(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、
前記基板上および下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、
前記圧電膜を挟み上部電極と下部電極の重なり領域であるメンブレンに対応する部位の下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、
前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、
前記上部電極の引出部分の両端部は、前記下部電極及び前記圧電膜と重なっており、前記空隙の外側に形成されている、圧電薄膜共振器。
【請求項２】
基板と、
前記基板の平坦主面上に形成された下部電極と、
前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、
前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極との重なり領域であるメンブレンに対応する部位の前記下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、
前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、
前記上部電極の引出部分の両端部は、前記下部電極及び前記圧電膜と重なっており、前記空隙の外側に形成されている、圧電薄膜共振器。
【請求項３】
前記空隙の下部電極先端部における平面形状は、前記下部電極先端部の平面形状と同一形状である、請求項２に記載の圧電薄膜共振器。
【請求項４】
前記基板と前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極とを積層して形成される積層膜の応力は、圧縮応力である、請求項１〜３の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項５】
前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域は、楕円形、または非平行の辺からなる多角形である、請求項１〜４の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項６】
前記圧電膜は、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を主成分とする材料で形成されている、請求項１〜５の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の圧電薄膜共振器を備えた、フィルタ。
【請求項８】
請求項７に記載のフィルタを備えた、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜による電気信号とバルク弾性波の変換作用を利用した圧電薄膜共振器に関する。また、圧電薄膜共振器を複数個接続して構成したフィルタに関する。また、フィルタを備えた通信装置に関する。
【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、小型で軽量な共振器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：Surface Acoustic Wave）フィルタが使用されてきたが、最近では、特に高周波領域で低損失、高耐電力性、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge）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器を用いて構成されたフィルタが注目されつつある。
【０００３】
このような圧電薄膜共振器の一つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）タイプの共振器が知られている。これは、基板上に、主要構成要素として下部電極と圧電膜と上部電極からなる積層構造体を有し、下部電極と上部電極が対向する部分（メンブレン領域）の下部電極下には空隙（バイアホールあるいはキャビティ）が形成されている。
【０００４】
上部電極と下部電極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に挟まれた圧電膜内部に逆圧電効果によって弾性波が励振される。逆に、圧電効果によって弾性波による歪が電気信号に変換される。この弾性波は、上部電極と下部電極がそれぞれ空気に接している面で全反射されるため、厚み方向の主変位を持つ厚み縦振動波となる。この構造では空隙上に形成された上部電極／圧電膜／下部電極を主要構成要素とする薄膜構造部分の合計膜厚Ｈが、弾性波の１／２波長の整数倍（ｎ倍）になる周波数において共振が起こる。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。この共振現象を利用して膜厚によって共振周波数を制御することにより、所望の周波数特性を有する共振器、あるいは、複数の共振器を接続することによりフィルタが作製される。
