(57)【要約】【課題】圧電薄膜共振器の性能を向上させること。【解決手段】基板１０と、前記基板上に設けられた圧電膜１４と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み対向する下部電極１２および上部電極１６と、前記圧電膜の前記上部電極側および前記圧電膜の前記下部電極側の少なくとも一方に設けられ、前記上部電極および前記下部電極と離間し、平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振領域を少なくとも一部で囲む質量負荷膜と、平面視において前記共振領域および前記質量負荷膜を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙３０、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層と、を具備する圧電薄膜共振器。【選択図】図１
2018182463.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圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟み対向する下部電極および上部電極と、
前記圧電膜の前記上部電極側および前記圧電膜の前記下部電極側の少なくとも一方に設けられ、前記上部電極および前記下部電極と離間し、平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振領域を少なくとも一部で囲む質量負荷膜と、
平面視において前記共振領域および前記質量負荷膜を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層と、
を具備する圧電薄膜共振器。
【請求項２】
前記質量負荷膜は前記圧電膜下に設けられている請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項３】
前記質量負荷膜は前記圧電膜上および下に設けられている請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項４】
前記質量負荷膜と前記共振領域との離間幅は前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの３／８倍以下である請求項１から３のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項５】
前記質量負荷膜の単位面積当たりの重さは、前記下部電極および前記上部電極の対応する少なくとも一方の単位面積当たりの重さと略等しい請求項１から４のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項６】
前記共振領域を囲む少なくとも一部において前記共振領域より外側に設けられ、前記共振領域には設けられておらず、前記下部電極と前記上部電極との間に挿入された挿入膜を具備する請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項７】
平面視において、前記挿入膜は前記質量負荷膜の少なくとも一部と重なる請求項６記載の圧電薄膜共振器。
【請求項８】
平面視において、前記挿入膜は、前記質量負荷膜内の前記共振領域側の領域には重ならず、前記質量負荷膜内の前記共振領域と反対側の領域に重なる請求項６記載の圧電薄膜共振器。
【請求項９】
前記質量負荷膜内の前記挿入膜が重ならない領域の幅は前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの３／４倍以上かつ９／４倍以下である請求項８記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１０】
前記質量負荷膜の電位は、浮遊電位である請求項１から９のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１１】
前記質量負荷膜は前記上部電極および前記下部電極の対応する少なくとも一方と同じ金属材料からなる請求項１から１０のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１２】
前記質量負荷膜は前記上部電極および前記下部電極の対応する少なくとも一方と前記空隙を介し離間することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。
【請求項１４】
請求項１３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し、例えば質量負荷膜を有する圧電薄膜共振器、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マルチ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膜を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。
【０００３】
無線システムの急速な普及にともない、多くの周波数帯が使用されている。その結果、フィルタやデュプレクサのスカート特性を急峻化する要求が強まっている。スカート特性を急峻化する対策の一つに圧電薄膜共振器のＱ値を高めることがある。
【０００４】
上部電極および下部電極の一方の表面に環帯を設けることが知られている（例えば特許文献１）。共振領域の外周領域に圧電膜に挿入された挿入膜を設けることが知られている（例えば特許文献２）。圧電膜内にブリッジと呼ばれる環帯を設けることが知られている（例えば特許文献３）。ピストンモードで動作させることでスプリアスを抑制できることが知られている（例えば特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０９４７２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６１００１号公報
【特許文献３】米国特許第９０４８８１２号明細書
【特許文献４】特表２００３−５０５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１から３によれば、共振領域からの弾性波エネルギーの漏洩を抑制することができ、Ｑ値を向上できる。しかしながら、共振領域からの弾性波エネルギーの漏洩を十分に抑制することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振器の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み対向する下部電極および上部電極と、前記圧電膜の前記上部電極側および前記圧電膜の前記下部電極側の少なくとも一方に設けられ、前記上部電極および前記下部電極と離間し、平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する領域である共振領域を少なくとも一部で囲む質量負荷膜と、平面視において前記共振領域および前記質量負荷膜を含み、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層と、を具備する圧電薄膜共振器である。
【０００９】
