JP2022025884A - 弾性波デバイス、フィルタ、及びマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスを小型化しつつ、寄生容量を低減することが可能な弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイス２００は、基板１０と、圧電薄膜共振器２０と、圧電薄膜共振器４０を有する。圧電薄膜共振器２０は、基板１０上に設けられ、基板１０との間に空隙２４を有して基板１０上に設けられる下部電極２１と、下部電極２１上に設けられる圧電膜２２と、圧電膜２２上に設けられ、空隙２４上において圧電膜２２を挟み下部電極２１と平面視において重なる領域で規定される共振領域２５を形成する上部電極２３と、を有する。圧電薄膜共振器４０は、空隙２４内に設けられ、下部電極２１に直接接続又は下部電極２１と重なる領域に設けられる配線を介して電気的に接続して基板１０上に設けられる下部電極４１と、下部電極４１上に設けられる圧電膜４２と、下部電極４１との間に圧電膜４２を挟んで圧電膜４２上に設けられる上部電極４３と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波デバイス、フィルタ、及びマルチプレクサに関する。

デバイスの小型化のために、圧電薄膜共振器を積層させること（例えば特許文献１及び特許文献２）、及び、圧電薄膜共振器の空隙内に弾性表面波共振器を設けること（例えば特許文献３）が知られている。

特開２０１０－２８３７１号公報 特表２０１８－５０９３０５号公報 特開２０１８－１８２４９７号公報

特許文献１に記載の弾性波デバイスでは、上側の圧電薄膜共振器の下部電極と下側の圧電薄膜共振器の下部電極との間に、下側の圧電薄膜共振器の圧電膜が存在している。このため、下部電極の間の寄生容量が大きくなり、所望の特性が得られないことがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、デバイスを小型化しつつ、寄生容量を低減することを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板との間に空隙を有して前記基板上に設けられる第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられる圧電膜と、前記圧電膜上に設けられ、前記空隙上において前記圧電膜を挟み前記第１下部電極と平面視において重なる領域で規定される共振領域を有する第１上部電極と、を有する圧電薄膜共振器と、前記空隙内に設けられ、前記第１下部電極に接して電気的に接続又は前記第１下部電極と重なる領域に設けられる配線を介して電気的に接続して前記基板上に設けられる第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられる絶縁膜と、前記第２下部電極との間に前記絶縁膜を挟んで前記絶縁膜上に設けられる第２上部電極と、を有する素子と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記第１下部電極は、前記共振領域から前記第１下部電極の前記共振領域の外側である引出領域に引き出され、前記第２下部電極は、前記引出領域において前記第１下部電極に接して電気的に接続又は前記配線を介して電気的に接続する構成とすることができる。

上記構成において、前記基板上に設けられ、開口を有する支持膜を備え、前記圧電薄膜共振器は、前記支持膜上に設けられ、前記空隙は、前記基板と前記第１下部電極との間に位置する前記開口である構成とすることができる。

上記構成において、前記第２下部電極は、前記支持膜に設けられた前記配線を介して前記第１下部電極に電気的に接続されている構成とすることができる。

上記構成において、前記第２下部電極は、前記第１下部電極に接して電気的に接続されている構成とすることができる。

上記構成において、前記素子は、前記第２下部電極が前記基板との間に音響反射層を有して前記基板上に設けられ、前記絶縁膜が圧電膜であり、前記音響反射層上において前記絶縁膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが平面視において重なる領域で共振領域が規定される、圧電薄膜共振器である構成とすることができる。

上記構成において、前記空隙上で重なる前記第１下部電極と前記圧電膜と前記第１上部電極の合計厚さは、前記音響反射層上で重なる前記第２下部電極と前記絶縁膜と前記第２上部電極の合計厚さの２倍以上である構成とすることができる。

上記構成において、前記素子はキャパシタ素子である構成とすることができる。

本発明は、上記に記載の弾性波デバイスを含むフィルタである。

本発明は、上記に記載のフィルタを含むマルチプレクサである。

本発明によれば、寄生容量を低減することができる。

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図５は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの断面図である。 図６（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図、図６（ｂ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図７は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その３）である。 図１１（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図１１（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１２は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１３は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１４は、実施例４に係るフィルタの回路図である。 図１５（ａ）は、実施例４の変形例に係るフィルタの回路図、図１５（ｂ）は、実施例４の変形例に係るフィルタの平面図である。 図１６は、比較例３に係るフィルタの平面図である。 図１７は、実施例５に係るデュプレクサの回路図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１では、主に下部電極と上部電極を図示している。また、図１では、図の明瞭化のために、共振領域２５及び４５にハッチングを付している。図１及び図２を参照して、実施例１の弾性波デバイス２００は、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０を備える。圧電薄膜共振器２０及び圧電薄膜共振器４０は基板１０上に設けられている。

