JP6831256B2

JP6831256B2 - Piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers

Info

Publication number: JP6831256B2
Application number: JP2017017647A
Authority: JP
Inventors: 建松柳; 西原　時弘; 時弘西原
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018125759A

Description

本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関し、圧電膜に挿入された挿入膜を有する圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film resonator, a filter and a multiplexer, and relates to a piezoelectric thin film resonator, a filter and a multiplexer having an insertion membrane inserted into the piezoelectric film.

圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する積層膜を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。 Elastic wave devices using piezoelectric thin film resonators are used as filters and multiplexers for wireless devices such as mobile phones. The piezoelectric thin film resonator has a laminated film in which the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween. The region where the lower electrode and the upper electrode face each other across the piezoelectric film is the resonance region.

無線システムの急速な普及にともない、多くの周波数帯が使用されている。その結果、フィルタやデュプレクサのスカート特性を急峻化する要求が強まっている。スカート特性を急峻化する対策の一つに圧電薄膜共振器のＱ値を高めることがある。 With the rapid spread of wireless systems, many frequency bands are being used. As a result, there is an increasing demand for sharpening the skirt characteristics of filters and duplexers. One of the measures to steepen the skirt characteristics is to increase the Q value of the piezoelectric thin film resonator.

上部電極および下部電極の一方の表面に環帯を設けることが知られている（例えば特許文献１）。共振領域の外周領域に圧電膜に挿入された挿入膜を設けることが知られている（例えば特許文献２）。圧電膜内にブリッジと呼ばれる環帯を設けることが知られている（例えば特許文献３）。ピストンモードで動作させることでスプリアスを抑制できることが知られている（例えば特許文献４）。 It is known that an annulus is provided on one surface of the upper electrode and the lower electrode (for example, Patent Document 1). It is known that an insertion film inserted into the piezoelectric film is provided in the outer peripheral region of the resonance region (for example, Patent Document 2). It is known that a ring band called a bridge is provided in the piezoelectric film (for example, Patent Document 3). It is known that spurious can be suppressed by operating in the piston mode (for example, Patent Document 4).

特開２００６−１０９４７２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-109472 特開２０１４−１６１００１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-161001 米国特許第９０４８８１２号明細書U.S. Pat. No. 9048812 特表２００３−５０５９０６号公報Special Table 2003-505906 Gazette

共振領域において厚み縦振動モードの弾性波が共振することで共振器として機能する。厚み縦振動モードに付随して平面方向に伝搬する横モードの弾性波が発生する。横モードの弾性波が共振領域の外に漏洩することで弾性波エネルギーが共振領域外に漏洩する。これにより、Ｑ値が小さくなる。また、横モードの弾性波に起因してスプリアスが発生する。 It functions as a resonator by resonating elastic waves in the thickness longitudinal vibration mode in the resonance region. A horizontal mode elastic wave propagating in the plane direction is generated along with the thickness longitudinal vibration mode. Since the elastic wave in the transverse mode leaks out of the resonance region, the elastic wave energy leaks out of the resonance region. As a result, the Q value becomes smaller. In addition, spurious is generated due to elastic waves in the transverse mode.

特許文献１から３の圧電薄膜共振器では、横モードの弾性波が共振領域の外に漏洩することを抑制することにより、Ｑ値を向上させることができる。しかしながら、スプリアスが発生する。特許文献４の圧電薄膜共振器では、スプリアスを抑制できる。しかしながら、Ｑ値が劣化する。 In the piezoelectric thin film cavities of Patent Documents 1 to 3, the Q value can be improved by suppressing leakage of the elastic wave in the transverse mode to the outside of the resonance region. However, spurious is generated. The piezoelectric thin film resonator of Patent Document 4 can suppress spurious emissions. However, the Q value deteriorates.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電薄膜共振器の性能を向上させかつスプリアスを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the performance of a piezoelectric thin film resonator and suppress spurious emissions.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み対向する下部電極および上部電極と、前記圧電膜に挿入され、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共振領域を囲む少なくとも一部において前記共振領域より外側に設けられ、前記共振領域内に設けられておらず、前記共振領域より外側の第１領域における第１膜厚は、前記第１領域より外側の第２領域における第２膜厚より小さい挿入膜と、を具備する圧電薄膜共振器である。 In the present invention, the substrate, the piezoelectric film provided on the substrate, the lower electrode and the upper electrode facing each other by sandwiching at least a part of the piezoelectric film, and the lower portion inserted into the piezoelectric film and sandwiching the piezoelectric film. A first film in a first region outside the resonance region, which is provided outside the resonance region at least in a part surrounding the resonance region where the electrode and the upper electrode face each other, and is not provided in the resonance region. The thickness is a piezoelectric thin film resonator including an insertion film smaller than the second film thickness in the second region outside the first region.

上記構成において、前記基板内または上に設けられ、空隙、または音響特性の異なる少なくとも２種類の層が積層された音響反射膜、を含む音響反射層を具備し、平面視において、前記共振領域と前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一部とは前記音響反射層に重なる構成とすることができる。 In the above configuration, an acoustic reflection layer including a gap or an acoustic reflection film in which at least two types of layers having different acoustic characteristics are laminated, which is provided in or on the substrate, is provided, and in a plan view, the resonance region and the resonance region are provided. The first region and at least a part of the second region can be configured to overlap the acoustic reflection layer.

上記構成において、前記共振領域の反共振周波数における前記第２領域の横モードの波数は、前記共振領域の反共振周波数における前記共振領域の横モードの波数より大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the wave number of the transverse mode of the second region at the antiresonance frequency of the resonance region may be larger than the wave number of the transverse mode of the resonance region at the antiresonance frequency of the resonance region.

上記構成において、前記第１領域の横モードの波数が０となる周波数は前記第２領域の横モードの波数が０となる周波数より高い構成とすることができる。 In the above configuration, the frequency at which the wave number of the horizontal mode of the first region becomes 0 can be higher than the frequency at which the wave number of the horizontal mode of the second region becomes 0.

上記構成において、前記第１領域の内輪郭は前記共振領域の外輪郭に略一致する構成とすることができる。 In the above configuration, the inner contour of the first region can be configured to substantially coincide with the outer contour of the resonance region.

上記構成において、前記第１領域の内輪郭は前記共振領域の外輪郭より外側に位置し、前記圧電膜と前記第１領域との間には前記挿入膜は設けられていない構成とすることができる。 In the above configuration, the inner contour of the first region may be located outside the outer contour of the resonance region, and the insertion membrane may not be provided between the piezoelectric film and the first region. it can.

上記構成において、前記第１領域の外輪郭と前記第２領域の内輪郭は略一致する構成とすることができる。 In the above configuration, the outer contour of the first region and the inner contour of the second region can be configured to substantially match.

上記構成において、前記挿入膜の音響インピーダンスは前記圧電膜より小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic impedance of the insertion membrane can be smaller than that of the piezoelectric membrane.

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。 The present invention is a filter including the piezoelectric thin film resonator.

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer including the above filter.

本発明によれば、圧電薄膜共振器の性能を向上させかつスプリアスを抑制することができる。 According to the present invention, the performance of the piezoelectric thin film resonator can be improved and spurious can be suppressed.

