專利名稱：壓電薄膜共振元件以及利用它的電路部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator,薄膜腔聲諧振)型 或SMR (Solidly Mounted Resonator,固態(tài)裝配諧振)型的壓電薄膜共振 元件，以及利用該壓電薄膜共振元件的濾波器或分波器等電路部件。
背景技術：
眾所周知，壓電薄膜共振元件具有如下構造用電極夾持壓電膜的上
表面及下表面，在下表面電極的下部設置空隙或者聲學多層膜。壓電薄膜
共振元件具有以下功能在壓電膜的上表面電極與下表面電極之間輸入電 信號，通過壓電膜將其變換成機械位移，并且通過壓電膜、上表面電極及 下表面電極各部分的膜厚和下表面電極下部的空隙或聲學多層膜，僅提取 特定頻率的機械位移，將該機械位移再次變換為電信號而輸出到外部。
在壓電薄膜共振元件中，在下表面電極的下部設置了空隙的類型被稱
為"FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator,薄膜腔聲諧振)"，在下表而 電極的下部形成了聲學多層膜的類型被稱為"SMR (Solidly Mounted Resonator,固態(tài)裝配諧振)"。
例如，F(xiàn)BAR型壓電薄膜共振元件作為基本構造而具有圖22、圖23 所示的構造。另外，圖22是FBAR型的壓電薄膜共振元件的平面圖，圖 23是圖22的X-X線截面圖。圖22的繪有小點的部分表示壓電薄膜共振元 件的共振部。
壓電薄膜共振元件100的主要結構元件有基板101、下表面電極 102、壓電膜103、上表面電極104、端子電極102A以及端子電極104A。 下表面電極102、壓電膜103以及上表面電極104呈矩形形狀，在基板 101的上表面上按上面的次序被層疊起來。下表面電極102和上表面電極 104具有大致相同的面積，壓電膜103具有比下表面電極102和上表面電極104大的面積。在基板101的、下表面電極102和上表面電極104所面 對的位置處，形成有空隙105，該空隙105具有比該面對部分稍大的開口 面。
當在上表面電極104與下表面電極102之間施加高頻信號時，在壓電 膜103的內(nèi)部會由于逆壓電效應而激發(fā)出彈性波。該彈性波包括沿著壓 電膜103的膜厚方向的面(圖23中的zy面)而振動的波106b (以下稱為 "縱向振動波"。)、和沿著與壓電膜103的膜平行的方向的面(圖22 中的xy面)而振動的波106a (以下稱為"橫向振動波"。)。
由于縱向振動波106b分別在壓電膜103的上表面電極104側的端面和 下表面電極102側的端面上反射，因此在壓電膜103內(nèi)，通過壓電膜 103、上表面電極104以及下表面電極102的各膜厚之和H以及由它們的 材料所確定的彈性波的傳播速度V而確定的規(guī)定頻率的縱向彈性波106b 發(fā)生共振，而其他頻率的縱向彈性波106b衰減。因此，縱向彈性波106b 的頻率f包括滿足f = nXV/2H (n為整數(shù))的關系的頻率(共振頻率)， 該共振頻率的縱向彈性波106b被再次變換為電信號而被輸出到外部。
如上所述，壓電薄膜共振元件100包括利用逆壓電效應和基于機械 構造的共振現(xiàn)象將高頻的電信號(電能)變換成特定頻率的彈性波(機械 能)的構造；和將特定頻率的彈性波(機械能)再次變換為該頻率的電信 號(電能)的構造。在由電能-機械能變換的部分所產(chǎn)生的彈性波屮，橫向 彈性波106a的機械能難以被再次變換為電能，因此橫向彈性波106a在壓 電薄膜共振元件的能量變換動作中導致了能量損失。
此外，橫向彈性波106a使得在壓電薄膜共振元件IOO的共振特性屮產(chǎn) 生寄生，使得該共振特性中的振幅特性以及相位特性發(fā)生惡化。其結果 是，例如在組合多個壓電薄膜共振元件100而形成的濾波器的通過頻帶屮 產(chǎn)生波紋，并且成為導致插入損失或群時延的特性等惡化的主要原因。
然而，壓電薄膜共振元件是適用于從高頻的電信號中提取特定頻率的 濾波器的元件，例如在損失比利用SAW (Surface Acoustic Wave,聲表而 波)的共振元件低、在耐電力性或ESD (electro-static discharge;靜電釋 放)特性等方面優(yōu)異，因此作為便攜式無線電設備的收發(fā)用的濾波器或分波器等的結構元件而需求日益增高。
并且，由于在便攜式無線電設備的發(fā)送用的濾波器或分波器中要求低 功耗，在接收用的濾波器中要求高接收靈敏度，因此要求壓電薄膜元件減 少能量損失并提高Q值。
因此，以往，人們提出了提高壓電薄膜共振元件的Q值的方法或抑制 橫向彈性波的發(fā)生而減少能量損失和寄生的方法。
例如，在日本專利文獻特表2003-505906號公報(專利文獻1)和曰 本專利文獻特開2006-5924號公報(專利文獻2)中示出了以下內(nèi)容， 即將壓電膜103用具有分散關系k(o0的材料構成，該分散關系k(co)中， 在角頻率w比隔斷頻率6Je低的區(qū)域波數(shù)k為實數(shù)，如圖24所示，通過將 上表面電極104的外緣部的膜厚形成得比從該外緣部靠內(nèi)側的部分的膜厚 薄，而降低了寄生。另外，圖24也可看作是在圖23中在上表面電極 104的外緣部設置階梯，使得該階梯部分104a的膜厚H2比從該階梯部分 104a靠內(nèi)側的部分的膜厚Hl薄。具有上述分散關系k(w)的壓電膜103相 當于使用了泊松比為1/3以下的均勻材料的情形，例如使用氮化鋁 (A1N)來實現(xiàn)。
此外，在日本專利文獻特開2006-109472號公報(專利文獻3)屮， 將壓電膜用具有上述分散關系k(co)的材料構成，如圖25所示，通過將上 表面電極104的外緣部的膜厚形成得比從該外緣部靠內(nèi)側的部分的膜厚 厚，來提高共振特性的Q值。另外，圖25也可看作是在圖23中在上表 面電極104的外緣部設置突出部104b，使得該突出部104b的膜厚H3比從 該突出部104b靠內(nèi)側的部分的膜厚Hl厚。
此外，在日本專利文獻特開2006-128993號公報(專利文獻4)中， 如圖26所示，通過從壓電膜103的上表面電極104除去伸出的部分，來抑 制橫向彈性波106a的泄漏。另外，在圖26中，壓電膜103的寬度(y方 向的尺寸)比上表面電極104的寬度稍長，但這是為了顯示壓電膜103的 存在而在作圖時這樣描繪的，事實上，壓電膜103的寬度與上表面電極 104的寬度大致相同。
此外，在日本專利文獻特開2006-128993號公報(專利文獻4)中，
6如圖27所示，通過在上表面電極104的端子電極104A的上表面設置附加 電極107，抑制橫向彈性波106a的泄漏，實現(xiàn)共振特性的Q值以及電氣機 械結合系數(shù)的改善。另外，在圖27中，在附加電極107的頂端與下表面 電極102的頂端之間設置有距離D，這是因為如果附加電極107的頂端 與下表面電極102的頂端重復則特性會惡化，因而在制造上使得兩個頂端 不重復。
專利文獻l:特表2003-505906; 專利文獻2:特開2006-5924; 專利文獻3:特開2006-109472; 專利文獻4:特開2006-128993。
然而，在日本專利文獻特表2003-505906、特開2006-5924以及特開 2006-109472等各公報中所示出的、調(diào)整壓電薄膜共振元件100的上農(nóng)面 電極104的外緣部的膜厚來減少寄生，或者改善共振特性的Q值的方法 中，如果增加膜厚，雖然寄生特性得到了改善，但共振特性的Q值惡化， 相反，如果減小膜厚，則盡管共振特性的Q值得到改善，但寄生特性具有 惡化的趨勢。
對于產(chǎn)生這種趨勢的原因，能夠利用圖28來如下述地進行解釋。圖 28是在圖25中，將下表面電極102、壓電膜103以及上表面電極104的 層疊部分的區(qū)域劃分為設置于上表面電極104的外緣部的突出部104b 和下表面電極102所面對的區(qū)域(區(qū)域(B))、比該區(qū)域(B)靠外側的 區(qū)域(區(qū)域(C))、以及比區(qū)域(B)靠內(nèi)側的區(qū)域(區(qū)域(A))這三 個區(qū)域，并將各區(qū)域(A) 、 (B) 、 (C)的聲阻定義為ZA、 Zb、 Zc的 圖。