【０００５】
電極としては、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。
【０００６】
基板としては、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ等を用いることができる。空隙は、素子基板として用いられているＳｉ基板自身の裏面からのエッチング（ウェットエッチングやドライエッチィング）、あるいは、Ｓｉ基板の表面に設けた犠牲層のウェットエッチング等によって形成されている。本明細書においては、基板の裏面から基板表面まで貫通している穴を「バイアホール」、基板の表面近傍で下部電極直下に存在する空隙を「キャビティ」と呼ぶことにする。従来の圧電薄膜共振器は、バイアホールタイプとキャビティタイプに分けられる。
【０００７】
図２０は、従来のバイアホールタイプの圧電薄膜共振器の断面図である。図２０に示す構成は、圧電薄膜共振器の一例であり、非特許文献１に開示されている。この構造では、熱酸化膜（ＳｉＯ2）を有する（１００）Ｓｉ基板上に、下部電極としてＡｕ−Ｃｒ、圧電膜としてＺｎＯ、上部電極としてＡｌが形成されている。バイアホールは、Ｓｉ基板の裏面側からＫＯＨ水溶液、あるいは、ＥＤＰ水溶液（エチレンジアミン＋ピロカテコール＋水）を用いた異方性エッチングを施して形成したものである。
【０００８】
一方、図２１は、キャビティタイプの圧電薄膜共振器の断面図を示す。キャビティタイプの圧電薄膜共振器は、犠牲層上に主構成要素として上部電極／圧電膜／下部電極を形成し、最後に犠牲層をエッチングして除去することによりキャビティを形成したものである。図２１に示す圧電薄膜共振器は、特許文献１に開示されたものである。この例では、犠牲層として島状のＺｎＯによる犠牲層パターンを作り、その上に、誘電体膜／上部電極／圧電膜／下部電極／誘電体膜の構造を作製し、犠牲層を酸で除去してキャビティ（エアーブリッジ構造）を形成している。
【０００９】
また、図２２に示すように、特許文献２には、上部電極／圧電膜／下部電極が重なりあう領域の下方に、基板表面に凹部が設けられた圧電薄膜共振器が開示されている。図２２に示す圧電薄膜共振器は、予め形成した凹部に犠牲層を堆積して基板表面を平坦化した後、上部電極／圧電膜／下部電極を形成して、最後に犠牲層をエッチングして除去することにより、キャビティを形成したものである。
【００１０】
圧電膜としては、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が、実用的には、音速、温度特性、Ｑ値および成膜技術の容易性の観点からＡｌＮが用いられていることが多い。特に、ｃ軸（下部電極表面に対して垂直方向）配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成が共振特性を決める重要な要因の一つであり、結合係数やＱ値に直接影響を及ぼしている。一方で、ｃ軸配向した結晶性の高いＡｌＮ膜の形成には、その成膜時に高いエネルギーを印加する必要があり、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）では１０００℃以上、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）でもプラズマの電力に加えて４００℃以上の基板加熱を必要とし、スパッタ技術を用いても絶縁膜のスパッタによる基板温度上昇が知られている。このため、一般的にＡｌＮ膜は強い膜応力を有することとなる。その結果、ｃ軸配向した結晶性の高いＡｌＮを持つ圧電薄膜共振器では、上部電極からの引出部分の断線やメンブレン破壊という問題が生じていた。これは、圧電薄膜共振器はメンブレン領域において弾性波の共振を起こしているため、共振が自由に行えるように空隙がメンブレン領域を含むような形態が好んでとられているためである。
【００１１】
この様な機械的強度の劣化に対して、下部電極端を空洞の中にある状態から空洞の外側の基板上に配置する技術が用いられている（特許文献３に開示）。
【特許文献１】特公平６−４０６１１号公報
【特許文献２】特開２０００−６９５９４号公報
【特許文献３】特開２００２−１４００７５号公報
【非特許文献１】Electron.Lett.、17(1981)、pp.507〜509
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に開示されている構成では、機械的強度やＱ値の向上は実現できるものの、電気機械結合係数の低下を免れない等のトレードオフの関係があった。
【００１３】
本発明の目的は、圧電薄膜共振器の上部電極形状に着眼し、上部電極と下部電極が交差する領域で上部電極からの引出部分に見られる断線やメンブレン破壊等の課題に対して、これを改善する構造を提案することある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、前記圧電膜を挟み上部電極と下部電極の重なり領域であるメンブレンに対応する部位の下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されているものである。