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。1 (a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are sectional views taken along the line AA of FIG. 1 (a). 図２は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の共振領域、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the resonance region, the insertion membrane, and the void near the resonance region of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. 図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１の直列共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。3 (a) to 3 (d) are cross-sectional views (No. 1) showing a method of manufacturing the series resonator of the first embodiment. 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１の直列共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views (No. 2) showing a method of manufacturing the series resonator of the first embodiment. 図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーションを行った比較例１、２および実施例１の断面構造を示す図である。5 (a) to 5 (c) are diagrams showing cross-sectional structures of Comparative Examples 1 and 2 and Example 1 in which simulations were performed. 図６は、比較例１、２および実施例１における反共振周波数におけるＱ値および電気機械結合係数を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the Q value and the electromechanical coupling coefficient at the antiresonance frequency in Comparative Examples 1 and 2 and Example 1. 図７は、比較例２および実施例１における周波数に対するＱ値を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing Q values with respect to frequencies in Comparative Example 2 and Example 1. 図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ比較例１および２における周波数に対する反射係数Ｓ１１を示す図である。8 (a) and 8 (b) are diagrams showing the reflectance coefficient S11 with respect to the frequency in Comparative Examples 1 and 2, respectively. 図９（ａ）から図９（ｃ）は、それぞれ実施例１のｄ１＝２００ｎｍ、２０５ｎｍおよび２１０ｎｍにおける周波数に対する反射係数Ｓ１１を示す図である。9 (a) to 9 (c) are diagrams showing the reflectance coefficients S11 with respect to the frequencies at d1 = 200 nm, 205 nm and 210 nm of Example 1, respectively. 図１０は、実施例１における横モードの分散特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the dispersion characteristics of the transverse mode in the first embodiment. 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、共振領域と挿入膜が挿入された領域の分散特性を示す図である。11 (a) and 11 (b) are diagrams showing the dispersion characteristics of the resonance region and the region in which the insertion film is inserted. 図１２（ａ）は、領域５４が共振領域５０に接する場合の断面図、図１２（ｂ）から図１２（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。12 (a) is a cross-sectional view when the region 54 is in contact with the resonance region 50, and FIGS. 12 (b) to 12 (e) are electrical signals of the first to fourth mode standing waves of the transverse mode elastic wave. It is a figure which shows. 図１３（ａ）は、領域５２が共振領域５０に接する場合の断面図、図１３（ｂ）から図１３（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。13 (a) is a cross-sectional view when the region 52 is in contact with the resonance region 50, and FIGS. 13 (b) to 13 (e) are electrical signals of the first to fourth mode standing waves of the transverse mode elastic wave. It is a figure which shows. 図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、それぞれ実施例１、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。14 (a) to 14 (d) are cross-sectional views of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment and the first to third modifications of the first embodiment, respectively. 図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例４から６の断面図である。15 (a) to 15 (c) are cross-sectional views of modifications 4 to 6 of the first embodiment, respectively. 図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、実施例１の変形例７の断面図である。16 (a) to 16 (d) are cross-sectional views of a modified example 7 of the first embodiment. 図１７（ａ）から図１７（ｄ）は、実施例１の変形例８の断面図である。17 (a) to 17 (d) are cross-sectional views of a modified example 8 of the first embodiment. 図１８（ａ）は、実施例２の圧電薄膜共振器の断面図、図１８（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。FIG. 18A is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator of Example 2, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator of Modification 1 of Example 2. 図１９（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図であり、図１９（ｂ）は、実施例３の変形例に係るデュプレクサの回路図である。FIG. 19A is a circuit diagram of the filter according to the third embodiment, and FIG. 19B is a circuit diagram of the duplexer according to the modified example of the third embodiment.

以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器を、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器を示している。 1 (a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are sectional views taken along the line AA of FIG. 1 (a). FIG. 1B shows, for example, a series resonator of a ladder type filter, and FIG. 1C shows, for example, a parallel resonator of a ladder type filter.

図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。下部電極１２は下層１２ａと上層１２ｂとを含んでいる。下層１２ａは例えばＣｒ（クロム）膜であり、上層１２ｂは例えばＲｕ（ルテニウム）膜である。 The structure of the series resonator S will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). The lower electrode 12 is provided on the substrate 10 which is a silicon (Si) substrate. A gap 30 having a dome-shaped bulge is formed between the flat main surface of the substrate 10 and the lower electrode 12. The dome-shaped bulge is, for example, a bulge having a shape in which the height of the void 30 is small around the void 30 and the height of the void 30 is increased toward the inside of the void 30. The lower electrode 12 includes a lower layer 12a and an upper layer 12b. The lower layer 12a is, for example, a Cr (chromium) film, and the upper layer 12b is, for example, a Ru (ruthenium) film.

下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は、下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂを備えている。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられている。 A piezoelectric film 14 containing aluminum nitride (AlN) as a main component having the main axis in the (002) direction is provided on the lower electrode 12. The piezoelectric film 14 includes a lower piezoelectric film 14a and an upper piezoelectric film 14b. An insertion film 28 is provided between the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b.

圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）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。共振領域５０は、楕円形状を有し、厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。上部電極１６は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ膜である。 The upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 so as to have a region (resonance region 50) facing the lower electrode 12 across the piezoelectric film 14. The resonance region 50 has an elliptical shape and is a region in which elastic waves in the thickness longitudinal vibration mode resonate. The upper electrode 16 includes a lower layer 16a and an upper layer 16b. The lower layer 16a is, for example, a Ru film, and the upper layer 16b is, for example, a Cr film.

挿入膜２８は、領域５２および５４に設けられ、共振領域５０内には設けられていない。領域５２は共振領域５０より外側に設けられ、領域５４は領域５２より外側に設けられている。領域５２は、圧電膜１４に薄い挿入膜２８ａが挿入されかつ平面視において空隙３０と重なる領域である。領域５４は、圧電膜１４に厚い挿入膜２８ｂが挿入されかつ平面視において空隙３０と重なる領域である。 The insertion membrane 28 is provided in the regions 52 and 54, and is not provided in the resonance region 50. The region 52 is provided outside the resonance region 50, and the region 54 is provided outside the region 52. The region 52 is a region in which the thin insertion film 28a is inserted into the piezoelectric film 14 and overlaps with the void 30 in a plan view. The region 54 is a region in which the thick insertion film 28b is inserted into the piezoelectric film 14 and overlaps with the gap 30 in a plan view.

上部電極１６上に酸化シリコン膜等の周波数調整膜および／またはパッシベーション膜が形成されていてもよい。共振領域５０内の積層膜は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。 A frequency adjusting film such as a silicon oxide film and / or a passivation film may be formed on the upper electrode 16. The laminated film in the resonance region 50 includes a lower electrode 12, a piezoelectric film 14, and an upper electrode 16.

図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３３が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３３の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３３の先端に孔部３５を有する。 As shown in FIG. 1A, an introduction path 33 for etching the sacrificial layer is formed in the lower electrode 12. The sacrificial layer is a layer for forming the void 30. The vicinity of the tip of the introduction path 33 is not covered with the piezoelectric film 14, and the lower electrode 12 has a hole 35 at the tip of the introduction path 33.

図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に、Ｔｉ（チタン）層からなる質量負荷膜２０が設けられている。これにより、積層膜は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内の全面に形成された質量負荷膜２０を含む。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。 The structure of the parallel resonator P will be described with reference to FIG. 1 (c). Compared with the series resonator S, the parallel resonator P is provided with a mass load film 20 made of a Ti (titanium) layer between the lower layer 16a and the upper layer 16b of the upper electrode 16. As a result, the laminated film includes the mass-loaded film 20 formed on the entire surface of the resonance region 50 in addition to the laminated film of the series resonator S. The difference in resonance frequency between the series resonator S and the parallel resonator P is adjusted by using the film thickness of the mass load film 20. Other configurations are the same as those in FIG. 1 (b) of the series resonator S, and the description thereof will be omitted.

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合、下部電極１２の下層１２ａを膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜、上層１２ｂを膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜とする。圧電膜１４を膜厚が１２００ｎｍのＡｌＮ膜とする。挿入膜２８ａおよび２８ｂをそれぞれ膜厚が２０５ｎｍおよび３００ｎｍのＳｉＯ_２（酸化シリコン）膜とする。挿入膜２８は、圧電膜１４の膜厚方向の中心に設けられている。上部電極１６の下層１６ａを膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜、上層１６ｂを膜厚が５０ｎｍのＣｒ膜とする。周波数調整膜を膜厚が５０ｎｍの酸化シリコン膜とする。質量負荷膜２０を膜厚が１２０ｎｍのＴｉ膜とする。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。 In the case of a piezoelectric thin film resonator having a resonance frequency of 2 GHz, the lower layer 12a of the lower electrode 12 is a Cr film having a film thickness of 100 nm, and the upper layer 12b is a Ru film having a film thickness of 200 nm. The piezoelectric film 14 is an AlN film having a film thickness of 1200 nm. The insertion films 28a and 28b are SiO ₂ (silicon oxide) films having film thicknesses of 205 nm and 300 nm, respectively. The insertion film 28 is provided at the center of the piezoelectric film 14 in the film thickness direction. The lower layer 16a of the upper electrode 16 is a Ru film having a film thickness of 230 nm, and the upper layer 16b is a Cr film having a film thickness of 50 nm. The frequency adjusting film is a silicon oxide film having a film thickness of 50 nm. The mass loading film 20 is a Ti film having a film thickness of 120 nm. The film thickness of each layer can be appropriately set in order to obtain desired resonance characteristics.

特許文献２に記載されているように、挿入膜２８のヤング率は圧電膜１４より小さいことが好ましい。密度がほぼ同じであれば、ヤング率は音響インピーダンスと相関することから、挿入膜２８の音響インピーダンスは圧電膜１４より小さいことが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。さらに、挿入膜２８の音響インピーダンスを圧電膜１４より小さくするため、圧電膜１４が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜２８は、Ａｌ（アルミニウム）膜、Ａｕ（金）膜、Ｃｕ（銅）膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ（白金）膜、Ｔａ（タンタル）膜、Ｃｒ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。特に、ヤング率の観点から挿入膜２８は、Ａｌ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。 As described in Patent Document 2, the Young's modulus of the insertion film 28 is preferably smaller than that of the piezoelectric film 14. If the densities are substantially the same, Young's modulus correlates with the acoustic impedance. Therefore, the acoustic impedance of the insertion film 28 is preferably smaller than that of the piezoelectric film 14. Thereby, the Q value can be improved. Further, in order to make the acoustic impedance of the insertion film 28 smaller than that of the piezoelectric film 14, when the piezoelectric film 14 contains aluminum nitride as a main component, the insertion film 28 is an Al (aluminum) film, an Au (gold) film, or Cu (copper). ) Film, Ti film, Pt (platinum) film, Ta (tantal) film, Cr film or silicon oxide film is preferable. In particular, from the viewpoint of Young's modulus, the insertion film 28 is preferably an Al film or a silicon oxide film.