當在上表面電極104的外緣部設置了突出部104b時，區(qū)域(A)、 (B) 、(C)各區(qū)域的厚度HA、 Hb、 Hc成為Hc〈HA〈He的關系，l大l而 聲阻ZA、 ZB、 Zc的大小關系為ZC<ZA<ZB。通過使區(qū)域(B)的聲阻ZB 比區(qū)域(A) 、 (C)的聲阻ZA、 Zc大，區(qū)域(A)和區(qū)域(C)的聲阻的 不匹配被增大，因而高階的對稱及非對稱的橫向模式的彈性波在區(qū)域 (B)被反射，難以泄漏至區(qū)域(C)。其結果是，盡管主振動的頻率附近的橫向彈性波的泄漏的減少帶來了 壓電薄膜共振元件100的共振特性的Q值的提高，但由于區(qū)域(B)的橫
向彈性波的反射，在區(qū)域(A)中容易產(chǎn)生作為寄生發(fā)生的主要原因的橫 向彈性波的駐波，因此壓電薄膜共振元件100的寄生特性反而會惡化。
另一方面，如圖24所示，當在上表面電極104的外緣部設置了階梯 104a時，區(qū)域(A) 、 (B) 、 (C)各區(qū)域的厚度HA、 Hb、 Hc的關系成 為HC<HB<HA，因而聲阻ZA、 ZB、 Zc的大小關系為ZC<ZB<ZA。通過 使區(qū)域(B)的聲阻ZB處于區(qū)域(A) 、 (C)的聲阻的中間，區(qū)域(A) 和區(qū)域(C)的聲阻Za、 Zc的不匹配得到了緩和，因此高階的對稱及非對 稱的橫向模式的彈性波容易泄漏到區(qū)域(C)。
其結果是，在區(qū)域(A)中，由于橫向彈性波從區(qū)域(B)向區(qū)域 (C)的泄漏，因而難以產(chǎn)生作為產(chǎn)生寄生的主要原因的橫向彈性波的駐 波，因此壓電薄膜共振元件100的寄生特性得到了改善，但同時由于在主 振動的頻率附近橫向彈性波的泄漏增加了，因而壓電薄膜共振元件100的 共振特性的Q值反而惡化了。
因此，僅僅單純地調(diào)整使得區(qū)域(B)的厚度比區(qū)域(A) 、 (C) 厚、或者使其厚度處于區(qū)域(A) 、 (C)的中間，是難以同時對壓i乜薄膜 共振元件100的共振特性的Q值和寄生特性兩方面都進行改善的。
接著，在日本專利文獻特開2006-128993號公報所示的、在上表面Hl 極104的端子電極104A的上表面上設置附加電極107的方法中存在以下 問題。
在壓電薄膜共振元件100的制造過程中，當下表面電極102的邊緣部 分呈直角時，裂縫會以該邊緣部分為基點而進入，形成共振部的薄膜容易 損壞從而在可靠性方面存在問題，因此如圖29所示那樣地在下表面電極 102的頂端設置有傾斜面102a。因而，層疊在下表面電極102上側的壓電 膜103上產(chǎn)生了傾斜，層疊在壓電膜103上側的上表面電極104上也容易 產(chǎn)生傾斜面104c。其結果是，下表面電極102、壓電膜103以及上農(nóng)面電 極104的傾斜部分的膜厚比除此之外部分的膜厚薄，在該傾斜部分處聲阻 會發(fā)生變化。艮P，如圖29所示，將下表面電極102、壓電膜103以及上表面電極 104的層疊部分的區(qū)域分割為(A) 、 (B) 、 (C)三個區(qū)域，即將下 表面電極102的傾斜面102a和上表面電極104的傾斜面104c所面對的區(qū) 域作為區(qū)域(B)，將該區(qū)域(B)靠外側的區(qū)域作為區(qū)域(C)，將該區(qū) 域(B)靠內(nèi)側的區(qū)域作為區(qū)域(A)，如果設各區(qū)域(A) 、 (B)、 (C)的聲阻為ZA、 ZB、 Zc，則Zc〈Zb〈Za。
該聲阻的大小關系和如圖24所示在上表面電極104的外緣部上設置 階梯104a的情況相同，在上表面電極104的端子電極104A的上表面上設 置附加電極107的方法具有隱含壓電薄膜共振元件100的共振特性的Q值 惡化的主要原因的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于一..匕述問題而作出的，其目的在于提供-種實現(xiàn)了共振特 性的高Q化和寄生及能量損失被降低的壓電薄膜共振元件、以及使用該壓 電薄膜共振元件的濾波器和分波器等電路部件。
本發(fā)明的第一方式提供的壓電薄膜共振元件具有由壓電膜、下表而屯 極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜具有規(guī) 定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周上具 有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于所述 壓電膜的上表面上，所述壓電薄膜共振元件的特征在于，所述傾斜部的角 度被設定在25。到55°的范圍內(nèi)。
另外，在上述的壓電薄膜共振元件中，所述傾斜部可以被設置在所述 下表面電極的外周的一部分上。
本發(fā)明的第二方式提供的壓電薄膜共振元件的特征在于，具有由壓電 膜、下表面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述 壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上 并在外周上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電 極形成于所述壓電膜的上表面上，并且，將所述共振部的所述下表面電極 的傾斜部上的層疊區(qū)域的一部分的聲阻設定得大于所述共振部的所述下表
9面電極的傾斜部內(nèi)側的層疊區(qū)域的聲阻。
本發(fā)明的第三方式提供的壓電薄膜共振元件的特征在于，具有由壓電 膜、下表面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述 壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上 并在外周上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電 極形成于所述壓電膜的上表面上，并且，通過在所述上表面電極上的、所 述傾斜部所面對的位置的一部分上設置附加膜，使得所述共振部的所述下 表面電極的傾斜部的層疊厚度中一部分的層疊厚度大于比所述共振部的所 述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度。
另外，在上述的壓電薄膜共振元件中，也可以是在所述上表面電極 上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述上表面 電極的上表面上的、所述傾斜部所面對的位置起，跨過所述端子電極。
或者，在上述的壓電薄膜共振元件中，也可以是在所述上表而電極 上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述卜.農(nóng)面 電極的比所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側的位置起，通過所述傾斜部所面 對的位置，跨過所述上表面電極的所述端子電極。
另外，在上述的壓電薄膜共振元件中，還可以是代替所述附加膜， 通過使所述上表面電極上的設置所述附加膜的部分的膜厚比除此之外的部 分的膜厚厚，使得所述共振部的所述下表面電極的傾斜部的層疊厚度中一 部分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分 的層疊厚度。
此外，在上述的壓電薄膜共振元件中，還可以是在所述共振部的外 周部分的所述壓電膜上設置相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所 述共振部的外周部分具有與比所述共振部的所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi) 側部分的層疊厚度大致相同的層疊厚度，所述壓電膜的外周被設定在所述 上表面電極的外周的內(nèi)側。
此外，在本發(fā)明的第二或第三方式所提供的壓電薄膜共振元件中，可 以使所述傾斜部的角度被設定在25。到55。的范圍內(nèi)。
此外，在本發(fā)明的第一至第三方式所提供的壓電薄膜共振元件中，可以是所述壓電膜是具有以(002)方向為主軸的取向性的氮化鋁或者氧 化鋅。
