８２】
１０  基板
１２、１２ａ、１２ｂ  下部電極
１４、１４ａ、１４ｂ  圧電層
１６、１６ａ、１６ｂ  上部電極
１６ｃ  電極
１８、１８ａ、１８ｂ  中間電極
２２、２４、２６  絶縁膜
３０ａ、３０ｂ  空隙
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ  貫通電極
３８ａ、３８ｂ  犠牲層
４０  送信フィルタ
４２  受信フィルタ
５０ａ、５０ｂ  共振領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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