專利名稱：壓電薄膜諧振器、濾波器和通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于由壓電薄膜諧振器執(zhí)行的電信號和體聲波之間的轉(zhuǎn)換 的功能的壓電薄膜諧振器。本發(fā)明還涉及由多個壓電薄膜諧振器相連接而 形成的濾波器。本發(fā)明還涉及包括該濾波器的通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
對諸如蜂窩電話之類的無線電設(shè)備的快速廣泛使用增加了對小尺寸、 重量輕的諧振器以及由這種諧振器的組合而制造的濾波器的需求。在這些
設(shè)備中，主要使用了電介質(zhì)濾波器和表面聲波(SAW)濾波器。近來，用 壓電薄膜諧振器制造的濾波器引起了關(guān)注，這是因為壓電薄膜諧振器具有 在高頻區(qū)域中的低損耗、高功率持久性、良好的靜電放電(ESD)特性的 特征，并且允許小尺寸和單片設(shè)計。
薄膜體聲諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)類型的諧振
器被認(rèn)為是這種壓電薄膜諧振器的一種。這種諧振器包括作為主元件的由 下電極、壓電層和上電極構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，并且一開孔(opening)(通孔 或空腔)位于下電極的一部分(隔膜區(qū)域)的下方，下電極在該部分與上 電極相對。
如果在上電極和下電極之間施加高頻電信號，則因反壓電效應(yīng)而在上 電極和下電極之間的壓電膜內(nèi)激勵出聲波。反之，壓電效應(yīng)將因聲波引起 的失真轉(zhuǎn)換為電信號。由于該聲波完全被與空氣接觸的上電極和下電極的 每個表面所反射，所以該聲波被變換為以厚度縱向模式振動，在該模式 中，主位移在壓電層的厚度方向上。在這種結(jié)構(gòu)中，假設(shè)厚度H為具有作 為主元件的形成在開孔上的下電極、壓電膜、上電極的薄膜結(jié)構(gòu)的總厚 度，則在厚度H等于聲波的1/2波長的整數(shù)倍(n倍)的頻率下發(fā)生諧 振。令V表示由材料確定的聲波的傳播速度，則諧振頻率F寫為F=nV/2H。因此，基于這種諧振現(xiàn)象，通過由厚度控制諧振頻率來制造具 有所希望的頻率特性的諧振器，并且通過連接多個諧振器來制造濾波器。
可以用從以下金屬中選出的一種或它們的組合來制造電極鋁
(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鴇(W)、鉭(Ta)、鉬(Pt)、釕 (Ru)、銠(Rh)、銥(Ir)、鉻(Cr)、鈦(Ti)等。它們的組合優(yōu)選 地用在層狀構(gòu)形中。
硅、玻璃、砷化鎵等可以用于基板。在用硅作為基板的情況下，可以 通過蝕刻(濕法蝕刻或干法蝕刻)硅基板的后側(cè)或者通過濕法蝕刻形成在 硅基板前側(cè)上的犧牲層來形成開孔。在此說明書中，從基板的后側(cè)穿過到 基板的前惻的孔稱作"通孔"，而呈現(xiàn)在基板的前側(cè)附近區(qū)域中的下電極 正下方的開孔稱作"空腔或開孔"。已知的壓電薄膜諧振器分為通孔型和 空腔型。
圖20是已知的通孔型壓電薄膜諧振器的剖視圖。圖20所示的結(jié)構(gòu)是 壓電薄膜諧振器的一個示例，并且公開在Electron. Lett.， 17 (1981), pp.507-509中。在這種結(jié)構(gòu)中，Au-Cr下電極、ZnO壓電膜和Al上電極形 成在具有熱氧化層(Si02)的硅基板(100)上。通孔是通過使用KOH水 溶液或EDP水溶液(乙二胺、鄰苯二酚和水的混合液)在硅基板的后側(cè)上 執(zhí)行各向同性蝕刻操作來形成的。