上記構成において、前記質量負荷膜は前記圧電膜下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、前記質量負荷膜は前記圧電膜上および下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、前記質量負荷膜と前記共振領域との離間幅は前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの３／８倍以下である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記質量負荷膜の単位面積当たりの重さは、前記下部電極および前記上部電極の対応する少なくとも一方の単位面積当たりの重さと略等しい構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記共振領域を囲む少なくとも一部において前記共振領域より外側に設けられ、前記共振領域には設けられておらず、前記下部電極と前記上部電極との間に挿入された挿入膜を具備する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、平面視において、前記挿入膜は前記質量負荷膜の少なくとも一部と重なる構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、平面視において、前記挿入膜は、前記質量負荷膜内の前記共振領域側の領域には重ならず、前記質量負荷膜内の前記共振領域と反対側の領域に重なる構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記質量負荷膜内の前記挿入膜が重ならない領域の幅は前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極の合計の厚さの３／４倍以上かつ９／４倍以下である構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記質量負荷膜の電位は、浮遊電位である構成とすることができる。
【００１８】
上記構成において、前記質量負荷膜は前記上部電極および前記下部電極の対応する少なくとも一方と同じ金属材料からなる構成とすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記質量負荷膜は前記上部電極および前記下部電極の対応する少なくとも一方と前記空隙を介し離間する構成とすることができる。
【００２０】
本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明によれば、圧電薄膜共振器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２（ａ）は、実施例１における共振領域付近の上部電極、上部付加膜、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図、図２（ｂ）は、下部電極、下部付加膜、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）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断面図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｄ）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７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例５および６の断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｄ）は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例１の変形例１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、シミュレーションを行ったサンプルＡからＣの断面構造を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、シミュレーションを行ったサンプルＤおよびＥの断面構造を示す図である。
【図１４】図１４は、サンプルＡからＥにおける反共振周波数におけるＱ値、電気機械結合係数およびスプリアス強度を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、サンプルＡからＣの周波数に対するＳ１１の大きさを示す図およびＳ１１のスミスチャートである。
【図１６】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、サンプルＤおよびＥの周波数に対するＳ１１の大きさを示す図およびＳ１１のスミスチャートである。
【図１７】図１７は、実施例１における横モードの分散特性を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）は、共振領域の外側に挿入領域が設けられた場合の断面図、図１８（ｂ）から図１８（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）は、共振領域の外側に非挿入領域と挿入領域とが設けられた場合の断面図、図１９（ｂ）から図１９（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図２１】図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。
【図２２】図２２（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図、図２２（ｂ）は、実施例３の変形例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】
【００２４】
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】
【００２５】
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）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）は主に下部電極１２および上部電極１６を図示している。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器を、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器を示している。
【００２６】
図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、下部電極１２および下部付加膜１３が設けられている。下部電極１２と下部付加膜１３とは空気層２２を介し離間し電気的に分離されている。下部付加膜１３は電気的に浮遊状態になっている。下部電極１２および下部付加膜１３は下層１２ａと上層１２ｂとを含んでいる。下層１２ａは例えばＣｒ（クロム）膜であり、上層１２ｂは例えばＲｕ（ルテニウム）膜である。
【００２７】
基板１０の平坦主面と下部電極１２および下部付加膜１３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。
【００２８】
