(57)【要約】【課題】安価な製造技術で作製でき、従来よりも小型化が可能な薄膜バルク弾性波共振器およびフィルタを提供する。【解決手段】ＢＡＷ共振器およびフィルタは、基板と、基板上に置かれた第１のＢＡＷ共振器と、第１のＢＡＷ共振器の上に置かれた音響反射層と、音響反射層の上に置かれた第２のＢＡＷ共振器から成り、音響反射層が導電性を有する。ここで、音響反射層は第１の電極を成し、この第１の電極により、第１のＢＡＷ共振器と第２のＢＡＷ共振器とが電気的に接続され、音響的には分離されている。【選択図】図１Ｂ
2008172711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、少なくとも１つの音響反射層と、該音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器と、入力端子と、出力端子を備えて成り、
前記各薄膜バルク弾性波共振器は、圧電層と該圧電層を挟んで積層された一対の電極とを有して成り、
前記音響反射層は導電性を有し、該音響反射層を挟んで積層された２つの前記薄膜バルク弾性波共振器が該音響反射層を介して電気的に接続されて成り、
少なくとも１つの前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記入力端子及び前記出力端子に電気的に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記音響反射層は、該音響反射層を挟んで積層された前記薄膜バルク弾性波共振器の少なくとも一方の電極の一部を構成して成り、
該電極の一部を構成する音響反射層は前記入力端子もしくは前記出力端子のいずれかに接続されて成る、
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項３】
請求項１において、
前記音響反射層は、該音響反射層を挟んで積層された前記薄膜バルク弾性波共振器の少なくとも一方の電極を兼ねて成り、
該電極を構成する音響反射層は前記入力端子もしくは前記出力端子のいずれかに接続されて成る、
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項４】
請求項１において、
前記薄膜バルク弾性波共振器の電極の1つが、前記積層方向に対して直角な面内において複数の領域に分割された分割電極で構成され、該分割電極の２つが、前記入力端子と前記出力端子に接続されて成る、
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項５】
請求項１において、
前記音響反射層及び前記複数の薄膜バルク弾性波共振器が、前記積層方向に伸びた絶縁材料によって前記積層方向に対して直角な面内において夫々複数の領域に分割されて成り、
該分割された各領域は、前記薄膜バルク弾性波共振器の電極の1つによって相互に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項６】
請求項１において、
前記音響反射層が、少なくとも１層の金属層から成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項７】
請求項１において、
前記音響反射層が、高インピーダンス金属層と、低インピーダンス金属層の組み合わせから成るブラッグ反射層である
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項８】
請求項７において、
前記圧電層が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、のいずれかを主成分とする材料から成り、
前記高インピーダンス金属層が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、の少なくとも１つを主成分とする材料から成り、
前記低インピーダンス金属層が、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、の少なくとも１つを主成分とする材料から成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項９】
請求項１において、
前記基板上に積層された第１の薄膜バルク弾性波共振器と、該第１の薄膜バルク弾性波共振器の上に積層された前記音響反射層と、該音響反射層の上に積層された第２の薄膜バルク弾性波共振器を備えて成り、
前記第１の薄膜バルク弾性波共振器は少なくとも、第１の圧電層と、該第１の圧電層の下面および上面に積層された第１の金属層および第２の金属層を含んで成り、
前記第２の薄膜バルク弾性波共振器は少なくとも、第２の圧電層と、該第２の圧電層の下面および上面に積層された第３の金属層および第４の金属層を含んで成り、
前記音響反射層と、前記第２の金属層と、前記第３の金属層とから成る積層導電体が第１の電極として機能し、前記第１の金属層が第２の電極として働き、前記第４の金属層が第３の電極として機能するように構成されて成り、
前記第１の電極により、前記第１の薄膜バルク弾性波共振器と、前記第２の薄膜バルク弾性波共振器とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項１０】
請求項１において、
前記基板上に置かれた第１の薄膜バルク弾性波共振器と、該第１の薄膜バルク弾性波共振器の上に積層された前記音響反射層と、該音響反射層の上に積層された第２の薄膜バルク弾性波共振器を有して成り、
前記第１の薄膜バルク弾性波共振器は少なくとも、第１の圧電層と、該第１の圧電層の下面に積層された第１の金属層を含んで成り、
前記第２の薄膜バルク弾性波共振器は少なくとも、第２の圧電層と、該第２の圧電層上面に積層された第２の金属層を含んで成り、
前記音響反射層が導電性を有することにより第１の電極として機能し、前記第１の金属層が第２の電極として機能し、前記第２の金属層が第３の電極として機能し、
前記第１の電極により、前記第１の薄膜バルク弾性波共振器と、前記第２の薄膜バルク弾性波共振器とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項１１】
請求項９において、
前記第１の薄膜バルク弾性波共振器における圧電層の膜厚と、前記第２の薄膜バルク弾性波共振器における圧電層の膜厚とが実質的に同じであり、かつ、
前記第２の電極と前記第３の電極とが同一の信号線に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項１２】
請求項９において、
前記第１の薄膜バルク弾性波共振器における圧電層の膜厚と、前記第２の薄膜バルク弾性波共振器の圧電層の膜厚とが実質的に異なり、かつ、
前記第２の電極と前記第３の電極とがそれぞれ異なる信号線に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項１３】
請求項９において、
前記基板は、前記第1の薄膜バルク弾性波共振器が積層される面にて開口する空洞部を有し、前記第２の電極は、前記空洞部と重なる部分を有して成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波共振器構造。
【請求項１４】
基板と、少なくとも１つの音響反射層と、該音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器と、入力信号が加えられる入力端子と、出力信号を生ずる出力端子を備えて成り、
前記各薄膜バルク弾性波共振器は、圧電層と該圧電層を挟んで積層された一対の電極とを有して成り、
前記音響反射層は導電性を有し、該音響反射層を挟んで積層された２つの前記薄膜バルク弾性波共振器が該音響反射層を介して電気的に接続されて成り、
