(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
一対の導電層と、
該一対の導電層に挟まれた圧電層とを備え、
少なくとも、前記圧電層の前記一対の導電層に挟まれた部分（以下、「振動領域」という。）が前記基板から音響的に分離された、圧電共振子であって、
前記振動領域は縦軸を周波数、縦軸の右側の横軸を実数の波数、縦軸の左側の横軸を虚数の波数とした分散曲線において、周波数が遮断周波数ωｃより低い場合実数の波数を有し、
前記振動領域は、前記一対の導電層及び前記圧電層の厚さ方向から見たときの形状（以下、「平面形状」という。）が略矩形であり、該略矩形の各辺が湾曲又は折れ曲がりを繰り返す波状であり、
前記振動領域は、前記平面形状の前記外縁に沿って延在する相対的に厚さが小さい周縁部と、該周縁部よりも内側に延在する相対的に厚さが大きい中心部とを含むことを特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】
前記一対の導電層の少なくとも一方の前記導電層の前記圧電層とは反対側に、前記少なくとも一方の前記導電層に沿って延在する誘電層をさらに備え、
該誘電層は、前記一対の導電層及び前記圧電層の厚さ方向から見たとき、少なくとも前記振動領域に重なるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振子。
【請求項３】
前記一対の導電層の少なくとも一方は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電共振子。
【請求項４】
前記圧電層は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電共振子。
【請求項５】
前記誘電層は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きいことを特徴とする、請求項２に記載の圧電共振子。
【請求項６】
前記振動領域の前記周縁部は、前記振動領域の前記中心部との境界近傍に、厚さが徐々に変化するテーパー状の断面部分を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項７】
前記振動領域は、前記振動領域の前記中心部と前記周縁部との境界において、厚さが急激に変化するステップ状の断面部分を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項８】
前記振動領域の周縁部の幅が、前記圧電層の厚さの３倍以上、９倍以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電共振子。
【請求項９】
前記一対の導電層の少なくとも一方の前記導電層は、少なくとも２層が積層され、
前記振動領域において、前記少なくとも２層のうち前記圧電層側の一方の層の端よりも内側に、該端から間隔を設けて、前記少なくとも２層のうち前記圧電層とは反対側の他方の層が配置されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項１０】
前記一対の導電層の前記少なくとも一方は、エッチング耐性の異なる少なくとも２層が積層され、
前記少なくとも２層のうち前記圧電層側の一方の層は、相対的にエッチング耐性が優れ、
前記少なくとも２層のうち前記圧電層とは反対側の他方の層は、相対的にエッチング耐性が劣り、
前記他方の層の端部を前記一方の層に達するまでエッチングすることにより、前記一方の端よりも内側に、該端から間隔を設けて前記他方の層が配置されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項１１】
相対的にエッチング耐性が優れた前記一方の層は、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｕを含むグループから選択された少なくとも１種類の金属を含み、
相対的にエッチング耐性が劣る前記他方の層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｃｕを含むグループから選択された少なくとも１種類の金属を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の圧電共振子。
【請求項１２】
前記圧電層を形成する圧電材料は、ＡｌＮ又はＺｎＯであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項１３】
前記誘電層は、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮ含むグループから選択された少なくとも１種類の誘電材料により形成されたことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の圧電共振子。
【請求項１４】
複数の圧電共振子を備えた圧電薄膜フィルタであって、
複数の前記圧電共振子のうち一部のみが、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の圧電共振子であることを特徴とする、圧電薄膜フィルタ。
【請求項１５】
梯子型に結合された複数の圧電共振子を備えた圧電薄膜フィルタであって、
直列に接続された１又は２以上の前記圧電共振子のうち少なくとも一つが、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の圧電共振子であることを特徴とする、圧電薄膜フィルタ。
【請求項１６】
格子型に結合された複数の圧電共振子を備えた圧電薄膜フィルタであって、