下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は、下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂを備えている。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。
【００２９】
圧電膜１４上に上部電極１６および上部付加膜１７が設けられている。上部電極１６と上部付加膜１７とは空気層２２を介し離間し電気的に分離されている。上部付加膜１７は電気的に浮遊状態になっている。上部電極１６および上部付加膜１７は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ膜である。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とが対向する領域が共振領域５０である。共振領域５０は、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。
【００３０】
下部付加膜１３または上部付加膜１７が設けられた付加膜領域５２は、離間領域５８を介し共振領域５０から離間している。
【００３１】
挿入膜２８は、共振領域５０を囲む少なくとも一部に設けられ、共振領域５０内には設けられていない。付加膜領域５２内のうち共振領域５０側（すなわち内側）は挿入膜２８が設けられていない非挿入領域５４であり、共振領域５０の反対側（すなわち外側）は挿入膜２８が設けられた挿入領域５６である。
【００３２】
共振領域５０内の積層膜は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。積層膜として、上部電極１６上に酸化シリコン膜等の周波数調整膜および／またはパッシベーション膜が形成されていてもよい。
【００３３】
図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３３が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３３の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３３の先端に孔部３５を有する。
【００３４】
図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に、Ｔｉ（チタン）層からなる周波数制御膜２０が設けられている。これにより、積層膜は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内の全面に形成された周波数制御膜２０を含む。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、周波数制御膜２０の膜厚を用い調整する。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。
【００３５】
２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２の下層１２ａを膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜、上層１２ｂを膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜とする。圧電膜１４を膜厚が１２００ｎｍのＡｌＮ膜とする。挿入膜２８ａおよび２８ｂをそれぞれ膜厚が１５０ｎｍおよび３００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）膜とする。挿入膜２８は、圧電膜１４の膜厚方向の中心に設けられている。上部電極１６の下層１６ａを膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜、上層１６ｂを膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜とする。周波数調整膜および／またはパッシベーション膜を膜厚が５０ｎｍの酸化シリコン膜とする。周波数制御膜２０を膜厚が１２０ｎｍのＴｉ膜とする。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。
【００３６】
特許文献２に記載されているように、挿入膜２８のヤング率は圧電膜１４より小さいことが好ましい。密度がほぼ同じであれば、ヤング率は音響インピーダンスと相関することから、挿入膜２８の音響インピーダンスは圧電膜１４より小さいことが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。さらに、挿入膜２８の音響インピーダンスを圧電膜１４より小さくするため、圧電膜１４が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜２８は、Ａｌ（アルミニウム）膜、Ａｕ（金）膜、Ｃｕ（銅）膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ（白金）膜、Ｔａ（タンタル）膜、Ｃｒ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。特に、ヤング率の観点から挿入膜２８は、Ａｌ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。
【００３７】
基板１０としては、Ｓｉ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、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。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Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）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。例えば、上部電極１６の下層１６ａをＲｕ、上層１６ｂをＭｏとしてもよい。
【００３８】
圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。また、例えば、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、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素または１２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素または１２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族元素または１２族元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族の元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）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、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。
【００３９】
