专利名称：薄膜体声波谐振器和滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜体声波谐振器和滤波器，更具体地说，涉及包括空 腔的薄膜体声波谐振器和滤波器，该空腔位于谐振区的下方，在该谐振 区中上电极和下电极隔着压电薄膜彼此相对。
背景技术：
因为诸如移动电话的无线装置的快速普及，所以对于小型且轻质的 谐振器和具有该谐振器的滤波器的需求不断增加。到目前为止一直主要
使用介质滤波器和表面声波(SAW)滤波器。近来，压电薄膜谐振器和 包括压电薄膜谐振器的滤波器受到关注，它们尤其在高频方面具有很好 的特性并且可以小型化并进行单片集成。
FBAR (薄膜体声波谐振器)型的谐振器被认为是压电薄膜谐振器的 —种。FBAR具有在基板上由上电极、压电薄膜和下电极组成的叠层结构。 为了抑制振动能量向基板扩散，FBAR设置有通孔或空腔(孔穴)，通孔 或空腔(孔穴)在下电极的面向上电极的区域的下方。可以经由介电薄 膜在下电极的下方形成空腔。如果对被用作元件基板(elementsubstrate) 的硅基板的背面进行蚀刻处理则形成通孔。如果在基板表面上的牺牲层 图案上形成诸如复合薄膜的谐振元件并且最终去除该牺牲层，则形成空 腔。在下文中，将包括通孔和作为孔穴的空腔的薄膜体声波谐振器称为 通孔型或空腔型。
在向上电极和下电极之间提供高频电信号时，在位于上电极和下电 极之间的压电薄膜中产生由逆压电效应激励的声波或由于压电效应导致 的失真而产生的声波。这些声波被转化为电信号。因为声波在上电极表 面和下电极表面(它们与空气接触)处被完全反射，所以这些声波被转 化为在厚度方向上具有主要位移的纵向振动波。在该元件结构中，在形
成在空腔上方的由上电极、压电薄膜和下电极组成的叠层结构的厚度H 是声波波长的一半的整数倍的频率时发生谐振。声波的传播速度V依照
材料决定。通过F-nV/2H("n"是给定值)获得谐振频率F。在利用谐振的 情况下，可以使用厚度作为参数来控制谐振频率。并且可以制造使用期 望频率特性的谐振器和滤波器。
上电极和下电极可以由诸如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钩(W)、 钽(Ta)、钼(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)或钛(Ti) 的金属或由上述金属制成的叠层材料制成。压电薄膜可以由氮化铝 (A1N)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PbTi03)等制成。 具体地说，因为氮化铝和氧化锌在形成时具有沿(002)方向的定向轴， 所以氮化铝和氧化锌适于所述压电薄膜。基板可以由硅(Si)、玻璃、砷 化镓(GaAs)等制成。
图1例示了示出在Electron,Lett.,pages 507 to 509，volume 17,1981中 所公开的通孔型薄膜体声波谐振器的剖视图。如图1所示，薄膜体声波 谐振器具有以下层叠结构在具有热氧化膜(Si02) 12的(100)硅基板 11上层叠有充当下电极13的金-铬薄膜、充当压电薄膜14的氧化锌薄膜 和充当上电极15的铝膜。在层叠结构下方形成空腔(通孔)16。通过使 用KOH水溶液或EDP水溶液(乙二胺、邻苯二酚和水的液体混合物) 的各向异性蚀刻将空腔16形成在(100)硅基板11的背面。
图2例示了示出日本专利申请公报第60-189307号中公开的空腔型 薄膜体声波谐振器的剖视图。如图2所示，薄膜体声波谐振器具有以下 层叠结构在具有热氧化膜(Si02) 22的基板21上层叠有下电极23、压 电薄膜24和上电极25。在该层叠结构下方形成有空腔26。通过以下处 理来形成该空腔26:提前在基板21上形成岛状氧化锌牺牲层图案，在该 牺牲层图案上形成该层叠结构，并通过诸如酸性的蚀刻液去除位于该层
叠结构下方的牺牲层。
这些薄膜体声波谐振器具有谐振区，在谐振区中，下电极13和23
与上电极15和25隔着压电薄膜14和24彼此相对。当将振动能量限制
在谐振区中时获得高的质量因子Q。例如，日本专利申请公报第
2002-223144 (下文中，称之为文献1)公开了降低由于横向方向传播的 声波导致的能量损失并提高质量因子的技术。
图3例示了文献1中所公开的薄膜体声波谐振器的剖视图。下电极 33经过空腔36形成在基板31上。压电薄膜34形成在下电极33上。上 电极35形成在压电薄膜34上。谐振区50是在其中下电极33隔着压电 薄膜34与上电极35相对的区域。支撑区52围绕谐振区50设置。相邻 区54围绕支撑区52设置。支撑区52由位于空腔36上方的下电极33和 压电薄膜34组成。相邻区54由基板3K下电极33和压电薄膜34组成。 将支撑区52和相邻区54的宽度L确定为横向传播的声波的波长的1/4。 在这种情况下，可以将声波限制在谐振区50。并且可以提高质量因子Q。