複数の前記圧電共振子のうち相対的に周波数の高い少なくとも一つが、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の圧電共振子であることを特徴とする、圧電薄膜フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電共振子及び圧電薄膜フィルタに関し、詳しくは、圧電層を一対の導電層で挟んだ振動領域が基板から音響的に分離して支持されている圧電共振子及び該圧電共振子を有する圧電薄膜フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電膜を一対の電極膜で挟んだ圧電共振子素子が基板から音響的に分離して基板上に支持され、厚み縦振動モードを利用する圧電共振子において、横振動モードは、圧電共振子素子が厚さ方向に振動するときに平面方向に伝搬する波を付随的に発生し、スプリアスの原因になる。【０００３】
このようなスプリアスを抑制するため、例えば図１及び図２に示すように、圧電共振子の振動領域を自由形にするとともに、振動領域の外縁に沿って段差を設けることが提案されている。すなわち、基板に対応するＳｉＯ２支持層２００に、底部電極１１０および圧電層１００が共振子の幅全体に延在する。頂部電極１２０は、共振子構造１０００の境界領域２，４及び中心部３を覆う。共振子構造１０００の境界領域２，４は、電気的に励起可能な振動領域の縁で頂部導電層１２０を厚くすることによって形成する。共振子１２００の中心部３は自由形である。図２中の矢印は、尺度を示している。この尺度は、水平方向と垂直方向で異なる。【０００４】
このように自由形の中心部３と境界領域２，４の間に段差を設けた場合は、長い波長のラム波スプリアスと短い波長のラム波スプリアスを同時に抑制できる。つまり、振動領域の端部の厚さを中央部の厚さより大きくして段差を設けることにより長い波長の波を抑圧し、振動領域の平面形状を平行な辺を含まない自由形にすることにより短い波長の波を抑圧する。【０００５】
このように振動領域の端部（境界領域）を中央領域より厚くしているのは、圧電層に、図３におけるタイプＩの分散特性を示すＺｎＯを用いたからである。タイプＩは、図３に示した分散関係ｋ（ω）の一般的形態の１つである。図３において、縦軸に角周波数ωを示す。横軸は、縦軸よりも右側が波数ｋの実数値を示し、縦軸よりも左側では、波数は虚数である。タイプＩの分散では、角周波数ωがプレートの遮断角周波数ωｃより上の場合、波数ｋは実数である。タイプIIの分散では、角周波数ωがプレートの遮断角周波数ωｃより低い場合、波数ｋは実数である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００３−５０５９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３では、波数の小さい（波長の長い)領域しか計算されていない。図３のタイプIIの分散特性の圧電膜による構造の場合、より詳細な計算により求められる分散曲線は、例えば図４のようになる。図４において、縦軸は周波数、横軸は、圧電膜厚ｂを平面方向に伝搬する波の波長λで規格化したｂ／λである。つまり、図４は実数の波数部分の分散曲線を示している。符号６ａは圧電膜厚の約５倍の波長のとき、符号６ｂは圧電膜厚の約２倍の波長のとき、符号８は共振周波数を、それぞれ示している。ここで、共振周波数近傍の周波数で波長の長いラム波７ａと波長の短いラム波７ｂの両方が存在することが分かる。【０００７】
枠様ゾーンの断面形状を振動領域の端で薄くすることで、図４において符号７ａで示す波長が圧電膜厚の約５倍以上の領域では、波長の長いスプリアスモードは発生しない。しかし、図４のような分散曲線の場合、共振周波数８近傍には波長の長いスプリアスモードに加えて、図４において符号７ｂで示す波長が圧電膜厚の約２倍以下の領域では、波長の短いスプリアスモードが存在する。【０００８】
この波長の短いスプリアスモードは、共振子の平面形状を図１のように自由形にすることにより、抑制することができる。しかし、これはレイアウトしにくい形状であり、圧電共振子の小型化に適さない。共振子の平面形状については、フィルタのレイアウトやチップサイズにも影響を与えるため、矩形に近い形状であることが望ましい。【０００９】
この波長の短いスプリアスの起源については十分に解析が行われていないので、振動領域の最適な平面形状は見出されていない。【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑み、波長の長いスプリアスモードおよび波長の短いスプリアスモードを抑制することができる、圧電共振子および該圧電共振子を有する圧電薄膜フィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電共振子を提供する。【００１７】
圧電共振子は、基板と、一対の導電層と、該一対の導電層に挟まれた圧電層とを備える。少なくとも、前記圧電層の前記一対の導電層に挟まれた部分（以下、「振動領域」という。）が前記基板から音響的に分離されている。前記振動領域は、縦軸を周波数、縦軸の右側の横軸を実数の波数、縦軸の左側の横軸を虚数の波数とした分散曲線において、周波数が遮断周波数ωｃより低い場合、実数の波数を有する。前記振動領域は、前記一対の導電層及び前記圧電層の厚さ方向から見たときの形状（以下、「平面形状」という。）が略矩形であり、該略矩形の各辺が湾曲又は折れ曲がりを繰り返す波状である。前記振動領域は、前記平面形状の前記外縁に沿って延在する相対的に厚さが小さい周縁部と、該周縁部よりも内側に延在する相対的に厚さが大きい中心部とを含む。【００１８】
上記構成において、振動領域は、例えば、基板との間に設けた空隙や音響反射層によって、あるいは基板に形成した開口によって、基板から音響的に分離する。【００１９】
