(57)【要約】【課題】圧電薄膜共振器のＱ値を最適化可能とすること。【解決手段】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んで対向した下部電極および上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、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共振領域５０内の外周領域５２の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域５４には設けられておらず、前記共振領域から前記上部電極が引き出される第１の領域６０における前記共振領域内の第１の幅Ｗ１は前記下部電極が前記共振領域から引き出される第２の領域６２および前記第１の領域以外の領域である第３の領域６４における前記共振領域の第３の幅Ｗ３より大きく、前記第２の領域における前記共振領域内の第２の幅Ｗ２は前記第３の幅以上である挿入膜２８と、を具備する圧電薄膜共振器。【選択図】図２
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【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んで対向した下部電極および上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、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共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域には設けられておらず、前記共振領域から前記上部電極が引き出される第１の領域における前記共振領域内の第１の幅は前記下部電極が前記共振領域から引き出される第２の領域および前記第１の領域以外の領域である第３の領域における前記共振領域の第３の幅より大きく、前記第２の領域における前記共振領域内の第２の幅は前記第３の幅以上である挿入膜と、
を具備する圧電薄膜共振器。
【請求項２】
前記第２の幅は前記第３の幅より大きい請求項１記載の圧電薄膜共振器。
【請求項３】
前記第１の幅は前記第２の幅より大きい請求項１または２記載の圧電薄膜共振器。
【請求項４】
前記第１の領域内における前記第１の幅は実質的に同じであり、前記第２の領域における前記第２の幅は実質的に同じであり、前記第３の領域における前記第３の幅は実質的に同じである請求項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】
前記第１の領域の上部電極上に設けられた付加膜を具備する請求項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】
平面視において、前記付加膜は前記共振領域の一部と重なる請求項５記載の圧電薄膜共振器。
【請求項７】
前記下部電極の端面は、前記下部電極の下面が上面に対し大きくなるように傾斜している請求項１から６のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項８】
前記挿入膜のヤング率は前記圧電膜のヤング率より小さい請求項１から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項９】
前記共振領域内の前記下部電極下に空気層が設けられている請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１０】
前記共振領域内の前記下部電極下に、前記圧電膜内を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜が設けられている請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項１１】
請求項１から１０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１２】
請求項１１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、例えば挿入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構造を有している。
【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。圧電薄膜共振器のＱ値が劣化する要因の一つに、弾性波エネルギーが共振領域から外部へ漏洩することが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９５７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造では、共振領域から外部に漏洩する弾性波エネルギーを十分に抑制することができない。よって、Ｑ値の向上が不十分である。
【０００６】
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Ｑ値を最適化可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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んで対向した下部電極および上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、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共振領域内の外周領域の少なくとも一部に設けられ、前記共振領域の中央領域には設けられておらず、前記共振領域から前記上部電極が引き出される第１の領域における前記共振領域内の第１の幅は前記下部電極が前記共振領域から引き出される第２の領域および前記第１の領域以外の領域である第３の領域における前記共振領域の第３の幅より大きく、前記第２の領域における前記共振領域内の第２の幅は前記第３の幅以上である挿入膜と、を具備する圧電薄膜共振器である。
【０００８】