【００１５】
本発明の第２の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板の平坦主面上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極との重なり領域であるメンブレンに対応する部位の前記下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、共振特性を維持しつつ、機械的強度を改善することができる。また、生産性に優れた圧電薄膜共振器を実現することができる。また、そのような圧電薄膜共振器を備えたフィルタ、通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記基板上および下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、前記圧電膜を挟み上部電極と下部電極の重なり領域であるメンブレンに対応する部位の下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されていることを特徴としている。このような構成によれば、共振特性を維持しつつ機械的強度を改善し、生産性に優れた圧電薄膜共振器を実現することができる。
【００１８】
本発明の第２の圧電薄膜共振器は、基板と、前記基板の平坦主面上に形成された下部電極と、前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極との重なり領域であるメンブレンに対応する部位の前記下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されていることを特徴としている。このような構成によれば、共振特性を維持しつつ機械的強度を改善し、生産性に優れた圧電薄膜共振器を実現することができる。
【００１９】
本発明の圧電薄膜共振器は、上記構成を基本として、下記のような形態をとることができる。
【００２０】
本発明の圧電薄膜共振器において、前記空隙の下部電極先端部における平面形状は、前記下部電極先端部の平面形状と同一形状である構成とすることができる。このような構成によれば、共振特性を維持しつつ機械的強度を改善し、生産性に優れた圧電薄膜共振器を実現することができる。
【００２１】
本発明の圧電薄膜共振器において、前記基板と前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極とを積層して形成される積層膜の応力は、圧縮応力である構成とすることができる。この構成によれば、基板の上に形成された積層膜の間に再現性良く空隙を形成することができ、空隙が潰れることを抑制することができる。
【００２２】
本発明の圧電薄膜共振器において、前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域は、楕円形、または非平行の辺からなる多角形である構成とすることができる。上部電極と下部電極との対向領域を楕円形とすることにより、電極端部や圧電膜の外周で反射された弾性波が共振部内で横方向（基板表面に対して平行方向）の定在波として存在することを抑制することができる。これにより、通過帯域内にリップルが発生することを抑制することができる。また、上部電極と下部電極との対向領域を非平行の辺からなる多角形とすることにより、電極端部や圧電膜の外周で反射された弾性波が共振部内で横方向の定在波として存在することを抑制することができる。これにより、通過帯域内にリップルが発生することを抑制することができる。
【００２３】
本発明の圧電薄膜共振器において、前記圧電膜は、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を主成分とする材料で形成されている構成とすることができる。
【００２４】
（実施の形態）
〔１．圧電薄膜共振器の第１実施例〕
図１は、本実施例の圧電薄膜共振器の構成を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ部の断面図である。ここでは、基板１は。平坦主面を持つＳｉ基板を使用している。下部電極２は、Ｒｕ膜（膜厚２６０ｎｍ）で形成した。なお、基板１は、Ｓｉ基板に代えて石英基板等を用いてもよく、バイアホール形成が困難な基板も利用可能である。基板１をバイアホールを形成困難な基板で構成する場合は、基板１と下部電極との間に空隙（キャビティ）を形成することで本実施例と同様な構成とすることができる。また、圧電膜３は、ＡｌＮ膜（膜厚１２００ｎｍ）で形成した。上部電極４は、Ｒｕ膜（膜厚２６０ｎｍ）で形成した。
【００２５】
