(57)【要約】【課題】圧電薄膜共振子の反共振周波数でのＱ値を改善し、低損失で高性能なフィルタを提供すること。【解決手段】本発明は、基板１０と、基板１０上に設けられた下部電極１２と、下部電極１２上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する部分を有するように圧電膜１４上に設けられた上部電極１６と、を有する複数の圧電薄膜共振器を具備し、複数の圧電薄膜共振器はラダー型に設けられ、複数の圧電薄膜共振器のうち並列腕に設けられた並列共振器Ｐは、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、軸の長さ比の異なる２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状をしているフィルタである。【選択図】図１２
2008311873.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、前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する部分を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、を有する複数の圧電薄膜共振器を具備し、
前記複数の圧電薄膜共振器はラダー型に設けられ、前記複数の圧電薄膜共振器のうち並列腕に設けられた前記圧電薄膜共振器は、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部分が、軸の長さ比の異なる２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状をしていることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記２つの楕円のうち一方の楕円は前記１つの軸を短軸とする楕円であり、他方の楕円は前記１つの軸を長軸とする楕円であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記下部電極は前記１つの軸を長軸とする楕円を有し、前記上部電極は前記１つの軸を短軸とする楕円を有することを特徴とする請求項２記載のフィルタ。
【請求項４】
前記１つの軸を短軸とする楕円は、短軸の長さと長軸の長さとの比が７：８〜１０であることを特徴とする請求項２または３記載のフィルタ。
【請求項５】
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部分は、前記基板に設けられた空隙上に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のフィルタ。
【請求項６】
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部分は前記空隙に含まれることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のフィルタ。
【請求項７】
前記圧電膜は、（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタに関し、より詳細には、ラダー型に設けられた複数の圧電薄膜共振器を有するフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、小型で軽量な共振子およびこれを組み合わせて構成したフィルタの需要が増大している。これまでは主として誘電体フィルタと表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタとが使用されてきたが、最近では、特に高周波での特性が良好で、かつ小型化とモノリシック化が可能な素子である圧電薄膜共振子およびこれを用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
【０００３】
圧電薄膜共振子の中には、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプとＳＭＲ(Solidly Mounted Resonator)タイプがある。ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振子は、基板上に下部電極、圧電膜、および上部電極からなる積層膜構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する部分（共振部）の下部電極の下に空隙が形成されている。ここで、ＦＢＡＲにおける空隙には、基板表面に設けた犠牲層をウエットエッチングすることにより下部電極と基板との間に形成される空隙（キャビティ）と、ウエットエッチングまたはドライエッチング等により基板に形成される空隙（バイアホール）とがある。ＳＭＲは空隙の代わりに音響多層膜を有している。音響多層膜は、音響インピーダンスが高い膜と低い膜を交互にλ／４（λ：弾性波の波長）の膜厚で積層されている。
【０００４】
非特許文献１にバイアホールを有するＦＢＡＲが開示されている。また、特許文献１にキャビティを有するＦＢＡＲが開示されている。図１はバイアホールを有するＦＢＡＲの断面図であり、図２はキャビティを有するＦＢＡＲの断面図である。図１を参照に、表面にＳｉＯ２膜１１を有するシリコンからなる基板１０上に下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が順次設けられている。下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分の下の基板１０に空隙１８（バイアホール）が設けられている。図２を参照に、シリコンからなる基板１０上に空隙１８（キャビティ）が形成されるように支持膜として機能するＳｉＯ２膜１１が設けられている。ＳｉＯ２膜１１上に下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が順次設けられている。下部電極１２と上部電極１６とは圧電膜１４を挟んで対向する部分を空隙１８上に有している。
【０００５】