然而，在文献1中公开的谐振器中，在低于谐振频率的频率处出现 杂波(spurious)(不必要的响应)。图4例示了出现杂波的谐振器的史密 斯图。该杂波出现在低于谐振点的频率范围中。现在将对在图5所示的 梯形滤波器中使用其中出现所述杂波的谐振器的情况迸行描述。如图5 所示，串联谐振器Sl到Sn串联连接在输入端子In和输出端子Out之间。 并联谐振器Pl到Pn并联连接在地和输入端子In及输出端子Out之间。 图6例示了针对在梯形滤波器中使用其中出现杂波的谐振器的情况下的 频率的损失量。在透射特性的低频侧的频率范围A中观察到由于杂波导 致的特性劣化。抑制谐振器的杂波是至关重要的。
发明内容
本发明鉴于上述情况做出并提供了抑制杂波的薄膜体声波谐振器和 滤波器。
根据本发明的一方面，提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声 波谐振器包括下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区。下电极形 成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形 成。压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在所述压电薄膜上以获 得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。支撑区设置在所述谐振 区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并透射所述波。相邻区设置在所述支撑区的周围并阻挡所述波。通过该 结构，因为支撑区透射沿横向传播的波并且支撑区的宽度约为该波的波 长的一半，所以谐振区端部的振动没有受到抑制。因此可以抑制热能损 耗和杂波。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体 声波谐振器包括下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区。下电极 形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形 成。压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在所述压电薄膜上以获 得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。支撑区设置在所述谐振
区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍， 并由所述空腔上的下电极和压电薄膜组成。相邻区设置在所述支撑区的 周围并且由所述基板、下电极和压电薄膜组成。通过该结构，可以抑制 杂波。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体 声波谐振器包括下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区。下电极 形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形 成。压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在所述压电薄膜上以获 得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。支撑区设置在所述谐振 区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍， 并由所述空腔上的压电薄膜和上电极组成。相邻区设置在所述支撑区的 周围并且由所述基板、压电薄膜和上电极组成。通过该结构，可以抑制 杂波。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体 声波谐振器包括下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区。下电极 形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形 成。压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在所述压电薄膜上以获 得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。支撑区设置在所述谐振 区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍， 并由所述空腔上的所述上电极和下电极中的一个和所述压电薄膜组成。相邻区设置在所述支撑区的周围并且由位于所述空腔上的压电薄膜组 成。通过该结构，可以抑制杂波。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体 声波谐振器包括下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区。