圧電膜３を挟み上部電極４と下部電極２とが対向する領域（メンブレン部）における、下部電極２の下側と基板１の表面との間には、ドーム形状の膨らみを有する空隙６が形成されている（図２参照）。また、本実施の形態では、空隙６の平面形状を楕円とし、上部電極４と下部電極２とが重なりあった部分の平面形状を概ね楕円としている（図１参照）。この空隙６は、下部電極２の形成時に、下部電極２の下に予めパターンニングされた犠牲層を除去することにより形成することができる。また、基板１には、犠牲層をエッチングして空隙６を形成するために用いる犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔７が設けられている。
【００２６】
図４は、図１に示す圧電薄膜共振器において、下部電極２、上部電極４、および空隙６の関係を説明するための平面図である。図４では、基板１、圧電膜３、犠牲層エッチング用のエッチング液導入孔７などの描画を省略している。図５は、図４におけるＣ部を拡大したものである。図５において、斜線のハッチングを付している領域が、下部電極２の下の空隙６を示す。また、図５において、一点鎖線は上部電極４の外形線、実線は下部電極２の外形線、破線は空隙６の外形線である。
【００２７】
図６は、図１〜図５に示した圧電薄膜共振器の製造プロセスを説明するための図であり、これらの図は何れも、図１におけるＡ−Ａ部の断面図として図示してある。
【００２８】
先ず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１（あるいは石英基板）上に、犠牲層９となる酸化マグネシウム（ＭｇＯ、膜厚２０〜１００ｎｍ程度）をスパッタリング法や真空蒸着法により成膜する。犠牲層９としては、ＭｇＯの他にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）など、エッチング液により容易に溶解できる材料であれば特に制限はない。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチング処理により、犠牲層９を所望の形状にパターニングする。ここでは、上部電極４と下部電極２とが重なりあった部分（メンブレン部）の形状と概ね等しい楕円形状としている。
【００２９】
次に、図６（ｂ）に示すように、下部電極２、圧電膜３、および上部電極４を順次形成する。下部電極２は、０．６〜１．２Ｐａの圧力下のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜され、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチング処理により下部電極２を所望の形状にパターニングする。これに続いて、圧電膜３であるＡｌＮを、約０．３Ｐａの圧力のＡｒ／Ｎ2混合ガス雰囲気中で、Ａｌターゲットを用いてスパッタリング成膜する。そして、上部電極４のＲｕ膜を０．６〜１．２Ｐａの圧力のＡｒガス雰囲気中でスパッタリング成膜する。このようにして成膜された積層膜にフォトリソグラフィー技術とエッチング処理（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を施し、上部電極４と圧電膜３とを所望の形状にパターニングする。ここで示したスパッタ条件は一例であり、下部電極２、圧電膜３、上部電極４からなる積層膜の応力が圧縮応力となるように設定している。メンブレン部に接する上部電極４の引出部分４ｘの中央部４ｙは、この次の工程で形成する空隙６の上に形成され、上部電極４の引出部分４ｘの両端部４ｚは空隙６の外側に位置するように形成している（図４参照）。
【００３０】
次に、図６（ｃ）に示すように、下部電極２に対して、レジストパターニングによるフォトリソグラフィー技術によりエッチング液導入孔７を形成する。このエッチング液導入孔７から犠牲層９に向かってエッチング液を導入して、犠牲層９をエッチング除去することで空隙６を形成する。エッチング液導入孔７は、下部電極２をエッチングする際に同時に形成しておいてもよい。ここで、下部電極２、圧電膜３および上部電極４からなる積層膜の応力が、圧縮応力となるように設定される。このような応力条件を満足することにより、犠牲層９のエッチング終了時点で積層膜が膨れ上がり、下部電極２と基板１との間にドーム形状の空隙６を形成することができる（図６（ｃ）参照）。
【００３１】
なお、上述のスパッタ成膜条件では、積層膜の応力は概ね（マイナス）３００ＭＰａの圧縮応力であった。ここで示したスパッタリング条件は一例であり、積層膜の応力を圧縮応力とすることがドーム形状の空隙を形成する上で重要であり、スパッタリング条件は種々の組み合わせが可能である。その他の成膜方法を用いても、積層膜の応力を調整することでドーム形状の空隙を形成することが可能である。
【００３２】
図７は、図６に示す製造方法に基づき作製された圧電薄膜共振器の共振特性を示す。また、図７に示す特性図には、本実施の形態と従来技術との比較のため、図８及び図９に示す従来構成の共振器の特性も併せて示している。図８及び図９に示す従来の圧電薄膜共振器は、図４及び図５に示す本実施の形態の圧電薄膜共振器と比較して、上部電極１０４の引出部分１０４ｘ全てが空隙１０６の上に形成されている点が異なる部分である。なお、図９は、図８におけるＤ部の拡大図である。図９において、一点鎖線は上部電極１０４の外形線、実線は下部電極１０２の外形線、破線は空隙１０６の外形線である。本実施の形態の構成及び従来技術の構成のいずれも、下部電極と上部電極の対向する部位は楕円形状であり、楕円サイズは主軸：２４５μｍ、副軸：１７５μｍとした。