ここで、下部電極１２および上部電極１６としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等あるいはこれらを組み合わせた積層材料を用いることができる。圧電膜１４としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、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、基板１０としては、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ等を用いることができる。
【０００６】
上部電極と下部電極との間に高周波の電気信号を印加すると、上部電極と下部電極とに挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって励振される弾性波や圧電効果に起因する歪みによって生じる弾性波が発生する。そして、これらの弾性波が電気信号に変換される。このような弾性波は、上部電極と下部電極とがそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向に主変位をもつ縦振動波となる。下部電極、圧電膜および上部電極（上部電極上に付加される質量負荷膜を含む）からなる積層膜の総膜厚Ｈが、弾性波の波長λの１／２（１／２波長）の整数倍（ｎ倍）となる周波数（つまりＨ＝ｎλ／２となる周波数）において共振現象が生じる。ここで、圧電膜の材料によって決まる弾性波の伝搬速度をＶとすると、共振周波数Ｆは、Ｆ＝ｎＶ／（２Ｈ）となる。このことから、積層膜の総膜厚Ｈにより共振周波数Ｆを制御することができ、所望の周波数特性を有する圧電薄膜共振子を得ることができる。
【０００７】
圧電薄膜共振子を用いたフィルタとして、ラダー型フィルタが主に用いられる。ラダー型フィルタは、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列に直列共振器が接続され、並列共振器が並列に接続され、バンドパスフィルタとして機能する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの等価回路図を示している。図３（ｃ）は直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの周波数特性を示している。直列共振器Ｓの通過量は共振周波数ｆｒｓで最大値、反共振周波数ｆａｓで最小値を有する。並列共振器Ｐの通過量は共振周波数ｆｒｐで最小値、反共振周波数ｆａｐで最大値を有する。図４（ａ）は直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐを１段で構成したラダー型フィルタの等価回路図である。図４（ｂ）はこのフィルタの通過特性を示す。直列共振器Ｓの共振周波数ｆｒｓと並列共振器Ｐの反共振周波数ｆａｐとをほぼ同じ周波数とすることで、バンドパスフィルタを構成することができる。
【０００８】
特許文献２から４には、基板に水平方向に伝搬する弾性波によって発生するインハーモニックモードと呼ばれるスプリアスモード（不要振動）を抑制する目的で、圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する部分（共振部）の輪郭形状を制御する技術が開示されている。
【非特許文献１】ELECTRONICS LETTERS JULY 1981 p507-p509
【特許文献１】特開昭６０−１８９３０７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３２６２号公報
【特許文献３】特開２００３−１７９７４号公報
【特許文献４】特開２０００−３１５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
圧電薄膜共振子は圧電膜自体を共振振動させるため、励振時の損失が少ない高品質の圧電膜が必要となる。このような、高品質の圧電膜を成膜するためには、成膜時に高いエネルギーを必要とする。例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜では、基板を１０００℃以上に加熱する必要があり、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜では、プラズマの電力に加え４００℃以上の基板加熱が必要である。また、スパッタ技術を用いた成膜でも、絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇がある。このため、圧電膜は強い膜応力を有する。
【００１０】
圧電薄膜共振子において、弾性波は圧電膜の厚み方向に主変位をもつ縦振動波であるが、圧電膜が強い膜応力を有すると、励振時における厚み方向の変形が阻害されてしまう。これにより、反共振周波数での共振尖鋭度（Ｑ値）が劣化する。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振子の反共振周波数でのＱ値を改善し、低損失で高性能なフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板と、前記基板上に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、前記圧電膜を挟み前記下部電極と対向する部分を有するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と、を有する複数の圧電薄膜共振器を具備し、前記複数の圧電薄膜共振器はラダー型に設けられ、前記複数の圧電薄膜共振器のうち並列腕に設けられた前記圧電薄膜共振器は、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部分が、軸の長さ比の異なる２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状をしていることを特徴とするフィルタである。本発明によれば、ラダー型に設けられた圧電薄膜共振器のうち、並列腕に設けられた圧電薄膜共振器の反共振周波数のＱ値を改善することができる。このため、フィルタの通過帯域における損失を改善することが可能となる。
【００１３】