另一方面，圖21是空腔型壓電薄膜諧振器的剖視圖。在空腔型壓電 薄膜諧振器中，上電極、壓電膜和下電極被形成在犧牲層上作為主元件， 而空腔是通過蝕刻移除該犧牲層而最后形成的。圖21所示的壓電薄膜諧 振器公開在日本專利申請早期公開No. 6-40611中。在此示例中，ZnO島 狀犧牲圖案被形成作為犧牲層，并且層狀結(jié)構(gòu)由電介質(zhì)膜、上電極、壓電 膜、下電極構(gòu)成，并且電介質(zhì)膜制造在犧牲圖案上，隨后用酸移除該犧牲 層來形成空腔(空氣橋結(jié)構(gòu))。
通過參考圖22，日本專利申請早期公開No. 2000-69594公開了一種壓 電薄膜諧振器，其中， 一凹部形成在由上電極、壓電膜和下電極構(gòu)成的層 狀區(qū)域下方的基板的前側(cè)上。在圖22所示的壓電薄膜諧振器中，犧牲層 被沉積在預(yù)先形成的凹部上，隨后基板的表面被平面化。然后由上電極、壓電膜、下電極構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)形成在經(jīng)平面化的基板上，最后通過蝕刻 移除犧牲層，以便形成空腔。
氮化鋁(AIN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛 (PbTi03)等可以用于壓電膜。在很多情況下，是從聲速、溫度特性、品 質(zhì)值(Q值)和膜形成的容易度方面考慮來使用AIN的。具體而言，具有 在c軸取向上(在垂直于下電極表面的方向上)高度結(jié)晶的AIN膜的形成 是確定諧振特性的重要因素之一，并且直接影響耦合系數(shù)和Q值。另一方 面，具有在c軸取向上高度結(jié)晶的AIN膜的形成需要在膜形成期間施加高 級能量。例如，在金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)中，需要在1000攝 氏度或更高的溫度下執(zhí)行基板加熱，并且在等離子體增強化學(xué)氣相淀積 (PECVD)中，除了對等離子體提供能量之外還需要在400攝氏度或更高 的溫度下執(zhí)行基板加熱。利用濺射技術(shù)，由于對絕緣膜進(jìn)行濺射而引起基 板溫度上升是公知的。因此，AIN膜一般具有較強的膜應(yīng)力(殘余應(yīng) 力)。結(jié)果，包括具有在c軸取向上高度結(jié)晶的AIN膜的壓電薄膜諧振器 遇到了問題，例如從上電極起的引導(dǎo)部分(leading part)處的開路以及隔 膜損壞。在壓電薄膜諧振器中，空腔被優(yōu)選地設(shè)計為包括隔膜區(qū)域以使得 諧振被適當(dāng)?shù)貓?zhí)行，這是因為聲波在隔膜區(qū)域中諧振。
已經(jīng)引入了在基板上將下電極從空腔內(nèi)移到空腔外的技術(shù)，來克服機 械強度下降的問題(公開在日本專利申請早期公開No. 2002-140075)。
不管如何，在日本專利申請早期公開No. 2002-140075中公開的結(jié)構(gòu) 仍然遭受在提高機械強度和Q值的同時不可避免的降低了機電耦合系數(shù)的 折中關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服以下問題、考慮到壓電薄膜諧振器中的 上電極的形狀的結(jié)構(gòu)，所述問題例如是從上電極起的引導(dǎo)部分(或擴(kuò)展部 分)的開路以及出現(xiàn)在上電極和下電極相交部份中的隔膜損壞。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種壓電薄膜諧振器包括基板；下電極， 該下電極形成在基板上；壓電膜，該壓電膜形成在述基板和下電極上；以及上電極，該上電極形成在壓電膜上。該上電極具有主體部份以及連接到 主體部份的擴(kuò)展部份，主體部份與下電極以及布置在基板和下電極之間的 開孔相對，擴(kuò)展部份具有與開孔和基板相對的部份。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種壓電薄膜諧振器，包括基板；下電 極，該下電極形成在基板的主平坦表面上；壓電膜，該壓電膜形成在基板 和下電極上；上電極，該上電極形成在壓電膜上；以及空隙，該空隙在與 上電極和下電極彼此交疊并且壓電膜插入在它們之間的隔膜相對應(yīng)的下電 極的一部份之下，其中，與隔膜接觸的上電極的引導(dǎo)部分(或擴(kuò)展部分) 的中央部份被形成在所述空隙之上，并且其中，上電極的引導(dǎo)部分的相對 端被形成在所述空隙外部。