下电极 形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形 成。压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在所述压电薄膜上以获 得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。支撑区设置在所述谐 振区的周围，并由所述空腔上的所述上电极和下电极中的一个和所述压 电薄膜组成。相邻区设置在所述支撑区的周围并且由位于所述空腔上的 所述上电极和下电极中的一个、所述压电薄膜和增重薄膜组成。通过该 结构，可以抑制杂波。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括薄膜体声波谐振器的滤波 器，薄膜体声波谐振器具有下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻 区。所述下电极形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形 成空腔的方式形成。所述压电薄膜形成在所述下电极上。上电极形成在 所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区。 所述支撑区设置在所述谐振区的周围，并且该支撑区的宽度为沿横向传
播的波的波长的0.35倍到0.65倍，所述波穿过该支撑区。所述相邻区设 置在所述支撑区的周围并且阻挡所述波。通过该结构，可以抑制组成滤 波器的谐振器的杂波。并且可以提高诸如透射特性的滤波特性。
将参照以下附图详细描述本发明的优选实施方式，其中
图1例示了根据第一常规实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖
视图2例示了根据第二常规实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖 视图3例示了根据第三常规实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖 视图；图4例示了示出具有杂波的薄膜体声波谐振器的Sll的史密斯图； 图5例示了梯形滤波器的电路图6例示了包括具有杂波的薄膜体声波谐振器的滤波器的透射特
性；
图7例示了波模式的散射特性；
图8例示了图7所示的TE1模式的放大图9A例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器的俯视图9B例示了沿图9A的A-A线提取的示意性剖视图； 图9C例示了沿图9A的B-B线提取的示意性剖视图； 图IOA到图IOD例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器的制 造步骤；
图IIA到图IIC例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器的制 造步骤；
图12例示了位于谐振区中的下电极、压电薄膜和上电极；
图13例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视
图14A到图14C例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器散射 特性的计算结果；
图15A到15C例示了根据第一实施方式的薄膜体声波谐振器的散射 特性的示意图16A例示了第一实施方式和比较实施方式的史密斯图Sll; 图16B例示了图16A的放大图17A到17C例示了当谐振区的宽度变化时的史密斯图Sll; 图18A到18C例示了当谐振区的宽度变化时的史密斯图Sll; 图19A到19C例示了当谐振区的宽度变化时的史密斯图Sll; 图20A到20B例示了当谐振区的宽度变化时的史密斯图Sll; 图21例示了根据第二实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视
图22A到22C例示了根据第二实施方式的薄膜体声波谐振器的散射
特性的示意图23例示了根据第三实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视
图24A到24C例示了根据第三实施方式的薄膜体声波谐振器的散射 特性的示意图25例示了根据第四实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视
图26A到26C例示了根据第四实施方式的薄膜体声波谐振器的散射 特性的示意图27例示了根据第五实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视
图28A到28C例示了根据第五实施方式的薄膜体声波谐振器的散射 特性的示意图；以及
图29例示了根据第六实施方式的薄膜体声波谐振器的示意性剖视图。
具体实施例方式