圧電薄膜共振器２０は、下部電極２１（第１下部電極）と圧電膜２２と上部電極２３（第１上部電極）とを備える。下部電極２１は基板１０上に設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極２１との間にアーチ状の膨らみを有する空隙２４が形成されている。アーチ状（又はブリッジ状）とは、例えば共振領域の中央では空隙の上面が高く、共振領域の端部では空隙の上面が低くなるような形状である。基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、その厚さは１００μｍ～１０００μｍである。下部電極２１は、例えばルテニウム（Ｒｕ）膜であり、その厚さは３０ｎｍ～４００ｎｍである。

圧電膜２２は下部電極２１上に設けられている。圧電膜２２は、例えばｃ軸配向性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とし、その厚さは８００ｎｍ～１５００ｎｍである。主成分とするとは、アルミニウム原子と窒素原子の合計が５０原子％以上である場合でもよいし、８０原子％以上である場合でもよいし、９０原子％以上である場合でもよい。

上部電極２３は、圧電膜２２を挟み下部電極２１と平面視において重なるように圧電膜２２上に設けられている。共振領域２５は、空隙２４上において圧電膜２２の少なくとも一部を挟み下部電極２１と上部電極２３とが平面視において重なる領域で規定される。共振領域２５は、平面視において楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が励振する領域である。平面視において共振領域２５は空隙２４に重なり、空隙２４の大きさは共振領域２５の大きさ以上である。すなわち、平面視において共振領域２５の全ては空隙２４と重なる。共振領域２５は、平面視において、楕円形状を有する場合に限らず、四角形又は五角形等の多角形状を有していてもよい。上部電極２３は、例えばルテニウム膜であり、その厚さは３０ｎｍ～４００ｎｍである。

下部電極２１は共振領域２５から共振領域２５の外側の引出領域６０に引き出されている。上部電極２３は共振領域２５から共振領域２５の外側の引出領域６１に引き出されている。引出領域６０と引出領域６１は共振領域２５からそれぞれ異なる方向に引き出された領域である。引出領域６０において上部電極２３の輪郭が概ね共振領域２５の輪郭となる。引出領域６１において下部電極２１の輪郭が概ね共振領域２５の輪郭となる。圧電膜２２は、共振領域２５から引出領域６１に引き出され、引出領域６０には引き出されていなくてもよい。

上部電極２３上に共振領域２５の少なくとも一部を覆って付加膜２６が設けられている。付加膜２６は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜であり、周波数を調整する役割を担っていてもよい。付加膜２６、上部電極２３、圧電膜２２、及び下部電極２１を覆って保護膜２７が設けられている。保護膜２７は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である。

下部電極２１には犠牲層をエッチングするための導入路２８が形成されている。犠牲層は空隙２４を形成するための層である。導入路２８の先端付近は圧電膜２２で覆われておらず、下部電極２１は導入路２８の先端に孔部２９を有する。

圧電薄膜共振器４０（素子）は、空隙２４内に設けられ、下部電極４１（第２下部電極）と圧電膜４２（絶縁膜）と上部電極４３（第２上部電極）とを備える。下部電極４１は空隙２４内において基板１０上に設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極４１との間にアーチ状の膨らみを有する空隙４４（音響反射層）が形成されている。下部電極４１は空隙２４内から引出領域６０に引き出されている。下部電極４１は、引出領域６０において圧電薄膜共振器２０の下部電極２１に直接接して電気的に接続されている。下部電極４１は、例えばルテニウム膜であり、その厚さは３０ｎｍ～１００ｎｍである。

圧電膜４２は、空隙２４内において下部電極４１上に設けられている。圧電膜４２は、空隙２４内から引出領域６１に引き出され、引出領域６０には引き出されていない。したがって、引出領域６０において下部電極２１と下部電極４１との間に圧電膜４２は設けられていない。圧電膜４２は、例えばｃ軸配向性を有する窒化アルミニウムを主成分とする膜であり、その厚さは３００ｎｍ～８００ｎｍである。

上部電極４３は、空隙２４内において圧電膜４２を挟み下部電極４１と平面視において重なるように圧電膜４２上に設けられている。共振領域４５は、空隙４４上において圧電膜４２の少なくとも一部を挟み下部電極４１と上部電極４３とが平面視において重なる領域で規定される。共振領域４５は、平面視において楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が励振する領域である。平面視において共振領域４５は空隙４４に重なり、空隙４４の大きさは共振領域４５の大きさ以上である。共振領域４５は、平面視において、楕円形状を有する場合に限らず、四角形又は五角形等の多角形状を有していてもよい。上部電極４３は空隙２４内から引出領域６１に引き出されている。上部電極４３は、圧電薄膜共振器２０の下部電極２１の先端よりも外側の引出領域６１において圧電膜２２を間に挟んで上部電極２３と重なっている。上部電極４３は、例えばルテニウム膜であり、その厚さは３０ｎｍ～１００ｎｍである。