上記構成において、前記第２の幅は前記第３の幅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の幅は前記第２の幅より大きい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１の領域内における前記第１の幅は実質的に同じであり、前記第２の領域における前記第２の幅は実質的に同じであり、前記第３の領域における前記第３の幅は実質的に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の領域の上部電極上に設けられた付加膜を具備する構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、平面視において、前記付加膜は前記共振領域の一部と重なる構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記下部電極の端面は、前記下部電極の下面が上面に対し大きくなるように傾斜している構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記挿入膜のヤング率は前記圧電膜のヤング率より小さい構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記共振領域内の前記下部電極下に空気層が設けられている構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記共振領域内の前記下部電極下に、前記圧電膜内を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜が設けられている構成とすることができる。
【００１７】
本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明によれば、圧電薄膜共振器のＱ値を最適化可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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は、実施例１における共振領域と挿入膜を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図４は、実施例１における挿入幅Ｗ１およびＷ２に対する反共振点のＱ値を示す図である。
【図５】図５は、実施例１における挿入幅Ｗ３に対する反共振点のＱ値を示す図である。
【図６】図６は、実施例１の変形例１に係る図２におけるＡ−Ａ断面に相当する断面図である。
【図７】図７は、実施例１の変形例１における挿入幅Ｗ１およびＷ２に対する反共振点のＱ値を示す図である。
【図８】図８は、実施例１の変形例２における共振領域と挿入膜を示す平面図である。
【図９】図９（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）は、共振領域と挿入膜を示す平面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の断面図、図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係るデュプレクサの回路図である。
【図１２】図１２（ａ）は、送信フィルタの平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
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（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。
【００２３】
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。下部電極１２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。
【００２４】
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内に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、圧電膜１４の膜厚方向のほぼ中央に設けられている。挿入膜２８が設けられるのは、膜厚方向の中央でなくともよいが、中央に設けることにより、挿入膜としての機能をより発揮する。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。上部電極１６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。
【００２５】
上部電極１６上には周波数調整膜２４として酸化シリコン膜が形成されている。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、挿入膜２８、上部電極１６および周波数調整膜２４を含む。周波数調整膜２４はパッシベーション膜として機能してもよい。
【００２６】
下部電極１２および上部電極１６が共振領域５０から引き出される領域がそれぞれ引き出し領域６２および６０である。引き出し領域６０および引き出し領域６２上にそれぞれ付加膜２０および２２が設けられている。付加膜２０および２２は、例えば下側からＴｉ（チタン）膜およびＡｕ（金）膜である。付加膜２０および２２は、圧電薄膜共振器間を接続する配線および／またはバンプの下地層として機能する。共振領域５０の近くまで付加膜２０および２２を設けることで、引き出し領域６０および６２の電気抵抗を低くすることができる。これにより、圧電薄膜共振器の損失を抑制できる。
【００２７】
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。
【００２８】
図１（ａ）および図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との間に質量負荷膜２６が設けられている。質量負荷膜２６は例えばＴｉ（チタン）膜である。よって、積層膜１８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質量負荷膜２６を含む。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。
【００２９】
直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２６の膜厚を用い調整する。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの両方の共振周波数の調整は、周波数調整膜２４の膜厚を調整することにより行なう。
