壓電薄膜共振器、濾波器和雙工器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的特定方面涉及一種壓電薄膜共振器、濾波器和雙工器，具體地，涉及在壓電膜中具有插入膜的壓電薄膜共振器、濾波器和雙工器。
【背景技術(shù)】
[0002]使用壓電薄膜共振器的聲波器件用作諸如移動(dòng)電話等的無(wú)線裝置的濾波器和雙工器。壓電薄膜共振器具有如下結(jié)構(gòu):其中下電極和上電極夾著壓電膜并且彼此面對(duì)。
[0003]隨著無(wú)線系統(tǒng)快速普及，使用許多頻帶。因此，加強(qiáng)了用于使濾波器或雙工器的圍裙特性銳化的需求。增大壓電薄膜共振器的Q值是用于使圍裙特性銳化的方法之一。聲波能從共振區(qū)域泄漏到外部是劣化壓電薄膜共振器的Q值的一個(gè)因素。
[0004]日本專(zhuān)利第2006-109472號(hào)公報(bào)(下文稱(chēng)作文獻(xiàn)I)公開(kāi)了一種通過(guò)在下電極或上電極的表面上設(shè)置環(huán)帶來(lái)改進(jìn)Q值的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種壓電薄膜共振器，該壓電薄膜共振器包括:基板；壓電膜，該壓電膜設(shè)置在所述基板上；下電極和上電極，所述下電極和上電極夾著所述壓電膜的至少一部分并且彼此面對(duì)；以及插入膜，該插入膜插入在所述壓電膜中，并且設(shè)置在共振區(qū)域的外周區(qū)域中并且不設(shè)置在所述共振區(qū)域的中心區(qū)域中，在所述共振區(qū)域的外周區(qū)域中，所述下電極和所述上電極夾著所述壓電膜并彼此面對(duì)，其中:在所述共振區(qū)域中所述下電極的邊緣面與所述下電極的下表面之間的角是銳角；并且在用于從所述共振區(qū)域引出所述上電極的一側(cè)、所述插入膜在所述共振區(qū)域中的寬度大于在用于從所述共振區(qū)域引出所述下電極的一側(cè)、所述插入膜在所述共振區(qū)域中的另一個(gè)寬度。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1的(a)示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜共振器的平面圖；
[0007]圖1的(b)示出了插入膜的平面圖；
[0008]圖1的(c)和(d)示出了沿圖1的(a)的線A-A截取的剖視圖；
[0009]圖2A和圖2B示出了共振區(qū)域的邊緣周?chē)姆糯笃室晥D；
[0010]圖3A至圖3C示出了用于描述根據(jù)第一實(shí)施方式的串聯(lián)共振器的制造方法的剖視圖；
[0011]圖4A示出了根據(jù)第一比較例的壓電薄膜共振器的平面圖；
[0012]圖4B示出了插入膜的平面圖；
[0013]圖4C和圖4D示出了沿圖4A的線A-A截取的剖視圖；
[0014]圖5A不出了相對(duì)于楊氏模量的反共振點(diǎn)的Q值；
[0015]圖5B不出了相對(duì)于楊氏模量的有效機(jī)電I禹合系數(shù)k2eff ；
[0016]圖6A和圖6B分別示出了相對(duì)于插入膜的寬度Wl和W2的反共振點(diǎn)處的Q值；
[0017]圖7A和圖7B示出了作為第一實(shí)施方式的插入膜的形狀的示例的插入膜周?chē)钠矫鎴D；
[0018]圖8A和圖SB示出了作為第一實(shí)施方式的插入膜的形狀的示例的插入膜周?chē)钠矫鎴D；
[0019]圖9A和圖9B示出了作為第一實(shí)施方式的插入膜的形狀的示例的插入膜周?chē)钠矫鎴D；
[0020]圖1OA示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的壓電薄膜共振器的平面圖；
[0021]圖1OB示出了插入膜的平面圖；
[0022]圖1OC和圖1OD示出了沿圖1OA的線A-A截取的剖視圖；
[0023]圖1lA示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的壓電薄膜共振器的平面圖；
[0024]圖1IB示出了插入膜的平面圖；
[0025]圖1lC和圖1lD示出了沿圖1lA的線A-A截取的剖視圖；
[0026]圖12A示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的壓電薄膜共振器的剖視圖；
[0027]圖12B示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的修改例的壓電薄膜共振器的剖視圖；
[0028]圖13示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的雙工器的電路圖；
[0029]圖14A示出了傳輸濾波器的平面圖和剖視圖；以及