通過利用在權(quán)利要求中具體指出的元件和組合來實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的 目的和優(yōu)點。
根據(jù)所要求的，將會明白上述一般描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性 的和說明性的，而不限制本發(fā)明。


圖1圖示出了示出本發(fā)明的壓電薄膜諧振器的第一實施例的結(jié)構(gòu)的平 面圖2圖示出了沿著圖1的A-A線所作的剖視圖3圖示出了沿著圖1的B-B線所作的剖視圖4圖示出了示出壓電薄膜諧振器的第一實施例的結(jié)構(gòu)的平面圖5圖示出了圖4中的C部份的擴(kuò)大圖6A至6C圖示出了示出壓電薄膜諧振器的制造工藝的剖視圖7A圖示出了示出第一實施例的壓電薄膜諧振器的頻率特性的特性
圖，而圖7B圖示出了示出已知結(jié)構(gòu)的壓電薄膜諧振器的頻率特性的特性
圖8圖示出了己知壓電薄膜諧振器的平面圖； 圖9圖示出了圖8中的D部份的擴(kuò)大圖10圖示出了示出圖5所示的壓電薄膜諧振器的應(yīng)力分布的分布圖11圖示出了示出圖9所示的壓電薄膜諧振器的應(yīng)力分布的分布
圖12圖示出了示出壓電薄膜諧振器的第二實施例的結(jié)構(gòu)的平面圖； 圖13圖示出了已知壓電薄膜諧振器的平面圖14圖示出了示出圖12所示的壓電薄膜諧振器的應(yīng)力分布的分布
圖15圖示出了示出圖13所示的壓電薄膜諧振器的應(yīng)力分布的分布
圖16A至16C圖示出了示出犧牲層的形成工藝的平面圖； 圖17圖示出了示出根據(jù)一個實施例的濾波器的結(jié)構(gòu)的電路圖； 圖18圖示出了示出根據(jù)一個實施例的通信模塊的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖19圖示出了示出根據(jù)一個實施例的通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖20圖示出了示出已知壓電薄膜諧振器的結(jié)構(gòu)的剖視圖； 圖21圖示出了示出已知壓電薄膜諧振器的結(jié)構(gòu)的剖視圖； 圖22圖示出了示出己知壓電薄膜諧振器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的壓電薄膜諧振器的第一實施例包括基板、形成在基板上的下 電極、形成在基板和下電極上的壓電膜、形成在壓電膜上的上電極以及空 腔(例如，開孔、通孔、凹部或空隙)，該空腔在與上電極和下電極彼此 交疊并且壓電膜插入在它們之間的隔膜相對應(yīng)的下電極的一部份之下，其 中，與隔膜接觸的上電極的擴(kuò)展部份的中央部份被形成在所述空腔之上， 并且其中，上電極的引導(dǎo)部分的相對端被形成在所述開孔外部。這種布置 提供了這樣一種壓電薄膜諧振器增加了其機械強度并且維持了其諧振特 性。因此，提供了一種具有優(yōu)異生產(chǎn)率的壓電薄膜諧振器。
本發(fā)明的壓電薄膜諧振器的第二實施例包括基板、形成在基板的主 平坦表面上的下電極、形成在基板和下電極上的壓電膜、形成在壓電膜上 的上電極以及空腔，該空腔在與上電極和下電極彼此交疊并且壓電膜插入在它們之間的隔膜相對應(yīng)的下電極的一部份之下，其中，與隔膜接觸的上 電極的引導(dǎo)部分的中央部份被形成在所述空腔之上，并且其中，上電極的 弓i導(dǎo)部分的相對端被形成在所述空腔外部。這種布置提供了這樣一種壓電 薄膜諧振器增加了其機械強度并且維持了其諧振特性。因此，提供了一 種具有優(yōu)異生產(chǎn)率的壓電薄膜諧振器。