上部電極４３上に共振領域４５の少なくとも一部を覆って付加膜４６が設けられている。付加膜４６は、例えば窒化シリコン膜であり、周波数を調整する役割を担っていてもよい。付加膜４６、上部電極４３、圧電膜４２、及び下部電極４１を覆って保護膜４７が設けられている。保護膜４７は、例えば酸化シリコン膜である。

下部電極４１には犠牲層をエッチングするための導入路４８が形成されている。犠牲層は空隙４４を形成するための層である。導入路４８の先端付近は圧電膜４２で覆われておらず、下部電極４１は導入路４８の先端に孔部４９を有する。

圧電薄膜共振器２０の下部電極２１と圧電薄膜共振器４０の下部電極４１とは直接接して電気的に接続されているのに対し、圧電薄膜共振器２０の上部電極２３と圧電薄膜共振器４０の上部電極４３とはその間に圧電膜２２があるために電気的に接続されていない。したがって、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０は直列に接続されている。

圧電膜２２及び／又は圧電膜４２には挿入膜が挿入されていてもよい。挿入膜は、例えば酸化シリコン膜のように圧電膜よりヤング率の小さい材料及び／又は弾性定数の温度係数の符号が圧電膜の弾性定数の温度係数の符号と反対の材料で形成される。また、弾性定数の温度係数の符号が圧電膜の弾性定数の温度係数の符号と反対の材料で形成される挿入膜は、下部電極及び／又は上部電極に設けられていてもよい。

基板１０としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板、又はＧａＡｓ基板等を用いることができる。

下部電極２１、上部電極２３、下部電極４１、及び上部電極４３としては、ルテニウム以外にも、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、又はイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜又はこれらの積層膜を用いることができる。

圧電膜２２及び圧電膜４２は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等を用いることができる。また、圧電膜２２及び圧電膜４２は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又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、スカンジウム（Ｓｃ）、２族元素若しくは１２族元素と４族元素との２つの元素、又は２族元素若しくは１２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜２２及び圧電膜４２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族元素は例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）であり、１２族元素は例えば亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は例えばチタン、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は例えばタンタル、ニオブ（Ｎｂ）、又はバナジウム（Ｖ）である。さらに、圧電膜２２及び圧電膜４２は、窒化アルミニウムを主成分とし、フッ素（Ｆ）又はホウ素（Ｂ）を含んでもよい。

［製造方法］
図３（ａ）から図４（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図３（ａ）を参照して、基板１０上に犠牲層９０をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜する。犠牲層９０は、例えば厚さが２０ｎｍ～９０ｎｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又は酸化シリコン等で形成される。その後、犠牲層９０をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層９０の形状は、空隙４４の平面形状に相当する形状である。犠牲層９０を覆って基板１０上に下部電極４１をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、下部電極４１をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図３（ｂ）を参照して、下部電極４１を覆って基板１０上に圧電膜４２をスパッタリング法又は真空蒸着法を用い成膜する。圧電膜４２上に上部電極４３をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極４３上に付加膜４６をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、付加膜４６、上部電極４３、及び圧電膜４２をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。次いで、下部電極４１、圧電膜４２、上部電極４３、及び付加膜４６を覆う保護膜４７をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、保護膜４７をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図３（ｃ）を参照して、基板１０上に犠牲層９１をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。犠牲層９１は、例えば厚さが４００ｎｍ～１２００ｎｍの酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ゲルマニウム、又は酸化シリコン等で形成される。その後、犠牲層９１をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層９１の形状は、空隙２４の平面形状に相当する形状である。

図４（ａ）を参照して、犠牲層９１を覆って基板１０上に下部電極２１をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、下部電極２１をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。次いで、下部電極２１を覆って基板１０上に圧電膜２２をスパッタリング法及び真空蒸着法を用い成膜する。圧電膜２２上に上部電極２３をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極２３上に付加膜２６をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、付加膜２６、上部電極２３、及び圧電膜２２をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。次いで、下部電極２１、圧電膜２２、上部電極２３、及び付加膜２６を覆う保護膜２７をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、保護膜２７をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図４（ｂ）を参照して、孔部２９及び導入路２８並びに孔部４９及び導入路４８（図１参照）を介し、犠牲層９０及び９１のエッチング液を下部電極２１の下の犠牲層９１及び下部電極４１の下の犠牲層９０に導入して犠牲層９０及び９１を除去する。下部電極２１、圧電膜２２、及び上部電極２３を含む積層膜、並びに、下部電極４１、圧電膜４２、及び上部電極４３を含む積層膜の応力を圧縮応力に設定しておく。これにより、犠牲層９０及び９１が除去されると、下部電極２１と基板１０の間にアーチ状の膨らみを有する空隙２４が形成され、下部電極４１と基板１０の間にアーチ状の膨らみを有する空隙４４が形成される。以上により、弾性波デバイス２００が形成される。