【００３３】
図７において、グラフの縦軸は１ポート特性のリターンロスを表し、０ｄＢに近いほど損失が少なく、共振器のクオリティファクタＱが高いことを意味する。２つの共振器の特性を比べると、図４及び図５に示す本実施の形態の強度対策を施した共振器でも従来の共振器と同等の特性が得られていることが分かるが、本実施の形態の共振器では上部電極４の引出部分４ｘの幅Ｗ１（図４参照）が従来の共振器よりも広い構成（図８の引出部分１０４ｘの幅Ｗ２）であるため、電極抵抗が低減し、共振周波数でのクオリティファクタＱがやや向上している。
【００３４】
図１０は、図４及び図５に示す圧電薄膜共振器内の上部電極４の引出部分４ｘ近傍の残留応力分布を示し、図５に示すように下部電極２と上部電極４と空隙６とが重なる部分における残留応力分布を示す。図１１は、図８及び図９に示す従来の圧電薄膜共振器内の上部電極１０４の引出部分１０４ｘ近傍の残留応力分布を示し、図９に示すように下部電極１０２と上部電極１０４と空隙１０６とが重なる部分における残留応力分布を示す。図１１における矢印Ｆで指している部分に示すように、従来の圧電薄膜共振器では、上部電極１０４の引出部分１０４ｘの残留応力が高く、上部電極１０４が破断する等のメンブレン破壊が生じる可能性がある。これに対して、図１０における矢印Ｅで指している部分に示すように、本実施の形態の圧電薄膜共振器では、上部電極４の引出部分の残留応力が小さく、上部電極４が破断する等のメンブレン破壊に対する余裕度が向上している。なお、図１０において、領域２ａ、４ａ、６ａは、それぞれ下部電極２、上部電極４、空隙６における残留応力を示す。また、図１１において、領域１０２ａ、１０４ａ、１０６ａは、それぞれ下部電極１０２、上部電極１０４、空隙１０６における残留応力を示す。
【００３５】
なお、本発明の効果を得るにあたって、基板、電極膜、圧電膜、付加膜の各材料は上記に限定されず、他の材料を使用してもよい。
【００３６】
また、本実施の形態における膜構成は、圧電薄膜共振器の主要構成要素のみを記しており、例えば、下部電極２の下や上部電極４の上に誘電体膜を形成してもよい。下部電極２の下に形成する誘電体膜は、例えば補強材の役割、あるいはエッチングのストップ層としての役割を担うことができる。また、上部電極４の上に形成した誘電体膜は、例えばパシベーション膜あるいは周波数調整用としての役割を担うことができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、下部電極２と上部電極４とにおける互いに対向する部位は、楕円形状であったが、楕円形状以外の形状であってもよい。例えば、平行な２辺を含まない多角形（五角形等）であっても同様な効果が得られる。
【００３８】
また、本実施の形態では、基板１の平坦主面上に形成された空隙６を用いて構成を説明したが、下部電極２の下に空隙６を持つ圧電薄膜共振器で同様な効果が得られる。下部電極２の下の空隙は、上部電極４、圧電膜３、下部電極２を形成した後の基板１に、ドライエッチング処理を行って形成することができる。
【００３９】
〔２．圧電薄膜共振器の第２実施例〕
図１２は、本実施の形態の圧電薄膜共振器における上部電極４の引出部分４ｘ近傍の要部拡大図を示し、基本構成は図４に示す第１実施例の構成と同様であるため説明は省略する。第２実施例の構成は、第１実施例の構成に比べて空隙の形状が異なる。図１３は、従来構成における上部電極１０４と下部電極１０２とに本実施例の空隙を組み合わせたものである。図１２に示す圧電薄膜共振器と図１３に示す圧電薄膜共振器それぞれの残留応力分布を図１４及び図１５にそれぞれ示す。
【００４０】
図１４は、図１２に示す本実施例の構成における上部電極４の引出部分４ｘ近傍の残留応力分布を示す。図１５は、図１３に示す従来の構成における上部電極１０４の引出部分１０４ｘ近傍の残留応力分布を示す。図１５における矢印Ｈで指している部分に示すように、従来の構成では上部電極１０４の引出部分１０４ｘの残留応力が高くなっているため、上部電極１０４の破断等のメンブレン破壊が発生する可能性がある。これに対して、本実施例の構成では、図１４における矢印Ｇで指している部分に示すように、上部電極４の引出部分４ｘの残留応力が小さくなっているため、上部電極４が破断する等のメンブレン破壊に対する余裕度が向上している。
【００４１】
なお、図１４及び図１５に示す２つの圧電薄膜共振器は、下部電極の下の空隙を広げたもので、下部電極と上部電極の重なり部分と空隙とが、製造上の理由により相対的な位置ずれが生じても共振特性に変化が生じないような構造となっている。これにより、製造性の向上が図れる。図１６を参照して製造性について説明する。
【００４２】