少なくとも１つの前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記入力端子及び前記出力端子に電気的に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波フィルタ。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記音響反射層を挟んで第１の薄膜バルク弾性波共振器と２の薄膜バルク弾性波共振器が積層され、該第１の薄膜バルク弾性波共振器の圧電層の膜厚と、該第２の薄膜バルク弾性波共振器の圧電層の膜厚とが実質的に同じであり、
前記音響反射層は前記入力端子もしくは前記出力端子のいずれかに接続されて成り、かつ、
前記一対の電極が前記入力端子及び前記出力端子に接続されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波フィルタ。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記音響反射層を挟んで第１の薄膜バルク弾性波共振器と２の薄膜バルク弾性波共振器が積層され、該第１の薄膜バルク弾性波共振器の圧電層の膜厚と、該第２の薄膜バルク弾性波共振器の圧電層の膜厚とが実質的に異なり、
前記音響反射層は前記入力端子もしくは前記出力端子のいずれかに接続されて成り、かつ、
前記電極の少なくとも１つがアース線に接続されて成る、
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波フィルタ。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記基板上の面内に、前記音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器を含む第１の薄膜バルク弾性波共振器構造及び第２の薄膜バルク弾性波共振器構造が配列され、
前記入力端から前記第１の薄膜バルク弾性波共振器構造に入力信号が加えられ、該第１の薄膜バルク弾性波共振器構造の出力信号が前記第２の薄膜バルク弾性波共振器構造に入力され、前記第２の薄膜バルク弾性波共振器構造の出力信号が前記出力端子に出力されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波フィルタ。
【請求項１８】
請求項１４において、
前記基板上の面内に、前記音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器が前記積層方向に積み重ねて設けられ、
隣接する一対の前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記電気的に接続されて成り、
前記入力端から１つの前記薄膜バルク弾性波共振器に入力信号が加えられ、該１つの薄膜バルク弾性波共振器構造の出力信号が他の前記薄膜バルク弾性波共振器に入力されて成る
ことを特徴とする薄膜バルク弾性波フィルタ。
【請求項１９】
フロントエンド部と、高周波集積回路部と、ＲＦモジュールとを備えて成り、
前記ＲＦモジュールは、送信フィルタ及び受信フィルタを備えて成り、
前記送信フィルタ及び受信フィルタの少なくとも一方は薄膜バルク弾性波フィルタで構成され成り、
前記薄膜バルク弾性波フィルタは、
基板と、少なくとも１つの音響反射層と、該音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器と、入力信号が加えられる入力端子と、出力信号を生ずる出力端子を備えて成り、
前記各薄膜バルク弾性波共振器は、圧電層と該圧電層を挟んで積層された一対の電極とを有して成り、
前記音響反射層は導電性を有し、該音響反射層を挟んで積層された２つの前記薄膜バルク弾性波共振器が該音響反射層を介して電気的に接続されて成り、
少なくとも１つの前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記入力端子及び前記出力端子に電気的に接続されて成る
ことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記基板上の面内に、前記音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器が前記積層方向に積み重ねて設けられ、
隣接する一対の前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記電気的に接続されて成り、
前記入力端から１つの前記薄膜バルク弾性波共振器に入力信号が加えられ、該１つの薄膜バルク弾性波共振器構造の出力信号が他の前記薄膜バルク弾性波共振器に入力されて成る
ことを特徴とする高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜バルク弾性波共振器（以下、「ＢＡＷ共振器」と呼ぶ）および薄膜バルク弾性波フィルタ（以下、「ＢＡＷフィルタ」と呼ぶ）、およびそれを用いた高周波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＢＡＷ共振器は、数百ＭＨｚから十数ＧＨｚ程度の周波数領域に適用可能であり、一例として、携帯電話等の移動体通信システムにおける高周波フィルタを構成するために利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＢＡＷ共振器およびフィルタの小型化を実現するための技術として、ＢＡＷ共振器を垂直方向に分離する手法が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、特許文献２には、その中で引用している特許文献３について、図３を用いた次のような記載がある。「ＳＢＡＲ４０は、３つの電極（下部電極）２４、（中央電極）２６、（上部電極）４４と交互配置された２つの圧電材料層２２、４２から構成されている。電極４４と２６との間に入力電気信号が加えられ、電極２４と２６の間に出力電気信号が生ずる。中央電極２６は、入力と出力の両方に対して、共通である。」
【特許文献１】特開２００５−２４４９６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７００２号公報
【特許文献３】米国特許第５，５８７，６２０号明細書
【非特許文献１】エレクトロニクス、レターズ、第３５巻、第７９４頁および７９５頁、１９９９年（Electronics Letters, Vol. 35, pp. 794-795, 1999）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話等の移動体通信システムの技術の進展に伴い、高周波フィルタには、挿入損失が小さく、通過帯域が広く、より小型で、かつ安価なものが要求されつつある。
【０００６】
ＢＡＷ共振器は、共振周波数から十分に離れた周波数ではキャパシタとみなすことができ、そのキャパシタンスは圧電層の誘電率、圧電層の膜厚、およびＢＡＷ共振器の面積によって決定される。圧電層の誘電率は使用する材料によって決まり、圧電層の膜厚は得たい共振周波数によって決まるため、実際上、ＢＡＷ共振器のキャパシタンスはＢＡＷ共振器の面積によって制御される。ゆえに、ＢＡＷ共振器の面積は、隣接する電子デバイスとのインピーダンス整合を満足するようなキャパシタンスになるように決定されなくてはならない。換言すれば、インピーダンス整合の必要性から、ＢＡＷ共振器の面積はある特定の値に制限される。すなわち、ＢＡＷ共振器を同一平面に配列する限り、その小型化には限界がある。
【０００７】
特許文献１が開示する技術によれば、複数のＢＡＷ共振器およびフィルタを同一基板上に形成する際の実装密度を高めることが可能となる。しかし、中空構造を形成するために犠牲層を用いた製造プロセスが必要である。そのため、製造技術の難易度が高く、コスト増加を招くという問題点がある。また、犠牲層を用いて中空構造を形成するプロセスは一般的な半導体デバイスでは用いられないため、半導体プロセスとの互換性が困難であるという欠点がある。