基板１０としては、Ｓｉ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、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ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としては、ＲｕおよびＣｒ以外にもＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。例えば、上部電極１６の下層１６ａをＲｕ、上層１６ｂをＭｏとしてもよい。 As the substrate 10, in addition to the Si substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, a spinel substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a GaAs substrate, or the like can be used. The lower electrode 12 and the upper electrode 16 include a single-layer film such as Al, Ti, Cu, Mo (molybdenum), W (tungsten), Ta, Pt, Rh (rhodium) or Ir (iridium) in addition to Ru and Cr. Alternatively, these laminated films can be used. For example, the lower layer 16a of the upper electrode 16 may be Ru and the upper layer 16b may be Mo.

圧電膜１４は、窒化アルミニウム以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上また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、Ｓｃ（スカンジウム）、２価の元素と４価の元素との２つの元素、または２価と５価との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４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価の元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４価の元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５価の元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。 In addition to aluminum nitride, ZnO (zinc oxide), PZT (lead zirconate titanate), PbTiO ₃ (lead titanate) and the like can be used as the piezoelectric film 14. Further, for example, the piezoelectric film 14 may contain aluminum nitride as a main component and may contain other elements in order to improve the resonance characteristics or the piezoelectricity. For example, the piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved by using Sc (scandium), two elements of divalent element and tetravalent element, or two elements of divalent and pentavalent as additive elements. To do. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric thin film resonator can be improved. The divalent element is, for example, Ca (calcium), Mg (magnesium), Sr (strontium) or Zn (zinc). The tetravalent element is, for example, Ti, Zr (zirconium) or Hf (hafnium). The pentavalent element is, for example, Ta, Nb (niobium) or V (vanadium). Further, the piezoelectric film 14 contains aluminum nitride as a main component and may contain B (boron).

周波数調整膜としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。質量負荷膜２０としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の単層膜を用いることができる。また、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜２０は、上部電極１６の層間（下層１６ａと上層１６ｂとの間）以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。 As the frequency adjusting film, a silicon nitride film, aluminum nitride, or the like can be used in addition to the silicon oxide film. As the mass-loaded film 20, a single-layer film such as Ru, Cr, Al, Cu, Mo, W, Ta, Pt, Rh or Ir can be used in addition to Ti. Further, an insulating film made of a metal nitride or a metal oxide such as silicon nitride or silicon oxide can also be used. In addition to the layers of the upper electrode 16 (between the lower layer 16a and the upper layer 16b), the mass loading film 20 is formed between the lower electrode 12 and the lower electrode 12, above the upper electrode 16, and between the lower electrode 12 and the piezoelectric film 14. It can be formed between and between the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16. The mass load film 20 may be larger than the resonance region 50 as long as it is formed so as to include the resonance region 50.

図２は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の共振領域付近の共振領域、挿入膜および空隙の位置関係を示す平面図である。また、図２では、わかり易くするため長さの比率が必ずしも図１（ａ）から図１（ｃ）と同じではない。 FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the resonance region, the insertion membrane, and the void near the resonance region of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. Further, in FIG. 2, the length ratio is not necessarily the same as that in FIGS. 1 (a) to 1 (c) for the sake of clarity.

図１（ｂ）から図２において、共振領域５０の外側の輪郭である外輪郭６０、圧電膜１４に薄い挿入膜２８ａが挿入されかつ空隙３０と重なる領域５２の外輪郭６２、圧電膜１４に厚い挿入膜２８ｂが挿入されかつ空隙３０と重なる領域５４の外輪郭６４、空隙３０の外輪郭６６を図示している。共振領域５０を囲む領域のうち、上部電極１６を共振領域５０から引き出す引き出し領域７０と、共振領域５０を囲む領域のうち引き出し領域７０以外の領域７２を図示している。 1B to 2B, the outer contour 60, which is the outer contour of the resonance region 50, the outer contour 62, the piezoelectric film 14 of the region 52 in which the thin insertion film 28a is inserted into the piezoelectric film 14 and overlaps with the void 30. The outer contour 64 of the region 54 in which the thick insertion film 28b is inserted and overlaps with the gap 30 and the outer contour 66 of the gap 30 are shown. Of the regions surrounding the resonance region 50, a pull-out region 70 in which the upper electrode 16 is pulled out from the resonance region 50 and a region 72 in the region surrounding the resonance region 50 other than the pull-out region 70 are shown.

なお、各膜において、端面が膜厚方向に傾斜または湾曲している場合、外輪郭は傾斜または湾曲した端面のうち最も外側であり、内輪郭は傾斜または湾曲した端面のうち最も内側である。略一致するとは、例えば製造工程におけるばらつき、製造工程における合わせ精度程度に一致するとのことである。 In each film, when the end face is inclined or curved in the film thickness direction, the outer contour is the outermost of the inclined or curved end faces, and the inner contour is the innermost of the inclined or curved end faces. Approximately matching means, for example, that it matches the variation in the manufacturing process and the degree of matching accuracy in the manufacturing process.

引き出し領域７０においては、下部電極１２の外輪郭が共振領域５０の外輪郭６０となる。領域７２においては、上部電極１６の外輪郭が共振領域５０の外輪郭６０となる。 In the pull-out region 70, the outer contour of the lower electrode 12 becomes the outer contour 60 of the resonance region 50. In the region 72, the outer contour of the upper electrode 16 becomes the outer contour 60 of the resonance region 50.

引き出し領域７０において、上部電極１６の下には厚い挿入膜２８ｂが設けられている。領域５４は空隙３０と重なるため、領域５４の外輪郭６４と空隙３０の外輪郭６６とが略一致する。領域７２において、空隙３０の外輪郭６６は領域５４の外輪郭６４より外側に位置する。引き出し領域７０および領域７２において、領域５２は共振領域５０より外側に共振領域５０に接して設けられている。領域５４は領域５２より外側に領域５２に接して設けられている。領域５２および５４は環状に設けられている。領域５２の幅は略同じであり、領域５４の幅は略同じである。 In the withdrawal region 70, a thick insertion film 28b is provided below the upper electrode 16. Since the region 54 overlaps the gap 30, the outer contour 64 of the region 54 and the outer contour 66 of the gap 30 substantially coincide with each other. In the region 72, the outer contour 66 of the gap 30 is located outside the outer contour 64 of the region 54. In the drawer region 70 and the region 72, the region 52 is provided outside the resonance region 50 in contact with the resonance region 50. The region 54 is provided outside the region 52 in contact with the region 52. Regions 52 and 54 are provided in an annular shape. The width of the region 52 is substantially the same, and the width of the region 54 is substantially the same.

図３（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１の直列共振器の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、平坦主面を有する基板１０上に空隙を形成するための犠牲層３８を形成する。犠牲層３８の膜厚は、例えば１０〜１００ｎｍであり、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＺｎＯ、Ｇｅ（ゲルマニウム）またはＳｉＯ_２（酸化シリコン）等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。その後、犠牲層３８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層３８の形状は、空隙３０の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域５０となる領域を含む。次に、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２として下層１２ａおよび上層１２ｂを形成する。犠牲層３８および下部電極１２は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、下部電極１２を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。 3 (a) to 4 (c) are cross-sectional views showing a method of manufacturing the series resonator of the first embodiment. As shown in FIG. 3A, a sacrificial layer 38 for forming voids is formed on the substrate 10 having a flat main surface. The thickness of the sacrificial layer 38 is, for example, 10 to 100 nm, and is selected from materials that can be easily dissolved in an etching solution or an etching gas such as MgO (magnesium oxide), ZnO, Ge (germanium) or SiO ₂ (silicon oxide). To. The sacrificial layer 38 is then patterned into a desired shape using photolithography and etching techniques. The shape of the sacrificial layer 38 is a shape corresponding to the planar shape of the gap 30, and includes, for example, a region that becomes a resonance region 50. Next, the lower layer 12a and the upper layer 12b are formed as the lower electrode 12 on the sacrificial layer 38 and the substrate 10. The sacrificial layer 38 and the lower electrode 12 are formed by, for example, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. After that, the lower electrode 12 is patterned into a desired shape by using a photolithography technique and an etching technique. The lower electrode 12 may be formed by a lift-off method.