［実施例１の変形例］
図５は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの断面図である。図５を参照して、実施例１の変形例の弾性波デバイス２１０では、圧電薄膜共振器２０の上部電極２３と圧電薄膜共振器４０の上部電極４３とが引出領域６１において直接接して電気的に接続されている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。実施例１の変形例の弾性波デバイス２１０では、圧電薄膜共振器２０の下部電極２１と圧電薄膜共振器４０の下部電極４１とが直接接して電気的に接続され、圧電薄膜共振器２０の上部電極２３と圧電薄膜共振器４０の上部電極４３とが直接接して電気的に接続されている。したがって、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０は並列に接続されている。

［比較例］
図６（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図、図６（ｂ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、付加膜及び保護膜の図示を省略している。図６（ａ）を参照して、比較例１の弾性波デバイス１０００は、基板１００上に積層された圧電薄膜共振器１２０と圧電薄膜共振器１４０とを備える。

圧電薄膜共振器１４０は、基板１００上に下部電極１４１が設けられている。基板１００の平坦主面と下部電極１４１との間にアーチ状の膨らみを有する空隙１４４が形成されている。下部電極１４１上に圧電膜１４２が設けられている。圧電膜１４２上に上部電極１４３が設けられている。共振領域１４５は、空隙１４４上において圧電膜１４２を挟み下部電極１４１と上部電極１４３とが平面視において重なる領域で規定される。下部電極１４１と上部電極１４３は共振領域１４５から互いに異なる方向に引き出されている。圧電膜１４２は基板１００の上面全面に設けられている。すなわち、圧電膜１４２は、共振領域１４５から下部電極１４１上に引き出され且つ上部電極１４３下に引き出されている。

圧電薄膜共振器１２０は、圧電薄膜共振器１４０の圧電膜１４２及び上部電極１４３上に下部電極１２１が設けられている。下部電極１２１と圧電膜１４２及び上部電極１４３との間にアーチ状の膨らみを有する空隙１２４が形成されている。下部電極１２１上に圧電膜１２２が設けられている。圧電膜１２２上に上部電極１２３が設けられている。共振領域１２５は、空隙１２４上において圧電膜１２２を挟み下部電極１２１と上部電極１２３とが平面視において重なる領域で規定される。

圧電薄膜共振器１２０の下部電極１２１は、圧電薄膜共振器１４０の上部電極１４３に直接接して電気的に接続されている。圧電薄膜共振器１２０の上部電極１２３と圧電薄膜共振器１４０の下部電極１４１とは電気的に接続されていない。したがって、圧電薄膜共振器１２０と圧電薄膜共振器１４０は直列に接続されている。

図６（ｂ）を参照して、比較例２の弾性波デバイス１１００では、圧電薄膜共振器１２０の下部電極１２１と圧電薄膜共振器１４０の上部電極１４３とが直接接して電気的に接続され、且つ、圧電薄膜共振器１２０の上部電極１２３と圧電薄膜共振器１４０の下部電極１４１とが直接接して電気的に接続されている。したがって、圧電薄膜共振器１２０と圧電薄膜共振器１４０は並列に接続されている。その他の構成は比較例１と同じであるため説明を省略する。

比較例１及び比較例２では、圧電薄膜共振器１２０と圧電薄膜共振器１４０が積層されているため、弾性波デバイスの小型化が図れる。しかしながら、圧電薄膜共振器１２０の下部電極１２１と圧電薄膜共振器１４０の下部電極１４１とが圧電膜１４２を間に挟んで向かい合う領域１０１が形成されている。領域１０１では寄生容量が発生する。比較例１では、領域１０１で発生する寄生容量は圧電薄膜共振器１４０に並列に接続される。比較例２では、領域１０１で発生する寄生容量は、圧電薄膜共振器１２０及び圧電薄膜共振器１４０に並列に接続される。領域１０１の寄生容量が大きいと所望の特性が得られないことがある。

実施例１及びその変形例では、図２及び図５のように、下部電極２１と圧電膜２２と上部電極２３とを有する圧電薄膜共振器２０が基板１０上に設けられている。基板１０と下部電極２１との間の空隙２４内に、下部電極４１と圧電膜４２と上部電極４３とを有する圧電薄膜共振器４０が設けられている。このように、空隙２４内に圧電薄膜共振器４０が設けられることで、弾性波デバイスを小型化できる。また、圧電薄膜共振器４０の下部電極４１と圧電薄膜共振器２０の下部電極２１とは接して電気的に接続されている。このため、下部電極４１と下部電極２１との間の寄生容量を低減できる。よって、所望の特性を得ることができる。

