專利名稱：壓電薄膜諧振器、使用壓電薄膜諧振器的濾波器和復用器的制作方法
技術領域：
這里所討論的實施例涉及壓電薄膜諧振器、使用壓電薄膜諧振器的濾波器和復用器或通信設備。
背景技術：
隨著以移動電話為代表的無線設備的快速增多，對于緊湊和高性能濾波器或復用器需求也越來越大。濾波器或復用器配置為包括諧振器。迄今
為止，表面聲波(SAW)主要用于諧振器。然而，近來低失真并且在電力阻抗和靜電損害(ESD， electro-static destruction)特性方面得到改進的壓電薄膜諧振器也逐漸得到應用。
壓電薄膜諧振器分為薄膜體聲學諧振器(FBAR， film bulk acousticresonator)類型和固定安裝諧振器(SMR， solidly mounted resonator)類型。FBAR的配置為其中，上電極、壓電薄膜和下電極作為主要器件布置在襯底上，在下電極下位于上電極和下電極彼此相對區域中設置有空腔。根據構造不同，空腔例如分成下列三種。第一種是形成為具有穿透襯底表面到其背面的形狀的空腔。第二種是形成為具有陷入到襯底表面中的形狀的空腔。第三種是以風橋(airbridge)的方式布置在襯底表面上的空腔。
SMR的結構為其中，并不適用上述空腔，而使具有高聲阻抗的薄膜和具有低聲阻抗的薄膜交替層疊為層疊薄膜，所述層疊薄膜的厚度為X/4(入為聲波波長)并且用作聲學反射薄膜。
在FBAR禾n SMR中，在上電極和下電極之間施加高頻電信號時，在逆壓電效應(inverse piezoelectric effect)下，聲波在其間具有壓電薄膜的上電極和下電極彼此相對區域(薄膜區域)中受到激勵。另一方面，在壓電效應下，由于聲波引起的失真傳遞到電信號中。聲波在每個上電極和下
5電極的側端面上反射，并且因而構成厚度變大的振蕩波，每個振蕩波都沿
厚度方向具有主偏移(displacement)。在此結構中，諧振發生在薄膜區域中整個薄膜的厚度成為聲波半波長的整數倍時的頻率處。假定由材料確定的聲波的傳播速度為V,則諧振頻率F為F=nV/2H。通過利用這種諧振現象來控制由薄膜厚度確定的諧振頻率，可以產生具有所需頻率特性的壓電薄膜諧振器。
作為已經實現對壓電薄膜諧振器的Q值(特別是其反諧振Q值)進行放大的現有技術，己經具有公知的儀器，其中壓電薄膜的外周部分布置得比其中下電極和上電極彼此相對區域的外周更為遠離內側(例如，日本早期公開專利公報No. 2007-300430)。通過這樣布置，聲波的側漏受到抑制，導致反諧振Q值增大。
發明內容
因此，本發明一個方面的目的是提供一種電薄膜諧振器，其具有增大的Q值而不會損害薄膜的機械強度。
根據本發明的一個方面，壓電薄膜諧振器包括襯底、形成于襯底上的下電極、形成于下電極上的壓電薄膜和形成于壓電薄膜上的上電極，下電極和上電極隔著壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間。所述空間從所述相對區域的內側延伸到外側，并形成于壓電薄膜中或形成于壓電薄膜上。
根據本發明的另一方面，濾波器、復用器或傳輸裝置包括壓電薄膜諧振器°
通過權利要求中特別指出的特征及其組合，將會發現和獲得本發明的目的和優點。
應該理解，前面的一般性描述和下面的詳細描述都是示例性和解釋性的，不像權利要求那樣構成對本發明的限制。
圖1A是根據本發明第一實施例的壓電薄膜諧振器的例子的平面圖，圖1B是沿著圖1A中的線A-A剖開的截面圖2A是示出根據第一實施例的修改形式的壓電薄膜諧振器的截面
圖，圖2B是根據第一實施例另一修改形式的壓電薄膜諧振器的截面圖；圖3A和3B是示出用于參考的壓電薄膜諧振器的截面圖；圖4是示出每個壓電薄膜諧振器的反諧振Q值的圖形；圖5A是圖1A中示出的壓電薄膜諧振器中的空間的深度發生變化時反
諧振Q值的變化的圖形，圖5B是圖2A中示出的壓電薄膜諧振器中的空