図３（ｂ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に下部圧電膜１４ａを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。図３（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａ上に挿入膜２８ｃを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。図３（ｄ）に示すように、挿入膜２８ｃを、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。挿入膜２８ｃは、リフトオフ法により形成してもよい。 As shown in FIG. 3B, a lower piezoelectric film 14a is formed on the lower electrode 12 and the substrate 10 by using, for example, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or a CVD method. As shown in FIG. 3C, the insertion film 28c is formed on the lower piezoelectric film 14a by using, for example, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or a CVD method. As shown in FIG. 3D, the insertion film 28c is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. The insertion membrane 28c may be formed by the lift-off method.

図４（ａ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８ｃ上に挿入膜２８ｄを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。挿入膜２８ｄを、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。挿入膜２８ｄは、リフトオフ法により形成してもよい。これにより、挿入膜２８ｄにより薄い挿入膜２８ａが形成され、挿入膜２８ｃおよび２８ｄにより厚い挿入膜２８ｂが形成される。挿入膜２８ａおよび２８ｂにより挿入膜２８が形成される。 As shown in FIG. 4A, the insertion film 28d is formed on the lower piezoelectric film 14a and the insertion film 28c by using, for example, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or a CVD method. The insertion film 28d is patterned into a desired shape using photolithography and etching techniques. The insertion membrane 28d may be formed by the lift-off method. As a result, the insertion membrane 28d forms a thin insertion membrane 28a, and the insertion membranes 28c and 28d form a thick insertion membrane 28b. The insertion membrane 28 is formed by the insertion membranes 28a and 28b.

図４（ｂ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８上に上部圧電膜１４ｂ、上部電極１６の下層１６ａおよび上層１６ｂを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂから圧電膜１４が形成される。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。 As shown in FIG. 4B, the upper piezoelectric film 14b, the lower layer 16a and the upper layer 16b of the upper electrode 16 are formed on the lower piezoelectric film 14a and the insertion film 28 by using, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method or a CVD method. Membrane. The piezoelectric film 14 is formed from the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. The upper electrode 16 is patterned into a desired shape using photolithography and etching techniques. The upper electrode 16 may be formed by a lift-off method.

なお、図１（ｃ）に示す並列共振器においては、上部電極１６の下層１６ａを形成した後に、質量負荷膜２０を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。質量負荷膜２０をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。その後、上部電極１６の上層１６ｂを形成する。 In the parallel resonator shown in FIG. 1C, after the lower layer 16a of the upper electrode 16 is formed, the mass loading film 20 is formed by using, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, or a CVD method. The mass-loaded film 20 is patterned into a desired shape using a photolithography technique and an etching technique. After that, the upper layer 16b of the upper electrode 16 is formed.

図４（ｃ）に示すように、圧電膜１４をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。エッチング技術として、ウェットエッチング法を用いてもよいし、ドライエッチング法を用いてもよい。 As shown in FIG. 4C, the piezoelectric film 14 is patterned into a desired shape by using a photolithography technique and an etching technique. As the etching technique, a wet etching method may be used, or a dry etching method may be used.

孔部３５および導入路３３（図１（ａ）参照）を介し、犠牲層３８のエッチング液を下部電極１２の下の犠牲層３８に導入する。これにより、犠牲層３８が除去される。犠牲層３８をエッチングする媒体としては、犠牲層３８以外の共振器を構成する材料をエッチングしない媒体であることが好ましい。特に、エッチング媒体は、エッチング媒体が接触する下部電極１２がエッチングされない媒体であることが好ましい。下部電極１２から周波数調整膜までの積層膜の応力を圧縮応力となるように設定しておく。これにより、犠牲層３８が除去されると、積層膜が基板１０の反対側に基板１０から離れるように膨れる。下部電極１２と基板１０との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成される。以上により、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した直列共振器Ｓ、および図１（ａ）および図１（ｃ）に示した並列共振器Ｐが作製される。 The etching solution of the sacrificial layer 38 is introduced into the sacrificial layer 38 under the lower electrode 12 through the hole 35 and the introduction path 33 (see FIG. 1A). As a result, the sacrificial layer 38 is removed. As the medium for etching the sacrificial layer 38, it is preferable that the medium other than the sacrificial layer 38 does not etch the material constituting the resonator. In particular, the etching medium is preferably a medium in which the lower electrode 12 with which the etching medium is in contact is not etched. The stress of the laminated film from the lower electrode 12 to the frequency adjusting film is set to be a compressive stress. As a result, when the sacrificial layer 38 is removed, the laminated film swells on the opposite side of the substrate 10 so as to be separated from the substrate 10. A gap 30 having a dome-shaped bulge is formed between the lower electrode 12 and the substrate 10. As described above, the series resonator S shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and the parallel resonator P shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c) are manufactured.

次に、実施例１に係る圧電薄膜共振器のＱ値およびスプリアスを２次元有限要素法を用いシミュレーションした。図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーションを行った比較例１、２および実施例１の断面構造を示す図である。図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、共振領域５０の中心をミラー界面５９とした。共振領域５０の半分の幅をＷ５、共振領域５０の外側の空隙３０の幅をＷ６、共振領域５０の外側の下部圧電膜１４ａの幅をＷ７とした。 Next, the Q value and spurious of the piezoelectric thin film resonator according to Example 1 were simulated using the two-dimensional finite element method. 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing cross-sectional structures of Comparative Examples 1 and 2 and Example 1 in which simulations were performed. As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c), the center of the resonance region 50 is the mirror interface 59. Half the width of the resonance region 50 is W5, the width of the void 30 outside the resonance region 50 is W6, and the width of the lower piezoelectric film 14a outside the resonance region 50 is W7.

図５（ａ）に示すように、比較例１では共振領域５０の外周領域において圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。共振領域５０内の挿入膜２８の幅および膜厚をそれぞれＷ０およびｄ０とした。図５（ｂ）に示すように、比較例２では共振領域５０より外側の圧電膜１４に挿入膜２８が挿入されている。圧電膜１４に挿入膜２８が挿入された幅をＷ０、挿入膜２８の膜厚をｄ０とした。図５（ｃ）に示すように、実施例１では領域５２の幅をＷ１、挿入膜２８ａの膜厚をｄ１とした。領域５４の幅をＷ２、挿入膜２８ｂの膜厚をｄ２とした。 As shown in FIG. 5A, in Comparative Example 1, the insertion film 28 is inserted into the piezoelectric film 14 in the outer peripheral region of the resonance region 50. The width and film thickness of the insertion film 28 in the resonance region 50 were set to W0 and d0, respectively. As shown in FIG. 5B, in Comparative Example 2, the insertion film 28 is inserted into the piezoelectric film 14 outside the resonance region 50. The width at which the insertion film 28 was inserted into the piezoelectric film 14 was defined as W0, and the film thickness of the insertion film 28 was defined as d0. As shown in FIG. 5C, in Example 1, the width of the region 52 was W1 and the film thickness of the insertion film 28a was d1. The width of the region 54 was W2, and the film thickness of the insertion film 28b was d2.

シミュレーションに用いた各材料および膜厚は以下である。
下部電極１２の下層１２ａ：膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜
下部電極１２の上層１２ｂ：膜厚が２００ｎｍのＲｕ膜
圧電膜１４：膜厚が１２６０ｎｍのＡｌＮ膜
下部圧電膜１４ａ：膜厚が６３０ｎｍのＡｌＮ膜
上部圧電膜１４ｂ：膜厚が６３０ｎｍのＡｌＮ膜
挿入膜２８：酸化シリコン膜
上部電極１６：膜厚が２３０ｎｍのＲｕ膜
共振領域５０の幅Ｗ５：４２μｍ
共振領域５０より外側の空隙３０の幅Ｗ６：１３μｍ
共振領域５０より外側の下部圧電膜１４ａの幅Ｗ７：８μｍ The materials and film thickness used in the simulation are as follows.
Lower layer 12a of lower electrode 12: Cr film having a film thickness of 100 nm Upper layer 12b of lower electrode 12: Ru film having a film thickness of 200 nm piezoelectric film 14: AlN film having a film thickness of 1260 nm Lower piezoelectric film 14a: AlN having a film thickness of 630 nm Membrane upper piezoelectric film 14b: AlN film insertion film with a film thickness of 630 nm 28: Silicon oxide film upper electrode 16: Ru film with a film thickness of 230 nm Width of resonance region 50 W5: 42 μm
Width of gap 30 outside the resonance region 50 W6: 13 μm
Width W7: 8 μm of the lower piezoelectric film 14a outside the resonance region 50

比較例１
挿入膜２８の膜厚ｄ０：１５０ｎｍ
挿入膜２８の挿入幅Ｗ０：２２００ｎｍ
比較例２
挿入膜２８の膜厚ｄ０：３００ｎｍ
挿入膜２８の挿入幅Ｗ０：２８００ｎｍ Comparative Example 1
Film thickness d0: 150 nm of insertion film 28
Insertion width W0: 2200 nm of the insertion membrane 28
Comparative Example 2
Film thickness d0: 300 nm of insertion film 28
Insertion width W0: 2800 nm of the insertion membrane 28