周波数調整膜および／またはパッシベーション膜としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。周波数制御膜２０としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の単層膜を用いることができる。また、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。周波数制御膜２０は、上部電極１６の層間（下層１６ａと上層１６ｂとの間）以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。周波数制御膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。
【００４０】
下部付加膜１３および上部付加膜１７は、それぞれ下部電極１２および上部電極１６と同じ材料および膜厚を有する膜であることが好ましい。下部付加膜１３および上部付加膜１７として、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈまたは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。下部付加膜１３および上部付加膜１７として、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。
【００４１】
図２（ａ）は、実施例１における共振領域付近の上部電極、上部付加膜、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図、図２（ｂ）は、下部電極、下部付加膜、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、共振領域５０を囲む領域のうち、上部電極１６を共振領域５０から引き出す領域が引き出し領域７０であり、共振領域５０を囲む領域のうち引き出し領域７０以外が領域７２である。領域７２においては、上部電極１６の輪郭が共振領域５０の輪郭と一致する。領域７２では、上部付加膜１７は共振領域５０（すなわち上部電極１６）を囲むように設けられている。上部付加膜１７と共振領域５０との間の領域は離間領域５８である。挿入膜２８は共振領域５０内には設けられておらず、共振領域５０を囲むように設けられている。挿入膜１８の内輪郭は上部付加膜１７が設けられた付加膜領域５２内に位置する。付加膜領域５２内の挿入膜２８が設けられていない非挿入領域５４の外側に、挿入膜２８が設けられた挿入領域５６が設けられている。空隙３０は、平面視において共振領域５０および付加膜領域５２より大きくかつ含むように設けられている。
【００４３】
図２（ｂ）に示すように、引き出し領域７０においては、下部電極１２の輪郭が共振領域５０の輪郭と一致する。引き出し領域７０では、下部付加膜１３は共振領域５０（すなわち下部電極１２）を囲むように設けられている。下部付加膜１３と共振領域５０との間の領域は離間領域５８である。挿入膜１８の内輪郭は付加膜領域５２内に位置する。付加膜領域５２内の非挿入領域５４の外側に挿入領域５６が設けられている。空隙３０は、平面視において共振領域５０および付加膜領域５２より大きくかつ含むように設けられている。このように、下部付加膜１３および上部付加膜１７は共振領域５０のほぼ全周を囲むように設けられている。挿入膜２８も共振領域５０のほぼ全周を囲むように設けられている。
【００４４】
図３（ａ）から図３（ｃ）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、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＺｎＯ、Ｇｅ（ゲルマニウム）またはＳｉＯ２（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。その後、犠牲層３８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。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。次に、犠牲層３８および基板１０上に下層１２ａおよび上層１２ｂを形成する。犠牲層３８および下部電極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、下層１２ａおよび上層１２ｂ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ことで下部電極１２および下部付加膜１３を形成する。下部電極１２および下部付加膜１３は、リフトオフ法により形成してもよい。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、下部電極１２と下部付加膜１３との間に犠牲層３８ａを形成する。犠牲層３８ａの材料は犠牲層３８と同じである。下部電極１２、下部付加膜１３、犠牲層３８ａおよび基板１０上に下部圧電膜１４ａ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上に挿入膜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。
【００４６】
図３（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８上に上部圧電膜１４ｂ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。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。下層１６ａおよび上層１６ｂ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。これにより、上部電極１６および上部付加膜１７が形成される。上部電極１６および上部付加膜１７は、リフトオフ法により形成してもよい。
【００４７】
なお、図１（ｃ）に示す並列共振器においては、下層１６ａを形成した後に、周波数制御膜２０を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。周波数制御膜２０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、上層１６ｂを形成する。
【００４８】
孔部３５および導入路３３（図１（ａ）参照）を介し、犠牲層３８および３８ａのエッチング液を下部電極１２の下の犠牲層３８および３８ａに導入する。これにより、犠牲層３８および３８ａ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および３８ａ以外の共振器を構成する材料を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および下部付加膜１３がエッチングされない媒体であることが好ましい。下部電極１２から上部電極１６（または周波数調整膜）までの積層膜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）および図１（ｂ）に示した直列共振器Ｓ、および図１（ａ）および図１（ｃ）に示した並列共振器Ｐが作製される。
【００４９】
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断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐを示す断面図である。以下の変形例を説明するにあたりわかりやすいように、ドーム状の空隙３０を基板１０内の空隙で表した。その他の構成は図１（ｂ）および図１（ｃ）と同じであり、説明を省略する。