【０００８】
特許文献３を参照すると、特許文献２に記載された「中央電極２６は、入力と出力の両方に対して、共通である。」とは、中央電極２６が接地されていることであると解釈できる。特許文献２は、上記特許文献３に開示された技術が「きわめて狭い通過帯域を持ち、大部分の帯域フィルタ用途に適さない」、ことに鑑み、上下のＦＢＡＲ間に音響デカップラを備え、音響結合を低減することで、通過帯域幅が、中心周波数の約３％〜約５％の範囲内にあり、帯域外除去に優れた帯域フィルタを提供しようとしている。
【０００９】
しかし、特許文献２の発明では、音響波が音響デカップラ中を伝搬する際にエネルギー損失が生じるため、原理的に挿入損失が大きく、低損失化に不利である。一方、特許文献３に開示されたフィルタは、通過帯域が狭く、現代の移動体通信システムにおいて求められるような広帯域なフィルタを構成するには不向きである。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を解決せんとするものである。本発明の主たる解決課題は、挿入損失が小さく、通過帯域の広いＢＡＷ共振器構造および高周波フィルタに関して、難易度の高い製造技術を用いることなく素子面積の低減を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明の薄膜バルク弾性波共振器構造は、基板と、少なくとも１つの音響反射層と、該音響反射層を挟んで積層され前記基板上に設けられた複数の薄膜バルク弾性波共振器と、入力端子と、出力端子を備えて成り、前記各薄膜バルク弾性波共振器は、圧電層と該圧電層を挟んで積層された一対の電極とを有して成り、前記音響反射層は導電性を有し、該音響反射層を挟んで積層された２つの前記薄膜バルク弾性波共振器が該音響反射層を介して電気的に接続されて成り、少なくとも１つの前記薄膜バルク弾性波共振器が、前記音響反射層を介して前記入力端子及び前記出力端子に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＢＡＷ共振器および高周波フィルタは、高さ方向に複数のＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。また、本発明によれば、ＢＡＷ共振器を複数電気的に接続することでフィルタを構成することが可能であり、例えばラダー回路などの、挿入損失が小さく、かつ通過帯域の広い高周波フィルタを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のＢＡＷ共振器および高周波フィルタは、一例として、基板と、基板上に置かれた第１のＢＡＷ共振器と、第１のＢＡＷ共振器の上に置かれた音響反射層と、音響反射層の上に置かれた第２のＢＡＷ共振器から成り、音響反射層が導電性を有する。ここで、音響反射層は第１の電極を成し、この第１の電極により、第１のＢＡＷ共振器と第２のＢＡＷ共振器とが電気的に接続され、音響的には分離されている。
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、本発明の第１の実施例について、図１ないし図３を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例になるＢＡＷ共振器を示す図であり、図１Ａは共振器の平面図、図１Ｂは図１Ａの点線Ａ−Ａ‘に沿った縦断面図、図１Ｃは図１Ａおよび図１Ｂの構造に対応した等価回路図である。
【００１６】
この実施例のＢＡＷ共振器は、第１のＢＡＷ共振器１と、導電性の音響反射層３と、第２のＢＡＷ共振器２及び基板１３に設けられた空洞部１４とを備えている。第１のＢＡＷ共振器１は、第１の圧電層４と、この第１の圧電層４の下面および上面に置かれた第１の金属層１１および第２の金属層１０を含んでいる。第２のＢＡＷ共振器２は、第２の圧電層７と、第２の圧電層７の下面および上面に置かれた上記第２の金属層１０および第３の金属層１２を含んでいる。この実施例のＢＡＷ共振器は、薄膜プロセスのみで製作され、導電性の音響反射層を挟んで２つの共振器が高さ方向に積み重ねられる。
【００１７】
第２の金属層１０が第１の電極を構成し、第１の金属層１１および第３の金属層１２が第２の電極を構成し、各々信号線５３、５４を介して入力端子５１、出力端子５２に接続されている。
【００１８】
導電性の音響反射層を構成する第２の金属層１０は、少なくとも１つの金属層から構成される。すなわち、導電性の音響反射層３と第１のＢＡＷ共振器１の境界面、および、導電性の音響反射層３と第２のＢＡＷ共振器２の境界面において、バルク弾性波（以下、「ＢＡＷ」と呼ぶ）が反射するように、導電性の音響反射層３の材料は選択される。
【００１９】
一般的に、媒質Ｉ，媒質ＩＩの音響インピーダンスをそれぞれＺ１，Ｚ２とすれば，それらの媒質の境界面におけるＢＡＷの強さの反射率Ｒは以下の式１で表せる。
【００２０】
【数１】
2008172711.tif 000003
【００２１】
一例として，アルミニウム（Ａｌ）とタングステン（Ｗ）の境界面でのＲは以下のとおり計算できる。ＡｌおよびＷの縦波に対する音響インピーダンスはそれぞれ、約１６．９８×１０６および約１００．４１×１０６である（単位はＰａ・ｓ／ｍ）。したがって、ＢＡＷがＡｌからＷの境界面に入射した場合、Ｒは約０．５０５１となる。
【００２２】
本発明に係るＢＡＷ共振器およびフィルタにおいては、Ｒが少なくとも０．１００以上になるように、音響反射層３、第１の圧電層４、および第２の圧電層７の材料を選択することが望ましい。
【００２３】
第１の圧電層４および第２の圧電層７は、好適には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）のいずれかを主成分とした材料が用いられるが、その他の圧電材料も適用可能である。また、金属層は、好適には、Ｗ、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）の少なくとも１つを主成分とした材料が用いられるが、その他の金属材料も適用可能である。
【００２４】
表１に、導電性の音響反射層３を構成する材料の組み合わせとその層数及び反射率Ｒの関係の例を示す。
【００２５】
表１：導電性の音響反射層の材料と反射率Ｒ
2008172711.tif 000004
【００２６】
本実施例によれば、導電性の音響反射層を構成する第２の金属層１０は、第１のＢＡＷ共振器１と、第２のＢＡＷ共振器２を、電気的には結合し、音響的には分離する。すなわち第２の金属層１０は、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２を結ぶ電気的な線路とみなすことができる。
【００２７】
本実施例の共振器によれば、第１の圧電層４の励振によって得られる第１の共振器１の共振周波数ｆ１と、第２の圧電層７の励振によって得られる第２の共振器２の共振周波数ｆ２は、実質的に同じに設定される。一例として、第１の圧電層４はＡｌＮであり、その膜厚は１３３８ｎｍ、第２の圧電層７はＡｌＮであり、その膜厚は１３３８ｎｍ、第１の金属層１１はＷであり、その膜厚は１６７ｎｍ、第２の金属層１２はＷであり、その膜厚は１６７ｎｍ、第３の金属層１０はＷであり、その膜厚は３３４ｎｍ、である。
【００２８】
本実施例では、２つの前記薄膜バルク弾性波共振器１、２が、音響反射層３を介して入力端子５１及び出力端子５２に電気的（並列）に接続されている。そのため、図１Ａおよび図１Ｂに示した共振器は、等価的に図１Ｃのようにみなせる。すなわち、第１の端子５１と第２の端子５２間に、共振周波数ｆ１の第１の共振器１と、共振周波数ｆ２の第２の共振器２が並列接続されている。
【００２９】