図１６は、下部電極２と犠牲層９の平面図である。基板１の平坦主面上に形成された図１６（ａ）に示す犠牲層９に対して、図１６（ｂ）に示すように下部電極２が配置されるが、下部電極２をパターニングした後において図１６（ｃ）に示すように下部電極２の先端形状（図中の左端の形状）と犠牲層９の形状がほぼ一致していても構わない。この場合、犠牲層９が除去された後は下部電極２の先端部の空隙の平面形状が、下部電極２の先端部の平面形状とほぼ同一形状となる。図１６（ｂ）、図１６（ｃ）のいずれも、下部電極２の下の空隙が下部電極と上部電極の重なり部分よりも大きく形成された状態となっている。したがって、位置ずれに対する余裕度が広がり、製造性が向上する。
【００４３】
〔３．フィルタの構成〕
図１７は、フィルタの構成を示す回路図であり、一例として複数の共振器をラダー型に接続したバンドパスフィルタで構成した。図１７に示すフィルタは、直列椀に複数の共振器Ｓを互いに直列接続し、さらに直列椀に対して並列接続された並列椀に共振器Ｐを接続している。各共振器Ｓ及びＰに、上記第１実施例または第２実施例に示す圧電薄膜共振器を用いることができる。各共振器の共振周波数を所望の値に設定することで、所定の周波数の信号のみを通過させるバンドパスフィルタを実現することができる。
【００４４】
本実施の形態の圧電薄膜共振器を用いてフィルタを構成することで、共振特性を維持しつつ、機械的強度を改善し、生産性に優れたフィルタを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、ラダー型フィルタを一例として挙げたが、ラティス型フィルタなど、本実施の形態における圧電薄膜共振器を用いることができるフィルタに応用することが可能である。
【００４６】
〔４．通信モジュールの構成〕
図１８は、本実施の形態の圧電薄膜共振器または上記フィルタを備えた通信モジュールの一例を示す。図１８に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂには、本実施の形態における圧電薄膜共振器が含まれている。
【００４７】
受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。
【００４８】
以上のように本実施の形態の圧電薄膜共振器またはフィルタを、通信モジュールの受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂに備えることで、共振特性を維持しつつ、機械的強度を改善し、生産性に優れた通信モジュールを実現することができる。
【００４９】
なお、図１８に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の圧電薄膜共振器またはフィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００５０】
〔５．通信装置の構成〕
図１９は、本実施の形態の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１９に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１９に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ７３ａ、７７、７８、７９、８０、および送信フィルタ７３ｂには、本実施の形態における圧電薄膜共振器またはフィルタが含まれている。
【００５１】
まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。
【００５２】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００５３】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００５４】
以上のように本実施の形態の圧電薄膜共振器、フィルタ、または通信モジュールを通信装置に備えることで、共振特性を維持しつつ、機械的強度を改善し、生産性に優れた通信装置を実現することができる。
【００５５】
〔６．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、共振特性を維持しつつ、機械的強度を向上させることができる。また、生産性に優れた圧電薄膜共振器、フィルタ、通信モジュール、通信装置を実現することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
（付記１）
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、
前記基板上および下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、
前記圧電膜を挟み上部電極と下部電極の重なり領域であるメンブレンに対応する部位の下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、
前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、
前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されている、圧電薄膜共振器。