【００５０】
実施例１のように、共振領域５０を囲むように下部付加膜１３および上部付加膜１７を設けることで、弾性波が共振領域５０から外部に漏れることを抑制できる。これにより、Ｑ値等の共振器の特性を向上できる。
【００５１】
［実施例１の変形例１］
図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図５（ａ）に示すように、離間領域５８において圧電膜１４の一部が除去されていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００５２】
［実施例１の変形例２］
図５（ｂ）に示すように、付加膜領域５２には、挿入膜２８が挿入されていない非挿入領域５４は設けられておらず、付加膜領域５２は全て挿入膜２８が挿入された挿入領域５６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。挿入膜２８は離間領域５８の少なくとも一部に設けられていてもよい。
【００５３】
［実施例１の変形例３］
図５（ｃ）のように、圧電膜１４に挿入膜２８は挿入されていなくてもよい。付加膜領域５２は全て挿入膜２８が挿入されていない非挿入領域５４となる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００５４】
実施例１の変形例１から３においても共振領域５０を囲むように上部付加膜１７および下部付加膜１３を設けることで、共振領域５０からの弾性波の漏洩を抑制し、Ｑ値等を向上できる。
【００５５】
［実施例１の変形例４］
図６（ａ）から図６（ｄ）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６（ａ）から図６（ｄ）に示すように、上部電極１６および上部付加膜１７上に絶縁膜２４が設けられている。上部電極１６と上部付加膜１７との間は絶縁膜２４に埋め込まれている。下部電極１２と下部付加膜１３との間は絶縁膜２４に埋め込まれている。絶縁膜２４としては例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いることができる。その他の構成は、実施例１およびその変形例１−３と同じであり説明を省略する。
【００５６】
実施例１の変形例４では、絶縁膜２４を設けることで、上部電極１６と上部付加膜１７との間の電気的絶縁性、下部電極１２と下部付加膜１３との電気的絶縁性を向上できる。
【００５７】
[実施例１の変形例５]
図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例５および６の断面図である。図７（ａ）に示すように、上部電極１６上に絶縁膜２４が設けられ、上部付加膜１７と圧電膜１４との間に絶縁膜２４が設けられている。下部電極１２と基板１０または空隙３０との間に絶縁膜２４が設けられ、下部付加膜１３と圧電膜１４との間に絶縁膜２４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。
【００５８】
下部電極１２と圧電膜１４の間および／または上部電極１６と圧電膜１４との間に絶縁膜２４が設けられると、圧電薄膜共振器の特性が劣化してしまう。このため、絶縁膜２４は下部電極１２の下および／または上部電極１６の上に設ける。下部付加膜１３と圧電膜１４の間および／または上部付加膜１７と圧電膜１４との間には絶縁膜２４が設けられていても特性は劣化しない。
【００５９】
[実施例１の変形例６]
図７（ｂ）に示すように、上部付加膜１７は絶縁膜２４を挟み上部電極１６の一部（重なり領域５９）に重なっていてもよい。下部付加膜１３は絶縁膜２４を挟み下部電極１２の一部（重なり領域５９）に重なっていてもよい。その他の構成は実施例１の変形例５と同じであり説明を省略する。
【００６０】
［実施例１の変形例７］
図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）から図８（ｄ）に示すように、引き出し領域７０に下部付加膜１３は設けられていない。よって、引き出し領域７０に付加膜領域５２は設けられていない。図８（ａ）から図８（ｃ）においては、引き出し領域７０側の共振領域５０の領域５５において圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。その他の構成は、実施例１およびその変形例１−３と同じであり説明を省略する。
【００６１】
［実施例１の変形例８］
図９（ａ）から図９（ｄ）は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ａ）から図９（ｄ）に示すように、上部電極１６および上部付加膜１７上に絶縁膜２４が設けられている。上部電極１６と上部付加膜１７との間に絶縁膜２４が設けられている。その他の構成は、実施例１の変形例７と同じであり説明を省略する。
【００６２】
［実施例１の変形例９］
図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）から図１０（ｄ）に示すように、領域７２に上部付加膜１７は設けられていない。図１０（ａ）から図１０（ｃ）においては、領域７２側の共振領域５０の領域５５において圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。その他の構成は、実施例１およびその変形例１−３と同じであり説明を省略する。
【００６３】
［実施例１の変形例１０］
図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例１の変形例１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１（ａ）から図１１（ｄ）に示すように、下部電極１２と下部付加膜１３との間に絶縁膜２４が設けられている。その他の構成は、実施例１の変形例９と同じであり説明を省略する。
【００６４】
実施例１の変形例７から１０のように、付加膜領域５２は、共振領域５０を囲む一部に設けられて、一部に設けられていなくてもよい。共振領域５０を囲み付加膜領域５２が設けられていない領域において挿入膜２８が共振領域５０内に設けられていてもよい。
【００６５】
[シミュレーションサンプルの構造]
次に、実施例１およびその変形例に係る圧電薄膜共振器のＱ値およびスプリアスを２次元有限要素法を用いシミュレーションした。図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、シミュレーションを行ったサンプルＡからＣの断面構造を示す図である。サンプルＡからＣは挿入膜２８が設けられたサンプルである。サンプルＡは比較例、サンプルＢおよびＣは実施例１およびその変形例に相当する。
【００６６】
図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示すように、共振領域５０の中心をミラー界面６６とした。共振領域５０の半分の幅をＷ５０、空隙３０の半分の幅をＷ３０とした。
【００６７】
