壓電薄膜諧振器及其制造方法、濾波器以及雙工器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的特定方面涉及壓電薄膜諧振器及其制造方法、濾波器以及雙工器。本發(fā)明的另一方面涉及被設(shè)置成具有插入壓電膜的膜的壓電薄膜諧振器、用于制造這種諧振器的方法，以及具有這種諧振器的濾波器和雙工器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用壓電薄膜諧振器的聲波裝置例如被用作諸如蜂窩電話的無線裝置中的濾波器或雙工器。壓電薄膜諧振器具有其中下電極和上電極隔著壓電膜彼此面對的結(jié)構(gòu)。
[0003]由于無線系統(tǒng)的快速普及，已經(jīng)使用了許多頻帶。由此，對于濾波器和雙工器的裙邊特性(只力一卜特性)的陡度方面的改進(jìn)存在增長需求。用于改進(jìn)該裙邊特性的陡度的措施是增大壓電薄膜諧振器的Q值。使壓電薄膜諧振器的Q值劣化的因素是從諧振器向外側(cè)泄漏聲波能量。為提高Q值，提出了在下電極或上電極的表面上設(shè)置凸起環(huán)(例如，參見日本特開專利申請N0.2006-109472)。
[0004]然而，上述申請中提出的結(jié)構(gòu)在有效抑制聲波能量從諧振區(qū)泄漏至外側(cè)方面有難度，并且在Q值提高方面無效。而且，壓電薄膜的取向影響了諧振特性，諸如有效機(jī)電耦合系數(shù)k2eff。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提高Q值并且增強(qiáng)壓電薄膜的取向。
[0006]根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供了一種壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器包括:基板；壓電膜，該壓電膜具有設(shè)置在所述基板上的下壓電膜和設(shè)置在所述下壓電膜上的上壓電膜；下電極和上電極，該下電極和上電極透過隔著所述壓電膜的至少一部分彼此面對；插入膜，該插入膜插入在所述下壓電膜與所述上壓電膜之間并且位于所述下電極和所述上電極隔著所述壓電膜彼此面對的諧振區(qū)的外周部分中，在所述諧振區(qū)的中央部分中沒有設(shè)置所述插入膜；所述下壓電膜的上表面在未設(shè)置所述插入膜的區(qū)域中具有第一粗糙度，并且在設(shè)置了所述插入膜的另一區(qū)域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了一種濾波器，該濾波器包括:輸入端子；輸出端子；以及壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器設(shè)置在所述輸入端子與所述輸出端子之間，所述壓電薄膜諧振器如上所述設(shè)置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種雙工器，該雙工器包括:發(fā)送濾波器和接收濾波器，所述發(fā)送濾波器和所述接收濾波器中的至少一方如上所述設(shè)置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了一種制造壓電薄膜諧振器的方法，該方法包括以下步驟:在基板上形成下電極；在所述下電極上形成下壓電膜；在所述下壓電膜上形成插入膜，所述插入膜設(shè)置在諧振區(qū)的外周部分中，而不設(shè)置在所述諧振區(qū)的中央部分中；處理所述下壓電膜的上表面和插入膜的上表面以具有減小的粗糙度；在所述下壓電膜和所述插入膜上形成上壓電膜，所述下壓電膜和所述上壓電膜形成壓電膜；以及在所述壓電膜上形成上電極，以形成所述上電極和所述下電極隔著所述壓電膜的一部分彼此面對的所述諧振區(qū)。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的圖，其中，部分(a)是該諧振器的俯視圖，部分(b)是插入膜的平面圖，而部分(C)是沿部分(a)中的線A-A截取的截面圖，而部分(d)是沿部分(a)中的線A-A截取的另一個(gè)截面圖；
[0011]圖2A到圖2E是例示用于根據(jù)第一實(shí)施方式制造串聯(lián)諧振器的方法的截面圖；
[0012]圖3A到圖3D是例示步驟2A到2E圖的步驟隨后的步驟的截面圖；
[0013]圖4是與針對采樣的2Θ相關(guān)聯(lián)的X射線強(qiáng)度的曲線圖；
[0014]圖5A和圖5B是與第一實(shí)施方式關(guān)聯(lián)的TEM圖像的圖；
[0015]圖6是根據(jù)第一實(shí)施方式的另一 TEM圖像的圖；
[0016]圖7是根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的示意性截面圖；
[0017]圖8是用于模擬的壓電薄膜諧振器的圖，其中，部分(a)是該諧振器的俯視圖，部分(b)是插入膜的平面圖，而部分(C)是沿部分(a)中的線A-A截取的截面圖，而部分(d)是沿部分(a)中的線A-A截取的另一截面圖；
[0018]圖9A是與楊氏模量相關(guān)聯(lián)的反諧振點(diǎn)的Q值的曲線圖，而圖9B是與楊氏模量相關(guān)聯(lián)的有效機(jī)電耦合系數(shù)k2eff的曲線圖；