将对本发明的原理进行说明。图7例示了在图3所示的谐振器中声 波的振动模式的散射特性(dispersion property)的示意图。纵轴表示激 励频率。横轴表示在使用波数为k的情况下在各振动模式的横向方向上 声波振动的传播因子。在压电薄膜由诸如泊松比小于1/3的A1N(氮化铝) 的材料制成的情况下，处于主要模式的厚度纵向振动是TE1模式。用实 线表示TE1模式的散射曲线。截止频率(cut-offfrequency)在TE1模式
的散射曲线与频率轴的相交位置的点处。该截止频率大致与谐振元件的 谐振频率相对应。用虚线表示其他振动模式TEO、 TS0、 TS1和TS2。
图8例示了在图7所示的截止频率周围TE1模式的散射曲线的放大 图。如果将谐振区50的宽度表示为"d"，当在波数kl到kn (k为2;r/d 到2;r/(d/n)之一)处以频率0>1到o)n激励谐振器时在谐振区50分别产生 第一驻波51到第n驻波("n"是给定值)。这些驻波51在谐振区50的端
部上没有位移(displacement并且可以与支撑区52的宽度无关地获得 损失很小的振动。然而，在波数kl到kn之间的波数kl，到kn，处，驻波 在谐振区50的端部上存在位移。例如，如果支撑区52的宽度L对应于 横向传播的波的1/4，则在支撑区52中横向传播的波被限制。这导致在 谐振区50的端部处对波的振幅产生强制限制。使得在谐振区50的端部 处产生与波数为kl'到kn'相关的声波热损失。因为该热损失，在与波数 kl'到kn'相关的频率范围中出现杂波。
在图3中，如果支撑区52的宽度是横向传播的声波的波长的一半， 则位于支撑区52中的声波被强烈激励。在这种情况下，在谐振区50的 端部处具有振幅的波(图8所示的kl'到kn'的声波)的振动未受到限制， 这使得抑制了热损失以及杂波的产生。当支撑区52的宽度约是横向传播 的波的波长人的一半时可以抑制所述杂波。现在将参照附图对本发明的 实施方式进行描述。
(第一实施方式)
图9A例示了根据第一实施方式的谐振器的俯视图。图9B例示了沿 图9A的A-A线提取的剖视图。图9C例示了沿图9A的B-B线提取的剖 视图。在Si (硅)基板41中形成有空腔46 (通孔)。在基板41上、空腔 46的上方，设置下电极43。在下电极43上设置有由A1N制成的压电薄 膜44。在压电薄膜44上设置有上电极45。谐振区50是其中下电极43 与上电极45隔着压电薄膜44彼此相对的区域。支撑区52由位于空腔46 上的下电极43和压电薄膜44组成，设置在谐振区50的周围，但引出上 电极45的配线部分56及其周围除外。相邻区54由基板41、下电极43 和压电薄膜44组成，设置在支撑区52的周围，但引出上电极45的配线 部分56及其周围除外。谐振区50和空腔46具有椭圆形状且彼此相似， 并且从上部观察谐振区50和空腔46时，谐振区50包括在空腔46中。 压电薄膜44具有用于从下电极43获得电信号的开口 47。
将给出根据第一实施方式的谐振器的制造方法的描述。图IOA到图 IIC例示了与沿图9A的A-A线提取的剖视图相对应的示意性剖视图，示 出了谐振器的制造方法。如图IOA所示，制备由(100)-切削硅组成的基板41。如图10B所示，通过利用0.6Pa到1.2Pa的氩气气氛的溅射方 法形成下电极43。下电极43由Ru制成并具有约250nm的厚度。如图 IOC所示，通过曝光技术以及蚀刻技术将下电极43变形为指定形状。如 图10D所示，通过利用约0.3Pa的Ar/N2气体混合物气氛的溅射方法在下 电极43和基板41上形成压电薄膜44。压电薄膜44由主轴为(002)方 向的A1N薄膜制成并具有约lpm的厚度。
如图11A所示，通过利用0.6Pa到1.2Pa的氩气气氛的溅射方法在压 电薄膜44上形成上电极45。上电极45由Ru制成并具有约250nm的厚 度。如图11B所示，通过曝光技术以及蚀刻技术将上电极45变形为指定 形状。通过曝光技术以及蚀刻技术将压电薄膜44变形为指定形状。从而， 形成开口 47。下电极43隔着压电薄膜44与上电极45交叠的区域为谐振 区50。如图IIC所示，对基板41的背面进行干法蚀刻处理。并且在基板 41中以包括谐振区50的方式形成空腔46。通过这些处理，制造了根据 第一实施方式的谐振器。
根据第一实施方式，在图IOA中，除了硅基板以外，基板41还可以 是二氧化硅基板、玻璃基板、GaAs基板等。在第一实施方式中，在图10B 和图11A中，下电极43和上电极45除了使用Ru以外还可以由在本发明
的背景技术中公开的金属制成。
基于"The Journal of the Acoustical Society of America,Vol.35，No.2，pp. 235 to 239.，，来计算在根据第一实施方式的谐振区50、支撑区52和相邻区 54上的声波振动模式的散射特性。图12例示了在下电极43是由层43a 到层43M ("M"是给定值)组成的多层薄膜并且上电极45是由层45a到 层45N ("N"是给定值)组成的多层薄膜的情况下谐振区50的叠层结构。 定义横向(各层的水平方向)的坐标为"x3"而纵向(各层的层叠方向) 为"xl"。如果在xl方向的波数为"a"、在x3方向的波数为"k"，而激励角 频率为"co"，则根据表达式1到3的波解来获得在压电薄膜44中的xl方 向的位移ul、 x3方向上的位移u3、以及电势cp。 (表达式1)