圧電薄膜共振器４０の下部電極４１は、圧電薄膜共振器２０の下部電極２１が共振領域２５から引き出された引出領域６０において下部電極２１と接して電気的に接続されている。これにより、下部電極４１と下部電極２１との間の寄生容量を効果的に低減できる。

圧電薄膜共振器２０を構成する下部電極２１と圧電膜２２と上部電極２３の空隙２４上における合計厚さは、圧電薄膜共振器４０を構成する下部電極４１と圧電膜４２と上部電極４３の空隙４４上における合計厚さより大きい場合が好ましい。これにより、圧電薄膜共振器２０の共振周波数と圧電薄膜共振器４０の共振周波数とが異なるようになり、特性への影響を抑えつつ、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０を重ねることができる。

圧電薄膜共振器２０を構成する下部電極２１と圧電膜２２と上部電極２３の空隙２４上における合計厚さは、圧電薄膜共振器４０を構成する下部電極４１と圧電膜４２と上部電極４３の空隙４４上における合計厚さの２倍以上であってもよい。これにより、圧電薄膜共振器４０の共振周波数が圧電薄膜共振器２０の共振周波数の２倍以上の大きさとなるため、圧電薄膜共振器４０は圧電薄膜共振器２０に対してキャパシタとして機能する。圧電薄膜共振器４０が圧電薄膜共振器２０に対してキャパシタとして機能するために、下部電極２１と圧電膜２２と上部電極２３との合計厚さは、下部電極４１と圧電膜４２と上部電極４３との合計厚さの３倍以上であってもよいし、４倍以上であってもよい。例えば、実施例１のように圧電薄膜共振器４０が圧電薄膜共振器２０に直列に接続されている場合、圧電薄膜共振器４０がキャパシタとして機能することで、圧電薄膜共振器２０の反共振周波数は変化させずに共振周波数を高周波数側にシフトさせることができる。例えば実施例１の変形例のように圧電薄膜共振器４０が圧電薄膜共振器２０に並列に接続されている場合、圧電薄膜共振器４０がキャパシタとして機能することで、圧電薄膜共振器２０の共振周波数は変化させずに反共振周波数を低周波側にシフトさせることができる。

図７は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７を参照して、実施例２の弾性波デバイス３００では、開口を有する支持膜１１が基板１０上に形成されている。支持膜１１は、例えば酸化シリコン膜等の絶縁膜であり、その厚さは４００ｎｍ～１２００ｎｍである。支持膜１１は、例えば圧電膜４２よりも誘電率が小さく、且つ、下部電極４１と圧電膜４２と上部電極４３の合計膜厚よりも厚い。圧電薄膜共振器２０の下部電極２１は、支持膜１１上に平坦に形成されている。支持膜１１に形成された開口によって下部電極２１と基板１０との間に空隙２４が形成されている。

空隙２４における基板１０の上面に窪みが形成されている。圧電薄膜共振器４０の下部電極４１は、基板１０の上面に平坦に形成されている。基板１０の上面に形成された窪みによって、下部電極４１と基板１０との間に空隙４４が形成されている。下部電極４１は、引出領域６０において下部電極２１と下部電極４１が重なる領域に支持膜１１を貫通して設けられたビア配線１２を介して下部電極２１に電気的に接続されている。上部電極４３は、引出領域６１において上部電極２３と上部電極４３が重なる領域に支持膜１１及び圧電膜２２を貫通して設けられたビア配線１３を介して上部電極２３に電気的に接続されている。したがって、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０は並列に接続されている。ビア配線１２及び１３は、例えば銅等の金属で形成されている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

［製造方法］
図８（ａ）から図１０（ｂ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図８（ａ）を参照して、基板１０の上面にエッチング等を用いて窪みを形成する。窪みの深さは、例えば２００ｎｍ～６００ｎｍであり、その形状は空隙４４に相当する形状である。その後、基板１０上に犠牲層９２をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。犠牲層９２は、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ゲルマニウム、又は酸化シリコン等で形成される。その後、犠牲層９２をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法又はエッチング法を用い除去することで、基板１０の窪み内にのみ犠牲層９２を残存させる。

図８（ｂ）を参照して、犠牲層９２を覆って基板１０上に下部電極４１を成膜する。その後、下部電極４１を所望の形状にパターニングする。次いで、下部電極４１を覆って基板１０上に圧電膜４２を成膜する。その後、圧電膜４２を所望の形状にパターニングする。次いで、圧電膜４２を覆って基板１０上に上部電極４３を成膜する。上部電極４３上に付加膜４６を成膜する。その後、付加膜４６及び上部電極４３を所望の形状にパターニングする。次いで、下部電極４１、圧電膜４２、上部電極４３、及び付加膜４６を覆う保護膜４７を成膜する。その後、保護膜４７を所望の形状にパターニングする。下部電極４１、圧電膜４２、上部電極４３、付加膜４６、及び保護膜４７の成膜及びパターニングは実施例１と同じ方法を用いる。