【００３０】
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および上層１２ｂは、それぞれ膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜および膜厚が２５０ｎｍのＲｕ膜である。圧電膜１４は膜厚が１１００ｎｍのＡｌＮ膜である。挿入膜２８は膜厚が１５０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。上部電極１６の下層１６ａおよび上層１６ｂは、膜厚が２５０ｎｍのＲｕ膜および膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜である。周波数調整膜２４は膜厚が５０ｎｍの酸化シリコン膜である。質量負荷膜２６は膜厚が１２０ｎｍのＴｉ膜である。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。
【００３１】
基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、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（アルミニウム）、Ｔｉ、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、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。
【００３２】
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族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族と５族との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族の元素は、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族の元素は、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。
【００３３】
周波数調整膜２４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。質量負荷膜２６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。質量負荷膜２６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。質量負荷膜２６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。
【００３４】
図２は、実施例１における共振領域と挿入膜を示す平面図である。図２に示すように、挿入膜２８は、共振領域５０内の外周領域５２に設けられ中央領域５４に設けられていない。外周領域５２は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の外周を含み外周に沿った領域である。外周領域５２は、例えば環状および一部がカットされた環状である。中央領域５４は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の中央を含む領域である。中央は幾何学的な中心でなくてもよい。挿入膜２８は、外周領域５２に加え共振領域５０を囲む領域５６に設けられている。挿入膜２８は、外周領域５２から共振領域５０外まで連続して設けられている。
【００３５】
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。また、挿入膜２８を金属膜とすることにより実効的電気機械結合係数を向上できる。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膜、Ａｕ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｔａ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。
【００３６】
共振領域５０を囲む領域のうち引き出し領域６０および６２以外の領域を領域６４とする。共振領域５０は、楕円形状を基本とし、領域６４に対し引き出し領域６０側および引き出し領域６２側では外側に広がっている。さらに、共振領域５０は、引き出し領域６０において引き出し領域６２より外側に広がっている。挿入膜２８は同じ幅を有する環状である。引き出し領域６０および６２並びに領域６４における共振領域５０内の挿入膜２８の挿入幅をそれぞれＷ１、Ｗ２およびＷ３とすると、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３である。引き出し領域６０および６２並びに領域６４内では、挿入幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３はそれぞれほぼ均一である。
【００３７】
実施例１では、挿入膜２８を２回回転対称の平面形状とし、下部電極１２および上部電極１６の一部をオフセットする。例えば、引き出し領域６０および６２において共振領域５０の外周を外側にオフセットさせる。これにより、各領域６０、６２および６４内における挿入幅Ｗ１からＷ３はほぼ均一な状態で、挿入幅Ｗ１からＷ３を互いに異ならせることができる。
【００３８】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。図３（ａ）から図３（ｃ）において、基板１０および空隙３０の図示を省略している。図３（ａ）に示すように、引き出し領域６０において、下部電極１２の端面５８は、端面５８と下部電極１２の下面とのなす角度θ１が鋭角となるようにテーパー形状を有している。これは、角度θ１が９０°以上の場合、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４を形成すると、端面５８上の圧電膜１４の膜質が劣化するためである。圧電膜１４の膜質を劣化させないためには、角度θ１は例えば６０°以下とすることが好ましい。端面５８は、平面でなくてもよい。下部電極１２が薄い領域においても弾性波が振動する。このため、端面５８を含む下部電極１２の先端までを共振領域５０とする。
【００３９】