実施例１
サンプルｄ１＝２００ｎｍ
挿入膜２８ａの膜厚ｄ１：２００ｎｍ
挿入膜２８ａの挿入幅Ｗ１：３４００ｎｍ
挿入膜２８ｂの膜厚ｄ２：３００ｎｍ
挿入膜２８ｂの挿入幅Ｗ２：４０００ｎｍ
サンプルｄ１＝２０５ｎｍ
挿入膜２８ａの膜厚ｄ１：２０５ｎｍ
挿入膜２８ａの挿入幅Ｗ１：３４００ｎｍ
挿入膜２８ｂの膜厚ｄ２：３００ｎｍ
挿入膜２８ｂの挿入幅Ｗ２：３８００ｎｍ
サンプルｄ１＝２１０ｎｍ
挿入膜２８ａの膜厚ｄ１：２１０ｎｍ
挿入膜２８ａの挿入幅Ｗ１：４４００ｎｍ
挿入膜２８ｂの膜厚ｄ２：３００ｎｍ
挿入膜２８ｂの挿入幅Ｗ２：２８００ｎｍ Example 1
Sample d1 = 200 nm
Film thickness d1: 200 nm of the insertion film 28a
Insertion width W1: 3400 nm of the insertion membrane 28a
Film thickness d2 of the insertion film 28b: 300 nm
Insertion width W2 of insertion membrane 28b: 4000 nm
Sample d1 = 205 nm
Film thickness d1: 205 nm of the insertion film 28a
Insertion width W1: 3400 nm of the insertion membrane 28a
Film thickness d2 of the insertion film 28b: 300 nm
Insertion width W2 of insertion membrane 28b: 3800 nm
Sample d1 = 210 nm
Film thickness d1: 210 nm of the insertion film 28a
Insertion width W1: 4400 nm of the insertion membrane 28a
Film thickness d2 of the insertion film 28b: 300 nm
Insertion width W2 of insertion membrane 28b: 2800 nm

図６は、比較例１、２および実施例１における反共振周波数におけるＱ値および電気機械結合係数を示す図である。図６に示すように、比較例１、２および実施例１において、反共振周波数におけるＱ値、電気機械結合係数ｋ^２はほぼ同程度である。詳細にみると、比較例２は電気機械結合係数が少し小さい。 FIG. 6 is a diagram showing the Q value and the electromechanical coupling coefficient at the antiresonance frequency in Comparative Examples 1 and 2 and Example 1. As shown in FIG. 6, in Comparative Examples 1 and 2 and Example 1, Q value at the anti-resonant frequency, an electromechanical coupling coefficient k ² are almost the same. In detail, Comparative Example 2 has a slightly small electromechanical coupling coefficient.

図７は、比較例２および実施例１における周波数に対するＱ値を示す図である。図７に示すように、比較例２ではＱ値は共振周波数ｆｒが最大で、共振周波数ｆｒから周波数が大きくなるとＱ値が小さくなる。実施例１のｄ１＝２０５ｎｍでは、共振周波数ｆｒから周波数が大きくなるとＱ値は大きくなる。２．１５ＧＨｚ付近でＱ値は最大となる。反共振周波数ｆａにおいては比較例２と実施例１とでＱ値はほぼ同じであるが、Ｑ値の最大値は実施例１が大きい。実施例１はＱ値の大きい範囲が比較例２より大きい。 FIG. 7 is a diagram showing Q values with respect to frequencies in Comparative Example 2 and Example 1. As shown in FIG. 7, in Comparative Example 2, the Q value has the maximum resonance frequency fr, and the Q value decreases as the frequency increases from the resonance frequency fr. At d1 = 205 nm in Example 1, the Q value increases as the frequency increases from the resonance frequency fr. The Q value becomes maximum near 2.15 GHz. In the anti-resonance frequency fa, the Q value is almost the same in Comparative Example 2 and Example 1, but the maximum value of the Q value is larger in Example 1. In Example 1, the range in which the Q value is large is larger than that in Comparative Example 2.

図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ比較例１および２における周波数に対する反射係数Ｓ１１を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、比較例１および２においては大きなスプリアス７４が観測される。 8 (a) and 8 (b) are diagrams showing the reflectance coefficient S11 with respect to the frequency in Comparative Examples 1 and 2, respectively. As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), large spurious 74 is observed in Comparative Examples 1 and 2.

図９（ａ）から図９（ｃ）は、それぞれ実施例１のｄ１＝２００ｎｍ、２０５ｎｍおよび２１０ｎｍにおける周波数に対する反射係数Ｓ１１を示す図である。図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、比較例１および２に比べスプリアスが非常に小さい。 9 (a) to 9 (c) are diagrams showing the reflectance coefficients S11 with respect to the frequencies at d1 = 200 nm, 205 nm and 210 nm of Example 1, respectively. As shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c), the spurious is very small as compared with Comparative Examples 1 and 2.

比較例１、２では、挿入膜２８を設けることで横モードの弾性波が挿入膜２８の内輪郭で反射される。これにより、横モードの弾性波が共振領域５０の外に漏洩すること（すなわち弾性波エネルギーが共振領域５０外に漏れること）を抑制できる。しかし、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、横モードの弾性波に起因したスプリアスが発生する。 In Comparative Examples 1 and 2, by providing the insertion film 28, elastic waves in the transverse mode are reflected by the inner contour of the insertion film 28. As a result, it is possible to prevent the elastic wave in the transverse mode from leaking out of the resonance region 50 (that is, the elastic wave energy leaking out of the resonance region 50). However, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), spurious caused by elastic waves in the transverse mode is generated.

実施例１では、Ｑ値および電気機械結合係数ｋ^２を比較例１および２と同程度以上とし、かつ図８（ａ）および図８（ｂ）のようにスプリアスを抑制できる。 In Example 1, the Q value and the electromechanical coupling coefficient k ² are set to be equal to or higher than those of Comparative Examples 1 and 2, and spurious can be suppressed as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).

実施例１において、Ｑ値を向上させ、かつスプリアスを抑制できる理由を説明する。実施例１における横モードの弾性波（横方向に伝搬する弾性波）の分散特性をシミュレーションした。シミュレーション条件は上記条件と同じである。シミュレーションした弾性波のモードは、圧電薄膜共振器において用いる主モードである。 In Example 1, the reason why the Q value can be improved and spurious can be suppressed will be described. The dispersion characteristics of the elastic waves in the transverse mode (elastic waves propagating in the transverse direction) in Example 1 were simulated. The simulation conditions are the same as the above conditions. The simulated elastic wave mode is the main mode used in the piezoelectric thin film resonator.

図１０は、実施例１における横モードの分散特性を示す図である。図１０において、横軸は横方向の波数であり、縦軸は周波数である。波数が０のとき、弾性波は横方向に伝搬せず、厚み縦モードの応答が生じる。波数が０より大きい場合、横方向に弾性波が伝搬し、横モードの弾性波となる。共振領域５０の分散特性の波数が０の周波数が圧電薄膜共振器の共振周波数ｆｒとなる。共振領域５０において、波数が０から大きくなると周波数が低くなる。周波数がｆ０を越えると、周波数は波数にともない高くなる。周波数がｆ０とｆｒとの間の周波数帯域においてスプリアスが発生しやすくなる。 FIG. 10 is a diagram showing the dispersion characteristics of the transverse mode in the first embodiment. In FIG. 10, the horizontal axis is the wave number in the horizontal direction, and the vertical axis is the frequency. When the wavenumber is 0, the elastic wave does not propagate in the horizontal direction, and a response in the thickness longitudinal mode occurs. When the wave number is larger than 0, the elastic wave propagates in the lateral direction and becomes the elastic wave in the transverse mode. The frequency at which the wave number of the dispersion characteristic of the resonance region 50 is 0 is the resonance frequency fr of the piezoelectric thin film resonator. In the resonance region 50, the frequency decreases as the wave number increases from 0. When the frequency exceeds f0, the frequency increases with the wave number. Spurious is likely to occur in the frequency band between f0 and fr.

反共振周波数ｆａにおける共振領域５０の波数をβ５０、領域５４の波数をβ５４とする。波数β５４はβ５０より大きい。これは、領域５４における横モードの弾性波は共振領域５０における横モードの弾性波より遅いことを示している。これにより、共振領域５０を伝搬した横モードの弾性波は、領域５４において反射される。よって、共振領域５０から横モードの弾性波が漏洩することを抑制できる。よって、Ｑ値が向上する。 The wave number of the resonance region 50 in the antiresonance frequency fa is β50, and the wavenumber of the region 54 is β54. The wave number β54 is larger than β50. This indicates that the transverse mode elastic wave in the region 54 is slower than the transverse mode elastic wave in the resonance region 50. As a result, the elastic wave in the transverse mode propagating in the resonance region 50 is reflected in the region 54. Therefore, it is possible to suppress leakage of the elastic wave in the transverse mode from the resonance region 50. Therefore, the Q value is improved.