基于上述結(jié)構(gòu)，所述壓電薄膜諧振器的實施例被采用在下面的布置中。
在所述壓電薄膜諧振器中，上電極的端部處的空腔的平面形狀可以具 有與下電極的端部的平面形狀相同的平面形狀。利用這種布置，在維持諧 振特性的同時提高了機械強度。因此，提供了一種具有優(yōu)異生產(chǎn)率的壓電 薄膜諧振器。
在所述壓電薄膜諧振器中，通過在基板上層壓下電極、壓電膜和上電 極而形成的層壓膜的應(yīng)力優(yōu)選地是壓應(yīng)力。利用這種布置，可以以良好的 重復(fù)性在形成于基板上的層壓膜之間制作空腔。空腔的損壞被控制。
在本發(fā)明的壓電薄膜諧振器中，上電極和下電極相對的區(qū)域可以具有 橢圓形狀或沒有平行邊的多邊形形狀。利用上電極和下電極的相對區(qū)域是 橢圓形狀，防止從電極的端部(或邊緣)和壓電膜的外圍(或外邊緣)反 射回來的彈性波(聲波)在諧振截面的橫向上(與基板的表面平行的方向
上)呈現(xiàn)為駐波。利用這種布置，通帶中的波動(ripple)的生成被控制。
利用上電極和下電極的相對區(qū)域是沒有平行邊的多邊形形狀，防止從電極 的端部和壓電膜的外圍反射回來的聲波在諧振截面的橫向上呈現(xiàn)為駐波。 利用這種布置，通帶中的波動的生成被控制。
在實施例的壓電薄膜諧振器中，用包含氮化鋁或氧化鋅在內(nèi)的材料來 制造壓電膜作為主體部件。 (實施例)
圖1是圖示出本實施例的壓電薄膜諧振器的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖2是沿 著圖l中的A-A線的剖視圖。圖3是沿著圖1的B-B線的剖視圖。這里， 基板i是具有主平坦表面(flat surface)的硅基板。下電極2由Ru膜(其厚度為260nm)制造而成。基板1可以是代替硅基板的石英基板。還可以 使用很難形成通孔的基板。如果基板1是很難形成通孔的基板，則通過在 基板1和下電極之間形成穹頂形的氣隙(空腔)來構(gòu)成與本實施例相同的 結(jié)構(gòu)。壓電膜3由AIN膜(其厚度為1200nm)構(gòu)成。上電極4由Ru膜 (其厚度為260nm)構(gòu)成。
在上電極4和下電極2彼此相對且壓電膜3插入在其間的區(qū)域中(隔 膜區(qū)域)， 一凸脹得像穹頂(例如，穹頂形的氣隙)的空腔6形成在下電 極2的下側(cè)和基板1的上表面之間(見圖2)。根據(jù)本實施例，空腔6的 平面形狀被設(shè)置為橢圓形的，并且上電極4和下電極2彼此交疊并且形成 一般地橢圓平面形狀(見圖1)。可以通過移除用于形成下電極2的在下 電極2下方的經(jīng)預(yù)先圖案化的犧牲層來形成空腔6。而且，用于犧牲層蝕 刻的蝕刻劑供給口 7被布置在基板1上，以便蝕刻犧牲層來形成空腔6。
圖4是用于說明圖1所示的壓電薄膜諧振器中的下電極2、上電極4 和空腔6的關(guān)系的平面圖。如圖4所示，為了簡便起見，省略了基板1、 壓電膜3、用于犧牲層蝕刻的蝕刻劑供給口 7等。圖5是圖4中的C部份 的擴(kuò)大圖。如圖5所示，標(biāo)注陰影線的區(qū)域標(biāo)識在下電極2下方的空腔 6。還如圖5所示，點劃線、實線和虛線分別表示上電極4、下電極2的輪 廓以及空腔6的輪廓。
圖6A至6C圖示出了圖l到圖5所示的壓電薄膜諧振器的制造工藝。 這些圖的每個被圖示作為沿著圖1中的A-A線的剖視圖。
首先，如圖6A所示，使用濺射技術(shù)或真空淀積將用作犧牲層9的厚 度在20nm至100nm范圍內(nèi)的氧化鎂(MgO)膜形成在硅基板1 (或者石 英基板)上。犧牲層9不限于MgO，而可以是氧化鋅(ZnO)、鍺 (Ge)、鈦(Ti) 、 二氧化硅(Si02)等的一種。犧牲層9不限于任何特 定的材料，只要該材料易于被蝕刻劑溶解。接下來，通過光刻技術(shù)和蝕刻 工藝將犧牲層9圖案化成所希望的形狀。這里，犧牲層9 一般被圖案化成 為與上電極4和下電極2彼此交疊的區(qū)域(隔膜區(qū)域)的形狀一致的橢圓 形狀。