<formula>formula see original document page 13</formula>
(表达式2) w3 = ，j(1B<_fal)(Csinccc3 - jDcosccc3)
(表达式3) 这里Al、 A3、 Ae、 C和D为给定常数。
如果将表达式1到3代入到运动方程和电荷方程中，则得到表达式
(表达式4)
+ c》2 - y0。2 (4 + c么)A:a (e31 + e15)A:a
(4 + c4》2 + c》2 - ,2 e15A:2 + e33a2
这里，压电材料是6mm六边形系统。"p"是压电薄膜44的密度。"d,"、 "C13"、 "C33'ln"C44"是压电薄膜44的硬度。"e15"、 "631"和"633"是压电薄 膜44的压电系数。"^"和"^"是介电常数。"S"是失真。"E"是电场。
为了使表达式4具有除平凡解(trivial solution )以外的解，表达式 4的系数矩阵的行列式必须为0。如果给定"co"和"k"，则表达式4为a2 的三次方程。这使得从表达式4得到三个基本解。表达式1到3被表示 为如表达式5到7所示的三个解的线性和。 (表达式5)
<formula>formula see original document page 14</formula>(表达式6)
<formula>formula see original document page 14</formula> (表达式7)
<formula>formula see original document page 14</formula>
类似地，将上电极45的第n层45n中的声波表示为表达式8和9。 (表达式8)<formula>formula see original document page 14</formula>
(表达式9)
<formula>formula see original document page 15</formula>
这里，"Alun，，、 "A3un，，、 "Cun"和"D加"为给定的常数。
如果将表达式8到9代入到运动方程中，则得到如表达式10所示的 联立方程。
(表达式10)
<formula>formula see original document page 15</formula>
这里上电极45由各向同性材料制成。"f和"^"是用于上电极45
的第n层45n的片体(lame)的常数。"Pun"是用于上电极45的第n层45n
的材料的密度。
为了使表达式10具有除平凡解以外的解，表达式10的系数矩阵的 行列式必须为0。因此表达式10为c^的二次方程。这使得从表达式10 得到两个基本解。表达式8到9可以被表示为表达式11到12。 (表达式ll)<formula>formula see original document page 15</formula>(表达式12)
可以得到下电极43的第m层43m的波解以及上电极45的波解。因 此，可以将该波解表示为表达式13和14。 (表达式13)
<formula>formula see original document page 15</formula> (表达式14)
这里，"Albm"、 "A3bm"、 "Cbm"和"Dto"为给定的常数。 下面对界面条件(interface condition)进行描述。横向位移、纵向位 移、垂直应力、切应力是连续的。在压电薄膜44和上电极45之间以及 压电薄膜44和下电极43之间的界面处的电势为0。在上电极45的表面 和下电极43的表面处的垂直应力和切应力为0。如果将表达式5到7和
表达式11到14的波解代入界面条件中，则得到(4N+4M+6)次方程。 此外，在压电薄膜44的表面为未覆盖有上电极45和下电极43中的至少 一个的界面的情况下(即，在Ni或M-O的情况下)，垂直于压电薄膜 44与上电极45之间的界面或压电薄膜44与下电极43之间的界面(即， 其中未形成上电极45和下电极43中的至少一个的界面)的电位移的延 拓和平行于该界面的电场位移的延拓为界面条件。从而，联立方程为 (4N+4M+8)次方程。并且得到表达式15。 (表达式15)<formula>formula see original document page 16</formula>如果"co"和"k"是散射曲线上的点的值，则表达式15的系数矩阵B的 行列式间为0。并且因此，当使用"间二0"作为判别式时，在下面的计算
中以数字方式提取点(co， k)。
图13例示了利用根据第一实施方式的谐振器的散射特性进行计算 得到的结构的示意图，并且与图9C相对应。在谐振区50，下电极43隔 着压电薄膜44与上电极45相对，支撑区52设置在谐振区50的周围， 并且由位于空腔46上的压电薄膜44和下电极43组成。相邻区54设置 在支撑区52的周围，并且由基板41、下电极43和压电薄膜44组成。用 "d"表示谐振区50的横向宽度。用"L"表示支撑区52的横向宽度。