次に、実施例１において、スプリアスが抑制できる理由を説明する。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、共振領域と挿入膜が挿入された領域の分散特性を示す図である。図１１（ａ）に示すように、圧電膜１４に厚い挿入膜が挿入された領域５４では、遮断周波数ｆ２は共振周波数ｆｒより小さくなる。図１１（ｂ）に示すように、圧電膜１４に薄い挿入膜が挿入された領域５２では、遮断周波数ｆ１は共振周波数ｆｒ付近となる。 Next, in Example 1, the reason why spurious can be suppressed will be described. 11 (a) and 11 (b) are diagrams showing the dispersion characteristics of the resonance region and the region in which the insertion film is inserted. As shown in FIG. 11A, the cutoff frequency f2 is smaller than the resonance frequency fr in the region 54 in which the thick insertion film is inserted into the piezoelectric film 14. As shown in FIG. 11B, in the region 52 in which the thin insertion film is inserted into the piezoelectric film 14, the cutoff frequency f1 is near the resonance frequency fr.

図１２（ａ）は、領域５４が共振領域５０に接する場合の断面図、図１２（ｂ）から図１２（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。図１２（ａ）に示すように、共振領域５０の両側に領域５４が接して設けられている。この構成は比較例２に対応する。このとき、図１１（ａ）のように、領域５４の遮断周波数ｆ２が共振周波数ｆｒより低い。このため、共振周波数ｆｒより周波数の低い横モード弾性波は領域５４を伝搬できない。よって、共振領域５０と領域５４との境界５６ａは固定端となる。 12 (a) is a cross-sectional view when the region 54 is in contact with the resonance region 50, and FIGS. 12 (b) to 12 (e) are electrical signals of the first to fourth mode standing waves of the transverse mode elastic wave. It is a figure which shows. As shown in FIG. 12A, regions 54 are provided in contact with both sides of the resonance region 50. This configuration corresponds to Comparative Example 2. At this time, as shown in FIG. 11A, the cutoff frequency f2 of the region 54 is lower than the resonance frequency fr. Therefore, the transverse mode elastic wave having a frequency lower than the resonance frequency fr cannot propagate in the region 54. Therefore, the boundary 56a between the resonance region 50 and the region 54 is a fixed end.

図１２（ｂ）から図１２（ｅ）のように、境界５６ａは定在波の節となる。第１モードおよび第３モードでは、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とは同じとなる。このため、スプリアスは生じない。第２モードおよび第４モードでは、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とが異なる。このため、スプリアスが生じる。 As shown in FIGS. 12 (b) to 12 (e), the boundary 56a is a standing wave node. In the first mode and the third mode, the total area of the positive electric signal of the standing wave 80a and the total area of the negative electric signal 80b in the resonance region 50 are the same. Therefore, spurious does not occur. In the second mode and the fourth mode, the total area 80a of the positive electric signal of the standing wave and the total area 80b of the negative electric signal in the resonance region 50 are different. Therefore, spurious is generated.

図１３（ａ）は、領域５２が共振領域５０に接する場合の断面図、図１３（ｂ）から図１３（ｅ）は、横モード弾性波の第１から第４モード定在波の電気信号を示す図である。図１３（ａ）に示すように、共振領域５０の両側に領域５２が接して設けられている。この構成は実施例１の共振領域５０および領域５２に対応する。このとき、図１１（ｂ）のように、領域５２の遮断周波数ｆ１が共振周波数ｆｒ近傍にある。このため、共振周波数ｆｒより周波数の低い横モード弾性波は領域５２を伝搬でききる。よって、共振領域５０と領域５２との境界５６ｂは自由端となる。 13 (a) is a cross-sectional view when the region 52 is in contact with the resonance region 50, and FIGS. 13 (b) to 13 (e) are electrical signals of the first to fourth mode standing waves of the transverse mode elastic wave. It is a figure which shows. As shown in FIG. 13A, regions 52 are provided in contact with both sides of the resonance region 50. This configuration corresponds to the resonance region 50 and the region 52 of the first embodiment. At this time, as shown in FIG. 11B, the cutoff frequency f1 of the region 52 is near the resonance frequency fr. Therefore, the transverse mode elastic wave having a frequency lower than the resonance frequency fr can propagate in the region 52. Therefore, the boundary 56b between the resonance region 50 and the region 52 is a free end.

図１３（ｂ）から図１３（ｅ）のように、境界５６ｂは定在波の腹となり、領域５２の外端が定在波の節となる。第１モードから第４モードのいずれにおいても、共振領域５０内における定在波の正の電気信号の面積８０ａの合計と負側の電気信号の面積８０ｂの合計とは同じとなる。このため、スプリアスは生じない。 As shown in FIGS. 13 (b) to 13 (e), the boundary 56b is the antinode of the standing wave, and the outer end of the region 52 is the node of the standing wave. In any of the first mode to the fourth mode, the total area of the positive electric signal of the standing wave 80a and the total area of the negative electric signal 80b in the resonance region 50 are the same. Therefore, spurious does not occur.

比較例２では、図１０のように、領域５４における反共振周波数ｆａ付近の波数β５４を共振領域５０における反共振周波数ｆａ付近の波数β５０より大きくする。これにより、反共振周波数ｆａ付近の横モード弾性波の共振領域５０外への漏洩を抑制できる。よって、Ｑ値を向上できる。しかし、領域５４における波数が０の遮断周波数ｆ２が共振周波数ｆｒより小さくなる。これにより、共振領域５０と領域５４との境界５６ａが固定端となってしまい、スプリアスが発生する。 In Comparative Example 2, as shown in FIG. 10, the wave number β54 near the antiresonance frequency fa in the region 54 is made larger than the wavenumber β50 near the antiresonance frequency fa in the resonance region 50. As a result, leakage of the transverse mode elastic wave near the antiresonance frequency fa to the outside of the resonance region 50 can be suppressed. Therefore, the Q value can be improved. However, the cutoff frequency f2 in which the wave number in the region 54 is 0 becomes smaller than the resonance frequency fr. As a result, the boundary 56a between the resonance region 50 and the region 54 becomes a fixed end, and spurious is generated.

実施例１では、領域５２の外側に領域５４を設けることで、反共振周波数ｆａ付近の横モード弾性波の共振領域５０外への漏洩を抑制できる。よって、Ｑ値を向上できる。また、領域５２における遮断周波数ｆ１が共振周波数ｆｒ付近のため、共振領域５０と領域５２との境界５６ｂが自由端となる。よって、スプリアスが発生しない。このように、Ｑ値の向上とスプリアスの抑制を行うことができる。 In the first embodiment, by providing the region 54 outside the region 52, leakage of the transverse mode elastic wave near the antiresonance frequency fa to the outside of the resonance region 50 can be suppressed. Therefore, the Q value can be improved. Further, since the cutoff frequency f1 in the region 52 is near the resonance frequency fr, the boundary 56b between the resonance region 50 and the region 52 is a free end. Therefore, spurious does not occur. In this way, the Q value can be improved and spurious can be suppressed.

実施例１によれば、挿入膜２８は、共振領域５０を囲む少なくとも一部において共振領域５０より外側に設けられ、共振領域５０内に設けられていない。共振領域５０より外側の領域５２（第１領域）における膜厚ｄ１（第１膜厚）は、領域５２より外側の領域５４（第２領域）における膜厚ｄ２（第２膜厚）より小さい。これにより、Ｑ値を向上しかつスプリアスを抑制することができる。 According to the first embodiment, the insertion film 28 is provided outside the resonance region 50 in at least a part surrounding the resonance region 50, and is not provided in the resonance region 50. The film thickness d1 (first film thickness) in the region 52 (first region) outside the resonance region 50 is smaller than the film thickness d2 (second film thickness) in the region 54 (second region) outside the region 52. As a result, the Q value can be improved and spurious can be suppressed.

平面視において、共振領域５０と領域５２と領域５４の少なくとも一部とは空隙３０に重なる。これにより、共振領域５０、領域５２、および領域５４の少なくとも一部内の圧電膜１４を横モードの弾性波が伝搬する。このため、共振領域５０と領域５２との界面が自由端となる。よって、図１４のように、スプリアスを抑制できる。 In a plan view, the resonance region 50, the region 52, and at least a part of the region 54 overlap the gap 30. As a result, the elastic wave in the transverse mode propagates through the piezoelectric film 14 in at least a part of the resonance region 50, the region 52, and the region 54. Therefore, the interface between the resonance region 50 and the region 52 becomes a free end. Therefore, as shown in FIG. 14, spurious can be suppressed.