[0019]圖10是根據(jù)第二實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的圖，其中，部分(a)是該諧振器的俯視圖，部分(b)是插入膜的平面圖，而部分(C)是沿部分(a)中的線A-A截取的截面圖，而部分(d)是沿部分(a)中的線A-A截取的另一截面圖；
[0020]圖1lA是根據(jù)第三實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的截面圖，而圖1lB是根據(jù)第三實(shí)施方式的變型例的壓電薄膜諧振器的截面圖；
[0021]圖12是根據(jù)第四實(shí)施方式的雙工器的電路圖；以及
[0022]圖13是發(fā)送濾波器的圖，其中，部分(a)是發(fā)送濾波器的俯視圖，而部分(b)是沿部分(a)中的線A-A截取的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面，結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
[0024]第一實(shí)施方式
[0025]圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的圖，其中，部分(a)是該諧振器的俯視圖，部分(b)是插入膜的平面圖，而部分(C)是沿部分(a)中的線A-A截取的截面圖，而圖部分⑷是沿部分(a)中的線A-A截取的另一截面圖。圖1的部分(C)例示了梯式濾波器的示例性串聯(lián)諧振器，而部分(d)例示了其示例性并聯(lián)諧振器。
[0026]現(xiàn)在參照圖1的部分(a)和(C)說明串聯(lián)諧振器S的結(jié)構(gòu)進(jìn)行。下電極12設(shè)置在基板10上，該基板可以是硅(Si)基板。具有圓頂形隆起的氣隙30在主基板10的平坦主表面與下電極12之間限定。該圓頂形隆起在周邊具有相對小的高度，而從周邊起更內(nèi)側(cè)的位置具有較大高度。下電極12包括下層12a和上層12b。例如，下層12a是鉻(Cr)膜，而上層12b是釕(Ru)膜。
[0027]在下電極12上，設(shè)置了壓電膜14，其包括具有沿(002方向的主軸的氮化鋁(AIN)作為主要成分。壓電膜14具有設(shè)置在下電極12上的下壓電膜14a，和設(shè)置在下壓電膜14a上的上壓電膜14b。在下壓電膜14a與上壓電膜14b之間插入了膜28。插入膜28沿壓電膜14的厚度中間設(shè)置。插入膜28可以位于壓電膜14厚度的中間之外。然而，位于壓電膜14厚度中間的插入膜更可能展示插入膜28的原始功能。上電極16設(shè)置在壓電膜14上，以具有其中上電極16隔著壓電膜14面對下電極12的區(qū)域(諧振區(qū)50)。該諧振區(qū)50具有橢圓形狀，具有厚度縱向振動模式的聲波在其中諧振。上電極16包括下層16a和上層16b。例如，下層16a是Ru膜，而上層16b是Cr膜。
[0028]在上電極16上設(shè)置了氧化硅膜作為頻率調(diào)節(jié)膜24。諧振區(qū)50內(nèi)的多層膜18包括:下電極12、壓電膜14、插入膜28、上電極16以及頻率調(diào)節(jié)膜24。該頻率調(diào)節(jié)膜24可以充任鈍化膜。
[0029]如圖1的部分(a)中所例示，用于蝕刻犧牲層的引入路徑33形成在下電極12上。該犧牲層是用于形成氣隙30的層。該引入路徑33的端部和環(huán)繞該端部的部分未覆蓋壓電膜14，并且孔35在下電極12中形成并且位于引入路徑33的端部。
[0030]參照圖1的部分(a)和部分(d)描繪并聯(lián)諧振器P的結(jié)構(gòu)。與串聯(lián)諧振器S相比，并聯(lián)諧振器P另外具有質(zhì)量負(fù)荷膜20，其設(shè)置在上電極16的下層16a與上層16b之間。該質(zhì)量負(fù)荷膜20例如是Ti(鈦)膜。由此，除了串聯(lián)諧振器S的多層膜以外，并聯(lián)諧振器P的多層膜18還包括形成在諧振區(qū)50中的整個(gè)表面上的質(zhì)量負(fù)荷膜20。并聯(lián)諧振器P的其它結(jié)構(gòu)和圖1的部分(c)中所示的串聯(lián)諧振器S的結(jié)構(gòu)相同，從而在此省略了其描述。
[0031]串聯(lián)諧振器S與并聯(lián)諧振器P之間的諧振頻率的差異利用質(zhì)量負(fù)荷膜20來調(diào)節(jié)。串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P這兩者的諧振頻率通過調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)膜膜24的厚度來調(diào)節(jié)。
[0032]例如，具有諧振頻率2GHz的壓電薄膜諧振器具有下列示例性尺寸。下電極12的下層12a是Cr膜，并且厚度lOOnm，而上層12b是Ru膜，并且厚度250nm。壓電膜14是AlN膜并且具有IlOOnm的厚度。下壓電膜14a和上壓電膜14b分別為550nm厚。插入膜28是氧化硅(S12)膜并且具有150nm的厚度。上電極16的下層16a是Ru膜，并且厚度250nm，而上層16b是Cr膜，并且厚度50nm。頻率調(diào)節(jié)膜24是氧化硅膜并且具有厚度50nm。質(zhì)量負(fù)荷膜26是Ti膜并且120nm厚。每個(gè)層的厚度都可以針對希望諧振特性來恰當(dāng)設(shè)計(jì)。
[0033]如圖1的部分(b)中所例示，插入膜28設(shè)置在諧振區(qū)50中