間的深度發生變化時反諧振Q值的變化的圖形；
圖6是解釋圖1A和1B中示出的壓電薄膜諧振器中的空間的偏移量的
圖形；
圖7是示出反諧振Q值隨著空間偏移量而變化的圖形；圖8是示出根據第二實施例的壓電薄膜諧振器的構造的截面圖；圖9是示出反諧振Q值隨著隔振子(insulator)的聲阻抗的變化而變化的圖形；
圖IOA是根據第三實施例的壓電薄膜諧振器的構造的平面圖，圖10B是沿著圖IOA中的線B-B剖開的截面圖UA是根據第四實施例的壓電薄膜諧振器的構造的平面圖，圖11B是沿著圖IIA中的線B-B剖開的截面圖12A是示出根據第四實施例的修改形式的壓電薄膜諧振器的截面圖，圖12B是根據第四實施例另一修改形式的壓電薄膜諧振器的截面圖13是示出四個壓電薄膜諧振器的反諧振Q值的圖形；
圖14是解釋相對區域T和空腔之間關系的圖形；
圖15是示出反諧振Q值隨著空腔偏移量而變化的圖形；圖16是根據第五實施例的濾波器的等效電路的示意圖；圖17是示出圖16中示出的濾波器的構造的平面圖18是沿著圖17中的線A-A剖開的截面圖；和圖19是示出復用器的構造的圖形。
具體實施方式
在根據本發明的實施例中，可以通過去除壓電薄膜的一部分而形成所述空間。在此情形下，由于只是沿著薄膜厚度方向去除了一部分，可以使得聲波的側漏受到抑制同時不會損害薄膜的機械強度。
在根據本發明的實施例中，可通過從相對區域的內側朝向其外側從而跨過上電極邊緣去除頂面部分或底面部分而構成所述空間，該上電極邊緣構成相對區域(其中上電極和下電極彼此相對)與外部之間的邊界部分。通過這種布置，所述空間可在壓電薄膜形成后形成。
在根據本發明的實施例中，可通過從相對區域的內側朝向其外側從而跨過下電極邊緣去除頂面部分或底面部分而構成所述空間，該下電極邊緣構成相對區域(其中上電極和下電極彼此相對)與外部之間的邊界部分。通過這種布置，所述空間可在壓電薄膜形成后形成。
在根據本發明的實施例中，所述空間可設置在所述壓電薄膜的頂面和上電極之間，或壓電薄膜和下電極之間。在此構造中，由于根本沒有去除壓電薄膜，所以不可能使得薄膜的機械強度受損。
在根據本發明的實施例中，具有與壓電薄膜不同的聲學特性的隔振子可以設置為替代所述空間。該隔振子使得薄膜的機械強度得以保持。
在另一方面中，根據本發明的壓電薄膜諧振器包括襯底、設置在襯底上的下電極、設置在下電極上的壓電薄膜、設置在壓電薄膜上的上電極和具有與壓電薄膜不同的聲學特性的隔振子，并形成為跨過相對區域(其中上電極和下電極彼此相對)和外部之間的邊界部分，從相對區域的內側朝向其外側延伸，其中，所述隔振子配置為穿透壓電薄膜。
通過這種布置，能夠抑制聲波的側漏從而提高反諧振Q值。而且，由于隔振子嵌入在去除了壓電薄膜的一部分中，所以不可能使得薄膜的機械強度受損。
在根據本發明的實施例中，隔振子的聲阻抗可以小于壓電薄膜。從而，可以進一步抑制聲波的側漏。
在根據本發明的實施例中，隔振子可以是二氧化硅。這使得聲波的側漏進一步受到抑制。
在另一方面，根據本發明的壓電薄膜諧振器包括襯底、設置在襯底
8上的下電極、設置在下電極上的壓電薄膜、設置在壓電薄膜上的上電極和 空間，所述空間形成為跨過下電極邊緣，從相對區域的內側朝向其外側穿 透壓電薄膜，下電極邊緣構成相對區域(其中上電極和下電極彼此相對) 和外部之間的邊界部分，其中，與所述下電極的邊緣相對的上電極配置為 延伸到相對區域外側。
通過這種布置，可以抑制聲波的側漏并實現增大反諧振Q值。而且， 與所述下電極的邊緣相對的上電極配置為延伸到相對區域外側，從而，在 形成所述空間的區域中，薄膜由上電極薄膜所保持。這使得薄膜的機械強 度得以保持。
在根據本發明的實施例中，可在相對區域下設置空間，并且所述空間 可形成為寬于所述相對區域。
如果所述空間窄于所述相對區域，相對區域的外周固定到所述襯底。 在相對區域的固定到所述襯底的外周中，希望厚度方向的振動受到限制， 使得反諧振Q值減小。然而，如上述構造所述，通過形成寬于相對區域的 所述空間，可以防止Q值減小。