図１０のように、共振領域５０の反共振周波数ｆａにおける領域５４の横モードの波数β５４、反共振周波数ｆａにおける共振領域５０の横モードの波数β５０より大きい。これにより、横モードの弾性波が共振領域５０外に漏洩することが抑制される。よって、Ｑ値がより向上する。 As shown in FIG. 10, the wave number β54 in the transverse mode of the region 54 in the antiresonance frequency fa of the resonance region 50 and the wavenumber β50 in the transverse mode of the resonance region 50 in the antiresonance frequency fa are larger. As a result, it is possible to prevent the elastic wave in the transverse mode from leaking out of the resonance region 50. Therefore, the Q value is further improved.

また、領域５２の横モードの波数が０となる周波数ｆ１は領域５４の横モードの波数が０となる周波数ｆ２数より高い。これにより、共振領域５０と領域５２との界面が自由端となり、スプリアスを抑制できる。 Further, the frequency f1 at which the wave number of the horizontal mode of the region 52 becomes 0 is higher than the frequency f2 at which the wave number of the horizontal mode of the region 54 becomes 0. As a result, the interface between the resonance region 50 and the region 52 becomes a free end, and spurious can be suppressed.

図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、それぞれ実施例１、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１４（ａ）に示すように、実施例１の圧電薄膜共振器において、簡略化のため空隙３０を基板１０内に図示する。その他の構成は、図１（ａ）から図１（ｃ）と同じである。 14 (a) to 14 (d) are cross-sectional views of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment and the first to third modifications of the first embodiment, respectively. As shown in FIG. 14A, in the piezoelectric thin film resonator of Example 1, the gap 30 is shown in the substrate 10 for simplification. Other configurations are the same as those in FIGS. 1 (a) to 1 (c).

［実施例１の変形例１］
図１４（ｂ）に示すように、下部電極１２上において下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８ｂが空隙３０の外側まで延伸している。上部圧電膜１４ｂの外輪郭が空隙３０の外輪郭６６の内側に位置するため、領域５４の外輪郭６４は空隙３０の外輪郭６６より内側に位置する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。 [Modification 1 of Example 1]
As shown in FIG. 14B, the lower piezoelectric film 14a and the insertion film 28b extend to the outside of the gap 30 on the lower electrode 12. Since the outer contour of the upper piezoelectric film 14b is located inside the outer contour 66 of the gap 30, the outer contour 64 of the region 54 is located inside the outer contour 66 of the gap 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

［実施例１の変形例２］
図１４（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８ｂが空隙３０の外側まで延伸している。上部圧電膜１４ｂの外輪郭は空隙３０の外輪郭６６に略一致している。このため、領域５４の外輪郭６４は空隙３０の外輪郭６６と略一致する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。 [Modification 2 of Example 1]
As shown in FIG. 14C, the lower piezoelectric film 14a and the insertion film 28b extend to the outside of the void 30. The outer contour of the upper piezoelectric film 14b substantially coincides with the outer contour 66 of the void 30. Therefore, the outer contour 64 of the region 54 substantially coincides with the outer contour 66 of the gap 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

［実施例１の変形例３］
図１４（ｄ）に示すように、下部圧電膜１４ａ、挿入膜２８ｂおよび上部圧電膜１４ｂが空隙３０の外側まで延伸している。このため、領域５４の外輪郭６４は空隙３０の外輪郭６６と略一致する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。 [Modification 3 of Example 1]
As shown in FIG. 14D, the lower piezoelectric film 14a, the insertion film 28b, and the upper piezoelectric film 14b extend to the outside of the void 30. Therefore, the outer contour 64 of the region 54 substantially coincides with the outer contour 66 of the gap 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

実施例１の変形例１から３のように、下部圧電膜１４ａ、挿入膜２８ｂおよび上部圧電膜１４ｂのそれぞれの外輪郭は、空隙３０の外輪郭６６の内側に位置、外側に位置、または略一致してもよい。 As in the first to third modifications of the first embodiment, the outer contours of the lower piezoelectric film 14a, the insertion film 28b, and the upper piezoelectric film 14b are located inside, outside, or omitted from the outer contour 66 of the gap 30. May match.

［実施例１の変形例４］
図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例４から６の断面図である。図１５（ａ）に示すように、挿入膜２８ｂの外輪郭は空隙３０の外輪郭６６より外側に位置する。このため、領域５４の外輪郭６４は空隙３０の外輪郭６６と略一致する。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。 [Modification 4 of Example 1]
15 (a) to 15 (c) are cross-sectional views of modifications 4 to 6 of the first embodiment, respectively. As shown in FIG. 15A, the outer contour of the insertion membrane 28b is located outside the outer contour 66 of the gap 30. Therefore, the outer contour 64 of the region 54 substantially coincides with the outer contour 66 of the gap 30. Other configurations are the same as those of the third modification of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

［実施例１の変形例５］
図１５（ｂ）に示すように、領域５２および５４における上部圧電膜１４ｂ上に空隙３２を介し上部電極１６が設けられている。上部圧電膜１４ｂの外輪郭は空隙３０の外輪郭６６の外側に位置する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。 [Modification 5 of Example 1]
As shown in FIG. 15B, the upper electrode 16 is provided on the upper piezoelectric film 14b in the regions 52 and 54 via the gap 32. The outer contour of the upper piezoelectric film 14b is located outside the outer contour 66 of the void 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

［実施例１の変形例６］
図１５（ｃ）に示すように、領域５２および５４における下部圧電膜１４ａ下に空隙３２を介し下部電極１２が設けられている。上部圧電膜１４ｂの外輪郭は空隙３０の外輪郭６６の外側に位置する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。 [Modified Example 6 of Example 1]
As shown in FIG. 15 (c), the lower electrode 12 is provided under the lower piezoelectric film 14a in the regions 52 and 54 via the gap 32. The outer contour of the upper piezoelectric film 14b is located outside the outer contour 66 of the void 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

実施例１の変形例５および６のように、領域５２および５４において、圧電膜１４と下部電極１２との間と、圧電膜１４と上部電極１６との間と、の少なくとも一方に空隙３２が設けられていてもよい。この場合、共振領域５０は例えば空隙３２が設けられていない領域となる。 In the regions 52 and 54, as in the modified examples 5 and 6 of the first embodiment, there is a gap 32 in at least one of the space between the piezoelectric film 14 and the lower electrode 12 and the space between the piezoelectric film 14 and the upper electrode 16. It may be provided. In this case, the resonance region 50 is, for example, a region in which the void 32 is not provided.

［実施例１の変形例７］
図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、実施例１の変形例７の断面図である。図１６（ａ）から図１６（ｄ）に示すように、領域５２の内輪郭６１は共振領域５０の外輪郭６０より外側に位置する。共振領域５０と領域５２との間には挿入膜は設けられてない。その他の構成は、それぞれ実施例１、実施例１の変形例５、６および３と同じであり説明を省略する。 [Modification 7 of Example 1]
16 (a) to 16 (d) are cross-sectional views of a modified example 7 of the first embodiment. As shown in FIGS. 16 (a) to 16 (d), the inner contour 61 of the region 52 is located outside the outer contour 60 of the resonance region 50. No insertion film is provided between the resonance region 50 and the region 52. Other configurations are the same as those of the first embodiment and the modified examples 5, 6 and 3 of the first embodiment, respectively, and the description thereof will be omitted.

実施例１およびその変形例１から６では、領域５２の内輪郭は共振領域５０の外輪郭６０に略一致しているが、実施例１の変形例７のように、領域５２の内輪郭６１は共振領域５０の外輪郭６０より外側に位置してもよい。これにより、製造工程における共振領域５０と挿入膜２８ａとの位置合わせマージンを確保することができる。領域５２の内輪郭６１と共振領域５０の外輪郭６０との距離は横モード弾性波の波長以下が好ましい。 In the first embodiment and the modified examples 1 to 6 thereof, the inner contour of the region 52 substantially coincides with the outer contour 60 of the resonance region 50, but the inner contour 61 of the region 52 is similar to the modified example 7 of the first embodiment. May be located outside the outer contour 60 of the resonance region 50. As a result, it is possible to secure an alignment margin between the resonance region 50 and the insertion film 28a in the manufacturing process. The distance between the inner contour 61 of the region 52 and the outer contour 60 of the resonance region 50 is preferably equal to or less than the wavelength of the transverse mode elastic wave.

［実施例１の変形例８］
図１７（ａ）から図１７（ｄ）は、実施例１の変形例８の断面図である。図１７（ａ）から図１７（ｄ）に示すように、領域５４の内輪郭６３は領域５２の外輪郭６２より外側に位置する。領域５２と領域５４との間には挿入膜は設けられてない。その他の構成は、それぞれ実施例１およびその変形例１から３と同じであり説明を省略する。 [Modification 8 of Example 1]
17 (a) to 17 (d) are cross-sectional views of a modified example 8 of the first embodiment. As shown in FIGS. 17 (a) to 17 (d), the inner contour 63 of the region 54 is located outside the outer contour 62 of the region 52. No insertion membrane is provided between the region 52 and the region 54. Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to third modifications thereof, respectively, and the description thereof will be omitted.

