薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器制造技术

本发明专利技术提供一种薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器。包括：基板（６）、压电层（２）、具有上部电极（１０）以及下部电极（８）的压电谐振器叠堆（１２）、和空隙（４）。压电谐振器叠堆（１２）具有沿厚度方向看时上部电极和下部电极相互重叠的振动区域（４０），振动区域由第一振动区域、第二振动区域以及第三振动区域构成。沿厚度方向来看，第一振动区域存在于最外侧，第三振动区域存在于最内侧，并且与第一振动区域不相接触，第二振动区域介于第一振动区域与第三振动区域之间。振动区域（４０）的一次厚度纵向振动的谐振频率在第一振动区域中为ｆ１，在第三振动区域中为ｆ２，其中，ｆ１和ｆ２满足ｆ１＜ｆ２的关系，在第二振动区域中，从与第一振动区域相接触的外侧部分朝向与第三振动区域相接触的内侧部分，一边取从ｆ１到ｆ２之间的值，一边增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜压电谐振器和使用它的薄膜压电滤波器，特别涉及具有高品质因数⑴值)，并且抑制了噪声的产生的薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器。薄膜压电谐振器以及薄膜压电滤波器用于构成例如移动电话等的通信设备。
技术介绍
对于移动电话等的RF电路部的小型化的要求总是很高。最近，在移动电话上加入各种各样的功能的要求不断提高，为了实现这一目的，优选安装尽可能多的组件。另一方面，因为移动电话受到大小的制约，所以，最终对降低设备的专有面积(安装面积)以及高度的要求很严。因此，对于构成RF电路部的组件，也要求其专有面积小，高度低。鉴于这种情况，作为在RF电路中所使用的带通滤波器，使用能够实现小型并且轻量化的薄膜压电谐振器的薄膜压电滤波器已经被开始应用。上述的薄膜压电滤波器是使用了薄膜压电谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator =FBAR)的RF滤波器，该薄膜压电谐振器的结构为在半导体基板上以被上下的电极夹住的方式形成氮化铝(AlN)或氧化锌 (ZnO)等压电薄膜，并且为了不使弹性波能量泄漏到半导体基板中，而在其正下方设置了空洞。图17A 17C表示以往的薄膜压电谐振器的一例。图17A是其示意性俯视图；图 17B是图17A的X-X剖面图；图17C是图17A的Y-Y剖面图。图17A 17C的薄膜压电谐振器具有形成了空气隙4的基板6、和处于使边缘部被接近该空气隙4的基板6的上表面的上端缘支撑并架起的状态的压电谐振器叠堆12。该压电谐振器叠堆12具有压电薄膜2 和以将该压电薄膜夹住的方式形成的下部电极8以及上部电极10。在下文中，有时会将压电薄膜、下部电极以及上部电极的各层分别称为压电体层(压电层)、下部电极层以及上部电极层。由压电层2、下部电极层8以及上部电极层10的层叠体构成的压电谐振器叠堆12 的边缘部被架起，其中央部分(与空气隙4对应的部分)的主表面的两面都与空气以外的周围气体或真空相接触。在这种情况下，压电谐振器叠堆12形成Q值高的声波谐振器。施加到下部电极层8以及上部电极层10的交流信号具有与将压电谐振器叠堆12的音速除以该叠堆12的加权厚度的2倍后得到的值相等的频率。即，在fr = ν/2、(在此，fr是谐振频率，ν是叠堆12内的音速，、是叠堆12的加权厚度)的情况下，压电谐振器叠堆12根据该交流信号进行谐振。构成叠堆12的层内的音速根据构成各层的材料的不同而不同，因此，压电谐振器叠堆12的谐振频率不是由物理性厚度决定，而是由考虑到压电层2或下部电极层8以及上部电极层10内的音速和它们的物理性厚度的加权厚度所决定。作为压电谐振器叠堆12的发生上述谐振的区域的振动区域，是上部电极10与下部电极8在厚度方向上相互重叠的区域。关于以往的薄膜压电谐振器可知，在将谐振器的形状设成四角形以及圆形的情况下，会发生由于横向声频模式引起的特性变差。专利文献1公开了用于防止由于上述不需要的横向声频模式(杂散振动)所引起的特性变差的技术。图18A以及18B表示专利文献1所记载的薄膜压电谐振器的剖面图。 在此，通过在上部电极的端部(边缘部)设置如框架般的框架区域60，从而抑制了由于横向声频模式所引起的噪声。图18A表示在压电层为ZnO等的成为低频屏蔽型的分散曲线的类型1的压电材料的情况下所适用的结构；图18B表示在压电层为AlN等的成为高频屏蔽型的分散曲线的类型2的压电材料的情况下所适用的结构。另外，作为对于薄膜压电谐振器所要求的重要性能，有品质因数⑴值)以及机电耦合系数(kt2)的增大。通过增大Q值，能够减小FBAR滤波器的插入损耗，因此，Q值的增大对于薄膜压电谐振器来说是非常重要的因素。