在根據本發明的實施例中，上述壓電薄膜諧振器的諧振可以處于厚度 方向的振動模式中。在壓電薄膜諧振器的結構中，通過利用這種厚度方向 的振動模式，可以更有效地防止聲波側漏。這可以增大Q值(特別是反諧 振Q值)。
包括至少一個上述壓電薄膜諧振器的濾波器、復用器或通信設備也是 其中一個實施例。通過應用已經實現更大Q值的壓電薄膜諧振器，可以實 現具有低失真的濾波器、復用器或通信設備。
第一實施例
圖1A是根據第一實施例的壓電薄膜諧振器(下面稱之為FBAR) 10 的例子的平面圖，圖1B是沿著圖1A中的線A-A剖開的壓電薄膜諧振器 的截面圖。在圖1A和1B示出的FBAR 10中，釕(Ru)薄膜作為下電極 2設置在由硅(Si)制成的襯底1上。下電極2的厚度為300nm。作為壓電薄膜3，厚為1100nm的氮化鋁(A1N)薄膜設置在下電極2上。上電極 4設置在壓電薄膜3上從而形成一個區域，在該區域中，上電極4隔著壓 電薄膜3與下電極2相對。上電極4是厚為300nm的釕(Ru)薄膜。
區域T (相對區域)的形狀是橢圓形，其中，下電極2和上電極4隔 著其間的壓電薄膜3彼此相對。橢圓長軸為180pm，短軸為150)um。在相 對區域T下，設置有外周與相對區域T的外周相距lAim的空腔5。 g卩，空 腔5寬于相對區域T。
通過這種布置，可獲得諧振頻率約為2GHz的FBAR。例如通過濺射 法、曝光和濕式蝕刻或干式蝕刻形成下電極2。壓電薄膜3和上電極4。
除此以外，上電極4和下電極2可由例如鋁(Al)、銅(Cu)、鉬 (Mo)、鉤(W)、鉭(Ta)、鉬(Pt)、銠(Rh)或銥(Ir)等金屬制 成。至于壓電薄膜3的材料，除上述氮化鋁(A1N)夕卜，還可采用氧化鋅 (ZnO)、鉛鋯鈦(PZT)或氧化鉛鈦(PbTi03)等。至于襯底的材料， 除硅(Si)夕卜，還可使用玻璃等。
在圖1A和1B示出的FBAR中，通過去除壓電薄膜3的與上電極4相 鄰接的一部分而形成空間8，該空間位于上電極4的限定相對區域T的邊 緣處。空間8設置在圖中FBAR 10的突出面上，從而跨過上電極4的邊 緣。這里，空間8的深度為500nm。該深度dl——500nm約為壓電薄膜3 的薄膜厚度的一半。以此方式，通過將空間8設置在沿著壓電薄膜3的厚 度方向的部分中，可以抑制聲波側漏，同時保持FBAR IO的薄膜區域的機 械強度。這可以提高反諧振Q值。下面將給出深度dl和Q值之間的具體 關系。
空間8的橫向尺寸為whl與wh2之和。whl表示位于上電極4 (相對 區域T內側)之下的部分的寬度，wh2表示位于上電極4外側(相對區域 T外側)的部分的寬度，并且whl和wh2均為1/mi。因此，空間8從相對 區域T內側朝向其外側2pm而形成。
在形成下電極2、壓電薄膜3和上電極4后，空間8可通過對除了將 要形成空間8的地方進行掩模而對該地方以外的地方進行濕式蝕刻或者進 行干式蝕刻的方法形成。[構造的修改形式]
圖2A是示出根據第一實施例的修改形式的FBAR 11的構造的截面 圖。去除壓電薄膜3的與下電極2相鄰接的表面部分從而在相當于上電極 4的邊緣的位置處形成空間8，所述邊緣限定了下電極2和上電極彼此相 對的相對區域T。在FBAR 11的突出面上，空間8a穿過壓電薄膜3a形成 為跨過上電極4的邊緣，如圖3A所示。這里，空間8a的深度d2為 500nm。長度whl和wh2均為1/mi，與圖1A中示出的FBAR 10的情形一 樣。
圖2A中的空間8a例如可通過在形成下電極2之后在將要形成空間8a 的區域中形成犧牲層然后在形成壓電薄膜3a和上電極4之后去除所述犧牲 層而形成。