角度θ１を鋭角としても、下部電極１２の先端を起点に圧電膜１４および上部電極１６にクラックが生じることがある。そこで、付加膜２０は、平面視において共振領域５０の端部に重なる。これにより、下部電極１２の先端を起点とした圧電膜１４および上部電極１６のクラックを抑制できる。また、上部電極１６にクラックが生じても付加膜２０により電気的な断線を抑制できる。共振領域５０内の付加膜２０の幅をＷ４とする。挿入幅Ｗ１のうち付加膜２０以外の幅をＷ５とする。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、引き出し領域６２において、上部電極１６の端面５９は基板１０に対しほぼ垂直である。すなわち、上部電極１６の端面５９と下面とのなす角度θ２はほぼ９０°である。角度θ２は９０°より小さくてもよい。上部電極１６の端面５９の角度θ２が大きくても圧電膜１４の膜質には影響しない。このため、上部電極１６の端面５９の角度θ２は加工しやすいように大きくする。よって、角度θ２は角度θ１より大きくなる。下部電極１２と同様に、端面５９を含む上部電極１６の先端までが共振領域５０となる。
【００４１】
図３（ｃ）に示すように、領域６４において、上部電極１６の端面５９の角度θ２は引き出し領域６２とほぼ同じである。
【００４２】
［実施例１のシミュレーション］
図２のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面について２次元の有限要素法を用い反共振周波数におけるＱ値をシミュレーションした。シミュレーション条件は、２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器として例示した材料および膜厚とした。
【００４３】
Ｘ−Ｘ断面の２次元シミュレーションでは、角度θ１を３０°、角度θ２を９０°、付加膜２０を下側から膜厚が１００ｎｍのＴｉ膜および膜厚が３００ｎｍのＡｕ膜、幅Ｗ４を１．０μｍとした。挿入幅Ｗ１およびＷ２を変化させた。
【００４４】
図４は、実施例１における挿入幅Ｗ１およびＷ２に対する反共振点のＱ値を示す図である。図４内の線はＱ値の等高線を示し、各線に記載した数値はＱ値である。最もＱ値の高い点を白丸で図示する。以下の図も同様である。Ｑ値が最も大きくなるのは、挿入幅Ｗ１が３．４μｍおよびＷ２が２．８μｍのときである。このようにＸ−Ｘ断面では、Ｑ値の挿入幅Ｗ１およびＷ２依存は引き出し領域６０と６２で非対称である。
【００４５】
Ｘ−Ｘ断面の２次元シミュレーションでは、角度θ２を９０°とした。Ｙ−Ｙ断面の両側の挿入幅Ｗ３を独立に変化させた。
【００４６】
図５は、実施例１における挿入幅Ｗ３に対する反共振点のＱ値を示す図である。横軸および縦軸はＹ−Ｙ断面における一方の端と他方の端の挿入幅Ｗ３である。図５に示すように、Ｙ−Ｙ断面ではＱ値の挿入幅依存はＷ３＝Ｗ３の線に対し線対称である。挿入幅Ｗ３が２．２μｍのときＱ値が最も大きくなる。図４および図５のように、挿入幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３の最適値は異なる。
【００４７】
［実施例１の変形例１］
実施例１の変形例１について、Ｘ−Ｘ断面のシミュレーションを行った。図６は、実施例１の変形例１に係る図２におけるＡ−Ａ断面に相当する断面図である。図６に示すように、実施例１では、付加膜２０は共振領域５０と重なっていない。付加膜２０と共振領域５０との離間する幅をＷ６とする。幅Ｗ６を２．５μｍとし、その他の構成およびシミュレーション条件は実施例１と同じとした。
【００４８】
図７は、実施例１の変形例１における挿入幅Ｗ１およびＷ２に対する反共振点のＱ値を示す図である。Ｑ値が最も大きくなるのは、挿入幅Ｗ１が２．９μｍおよびＷ２が２．２μｍのときである。
【００４９】
図３（ａ）のように、実施例１の引き出し領域６０においては、横方向に伝搬する弾性波は、矢印７０のように挿入膜２８の内端と、矢印７２のように付加膜２０の内端と、において反射すると考えられる。矢印７０と７２の弾性波が強め合うと、共振領域５０から外側に漏れる弾性波を抑制できると考えられる。これによりＱ値が向上する。
【００５０】
図３（ｂ）のように、引き出し領域６２においては、横方向に伝搬する弾性波は、矢印７０のように挿入膜２８の内端と、矢印７４のように上部電極１６の外端と、において反射すると考えられる。矢印７０と７４の弾性波が強め合うと、共振領域５０から外側に漏れる弾性波を抑制できると考えられる。
【００５１】
また、実施例１の変形例１では、図６のように付加膜２０が共振領域５０と重なっていない。これにもかかわらず、図７のように、Ｑ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ１とＷ２は異なっている。これは、図６において、付加膜２０が共振領域５０に重なっていなくても、矢印７６のように、例えば下部電極１２がテーパーになっている部分で弾性波が反射するためと考えられる。
【００５２】
以上のように、引き出し領域６０と６２とでは、Ｑ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ１とＷ２とが異なる。
【００５３】
図３（ｃ）に示すように、引き出し領域６０および６２以外の領域６４においては、横方向に伝搬する弾性波は、矢印７０のように挿入膜２８の内端と、矢印７４のように上部電極１６の外端と、において反射すると考えられる。
【００５４】
図３（ｂ）および図３（ｃ）のように、引き出し領域６２と領域６４とでは断面構造はほぼ同じである。このため、Ｑ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ２とＷ３とは同じになると考えられる。しかしながら、実施例１において、Ｑ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ２およびＷ３はそれぞれ２．８μｍおよび２．２μｍである。このように、最適な挿入幅Ｗ２およびＷ３が異なるのは、図２のＹ−Ｙ断面は対称な構造だが、Ｘ−Ｘ断面は非対称な構造になっていることが影響していると考えられる。
【００５５】
実施例１の変形例１では、Ｑ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ２とＷ３とは２．２μｍで同じである。このように、引き出し領域６０の構造によってはＱ値が最も大きくなる挿入幅Ｗ２とＷ３とは同じになることもある。
【００５６】
［実施例１の変形例２］