上記構成によれば、振動領域の平面形状の外縁が波状であるため、振動領域で発生した波は、種々の方向に反射され、散乱によって全体として打ち消し合い、干渉による不要な成分が発生しないようにすることができる。これよって、波長が相対的に短い波を抑圧し、共振周波数と反共振周波数との間のスプリアスを改善することができる。【００２０】
一方、振動領域の周縁部を中心部よりも薄くして段差を設けることにより、波長が相対的に長い波を抑圧し、共振周波数以下のスプリアスを改善することができる。【００２１】
さらに、振動領域の平面形状が略矩形であるので、レイアウトが容易になり、圧電共振子を小型化することができる。【００２２】
好ましくは、前記一対の導電層の少なくとも一方の前記導電層の前記圧電層とは反対側に、前記少なくとも一方の前記導電層に沿って延在する誘電層をさらに備える。該誘電層は、前記一対の導電層及び前記圧電層の厚さ方向から見たとき、少なくとも前記振動領域に重なるように配置されている。
【００２３】
上記構成において、一対の導電層及び圧電層の厚さ方向から見たとき、振動領域に重なるように配置され誘電層は、振動領域の圧電層や一対の導電層とともに振動する。【００２４】
上記構成によれば、誘電層を設けることにより、圧電共振子の周波数調整を容易に行うことができる。【００３４】
好ましくは、前記一対の導電層の少なくとも一方は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きい。【００３５】
上記構成によれば、導電層に段差を形成することによって、振動領域の周縁部を振動領域の周縁部よりも厚くする。これによって、波長の長いスプリアスモードを抑制することができる。【００３６】
好ましくは、前記圧電層は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きい。【００３７】
上記構成によれば、圧電層に段差を形成することによって、振動領域の周縁部を振動領域の周縁部よりも厚くする。これによって、波長の長いスプリアスモードを抑制することができる。【００３８】
好ましくは、前記誘電層は、前記振動領域の前記周縁部に含まれる部分の厚さが相対的に小さく、前記振動領域の前記中心部に含まれる部分の厚さが相対的に大きい。【００３９】
上記構成によれば、誘電層に段差を形成することによって、振動領域の中心部を振動領域の周縁部よりも厚くする。これによって、波長の長いスプリアスモードを抑制することができる。【００４０】
好ましくは、前記振動領域の前記周縁部は、前記振動領域の前記中心部との境界近傍に、厚さが徐々に変化するテーパー状の断面部分を含む。【００４１】
上記構成によれば、振動領域の段差を、エッチングなどにより容易に形成することができる。【００４２】
好ましくは、前記振動領域は、前記振動領域の前記中心部と前記周縁部との境界において、厚さが急激に変化するステップ状の断面部分を含む。【００４３】
上記構成によれば、振動領域に形成する段差の幅の制御を正確に行うことができる。【００４４】
好ましくは、前記振動領域の周縁部の幅が、前記圧電層の厚さの３倍以上、９倍以下である。【００４５】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードが抑制された共振特性を得ることができる。【００４６】
好ましくは、前記一対の導電層の少なくとも一方の前記導電層は、少なくとも２層が積層される。前記振動領域において、前記少なくとも２層のうち前記圧電層側の一方の層の端よりも内側に、該端から間隔を設けて、前記少なくとも２層のうち前記圧電層とは反対側の他方の層が配置されている。【００４７】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードを抑制する段差を容易に形成することができる。【００４８】
好ましくは、前記一対の導電層の前記少なくとも一方は、エッチング耐性の異なる少なくとも２層が積層されている。前記少なくとも２層のうち前記圧電層側の一方の層は、相対的にエッチング耐性が優れる。前記少なくとも２層のうち前記圧電層とは反対側の他方の層は、相対的にエッチング耐性が劣る。前記他方の層の端部を前記一方の層に達するまでエッチングすることにより、前記一方の端よりも内側に、該端から間隔を設けて前記他方の層が配置される。【００４９】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードを抑制する段差を容易に形成することができる。【００５０】
好ましくは、相対的にエッチング耐性が優れた前記一方の層は、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｕを含むグループから選択された少なくとも１種類の金属を含む。相対的にエッチング耐性が劣る前記他方の層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｃｕを含むグループから選択された少なくとも１種類の金属を含む。【００５１】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードを抑制する段差を容易に形成することができる。【００５２】
好ましくは、前記圧電層を形成する圧電材料は、ＡｌＮ又はＺｎＯである。【００５３】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードが抑制された共振子特性を得ることができる。【００５４】
好ましくは、前記誘電層は、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮ含むグループから選択された少なくとも１種類の誘電材料により形成される。【００５５】
上記構成によれば、波長の長いスプリアスモードが抑制された共振子特性を得ることができる。【００５６】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。【００５７】