上記構成において、前記２つの楕円のうち一方の楕円は前記１つの軸を短軸とする楕円であり、他方の楕円は前記１つの軸を長軸とする楕円である構成とすることができる。この構成によれば、フィルタの通過帯域における損失を改善することができる。
【００１４】
上記構成において、前記下部電極は前記１つの軸を長軸とする楕円を有し、前記上部電極は前記１つの軸を短軸とする楕円を有する構成とすることができる。この構成によれば、圧電膜にかかる応力を抑制することができる。よって、反共振周波数のＱ値を改善することができ、フィルタの通過帯域における損失を改善することができる。
【００１５】
上記構成において、前記１つの軸を短軸とする楕円は、短軸の長さと長軸の長さとの比が７：８〜１０である構成とすることができる。この構成によれば、反共振周波数のＱ値をより改善することができ、フィルタの通過帯域における損失をより改善することができる。
【００１６】
上記構成において、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部分は、前記基板に設けられた空隙上に設けられている構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、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部分は、前記空隙に含まれる構成とすることができる。この構成によれば、圧電薄膜共振器の共振特性を向上させることができる。
【００１８】
上記構成において、前記圧電膜は（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ラダー型に設けられた圧電薄膜共振器のうち、並列腕に設けられた圧電薄膜共振器の反共振周波数のＱ値を改善することができる。このため、通過帯域における損失が改善したフィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、低損失なフィルタを実現するため、フィルタを構成する圧電薄膜共振器に関して行なったシミュレーションについて説明する。図５（ａ）はシミュレーションに用いた圧電薄膜共振器の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。
【００２１】
図５（ａ）および図５（ｂ）を参照に、シリコンからなる基板１０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上に圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する部分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。これにより、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６からなる積層膜１７が形成される。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、軸の長さ比が異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が、１つの軸を共有することで連結した形状をしており、下部電極１２は楕円Ｑを有し、上部電極１６は楕円Ｐを有している。ここで、２つの楕円（ＰおよびＱ）が共有する軸の長さをＡ、楕円Ｐの他方の軸の長さをＢ、楕円Ｑの他方の軸の長さをＣとする。そして、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの長さの比率をａ：ｂ：ｃとする。共振部２０の下の基板１０には空隙１８が設けられており、共振部２０は空隙１８に含まれる。圧電膜１４には下部電極１２に電気的に接続するための開口部２２が設けられている。
【００２２】
共振部２０の下に空隙１８が形成されると、圧電膜１４の膜応力により、図５（ｂ）の破線に示すように、積層膜１７に高さｈの変形が生じる。ここで、図６に共振部２０の形状と積層膜１７の変形高さｈとの関係について計算したシミュレーション結果を示す。図６の横軸は２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃのうちａ：ｃを７：５に固定した場合のｂの比率を示し、縦軸は積層膜１７の変形高さｈを示している。また、圧電膜１４の成膜時の膜応力が５００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、１００ＭＰａの各場合についての計算結果を示す。図６によれば、ｂの比率が９の場合、つまり、ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合が最も積層膜１７の変形が大きくなる。積層膜１７の変形が最も大きいということは、圧電膜１４の成膜時の膜応力が最も開放されているということである。
【００２３】
次に、図７（ａ）から図７（ｃ）に、積層膜１７に高さｈの変形が生じた後の、圧電膜１４の残留応力分布について計算したシミュレーション結果を示す。図７（ａ）は軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：３：５の場合、図７（ｂ）は７：９：５の場合、図７（ｃ）は７：１５：５の場合であり、また、図７（ａ）から図７（ｃ）は、圧電膜１４の成膜時の膜応力が５００ＭＰａの場合の結果である。図７（ａ）から図７（ｃ）を参照に、ｂの比率を変化させることで、圧電膜１４の残留応力分布に変化が生じ、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合が、共振部２０の面積に対して、残留応力が１６２．５ＭＰａと小さくなる領域（図７（ａ）から図７（ｃ）中の斜線の領域）の占める割合が最も大きくなる。これより、積層膜１７の変形が大きい場合は、圧電膜１４の残留応力の小さい領域が最も大きくなることが確認できる。
【００２４】
これらの結果より、圧電膜１４の成膜時の膜応力は、積層膜１７のたわみ変形により一部緩和することができる。このたわみ変形の大きさは共振部２０の形状により異なるため、共振部２０の形状を最適化、つまり、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを７：９：５にすることにより、圧電膜１４の残留応力の小さい領域を最も大きくすることができる。
【００２５】