図８は、実施例１の変形例２における共振領域と挿入膜を示す平面図である。図８に示すように、共振領域５０は楕円形状である。挿入膜２８の内周は、楕円形状を基本とし、引き出し領域６０と６２側において内側に広がっている。挿入幅はＷ１＞Ｗ２＞Ｗ３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。
【００５７】
実施例１の変形例２では、共振領域５０を２回回転対称の平面形状とし、引き出し領域６０および６２において挿入膜２８の内周の一部を内側にオフセットさせる。これにより、各領域６０、６２および６４内における挿入幅Ｗ１からＷ３はほぼ均一な状態で、挿入幅Ｗ１からＷ３を互いに異ならせることができる。
【００５８】
［実施例１の変形例３］
図９（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）は、共振領域と挿入膜を示す平面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、共振領域５０は四角形である。引き出し領域６０、６２および領域６４における挿入幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３の関係は、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３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。
【００５９】
実施例１の変形例３では、共振領域５０は４回回転対称の平面形状（正方形）とし、下部電極１２および上部電極１６の一部を外側にオフセットさせる。これにより、各領域６０、６２および６４内における挿入幅Ｗ１からＷ３はほぼ均一な状態で、挿入幅Ｗ１からＷ３を互いに異ならせることができる。
【００６０】
実施例１およびその変形例によれば、引き出し領域６０（第１の領域）における挿入幅Ｗ１（第１の幅）は、引き出し領域６０および６２以外の領域６４（第３の領域）における挿入幅Ｗ３（第３の幅）より大きい。また、引き出し領域６２（第２の領域）における挿入幅Ｗ２（第２の幅）は、挿入幅Ｗ３以上である。これにより、図４、図５および図７のように、Ｑ値を最適化可能とすることができる。
【００６１】
また、挿入幅Ｗ２はＷ３より大きい。これにより、図４および図５のように、Ｑ値を最適化できる。
【００６２】
さらに、挿入幅Ｗ１はＷ２より大きい。これにより、図４および図７のように、Ｑ値を最適化できる。
【００６３】
さらに、引き出し領域６０内における挿入幅Ｗ１は実質的に同じである。引き出し領域６２における挿入幅Ｗ３は実質的に同じである。領域６４における挿入幅Ｗ３は実質的に同じである。このように、各領域内で挿入幅を実質的に均一とすることでＱ値を向上できる。なお、各領域内の挿入幅はＱ値を最適化できる範囲で実質的に均一であればよい。
【００６４】
さらに、図３（ａ）のように、付加膜２０は、引き出し領域６０の上部電極１６上に設けられている。平面視において、付加膜２０は共振領域５０の一部と重なる。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１およびＷ２とＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。
【００６５】
さらに、図３（ａ）のように、下部電極１２の端面５８は、下部電極１２の下面が上面に対し大きくなるように傾斜している。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１およびＷ２とＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。
【００６６】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、下部電極１２の端面５８と下部電極１２の下面とのなす角度θ１は、上部電極１６の端面５９と上部電極１６の下面とのなす角度θ２より小さいことが好ましい。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１およびＷ２とＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。
【実施例２】
【００６７】
実施例２は、空隙の構成を変えた例である。図１０（ａ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の断面図、図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）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。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。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。
【００６８】
図１０（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ほぼ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と同じであり説明を省略する。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
実施例１、２およびその変形例において、挿入膜２８は共振領域５０の外周領域の少なくとも一部に設けられていればよい。また、挿入膜２８は、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との間に設けてもよい。共振領域５０が楕円形状および正方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、正方形以外の四角形または五角形等の多角形でもよい。
【実施例３】
【００７２】
実施例３はデュプレクサの例である。図１１は、実施例３に係るデュプレクサの回路図である。図１１に示すように、デュプレクサは、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２を備えている。送信フィルタ４０は、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。共通端子Ａｎｔとグランドとの間には、整合回路としてインダクタＬ１が設けられている。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。インダクタＬ１は、送信フィルタ４０を通過した送信信号が受信フィルタ４２に漏れず共通端子Ａｎｔから出力されるようにインピーダンスを整合させる。