図１２（ａ）に示すように、サンプルＡでは共振領域５０の外周領域において圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。共振領域５０に挿入膜２８が挿入された領域５５の幅をＷ５５とした。図１２（ｂ）に示すように、サンプルＢでは、共振領域５０の外側に上部付加膜１７が設けられた付加膜領域５２が設けられている。付加膜領域５２の圧電膜１４には挿入膜２８が挿入されている。共振領域５０には挿入膜２８は設けられていない。離間領域５８の幅をＷ５８、付加膜領域５２の幅をＷ５２とする。
【００６８】
図１２（ｃ）に示すように、サンプルＣでは付加膜領域５２の内側は挿入膜２８が設けられてない非挿入領域５４であり、付加膜領域５２の外側は挿入膜２８が設けられた挿入領域５６である。非挿入領域５４の幅をＷ５４、挿入領域５６の幅をＷ５６とする。
【００６９】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、シミュレーションを行ったサンプルＤおよびＥの断面構造を示す図である。サンプルＤよびＥは挿入膜２８が設けられていないサンプルである。サンプルＤは比較例、サンプルＥは実施例１およびその変形例に相当する。
【００７０】
図１３（ａ）に示すように、サンプルＤには挿入膜２８および上部付加膜１７は設けられていない。共振領域５０の半分の幅をＷ５０とする。図１３（ｂ）に示すように、サンプルＥには上部付加膜１７が設けられている。付加膜領域５２の幅をＷ５２、離間領域５８の幅をＷ５８とする。
【００７１】
シミュレーションに用いた各材料および膜厚は以下である。
下部電極１２の下層１２ａ：膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜
下部電極１２の上層１２ｂ：膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜
圧電膜１４：膜厚が１２６０ｎｍのＡｌＮ膜
下部圧電膜１４ａ：膜厚が６３０ｎｍのＡｌＮ膜（サンプルＡ−Ｃ）
上部圧電膜１４ｂ：膜厚が６３０ｎｍのＡｌＮ膜（サンプルＡ−Ｃ）
挿入膜２８：膜厚が１５０ｎｍの酸化シリコン膜（サンプルＡ−Ｃ）
上部電極１６：膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜
上部付加膜１７：膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜
空隙３０の幅Ｗ３０：５５μｍ
【００７２】
サンプルＡ
共振領域５０の幅Ｗ５０：４２μｍ
領域５５の幅Ｗ５５：３．２μｍ
【００７３】
サンプルＢ
共振領域５０の幅Ｗ５０：３８．７μｍ
離間領域５８の幅Ｗ５８：０．１μｍ
付加膜領域５２の幅Ｗ５２：３．２μｍ
サンプルＣ
共振領域５０の幅Ｗ５０：３６．１μｍ
離間領域５８の幅Ｗ５８：０．１μｍ
非挿入領域５４の幅Ｗ５４：２．６μｍ
挿入領域５６の幅Ｗ５８：３．２μｍ
【００７４】
サンプルＤ
共振領域５０の幅Ｗ５０：４２μｍ
サンプルＥ
共振領域５０の幅Ｗ５０：３９．８μｍ
離間領域５８の幅Ｗ５８：０．２μｍ
付加膜領域５２の幅Ｗ５２：２μｍ
【００７５】
図１４は、サンプルＡからＥにおける反共振周波数におけるＱ値、電気機械結合係数およびスプリアス強度を示す図である。スプリアス強度は、共振周波数から５０ＭＨｚ以内の最も大きいスプリアスの強度である。図１４に示すように、サンプルＤおよびＥに比べサンプルＡからＣはＱ値が大きい。これは挿入膜２８を設けることで、共振領域５０が外側に漏れる弾性波を挿入膜２８が反射するため、弾性波エネルギーが共振領域５０から漏れることを抑制しているためである。
【００７６】
サンプルＡに比べサンプルＢおよびＣではＱ値が大きい。これは、挿入膜２８に加え、上部付加膜１７を設けることで、共振領域５０からの弾性波の漏洩を抑制するためである。さらに、サンプルＡに比べサンプルＢおよびＣでは電気機械結合係数ｋ２が大きい。これは、共振領域５０内に挿入膜２８が設けられておらず、かつ上部付加膜１７が上部電極１６から電気的に分離されて浮遊電位のため、励振効率が向上するためである。
【００７７】
サンプルＤに比べサンプルＥはＱ値が大きい。これは、挿入膜２８を設けなくても上部付加膜１７を設けることで、共振領域５０から外部への弾性波の漏洩を抑制できるためである。サンプルＤとＥとで電気機械結合係数は同じである。
【００７８】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、サンプルＡからＣの周波数に対するＳ１１の大きさを示す図およびＳ１１のスミスチャートである。周波数は１．９５ＧＨｚから２．１５ＧＨｚである。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、サンプルＡおよびＢでは大きなスプリアス７４が観測される。サンプルＣではスプリアスは小さい。図１４のように、サンプルＣのスプリアス強度（共振周波数から５０ＭＨｚの最も大きいスプリアスの強度）は、サンプルＡおよびＢの約１／４である。このように、共振領域５０を囲むように付加膜領域５２を設け、かつ付加膜領域５２内の挿入膜２８が設けられた挿入領域５６の内側に挿入膜２８が設けられていない非挿入領域５４を設けると、スプリアスが抑制される。
【００７９】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、サンプルＤおよびＥの周波数に対するＳ１１の大きさを示す図およびＳ１１のスミスチャートである。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、サンプルＥはサンプルＤに比べスプリアス７４が小さい。このように、挿入膜２８が設けられていないサンプルでも、付加膜領域５２を設けることでスプリアスが抑制される。
【００８０】
サンプルＣおよびＥにおいて、スプリアスを抑制できる理由を説明する。サンプルＣにおける横モードの弾性波（横方向に伝搬する弾性波）の分散特性をシミュレーションした。シミュレーション条件は上記条件と同じである。シミュレーションした弾性波のモードは、圧電薄膜共振器において用いる主モードである。
【００８１】
図１７は、実施例１における横モードの分散特性を示す図である。共振領域５０、非挿入領域５４および挿入領域５６における分散特性を示している。図１７において、横軸は横方向の波数であり、縦軸は周波数である。波数が０のとき、弾性波は横方向に伝搬せず、厚み縦モードの応答が生じる。波数が０より大きい場合、横方向に弾性波が伝搬し、横モードの弾性波となる。共振領域５０の分散特性の波数が０の周波数が圧電薄膜共振器の共振周波数ｆｒとなる。共振領域５０において、波数が０から大きくなると周波数が低くなる。周波数がｆ０においてボトムとなり、その後周波数は波数にともない高くなる。周波数がｆ０とｆｒとの間の周波数帯域においては、共振領域５０において横モードの弾性波が伝搬できる。この横モードの弾性波が共振領域５０の端部付近で反射され、共振領域５０内で定在波となるとスプリアスとなる。
【００８２】
非挿入領域５４では、下部電極１２から上部付加膜１７までの積層膜の構造は共振領域５０の下部電極１２から上部電極１６までの積層膜の構造と同じである。共振領域５０では、上部電極１６に交流信号が印加されるのに対し、上部付加膜１７は電気的に浮遊である。これにより、非挿入領域５４の分散特性は共振領域５０の分散特性より少し高周波側にシフトする。非挿入領域５４における波数が０の遮断周波数は共振周波数ｆｒよりやや高いｆ２である。
【００８３】
挿入領域５６では、圧電膜１４内に挿入膜２８が挿入されているため、積層膜の厚さが大きくなり積層膜の重さが大きくなる。このため、分散特性は低周波側に大きくシフトする。挿入領域５６における波数が０の遮断周波数は共振周波数ｆｒより低いｆ１である。