圧電薄膜フィルタは、複数の圧電共振子を備える。複数の前記圧電共振子のうち一部のみが、前述したいずれかの構成の圧電共振子である。【００５８】
上記構成によれば、フィルタの通過域の帯域を確保しつつ、リップルが抑制された良好なフィルタ特性を得ることができる。【００５９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。【００６０】
圧電薄膜フィルタは、梯子型に結合された複数の圧電共振子を備える。直列に接続された１又は２以上の前記圧電共振子のうち少なくとも一つが、前述したいずれかの構成の圧電共振子である。【００６１】
上記構成によれば、フィルタの通過域の帯域を確保しつつ、リップルが抑制された良好なフィルタ特性を得ることができる。【００６２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。【００６３】
圧電薄膜フィルタは、格子型に結合された複数の圧電共振子を備える。複数の前記圧電共振子のうち相対的に周波数の高い少なくとも一つが、前述したいずれかの構成の圧電共振子である。【００６４】
上記構成によれば、フィルタの通過域の帯域を確保しつつ、リップルが抑制された良好なフィルタ特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００６５】
本発明の圧電共振子および該圧電共振子を有する圧電薄膜フィルタは、波長の長いスプリアスモードおよび波長の短いスプリアスモードを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】圧電共振子の平面図である。（従来例）
【図２】圧電共振子の断面図である。（従来例）
【図３】一般的な分散曲線を示すグラフである。
【図４】タイプIIの分散曲線を示すグラフである。
【図５】共振子の特性を示すスミスチャートである。
【図６】（ａ）格子型フィルタ、（ｂ）梯子型フィルタの構成図である。
【図７】格子型フィルタの特性グラフである。
【図８】格子型フィルタの特性グラフである。
【図９】圧電共振子の（ａ）部断面図、（ｂ）要部平面図である。（実施例１）
【図１０】圧電共振子の要部平面図である。（実施例１）
【図１１】圧電共振子の要部平面図である。（実施例２）
【図１２】圧電共振子の要部断面図である。（実施例３）
【図１３】圧電共振子の要部断面図である。（実施例４）
【図１４】圧電共振子の要部断面図である。（実施例５）
【図１５】圧電共振子の要部断面図である。（実施例６）
【図１６】圧電共振子の要部拡大図である。（実施例７）
【図１７】共振子特性を示すスミスチャートである。（実施例７）
【図１８】共振子特性を示すスミスチャートである。（実施例８）
【図１９】共振子特性を示すスミスチャートである。（実施例９）
【図２０】上部電極の段差の説明図である。（実施例１０）
【図２１】上部電極に段差を形成する工程の説明図である。（実施例１０）
【図２２】振動領域の段差の説明図である。（実施例１１）
【図２３】格子型フィルタの構成図である。（実施例１２）
【図２４】格子型フィルタの特性グラフである。（実施例１２）
【図２５】梯子型フィルタの構成図である。（実施例１３）
【図２６】梯子型フィルタの特性グラフである。（実施例１３）
【図２７】圧電共振子の要部平面図である。（実施例１４）
【符号の説明】
【００６７】
１０，２０，３０，４０，５０  圧電共振子
１２，２２，３２，４２，５２  基板
１３，２３，３３，４３，５３  空隙
１４，２４，３４，４４，５４  下部電極（導電層）
１５，２５，３５，４５，５５  圧電層
１６，２６，３６，４６，５６  上部電極（導電層）
１７，２７，３７  誘電膜
１８，１８ｘ，１８ｙ，２８，３８，４８，５８  振動領域
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  外縁
１８ｓ，１８ｓ'，１８ｓ”，２８ｓ，３８ｓ，４８ｓ，５８ｓ  中心部
１８ｔ，１８ｔ，１８ｔ'，１８ｔ”，２８ｔ，３８ｔ，４８ｔ，５８ｔ  周縁部
７２  格子型フィルタ
７６  梯子型フィルタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態について、図５〜図２７を参照しながら説明する。【００６９】
本発明の実施の形態は、少なくとも２つの導電層と、前記導電層間に配置された少なくとも１つの圧電層とを備えた圧電共振子および該圧電共振子を組み合わせて構成した圧電薄膜フィルタに関して、以下の（１）〜（４）の特徴を有する。
（１）振動領域端の膜厚を減らすことにより、波長の長いスプリアスモードを抑制する。
（２）振動領域の平面形状として、レイアウト上収まりが良く、かつ、波長の短いスプリアスモードを抑制するような“矩形端部三角波状”、“矩形端部矩形波状”、“平行な辺のない四角形”を採用する。
（３）（１）および（２）の手法を取り入れた共振子を、格子型フィルタを構成する共振子のうち、相対的に高い周波数の共振子のみに使用することにより、フィルタ通過域のリップルを抑制する。（格子型フィルタにおいては、直列・並列共振子を入れ替えても同じ特性になる）
（４）（１）および（２）の手法を取り入れた共振子を、梯子型フィルタを構成する共振子のうち、直列共振子のみに使用することにより、フィルタ通過域のリップルを抑制する。【００７０】
すなわち、上記（２）のように、矩形の振動領域の端部を波状にすることにより、この波状と同程度の波長を持つ波が端部で散乱され、スプリアス(波長の短いスプリアス)が打ち消される。この波状を、大きなスケールにすることにより、波長の長い波も打ち消されることになるが、長い波長の波を打ち消す方法としては、上記（１）のように振動領域端に段差を形成した方が特性もよく、レイアウトが容易になり共振子を小型化することができる。【００７１】