本發(fā)明第四方式所提供的電路部件的特征在于，所述電路部件至少包 括一個本發(fā)明中的壓電薄膜共振元件。


圖1是表示本發(fā)明中的FAR型壓電薄膜共振元件的第一實施方式的基 本構造的示意圖，其中(a)為平面圖，(b)為(a)中的A-A線截面 圖2是表示試制了具有約2GHz共振頻率的第一實施方式的壓電薄膜 共振元件，并測定了其1端口特性的回損的測定結果的示意圖3是表示具有約2GHz共振頻率的比較用壓電薄膜共振元件的基木 構造的示意圖4是表示對圖3所示的壓電薄膜共振元件的1端口特性的回損進行 測定而得的測定結果的示意圖5是用于通過數(shù)值解析對下表面電極端部的傾斜對壓電薄膜共振兀 件的共振特性帶來的影響進行考察的壓電共振元件的模型圖6是表示以下部電極的端部的傾斜角為參數(shù)來計算共振頻率F的阻 抗而得到的結果的示意圖7是表示以下部電極的端部的傾斜角為參數(shù)來計算反共振頻率下的 阻抗而得到的結果的示意圖8是表示對將傾斜角取為90°時反共振頻率下的壓電膜的厚度方向 的位移分布進行數(shù)值解析而得到的結果的示意圖9是表示對將傾斜角取為90°時反共振頻率下的壓電膜的橫向上的 位移分布進行數(shù)值解析而得到的結果的示意圖IO是表示對將傾斜角取為8°時反共振頻率下的壓電膜的厚度方向 上的位移分布進行數(shù)值解析而得到的結果的示意圖11是表示對將傾斜角取為8°時反共振頻率下的壓電膜的橫向上的 位移分布進行數(shù)值解析而得到的結果的示意圖；圖12是在圖7的反共振頻率阻抗的特性上、重疊了在圖5所示的壓電 薄膜共振元件的模型中假設將右側的端面完全固定時的反共振頻率阻抗的
特性的圖13是表示圖12所示的反共振頻率阻抗的兩個特性的差分特性的示 意圖14表示本發(fā)明中的FAR型壓電薄膜共振元件的第二實施方式的基 本構造的示意圖，其中(a)為平面圖，(b)為(a)中的A-A線截面 圖15是表示本發(fā)明中的FAR型壓電薄膜共振元件的第三實施方式的 基本構造的示意圖，其中(a)為平面圖，(b)為(a)中的A-A線截面 圖16是表示本發(fā)明中的FAR型壓電薄膜共振元件的第四實施方式的 基本構造的示意圖，其中(a)為平面圖，(b)為(a)中的A-A線截而
圖17是表示本發(fā)明中的SMR型壓電薄膜共振元件的基木構造的示意 圖，其中(a)為平面圖，(b)為(a)屮的A-A線截面圖18是表示本發(fā)明的濾波器的構造的示意圖19是表示圖18所示的濾波器的電路的示意圖20是表示對圖19所示的梯級型帶通濾波器的通過特性進行測定而 得的測定結果的示意圖21是分波器的基本框圖22是表示FBAR型的壓電薄膜共振元件的基本構造的平面圖； 圖23是圖22中的X-X線截面圖24是表示以往的FBAR中降低寄生的構造的截面圖； 圖25是表示以往的FBAR中改善Q值的構造的截面圖； 圖26是表示以往的FBAR中抑制橫向彈性波的泄漏的構造的截面
圖27是表示以往的FBAR中抑制橫向彈性波的泄漏、并且實現(xiàn)共振 Q值以及電氣機械耦合系數(shù)的改善的構造的截面圖；圖28在圖25的構造中定義出聲阻不同的三個區(qū)域的圖29是表示在圖27的構造中在下表面電極的端部上產(chǎn)生了傾斜的狀
態(tài)的主要部分截面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行具體說明。
圖1是表示本發(fā)明中的壓電薄膜共振元件的第一實施方式的基本構造
的圖。該圖的(a)為平面圖，該圖的(b)為該圖的(a)中的A-A線截 面圖。另外，在圖l的(a)中，將附加膜8畫在了比端子電極7稍微靠內(nèi) 側的地方，但這是為了顯示出端子電極7的存在而在繪圖時如此畫出的， 實際上附加膜8與端子電極7的尺寸大致相同。此外，為了易于觀看而用 粗線畫出了上表面電極5和端子電極7，并在附加膜8上畫出了小點。在 其他對應的平面圖中也同樣具有這些小點。
圖1所示的壓電薄膜共振元件1是FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator,薄膜腔聲諧振)型的。壓電薄膜共振元件1的主要結構元件 有基板2、下表面電極3、壓電膜4、上表面電極5、端子電極6、端子 電極7以及附加膜8。
下表面電極3呈橢圓形，用長軸將該橢圓形一分為二，在其屮一個橢 圓形的端部(圖1中左側的端部)沿著短軸延伸設置有端子電極6。同 樣，上表面電極5也呈橢圓形，用長軸將該橢圓形一分為二，在其屮一個 橢圓形的端部(圖1中右側的端部)沿著短軸延伸設置有端子電極7。因 此，下表面電極3和端子電極6、上表面電極5和端子電極7各自在整體 上形成前方后圓的電極膜。
對于下表面電極3中構成共振部的部分，如果邊緣呈直角則冇山丁-裂 縫等而導致?lián)p壞的擔心，因而如圖l的(b)所示，使其端部相對于基板2 的上表面傾斜。尤其是，在圖1的(a)中從(O順時針到(口)的范圍 Wl內(nèi)，為了防止彈性波的橫向泄漏而呈最佳傾斜角a，上表面電極5的 范圍Wl這部分的傾斜角a被設定為25° 55°范圍內(nèi)的最佳傾斜角(例 如大約為30°)。另外，將傾斜角a選定在25° 55°范圍內(nèi)的技術意義
13將在后面講述。
另外，由于下表面電極3及端子電極6被圖樣化成一體，因而在本實
施方式中，下表面電極3及端子電極6的前方后圓形狀的電極膜的端部以 大約30°的傾斜角a傾斜。
此外，對于上表面電極5和端子電極7的前方后圓形狀的電極膜，也 和下表面電極3及端子電極6相同，在其端部設置有大約30°的傾斜角 a。特別是，在圖l的(a)的從(,)順時針到(口)的范圍W2這部分 的傾斜角設定成大約30。。
壓電膜4和上表面電極5及端子電極7大致相同，具有前方后圓的形 狀。附加膜8與端子電極7大致相同而具有矩形形狀，附加膜8的面臨上 表面電極5那側的端部(在圖1中為左側的端部)比端子電極7延仲得稍 長，使得該端部與上表面電極2局部重疊。其端部超出上表面電極5的傾 斜部分，在平坦部上延伸以伸出尺寸dl 。
如圖l的(b)所示，壓電膜4的端部周圍相對于下表面電極3的上表 面以角度/3 (例如為50° 60°左右)傾斜。另外，在圖1的(b)中， 壓電膜4右端的截面也傾斜，但該傾斜并不是積極地發(fā)生的。
在基板2的上表面依次層疊著下表面電極3和端子電極5的各電極 膜、壓電膜4、下表面電極5和端子電極7的各電極膜、以及附加膜8。 在基板2的、下表面電極3和上表面電極5面對的位置處形成有空隙9， 該空隙9具有比該面對的部分稍大的開口面。
基板2由硅(Si)基板或玻璃基板構成。例如用氟類氣體從基板2的 背面進行干式蝕刻，由此形成空隙9。也可以通過在設置于基板表面上的 犧牲層上進行濕式蝕刻等來形成空隙9。
下表面電極3和端子電極6的各電極膜、以及上表面電極5和端子電 極7的各電極膜由含有鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉭 (Ta)、鉬(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、銥(Ir)等的金屬電極膜構 成。壓電膜4由使用了泊松比為1/3以下的均勻材料的薄膜構成。壓電膜 4中包括顯示出以(002)方向為主軸的取向性的、使用了氮化鋁 (A1N)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛(PbTi03)等的薄膜。
下表面電極3和端子電極6的各電極膜、上表面電極5和端子電極7
的各電極膜、壓電膜4例如通過制膜、曝光、蝕刻工序而形成。下表面電 極3的傾斜部3a例如通過使用離子減薄法傾斜地蝕刻而傾斜形成角度a 。 或者，當將光刻膠作為掩模材料利用基于Ar離子的干式蝕刻法而形成下 表面電極3時，通過控制光刻膠的端部形狀而將下表面電極3的端部的傾 斜角a形成為期望的角度。另外，可以通過對顯影后的過熱溫度、過熱時 間、加熱氣氛進行控制來調(diào)節(jié)光刻膠的端部形狀。此外，通過使用濕式蝕 刻法對壓電膜4進行蝕刻，使壓電膜4的傾斜部分4a (以下稱為"傾斜部 4a"。)傾斜形成為期望的角度e。