【００８４】
図１８（ａ）は、共振領域の外側に挿入領域が設けられた場合の断面図、図１８（ｂ）から図１８（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。図１８（ａ）に示すように、共振領域５０の両側に離間領域５８を介し挿入膜２８が挿入された挿入領域５６が設けられている。この構成はサンプルＢに対応する。共振領域５０を横方向に伝搬する図１７の周波数ｆｒからｆ０の横モード弾性波は、離間領域５８の幅が小さければ離間領域５８を通過する。しかし、図１７のように挿入領域５６の遮断周波数ｆ１が周波数ｆｒからｆ０より低いため、共振領域５０を伝搬する横モード弾性波は挿入領域５６を伝搬できない。よって、共振領域５０と挿入領域５６との境界６０は固定端となる。
【００８５】
図１８（ｂ）から図１８（ｅ）のように、境界６０は定在波の節となる。第１モードおよび第３モードでは、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とは同じとなる。このため、スプリアスは生じない。第２モードおよび第４モードでは、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とが異なる。このため、スプリアスが生じる。
【００８６】
図１９（ａ）は、共振領域の外側に非挿入領域と挿入領域とが設けられた場合の断面図、図１９（ｂ）から図１９（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。図１９（ａ）に示すように、共振領域５０の両側に離間領域５８を介し挿入膜２８が挿入されていない非挿入領域５４が設けられ、非挿入領域５４の外側に挿入領域５６が設けられている。この構成は実施例１のサンプルＣに対応する。図１７のように非挿入領域５４の遮断周波数ｆ２は周波数ｆｒ近傍に位置する。このため、共振領域５０を伝搬する横モード弾性波は非挿入領域５４を伝搬できる、よって、共振領域５０と非挿入領域５４との境界６２は自由端となる。挿入領域５６は横モード弾性波が伝搬できないため、非挿入領域５４と挿入領域５６との境界６４は固定端となる。
【００８７】
図１９（ｂ）から図１９（ｅ）のように、境界６２は定在波の腹となり、境界６４は定在波の節となる。第１モードから第４モードのいずれにおいても、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とは同じとなる。このため、スプリアスは生じない。
【００８８】
以上のように、共振領域５０を囲むように、挿入膜２８が設けられていない非挿入領域５４を設けることでスプリアスを抑制できる。
【００８９】
以上のように、実施例１およびその変形例によれば、下部付加膜１３および／または上部付加膜１７（質量負荷膜）は、平面視において共振領域５０を囲む少なくとも一部において下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方から離間して、圧電膜１４の上および下の対応する少なくとも一方に設けられている。すなわち、圧電膜１４の上部電極１６側および圧電膜１４の下部電極１２側の少なくとも一方に設けられ、上部電極１６および下部電極１２と離間し、平面視において共振領域５０を少なくとも一部で囲む。空隙３０は、平面視において共振領域５０および下部付加膜１３および上部付加膜１７を含む。これにより、下部付加膜１３および／または上部付加膜１７が共振領域５０から横モード弾性波が漏洩することを抑制できる。よって、Ｑ値等の共振特性を向上できる。
【００９０】
また、質量負荷膜として、圧電膜１４の上および下のうち上のみに上部付加膜１７が設けられていてもよい。また、圧電膜１４の上および下のうち下のみに下部付加膜１３が設けられていてもよい。さらに、圧電膜１４の上および下にそれぞれ上部付加膜１７および下部付加膜１３が設けられていてもよい。
【００９１】
図２（ａ）および図２（ｂ）のように、平面視において、共振領域５０を囲む実質的に全ての領域に上部付加膜１７および下部付加膜１３が設けられていることが好ましい。
【００９２】
離間領域５８の幅Ｗ５８は、弾性波が伝搬できる程度に小さいことが好ましい。例えば、幅Ｗ５８は共振領域５０を横方向に伝搬する弾性波の波長以下が好ましい。幅Ｗ５８は、１μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下がより好ましい。
【００９３】
付加膜領域５２において弾性波を反射するように、上部付加膜１７および下部付加膜１３の単位面積当たりの重さは、上部電極１６および下部電極１２の対応する一方の単位面積当たりの重さと製造誤差程度に実質的に等しいことが好ましい。例えば、図３（ａ）から図３（ｃ）のように、下部電極１２と下部付加膜１３を同時に形成する。これにより、下部電極１２と下部付加膜１３の材料および膜厚は実質的に同じとなる。上部電極１６と上部付加膜１７を同時に形成する。これにより、上部電極１６と上部付加膜１７の材料および膜厚は実質的に同じとなる。すなわち、上部付加膜１７および／または下部付加膜１３は、それぞれ上部電極１６および／または下部電極１２と同じ金属材料からなる。
【００９４】
上部付加膜１７および／または下部付加膜１３はそれぞれ上部電極１６および／または下部電極１２空隙（空気層２２）を介し離間していてもよいし、絶縁膜２４を介し離間していてもよい。
【００９５】
挿入膜２８は、共振領域５０を囲む少なくとも一部において共振領域５０より外側に設けられ、共振領域５０には設けられておらず、下部電極１２と上部電極１６との間に挿入されている。これにより、サンプルＢおよびＣのように、Ｑ値および電気機械結合係数を向上できる。
【００９６】
また、サンプルＢおよびＣのように、平面視において挿入膜２８は上部付加膜１７および下部付加膜１３の少なくとも一部と重なる。これにより、Ｑ値および電気機械結合係数を向上できる。
【００９７】
平面視において、挿入膜２８は、上部付加膜１７および／または下部付加膜１３内の共振領域５０側の非挿入領域５４には重ならず、上部付加膜１７および／または下部付加膜１３内の共振領域５０と反対側の挿入領域５６に重なる。これにより、サンプルＣのように、スプリアスを抑制できる。
【００９８】
離間領域５８には、挿入膜２８が設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。離間領域５８の一部に挿入膜２８が設けられていてもよい。
【００９９】
非挿入領域５４、挿入領域５６および離間領域５８の幅Ｗ５４、Ｗ５６およびＷ５８の好ましい値について検討する。上記シミュレーションでは、共振領域５０における下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の合計の厚さＨは１．７４μｍである。よって、共振領域５０における縦方向の弾性波の波長λ１は２×Ｈ＝３．５８μｍである。
【０１００】