しかしながら、実際に上記（１）及び（２）の手法を用い、振動領域端に段差を有するとともに振動領域端が波状の共振子を作成したところ、図５のスミスチャートに示すように、共振周波数以下の特性は向上するが、共振周波数以上の特性は劣化することが分かった。図５において、符号ｓは、互いに平行な辺を持たない矩形形状の振動領域端に段差を設けた場合、符号ｔは、互いに平行な辺を持たない矩形形状の振動領域端に段差を設けない場合を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）の符号Ａで示す部分の拡大図である。【００７２】
図６（ａ）に示すように、共振子８０ａ〜８０ｄを格子型に結合してフィルタを構成したり、図６（ｂ）に示すように、共振子８３，８４を梯子型に結合してフィルタを構成したりすることができる。【００７３】
図７に、周波数の異なる共振子(直列共振子および並列共振子)を格子型に組み合わせて作成したフィルタと共振子の特性の関係を示す。相対的に周波数が高い共振子が直列共振子とされている。図７において、符号８０は直列共振子のインピーダンスを示し、符号８１は並列共振子のインピーダンスを示し、符号８２はフィルタ特性を示す。【００７４】
フィルタ特性においては、通過域Ｐのリップルを抑えつつ、フィルタ帯域を確保することが必要である。フィルタの通過域Ｐの特性に影響を与えるのは、直列共振子の共振周波数付近と並列共振子の反共振周波数付近である。上記（２）の手法をもつ共振子を、フィルタを構成する直列共振子および並列共振子の両方に使用した場合、並列共振子によりフィルタ通過域の特性が劣化してしまうことになる。【００７５】
図８に、格子型フィルタについて、上記（２）の手法を直列共振子および並列共振子の両方に用いた場合のフィルタ特性を符号ａで示し、上記（２）の手法を直列共振子のみに用いる場合のフィルタ特性を符号ｂで示し、上記（２）の手法を直列共振子及び並列共振子のいずれにも用いなかった場合のフィルタ特性を符号ｃで示す。【００７６】
上記（２）手法を直列共振子及び並列共振子のいずれにも用いなかった場合（符号ｃ）には、直列共振子の共振周波数以下のスプリアスによりフィルタ通過域中央にリップルが発生する。上記（２）の手法を直列共振子及び並列共振子の両方に用いた場合（符号ａ）、並列共振子の共振周波数以上の特性劣化により、矢印Ｘで示すように、フィルタ通過域の左肩付近の特性が劣化し、フィルタ帯域を確保できなくなる。上記（２）の手法を直列共振子のみに用いる場合（符号ｂ）、フィルタ帯域を確保しつつフィルタ通過域中央のリップルを抑制することができている。【００７７】
以下、実施例１〜実施例１４について、図９〜図２７を参照しながら説明する。【００７８】
＜実施例１＞  実施例１の圧電共振子１０について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９（ａ）は、図９（ｂ）の線Ａ−Ａに沿って切断した要部断面図、図９（ｂ）は要部平面透視図である。【００７９】
図９に示すように、圧電共振子１０は、基板１２上に、順に、下部電極１４、圧電層１５、上部電極１６、誘電膜１７が積層されている。下部電極１４は、基板１２に支持された部分と、基板１２から空隙１３を介して浮いた部分とを有する。この浮いた部分に、下部電極１４と上部電極１６とが圧電層１５を挟む振動領域１８が配置されている。振動領域１８は、厚さ方向（図９（ｂ）において紙面垂直方向）から見たとき、下部電極１４と上部電極１６が重なり合う部分である。振動領域１８は、空隙１３を介して基板１２から音響的に分離されるようになっている。空隙１３の代わりに、基板１２と振動領域１８との間に音響反射層を設けるなどして、振動領域１８を基板１２から音響的に分離してもよい。【００８０】
振動領域１８は、厚さ方向から見たときに、振動領域１８の外縁１８ａに沿って延在する周縁部１８ｔと、周縁部１８ｔよりも内側の中心部１８ｓとを含む。図９（ｂ）において、振動領域１８の周縁部１８ｔと中心部１８ｓとの境界１８ｋを、破線で示している。【００８１】
図９（ｂ）に示すように、厚さ方向から見たとき、振動領域１８は、その外縁１８ａが略矩形形状であり、該略矩形形状の各辺が波状である。すなわち、振動領域１８の外縁１８ａを構成する下部電極１４の端部１４ａと、上部電極１６の端部１６ａ及びそれに隣接する両側の辺の一部分１６ｓ，１６ｔとは、それぞれ、三角波状に折れ曲がりを繰り返す形状である。【００８２】
振動領域１８の外縁１８ａは波状であればよく、例えば図１０の要部平面図に示した振動領域１８ｘの外縁１８ｂのように、矩形波状としてもよい。あるいは、正弦波状としてもよい。また、外縁１８ａの波状は周期や振幅が一定でなくてもよい。図１０において、振動領域１８ｘの周縁部１８ｔ'と中心部１８ｓ'との境界１８ｋ'を、破線で示している。【００８３】
図９（ａ）に示したように、下部電極１４、圧電層１５及び上部電極１６の膜厚はそれぞれ略一定であるが、誘電膜１７の膜厚は、振動領域１８の中心部１８ｓを構成する部分がそれ以外の部分よりも厚くなっている。これによって、振動領域１８は、周縁部１８ｔの厚さが中心部１８ｓの厚さよりも小さくなり、振動領域１８には段差が形成される。段差が形成されない部分があってもよい。【００８４】
振動領域１８は、図４に示したタイプIIの分散特性を有している。【００８５】
具体的には、例えば、ＡｌＮの圧電層１５にＳｉＯ２の誘電膜１７を形成し、振動領域１８の周縁部１８ｔにおける誘電膜１７の段差の幅Ｗを約１０μｍ、段差による厚さ変化Δｔを約２０ｎｍとする。【００８６】