圖2B是示出根據第一實施例的另一修改形式的FBAR 13的構造的截 面圖。空間8b設置在上電極4b與壓電薄膜3b的位于上電極4b的邊緣處 的表面之間，所述邊緣限定其中下電極2和上電極4b彼此相對的相對區 域T,如圖3B所示。S口，空間8b通過由上電極4b的邊緣離開壓電薄膜 3b的表面而形成。這里，空間8b的高度d3為50nm，空間8b的寬度whl 為1/mi。
圖2B中的空間8b例如可通過在形成壓電薄膜3b之后在將要形成空 間8a的區域中形成犧牲層然后在形成上電極4之后去除所述犧牲層而形 成。圖2B中示出的構造可具有易于制造的優點。
圖3A是示出用于參考的FBAR的結構例子。在圖3A中的FBAR 12 中，去除壓電薄膜3c的一部分以形成空間8c從而在上電極4的邊緣處沿 薄膜厚度方向穿透壓電薄膜3c，限定上電極2和下電極4彼此相對的相對 區域。在FBAR12的投影面上，空間8c設置為跨過上電極4的邊緣。
圖3B還示出用于參考的FBAR的結構例子。在圖3B中的FBAR 9 中，在上電極2和下電極4彼此相對的相對區域T中未設置有空間。
ii圖4是示出上述五個FBAR9到13的反諧振Q值的圖形。對反諧振Q 值的增大程度進行檢查示出下列結果。相對于在壓電薄膜中不具有空間的 FBAR 9，在壓電薄膜和上電極之間具有空間的FBAR 13增大約120，在 壓電薄膜中具有空間的FBAR 10、 11和12每個都增大約240。
圖5A是示出反諧振Q值隨著圖1A中示出的FBAR IO中的空間厚度 8的深度dl的變化而變化的圖形。圖5B是示出反諧振Q值隨著圖2A中 示出的FBAR 11中的空間厚度8a的深度d2的變化而變化的圖形。從圖 5A和5B中示出的結果可見，通過使空間的深度大于或等于壓電薄膜的厚 度(1100nm)的一半，反諧振Q值變得飽和。從而希望空間的深度為壓 電薄膜的厚度的一半的量級。
圖6是解釋圖1A中示出的FBAR IO的空間偏移量的圖形。對于右側 的空間8，偏移量限定為相對于上電極4的邊緣部分ER (即相對區域T和 外側之間的邊界)。這里，假定當空間8的內壁KRu位于邊緣ER時偏移 量=0。相對區域T的內側取為(-)側或負側，其外側取為(+ )側或正 側。類似地，對于左側的空間8，與右側的空間8的情形一樣，假定當空 間8的內壁KLu位于邊緣EL時偏移量0。相對區域T的內側取為(-)側 或負側，其外側取為(+ )側或正側。假定圖中右側的空間8的內側壁 KRu和圖中左側的空間8的內側壁KLu沿一個方向移動同樣的移動量，使 得KRu和KLu構成鏡像關系。
圖7是示出繪出的反諧振Q值相對于表示空間8的偏移量的橫軸的變 化的圖形，其中，空間8的內側壁相對于上電極4的邊緣位置的位置用作 上述偏移量。圖7中的曲線示出反諧振Q值在偏移量為0-2mm時被增 強。可以說，在空間8位于FBAR的突出面上位于使得跨過構成相對區域 的邊界的上電極4的邊緣的位置時反諧振Q值增強。第二實施例
圖8是根據第二實施例的FBAR 14的構造的截面圖。通過將圖1A中 示出的FBAR 10的空間替換為隔振子8d而配置FBAR 14。隔振子8d的聲 阻抗與壓電薄膜3的不同。聲阻抗Z例如由下式(1)表示。
Z=《PxE) (P:密度；E:楊氏模量)
圖9是示出反諧振Q值隨著隔振子8d的聲阻抗的變化而變化的圖 形。在圖9中，Zi表示隔振子8d的聲阻抗，Zp表示壓電薄膜3 (A1N)的 聲阻抗。因而，由橫軸表示的Zi/Zp代表歸一化的聲阻抗。在圖形中，在 空間8中未使用隔振子的情形下反諧振Q值以Zi/Zp示出為零。在圖9中 示出的圖形表示較小的Zi/Zp (即隔振子的聲阻抗較小)增大反諧振Q 值。例如二氧化硅(Si02)用作具有低聲阻抗的有用的隔振子材料。通過 使用二氧化硅，提供了與在空間8中未使用隔振子的情形大致相等的反諧 振Q值。如前所述，可以說，在廣義上，當Zi/Zp小于l或者隔振子8d的 聲阻抗小于壓電薄膜3的聲阻抗時，反諧振Q值增大。