実施例１およびその変形例１から７では、領域５４の内輪郭は領域５２の外輪郭６２に略一致しているが、実施例１の変形例８のように、領域５４の内輪郭６３は領域５２の外輪郭６２より外側に位置してもよい。領域５４の内輪郭６３と領域５２の外輪郭６２との距離は横モード弾性波の波長以下が好ましい。 In the first embodiment and the modified examples 1 to 7 thereof, the inner contour of the region 54 substantially coincides with the outer contour 62 of the region 52, but the inner contour 63 of the region 54 is similar to the modified example 8 of the first embodiment. It may be located outside the outer contour 62 of the region 52. The distance between the inner contour 63 of the region 54 and the outer contour 62 of the region 52 is preferably equal to or less than the wavelength of the transverse mode elastic wave.

実施例２およびその変形例１は、空隙の構成を変えた例である。図１８（ａ）は、実施例２の圧電薄膜共振器の断面図、図１８（ｂ）は、実施例２の変形例１の圧電薄膜共振器の断面図である。図１８（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。 The second embodiment and the first modification thereof are examples in which the configuration of the void is changed. FIG. 18A is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator of Example 2, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator of Modification 1 of Example 2. As shown in FIG. 18A, a recess is formed on the upper surface of the substrate 10. The lower electrode 12 is formed flat on the substrate 10. As a result, the gap 30 is formed in the recess of the substrate 10. The gap 30 is formed so as to include the resonance region 50. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The gap 30 may be formed so as to penetrate the substrate 10. An insulating film may be formed in contact with the lower surface of the lower electrode 12. That is, the gap 30 may be formed between the substrate 10 and the insulating film in contact with the lower electrode 12. As the insulating film, for example, an aluminum nitride film can be used.

図１８（ｂ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３０ａと膜３０ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１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。また、基板１０が音響反射膜３１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３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。 As shown in FIG. 18B, an acoustic reflection film 31 is formed under the lower electrode 12 of the resonance region 50. The acoustic reflection film 31 is provided with a film 30a having a low acoustic impedance and a film 30b having a high acoustic impedance alternately. The film thicknesses of the films 30a and 30b are, for example, λ / 4 (λ is the wavelength of the elastic wave), respectively. The number of layers of the film 30a and the film 30b can be arbitrarily set. The acoustic reflection film 31 may be formed by laminating at least two types of layers having different acoustic characteristics at intervals. Further, the substrate 10 may be one of at least two types of layers having different acoustic characteristics of the acoustic reflection film 31. For example, the acoustic reflection film 31 may be configured such that a film having a different acoustic impedance is further provided in the substrate 10. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

実施例１およびその変形例において、実施例２と同様に空隙３０を形成してもよく、実施例２の変形例１と同様に空隙３０の代わりに音響反射膜３１を形成してもよい。 In the first embodiment and its modifications, the voids 30 may be formed as in the second embodiment, or the acoustic reflection film 31 may be formed instead of the voids 30 as in the first modification of the second embodiment.

実施例１およびその変形例並びに実施例２のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例２の変形例１のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。 As in the first embodiment, its modifications, and the second embodiment, the piezoelectric thin film resonator is also an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) in which a gap 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 in the resonance region 50. Good. Further, as in the first modification of the second embodiment, the piezoelectric thin film resonator is an SMR (Solidly Mounted Resonator) including an acoustic reflection film 31 that reflects elastic waves propagating in the piezoelectric film 14 under the lower electrode 12 in the resonance region 50. ) May be.

実施例１から実施例２およびその変形例において、挿入膜２８が共振領域５０を全て囲むように設けられているが、挿入膜２８は共振領域５０の少なくとも一部において共振領域５０より外側に設けられていればよい。例えば領域５２および５４は一部がカットされた環状でもよい。共振領域５０が楕円形状の例を説明したが、他の形状でもよい。例えば、共振領域５０は、四角形または五角形等の多角形でもよい。 In Examples 1 to 2 and modifications thereof, the insertion film 28 is provided so as to surround the entire resonance region 50, but the insertion film 28 is provided outside the resonance region 50 in at least a part of the resonance region 50. It suffices if it is done. For example, the regions 52 and 54 may be a partially cut ring. Although the example in which the resonance region 50 has an elliptical shape has been described, other shapes may be used. For example, the resonance region 50 may be a polygon such as a quadrangle or a pentagon.

実施例３は、実施例１、２およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１９（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図である。図１９（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１また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Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１に実施例１から２およびその変形例の弾性波共振器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等は適宜設定できる。 Example 3 is an example of a filter and a duplexer using a piezoelectric thin film resonator of Examples 1 and 2 and a modification thereof. FIG. 19A is a circuit diagram of the filter according to the third embodiment. As shown in FIG. 19A, one or more series resonators S1 to S4 are connected in series between the input terminal T1 and the output terminal T2. One or more parallel resonators P1 to P4 are connected in parallel between the input terminal T1 and the output terminal T2. The elastic wave resonators of Examples 1 to 2 and variations thereof can be used for at least one of one or more series resonators S1 to S4 and one or more parallel resonators P1 to P4. The number of resonators of the ladder type filter can be set as appropriate.

図１９（ｂ）は、実施例３の変形例に係るデュプレクサの回路図である。図１９（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０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４２が接続されている。送信フィルタ４０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４２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４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例３のフィルタとすることができる。 FIG. 19B is a circuit diagram of a duplexer according to a modified example of the third embodiment. As shown in FIG. 19B, a transmission filter 40 is connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. A reception filter 42 is connected between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. The transmission filter 40 passes a signal in the transmission band among the signals input from the transmission terminal Tx to the common terminal Ant as a transmission signal, and suppresses signals of other frequencies. The reception filter 42 passes a signal in the reception band among the signals input from the common terminal Ant to the reception terminal Rx as a reception signal, and suppresses signals of other frequencies. At least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be the filter of the third embodiment.

フィルタが実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器を含む。これにより、共振器のＱ値が向上し、フィルタのスカート特性を向上できる。また、スプリアスを抑制し、例えば通過帯域内のリップルを抑制できる。 The filter includes piezoelectric thin film resonators of Examples 1 and 2 and variations thereof. As a result, the Q value of the resonator can be improved, and the skirt characteristics of the filter can be improved. In addition, spurious can be suppressed, for example, ripple in the pass band can be suppressed.

また、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例１から２およびその変形例の圧電薄膜共振器を含むフィルタとすることができる。 Further, at least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be a filter including the piezoelectric thin film resonators of Examples 1 and 2 and its modifications.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１０基板
１２下部電極
１４圧電膜
１４ａ下部圧電膜
１４ｂ上部圧電膜
１６上部電極
２８、２８ａ、２８ｂ挿入膜
３０空隙
３１音響反射膜
４０送信フィルタ
４２受信フィルタ
５０共振領域
５２、５４領域
10 Substrate 12 Lower electrode 14 Piezoelectric film 14a Lower piezoelectric film 14b Upper piezoelectric film 16 Upper electrode 28, 28a, 28b Insertion film 30 Void 31 Acoustic reflection film 40 Transmission filter 42 Reception filter 50 Resonance region 52, 54 region

Claims

With the board
With the piezoelectric film provided on the substrate,
With the lower electrode and the upper electrode facing each other with at least a part of the piezoelectric film sandwiched between them,
It is inserted into the piezoelectric film, is provided outside the resonance region at least in a part surrounding the resonance region where the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film sandwiched, and is not provided in the resonance region. The first film thickness in the first region outside the resonance region is smaller than the second film thickness in the second region outside the first region.
Piezoelectric thin film resonator.

It is provided with an acoustic reflection layer provided in or on the substrate and including voids or an acoustic reflection film in which at least two types of layers having different acoustic characteristics are laminated.
The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the resonance region, the first region, and at least a part of the second region overlap the acoustic reflection layer in a plan view.

The piezoelectric thin film resonator according to claim 1 or 2, wherein the wave number of the transverse mode of the second region at the anti-resonance frequency of the resonance region is larger than the wave number of the transverse mode of the resonance region at the anti-resonance frequency of the resonance region.

The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency at which the wave number of the transverse mode in the first region becomes 0 is higher than the frequency at which the wave number of the transverse mode in the second region becomes 0.

The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 4, wherein the inner contour of the first region substantially matches the outer contour of the resonance region.

Any one of claims 1 to 4, wherein the inner contour of the first region is located outside the outer contour of the resonance region, and the insertion membrane is not provided between the piezoelectric film and the first region. Piezoelectric thin film resonator according to the item.

The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 6, wherein the outer contour of the first region and the inner contour of the second region substantially match.

The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 7, wherein the acoustic impedance of the insertion membrane is smaller than that of the piezoelectric membrane.

A filter including the piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 8.

A multiplexer containing the filter according to claim 9.