图14A到图14C例示了在谐振区50上、支撑区52上和相邻区54 上的声波的振动模式的散射特性的计算结果，并且示出了声波振动的散 射特性。纵轴表示激励频率。横轴表示在使用波数为k的情况下各横向 振动运动的振动的传播系数。横轴表示两个象限。右象限表示实数区。
左象限表示虚数区。频率CO0表示谐振频率。振动模式的传播系数表示频 率处于实数区的声波的传播或被散射，并表示频率处于虚数区的声波被
反射，而未被传播或散射。如图14B所示，在支撑区52中沿横向传播的 声波具有波数为k的谐振频率co0。因此，在支撑区52中沿横向传播的 声波的波长为1/KL。
图15A到15C分别例示了图14A到图14C所示的散射特性的计算 结果的示意图。图15A例示了作为谐振区50中的主模式的厚度纵向振动 的TE1模式的散射曲线，用实线表示该曲线。虚线表示其他模式的散射 曲线。在A点处的频率约为谐振频率cd0。 A点是TE1模式的散射曲线与 频率轴的交叉点。谐振频率coO和TE1模式的散射曲线的局部最小点B 的频率co，O之间的频率范围是产生杂波的频率范围。如图15B所示，在 频率(oO和co'0处TEl模式的散射曲线的A，点和B，点位于实数区域。因 此，频率co0和co，0之间的声波穿过支撑区52。如图15C所示，在相邻 区54，在频率 0和co，O处TE1模式的散射曲线的A"点和B"点位于虚 数区域。因此，穿过支撑区52的声波在相邻区54处被阻挡并且被反射。 在第一实施方式中，在支撑区52横向传播的声波穿过支撑区52，并且在 相邻区54横向传播的声波在相邻区54处被阻挡。
图16A和16B例示了比较实施方式和第一实施方式的史密斯图S11。 图16B例示了图16A的放大图。虚线为比较实施方式。实线为第一实施 方式。在比较实施方式中，支撑区52的宽度L是横向波的波长、(频率 为co0的波)的1/4。在第一实施方式中，支撑区52的宽度L是波长X 的1/2。在相对于谐振点coO的低频侧观察到杂波SP1到SP5。与比较实 施方式相比，在第一实施方式中抑制了杂波。当支撑区52的宽度d是 时，杂波得到抑制。
图17A到20B例示了支撑区52的宽度d以0.05人为间隔从O.MX变 化到0.75X的情况下的谐振器的史密斯图S11。在图17A中，在L^0.25人 时，Sll从SP2到SP5具有环形。在图17C到图19C (L-0.35X到0虽) 中，几乎观察不到环形杂波。在图18A到19B (L-(U0X到0.60D中， 环形杂波小于图17A(L=0.25"的情况。此外，在图18B到19A(L=0.45X
到0.55人)中，几乎观察不到环形杂波。
优选地是，为了抑制杂波，支撑区52的宽度L大于横向传播的波的 波长 i的0.35倍且小于该波长的0.65倍，更优选地是宽度L大于波长X 的0.4倍且小于该波长的0.60倍。另外，更优选地是，宽度L大于波长X 的0.45倍且小于该波长的0.55倍。
在第一实施方式中，支撑区52由位于空腔46上方的下电极43和压 电薄膜44组成。相邻区54由基板41上的下电极43和压电薄膜44组成。 支撑区52不限于此，只要支撑区52被设置在谐振区50的周围并且如图 15B所示透射横向传播的波即可。相邻区54也不限于此，只要相邻区54 设置在支撑区52的周围并且如图15C所示阻挡横向传播的波即可。将对 支撑区52和相邻区54的另一示例进行描述。 (第二实施方式)
图21例示了根据第二实施方式的谐振器的示意性剖视图。如图21 所示，支撑区52由位于空腔46上方的压电薄膜44和上电极45组成。 相邻区54由基板41、压电薄膜44和上电极45组成。空腔46形成在谐 振区50以及支撑区52中。下电极43形成在谐振区50中。压电薄膜44 和上电极45形成在谐振区50、支撑区52和相邻区54中。其他结构与图 13所示的第一实施方式的结构相同。
图22A到22C例示了计算出的在根据第二实施方式的谐振器中谐振 区50、支撑区52和相邻区54的散射特性的示意图。图22A对应于图15A。 如图22B所示，在支撑区52中，TE1模式的散射曲线在其中产生杂波的 coO和(o，0之间的频率处位于实数区域中。因此，沿横向传播的波穿过支 撑区52。如图22C所示，在相邻区54中，TEl模式的散射曲线在coO和 co，O之间的频率处位于虚数区域。因此，沿横向传播的波在相邻区54被 反射。
在根据第二实施方式的结构中，当支撑区52的宽度L大于沿横向传 播的波的波长的人的0.35倍且小于该波长的X的0.65倍时，所述杂波受 到抑制。
(第三实施方式)
图23例示了根据第三实施方式的谐振器的示意性剖视图。如图23 所示，支撑区52由位于空腔46上方的下电极43和压电薄膜44组成。 相邻区54由位于空腔46上方的压电薄膜44组成。空腔46和压电薄膜 44形成在谐振区50、支撑区52相邻区54中。下电极43形成在谐振区 50和支撑区52中。上电极45形成在谐振区50中。其他结构与图13所 示的第一实施方式的结构相同。