參考圖6B，下電極2、壓電膜3和上電極4相繼被形成。下電極2通過在0.6帕至1.2帕的壓強下在氬(Ar)氣氛中進(jìn)行濺射來形成，并且使 用光刻技術(shù)和蝕刻工藝被圖案化成為所希望的形狀。接著，通過利用在大 約0.3帕壓強下的Ar和N2混合氣體氣氛中的Al靶的濺射工藝來形成用于 壓電膜3的AIN膜。接下來，通過在0.6帕至1.2帕壓強下的Ar氣體氣氛 中進(jìn)行濺射來在AIN膜上形成用于上電極4的Ru膜。這樣層壓成的膜經(jīng) 過光刻技術(shù)和蝕刻工藝(濕法蝕刻或干法蝕刻)以便將上電極4和壓電膜 3圖案化成為所希望的形狀。在此描述的濺射條件僅僅是示例，并且被設(shè) 置以使得由下電極2、壓電膜3和上電極4構(gòu)成的層壓膜具有壓應(yīng)力 (compressive stress)。與隔膜區(qū)域接觸的上電極4的引導(dǎo)部份4x (或引 導(dǎo)部分4x)的中央部份4y被形成在要在下一步形成的空腔6上，其中， 中央部份4y由彎曲括弧示出以示出中央部份的區(qū)域。與上電極4的引導(dǎo) 部份4x相對的端部4z被形成在空腔6的外面(見圖4)。
接下來，參考圖6C，利用抗蝕劑圖案的光刻技術(shù)將蝕刻劑供給口 7形 成在下電極2中(見圖3)。通過蝕刻劑供給口 7將蝕刻劑提供給犧牲層 9，并且通過蝕刻工藝移除犧牲層9來形成空腔6?？梢栽谙码姌O2被蝕刻 期間形成蝕刻劑供給口 7。在由下電極2、壓電膜3和上電極4構(gòu)成的層 壓膜中產(chǎn)生的應(yīng)力被設(shè)計為壓應(yīng)力。為了滿足層壓膜中的這種壓力條件， 層壓膜在犧牲層9的蝕刻工藝結(jié)束時凸脹，并且諸如穹頂形的氣隙之類的 穹頂形空腔6由此在下電極2和基板1之間形成(見圖6C)。
在上述濺射條件下，層壓膜中的應(yīng)力大約為(最小)300兆帕壓應(yīng) 力。在此描述的濺射條件僅僅是示例，并且使層壓膜的應(yīng)力成為壓應(yīng)力對 產(chǎn)生穹頂形空隙(gap)很重要。濺射條件的多種組合是可以的。利用另 一膜形成方法，可以通過調(diào)節(jié)層壓膜的應(yīng)力來產(chǎn)生穹頂形氣隙。
圖7A圖示出了根據(jù)圖6A至6C所示的制作方法所產(chǎn)生的壓電薄膜諧 振器的諧振特性。為了將本實施例與已知技術(shù)相比較，圖7B所示的特性 示出了圖8和9所示的己知結(jié)構(gòu)的諧振器的特性。相比之下，圖8和 9所示的已知壓電薄膜諧振器與圖4和5所示的本實施例的壓電薄膜諧振 器的不同在于上電極104的整個引導(dǎo)部分104x被形成在空腔106上。圖9 是圖8中的D部份的擴(kuò)大圖。參考圖9，點劃線表示上電極104的輪廓，實線表示下電極102的輪廓，而虛線表示空隙106的輪廓。在本實施例和 已知技術(shù)的每個結(jié)構(gòu)中，上電極和下電極彼此相對的區(qū)域具有橢圓形，該 橢圓形具有的長軸的長度為245微米并且短軸的長度為175微米。
參考圖7A和7B，曲線圖的縱坐標(biāo)表示一端口 (one-port)的回波損 耗(return loss)特性，其中，損耗越接近0dB，則諧振器的損耗越小并且 品質(zhì)因子Q越高。對兩種諧振器的比較表明具有結(jié)合了機械強度提高步驟 的圖4和5的結(jié)構(gòu)的諧振器提供了與已知諧振器的特性一致的特性，本實 施例的諧振器包括的上電極4 (見圖4)具有其寬度W1大于已知諧振器中 的寬度(圖8中的引導(dǎo)部分104x的寬度W2)的引導(dǎo)部分4x。電極電阻減 小了，并且諧振頻率中的品質(zhì)因子Q也輕微地增加了。