附加膜8由含有金(Au)、鈦(Ti)等的金屬膜構成。例如，附加膜 8由雙層膜構成，該雙層膜是通過形成鈦(Ti)的薄膜作為襯底膜，并在 其上形成金(Au)的薄膜而得到的。當附加膜8通過金(Au)和鈦(Ti) 的雙層膜而形成時，能夠?qū)⒃撾p層膜兼用作用于形成倒裝芯片安裝的凸點 (b腿p)形成用的襯底，因此具有不會使得制造工序復雜化的優(yōu)點。 接著，對壓電薄膜共振元件1的共振動作進行說明。 在圖1中，下表面電極膜3、壓電膜4以及上農(nóng)面電極5重疊的部分 是彈性波進行共振的部分(以下稱為"共振部"。)，除此之外的部分是 彈性波不共振的部分(以下稱為"非共振部"。)。下表面電極3以及上 表面電極5重疊的部分為橢圓形，因而壓電薄膜共振元件1的屮央的橢岡 形部分為共振部。
如圖1的(b)所示，將橢圓形的共振部的短軸方向的區(qū)域分成 (A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)四個區(qū)域，即將下表面電極3的傾斜部 3a與上表面電極5以及附加膜8重疊的區(qū)域作為區(qū)域(C)，將比該區(qū)域 (C)靠外側并且壓電膜4和上表面電極5及附加膜8重疊的區(qū)域作為區(qū) 域(D)，將比該區(qū)域(C)靠內(nèi)側并且下表面電極3和上表而電極5以及 附加膜8重疊的區(qū)域(附加膜8的端部向上表面電極5伸出dl的區(qū)域)作 為區(qū)域(B)，將比該區(qū)域(B)靠內(nèi)側并且下表面電極3與上表面電極5 重疊的區(qū)域作為區(qū)域(A)，將各區(qū)域(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)的膜厚設為HA、 HB、 Hc、 HD，將聲阻設為ZA、 ZB、 Zc、 ZD。
另外，聲阻用材料的密度和音速的積來表示，當材料確定后，是該材 料的固有值。區(qū)域(A)的聲阻ZA是由下表面電極3、壓電膜4以及上表 面電極5的層疊部分整體所確定的固有值，區(qū)域(B) 、 (C)的聲阻 ZB、 Zc是由下表面電極3、壓電膜4、上表面電極5以及附加膜8的層疊 部分整體所確定的固有值，區(qū)域(D)的聲阻ZD是由壓電膜4、上表面電 極5以及附加膜8的層疊部分整體所確定的固有值。
如圖1的(b)所示，將區(qū)域(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)的膜厚的 大小關系設定為HA<HD <HC<HB，將聲阻的大小關系也設定為ZA<ZD <ZC<ZB。通過使區(qū)域(B) 、(C)的聲阻ZB、 Zc比區(qū)域(A)、 (D)的聲阻ZA、 Zd大，區(qū)域(A)和區(qū)域(D)的聲阻的不匹配增火了， 因此從橢圓形的共振部的中心O呈放射狀傳播的橫向彈性波中，傳播到端 子電極7側的高階的對稱及非對稱的橫向模式的彈性波(更具體來說，是 傳播到圖1的(a)中從(^f)順時針到(口)的范圍Wl的橫向彈性波) 在區(qū)域(B)中被反射，難以泄漏到區(qū)域(C) 、 (D)巾。
另一方面，橢圓形的共振部中，圖1的(a)中從逆吋針到 (口)的范圍W2內(nèi)，壓電膜4的截面形狀如圖l的(b)所示相對于下表 面電極3的上表面以角度P傾斜，上表面電極5的端部如屋檐那樣突出， 因此與不具有這種截面形狀的情況相比，共振部的反共振阻抗較大。因 此，抑制了從橢圓形狀的共振部的中心0呈放射狀傳播的橫向彈性波中 的、傳播到上述范圍W2的橫向彈性波向非共振部側的泄漏。
其結果是，橫向彈性波向非共振部側的泄漏得到抑制，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電 薄膜共振元件1的能量損失的降低以及共振特性的Q值的提高。
此外，當在橢圓形狀的共振部的外周設置了附加膜8時，寄生的發(fā)生 頻率根據(jù)該附加膜8的寬度尺寸的不同而變化，但由于如圖l的(a)所示， 附加膜8僅被設置在橢圓形狀的共振部與端子電極7的邊界部分上，除此 之外的部分沒有設置，因而在共振部的設置了附加膜8的部分(圖1的
(a)中從(一)順時針到(口)的范圍W1的部分)和除此之外的部分， 共振部中寄生的發(fā)生頻率是不同的。對稱。因而，發(fā)揮出了在共振部中設置有 附加膜8的部分和沒有設置附加膜8的部分處所產(chǎn)生的寄生相互抵消的作 用，寄生的產(chǎn)生也得以抑制。
艮口，以往無法對共振特性的Q值、寄生特性以及能量損失全都進行改 善，而根據(jù)本實施方式中的壓電薄膜共振元件1，能夠?qū)崿F(xiàn)共振特性的高
Q化以及寄生的降低。
此外，由于用導體構成附加膜8，因而能夠降低上表面電極5和端子 電極7的電阻，從而進一歩改善壓電薄膜共振元件1的Q值。
此外，由于將附加膜8跨過區(qū)域(B) 、 (C) 、 (D)而形成，因而 能夠防止在上部電極5和端子電極7的傾斜部分產(chǎn)生裂紋，從而能夠使可 靠性提高。
圖2是試制了具有約2GHz共振頻率的壓電薄膜共振元件1，并測定 了l端口特性的回損的測定結果的圖。
試制的壓電薄膜共振元件1是如下制成的在硅基板2上，層疊由 240nmm的釕(Ru)膜和100nm的鉻(Cr)膜這雙層膜形成的下表面電極 3及端子電極6、由1150nm的氮化鋁(A1N)單層膜形成的壓電股4、 ||:| 240nmm的釕(Ru)單層膜形成的上表面電極5及端子電極7、由500nm 的金(Au)膜和100nm的鈦(Ti)膜這雙層膜形成的附加膜8。共振部是 具有長軸200/mi、短軸165/mi的尺寸的橢圓形。下表面電極3的傾斜部 3a的傾斜角約為30° 。附加膜8向上表面電極5側延伸出的的尺寸dl為
在圖2中，P點是共振頻率fP (1963MHz) ， Q點是反共振頻率fQ (2024MHz)。縱軸表示衰減量(dB)，橫軸表示頻率(MHz)。
這意味著，距OdB的衰減量越小，壓電薄膜共振元件1的Q值越高。 此外，在共振頻率fP以下的區(qū)域中衰減量頻繁地急劇變化表示的是寄生的 發(fā)生狀態(tài)。該變動量越小則意味著寄生越小。
圖3示出了為了評測圖2的特性而試制的具有約2GHz共振頻率的比 較用的壓電薄膜共振元件的基本構造，圖4示出了對該比較用的壓電薄膜 共振元件的1端口特性的回損進行測定而得的測定結果。
17圖3所示的比較用的壓電薄膜共振元件的基本構造相對于圖1所示的 第一實施方式的壓電薄膜共振元件1的基本構造來說，不同的僅在于附加 膜8在短軸方向上的長度。
艮P，將圖3的(a)和圖1的(a)進行對比即可發(fā)現(xiàn)，以往結構的壓 電薄膜共振元件l'的附加膜8僅設置在不與區(qū)域(D)的空隙9重疊的部 分，沒有延伸至區(qū)域(B) 、 (C)的部分。另外，與區(qū)域(D)的空隙9 重疊的部分的尺寸d2約為5/mi。
將圖2和圖4的回損特性進行比較可知，第一實施方式中的壓電薄膜 共振元件1的衰減量在P點(共振頻率fp)減少約0.025dB，在Q點(反 共振頻率fQ)減少約0.06dB，無論在哪一個頻率下Q值都高。此外，對于 共振頻率fp以下的區(qū)域中衰減量的變動幅度，平均算起來第一實施方式中 的壓電薄膜共振元件l也較小，寄生也變小了。
因此，可以說通過將FBAR型的壓電薄膜共振元件1做成圖1所示的 結構，能夠?qū)崿F(xiàn)共振特性的高Q化以及寄生的降低。
接著，說明將下表面電極3的傾斜角a選定在的25。 55°范圍內(nèi)的 技術意義。
圖5是用于通過數(shù)值解析對下表面電極端部的傾斜對壓電薄膜共振元 件的共振特性帶來的影響進行考察的壓電共振元件的模型圖。圖5的(a) 是平面圖，圖5的(b)是(a)的A-A線截面圖。
圖5所示的壓電薄膜共振元件的模型圖相對于圖l所示的壓電薄膜共 振元件1來說，不同之處僅在于基本結構不同，即沒有設置附加股8， 以及將壓電膜4設置到端子電極6的上表面為止?；?的材料是硅，壓 電膜4的材料是氮化鋁，下部電極3和端子電極6、以及上部電極5和端 子電極7的材料是釕。此外，基板2的厚度H為300/mi，壓電膜4的厚度 H2為1200nm，下部電極3和端子電極6的厚度Dl、以及上部電極5和端 子電極7的厚度D2分別為250nm。
數(shù)值解析是如下進行的為了簡化而假設波動不向壓電層4的縱深方 向(圖5的(a)中的Y方向)傳播，而僅在縱橫方向(圖5的(b)中的 Z方向以及X方向)，波動能量在壓電層4的右端面(圖5中右側的端面)處被全部吸收，不產(chǎn)生反射，如此，通過考慮了壓電特性的有限元法 來計算壓電層4內(nèi)的位移。