图24A到24C示出了计算出的根据第三实施方式的谐振器中谐振区 50、支撑区52和相邻区54的散射特性的示意图。图24A对应于图15A。 如图24B所示，在支撑区52中，TE1模式的散射曲线在其中产生杂波的 coO和co，O之间的频率处位于实数区域中。因此，沿横向传播的波穿过支 撑区52。如图24C所示，在相邻区54中，TE1模式的散射曲线在coO和 co，O之间的频率处位于虚数区域。因此，沿横向传播的波在相邻区54被 反射。
在根据第三实施方式的结构中，当支撑区52的宽度L大于沿横向传 播的波的波长X的0.35倍且小于该波长X的0.65倍时，所述杂波^到抑 制。
在第三实施方式中，支撑区52由位于空腔46上方的下电极43和压 电薄膜44组成，相邻区54由位于空腔46上方的压电薄膜44组成。支 撑区52由可以由位于空腔46上方的上电极45和压电薄膜44组成，并 且相邻区54可以由位于空腔46上方的压电薄膜44组成。即，支撑区52 由可以由位于空腔46上方的上电极45与下电极43中的一个和压电薄膜 44组成。
(第四实施方式)
图25例示了根据第四实施方式的谐振器的示意性剖视图。如图25 所示，支撑区52由位于空腔46上方的下电极43和压电薄膜44组成。 相邻区54由位于空腔46上方的下电极43、压电薄膜44和增重薄膜 (weight adding film) 48组成。空腔46、下电极43和压电薄膜44形成 在谐振区50、支撑区52相邻区54中。上电极45形成在谐振区50中。 增重薄膜48形成在相邻区54中。增重薄膜48由Ru组成并且厚度为255nm。其他结构与图13所示的第一实施方式的结构相同。
图26A到26C示出了计算出的在根据第四实施方式的谐振器中谐振 区50、支撑区52和相邻区54的散射特性的示意图。图26A对应于图15A。 如图26B所示，在支撑区52中，TE1模式的散射曲线在其中产生杂波的 coO和co'O之间的频率处位于实数区域中。因此，沿横向传播的波穿过支 撑区52。如图26C所示，在相邻区54中，TEl模式的散射曲线在coO和 co'O之间的频率处位于虚数区域。因此，沿横向传播的波在相邻区54被 反射。
(第五实施方式)
图27例示了根据第五实施方式的谐振器的示意性剖视图。如图27 所示，支撑区52由位于空腔46上方的压电薄膜44和上电极45组成。 相邻区54由位于空腔46上方的增重薄膜49、压电薄膜44和上电极45 组成。空腔46、压电薄膜44和上电极45形成在谐振区50、支撑区52 相邻区54中。下电极43形成在谐振区50中。增重薄膜49形成在相邻 区54中。其他结构与图25所示的第四实施方式的结构相同。
图28A到28C示出了计算出的在根据第五实施方式的谐振器中谐振 区50、支撑区52和相邻区54的散射特性的示意图。图28A对应于图15A。 如图28B所示，在支撑区52中，TE1模式的散射曲线在其中产生杂波的 coO和o)，O之间的频率处位于实数区域中。因此，沿横向传播的波穿过支 撑区52。如图28C所示，在相邻区54中，TE1模式的散射曲线在①0和 co，O之间的频率处位于虚数区域。因此，沿横向传播的波在相邻区54被 反射。
所述杂波在以下结构中受到抑制如在第四实施方式和第五实施方 式中的情形，支撑区52由位于空腔46上方的上电极45与下电极43中 的一个和压电薄膜44组成，相邻区54由上电极45与下电极43中的一 个、压电薄膜44以及增重薄膜48或49组成。增重薄膜48和49可以是 诸如Ru、 Mo、 A、Ti、 Cr或Au的金属薄膜、诸如氧化硅、氮化硅、氧 化铝或氮化铝的绝缘薄膜、或由上述金属薄膜和上述绝缘薄膜组成的层 叠薄膜。
此外，如第一实施方式到第三实施方式的情形那样，当支撑区52的
宽度L大于沿横向传播的波的波长X的0.35倍且小于该波长X的0.65倍 时，则对所述杂波的抑制程度更大。 (第六实施方式)
如图29所示，在根据第六实施方式的薄膜体声波谐振器中，基板 41没有空腔，并且以空腔(孔穴)46a形成在下电极43和基板41之间 的方式形成下电极43。空腔46a为圆顶形。其他结构与图13的第一实施 方式的结构相同。
在第六实施方式中，如第一实施方式的情形一样，抑制了杂波。禾艮 据第二实施方式到第五实施方式的空腔46可以是形成在基板41和下电 极43之间的空腔46a，即如第六实施方式的情形那样。薄膜体声波谐振 器可以是通孔型的或空腔型的。 (第七实施方式)
第七实施方式是其中对根据第一实施方式到第六实施方式的薄膜体 声波谐振器中的不止一个进行了组合的滤波器的示例。在第七实施方式 中，使用根据第一实施方式到第六实施方式中的一个的谐振器作为图3所 示的梯形滤波器。在根据第一实施方式到第六实施方式的谐振器中，所述 杂波受到抑制。因此可以提高根据第七实施方式的滤波器的透射特性。
当滤波器中的一个谐振器是使用了根据第一实施方式到第六实施方 式的薄膜体声波谐振器中的一个时，可以抑制杂波。优选的是，对滤波 器中的所有谐振器使用根据第一实施方式到第六实施方式的薄膜体声波 谐振器中的一个。此外，根据第一实施方式到第六实施方式的薄膜体声 波谐振器可以用于梯形滤波器以外的滤波器。
虽然以上描述组成了本发明的优选实施方式，但应理解，在不脱离 所附权利要求的适当范围和清楚含义的情况下，易于对本发明做出修改、 变型和改变。