在上述第一實施例中的其它FBAR 11和13也可通過將各個空間8a和 8b分別由具有隔振子的空間代替而構造。以此方式，將所述空間替換為具 有隔振子的空間使得薄膜區域的機械強度較不容易受到損害。
第三實施例
圖IOA示出根據第三實施例的FBAR 15的構造的平面圖，圖10B示 出沿著圖10A中的線B-B剖開的截面圖。在上述第一實施例中的FBAR 10 (見圖1A)中，從上方觀察時，沿著相對區域T的外緣的一部分形成 有空間8e。在FBAR15中，從上方觀察時，空間8e形成于上電極4e的邊 緣限定相對區域T和外側之間的邊界的部分中。通過從壓電薄膜3e的表 面部分去除與上電極4e相鄰接的一部分而構成空間8e。在FBAR 15中， whl和wh2均為1/mi，與FBAR 10的情形一樣。以此方式，也通過在相 對區域T和外側之間的邊界的一部分中設置空間，可抑制聲波的側漏。
如圖IOA中的平面圖所示，空間8e形成于下電極2e設置為延伸到相 對區域T外側的整個區域中(下電極2e的包繞區域)。因而，與空間8e設置在下電極2e的包繞區域的一部分中的情形相比，對特性提高有進一步 改善。
第四實施例
圖IIA示出根據第四實施例的FBAR 16的構造的平面圖，圖IIB示 出沿著圖IIA中的線B-B剖開的截面圖。在FBAR16中，除了 FBAR 15 的構造外，空間8f形成于下電極2e的邊緣限定相對區域T和外側之間的 邊界的部分中。FBAR 16中的空間8f配置為使得去除壓電薄膜3e的一部 分以在下電極2e的邊緣處沿著薄膜厚度方向穿透壓電薄膜，所述邊緣限定 其中下電極2e和上電極4e彼此相對的相對區域T。在FBAR 16的投影面 上，空間8f設置為跨過下電極2e的邊緣。在FBAR16中，空間8f中的在 相對邊緣T的內側上的寬度wbl和其外側上的寬度wb2均為1/mi。因 此，空間8f的整個寬度為2/mi。
在設置空間8f的地方，上電極4形成為延伸到相對區域T外側。因 而，在已經去除壓電薄膜3e的部分(空間8f)中，上電極4e保持薄膜。 盡管未示出，還可在上電極4e上設置保護膜。在此情形下，薄膜的機械強 度大于單獨由下電極2e來保持薄膜的構造中的機械強度。
圖12A是示出根據本實施例的修改形式的FBAR 17的構造的截面 圖。在FBAR17中，去除壓電薄膜3g的與上電極4e相鄰接的一部分，以 在下電極2e的邊緣處形成空間8g，所述邊緣限定其中下電極2e和上電極 4e彼此相對的相對區域T。在FBAR 17的投影面上，空間8g設置為跨過 下電極2e的邊緣。空間8f的深度d4為500nm。
圖12B是示出根據本實施例的另一修改形式的FBAR 18的構造的截 面圖。在FBAR18中，去除壓電薄膜3h的與下電極2e相鄰接的一部分以 在下電極2e的邊緣處形成空間8h，所述邊緣限定其中下電極2e和上電極 4e彼此相對的相對區域T。在FBAR 17的投影面上，空間8h設置為跨過 下電極2e的邊緣。空間8f的深度d5為500nm。
圖13是示出上述四個FBAR 15-18的反諧振Q值的圖形。對反諧振Q 值的增大程度進行檢査示出下列結果。相對于在壓電薄膜中不具有空間的
14FBAR 15， FBAR 16-18增大反諧振Q值約650到700。 FBAR 16-18每個
都具有一種構造，該構造使得空間形成為跨過下電極2e的邊緣，該邊緣形 成相對區域T的邊界。因此，可以說，通過提供空間從而跨過下電極2e 的邊緣，增大了反諧振Q值。