圖6示出了以下部電極3的端部的傾斜角a為參數(shù)來計算共振頻率fr 處的阻抗Zfr (以下稱為"共振頻率阻抗Zfr"。)而得到的結果，圖7示 出了以下部電極3的端部的傾斜角a為參數(shù)來計算反共振頻率fn處的阻抗 Zfn (以下稱為"反共振頻率阻抗Zfr")而得到的結果。
根據(jù)圖6、圖7可知，共振頻率阻抗Zfr與傾斜角a無關而大致固定， 但反共振頻率阻抗Zfo受傾斜角a的影響，在30°附近具有極大值。
然而，反共振頻率阻抗Zfo由壓電膜4內(nèi)的靜電能和動能的相互轉換 而確定，在靜電能和動能毫無損失地相互轉換的理想狀態(tài)下其無限大，但 由于實際上必然會發(fā)生損失，因而反共振頻率阻抗Zft具有有限的值。并
且，反共振頻率阻抗Zfn越大則損失越少，可以說共振元件的Q值很高。
根據(jù)圖7，具有圖5所示的模型構造的壓電薄膜共振元件具有反共振 頻率阻抗Zfn依賴于傾斜角a的特性，并且其特性具有極大值，因而如果 將傾斜角a選為反共振頻率阻抗Zft取極大值的大約30°的角度，則能夠 盡可能地提高壓電薄膜共振元件的Q值。
圖8、圖9示出了對將傾斜角a取為90°吋反共振頻率fo下的壓電膠 4的位移分布進行數(shù)值解析而得到的結果，圖10、圖11示出了對將傾斜 角a取為8°時反共振頻率fo下的壓電膜4的位移分布進行數(shù)值解析而得 到的結果。另外，在圖5的(b)所示的模型圖中，計算壓電膜4的位移 分布的模型的前提是假設共振部的大致中央的N為對稱邊界，假設壓電 膜4和基板2之間的界面被完全固定。
圖8、圖IO示出了壓電層4的厚度方向(圖5的(b)巾的Z方向) 上的位移分布，圖9、圖11使出了壓電層4的橫向(圖5的(b)中的X 方向)上的位移分布。此外，圖8 圖11的M表示壓電層4的表面開始 傾斜的位置，相當于圖5的(b)中的M的位置。在圖8 圖11中，M左 側的區(qū)域相當于共振部，右側的區(qū)域相當于非共振部。此外，壓電層4內(nèi) 的條紋模樣是通過畫出等位線而成的，其表示的是條紋密度高的部分位 移大，條紋密度小的部分位移小。根據(jù)圖10、圖11可知，在傾斜角為8。的情況下，對于X方向的位移 和Z方向的位移都是共振部比非共振部大，彈性波集中于共振部。g卩，可 以說在傾斜角為8。的情況下，在共振部上產(chǎn)生的彈性波向非共振部的泄露
少。另一方面，根據(jù)圖8、圖9可知，在傾斜角為90。的情況下，盡管對于 Z方向的位移來說是共振部比非共振部大，但對于X方向的位移來說共振 部與非共振部之間沒有差別，在共振部上產(chǎn)生的彈性波向非共振部的泄露變大。
由于壓電薄膜共振元件1利用的是厚度方向(圖5中的Z方向)的振 動(縱向彈性波)，因而壓電膜4在Z方向上具有分極軸，Z方向的振動 (機械能)被轉換成電能，但X方向的振動(橫向彈性波)沒被轉換成電 能，而是成為了能量損失。因此，可以說在傾斜角Qf為90。的吋候，能量 損失比傾斜角a為8。的時候大。
圖8 圖11所示的位移分布解析是針對圖7所示的反共振頻率阻抗 ZfJ勺特性中的、在傾斜角ce的范圍兩側附近阻抗值比較接近的8°和90°進 行研究的。圖8 圖11的位移分布揭示出在比具有極大值的30°傾斜伯 小的區(qū)域內(nèi)的8。傾斜角的情況下、和比30。傾斜角大的區(qū)域內(nèi)的90°傾斜 角的情況下，彈性波在壓電層4中的傳播模式不同，在具有極大值的30° 傾斜角附近傳播模式發(fā)生了變化。
圖12在圖7的反共振頻率阻抗ZfJ勺特性上、重疊了在圖5所示的壓 電薄膜共振元件的模型中假設將右側的端面2a完全固定吋(即，假設彈性 波在端面2a上被反射時)的反共振頻率阻抗Zfn的特性。特性A是閣7所 示的反共振頻率阻抗Zfn的特性，特性B是假設彈性波在端面2a上反射吋 的特性。此外，圖13示出了圖12所示特性B與特性A的差分特性。
根據(jù)圖13，在傾斜角a為約25°到50。之間大致線性地上升，在約60° 到90。之間大致平坦地變化。直線Tl是代表25°到50。之間的線性變化的 線，直線T2是代表60°到90。之間的平坦變化的線。直線Tl和直線T2交 差的點R的傾斜角a約為55°。
如果用在點R處連接直線Tl和直線T2而成的折線來近似表現(xiàn)反共振
頻率阻抗Zfn的差分特性，可知反共振頻率阻抗Zft的差分特性在傾斜角
20a為約25。以下時不穩(wěn)定，為25。以上時穩(wěn)定，并且，在25。 55。的區(qū)域以 及55。 90。的區(qū)域，特性急劇變化。
在25。 55。的區(qū)域內(nèi)反共振頻率阻抗Zfn的差分特性線性地上升表 示隨著傾斜角a的增加(隨著下部電極3的邊緣的立起)，在共振部產(chǎn) 生的彈性波(振動能量)向非共振部的泄漏增加；而當達到55。以上時其 特性變得平坦是因為下部電極3的邊緣對彈性波向非共振部的泄漏幾乎 沒有抑制效果的緣故。因此，可以說只要將傾斜角a設為90。以下就能夠 抑制振動能量向非共振部的泄漏，但為了使該抑制有效地發(fā)揮作用，最好 設定在55。以下。
另一方面，當將傾斜角a設為25。以下時反共振頻率阻抗Zft的差分特 性變得不穩(wěn)定，這是由于在共振部上激發(fā)了 X方向的振動(橫向彈性波) 而導致的。因此，只要將傾斜角a至少設定在25。 55。的范圍內(nèi)，就能夠 抑制共振部上的橫向波的激發(fā)，并且能夠有效地抑制在共振部產(chǎn)生的縱向 彈性波向非共振部的泄漏。
尤其是，根據(jù)圖7，如果將傾斜角a設為大約30。，則反共振頻率阻抗 Zft具有極大值，因而優(yōu)選將傾斜角ce設定在30°附近，由此還能實現(xiàn)壓電 薄膜共振元件1的高Q化。
在第一實施方式中，如圖1所示，將附加膜8形成為從端子電極7延 伸至上表面電極5，但附加膜8的形成方法不限于此。例如，也可以將附 加膜8形成為圖14 圖16所示的形狀。
圖14所示的壓電薄膜共振元件1A將附加膜8僅設置在區(qū)域(C) (下表面電極3的傾斜部3a和上表面電極5重疊的區(qū)域)的部分。以卜_， 將該實施方式稱為第二實施方式。
如圖14的(b)所示，將第二實施方式中的壓電薄膜共振元件1A的 區(qū)域(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)的膜厚的大小關系設為HD<HB = HA <HC，將聲阻的大小關系設為ZD<ZB = ZA<ZC。由于在第二實施方式 中，區(qū)域(C)的聲阻Zc也比區(qū)域(A) 、 (B) 、 (D)的聲阻ZA 、 ZB 、 Zd大，因此區(qū)域(A) 、 (B)和區(qū)域(D)之間的聲阻的不匹配增 大。因此從橢圓形的共振部的中心O呈放射狀傳播的橫向彈性波中，傳播到端子電極7側的高階的對稱及非對稱的橫向模式的彈性波在區(qū)域(C) 中被反射，難以泄漏到區(qū)域(D)中。
因此，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電薄膜共振元件1A的能量損失的降低和共振特性
的Q值的提高。此外，通過將下部電極3的端部的傾斜角o;設定為大約 30。可實現(xiàn)高Q化。
圖15所示的壓電薄膜共振元件1B將附加膜8僅設置在區(qū)域(B)、
(C) (下表面電極3的傾斜部3a和上表面電極5重疊的區(qū)域以及其內(nèi)側 的一部分區(qū)域)的部分。以下，將該實施方式稱為第三實施方式。
如圖15的(b)所示，將第三實施方式中的壓電薄膜共振元件1的區(qū) 域(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)的膜厚的大小關系設為HD<HA<HC< HB，將聲阻的大小關系設為ZD<ZA<ZC<ZB。由于在第三實施方式中， 區(qū)域(B) 、 (C)的聲阻ZB、 Zc比區(qū)域(A) 、 (D)的聲阻ZA、 ZD 大，因此區(qū)域(A)和區(qū)域(D)之間的聲阻的不匹配增大。因此從橢圓 形的共振部的中心O呈放射狀傳播的橫向彈性波中，傳播到端子電極7側 的高階的對稱及非對稱的橫向模式的彈性波在區(qū)域(B)中被反射，難以 泄漏到區(qū)域(D)中。
因此，壓電薄膜共振元件IB也能夠?qū)崿F(xiàn)的能量損失的降低和共振特 性的Q值的提高。此外，通過下部電極3的端部的傾斜角a設定為大約 30?？蓪崿F(xiàn)高Q化。