【００５８】
（付記２）
基板と、
前記基板の平坦主面上に形成された下部電極と、
前記基板上および前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極とを備え、
前記圧電膜を挟み前記上部電極と前記下部電極との重なり領域であるメンブレンに対応する部位の前記下部電極の下方に空隙を有した圧電薄膜共振器であって、
前記メンブレンに接する前記上部電極の引出部分の中央部は、前記空隙の上に形成され、
前記上部電極の引出部分の両端部は、前記空隙の外側に形成されている、圧電薄膜共振器。
【００５９】
（付記３）
前記空隙の下部電極先端部における平面形状は、前記下部電極先端部の平面形状と同一形状である、付記２に記載の圧電薄膜共振器。
【００６０】
（付記４）
前記基板と前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極とを積層して形成される積層膜の応力は、圧縮応力である、付記１〜３の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【００６１】
（付記５）
前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域は、楕円形である、付記１〜４の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【００６２】
（付記６）
前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域は、非平行の辺からなる多角形である、付記１〜５の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【００６３】
（付記７）
外部から前記空隙に通じる孔部が形成されている、付記２〜６の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【００６４】
（付記８）
前記圧電膜は、
窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛を主成分とする材料で形成されている、付記１〜７の何れか一項記載の圧電薄膜共振器。
【００６５】
（付記９）
付記１〜８のいずれかに記載の圧電薄膜共振器を備えた、フィルタ。
【００６６】
（付記１０）
付記９に記載のフィルタを備えた、通信モジュール。
【００６７】
（付記１１）
付記９に記載のフィルタ、または付記１０に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の圧電薄膜共振器は、所定周波数の信号を受信または送信することができる機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の圧電薄膜共振器の第１実施例の構成を示す平面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ部の断面図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ部の断面図
【図４】本発明の圧電薄膜共振器の第１実施例の構成を示す平面図
【図５】図４におけるＣ部の拡大図
【図６】圧電薄膜共振器の製造工程を示す断面図
【図７】本実施の形態の圧電薄膜共振器と従来の圧電薄膜共振器との周波数特性を示す特性図
【図８】従来の圧電薄膜共振器の平面図
【図９】図８におけるＤ部の拡大図
【図１０】図５に示す圧電薄膜共振器における応力分布を示す分布図
【図１１】図９に示す圧電薄膜共振器における応力分布を示す分布図
【図１２】本発明の圧電薄膜共振器の第２実施例の構成を示す平面図
【図１３】従来の圧電薄膜共振器の平面図
【図１４】図１２に示す圧電薄膜共振器における応力分布を示す分布図
【図１５】図１３に示す圧電薄膜共振器における応力分布を示す分布図
【図１６】犠牲膜の形成工程を示す平面図
【図１７】本実施の形態のフィルタの構成を示す回路図
【図１８】本実施の形態の通信モジュールの構成を示すブロック図
【図１９】本実施の形態の通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】従来の圧電薄膜共振器の構成を示す断面図
【図２１】従来の圧電薄膜共振器の構成を示す断面図
【図２２】従来の圧電薄膜共振器の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００７０】
１  基板
２  下部電極
３  圧電膜
４  上部電極
【図１】
0005191762.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005191762.tif 000006
【図６】
0005191762.tif 000007
【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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