この例において、ｆ１とｆ２は双方とも約１．９ＧＨｚとなる。図１の例ではｆ１とｆ２が同じであるため、図１Ｂに示したように、第１の金属層１１と、第２の金属層１２を同一の信号線５４に接続することが可能であると言う特徴がある。
【００３０】
また、本実施例の高周波共振器は、共振器１，２の並列接続により、インピーダンスＺは共振器が１つのときの１／２になる。すなわち、図１Ａおよび図１ＢのＢＡＷ共振器によれば、各共振器１，２のインピーダンスをＺ0とすると、Ｚ0＝１／jωＣとなり、これを並列接続とすることでＺ＝１／２・（１／jωＣ）となる。換言すると、本実施例の共振器は従来の半分の面積で、従来と同等の特性を得ることができる。例えば、ＢＡＷ共振器の平面形状を正方形としたとき、従来は一辺が１００μｍであったものを、一辺が１００／√２≒７０．７μｍとしても従来と同等の特性を得ることができる。
【００３１】
さらに、第３の金属層１０が、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２とを面で接続しているため、線路の電気抵抗に起因するエネルギー損失が微小であり、結果として、ＢＡＷ共振器およびフィルタのＱ値の向上を実現できる。
【００３２】
また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。すなわち、従来のフィルタは、並列接続を構成する場合、２つのＢＡＷ共振器を平面上に並べて配列していたが、本発明のフィルタは、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２が高さ方向に重ねて配置されるので、素子面積を大幅に減少させることが出来る。また、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２を引き出し線でつなぐ必要が無く、面接触なので電気的損失が無限小である。
【００３３】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できる。図１Ｄは、ＢＡＷ共振器の製造方法の概要を示したものである。まず絶縁基板あるいは高抵抗シリコン基板１３に、通常のホトレジ工程やエッチング工程によって、空洞部１４に対応する空隙部を設ける。次に、基板１３の面上に、成膜装置により犠牲層１４００を堆積させる。次に、基板１３の表面を平坦化し、空洞部１４のみに犠牲層１４００が充填された状態とする（図１Ｄ（ａ））。次に、表面が平坦化された基板１３上に、まず第１の金属層１１を成膜により堆積させ、次いでホトレジ工程、およびエッチング工程によってパターニングを行ない第１の金属層１１を得る（図１Ｄ（ｂ））。以下、同様にして、各層を順次積層しながら形成する（図１Ｄ（ｃ））。次に、第１の金属層１１の右端部分を成膜、パターニングによって厚く形成し、その上に、成膜、パターニングによって第２の金属層１２を形成し、さらにＡｌ等の膜厚により信号線などの配線を形成する。最後に、犠牲層１４００を溶液で除去し、空隙部１４を形成する（図１Ｄ（ｄ））。
【００３４】
なお、図１Ａにおいて、ＢＡＷ共振器の平面形状は正方形で示したが、実際はこれに限定されるものではなく、種々の設計の必要性に応じて、任意の形状を取ることが可能である。また、ＢＡＷ共振器の断面形状についても同じである。これらのことは、これ以降に説明する全ての実施例において同様である。
【００３５】
ここで、本実施例の共振器を構成するＢＡＷ共振器について、代表的な例を説明する。
【００３６】
図２は、本実施例の共振器に適用可能なＢＡＷ共振器の一例を示した断面図である。このＢＡＷ共振器は、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、導電性の音響反射層を含んで成る第１の電極１０と、第２の電極１１と、第３の電極１２と、基板１３と、基板１３に設けられた空洞部１４とを具備する。
【００３７】
第１の圧電層４および第２の圧電層７は、好適には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）のいずれかを主成分とした材料が用いられるが、その他の圧電材料も適用可能である。また、第１の金属層１０、第２の金属層１１、第３の金属層１２は、好適には、Ｗ、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）のいずれかを主成分とした材料が用いられるが、その他の金属材料も適用可能である。
【００３８】
本実施例では、音響反射層を構成する第１の電極１０が入力端子５１もしくは出力端子５２のいずれかに接続され、第２の電極１１と第３の電極１２は、他方の入力端子もしくは出力端子に接続される。２つの薄膜バルク弾性波共振器１、２は、音響反射層３を介して入力端子５１及び出力端子５２に電気的に接続されている。
【００３９】
一般的にＢＡＷ共振器およびフィルタでは、音響的なエネルギーが基板に漏洩することを防ぐための構造が必要である。本実施例では、音響エネルギーの基板への漏洩を防ぐために空洞１４を利用している。空洞部１４は、第１の電極１０と第２の電極１１とが重なり合う領域の底面の大部分もしくは全部に広がっていることが望ましい。
【００４０】
次に、図３は、本実施例のフィルタに適用可能な他の構成例になるＢＡＷ共振器の断面図である。このＢＡＷ共振器は、基板１３と、第１のＢＡＷ共振器１と、導電性の音響反射層３と、第２のＢＡＷ共振器２を具備している。第１のＢＡＷ共振器１は、第１の圧電層４と、第１の圧電層４の下面および上面に置かれた第１の金属層５および第２の金属層６を含んでいる。第２のＢＡＷ共振器２は、第２の圧電層７と、第２の圧電層７の下面および上面に置かれた第３の金属層８および第４の金属層９を含んでいる。導電性の音響反射層３と、第２の金属層６と、第３の金属層８とから成る積層導電体１７は第１の電極１０を成し、第１の金属層５は第２の電極１１を成し、第４の金属層９は第３の電極１２を成す。
【００４１】
本実施例では、音響反射層を構成する第１の電極１０が入力端子５１もしくは出力端子５２のいずれか一方に接続され、第２の電極１１及び第３の電極１２は他方の端子に接続される。２つの薄膜バルク弾性波共振器１、２は、音響反射層３を介して入力端子５１及び出力端子５２に電気的に接続されている。
【００４２】
導電性の音響反射層を構成する第３の金属層１０は、少なくとも１つの金属層から構成される。すなわち、導電性の音響反射層３と第１のＢＡＷ共振器１の境界面、および、導電性の音響反射層３と第２のＢＡＷ共振器２の境界面において、ＢＡＷが反射するように、導電性の音響反射層３の材料は選択される。具体的には、第２の金属層６、第３の金属層８の音響インピーダンスに対して、大きく異なった音響インピーダンスを持つ材料が導電性の音響反射層３を構成するために選ばれる。
【００４３】
本発明に係るＢＡＷ共振器およびフィルタにおいては、反射率Ｒが少なくとも０．１００以上になるように、音響反射層３、第２の金属層６、第３の金属層８、第１の圧電層４、および第２の圧電層７の材料を選択することが望ましい。
【００４４】
第１の圧電層４および第２の圧電層７は、好適には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）のいずれかを主成分とした材料が用いられるが、その他の圧電材料も適用可能である。また、第１の金属層５、第２の金属層６、第３の金属層８、第４の金属層９は、好適には、Ｗ、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）のいずれかを主成分とした材料が用いられるが、その他の金属材料も適用可能である。
【００４５】