図８（ｃ）を参照して、基板１０上に犠牲層９３をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。

図９（ａ）を参照して、ＣＭＰ法を用い犠牲層９３を平坦化した後、犠牲層９３をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層９３の形状は、空隙２４に相当する形状である。

図９（ｂ）を参照して、犠牲層９３を覆って基板１０上に支持膜１１をスパッタリング法、真空蒸着法、又はＣＶＤ法を用い成膜する。その後、支持膜１１を犠牲層９３が露出するまでＣＭＰ法を用い平坦化する。支持膜１１及び犠牲層９３の厚さは、例えば５００ｎｍ～１５００ｎｍである。

図９（ｃ）を参照して、支持膜１１に下部電極４１と上部電極４３を露出させる貫通孔をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い形成する。その後、貫通孔に銅等の配線材料を埋め込んでビア配線１２及び１３ａを形成する。次いで、支持膜１１及び犠牲層９３上に下部電極２１を成膜する。その後、下部電極２１を所望の形状にパターニングする。下部電極２１と下部電極４１はビア配線１２を介して電気的に接続する。下部電極２１の成膜及びパターニングは実施例１と同じ方法を用いる。

図１０（ａ）を参照して、下部電極２１を覆って支持膜１１及び犠牲層９３上に圧電膜２２を成膜する。その後、圧電膜２２を所望の形状にパターニングする。このパターニングによってビア配線１３ａを露出させる貫通孔を形成する。その後、貫通孔に銅等の配線材料を埋め込んでビア配線１３ｂを形成する。ビア配線１３ａとビア配線１３ｂとによりビア配線１３が形成される。次いで、圧電膜２２を覆って上部電極２３を成膜する。上部電極２３上に付加膜２６を成膜する。その後、付加膜２６及び上部電極２３を所望の形状にパターニングする。上部電極２３と上部電極４３はビア配線１３を介して電気的に接続する。次いで、下部電極２１、圧電膜２２、上部電極２３、及び付加膜２６を覆う保護膜２７を成膜する。その後、保護膜２７を所望の形状にパターニングする。圧電膜２２、上部電極２３、付加膜２６、及び保護膜２７の成膜及びパターニングは実施例１と同じ方法を用いる。

図１０（ｂ）を参照して、孔部２９及び導入路２８並びに孔部４９及び導入路４８（図１参照）を介し、犠牲層９２及び９３のエッチング液を導入して犠牲層９２及び９３を除去する。これにより、下部電極２１と基板１０の間に空隙２４が形成され、下部電極４１と基板１０の間に空隙４４が形成される。以上により、弾性波デバイス３００が形成される。

実施例１及びその変形例では、空隙２４は基板１０の平坦上面と下部電極２１との間にアーチ状に形成される場合を例に示したが、この場合に限られない。実施例２のように、基板１０上に開口を有する支持膜１１を備え、圧電薄膜共振器２０は支持膜１１上に設けられ、空隙２４は下部電極２１と基板１０との間に位置する支持膜１１の開口である場合でもよい。この場合でも、弾性波デバイス３００を小型化しつつ、寄生容量を低減することができる。また、実施例１及びその変形例では、基板１０の平坦上面と下部電極４１との間にアーチ状の空隙４４が形成される場合を例に示したが、基板１０の上面に形成された窪みによって基板１０と下部電極４１との間に空隙４４が形成される場合でもよい。

また、実施例１及びその変形例では、圧電薄膜共振器４０の下部電極４１は引出領域６０において圧電薄膜共振器２０の下部電極２１に直接接して電気的に接続される場合を例に示したが、この場合に限られない。実施例２のように、下部電極４１は引出領域６０において下部電極４１と下部電極２１が重なる領域に設けられたビア配線１２を介して下部電極２１に電気的に接続される場合でもよい。この場合でも、下部電極２１と下部電極４１との間の寄生容量を低減できる。基板１０上に支持膜１１が設けられる場合、ビア配線１２が支持膜１１に形成されることで、下部電極２１と下部電極４１を容易に電気的に接続させることができる。

圧電薄膜共振器４０の圧電膜４２は、空隙２４内にのみ設けられ、空隙２４から空隙２４の外側に引き出されていない場合が好ましい。これにより、寄生容量を低減することができる。