圖10圖示出了圖4和5所示的壓電薄膜諧振器中的上電極4的引導(dǎo)部 分4x的附近的殘余應(yīng)力分布，并且因此圖示出了如圖5所示的下電極2、 上電極4和空腔6彼此交疊的區(qū)域中的殘余應(yīng)力分布。圖11圖示出了圖8 和9所示的已知壓電薄膜諧振器的上電極104的引導(dǎo)部分104x的附近的殘 余應(yīng)力分布，并且因此圖示出了如圖9所示的上電極102、下電極104和 空隙106彼此交疊的區(qū)域中的殘余應(yīng)力分布。在圖11中由箭頭F所指向 的區(qū)域中，已知壓電薄膜諧振器中的上電極104的引導(dǎo)部分104x中產(chǎn)生 了較高殘余應(yīng)力，這可能導(dǎo)致諸如上電極104毀壞之類的隔膜損壞。相對 比而言，在圖10中由箭頭E所指向的區(qū)域中，本實施例的壓電薄膜諧振 器中的上電極4的引導(dǎo)部分4x中產(chǎn)生了較低的殘余應(yīng)力，并且增加了諸 如上電極4毀壞之類的隔膜損壞的極限。此外，如圖IO所示，區(qū)域2a、 4a和6a分別表示下電極2、上電極4和空腔6的殘余應(yīng)力。如圖11所 示，區(qū)域102a、 104a和106a分別表示下電極102、上電極104和開孔106 的殘余應(yīng)力。
為了獲得本發(fā)明實施例的優(yōu)點，按需出現(xiàn)的基板、電極、壓電膜和另 外的膜中的每一種的材料不限于上述的材料，而是可以使用另外的材料用 于這些元件。
在對根據(jù)本實施例的膜形成的討論中，只描述了壓電薄膜諧振器中的 主體元件。例如，電介質(zhì)膜可以形成在下電極2下方或上電極4上。形成在下電極2下方的電介質(zhì)膜例如可以起到蝕刻中的停止層或加強構(gòu)件
(reinforcement member)的作用。此外，形成在上電極4上的電介質(zhì)膜例 如可以起到鈍化層或頻率調(diào)節(jié)構(gòu)件的作用。
根據(jù)本實施例，雖然下電極2和上電極4的每個的彼此相對的區(qū)域具 有橢圓形狀，但是也可以有不同的形狀。例如，沒有平行邊的多邊形形狀
(例如五邊形)提供了相同優(yōu)點。
在對本實施例的討論中，使用了形成在基板1的主平坦表面上的諸如 空隙之類的空腔6。具有在下電極2下方的諸如通孔或凹部之類的空腔6 的壓電薄膜諧振器提供了相同優(yōu)點。在下電極2下方的作為開孔的空腔可 以通過對具有上電極4、壓電膜3和下電極2的基板1進(jìn)行干法蝕刻來 形。
圖12是接近第二實施例的壓電薄膜諧振器中的上電極4的引導(dǎo)部分 4x的區(qū)域的擴(kuò)大圖。第二實施例的基本結(jié)構(gòu)與圖4所示的第一實施例的結(jié) 構(gòu)一致，因此在此省略對其的討論。第二實施例的結(jié)構(gòu)具有形狀與第一實 施例的結(jié)構(gòu)的空腔形狀不同的空腔(例如開孔)。圖13圖示出了已知結(jié) 構(gòu)的上電極104和下電極102與本實施例的空腔的組合。圖14和15分別 圖示出了圖12的壓電薄膜諧振器和圖13的壓電薄膜諧振器的殘余應(yīng)力分 布。
圖14圖示出了接近圖12所示的本實施例的壓電薄膜諧振器中的上電 極4的引導(dǎo)部分4x的區(qū)域的殘余應(yīng)力分布。圖15圖示出了接近圖13所示 的已知結(jié)構(gòu)的上電極104的引導(dǎo)部分104x的區(qū)域的殘余應(yīng)力分布。在圖 15中由箭頭H所指向的區(qū)域中，在已知的壓電薄膜諧振器中的上電極104 的引導(dǎo)部分104x中產(chǎn)生了較高的殘余應(yīng)力，這可能導(dǎo)致諸如上電極104 毀壞之類的隔膜損壞。相比而言，在圖14中由箭頭G所指向的區(qū)域中， 在本實施例的壓電薄膜諧振器中的上電極4的引導(dǎo)部分4x中產(chǎn)生了較低 的殘余應(yīng)力，并且增加了諸如上電極4毀壞之類的隔膜損壞的極限。
圖14和15所示的兩種壓電薄膜諧振器具有下電極下方的被加寬的空 腔。即使由于在制造中使下電極和上電極的交疊部份與空腔的相對位置偏移，也不會改變諧振特性。以這種方式，提高了諧振器的生產(chǎn)率。參考圖
16A至16C來描述生產(chǎn)率。