導電性の音響反射層３は、第１のＢＡＷ共振器１と、第２のＢＡＷ共振器２を、電気的には結合し、音響的には分離する。すなわち、積層導電体１７は、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２を結ぶ電気的な線路とみなすことができる。積層導電体１７は、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２を面で接続しているため、線路の電気抵抗に起因するエネルギー損失が微小であり、結果として、ＢＡＷ共振器およびフィルタのＱ値の向上を実現できる。
【００４６】
次に、実施例１、換言すると本発明に係るＢＡＷ共振器の性能を評価するために、有限要素法によるシミュレーションを行った。図４Ａに有限要素法シミュレーションに用いた従来のＢＡＷ共振器のモデル、図４Ｂに本発明に係るＢＡＷ共振器のモデルの模式図を示す。シミュレーションは２次元で行われた。なお、図４Ａおよび図４Ｂの模式図において、縦横の比率は実際のモデルの縦横比を反映していない。
【００４７】
図５は、有限要素法シミュレーションにより推定されたインピーダンス特性である。図５Ａは比較のために従来のＢＡＷ共振器のシミュレーション結果であり、図４Ａの比較モデルに対応している。図５Ｂは本発明に係るＢＡＷ共振器のシミュレーション結果であり、図４Ｂの本発明対応のモデルに対応している。図５Ａ、図５Ｂともに、共振周波数は１．９ＧＨｚ付近である。共振周波数の低域側である１．８５〜１．９ＧＨｚ付近に注目すると、図５Ａでは、ＢＡＷ共振器にとって一般的なスプリアスモードに起因すると思われるリプルが発生しているのに対して、図５Ｂでは、リプルが見られない。
【００４８】
この結果は、本発明に係るＢＡＷ共振器およびフィルタでは、共振周波数の低域においてスプリアスモードの発生が抑制されることを示唆している。
【００４９】
ＢＡＷフィルタは一般的に、複数のＢＡＷ共振器（並列腕共振器１０１、１０３、１０５、１０７及び直列腕共振器１０２、１０４、１０６）により、図５Ｃに示したようなラダー回路を構成することで実現される。この場合のフィルタ特性は、図５Ｄに示したように直列腕共振器（共振周波数ｆ２）と並列腕共振器（共振周波数ｆ１）の特性の合成となる。ラダー回路の直列腕に用いられたＢＡＷ共振器にとって、共振周波数の低域側はフィルタの通過帯域に相当するため、図５Ｂに示したように共振周波数の低域側のリプルを抑制できることは、ＢＡＷフィルタの性能向上に直結する利点である。
【００５０】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、挿入損失が小さく、通過帯域が広いという特性を備えている。また、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスで作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。かつ、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例２】
【００５１】
次に、図６で、本発明の第２の実施例になるＢＡＷ共振器を有する高周波フィルタを説明する。図６Ａはフィルタの平面図、図６Ｂは図６Ａの点線Ａ−Ａ‘に沿った断面図、図６Ｃは本実施例の構成になるフィルタの等価回路図である。
【００５２】
この例のＢＡＷ共振器は、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、導電性の音響反射層を含んで成り入力端子５１に接続された第１の電極１０と、第２の電極１１と、第３の電極１２と、基板１３と、空洞部１４とを具備する。空洞部１４は、第１の電極１０と第２の電極１１とが重なり合う領域の底面の大部分もしくは全部に広がっていることが望ましい。実施例１との相違点は、第１の圧電層４と第２の圧電層７の膜厚が異なること、及び、第２の電極１１が接地（アース線に接続）され、第３の電極１２のみが出力端子５２に接続されていることである。なお、各部材の構成材料は、実施例１と同じなので、説明を省略する。
【００５３】
本実施例では、第１の共振器１（図６Ｂの第１の圧電層４）の励振によって得られる共振周波数ｆ１と、第２の共振器２（第２の圧電層７）の励振によって得られる共振周波数ｆ２は実質的に異なる値に設定される。
【００５４】
一例として、第１の圧電層４はＡｌＮであり、その膜厚は１３７３ｎｍ、第２の圧電層７はＡｌＮであり、その膜厚は１３３８ｎｍ、第１の電極１０は上からＷ／Ａｌ／Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｌ／Ｗ／の積層構造であり、その膜厚は１６７ｎｍ／８４３ｎｍ／６８６ｎｍ／８４３ｎｍ／６８６ｎｍ／８４３ｎｍ／１７１ｎｍ、第２の電極１１はＷであり、その膜厚は１７１ｎｍ、第３の電極１２はＷであり、その膜厚は１６７ｎｍ、である。この例において、ｆ１およびｆ２はそれぞれ、約１．８５ＧＨｚおよび約１．９ＧＨｚとなる。
【００５５】
図６の例では、２つの共振器の共振周波数ｆ１とｆ２が異なるため、第１の電極１０を入力端子に接続し、第２の電極１１をアース端子に接続し、第３の電極１２を出力端子に接続することで、一段のラダー回路からなるフィルタを実現している。
【００５６】
すなわち、本実施例の構成になるフィルタは、一方の薄膜バルク弾性波共振器２が音響反射層３を介して入力端子５１及び出力端子５２に電気的に接続されており、他方の薄膜バルク弾性波共振器１の音響反射層３と対向する電極１１が接地されている。従って、等価的に図６Ｃのようにみなせる。第１の端子５１と第２の端子５２間に、共振周波数ｆ１の第１の共振器１と、共振周波数ｆ２の第２の共振器２がラダー型に接続されている。
【００５７】
図６の例のように、第１の電極１０に含まれる音響反射層としてブラッグ反射層を利用した場合、音響反射層の反射率は周波数特性を持つことになり、ｆ１およびｆ２の点で反射率が最大になるようにブラッグ反射層の膜厚を最適化しなくてはならない。ｆ１とｆ２が異なる場合、ブラッグ反射層の膜厚の設計はより複雑になる。ただし、ブラッグ反射層は、それを構成する各層の膜厚を４分の１波長とする周波数を中心に、比較的広い範囲で十分な反射率を持つことが知られている。よって、実際上、本発明の構造を用いて帯域幅が３％程度のフィルタを作製する分には特に問題はない。
【００５８】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、素子面積を大幅に減少させることが出来る。この素子面積の低減に関して、図７により説明する。図７Ａは図５Ｃに示した７個のＢＡＷ共振器（１０１〜１０７）で構成されるラダー型フィルタ回路の、従来方式による、平面図である。本発明によれば、第２の実施例で示したように２個のＢＡＷ共振器を上下２段に重ねたラダー型フィルタ回路が構成されるため、図７Ａの７個のＢＡＷ共振器（１０１〜１０７）を図７Ｂに示すように、３組のラダー型接続された２段のＢＡＷ共振器（２０１〜２０３）と１個のＢＡＷ共振器とに纏めることができる。その結果、図７Ｃに示すように、７個のＢＡＷ共振器（１０１〜１０７）で構成されるラダー型フィルタ回路を、素子面積を大幅に減少させて実現することができる。
【００５９】
すなわち、本発明に係るＢＡＷ共振器およびフィルタは、挿入損失が小さく、通過帯域が広いという特性を備えている。また、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスで作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。かつ、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスで作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化を達成でき、素子面積を大幅に減少させることが出来るという利点を有するのみならず、フィルタ特性の向上に関しても有利であると言える。
【００６０】
また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例３】