図１９（ａ）から図１９（ｅ）のように、境界６２を弾性波の腹、境界６４を弾性波の節とするためには、非挿入領域５４の幅Ｗ５４は横方向に伝搬する弾性波の波長λ２の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）が好ましい。図１７より、非挿入領域５４において、スプリアスを抑制できるのは、共振周波数ｆｒから非挿入領域５４における分散曲線のボトムの周波数ｆ０２までの範囲である。この範囲における非挿入領域５４の波数は、β２ａとβ２ｂの間である。β２ａおよびβ２ｂはそれぞれ約０．３８μｍ−１および１．０μｍ−１である。そこでこの範囲の中心波数β２を約０．６μｍ−１とする。波数β２の波長λ２は２×π／β２≒１０．５μｍとなる。λ１とλ２とを比較すると、λ２≒３×λ１である。よって、非挿入領域５４の幅Ｗ５４は（２ｎ−１）／４×３λ１（ｎは自然数）付近が好ましい。小型化のため幅Ｗ５４を最も短くするためには、幅Ｗ５４は１／４×λ２≒３／４×λ１＝３／２×Ｈが好ましい。好ましい範囲として、１／８×λ２≦Ｗ５４≦３／８×λ２、すなわち３／４×Ｈ≦Ｗ５４≦９／４×Ｈが好ましく、Ｈ≦Ｗ５４≦２×Ｈがより好ましい。
【０１０１】
挿入領域５６において、弾性波を効率よく反射するためには、挿入領域５６の幅Ｗ５６は横方向に伝搬する弾性波の波長λ３の（２ｎ）／４倍（ｎは自然数）が好ましい。図１７より、反共振周波数ｆａにおけるＱ値を向上させることを考える。挿入領域５６の反共振周波数ｆａにおける波数β３は約１．８μｍ−１である。波数β３の波長λ３は２×π／β３≒３．４μｍである。λ１とλ３とを比較すると、λ２≒λ１である。よって、挿入領域５６の幅Ｗ５６は（２ｎ）／４×λ１（ｎは自然数）付近が好ましい。小型化のため幅Ｗ５６を最も短くするためには、幅Ｗ５は１／２×λ３≒１／２×λ１＝Ｈが好ましい。好ましい範囲として、３／８×λ３≦Ｗ５６≦５／８×λ３、すなわち３／４×Ｈ≦Ｗ５６≦５／４×Ｈが好ましく、７／８×Ｈ≦Ｗ５６≦９／８×Ｈがより好ましい。
【０１０２】
非挿入領域５４においてスプリアスを抑制するためには、離間領域５８の幅Ｗ５８は、波長λ２の弾性波が通過する程度に小さいことが好ましい。幅Ｗ５８が１／１６×λ２以下であれば弾性波は離間領域５８をほとんど通過し、１／３２×λ以下であれば弾性波は離間領域５８をより通過する。よって、幅Ｗ５８は、３／８×Ｈ以下が好ましく、３／１６×Ｈ以下がより好ましい。
【実施例２】
【０１０３】
実施例２は、空隙の構成を変えた例である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図２０（ａ）および図２０（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および下部付加膜１３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。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１およびその変形例３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。
【０１０４】
［実施例２の変形例１］
図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、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３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３０ａと膜３０ｂ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およびその変形例３と同じであり説明を省略する。
【０１０５】
実施例１およびその変形例において、実施例２と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例２の変形例１と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。
【０１０６】
実施例１およびその変形例並びに実施例２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２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。共振領域５０および付加膜領域５２を含む音響反射層は、空隙３０または音響反射膜３１を含めばよい。
【０１０７】
実施例１から実施例２およびその変形例において、挿入膜２８が共振領域５０を全て囲むように設けられているが、挿入膜２８は共振領域５０の少なくとも一部において共振領域５０より外側に設けられていればよい。例えば領域５２および５４は一部がカットされた環状でもよい。挿入膜２８が圧電膜１４に挿入されている例を説明したが、挿入膜２８は下部電極１２および下部付加膜１３と圧電膜１４との間に挿入されていてもよい。挿入膜２８は圧電膜１４と上部電極１６および上部付加膜１７との間に挿入されていてもよい。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３】
【０１０８】
実施例３は、実施例１、２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２２（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図である。図２２（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２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Ｔ１と出力端子Ｔ２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から２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。
【０１０９】
図２２（ｂ）は、実施例３の変形例に係るデュプレクサの回路図である。図２２（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３のフィルタとすることができる。
【０１１０】
フィルタが実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器を含む。これにより、共振器のＱ値が向上し、フィルタのスカート特性を向上できる。
【０１１１】
また、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１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器を含むフィルタとすることができる。
【０１１２】
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】
【０１１３】
１０      基板
１２      下部電極
１３      下部付加膜
１４      圧電膜
１４ａ    下部圧電膜
１４ｂ    上部圧電膜
１６      上部電極
１７      上部付加膜
２２      空気層
２４      絶縁膜
２８      挿入膜
３０      空隙
３１      音響反射膜
４０      送信フィルタ
４２      受信フィルタ
５０      共振領域
５２      付加膜領域
５４      非挿入領域
５６      挿入領域
５８      離間領域
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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