另外，kt2是决定薄膜压电谐振器的谐振频率和反谐振频率的频率间隔的因素，如果kt2变大，则能够增大FBAR滤波器的通带宽度。图19A以及图19B分别表示薄膜压电谐振器的阻抗特性图的一例以及史密斯圆图的一例。图中所记载的谐振频率(fs)的阻抗(Rs)和Q值(Qs)、以及反谐振频率(fp)的阻抗(Rp)和Q值Ois)成为主要的特征因素。为了增大谐振频率fs以及反谐振频率fp的Q 值，要减小Rs并增大Rp。在图19B所示的史密斯圆图中，图的左端成为谐振频率(fs)；图的右端成为反谐振频率(fp)。在从fs到fp的频率带(图的上半部分)中，薄膜压电谐振器的特性要好到与图的外圆周相接触。在薄膜压电谐振器中，Rs主要是由于电极的电阻的原因，Rp主要是因为弹性能量的热损耗和由于弹性波向振动区域外泄漏造成的能量损耗的原因。专利文献2公开了 通过导入使用AlN薄膜，在振动区域的外周部的框状上增加了上部电极的厚度的结构，从而抑制了杂散振动的产生，能够获得Q值优异的薄膜压电谐振O专利文献3公开了一种薄膜压电谐振器，其具有位于上部电极以及下部电极中的一方的表面上的环带，环带内的区域具有第一声阻抗，环带具有第二声阻抗，环带外侧的区域具有第三声阻抗，第二声阻抗大于第一以及第三声阻抗，由此，能够获得Q值优异的薄膜压电谐振器。另一方面，由于由压电层与下部电极以及上部电极构成的压电谐振器叠堆形成在空隙部上，因此，在结构上很脆弱，在制造工艺中很容易导致机械性破损。因此，为了防止薄膜压电谐振器的破损，专利文献4以及专利文献5提出用下部电极覆盖空隙部，也就是说， 将下部电极设置成与基板相接触。另外，如果在空隙部之外存在上部电极以及下部电极相互重叠的区域，则会产生不必要的电容，实效性机电耦合系数(实效性kt2)降低，因此，提出了上部电极以及下部电极相互重叠的区域形成为空隙部的内侧的方案。专利文献1 JP特许3735777号公报专利文献2 JP特开2005-236337号公报专利文献3 JP特开2006-109472号公报专利文献4 JP特开2002-140075号公报专利文献5 JP特开2006-311181号公报专利文献1所记载的方法虽然能够抑制杂散振动的产生，但是，如专利文献3所述，由于薄膜压电谐振器的Q值降低，因此不能令人满意。 专利文献2所记载的方法能够提高薄膜压电谐振器的Q值。但是，该方法的问题是因为在外周部和中心部，振动区域的厚度不同，所以在外周部和中心部，一次厚度纵向振动的谐振频率变得不同。因此，在对薄膜压电谐振器的RF信号的响应中，产生原本不需要的由于振动区域外周部的一次厚度纵向振动所产生的峰值，因而，存在导致滤波器特性变差的这一问题。而且，还存在kt2变小的这一问题。 专利文献3所记载的方法能够提高薄膜压电谐振器的Q值。但是，该方法的问题在于由于将振动区域的外周部(环带部)的声频阻抗设置成大于振动区域的中心部以及缓冲区域，即，将振动区域的外周部的厚度设置成与专利文献2相同，因此，存在与专利文献2 同样的问题。而且，由专利文献3的实施例也可知，在低于一次厚度振动模式中的谐振频率 (fs)的频率中，由于其他的振动模式引起的杂散响应变大。如上所述，在现有技术中，对于薄膜压电谐振器的要求是抑制基于由于其他的振动模式或不需要的厚度纵向振动模式所引起的杂散而导致的噪声的产生，并获得高的Q值和高的kt2。关于这一要求，到目前为止还没有充分达到，仍有改良的余地。本专利技术就是鉴于上述情况而实现的，其目的是提供一种抑制杂散噪声的产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种薄膜压电谐振器，包括：基板；位于该基板上，且具有压电层和以夹住该压电层并且彼此相对的方式形成的上部电极以及下部电极的压电谐振器叠堆；和在上述基板与上述压电谐振器叠堆之间形成的空隙或声反射层，该薄膜压电谐振器的特征在于，该压电谐振器叠堆具有沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向看时上述上部电极与上述下部电极相互重叠的振动区域，该振动区域包括第一振动区域、第二振动区域以及第三振动区域，沿上述压电谐振器叠堆的厚度方向来看，上述第一振动区域存在于最外侧，上述第三振动区域存在于最内侧，并且与上述第一振动区域不相接触，上述第二振动区域介于上述第一振动区域与上述第三振动区域之间，上述振动区域的一次厚度纵向振动的谐振频率在上述第一振动区域中为ｆ１，在上述第三振动区域中为ｆ２，其中，上述ｆ１和上述ｆ２满足ｆ１＜ｆ２的关系，在上述第二振动区域中，从与上述第一振动区域相接触的外侧部分朝向与上述第三振动区域相接触的内侧部分，一边取从ｆ１到ｆ２之间的值，一边增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩下和树，
申请(专利权)人：宇部兴产株式会社，
类型：发明
国别省市：JP