【００６１】
図８は、本発明の第１、第２の実施例で述べた共振器およびフィルタ、あるいは後で述べる実施例の共振器およびフィルタに適用可能な、ＢＡＷ共振器の他の実施例の断面図である。このＢＡＷ共振器は、基板１３と、第１のＢＡＷ共振器１と、導電性の音響反射層３と、第２のＢＡＷ共振器２を具備して成り、第１のＢＡＷ共振器１は、第１の圧電層４と、第１の圧電層４の下面に置かれた第１の金属層１９を含んで成り、第２のＢＡＷ共振器２は、第２の圧電層７と、第２の圧電層７の上面に置かれた第４の金属層２０を含んでいる。導電性の音響反射層３は第１の電極を成し、第１の金属層１９は第２の電極を成し、第４の金属層２０は第３の電極を成す。第１の電極１０は、入力端子５１もしくは出力端子５２のいずれかに接続される。第２の電極１９及び第３の電極２０は、入力端子５１もしくは出力端子５２のいずれかに接続され、あるいは接地（アース線に接続）される。
【００６２】
第１の圧電層４および第２の圧電層７は、好適には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、あるいは酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、を主成分とした材料が用いられるが、その他の圧電材料も適用可能である。また、第１の金属層１９、第２の金属層２０は、好適には、Ｗ、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）、を主成分とした材料が用いられるが、その他の金属材料も適用可能である。
【００６３】
この実施例では、導電性の音響反射層３（第１の電極１０）が、第１のＢＡＷ共振器１の上面の電極、および、第２のＢＡＷ共振器２の下面の電極を兼ねている。導電性の音響反射層３が電極を兼ねることで、ＢＡＷ共振器およびフィルタの層数を減らすことができ、作製プロセスの低コスト化に有利となる。
【００６４】
導電性の音響反射層３は少なくとも１つの金属層から構成される。導電性の音響反射層３と第１のＢＡＷ共振器１の境界面、および、導電性の音響反射層３と第２のＢＡＷ共振器２の境界面において、ＢＡＷが反射するように、導電性の音響反射層３の材料は選択される。具体的には、第１の圧電層４、第２の圧電層７の音響インピーダンスに対して、大きく異なった音響インピーダンスを持つ材料が導電性の音響反射層３を構成するために選ばれる。また、本発明に係るＢＡＷ共振器およびフィルタにおいては、Ｒが少なくとも０．１００以上になるように、材料を選択することが望ましい。
【００６５】
次に、図９は、本発明の第１、第２の実施例で述べた共振器およびフィルタあるいは後で述べる実施例の共振器およびフィルタに適用可能なＢＡＷ共振器の、他の実施例の断面図である。このＢＡＷ共振器は、導電性の音響反射層３として、ブラッグ反射層を適用した例である。図９の例では、導電性の音響反射層３は、第１の層３ａ、第２の層３ｂ、第３の層３ｃ、第４の層３ｄ、第５の層３ｅ、から構成されている。３ａ〜３ｅは金属材料からなり、好適には、２種類の異なる音響インピーダンスを持つ金属材料を交互に積層したものである。より具体的に好適な一例を挙げると、第１の層３ａ、第３の層３ｃ、第５の層３ｅはＡｌにより構成され、第２の層３ｂ、第４の層３ｄはＷにより構成される。導電性の音響反射層３ａ〜３ｅの膜厚は、第１のＢＡＷ共振器１の共振周波数もしくは第２のＢＡＷ共振器２の共振周波数に対応する波長の４分の１になるように決定されることが望ましい。前述の通り、隣接する層の音響インピーダンスの差が大きいほど、ＢＡＷの反射率は高くなる。また、層３ａ〜３ｅの膜厚がＢＡＷの１／４波長に一致しているため、各層の境界面で反射されたＢＡＷは互いに強めあい、第１のＢＡＷ共振器１および第２のＢＡＷ共振器２に戻される。したがって、導電性の音響反射層３をブラッグ反射層にすることで、第１のＢＡＷ共振器１と第２のＢＡＷ共振器２の音響的な分離をより効果的に行うことができる。
【００６６】
なお、図９ではブラッグ反射層は５層で構成されているが、必要な反射率、各層の材料定数、等によって、最適な層数は異なる。また、１つのブラッグ反射層を構成する材料は２種類に限らず、３種類以上の材料を含むこともある。音響インピーダンスが高い材料として、前述のＷ以外にも、Ｍｏ、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、等が利用可能である。また、音響インピーダンスが低い材料として、前述のＡｌ以外にも、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、Ｔｉ、等が利用可能である。
【００６７】
既に述べた例以外の構成でも、音響反射層を基板とＢＡＷ共振器の間に挿入することで、基板への音響エネルギーの漏洩を防ぐことも可能である。
【００６８】
図１０は、本発明の実施例の共振器およびフィルタに適用可能なＢＡＷ共振器の他の実施例の断面図である。このＢＡＷ共振器では、音響エネルギーの基板への漏洩を防ぐために音響反射層としてブラッグ反射層を利用している。図１０の構造は、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、導電性の音響反射層を含んで成る第１の電極１０と、第２の電極１１と、第３の電極１２と、基板１３と、基板１３と第２の電極１１との間に位置するブラッグ反射層１８とを具備する。
【００６９】
ブラッグ反射層は、音響エネルギーの基板への漏洩を防ぐので、エネルギー損失を抑え、結果として、ＢＡＷ共振器およびフィルタのＱ値を向上できる。
【実施例４】
【００７０】
図１１Ａは、本発明の他の実施例になるＢＡＷ共振器を有するフィルタを示す図である。第２の実施例になるＢＡＷ共振器を有するフィルタと異なり、第２の圧電層７の上面上に位置する第３の電極１２が２つ（電極１２Ａ、１２Ｂ）に分割され、両電極間には平面方向においてギャップが存在することである。電極１２Ａは入力端子に接続され、第２の電極１１はアース端子に接続され、電極１２Ｂは出力端子に接続されている。第２の圧電層７は、実質的に電極１２Ａ、１２Ｂが存在する領域（７Ａ）、（７Ｂ）においてのみ共振器として機能する。この実施例において、第１の圧電層４は例えばＡｌＮであり、その膜厚は１３７３ｎｍ、第２の圧電層７はＡｌＮであり、その膜厚は１３３８ｎｍ、第１の電極１０は上からＷ／Ａｌ／Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｌ／Ｗ／の積層構造であり、その膜厚は１６７ｎｍ／８４３ｎｍ／６８６ｎｍ／８４３ｎｍ／６８６ｎｍ／８４３ｎｍ／１７１ｎｍ、第２の電極１１はＷであり、その膜厚は１７１ｎｍ、第３の電極１２（１２Ａ、１２Ｂ）はＷであり、その膜厚は１６７ｎｍ、である。例えば、ＢＡＷ共振器の平面形状が正方形として、両電極間には１０μｍ以上のギャップが存在すればよい。
【００７１】
この実施例によれば、第１の圧電層４に対応する共振器の共振周波数ｆ１と、第２の圧電層７に対応する共振器（２Ａ、２Ｂ）の共振周波数ｆ２とが異なるため、本実施例の構成になるフィルタは、図１１Ｂのようにみなせる。第１の端子５１と第２の端子５２間に、３つの共振器がＴ型に接続されている。
【００７２】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例５】
【００７３】
図１２は、本発明の他の実施例になるＢＡＷ共振器を有するフィルタを示す図である。図１２Ａはフィルタの平面図、図１２Ｂは図１２Ａの点線Ａ−Ａ‘に沿った断面図、図１２Ｃは図１２Ａおよび図１２Ｂの構造に対応した等価回路図である。
【００７４】