次に、共振部２０の形状を変化させた場合において、反共振周波数のＱ値の変化についての結果を示す。図８（ａ）は２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器について、図８（ｂ）は２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器についての反共振周波数のＱ値の測定結果である。なお、測定に用いた圧電薄膜共振器の構成は図５（ａ）および図５（ｂ）と同じである。また、基板１０はＳｉを用い、下部電極１２は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなり、上部電極１６は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなる。圧電膜１４は（００２）方向を主軸とする配向性を示すＡｌＮ膜からなり、２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器では厚さ１１５０ｎｍであり、２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器では厚さ１０００ｎｍである。
【００２６】
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照に、横軸は図６の横軸と同じであり、縦軸は反共振周波数のＱ値を示している。また、実線は測定結果を３次曲線で近似した近似式を示している。図８（ａ）および図８（ｂ）によれば、ｂの比率が７以上で反共振周波数のＱ値が改善され、特に、ｂの比率が８〜１０で反共振周波数のＱ値がより改善される。この結果より、圧電膜１４の残留応力の改善に対応して、反共振周波数のＱ値も改善されることが確認できる。
【００２７】
次に、共振部２０の形状を変化させた場合において、共振周波数のＱ値の変化についての結果を示す。図９（ａ）は２．０ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器について、図９（ｂ）は２．５ＧＨｚ帯の圧電薄膜共振器についての共振周波数のＱ値の測定結果である。
【００２８】
図９（ａ）および図９（ｂ）を参照に、横軸は図８（ａ）および図８（ｂ）の横軸と同じであり、縦軸は共振周波数のＱ値を示している。また、実線は図８（ａ）および図８（ｂ）と同様に、測定結果を３次曲線で近似した近似式を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）によれば、共振周波数のＱ値はｂの比率が大きくなるに従い単純減少することが確認できる。これは、ｂの比率が大きくなる、つまり、上部電極１６の長さが長くなるに従い、上部電極１６の電気抵抗が増大するためである。
【００２９】
図８（ａ）から図９（ｂ）に示す結果より、圧電膜１４の残留応力を改善することで、特に、共振部２０の形状を構成する２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを７：８〜１０：５に設定することで、反共振周波数のＱ値が改善した圧電薄膜共振器を得ることができる。また、ｂの比率を小さくすることで、共振周波数のＱ値が改善した圧電薄膜共振器を得ることができる。このように、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃを制御、つまり、共振部２０の形状を制御することで、反共振周波数のＱ値および共振周波数のＱ値を制御することができる。そこで、これらの結果を踏まえ、実施例１に、低損失を実現することが可能なフィルタについて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１０は実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。図１０を参照に、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が直列に接続されている。直列共振器Ｓ１とＳ２との間のノードとグランドとの間に並列共振器Ｐ１が接続され、直列共振器Ｓ２とＳ３との間のノードとグランドとの間に並列共振器Ｐ２が接続されている。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐは後述するような異なる構造を有する。
【００３１】
まず、直列共振器Ｓの構造について説明する。図１１（ａ）は直列共振器Ｓの上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照に、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、１つの楕円からなる形状をしている。楕円の長軸は１５７μｍであり、短軸は１１２μｍである。つまり、楕円の長軸と短軸との長さの比は７：５である。その他の構成については、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す圧電薄膜共振器と同じであるので説明を省略する。なお、基板１０はＳｉを用い、下部電極１２は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなり、圧電膜１４は厚さ１１５０ｎｍの（００２）方向を主軸とする配向性を示すＡｌＮ膜からなり、上部電極１６は厚さ２５０ｎｍのＲｕ膜からなる。
【００３２】
次に、並列共振器Ｐの構造について説明する。図１２（ａ）は並列共振器Ｐの上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照に、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）は、軸の長さ比の異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が１つの軸を共有することにより連結した形状をしている。共有する軸の長さＡは１３３μｍ、楕円Ｐの他の軸の長さＢは１７１μｍ、楕円Ｑの他の軸の長さＣは９５μｍである。つまり、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの長さの比率ａ：ｂ：ｃは７：９：５である。共振部２０の上部電極１６上にＴｉ膜からなる厚さ約１００ｎｍの質量負荷膜２４が設けられている。質量負荷膜２４が設けられることで、直列共振器Ｓの共振周波数と並列共振器Ｐの反共振周波数とをほぼ同じ周波数にすることできる。これにより、バンドパスフィルタの特性を得ることができる。その他の構成については、直列共振器Ｓと同じであり図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示しているので説明を省略する。