圖14是示出相對區域T和空腔之間的關系的圖形。圖14中示出的 FBAR 17具有與圖12A中示出的FBAR 17同樣的結構。這里，描述其中 下電極3e和上電極4e隔著壓電薄膜3g彼此相對的相對區域T之下形成的 空腔5的尺寸對反諧振Q值的影響。在圖14的左側，假定當空腔5的左 側壁的位置CLs與上電極4e的邊緣ER重合時偏移量O，其中所述邊緣限 定相對邊緣T和外側之間的邊界。相對區域T的內側取為(-)側或負 側，其外側取為(+)側或正側。類似地，在圖14中的右側，假定當空腔 5的右側壁的位置CRs與下電極2e的邊緣ER重合時偏移量=0，其中所述 邊緣限定相對邊緣T和外側之間的邊界。相對區域T的內側取為(-)側 或負側，其外側取為(+)側或正側。假定空腔的右側壁的位置CRs及其 左側的部分CLs沿一個方向移動同樣的移動量，使得CRs和CLs構成鏡 像關系。
圖15是示出繪出的反諧振Q值隨著表示空腔5的偏移量的橫軸的變 化的圖形，其中，空腔5的外側壁的相對于上電極4e和下電極2e的邊緣 位置的位置均用作如上所述的偏移量。從圖可見，當偏移量小于0/mi時， 反諧振Q值減小。這表示使得空腔5寬于相對區域T允許防止反諧振Q值 減小。而且在第一道第三實施例中，使得空腔5寬于相對區域T能夠實現 類似的結果。
第五實施例
根據本發明的第五實施例涉及使用根據第一到第四實施例的一些 FBAR的濾波器和復用器。圖16是根據第五實施例的濾波器30的等效電 路視圖。通過梯形連接將諧振器布置在串聯支路和并聯支路中來獲得具有預定通頻帶的帶通濾波器。這種濾波器通常稱為梯形濾波器。
圖16中示出的濾波器30包括連接到輸入端子In和輸出端子Out之間 的串聯支路上的串聯諧振器Sl-S4以及連接到位于輸入端子In和輸出端子 Out之間的線與地之間的并聯諧振器Pl-P3 (連接到并聯支路)。這些串聯 諧振器Sl-S4和并聯諧振器Pl-P3每個都具有根據上述第一到第四實施例 的FBARIO、 ll和13到18的一些構造。
圖17是示出圖16中示出的濾波器30的構造的平面圖。圖18是沿著 圖17中的線A-A剖開的截面圖。串聯諧振器Sl-S4和并聯諧振器Pl-P3 形成于其中上電極4和下電極2隔著壓電薄膜3彼此相對的相對區域T 中。這七個諧振器形成于風橋型的空腔5上。盡管未示出，對于連接到并 聯支路上的并聯諧振器Pl-P3，上電極的300nm厚的釕(Ru)薄膜上設置 有110nm厚的鈦(Ti)薄膜。
串聯諧振器Sl-S4和并聯諧振器Pl-P3例如可具有與圖12A中示出的 FBAR 17類似的構造。如圖18所示，在串聯諧振器Sl-S4中，每個空間 8f都形成為跨過上電極4的邊緣，所述邊緣構成相對區域T的邊界。而 且，每個空間8e都形成為跨過下電極2的邊緣，所述邊緣構成相對區域T 的邊界。這可以提高濾波器性能同時保持薄膜的機械強度。
兩個這種帶通濾波器并聯連接的復用器也是其中一個實施例。圖19 是示出復用器40的構造的示意圖。在圖19中的復用器40中，傳輸濾波器 42設置在天線端子和傳輸端子之間，接收濾波器43設置在天線端子和接 收端子之間。在天線端子和濾波器之間，可按需增加匹配電路(例如移相 器)41以調節阻抗。復用器40起到隔離傳輸信號和接收信號的作用。例 如，復用器40用于緊接著CDMA系統移動電話的天線之下安裝。
當這種濾波器或復用器用于傳輸系統時，從確保低功耗的觀點來看， 或者當它們用于接收系統時，從提高接收靈敏度的觀點來看，都需要它們 具有低失真。可通過使用根據上述實施例已經實現較高Q值的其中一些 FBAR 10、 11和13-18來配置這些濾波器或復用器從而在這些濾波器或復 用器中實現低失真。而且，包括這些濾波器或復用器的通信設備也是根據 本發明的其中一個實施例。
16如上所述，在上述實施例中，在下電極或上電極的邊緣處，設置有隔 振子嵌入到其中從而跨過所述邊緣的區域。通過這種布置，可實現具有較
高Q值的FBAR。將其中一些FBAR應用到濾波器或復用器中允許實現低失真。
盡管已經詳細描述了本發明的上述實施例，應該理解的是，本發明不 限制于這些具體的實施例，在由所附帶的權利要求所限定的本發明的范圍 內可以作出各種修改形式或變化形式。
例如，用于每個襯底、電極薄膜和壓電薄膜的材料不限制于在上述實 施例中使用的材料，可使用其它材料。