【００７３】
送信フィルタ４０は、ラダー型フィルタである。送信端子Ｔｘ（入力端子）と共通端子Ａｎｔ（出力端子）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。送信端子Ｔｘと共通端子Ａｎｔ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。並列共振器Ｐ１からＰ３のグランド側は共通にインダクタＬ２を介し接地されている。直列共振器、並列共振器およびインダクタ等の個数や接続は所望の送信フィルタ特性を得るため適宜変更可能である。直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つを実施例１、２およびその変形例の圧電薄膜共振器とすることができる。
【００７４】
図１２（ａ）は、送信フィルタの平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、実施例１、２およびその変形例に係る圧電薄膜共振器を同一基板１０に形成し、ラダー型フィルタとすることができる。挿入幅Ｗ１はＷ２より大きい。また、図示していないが挿入幅Ｗ３はＷ１およびＷ２より小さい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。各共振器Ｓ１からＳ４およびＰ１からＰ３の共振領域５０の大きさおよび形状は、適宜変更可能である。
【００７５】
受信フィルタ４２は、ラダー型フィルタでもよく、多重モードフィルタでもよい。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ラダー型フィルタまたはラティス型フィルタとすることができる。また、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方の少なくとも１つの共振器を実施例１、２およびその変形例の圧電薄膜共振器とすることができる。これにより、フィルタおよび／またはデュプレクサの損失を抑制できる。マルチプレクサの例としてデュプレクサを説明したが、マルチプレクサは、トライプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
【００７６】
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】
【００７７】
１０      基板
１２      下部電極
１４      圧電膜
１６      上部電極
２０、２２  付加膜
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      外周領域
５４      中央領域
６０、６２  引き出し領域
６４      領域
【図１】
2018101952.tif 000003
【図２】
2018101952.tif 000004
【図３】
2018101952.tif 000005
【図４】
2018101952.tif 000006
【図５】
2018101952.tif 000007
【図６】
2018101952.tif 000008
【図７】
2018101952.tif 000009
【図８】
2018101952.tif 000010
【図９】
2018101952.tif 000011
【図１０】
2018101952.tif 000012
【図１１】
2018101952.tif 000013
【図１２】
2018101952.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月5日(2018.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
Ｙ−Ｙ断面の２次元シミュレーションでは、角度θ２を９０°とした。Ｙ−Ｙ断面の両側の挿入幅Ｗ３を独立に変化させた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
［実施例１の変形例１］
実施例１の変形例１について、Ｘ−Ｘ断面のシミュレーションを行った。図６は、実施例１の変形例１に係る図２におけるＡ−Ａ断面に相当する断面図である。図６に示すように、実施例１の変形例１では、付加膜２０は共振領域５０と重なっていない。付加膜２０と共振領域５０との離間する幅をＷ６とする。幅Ｗ６を２．５μｍとし、その他の構成およびシミュレーション条件は実施例１と同じとした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
さらに、引き出し領域６０内における挿入幅Ｗ１は実質的に同じである。引き出し領域６２における挿入幅Ｗ２は実質的に同じである。領域６４における挿入幅Ｗ３は実質的に同じである。このように、各領域内で挿入幅を実質的に均一とすることでＱ値を向上できる。なお、各領域内の挿入幅はＱ値を最適化できる範囲で実質的に均一であればよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
さらに、図３（ａ）のように、付加膜２０は、引き出し領域６０の上部電極１６上に設けられている。平面視において、付加膜２０は共振領域５０の一部と重なる。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１とＷ２およびＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
さらに、図３（ａ）のように、下部電極１２の端面５８は、下部電極１２の下面が上面に対し大きくなるように傾斜している。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１とＷ２およびＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、下部電極１２の端面５８と下部電極１２の下面とのなす角度θ１は、上部電極１６の端面５９と上部電極１６の下面とのなす角度θ２より小さいことが好ましい。これにより、引き出し領域６０と６２とがより非対称となる。よって、挿入幅Ｗ１とＷ２およびＷ３とを異ならせることで、よりＱ値の最適化が可能となる。