この実施例のフィルタは、基板１３と、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、第１の電極１０と、第２の電極１１と、第３の電極１２とを具備している。そして、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、第１の電極１０は、絶縁材料１５によって夫々２つの領域（４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）に分割されている。絶縁材料１５は、好適には、酸化珪素、窒化珪素、アルミナ、酸化タンタル、酸化チタン、レジスト、ポリイミド、等の材料から成る。各共振器の共振周波数は、圧電層の膜厚等を選ぶことにより適宜設定される。
【００７５】
この実施例では、一方の薄膜バルク弾性波共振器２Ａ、２Ｂが音響反射層３を介して入力端子５１及び出力端子５３に電気的に接続されており、他方の薄膜バルク弾性波共振器１Ａ、１Ｂの音響反射層３と対向する電極１１が出力端子５４に電気的に接続されている。
【００７６】
この実施例によれば、第１の圧電層４と第２の圧電層７の膜厚を異ならせることにより、第１の圧電層４に対応する共振器（１Ａ、１Ｂ）の共振周波数ｆ１と、第２の圧電層７に対応する共振器（２Ａ、２Ｂ）の共振周波数ｆ２を異なるものとすることが出来る。すなわち、図１２Ｃに示したとおり、図１２Ａおよび図１２Ｂのような構造により、４つのＢＡＷ共振器を有する格子型フィルタを構成することができる。すなわち、端子５１、５２、５３，５４間に、第１の共振器１Ａ、第２の共振器１Ｂ、第３共振器２Ａ、第４共振器２Ｂが格子型に接続されている。
【００７７】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例６】
【００７８】
図１３は、本発明の他の実施例になるＢＡＷ共振器を有するフィルタを示す図である。図１３Ａはフィルタの平面図、図１３Ｂは図１３Ａの点線Ａ−Ａ‘に沿った断面図、図１３Ｃは図１３Ａおよび図１３Ｂの構造に対応した等価回路図である。
【００７９】
この実施例では、実施例５と同様に、第１の圧電層４と、第２の圧電層７と、第１の電極１０は、絶縁材料１５Ｃによって夫々２つの領域に分けられている。また、両端にも絶縁材料１５Ａ、１５Ｂが配置されている。さらに、実施例４と同様に、第２の圧電層７の上面上に位置する第３の電極１２が３つ（電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）に分割され、電極１２Ａ−１２Ｃ、１２Ｂ−１２Ｃ間には夫々平面方向においてギャップが存在することである。電極１２Ａは入力端子に接続され、第２の電極１１はアース端子に接続され、電極１２Ｂは出力端子に接続されている。第２の圧電層７は、実質的に電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが存在する領域（７Ａ１）、（７Ａ２）、（７Ｂ１）、（７Ｂ２）においてのみ共振器として機能する。この実施例において、第１の圧電層４と第２の圧電層７の膜厚を異ならせることにより、第１の圧電層４に対応する共振器の共振周波数ｆ１と、第２の圧電層７に対応する共振器（２Ａ、２Ｂ）の共振周波数ｆ２を異なるものとすることが出来る。
【００８０】
その結果、図１３Ａおよび図１３Ｂのような構造により、６つの共振器（１Ａ、１Ｂ、２Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２）が構成され、図１３Ｃに示したフィルタ回路を構成することが可能である。
【００８１】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例７】
【００８２】
図１４に、図１３と同様のフィルタ回路を構成した本発明のフィルタの他の実施例の断面図を示す。図１４の例では、絶縁材料１５が、第３の電極１２の上面を覆っており、外部環境から素子を守るパッシベーション層として機能する。また、絶縁材料１５として、弾性特性に対して一般的な材料と逆の温度係数を持つ酸化珪素等を用いることで、温度特性を補償することも可能である。図１４の例では、第３の電極１２を覆う絶縁材料１５の一部分を除去し、導電材料１６を付加することで、隣接するＢＡＷ共振器を電気的に接続する。
【００８３】
この実施例でも、６つの共振器が構成され、図１３Ｃに示したのと同じ様なフィルタ回路を構成することが可能である。
【００８４】
本実施例のＢＡＷ共振器およびフィルタは、半導体製造技術において一般的な薄膜プロセスを用いて作製できるため、従来技術に比べて製造が容易であり、低コスト化が達成できる。また、高さ方向にＢＡＷ共振器を配列することで、素子面積を大幅に減少させることが出来る。
【実施例８】
【００８５】
また、以上述べた各実施例の共振器を多段に接続してフィルタを構成することで、素子面積低減の効果を一層、大きなものとすることができる。すなわち、２段以上に積み重ねたＢＡＷ共振器を、基板上の面内に密に配列することで、様々な回路を実現できる。
【００８６】
図１５（図１５Ａ、図１５Ｂ）に、本発明のフィルタの他の実施例を示す。この実施例のフィルタは、基板上の面内に配列された第１のＢＡＷ共振器部３００と、第２のＢＡＷ共振器部３１０とで構成されている。第１のＢＡＷ共振器部３００と第２のＢＡＷ共振器部３１０を含む本実施例のフィルタは、今まで述べた実施例と同様な構成を備え、同様な方法に基づいて製造される。第１のＢＡＷ共振器部３００の第１の電極１０が、入力端子５１に接続される。そして、第２の電極１１と第３の電極１２とが、第２のＢＡＷ共振器部３１０の第１の電極１０に接続される。この第１の電極１０は、出力端子５２に接続される。一方、第２のＢＡＷ共振器部３１０の第２の電極１１と第３の電極１２は、共に接地（アース線に接続）される。
【００８７】
本実施例によれば、各ＢＡＷ共振器部内の２つの共振器（３０１と３０２、３１１と３１２）は並列接続され、第１のＢＡＷ共振器部３００と第２のＢＡＷ共振器部３１０とは、ラダー型フィルタ回路を構成するように接続されている。本実施例のフィルタは、等価的に図１５Ｂのようにみなせる。
【００８８】
その結果、４個のＢＡＷ共振器（３０１，３０２，３１１，３１２）で構成されるラダー型フィルタ回路を、従来方式の素子に比べて小面積で実現することができる。
【００８９】
さらに、図１６（図１６Ａ、図１６Ｂ）に、本発明のフィルタの他の実施例を示す。この実施例のフィルタも、第１のＢＡＷ共振器部３００と、第２のＢＡＷ共振器部３１０とで構成されている。第１のＢＡＷ共振器部３００の第２の電極１１と第３の電極１２とが、入力端子５１に接続される。そして、第１の電極１０が、第２のＢＡＷ共振器部３１０の第２の電極１１と第３の電極１２に接続されている。また、第２の電極１１と第３の電極１２出力端子５２に接続される。
第１の電極１０に接続される。一方、第２のＢＡＷ共振器部３１０の第１の電極１０は接地されている。
【００９０】
本実施例でも、各ＢＡＷ共振器部内の２つの共振器は並列接続され、第１のＢＡＷ共振器部３００と第２のＢＡＷ共振器部３１０とは、ラダー型フィルタ回路を構成するように接続されている。本実施例のフィルタは、等価的に図１６Ｂのようにみなせる。
【００９１】
その結果、４個のＢＡＷ共振器で構成されるラダー型フィルタ回路を、従来方式素子に比べて面積を大幅に減少させた方式で実現することができる。
【実施例９】
【００９２】
以上のべた各実施例では、導電性の反射層を介して、ＢＡＷ共振器を２段に積み重ねた構造を説明したが、より集積度を高めるために、ＢＡＷ共振器を３段以上積み重ねることも可能である。
【００９３】
まず、図１７（図１７Ａ、図１７Ｂ）に、ＢＡＷ共振器を３段積み重ねた共振器の例を示す。
【００９４】
この実施例の共振器４００は、３段に積層されたＢＡＷ共振器で構成される。本実施例の共振器を構成するＢＡＷ共振器は、今まで述べた実施例と同様な構成を備え、同様な方法に基づいて製造される電極１１と電極１０Ｂとが、入力端子５１に接続される。一方、電極１２と電極１０Ａとが、出力端子５２に接続される。