圖16A至16C的各個圖是下電極2和犧牲層9的平面圖。如圖16B所 示，下電極2被布置在犧牲層9上，犧牲層9形成在如圖16A所示的基板 1的主平坦表面上。在對下電極2圖案化之后，下電極2的端部形狀(end shape)和犧牲層9的形狀一般可以與圖16C所示的一致。在這種情況下， 下電極2的端部處的空腔的平面形狀和下電極2的端部的平面形狀在移除 了犧牲層9之后一般會變得一致。在圖16B和16C的各個圖中，下電極2 下方的空腔大于下電極和上電極彼此交疊的區(qū)域。這樣增加了位置偏移的 極限，并且增加了生產(chǎn)率。 [3.濾波器的結(jié)構(gòu)]
圖17是圖示出濾波器的結(jié)構(gòu)的電路圖。濾波器例如是這樣的帶通濾 波器，其中，多個諧振器以梯形配置相連接。在圖17所示的濾波器中， 多個諧振器S彼此串聯(lián)地被布置在串聯(lián)支路上，隨后各個諧振器P被布置 在并聯(lián)支路上，并且這些并聯(lián)支路被連接到串聯(lián)支路。第一實施例和第二 實施例的各個壓電薄膜諧振器都可以用于諧振器S和P。通過將各個諧振 器的諧振頻率設(shè)置為所希望的值，提供了一種允許期望頻率的信號通過它 的帶通濾波器。
包括上述實施例的壓電薄膜諧振器的濾波器在維持諧振特性的同時提 高了機械強度。因此，提供了一種具有優(yōu)異生產(chǎn)率的濾波器。
根據(jù)本實施例，描述了一種梯型濾波器。本發(fā)明可以應(yīng)用于使用了上 述實施例的壓電薄膜諧振器的濾波器，例如點陣型(lattice-type)濾波 器。
圖18圖示出了包括上述實施例的壓電薄膜諧振器或濾波器的通信模 塊的一個示例。參考圖18，雙工器62包括接收濾波器62a和發(fā)送濾波器 62b。例如用于均衡的輸出的接收端子63a和63b被連接到接收濾波器 62a。發(fā)送濾波器62b通過功率放大器64連接到發(fā)送端子65。這里，接收 濾波器62a和發(fā)送濾波器62b的每個都包括本實施例的壓電薄膜諧振器。在接收操作中，接收濾波器62a只允許經(jīng)由天線端子61接收的信號中 的預(yù)定頻帶內(nèi)的信號通過它，并且經(jīng)由接收端子63a和63b將通過的信號 輸出到外面。在發(fā)送操作中，發(fā)送濾波器62b只允許由發(fā)送端子65輸入 的并經(jīng)功率放大器64放大的信號中的預(yù)定頻帶中的信號通過它，并且經(jīng) 由天線端子61將通過的信號輸出到外面。
利用包括在通信模塊的接收濾波器62a和發(fā)送濾波器62b中的根據(jù)上 述實施例的壓電薄膜諧振器或濾波器，該通信模塊具有在維持諧振特性的 情況下提高了機械強度的特征。因此，提供了一種有優(yōu)異生產(chǎn)率的通信模 塊。
圖18所示的通信模塊是一個示例。如果將上述實施例的壓電薄膜諧 振器或濾波器結(jié)合在另一實施例的通信模塊中，則將提供相同的優(yōu)點。 [5.通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)]
圖19圖示出了作為包括上述實施例的通信模塊的通信設(shè)備的一個示 例的蜂窩電話或移動電話的射頻(RF)塊。圖19所示的結(jié)構(gòu)是用于支持 全球移動通信系統(tǒng)(GSM)通信方法和寬帶碼分多址(W-CDMA)通信 方法的蜂窩電話終端的結(jié)構(gòu)。本實施例的GSM通信方法與850 MHz波 段、950 MHz波段、1.8GHz波段、1.9GHz波段兼容。除了圖19的結(jié)構(gòu) 以外，蜂窩電話終端還包括麥克風(fēng)、揚聲器、液晶顯示屏等，但是這些元 件在討論本實施例時不是必要的，因此未示出。這里，接收濾波器73a、 77、 78、 79、 80和接收濾波器73b的每個都包括根據(jù)上述實施例的壓電薄 膜諧振器或濾波器。