對上述實施例的薄膜構造的解釋僅涉及FBAR的主要部分。然而，例 如，壓電薄膜還可設置在下電極下或上電極上。下電極下的壓電薄膜例如 將可以起到加強材料或蝕刻停止層的作用。另一方面，上電極上的壓電薄 膜例如將可以起到被動薄膜的作用或用于頻率調節。
已經針對上述實施例中的空腔形成為穿透襯底的情形進行了解釋，但 是空腔的構造不限制于這種情形。例如，空腔可構造為在襯底的表面中具 有凹陷，或者可以以風橋的形式設置在襯底表面上。另一方面，除了使用 空腔，還可使用聲反射薄膜來構成SMR型壓電薄膜諧振器。
已經解釋了上述實施例中的其中下電極和上電極隔著壓電薄膜彼此相 對的相對區域具有橢圓形形狀，但是其形狀不限制于橢圓形。例如，相對 區域的形狀可以為非方形的形狀或其它形狀。
已經特別示出了上述實施例中的下電極、上電極或壓電薄膜的端面或 尖端部分每個都與襯底形成直角的情形，但是這些薄膜的尖端部分的形狀 不限制于該形狀。例如，所述薄膜的尖端部分每個都具有錐形形狀。
已經特別示出了上述實施例中形成于下電極或上電極邊緣處的空腔每 個都具有矩形形狀的情形，但是所述空腔可具有其它形狀。已經舉例說明 空腔寬度為2/mi的情形，但是朝向離開相對區域的方向，所述寬度可以增 大。而且，已經作為例子示出了空腔的深度為500nm的情形，但是空腔的 深度不限制于該值。空腔的深度可具有其它不同值。
即使隔振子設置在已經從其去除壓電薄膜的部分中的例子應用于在權利要求中限定的本發明的其中任一種壓電薄膜諧振器，也可以獲得與使用 空腔的情形大致相同的特性。
這里所敘述的例子和條件式語句用于教育的目的以幫助讀者理解本發 明和本發明者對現有技術具有貢獻的思想，并用于非限制性地解釋這些特 別敘述的例子和條件，這些例子在說明書中的組織并不涉及展示本發明的 優點和缺點。盡管已經詳細描述了本發明的實施例，應該理解，不脫離本 發明的精神和范圍的情形下，可作出多種變化、替代和變更形式。
權利要求
1.一種壓電薄膜諧振器，包括襯底；形成于所述襯底上的下電極；形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述空間形成于所述壓電薄膜中或形成于所述壓電薄膜上。
2. 如權利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，通過去除所述壓電薄 膜的一部分而形成所述空間。
3. 如權利要求2所述的壓電薄膜諧振器，其中，通過去除所述壓電薄 膜的上表面或下表面的一部分而形成所述空間從而跨過所述上電極的邊 緣。
4. 如權利要求2所述的壓電薄膜諧振器，其中，通過去除所述壓電薄 膜的上表面或下表面的一部分而形成所述空間從而跨過所述下電極的邊 緣。
5. 如權利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述空間設置在所述 壓電薄膜的上電極和上表面之間或設置在所述壓電薄膜的下電極和下表面 之間。
6. 如權利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述空間填充有隔音 材料。
7. —種壓電薄膜諧振器，包括 襯底；形成于所述襯底上的下電極； 形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述 壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域在所述相對區域的邊緣處包括聲阻抗不同于所述壓電薄膜的聲阻抗的隔振子，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述隔振子形成為穿過所述壓電薄膜。
8. 如權利要求7所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述隔振子的聲阻抗小于所述壓電薄膜的聲阻抗。