【００９５】
本実施例のフィルタは、等価的に図１７Ｂのようにみなせる。４３個のＢＡＷ共振器（４００）で構成される並列共振器回路を、従来方式素子に比べて面積を大幅に減少さて実現することができる。例えば、ＢＡＷ共振器の平面形状を正方形としたとき、従来は一辺が１００μｍであったものを、一辺１００／√３≒５７．７μｍの小さいサイズとしても従来と同等の特性を得ることができる。
【００９６】
さらに、図１８（図１８Ａ、図１８Ｂ）に、本発明のフィルタの他の実施例を示す。
【００９７】
本実施例のフィルタは、等価的に図１８Ｂのようにみなせる。その結果、３個のＢＡＷ共振器（５００Ａ、５００Ｂ）で構成されるラダー型フィルタ回路を、従来方式素子に比べて面積を大幅に減少させた方式で実現することができる。
【実施例１０】
【００９８】
次に、本発明に係るＢＡＷフィルタを用いた高周波モジュールの実施例を、図１９で説明する。図１９において、２５は送信フィルタ、２６は受信フィルタであり、いずれも、例えば図７Ｃで説明した本発明に係るＢＡＷフィルタが用いられている。また、３４は移送器、３５は電力増幅器、３６は低雑音増幅器、３７は受信ミキサ、３８送信ミキサ、３９はベースバンド部である。４０は送受信用のアンテナである。さらに、１６０はフロントエンド部、１６１は高周波集積回路部、１６２はＲＦモジュールである。
【００９９】
図１９のブロック回路において、フロントエンド部１６０、高周波集積回路部１６１、および電力増幅器３５を携帯電話用チップセットとしてモジュール化されている。尚、フロントエンド部１６０だけをモジュール化しても良く、この場合には端子１６０ａ、１６０ｂを介して高周波集積回路部１６１および電力音増幅器３５と接続される。また、フロントエンド部１６０と高周波集積回路部１６１とをモジュール化しても良く、この場合には、端子１６２ａ、１６２ｂを介して高周波モジュール１６２がベースバンド部３９と接続される。
【０１００】
本実施例では、既に述べた本発明のいずれかの実施例のＢＡＷフィルタを使用していることから、素子面積の低減を図り、高周波モジュールの小型化および低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１Ａ】本発明に係るＢＡＷ共振器を用いた共振器の第１の実施例を示した平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ’断面図である。
【図１Ｃ】第１の実施例に対応する等価回路図である。
【図１Ｄ】第１の実施例になるＢＡＷ共振器の製法の概要を示す図である。
【図２】本発明に係るＢＡＷ共振器の他の実施例を示した縦断面図である。
【図３】本発明に係るＢＡＷ共振器の他の実施例を示した縦断面図である。
【図４Ａ】有限要素法シミュレーションで用いた、比較例のＢＡＷ共振器のモデルを示す模式図である。
【図４Ｂ】有限要素法シミュレーションで用いた、本発明に係るＢＡＷ共振器のモデルを示す模式図である。
【図５Ａ】有限要素法シミュレーションにより推定した、図４ＡのＢＡＷ共振器のインピーダンス特性を示す図である。
【図５Ｂ】有限要素法シミュレーションにより推定した、図４ＢのＢＡＷ共振器のインピーダンス特性を示す図である。
【図５Ｃ】直列腕共振器と並列腕共振器を有する一般的なＢＡＷフィルタの回路構成例を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに示したＢＡＷフィルタのフィルタ特性の説明図である。
【図６Ａ】本発明に係るＢＡＷ共振器を用いたフィルタの実施例を示した平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ’断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図７Ａ】図５Ｃに示した７個のＢＡＷ共振器で構成されるラダー型フィルタ回路の、従来方式による平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのラダー型フィルタ回路を本発明で実施する場合の構成例の説明図である。
【図７Ｃ】図７Ａのラダー型フィルタ回路を本発明で実施した場合のＢＡＷ共振器の配置例の説明図である。
【図８】本発明に係るＢＡＷ共振器の他の実施例を示した断面図である。
【図９】本発明に係るＢＡＷ共振器の他の実施例を示した断面図である。
【図１０】本発明に係るＢＡＷ共振器の他の実施例を示した断面図である。
【図１１Ａ】本発明に係るＢＡＷフィルタの他の実施例を示した縦断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示した実施例に対応する等価回路図である。
【図１２Ａ】本発明に係るＢＡＷフィルタの他の実施例を示した平面図。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＡ−Ａ’断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１３Ａ】本発明に係るＢＡＷフィルタの他の実施例を示した平面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ’断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１４】本発明に係るＢＡＷフィルタの他の実施例を示した縦断面図である。
【図１５Ａ】本発明のフィルタの他の実施例として、基板上の面内に配列されたＢＡＷフィルタの構成例を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１６Ａ】本発明のフィルタの他の実施例として、基板上の面内に配列されたＢＡＷフィルタの他の構成例を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１７Ａ】本発明の共振器の他の実施例として、基板上に３段に積み重ねて配列されたＢＡＷフィルタの構成例を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１８Ａ】本発明のフィルタの他の実施例として、基板上に３段に積み重ねて配列されたＢＡＷフィルタの他の構成例を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの実施例に対応する等価回路図である。
【図１９】一般的な携帯電話におけるフロントエンド部分を含む高周波モジュールのブロック図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…第１のＢＡＷ共振器、
２…第２のＢＡＷ共振器、
３…導電性の音響反射層、
３ａ…導電性の音響反射層を構成する第１の層、
３ｂ…導電性の音響反射層を構成する第２の層、
３ｃ…導電性の音響反射層を構成する第３の層、
３ｄ…導電性の音響反射層を構成する第４の層、
３ｅ…導電性の音響反射層を構成する第５の層、
４…第１の圧電層、
５…第１の金属層、
６…第２の金属層、
７…第２の圧電層、
８…第３の金属層、
９…第４の金属層、
１０…第１の電極、
１１…第２の電極、
１２…第３の電極、
１３…基板、
１４…空洞部、
１５…絶縁材料、
１６…導電材料、
１７…積層導電体、
１８…ブラッグ反射層、
１９…第１の金属層、
２０…第２の金属層、
２５…送信フィルタ、
２６…受信フィルタ、
３４…移送器、
３５…電力増幅器、
３６…低雑音増幅器、
３７…受信ミキサ、
３８…送信ミキサ、
３９…ベースバンド部、
１６０…フロントエンド部、
１６１…高周波集積回路部、
１６２…ＲＦモジュール。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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