【００３３】
図１３（ａ）から図１３（ｆ）を用い、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐの製造方法を説明する。図１３（ａ）から図１３（ｃ）は直列共振器Ｓに関して、図１１（ａ）のＸ−Ｘ間に相当する断面図を示し、図１３（ｄ）から図１３（ｆ）は並列共振器Ｐに関して、図１２（ａ）のＸ−Ｘ間に相当する断面図を示している。図１３（ａ）および図１３（ｄ）を参照に、Ｓｉからなる基板１０上に、下部電極１２として、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でＲｕ膜をスパッタリング法を用い形成する。その後、露光技術およびエッチング技術を用い、下部電極１２を所定の形状にする。
【００３４】
図１３（ｂ）および図１３（ｅ）を参照に、基板１０上および下部電極１２上に、圧電膜１４として、約０．３Ｐａの圧力下のＡｒ／Ｎ２混合ガス雰囲気中でＡｌＮ膜をスパッタリング法を用い形成する。圧電膜１４上に、上部電極１６として、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でＲｕ膜をスパッタリング法を用い形成する。並列共振器Ｐには、上部電極１６上に、質量負荷膜２４として、Ｔｉ膜をスパッタリング法を用い形成する。その後、露光技術およびエッチング技術を用い、圧電膜１４、上部電極１６および質量負荷膜２４を所定の形状にする。
【００３５】
図１３（ｃ）および図１３（ｆ）を参照に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）法を用い、基板１０裏面からエッチングすることにより、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分の下の基板１０に空隙１８を形成する。以上により、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐが完成する。
【００３６】
図１４に実施例１に係るラダー型フィルタの通過特性と比較例１に係るラダー型フィルタの通過特性を示す。比較例１に係るラダー型フィルタは、直列共振器Ｓに図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す圧電薄膜共振器を用いる。並列共振器Ｐに図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す圧電薄膜共振器で、共振部２０の上部電極１６上にＴｉ膜からなる厚さ約１００ｎｍの質量負荷膜２４を設けた圧電薄膜共振器を用いる。
【００３７】
図１４を参照に、実施例１に係るラダー型フィルタは、比較例１に係るラダー型フィルタに比べ、通過帯域において、損失が約０．１ｄＢ改善されている。このように、実施例１においては、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。
【００３８】
実施例１によれば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐは、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、軸の長さ比の異なる２つの楕円（ＰおよびＱ）が１つの軸を共有することにより連結した形状をしている。また、２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃは７：９：５であるため、楕円Ｐは共有する１つの軸を短軸とする楕円であり、楕円Ｑは共有する１つの軸を長軸とする楕円である。これにより、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐは反共振周波数のＱ値を改善することができる。図３（ｃ）で説明したように、並列共振器Ｐの通過量は反共振周波数で最大値を有する。このため、並列共振器Ｐの反共振周波数のＱ値が改善されると通過量が増大する。よって、実施例１によれば、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。
【００３９】
また、図３（ｃ）で説明したように、直列共振器Ｓの通過量は共振周波数で最大値を有する。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、共振周波数のＱ値は、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃのうちｂの比率が大きくなるにつれて単調減少する。つまり、ｂ、ｃがａに比べて短い形状をした共振部２０の場合は、共振周波数のＱ値を改善することができる。実施例１によれば、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓの共振部２０の形状は、長軸の長さと短軸の長さとの比が７：５である。このため、直列共振器Ｓの共振周波数のＱ値を改善することができる。よって、実施例１によれば、通過帯域の損失が改善され、低損失のフィルタを得ることができる。
【００４０】
さらに、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐの共振部２０は、２つの楕円（ＰおよびＱ）の軸の長さの比率ａ：ｂ：ｃが７：９：５の場合を示したが、これに限らず、反共振周波数のＱ値を改善することができる比率であればよい。特に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、反共振周波数のＱ値を改善できる、軸の長さ比率ａ：ｂ：ｃが７：８〜１０：５である場合でもよい。つまり、共有する１つの軸を短軸とする楕円Ｐは短軸の長さと長軸の長さの比が７：８〜１０である場合でもよい。