本发明基于2006年12月15日提交的日本专利申请第2006-337711 号，在此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1、一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上，以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并透射所述波；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并阻挡所述波。
2、 一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括:下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并由所述空腔上的下电极和压电薄膜 组成；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并且由所述基板、下电极和压电薄膜组成。
3、 一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述 下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并由所述空腔上的压电薄膜和上电极 组成；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并且由所述基板、压电薄膜和 上电极组成。
4、 一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形 成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述 下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传 播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并由所述空腔上的所述上电极和下电 极中的一个和所述压电薄膜组成；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并且由位于所述空腔上的压电 薄膜组成。
5、 一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，并由所述空腔上的所述上电极和下电极中的一个和所述压电薄膜组成；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并且由位于所述空腔上的所述上电极和下电极中的一个、所述压电薄膜和增重薄膜组成。
6、 根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述支撑区的 宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍。
7、 根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述增重薄膜是金属薄膜或绝缘薄膜。
8、 根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述支撑区的 宽度为沿横向传播的波的波长的一半。
9、 一种具有薄膜体声波谐振器的滤波器，所述薄膜体声波谐振器具 有下电极、压电薄膜、上电极、支撑区和相邻区，所述下电极形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形 成空腔的方式形成；所述压电薄膜形成在所述下电极上；所述上电极形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区；所述支撑区设置在所述谐振区的周围，并且该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，所述波穿过该支撑区；以及所述相邻区设置在所述支撑区的周围并且阻挡所述波。
全文摘要
本发明提供了薄膜体声波谐振器和滤波器。该薄膜体声波谐振器包括下电极，其形成在基板的空腔上或以在该下电极和所述基板之间形成空腔的方式形成；压电薄膜，其形成在所述下电极上；上电极，其形成在所述压电薄膜上以获得隔着所述压电薄膜与所述下电极相对的谐振区；支撑区，其设置在所述谐振区的周围，该支撑区的宽度为沿横向传播的波的波长的0.35倍到0.65倍，并透射所述波；以及相邻区，其设置在所述支撑区的周围并阻挡所述波。
文档编号H03H9/15GK101207370SQ20071019885
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月14日 优先权日2006年12月15日
发明者上田政则, 原基扬, 西原时弘, 远藤刚 申请人:富士通媒体部品株式会社;富士通株式会社