9. 如權利要求7所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述隔振子由氧化硅制成。
10. —種壓電薄膜諧振器，包括襯底；形成于所述襯底上的下電極；形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述空間形成為穿過所述壓電薄膜，并且，所述上電極包括延伸到所述相對邊緣的外側并與所述下電極的邊緣相對的一部分。
11. 如權利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，在所述相對區域之下形成有空腔，所述空腔的與所述相對區域相對的面積大于所述相對區域的與所述空腔相對的面積。
12. 如權利要求7所述的壓電薄膜諧振器，其中，在所述相對區域之下形成有空腔，所述空腔的與所述相對區域相對的面積大于所述相對區域的與所述空腔相對的面積。
13. 如權利要求10所述的壓電薄膜諧振器，其中，在所述相對區域之下形成有空腔，所述空腔的與所述相對區域相對的面積大于所述相對區域的與所述空腔相對的面積。
14. 如權利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電薄膜諧振器以沿著厚度方向延伸的模式諧振。
15. 如權利要求7所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電薄膜諧振器以沿著厚度方向延伸的模式諧振。
16. 如權利要求10所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電薄膜諧振器以沿著厚度方向延伸的模式諧振。
17. —種濾波器，包括壓電薄膜諧振器，所述壓電薄膜諧振器包括襯底；形成于所述襯底上的下電極；形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述空間形成于所述壓電薄膜中或形成于所述壓電薄膜上。
18. —種復用器，包括壓電薄膜諧振器，所述壓電薄膜諧振器包括襯底；形成于所述襯底上的下電極；形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述空間形成于所述壓電薄膜中或形成于所述壓電薄膜上。
19. 一種傳輸裝置，包括壓電薄膜諧振器，所述壓電薄膜諧振器包括襯底；形成于所述襯底上的下電極；形成于所述下電極上的壓電薄膜；和形成于所述壓電薄膜上的上電極，所述下電極和所述上電極隔著所述壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，所述相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間，其中，從所述相對區域的內側延伸到外側的所述空間形成于所述壓電薄膜中或形成于所述壓電薄膜上。
全文摘要
本發明提供一種壓電薄膜諧振器、使用壓電薄膜諧振器的濾波器和復用器。壓電薄膜諧振器包括襯底、形成于襯底上的下電極、形成于下電極上的壓電薄膜和形成于壓電薄膜上的上電極，下電極和上電極隔著壓電薄膜彼此相對從而形成相對區域，相對區域包括位于所述相對區域的邊界處的空間。所述空間從所述相對區域的內側延伸到外側，并形成于壓電薄膜中或形成于壓電薄膜上。
文檔編號H03H9/17GK101645699SQ20091016538
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月7日 優先權日2008年8月8日
發明者上田政則, 原基揚, 坂下武, 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