【００４１】
さらに、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓの共振部２０は、長軸の長さと短軸の長さとの比が７：５の楕円である場合を示したが、これに限らずその他の大きさの楕円の場合でもよい。また、並列共振器Ｐのような２つの楕円が１つの軸を共有することにより連結した形状である場合でもよい。特に、共振周波数のＱ値を改善することができる場合が好ましい。
【００４２】
さらに、実施例１によれば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、下部電極１２は共有する１つの軸を長軸とする楕円Ｑを有し、上部電極１６は共有する１つの軸を短軸とする楕円Ｐを有している。これによれば、図１３（ｂ）および図１３（ｅ）に示す圧電膜１４を所定の形状にエッチングする際、共振部２０の円周に対して、圧電膜１４をエッチングする領域を大きくすることができる。このため、共振部２０の圧電膜１４にかかる応力を抑制することができる。よって、反共振周波数のＱ値を改善することができ、通過帯域の損失が改善したフィルタを得ることができる。
【００４３】
さらに、直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐは、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、基板１０に設けられた空隙１８上に設けられている。また、圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する部分（共振部２０）が、基板１０に設けられた空隙１８に含まれる。これらにより、優れた共振特性を有する圧電薄膜共振器を得ることができる。
【００４４】
さらに、圧電膜１４として、（００２）方向を主軸とする配向性を示す窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を用いることで、良好な共振特性を有する圧電薄膜共振器を得ることができる。
【００４５】
実施例１において、ＦＢＡＲタイプの圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタの場合を例に示したが、ＳＭＲタイプの圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタの場合でもよい。さらに、基板１０は、石英基板、ガラス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はＲｕ膜を例に説明したが背景技術において説明した材料を用いることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１はバイアホールタイプの空隙を有する圧電薄膜共振子の断面図である。
【図２】図２はキャビティタイプの空隙を有する圧電薄膜共振子の断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ直列共振器および並列共振器の等価回路図であり、図３（ｃ）は直列共振器および並列共振器の周波数特性である。
【図４】図４（ａ）は１段構成のラダー型フィルタの等価回路図であり、図４（ｂ）はラダー型フィルタの通過特性である。
【図５】図５（ａ）はシミュレーションに用いた圧電薄膜共振器の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。
【図６】図６は共振部の形状と積層膜の変形高さとについて計算したシミュレーション結果である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は共振部の形状別に、圧電膜にかかる残留応力分布を計算したシミュレーション結果である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は反共振周波数のＱ値について計算したシミュレーション結果である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は共振周波数のＱ値について計算したシミュレーション結果である。
【図１０】図１０は実施例１に係るラダー型フィルタの等価回路図である。
【図１１】図１１（ａ）は実施例１に係るラダー型フィルタを構成する直列共振器Ｓの上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は実施例１に係るラダー型フィルタを構成する並列共振器Ｐの上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ−Ｘ間の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）から図１３（ｃ）は直列共振器Ｓの製造方法を示す断面図であり、図１３（ｄ）から図１３（ｆ）は並列共振器Ｐの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は実施例１に係るラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  基板
１１  ＳｉＯ２膜
１２  下部電極
１４  圧電膜
１６  上部電極
１７  積層膜
１８  空隙
２０  共振部
２２  開口部
２４  質量負荷膜
【図１】
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【図２】
2008311873.tif 000004
【図３】
2008311873.tif 000005
【図４】
2008311873.tif 000006
【図５】
2008311873.tif 000007
【図６】
2008311873.tif 000008
【図７】
2008311873.tif 000009
【図８】
2008311873.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008311873.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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