此外，由于將附加膜8跨過區(qū)域(B) 、 (C)而形成，因而能夠防止 在上部電極5和端子電極7的傾斜部分上產(chǎn)生裂紋，從而能夠使nj靠性提 高。
圖16所示的壓電薄膜共振元件1C將附加膜8僅設置在區(qū)域(C)、
(D) (下表面電極3的傾斜部3a和上表面電極5重疊的區(qū)域以及其外側 的區(qū)域)的部分。以下，將該實施方式稱為第四實施方式。
如圖16的(b)所示，將第四實施方式中的壓電薄膜共振元件1的區(qū) 域(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)的膜厚的大小關系設為HB = HA<HD< Hc，將聲阻的大小關系設為ZB = ZA<ZD<ZC。在第四實施方式中，區(qū)域 (C)的聲阻Zc比區(qū)域(D)的聲阻Zd大，區(qū)域(A) 、 (B)的聲阻ZA、 Zb比區(qū)域(D)的聲阻Zd小。因此在第四實施方式中，區(qū)域(A)和
區(qū)域(D)之間的聲阻的不匹配也增大，因而從橢圓形的共振部的中心0 呈放射狀傳播的橫向彈性波中，傳播到端子電極7側的高階的對稱及非對 稱的橫向模式的彈性波在區(qū)域(C)中被反射，難以泄漏到區(qū)域(D)中。
因此，壓電薄膜共振元件1C也能夠?qū)崿F(xiàn)能量損失的降低和共振特性 的Q值的提高。此外，通過將下部電極3的端部的傾斜角a設定為大約 30?？蓪崿F(xiàn)高Q化。
另外，第二實施方式 第四實施方式中的附加膜8僅被設置在橢圓形 的共振部與端子電極7的邊界部分處，而在此以外的部分上沒有設置，這 點與第一實施方式是相同的，因而在第二實施方式 第四實施方式中，通 過與第一實施方式同樣的作用可抑制寄生特性。
在第一實施方式 第四實施方式中，對于附加膜8的膜厚，在Au/Ti 的情況下，為了獲得期望的效果優(yōu)選為Au (200nm) /Ti (100nm)以卜.。 此外，在第一實施方式中，附加膜8的膜厚和寬度dl的最佳伯:根據(jù)彼此 數(shù)值的不同會受到影響，由于與壓電薄膜共振元件1的共振頻率、材料等 也相關，因此可根據(jù)適當?shù)腇EM (Finite Element Method,有限元法)等 的模擬與實驗值來確定。
此外，在第一實施方式 第四實施方式中，也可以代替附加膜8而增 厚上表面電極5上的形成附加膜8的部分的膜厚。SP，代替圖1、圖14 圖16的附加膜8，而使得上表面電極5上的附加膜8的形成部分的膜厚增 加該附加膜8的厚度的量。
如此，在代替附加膜8而使上表面電極5的膜厚部分地變化的情況 下，也能夠構成上述的區(qū)域(A) (D)的聲阻za z。的大小關系，能 夠獲得與上述作用/效果相同的作用/效果。
對于形成附加膜8的區(qū)域或使上表面電極5的膜厚增加的范圍，可根 據(jù)適當?shù)腇EM等的模擬和實驗值來導出最佳值。
此外，形成附加膜8的地方不限于上表面電極5的上表而，也可以是 下表面電極3的上表面或下表面、或者壓電膜4的上表面等。作為使得區(qū) 域(A) (D)各區(qū)域的厚度發(fā)生改變的方法，不限于上表面電極5或附加膜8，也可以改變壓電膜4的膜厚。
在上述第一實施方式 第四實施方式中，是針對FAR型的壓電薄膜共 振元件進行的說明，但本發(fā)明也能夠應用于SMR型的壓電薄膜共振元 件。
圖17是表示在SMR型的壓電薄膜共振元件中設置了上述第一實施方 式中的附加膜8的基本構造的示意圖。該圖的(a)為平面圖，(b)為 (a)中的A-A線截面圖。
將圖17與圖l進行比較可發(fā)現(xiàn)，沒有設置在圖1的構造中在基板2上 的空隙9，而是代替該空隙9而在下表面電極3和端子電極6的電極與基 板2之間設置了聲學反射膜10。眾所周知，聲學反射膜IO是將聲阻高的 膜10a和聲阻低的膜10b交替層疊X/4 (入為彈性波的波長)的厚度而成 的。
在圖17所示的SMR型的壓電薄膜共振元件1D (以下將該實施方式 稱為"第五實施方式"。)中，通過附加膜8，區(qū)域(A) (D)的膜厚 的大小關系為HA<HD<HC<HB，因而聲阻的大小關系為ZA<ZD<ZC< ZB，能夠起到與第一實施方式同樣的作用/效果。
另外，也可以將第五實施方式中的壓電薄膜共振元件ID的附加膦8 的形狀改變?yōu)閳D14 圖16所示的第二實施方式 第四實施方式的形狀。
為了獲得本發(fā)明的效果，在上述第一實施方式 第五實施方式中，基 板2、下表面電極3、壓電膜4、上表面電極5、端子電極6以及端子電極 7的各材料不限于上述材料，也可以使用其他材料。
此外，在下表面電極3的下側，例如也可以設置加強件或者擔當蝕刻 阻止層的作用的介電膜。另外，也可以在上表面電極5的上側設置例如鈍 化膜或者承擔作為頻率調(diào)整用的作用的介電膜。此外，也可以通過改變設 置在下表面電極3的下側或上表面電極5的上側的介電膜的厚度，來改變 上述第一實施方式 第五實施方式中的區(qū)域(A) (D)各區(qū)域的厚 度。
在上述第一實施方式 第五實施方式中，將共振部的形狀設為了橢圓 形狀，但即便取而代之將其設為不包含平行的兩個邊的多邊形形狀，也能夠獲得與上述作用/效果相同的作用/效果。
圖18是表示本發(fā)明中的濾波器的構造的平面圖。此外，圖19是表示
圖18所示的濾波器的電路的示意圖。圖18、圖19所示的濾波器是將第一 實施方式中的壓電薄膜共振元件1組合7個而得的梯級(ladder)型的帶通濾 波器。另外，在圖19中，為了易于觀看而將上表面電極5和端子電極7用 粗線條畫出，并在附加膜8上加上了小點。
帶通濾波器11是將由兩個共振元件按倒L字型連接而成的濾波器 (以下稱為"濾波器單位")縱向排列4個而形成的4級結構的梯級型帶 通濾波器。另外，第一級濾波器單位和第二級濾波器單位使輸入輸出的方 向相反來進行連接，第三級濾波器單位和第四級濾波器單位也使輸入輸出 的方向相反來進行連接，因此第二級濾波器單位的并聯(lián)共振元件和第三級 濾波器單位的并聯(lián)共振元件共用并聯(lián)共振元件P2。
在圖18中，符號In、 Out、 a、 b、 c分別與圖19的輸入輸出端子In、 Out以及連接點a、 b、 c對應，符號G表示接地點。此外，橢圓形狀的上 表面電極5的部分是共振部，各共振部上所標注的P1 P3、 S1 S4對應 于圖19的共振元件P1 P3、 S1 S4。
串聯(lián)共振元件Sl和并聯(lián)共振元件Pl通過上表面電極5側的端子電極 7相連，將串聯(lián)共振元件Sl和并聯(lián)共振元件01的端子電極7 —體化而得 的電極部分為輸入端子In。同樣，串聯(lián)共振元件S4和并聯(lián)共振元件P3也 通過上表面電極5側的端子電極7相連，串聯(lián)共振元件S4和并聯(lián)共振元 件P3的端子電極7 —體化而得的電極部分為輸出端子Out。
串聯(lián)共振元件Sl和串聯(lián)共振元件S2通過下表面電極3側的端子電極 6相連，串聯(lián)共振元件Sl和串聯(lián)共振元件S2的端子電極6被形成為一 體。同樣，串聯(lián)共振元件S3和串聯(lián)共振元件S4通過下表面電極3側的端 子電極6相連，串聯(lián)共振元件S3和串聯(lián)共振元件S4的端子電極6被形成 為一體。另外，串聯(lián)共振元件S2、并聯(lián)共振元件P2以及串聯(lián)共振元件S3 通過上表面電極5側的端子電極7相連，串聯(lián)共振元件S2、并聯(lián)共振元件 P2以及串聯(lián)共振元件S3的端子電極7被形成為一體。
圖20是表示試制了圖18所示的梯級型帶通濾波器，并對該帶通濾波器的通過特性進行測定而得的測定結果的示意圖。
在第一實施方式的圖2的說明中，試制的壓電薄膜共振元件1將上表
面電極5和端子電極7用24nmm的釕(Ru)單層膜構成，但在試制的帶 通濾波器11中，與輸入端子In、輸出端子Out以及連接點b的電極相當 的、并聯(lián)共振元件S1 S4的上表面電極5和端子電極7是用240nmm的 釕(Ru)膜和110nm的鉻(Cr)膜這雙層膜構成的。