圧電共振子１０は、図９のように、振動領域１８の外縁１８ａを略矩形形状とし、該略矩形形状の各辺を三角波状とすることにより、波長の短いスプリアスモードを抑制することができる。これは、振動領域１８の外縁１８ａで反射した波のうち、外縁１８ａの形状に対応する波長成分が打ち消し合い、干渉による不要成分が発生しないためと考えられる。【００８７】
また、誘電膜１７の膜厚を変え、振動領域１８の周縁部１８ｔの厚さが中心部１８ｓの厚さよりも小さくなるようにすることで、波長の長いスプリアスモードを抑制することができる。【００８８】
＜実施例２＞  実施例２の圧電共振子について、図１１の要部平面図を参照しながら説明する。実施例２の圧電共振子は、実施例１の圧電共振子１０と略同様に構成される。以下では、実施例１との相違点を中心に説明する。【００８９】
図１１に示したように、振動領域１８ｙの外縁１８ｃは、略矩形形状の各辺が不規則な波状である。図１１において、振動領域１８ｙの周縁部１８ｔ”と中心部１８ｓ”との境界１８ｋ”を、破線で示している。【００９０】
実施例２においても、波長の短いスプリアスモードを抑制することができる。これは、外縁１８ｃでの反射により散乱した波が打ち消し合い、干渉による不要成分が発生しないためと考えられる。【００９１】
なお、実施例２の圧電共振子は、実施例１と同様に、振動領域１８ｙの周縁部１８ｔ”の厚さが中心部１８ｓ”の厚さよりも小さく、これによって、波長の長いスプリアスモードを抑制することができる。【００９２】
＜実施例３＞  実施例３の圧電共振子２０について、図１２の要部断面図を参照しながら説明する。【００９３】
圧電共振子２０は、実施例１と同様に、振動領域２８が空隙２３を介して基板２２から音響的に分離されている。実施例１と異なり、上部電極２６の膜厚は、振動領域２８の中心部２８ｓを構成する部分がそれ以外の部分よりも厚い。下部電極２４、圧電層２５及び誘電層２７の膜厚は略一定である。これによって、振動領域の周縁部２８ｔの厚さが中心部２８ｓの厚さよりも小さくなり、振動領域２８には段差が形成される。【００９４】
具体的には、例えば、ＡｌＮの圧電層２５にＳｉＯ２の誘電膜２７を形成し、上部電極２７の振動領域２８の周縁部２８ｔとなる部分２６ａの幅Ｗを約１０μｍ、厚さ変化Δｔを約５ｎｍとする。振動領域２８の平面形状は矩形であり、振動領域２８の外縁には波状の縁取りがある。図面は、実施例１の図９（ｂ）と同様であるので省略する。【００９５】
圧電共振子２０は、実施例１と同様に、波長の短いスプリアスモードと波長の長いスプリアスモードの両方を抑制することができる。【００９６】
＜実施例４＞  実施例４の圧電共振子について、図１３の要部断面図を参照しながら説明する。【００９７】
圧電共振子３０は、実施例１と同様に、振動領域３８が空隙３３を介して基板３２から音響的に分離されている。実施例１と異なり、圧電層３５の膜厚は、振動領域３８の中心部３８ｓを構成する部分３４ａがそれ以外の部分よりも厚く、下部電極３４、上部電極３６及び誘電層３７の膜厚は略一定である。これによって、振動領域３８の周縁部３８ｔの厚さが中心部３８ｓの厚さよりも小さくなり、振動領域３８には段差が形成される。【００９８】
具体的には、例えば、ＡｌＮの圧電層３５にＳｉＯ２の誘電膜３７を形成し、圧電層３５の段差の幅Ｗを約１０μｍ、厚さ変化Δｔを約２０ｎｍとする。振動領域３８の平面形状は矩形であり、振動領域３８の外縁には波状の縁取りがある。図面は、実施例１の図９（ｂ）と同様であるので省略する。【００９９】
圧電共振子３０は、実施例１と同様に、波長の短いスプリアスモードと波長の長いスプリアスモードの両方を抑制することができる。【０１００】
＜実施例５＞  実施例５の圧電共振子４０について、図１４の要部断面図を参照しながら説明する。【０１０１】
圧電共振子４０は、実施例１とは異なり、誘電膜を備えない。すなわち、空隙４３を介して基板４２から音響的に分離された振動領域４８は、下部電極４４、圧電層４５及び上部電極４６によって構成されている。【０１０２】
上部電極４６の膜厚は、振動領域４８の中心部４８ｓを構成する部分が他の部分よりも厚く、下部電極４４及び圧電層４５の膜厚は略一定である。これによって、振動領域４８の周縁部４８ｔの厚さが中心部４８ｓの厚さよりも小さくなり、振動領域４８には段差が形成される。【０１０３】
具体的には、例えば、ＡｌＮの圧電層４５の上の上部電極４６に段差を形成し、段差の幅Ｗを約１０μｍ、厚さ変化Δｔを約５ｎｍとする。振動領域４８の平面形状は矩形であり、振動領域４８の外縁には波状の縁取りがある。図面は、実施例１の図９（ｂ）と同様であるので省略する。【０１０４】
圧電共振子４０は、実施例１と同様に、波長の短いスプリアスモードと波長の長いスプリアスモードの両方が抑制される。【０１０５】
＜実施例６＞  実施例６の圧電共振子５０について、図１５の要部断面図を参照しながら説明する。【０１０６】
圧電共振子５０は、実施例１とは異なり、誘電膜を備えない。すなわち、空隙５３を介して基板５２から音響的に分離された振動領域５８は、下部電極５４、圧電層５５及び上部電極５６によって構成されている。【０１０７】
圧電層５５の膜厚は、振動領域５８の中心部５８ｓを構成する部分がそれ以外の部分よりも厚く、下部電極５４及び上部電極５６の膜厚は略一定である。これによって、振動領域５８の周縁部５８ｔの厚さが中心部５８ｓの厚さよりも小さくなり、振動領域５８には段差が形成される。【０１０８】
具体的には、例えば、ＡｌＮの圧電層４５に段差を形成し、段差の幅Ｗを約１０μｍ、厚さ変化Δｔを約２０ｎｍとする。振動領域５８の平面形状は矩形であり、振動領域５８の外縁には波状の縁取りがある。図面は、実施例１の図９（ｂ）と同様であるので省略する。【０１０９】
圧電共振子５０は、実施例１と同様に、波長の短いスプリアスモードと波長の長いスプリアスモードの両方を抑制することができる。【０１１０】
＜実施例７＞  実施例７の圧電共振子について、図１６の要部拡大図を参照しながら説明する。【０１１１】