［実施例２の変形例］
図１１（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図１１（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ａ）を参照して、実施例２の変形例１の弾性波デバイス３１０では、圧電薄膜共振器４０の下部電極４１は、空隙２４を形成する開口の底面及び側面を延在して、引出領域６０において圧電薄膜共振器２０の下部電極２１に直接接して電気的に接続されている。圧電薄膜共振器４０の上部電極４３は、空隙２４を形成する開口の底面及び側面を延在して、引出領域６１において圧電膜２２を貫通するビア配線１４を介して圧電薄膜共振器２０の上部電極２３に電気的に接続されている。その他の構成は実施例２と同じであるため説明を省略する。

図１１（ｂ）を参照して、実施例２の変形例２の弾性波デバイス３２０では、空隙２４を形成する開口の側面がテーパ面となっている。圧電薄膜共振器４０の下部電極４１は、空隙２４を形成する開口の底面及び側面を延在して、引出領域６０において圧電薄膜共振器２０の下部電極２１に直接接して電気的に接続されている。圧電薄膜共振器４０の上部電極４３は、空隙２４を形成する開口の底面及び側面を延在して、引出領域６１において圧電膜２２を貫通するビア配線１４を介して圧電薄膜共振器２０の上部電極２３に電気的に接続されている。その他の構成は実施例２と同じであるため説明を省略する。

図１２は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２を参照して、実施例２の変形例３の弾性波デバイス３３０では、圧電薄膜共振器４０における共振領域４５の下部電極４１下に音響反射膜５０が設けられている。音響反射膜５０は、音響インピーダンスの低い膜５１と音響インピーダンスの高い膜５２とが交互に設けられている。膜５１及び５２の膜厚は、例えばそれぞれほぼλ／４（λは共振領域４５で励振される弾性波の波長）である。膜５１と５２の積層数は任意に設定できる。音響反射膜５０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。基板１０が音響反射膜５０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５０は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が１層設けられている構成でもよい。その他の構成は実施例２と同じであるため説明を省略する。

実施例２からその変形例３において、圧電薄膜共振器２０の上部電極２３と圧電薄膜共振器４０の上部電極４３とがビア配線１３又は１４を介して電気的に接続されてなく、圧電薄膜共振器２０と圧電薄膜共振器４０が直列に接続される場合でもよい。

実施例１及びその変形例並びに実施例２からその変形例２のように、圧電薄膜共振器４０は、共振領域４５において空隙４４が基板１０と下部電極４１との間に形成されるＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。実施例２の変形例３のように、圧電薄膜共振器４０は、共振領域４５において下部電極４１下に圧電膜４２を伝播する弾性波を反射する音響反射膜５０を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。共振領域４５を含む音響反射層は空隙４４又は音響反射膜５０を含めばよい。

図１３は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３を参照して、実施例３の弾性波デバイス４００では、実施例２の弾性波デバイス３００と同じく、基板１０上の支持膜１１に形成された開口によって下部電極２１と基板１０との間に空隙２４が形成されている。空隙２４内には、誘電体膜７２（絶縁膜）と、誘電体膜７２を挟んで向かい合う下部電極７１（第２下部電極）及び上部電極７３（第２上部電極）と、を有するキャパシタ素子７０（素子）が設けられている。誘電体膜７２は例えば酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜等の絶縁膜である。下部電極７１と基板１０との間に空隙は形成されていない。キャパシタ素子７０の下部電極７１は、引出領域６０においてビア配線１２を介して圧電薄膜共振器２０の下部電極２１に電気的に接続されている。キャパシタ素子７０の上部電極７３は、引出領域６１においてビア配線１３を介して圧電薄膜共振器２０の上部電極２３に電気的に接続されている。したがって、圧電薄膜共振器２０とキャパシタ素子７０は並列に接続されている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例１から実施例２の変形例３では、空隙２４内に設けられる素子として圧電薄膜共振器４０の場合を例に示したが、この場合に限られない。実施例３のように、空隙２４内に設けられる素子はキャパシタ素子７０の場合でもよい。実施例３において、寄生容量の低減の点から、支持膜１１は誘電体膜７２よりも誘電率が小さく、且つ、下部電極７１と誘電体膜７２と上部電極７３の合計膜厚よりも厚い場合が好ましい。

実施例３において、圧電薄膜共振器２０の上部電極２３とキャパシタ素子７０の上部電極７３とがビア配線１３を介して電気的に接続されてなく、圧電薄膜共振器２０とキャパシタ素子７０が直列に接続される場合でもよい。

図１４は、実施例４に係るフィルタの回路図である。図１４を参照して、実施例４のフィルタ５００は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１又は複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１又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は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路とグランド端子Ｇｎｄとの間に接続されている。１又は複数の直列共振器Ｓ１からＳ４及び１又は複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも２つの共振器に実施例１から実施例２の変形例３の弾性波デバイスを用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数は適宜設定できる。