在圖20中，特性A是本發(fā)明中的帶通濾波器的特性。特性B是在圖 20中將串聯(lián)共振元件S1 S4以及并聯(lián)共振元件P1 P3的構造試制成圖3 所示的壓電薄膜共振元件的構造而得的帶通濾波器(以下稱為"比較用帶 通濾波器")的特性。比較用帶通濾波器采用的是圖18中使附加膜8不 從端子電極7延伸到上表面電極5內(nèi)的結構。
如圖20所示，本發(fā)明中的帶通濾波器與比較用帶通濾波器相比最小 的插入損失改善了約O.ldB (參考1930MHz 1970MHz)，在一1.7dB帶 寬下變成大約4MHz的寬波段。此外，對于波段內(nèi)的波紋來說，也是本發(fā) 明中的帶通波濾器的比較小。
如上所述，即使在通過使用本發(fā)明中的壓電薄膜共振元件構成濾波器 的時候，也能夠?qū)崿F(xiàn)該濾波器的插入損失以及波紋的降低、并實現(xiàn)寬波 段。
此外，如果將上述的梯級型帶通濾波器應用在圖21所不的包括匹配 電路121、發(fā)送用濾波器122以及接收用濾波器123的分波器12的發(fā)送用 濾波器122和接收用濾波器123中，則能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送波段及接收波段內(nèi)的 波紋少、損失低的分波器12。另外，在圖21中，匹配電路121是用于對 天線端子和發(fā)送用濾波器122及接收用濾波器123的阻抗進行調(diào)節(jié)的電 路，例如由相位器等構成。該匹配電路121是根據(jù)需要進行設計的，在分 波器12中可以省去。
另外，構成濾波器的共振元件的數(shù)量或布局等不限于上述內(nèi)容。
關于上述實施方式，還公開了如下附加內(nèi)容。 (附1) 一種壓電薄膜共振元件，具有由壓電膜、下表面電極、以及 上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周上具有相對于 膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于所述壓電膜的 上表面上，所述壓電薄膜共振元件的特征在于，所述傾斜部的角度被設定 在25。到55。的范圍內(nèi)。
(附2)如附1所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，所述傾斜部
被設置在所述下表面電極的外周的一部分上。
(附3) —種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表 面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜具 有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周 上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于 所述壓電膜的上表面上，并且，將所述共振部的所述下表面電極的傾斜部 上的層疊區(qū)域的一部分的聲阻設定得大于所述共振部的所述下表面電極的 傾斜部內(nèi)側的層疊區(qū)域的聲阻。
(附4) 一種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表 面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜貝-有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周 上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于 所述壓電膜的上表面上，并且，通過在所述上表面電極上的、所述傾斜部 所面對的位置的一部分上設置附加膜，使得所述共振部的所述下表面電極 的傾斜部的層疊厚度中一部分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表面 電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度。
(附5)如附4所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，所述附加膜 被設置在所述上表面電極的上表面上。
(附6)如附5所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，在所述上表 面電極上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述 上表面電極的、所述傾斜部所面對的位置起，跨過所述端子電極。
(附7)如附5所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，在所述上表 面電極上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述 上表面電極的比所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側的位置起，通過所述傾斜部所面對的位置，跨過所述上表面電極的所述端子電極。
(附8)如附4至附7中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在 于，所述附加膜是導體。
(附9)如附4至附7中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在
于，代替所述附加膜，通過使所述上表面電極上的設置所述附加膜的部分 的膜厚比除此之外的部分的膜厚厚，使得所述共振部的所述下表面電極的 傾斜部的層疊厚度中一部分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表面電 極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度。
(附10) —種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表
面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜具 有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周 上具有以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于所述壓電膜的 上表面上，并且，通過使所述壓電膜的面對所述傾斜部的膜厚大于所述壓 電膜的面對比所述共振部的所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的膜厚， 使得所述共振部的所述下表面電極的傾斜部的層疊厚度中一部分的層疊厚 度大于比所述共振部的所述內(nèi)側部分的層疊厚度。
(附11) 一種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表 面電極、上表面電極、以及介電膜的層疊構造形成的共振部，其屮，所述 壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上 并在外周上具有以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于所述 壓電膜的上表面上，所述介電膜形成于所述下表面電極的下表面和所述上 表面電極的上表面中的某一者或兩者上，通過使所述介電膜的面對所述傾 斜部的膜厚大于所述介電膜的面對比所述共振部的所述下表面電極的傾斜 部靠內(nèi)側部分的膜厚，使得所述共振部的所述下表面電極的傾斜部的層疊 厚度中一部分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表面電極的傾斜部靠 內(nèi)側部分的層疊厚度。
(附12)如附4 附7、附10、附11中任一項所述的壓電薄股共振 元件，其特征在于，
在所述共振部的外周部分的所述壓電膜上設置相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述共振部的外周部分具有與比所述共振部的所述下 表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度大致相同的層疊厚度，所述壓電 膜的外周被設定在所述上表面電極的外周的內(nèi)側。