実施例７の圧電共振子は、実施例１と同様に、振動領域が空隙を介して基板から音響的に分離されている。実施例１と異なり、振動領域を構成する下部電極、圧電層、上部電極及び圧電層の各膜厚は、それぞれ略一定である。【０１１２】
振動領域の外縁の平面形状は、実施例１と同様に、略矩形であり、振動領域の外縁の略矩形平面形状の各辺は、図１６（ａ）に示す三角波状、又は図１６（ｂ）に示す矩形波状である。図１６に示すように、三角波又は矩形波の１周期の長さ（波長）をλ１、振れ幅（全振幅）をλ２とすると、λ１、λ２の大きさによって、共振子特性が変化する。【０１１３】
実施例７の圧電共振子は、振動領域の外縁を波状とすることにより、振動領域の外縁の波状と同等程度の波を散乱させ、スプリアスを消すことができる。振動領域の外縁の波状の大きさは、抑制したい波長の１／４以上あればよく、λ１およびλ２は、圧電膜の厚さの０．５倍以上であればよい。一方、実験により、λ１及びλ２には上限があることが分かった。【０１１４】
図１７は、圧電層の厚さが１．６μｍ、１．８ＧＨｚ帯の、振動領域に段差が形成されていない圧電共振子について、振動領域の外縁の略矩形平面形状の各辺の三角波又は矩形波のλ１およびλ２を、λ１＝１０〜３０(μｍ)、λ２=５〜１５(μｍ)の範囲で変化させた場合の共振子の特性(実験値)を示すスミスチャートである。図１７において、λ１については、（ａ−１）及び（ｂ−１）ではλ１＝１０（μｍ）、（ａ−２）及び（ｂ−２）ではλ１＝（２０μｍ）、（ａ−３）、（ｂ−３）及び（ｃ−３）ではλ１＝３０（μｍ）である。λ２については、（ａ−１）、（ａ−２）及び（ａ−３）ではλ２＝５（μｍ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）及び（ｂ−３）ではλ２＝１０（μｍ）、（ｃ−３）ではλ２＝１５（μｍ）である。【０１１５】
図１７から、λ１≦２０μｍ、λ２≦１０μｍにおいて、波長の短いスプリアスが抑制されていることが分かる。λ１の上限は、圧電膜の１２．５倍(２０／１．６=１２．５)、λ２の上限は、圧電膜の６．２５倍（１０／１．６）である。【０１１６】
＜実施例８＞  実施例８の圧電共振子は、振動領域の平面形状が矩形であり、振動領域の外縁には波状の縁取りがなく、平面形状の矩形の各辺は直線状である。図９(ａ)と同様に、誘電層に段差が形成されている。【０１１７】
図１８のスミスチャートは、圧電層の厚さが１．６μｍ、１．８ＧＨｚ帯の波状共振子について、ＳｉＯ２誘電層に形成した段差の厚さ変化Δｔを一定(２０ｎｍ)とした場合に、段差の幅Ｗを、Ｗ=０〜２０（μｍ）の範囲で変えた場合の共振子の特性を示す。図１８において、（ａ）はＷ=０（μｍ）、すなわち、振動領域に段差がない場合を示す。（ｂ）はＷ=５（μｍ）、（ｃ）はＷ=１０（μｍ）、（ｄ）はＷ=１５（μｍ）、（ｅ）はＷ＝２０（μｍ）の場合をそれぞれ示す。【０１１８】
図１８より、段差幅Ｗが５≦Ｗ＜１５において、波長の長いスプリアスモードが抑制されている。これにより、段差幅Ｗの下限は圧電膜の厚さの約３倍、上限は圧電膜の厚さの約９倍であることが分かる。【０１１９】
＜実施例９＞  実施例９の圧電共振子は、振動領域の平面形状が矩形であり、振動領域の外縁には波状の縁取りがなく、平面形状の矩形の各辺は直線状である。図９(ａ)と同様に、誘電層に段差が形成されている。【０１２０】
図１９のスミスチャートは、圧電層の厚さが１．６μｍ、１．８ＧＨｚ帯共振子について、ＳｉＯ２誘電層に形成した段差の幅Ｗを一定(１０μｍ)とした場合に、段差の厚さ変化Δｔを、Δｔ=０〜４０（ｎｍ）の範囲で変えた場合の共振子の特性を示す。図１９（ａ）はΔｔ＝０（すなわち、段差なし）、（ｂ）Δｔ＝２０（ｎｍ）、（ｃ）Δｔ＝３０（ｎｍ）、（ｄ）Δｔ＝４０（ｎｍ）である。【０１２１】
図１９より、段差の厚さ変化Δｔが、０＜Δｔ＜３０の範囲において、波長の長いスプリアスモードが抑制されていることが分かる。【０１２２】
＜実施例１０＞  図２０及び図２１を参照しながら、上部電極の段差形成について説明する。【０１２３】
図１２や図１４に示したように、上部電極２６，４６の膜厚を変えることによって振動領域２８，４８に段差を形成する場合、段差の形成はエッチングで行う。【０１２４】
図２０に示したように、上部電極６０は、最上層６４にＡｌやＡｕのようにエッチング耐性の良くない少なくとも１層があり、その下の層６２に、Ｐｔのようにエッチング耐性のある少なくとも１層を含む。【０１２５】
図２０(ｂ)のように、段差形成を最上層６４の途中で止める場合、制御性が悪くなる。しかし、エッチング耐性の良くない層６４全てをエッチングすると、エッチング耐性の良い層６４でとまるため制御性が良い。【０１２６】
段差を有する上部電極６０は、図２１に示す手順で形成することができる。【０１２７】
図２１（ａ）に示すように、Ｐｔのようにエッチング耐性のある少なくとも層６２の上に、ＡｌやＡｕのようにエッチング耐性の良くない層６４を成膜する。次いで、図２１（ｂ）に示すように、レジスト６５でエッチング用マスクを形成する。次いで、図２１（ｃ）に示すように、段差となる部分について、エッチング耐性の良くない層６４を、マスクを用いてエッチングにより全て除去する。次いで、図２１（ｄ）に示すように、レジスト６５を除去する。【０１２８】
なお、相対的にエッチング耐性が優れた層６２には、Ｐｔ以外に、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｕなどの金属を用いることができる。相対的にエッチング耐性が劣る層６４には、ＡｌやＡｕ以外に、Ｔｉ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｃｕなどの金属を用いることができる。各層６２，６４には、２種類以上の金属を用いてもよい。【０１２９】