［実施例４の変形例］
図１５（ａ）は、実施例４の変形例に係るフィルタの回路図、図１５（ｂ）は、実施例４の変形例に係るフィルタの平面図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照して、実施例４の変形例のフィルタ５１０では、キャパシタＣが直列共振器Ｓ２に並列に接続されている。直列共振器Ｓ２及びキャパシタＣに実施例１の変形例から実施例３の弾性波デバイスを用いることができる。その他の構成は実施例４と同じであるため説明を省略する。キャパシタＣが並列に接続される共振器等は適宜設定できる。

図１６は、比較例３に係るフィルタの平面図である。図１６を参照して、比較例３のフィルタ１２００では、直列共振器Ｓ２に並列に接続されるキャパシタＣが直列共振器Ｓ２に重ならずに設けられている。その他の構成は実施例４の変形例と同じであるため説明を省略する。

比較例３によれば、キャパシタＣが直列共振器Ｓ２と重ならずに同一平面上に設けられている。このため、フィルタ１２００が大型化してしまう。一方、実施例４の変形例によれば、直列共振器Ｓ２とキャパシタＣに実施例１の変形例から実施例３の弾性波デバイスを用いることで、キャパシタＣは直列共振器Ｓ２と重なって設けられる。このため、フィルタ５１０を小型化することができる。

実施例４の変形例では、キャパシタＣが共振器に並列に接続される場合を例に示したが、キャパシタＣが共振器に直列に接続される場合でもよい。

図１７は、実施例５に係るデュプレクサの回路図である。図１７を参照して、デュプレクサ６００は、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ８０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ８１が接続されている。送信フィルタ８０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８１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。送信フィルタ８０及び受信フィルタ８１の少なくとも一方を、実施例４又は実施例４の変形例のフィルタとすることができる。マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したが、トリプレクサ又はクワッドプレクサでもよい。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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。

１０ 基板
１１ 支持膜
１２、１３、１３ａ、１３ｂ、１４ ビア配線
２０ 圧電薄膜共振器
２１ 下部電極
２２ 圧電膜
２３ 上部電極
２４ 空隙
２５ 共振領域
２６ 付加膜
２７ 保護膜
２８ 導入路
２９ 孔部
４０ 圧電薄膜共振器
４１ 下部電極
４２ 圧電膜
４３ 上部電極
４４ 空隙
４５ 共振領域
４６ 付加膜
４７ 保護膜
４８ 導入路
４９ 孔部
５０ 音響反射膜
５１、５２ 膜
６０、６１ 引出領域
７０ キャパシタ素子
７１ 下部電極
７２ 誘電体膜
７３ 上部電極
８０ 送信フィルタ
８１ 受信フィルタ
９０、９１、９２、９３ 犠牲層
２００、２１０、３００、３１０、３２０、３３０、４００ 弾性波デバイス
５００、５１０ フィルタ
６００ デュプレクサ

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板との間に空隙を有して前記基板上に設けられる第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられる圧電膜と、前記圧電膜上に設けられ、前記空隙上において前記圧電膜を挟み前記第１下部電極と平面視において重なる領域で規定される共振領域を有する第１上部電極と、を有する圧電薄膜共振器と、
   前記空隙内に設けられ、前記第１下部電極に接して電気的に接続又は前記第１下部電極と重なる領域に設けられる配線を介して電気的に接続して前記基板上に設けられる第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられる絶縁膜と、前記第２下部電極との間に前記絶縁膜を挟んで前記絶縁膜上に設けられる第２上部電極と、を有する素子と、を備える弾性波デバイス。
2. 前記第１下部電極は、前記共振領域から前記第１下部電極の前記共振領域の外側である引出領域に引き出され、
   前記第２下部電極は、前記引出領域において前記第１下部電極に接して電気的に接続又は前記配線を介して電気的に接続する、請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記基板上に設けられ、開口を有する支持膜を備え、
   前記圧電薄膜共振器は、前記支持膜上に設けられ、
   前記空隙は、前記基板と前記第１下部電極との間に位置する前記開口である、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記第２下部電極は、前記支持膜に設けられた前記配線を介して前記第１下部電極に電気的に接続されている、請求項３に記載の弾性波デバイス。
5. 前記第２下部電極は、前記第１下部電極に接して電気的に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記素子は、前記第２下部電極が前記基板との間に音響反射層を有して前記基板上に設けられ、前記絶縁膜が圧電膜であり、前記音響反射層上において前記絶縁膜を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが平面視において重なる領域で共振領域が規定される、圧電薄膜共振器である、請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 前記空隙上で重なる前記第１下部電極と前記圧電膜と前記第１上部電極の合計厚さは、前記音響反射層上で重なる前記第２下部電極と前記絶縁膜と前記第２上部電極の合計厚さの２倍以上である、請求項６に記載の弾性波デバイス。
8. 前記素子はキャパシタ素子である、請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
10. 請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

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