[0030]圖14B示出了沿圖14A的線A-A截取的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]憑借文獻(xiàn)I的結(jié)構(gòu)，不可能充分抑制聲波能從共振區(qū)域泄漏到外部。因此，Q值的改進(jìn)是不充分的。
[0032]將參照附圖描述實(shí)施方式。
[0033][第一實(shí)施方式]
[0034]圖1的(a)示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜共振器的平面圖。圖1的(b)示出了插入膜的平面圖。圖1的(C)和圖1的(d)示出了沿圖1的(a)的線A-A截取的剖視圖。圖1的(c)示出了梯型濾波器的串聯(lián)共振器的剖視圖。圖1的(d)示出了梯型濾波器的并聯(lián)共振器的剖視圖。
[0035]參照?qǐng)D1的(a)和圖1的(C)，將描述串聯(lián)共振器S的結(jié)構(gòu)。下電極12設(shè)置在作為硅(Si)基板的基板10上。具有圓頂形凸起的空腔30形成在基板10的平坦主面與下電極12之間。圓頂形凸起是這樣的凸起:其中空腔30的高度在空腔30周?chē)庉^小并且空腔30的高度在空腔30的內(nèi)部較大。下電極12具有下層12a和上層12b。下層12a是例如Cr(鉻)膜。上層12b是例如Ru(釕)膜。下電極12的邊緣面58具有錐形，其中下電極12的下表面大于下電極12的上表面。
[0036]主要成分是氮化鋁(AlN)、主軸是(002)方向的壓電膜14設(shè)置在下電極12上。插入膜28設(shè)置在壓電膜14中。插入膜28大致設(shè)置在壓電膜14的沿膜厚度方向的中心處。插入膜28可以設(shè)置在除了中心之外的區(qū)域中。然而，當(dāng)插入膜28設(shè)置在壓電膜14的中心處時(shí)，增強(qiáng)了插入膜的功能。上電極16設(shè)置在壓電膜14上，使得形成下電極12與上電極16夾著壓電膜14并彼此面對(duì)的區(qū)域(共振區(qū)域50)。共振區(qū)域50具有橢圓形，并且是厚度縱向振蕩模式的聲波進(jìn)行共振的區(qū)域。上電極16具有下層16a和上層16b。下層16a是例如Ru膜。上層16b是例如Cr膜。
[0037]充當(dāng)頻率調(diào)節(jié)膜24的二氧化硅膜形成在上電極16上。共振區(qū)域50中的層壓膜18具有下電極12、壓電膜14、插入膜28、上電極16和頻率調(diào)節(jié)膜24。頻率調(diào)節(jié)膜24可以充當(dāng)鈍化膜(passivat1n film)。
[0038]如圖1的(a)所示，用于對(duì)犧牲層執(zhí)行蝕刻的引導(dǎo)路徑33形成在下電極12中。犧牲層是用于形成空腔30的層。引導(dǎo)路徑33的邊緣附近的區(qū)域不被壓電膜14覆蓋。下電極12在引導(dǎo)路徑33的邊緣處具有孔部35。
[0039]參照?qǐng)D1的(a)和圖1的(d)，將描述并聯(lián)共振器P的結(jié)構(gòu)。并聯(lián)共振器P與串聯(lián)共振器S的區(qū)別點(diǎn)在于,質(zhì)量負(fù)荷膜(mass load film) 20設(shè)置在上電極16的下層16a與上層16b之間。質(zhì)量負(fù)荷膜20是例如Ti(鈦)膜。因此，除了串聯(lián)共振器S的層壓膜之外，層壓膜18包括質(zhì)量負(fù)荷膜20，該質(zhì)量負(fù)荷膜20形成在共振區(qū)域50中的整個(gè)面上。其他結(jié)構(gòu)與串聯(lián)共振器S的圖1的(c)相同。因此，省略結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。
[0040]串聯(lián)共振器S與并聯(lián)共振器P之間的共振頻率差利用質(zhì)量負(fù)荷膜20的膜厚度來(lái)調(diào)節(jié)。串聯(lián)共振器S與并聯(lián)共振器P這兩者的共振頻率通過(guò)調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)膜24的膜厚度來(lái)調(diào)節(jié)。
[0041]在共振頻率為2GHz的壓電薄膜共振器的情況下，下電極12的下層12a是Cr膜。下層12a的厚度是lOOnm。下電極12的上層12b是Ru膜。上層12b的厚度是250nm。壓電膜14是AlN膜。壓電膜14的厚度是I lOOnm。插入膜28是二氧化硅(S12)膜。插入膜28的厚度是150nm。上電極16的下層16a是Ru膜。下層16a的厚度是250nm。上電極16的上層16b是Cr膜。上層16b的厚度是50nm。頻率調(diào)節(jié)膜24是二氧化硅膜。頻率調(diào)節(jié)膜24的厚度是50nm。質(zhì)量負(fù)荷膜20是Ti膜。質(zhì)量負(fù)荷膜20的厚度是120nm?？梢匀我庠O(shè)置各個(gè)層的膜厚度，以實(shí)現(xiàn)期望的共振特性。
[0042]如圖1的(b)所示，插入膜2