(附13)如附4 附7、附10、附11中任一項所述的壓電薄膜共振
元件，其特征在于，所述傾斜部的角度被設定在25。到55。的范圍內(nèi)。
(附14)如附1 附7、附10、附11中任一項所述的壓電薄膜共振
元件，其特征在于，所述壓電膜是具有以(002)方向為主軸的取向性的
氮化鋁或者氧化鋅。
(附15)如附1 附7、附10、附11中任一項所述的壓電薄膜共振
元件，其特征在于，所述共振部的平面形狀是橢圓或者不包含平行的兩邊
的多邊形。
(附16) —種電路部件，其特征在于，所述電路部件至少包括 -個附 1 附7、附10、附11中任一項所述的壓電薄膜共振元件。
根據(jù)附1、附2、附13所述的壓電薄膜共振元件，由于下部分電極的 傾斜部的角度被設定在25°到55。的范圍內(nèi)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)壓電薄膜共振元 件的Q值的提高。
根據(jù)附3、 4、 9 11、 14所述的壓電薄膜共振元件，山于將共振部的 下表面電極的傾斜部上的層疊區(qū)域的一部分的聲阻設定得大于共振部的下 表面電極的傾斜部內(nèi)側的層疊區(qū)域的聲阻，因此能夠抑制橫向的彈性波的 泄漏，實現(xiàn)壓電薄膜共振元件的Q值的提高。此外，由于在平面視角下共 振部的聲阻變化是不對稱的，因此還可降低寄生。
根據(jù)附5所述的壓電薄膜共振元件，能夠在不給制造帶來惡劣影響的 前提下，容易地設置附加膜。
根據(jù)附6所述的壓電薄膜共振元件，通過在上表面電極的端子電極上 還形成附加膜，當附加膜為導體時，能夠降低上表面電極的端子電極的電 阻。由此，能夠進一步改善壓電薄膜共振元件的Q值。
根據(jù)附7所述的壓電薄膜共振元件，由于能夠?qū)?..h表面電極的面對下 表面電極的傾斜部的位置處的附加膜的膜厚穩(wěn)定地設定為期望的膜厚，因 此能夠可靠地提高壓電薄膜共振元件的Q值、改善降低能量損失以及減少寄生的特性。
根據(jù)附8所述的壓電薄膜共振元件，由于能夠降低上表面電極的端子 電極的電阻，因而有利于壓電薄膜共振元件的Q值的改善。
根據(jù)附12所述的壓電薄膜共振元件，由于在共振部的外周上的聲阻
沒有設定得比中心部高的部分處，通過使壓電膜的外周處于上表面電極的 外周的內(nèi)側，因而反共振阻抗變大，能夠抑制該部分處的橫向彈性波的泄
漏。由此，能夠進一步實現(xiàn)壓電薄膜共振元件的Q值的提高。
根據(jù)附15所述的壓電薄膜共振元件，由于能夠在一定程度上降低寄
生，因而能夠?qū)崿F(xiàn)寄生少的壓電薄膜共振元件。
根據(jù)附16所述的壓電薄膜共振元件，能夠?qū)崿F(xiàn)寄生少、損失低的濾
波器或分波器等電路部件。
權利要求
1.一種壓電薄膜共振元件，具有由壓電膜、下表面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振部，其中，所述壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓電膜的下表面上并在外周上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜部，所述上表面電極形成于所述壓電膜的上表面上，所述壓電薄膜共振元件的特征在于，所述傾斜部的角度被設定在25°到55°的范圍內(nèi)。
2. 如權利要求1所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于， 所述傾斜部被設置在所述下表面電極的外周的一部分上。
3. —種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振 部，其中，所述壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓 電膜的下表面上并在外周上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾余I-部，所述上表面電極形成于所述壓電膜的上表面上，將所述共振部的所述下表面電極的傾斜部上的層疊區(qū)域的一部分的聲 阻設定得大于所述共振部的所述下表面電極的傾斜部內(nèi)側的層疊區(qū)域的聲 阻。
4. 一種壓電薄膜共振元件，其特征在于，具有由壓電膜、下表面電極、以及上表面電極的層疊構造形成的共振 部，其中，所述壓電膜具有規(guī)定的平面形狀，所述下表面電極形成于該壓 電膜的下表面上并在外周上具有相對于膜表面以規(guī)定的角度傾斜的傾斜 部，所述上表面電極形成于所述壓電膜的上表面上，通過在所述上表面電極上的、所述傾斜部所面對的位置的一部分上設 置附加膜，使得所述共振部的所述下表面電極的傾斜部的層疊厚度中一部 分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的 層疊厚度。
5. 如權利要求4所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于， 在所述上表面電極上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述上表面電極的上表面上的、所述傾斜部所面對的位置起， 跨過所述端子電極。
6. 如權利要求4所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于， 在所述上表面電極上延伸設置了外部連接用的端子電極，所述附加膜被設置成從所述上表面電極的比所述下表面電極的傾斜部靠內(nèi)側的位置 起，通過所述傾斜部所面對的位置，跨過所述上表面電極的所述端子電 極。
7. 如權利要求4至6中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，代替所述附加膜，通過使所述上表面電極上的設置所述附加膜的部分 的膜厚比除此之外的部分的膜厚厚，從而使得所述共振部的所述下表而電 極的傾斜部的層疊厚度中一部分的層疊厚度大于比所述共振部的所述下表 面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度。
8. 如權利要求4至6中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在于，在所述共振部的外周部分的所述壓電膜上設置相對于膜表而以規(guī)定的 角度傾斜的傾斜部，所述共振部的外周部分具有與比所述共振部的所述下 表面電極的傾斜部靠內(nèi)側部分的層疊厚度大致相同的層疊厚度，所述il;:電 膜的外周被設定在所述上表面電極的外周的內(nèi)側。
9. 如權利要求4至6中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在 于，所述傾斜部的角度被設定在25。到55。的范圍內(nèi)。
10. 如權利要求1至6中任一項所述的壓電薄膜共振元件，其特征在 于，所述壓電膜是具有以(002)方向為主軸的取向性的氮化鋁或者氧化 鋅。
11. 一種電路部件，其特征在于，所述電路部件至少包括一個權利要 求1 6中任一項所述的壓電薄膜共振元件。
全文摘要
壓電薄膜共振元件(1)具有共振部，該共振部具有橢圓的平面形狀，由在下表面電極(3)和上表面電極(5)這兩個電極之間夾入壓電膜(4)的層疊構造而形成，其中，下表面電極(3)在外周上具有以25°到55°的范圍內(nèi)的規(guī)定角度(例如大約30°)傾斜的傾斜部(3a)，上表面電極(5)具有橢圓的平面形狀。在上表面電極(5)的面對下表面電極(3)的傾斜部(3a)的位置的一部分上設置附加膜(8)，由此使得共振部的下表面電極(3)的傾斜部(3a)的層疊厚度中的一部分的層疊厚度H_C大于共振部的下表面電極(3)的傾斜部(3a)靠內(nèi)側部分的層疊厚度H_A。
文檔編號H03H9/17GK101689845SQ20088002328
公開日2010年3月31日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權日2007年7月13日
發(fā)明者上田政則, 原基揚, 巖城匡郁, 橫山剛, 西原時弘, 谷口真司 申請人:富士通株式會社