上部電極にエッチング耐性の異なる２層を用いることで、振動領域の段差を容易に形成することができる。【０１３０】
＜実施例１１＞  振動領域の断面形状について、図２２の要部断面図を参照しながら説明する。【０１３１】
図２２（ａ）に示すように、振動領域６６の中心部６６ｓと周縁部６６ｔとの境界６６ｂ近傍に斜面６６ｋを形成し、振動領域６６の厚さが次第に変化するテーパー状の断面形状とすることによって、振動領域６６に段差を形成する。【０１３２】
あるいは、図２２（ｂ）の要部断面図に示すように、振動領域６８の中心部６８ｓと周縁部６８ｔとの境界６８ｂ近傍に、略直角面６８ｋを形成し、振動領域６８の厚さが急激に変化するステップ状の断面形状とすることによって、振動領域６８に段差を形成する。【０１３３】
エッチングや成膜リフトオフで、図２２（ｂ）のように略直角の断面形状を得ることは難しく、程度の差はあるが、図２２（ａ）のようなテーパー状の断面形状になりやすい。計算・実測によれば、図２２（ａ）のテーパー状段差も、図２２（ｂ）のステップ状段差と同様のスプリアス抑制効果があることが分かった。【０１３４】
＜実施例１２＞  実施例１２の格子型フィルタ７０について、図２３及び図２４を参照しながら説明する。【０１３５】
図２３に示すように、格子型フィルタ７２は、直列共振子７０ａ〜７０ｄと並列共振子７１ａ〜７１ｄを格子型に結合することによって、構成される。図２３は段数が２段の場合を示しているが、段数は１段であっても、３段以上であってもよい。【０１３６】
格子型フィルタ７２は、相対的に周波数の高い直列共振子７０ａ〜７０ｄについてのみ、波長の長いスプリアスモードを抑制する構成とする。すなわち、相対的に周波数の高い直列共振子７０ａ〜７０ｄのみ、振動領域の外縁に沿って段差を形成する。【０１３７】
図２４は、格子型フィルタ７２の特性例である。符号７０ｓは、直列共振子７０ａ〜７０ｄを同一特性とした場合のインピーダンス特性を示す。符号７１ｓは、並列共振子７１ａ〜７１ｄを同一特性とした場合のインピーダンス特性を示す。符号７２ｓは、符号７０ｓで示したインピーダンス特性の直列共振子７０ａ〜７０ｄと、符号７１ｓで示したインピーダンス特性の並列共振子７１ａ〜７１ｄとを用いた格子型フィルタ７２のフィルタ特性を示す。【０１３８】
格子型フィルタ７０は、フィルタ通過域のリップルが抑制された良好なスプリアス特性を得ることができる。【０１３９】
＜実施例１３＞  実施例１３の梯子型フィルタ７６について、図２５及び図２６を参照しながら説明する。【０１４０】
図２５に示すように、梯子型フィルタ７６は、直列共振子７４ａ，７４ｂと、並列共振子７５ａ、７５ｂとを梯子型に結合することにより、構成される。図２５は段数が２段の場合を示しているが、段数は１段であっても、３段以上であってもよい。【０１４１】
梯子型フィルタ７２は、直列共振子７４ａ，７４ｂについてのみ、波長の長いスプリアスモードを抑制する構成とする。すなわち、直列共振子７４ａ，７４ｂのみ、振動領域の外縁に沿って段差を形成し、振動領域の周縁部の厚さを、振動領域の中心部の厚さよりも小さくする。【０１４２】
図２６は、梯子型フィルタ７６の特性例である。符号７４ｓは、直列共振子７４ａ，７４ｂを同一特性とした場合のインピーダンス特性を示す。符号７５ｓは、並列共振子７５ａ，７５ｂを同一特性とした場合のインピーダンス特性を示す。符号７６ｓは、符号７４ｓで示したインピーダンス特性の直列共振子７４ａ，７４ｂと、符号７５ｓで示したインピーダンス特性の並列共振子７５ａ，７５ｂを用いた格子型フィルタ７６のフィルタ特性を示す。【０１４３】
梯子型フィルタ７６は、フィルタ通過域のリップルが抑制された良好なスプリアス特性を得ることができる。【０１４４】
＜実施例１４＞  実施例１４の圧電共振子について、図２７の要部平面図を参照しながら説明する。【０１４５】
図２７に示すように、実施例１４の圧電共振子の振動領域７８平面形状は、平行な辺がない矩形である。振動領域７８の矩形平面形状の各辺７８ａ〜７８ｄには波状の縁取りはなく、直線状である。振動領域７８の周縁部７８ｔの厚さは、振動領域７８の中心部７８ｓの厚さよりも小さい。なお、振動領域７８の中心部７８ｓと周縁部７８ｔとの境界７８ｋを、破線で示している。【０１４６】
実施例１４の圧電共振子は、波長の長いスプリアスモードが低減される。例えば、ＳｉＯ２の誘電膜の膜厚を変えることによって、振動領域７８に段差を形成する。振動領域７８の段差の幅が１０μｍ、段差の厚さ変化が２０ｎｍの圧電共振子の特性は、前述した図５において符号ｓと同様になる。【０１４７】
＜まとめ＞  以上に説明したように、本発明の好ましい実施の形態によれば、波長の長いスプリアスモードおよび波長の短いスプリアスモードが抑制されたレイアウト上都合の良い形の共振子が得られる。また、フィルタの通過域の帯域を確保しつつ、リップルが抑制された良好なフィルタ特性のフィルタを得ることができる。【０１４８】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、変更を加えた種々の態様で実施することができる。【０１４９】
例えば、振動領域は、空隙の代わりに、基板との間に設けた音響反射層や、基板に形成された開口によって、基板から音響的に分離されてもよい。圧電層は、タイプIIの分散特性を有するＺｎＯなどであってもよい。誘電層には、ＳｉＯ２以外に、ＡｌＮ、ＳｉＮなどを用いてもよい。振動領域の段差は、導電層、圧電層、誘電層のうち２以上の層について厚さを変えることによって形成してもよい。圧電共振子は、誘電層を備えない構成としてもよい。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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