[发明专利]压电薄膜谐振器、滤波器、通信模块及通信装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电薄膜谐振器。尤其涉及在上部电极与下部电极隔着压电膜而对置的谐振部下方具有空隙的压电薄膜谐振器、以及具有该压电薄膜谐振器的滤波器、通信模块、通信装置。

背景技术

由于以便携电话为代表的无线设备的快速普及，小型且轻量的谐振器以及组合谐振器而构成的过滤器的需求增大。至今为止，一直主要使用电介质和表面声波(SAW)滤波器，但最近正在特别地关注作为高频下的特性良好、且能够实现小型化和单片化的元件的压电薄膜谐振器、以及使用压电薄膜谐振器而构成的滤波器。

作为这样的压电薄膜谐振器之一，公知有FBAR(Film Bulk AcousticResonator，压电薄膜谐振器)类型的谐振器。FBAR在基板上具有上部电极和压电膜和下部电极的层叠构造体(复合膜)，在上部电极与下部电极对置的部分的下部电极下方具有贯通孔或空腔(空隙)，以防止振动能量散逸到基板。并且，有时在下部电极下方隔着电介质膜形成空隙。可通过从背面对被用作元件基板的例如Si基板进行蚀刻来形成贯通孔。另外，可通过在基板表面的牺牲层图案上形成复合膜等的谐振器、最后去除牺牲层来形成空腔。在下面的说明中，将具有贯通孔作为空隙的压电薄膜谐振器称为“贯通孔型”，将具有空腔作为空隙的压电薄膜谐振器称为“空腔型”。

在如上构成的压电薄膜谐振器中，当在上部电极与下部电极之间施加高频的电信号时，在由上部电极与下部电极夹着的压电膜内部产生因逆压电效应而激励的弹性波或因压电效应引起的变形而产生的弹性波。并且，这些弹性波被转换成电信号。这样的弹性波在上部电极以及下部电极分别与空气接触的面上被全反射，因此成为在厚度方向上具有主位移的厚度纵向振动波。在该元件构造中，在由形成在空隙上的上部电极、压电膜以及下部电极构成的层叠构造体的合计膜厚度H为弹性波的1/2波长的整数倍(n倍)的频率下会发生谐振。弹性波的传播速度V由材料决定，谐振频率F为

F＝nV/2H

利用这样的谐振现象，能够将膜厚作为参数来控制谐振频率，从而能够制造具有期望频率特性的谐振器和过滤器。

作为上部电极和下部电极，可使用铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)等金属材料，或组合这些金属而成的层叠材料。

另外，作为压电膜，可使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PbTiO₃)等。尤其是，压电膜优选成膜时在(002)方向上具有取向轴的氮化铝(AlN)以及氧化锌(ZnO)。

作为基板，可使用硅(Si)、玻璃、砷化镓(GaAs)等。

图17是非专利文献1公开的贯通孔型的压电薄膜谐振器的剖面图。如图17所示，在具有热氧化膜(SiO₂)102的(100)Si基板101上，Au-Cr膜作为下部电极103、ZnO膜作为压电膜104以及Al膜作为上部电极105形成了层叠构造体。并且，在层叠构造体的下方，形成有空隙(贯通孔)106。空隙106是从(100)Si基板101的背面侧使用各向异性蚀刻而形成的，该各向异性蚀刻使用了KOH水溶液或EDP水溶液(乙二胺和邻苯二酚和水的混合液)。

图18是专利文献1公开的空腔型的压电薄膜谐振器的剖面图。如图18所示，在具有热氧化膜(SiO₂)202的基板201上，设有形成有下部电极203、压电膜204以及上部电极205的层叠构造体。在层叠构造体的下方，形成有空隙(空腔)206。在基板201上预先形成岛状的ZnO牺牲层图案，在牺牲层图案上形成层叠构造体，例如使用酸等蚀刻液去除位于层叠构造体下方的牺牲层，由此可形成空隙206。

关于压电薄膜谐振器，为了在下部电极与上部电极对置的谐振区域中得到高的耦合系数，优选使压电薄膜的取向性一致。但是，在下部电极的端部，存在台阶或倾斜，压电薄膜的取向性产生不连续。

该压电膜的不连续部不仅使压电薄膜谐振器的特性劣化，还对可靠性带来严重影响。

为了解决上述课题，专利文献3公开了图19以及图20所示的构造。图19是专利文献3公开的压电薄膜谐振器的平面图。图20是图19中的Z-Z部的剖面图。如图19以及图20所示，在下部电极303与上部电极305对置的区域307的区域中，上述由下部电极端部处的台阶导致的压电膜305的非连续部308位于空隙306的区域外，对上述非连续部308实质上不作为谐振器发挥功能进行了设置。

专利文献1：日本特开昭60-189307号公报