天線切換電路72根據(jù)經(jīng)由天線71輸入的接收信號的通信方法是W-CDMA還是GSM來選擇要一起工作的LSI。如果接收信號與W-CDMA通 信方法兼容，則執(zhí)行切換以使得接收信號被輸出到雙工器73。輸入到雙工 器73的接收信號被接收濾波器73a限制到預(yù)定頻帶，并且隨后均衡型的接 收信號被輸出到低噪聲放大器74 (LNA74) 。 LNA 74對輸入的接收信號 進(jìn)行放大并將放大后的信號輸出到LSI 76。 LSI 76響應(yīng)于輸入的接收信號 對音頻信號執(zhí)行解調(diào)處理，并且控制蜂窩電話中的每個元件的操作。
另一方面，當(dāng)信號被發(fā)送時，LSI 76生成發(fā)送信號。生成的發(fā)送信號被功率放大器75放大，并且隨后輸入到發(fā)送濾波器73b。發(fā)送濾波器73b 只允許輸入的發(fā)送信號中的預(yù)定頻帶內(nèi)的信號。從發(fā)送濾波器73b輸出的 發(fā)送信號經(jīng)由天線切換電路72從天線71被輸出到外面。
如果輸入的接收信號與GSM通信方法兼容，則天線切換電路72響應(yīng) 于頻帶而選擇接收濾波器77至80之一，并輸出接收信號。由接收濾波器 77至80之一限制了頻率的接收信號被輸入到LSI 83。響應(yīng)于輸入的接收 信號，LSI 83對音頻信號執(zhí)行解調(diào)處理，并且控制蜂窩電話終端中的各個 元件的操作。另一方面，當(dāng)信號被發(fā)送時，LSI 83生成發(fā)送信號。生成的 發(fā)送信號被功率放大器81和82之一放大，并且隨后放大后的信號經(jīng)由天 線切換電路72從天線71被輸出到外面。
利用結(jié)合在通信設(shè)備中的上述實施例的壓電薄膜諧振器、濾波器和通 信模塊之一，通信設(shè)備具有在維持諧振特性的情況下提高了機械強度的特 征。該通信設(shè)備因此具有優(yōu)異的生產(chǎn)率。 [6.實施例的其它特征]
根據(jù)上述實施例，在改善諧振特性的同時增加了機械強度。提供了其 中每個都具有優(yōu)異的生產(chǎn)率的壓電薄膜諧振器、濾波器、通信模塊和通信 設(shè)備。
已討論了本發(fā)明的上述實施例。本發(fā)明不限于任何特定的實施例，而 是可以在權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍內(nèi)作出多種改變和修改。
在此所闡述的所有示例和條件語言希望用于教導(dǎo)的目的，以輔助讀者 理解本發(fā)明和由發(fā)明人為了深化技術(shù)所貢獻(xiàn)的概念，并且被構(gòu)造為既不限
于這些具體闡述的示例和條件，也不限于與顯示本發(fā)明的優(yōu)勢和劣勢有關(guān) 的說明書中的這些示例的組織。雖然己詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個或多個實 施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對其作 出各種改變、替代和變更。
權(quán)利要求
1.一種壓電薄膜諧振器，包括基板；下電極，該下電極形成在所述基板上；壓電膜，該壓電膜形成在所述基板和所述下電極上；以及上電極，該上電極形成在所述壓電膜上，并且具有主體部份以及連接到所述主體部份的擴(kuò)展部份，所述主體部份與所述下電極以及布置在所述基板和所述下電極之間的開孔相對，所述擴(kuò)展部份具有與所述開孔和所述基板相對的部份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述部份部分地與 所述下電極相對而不通過所述開孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述開孔形成了類 似穹頂?shù)男螤睢?br> 4. 一種壓電薄膜諧振器，包括 基板，該基板具有平坦表面；下電極，該下電極形成在所述平坦表面上； 壓電膜，該壓電膜形成在所述基板和所述下電極上；以及 上電極，該上電極形成在所述壓電膜上，并且具有主體部份和連接到 所述主體部份的擴(kuò)展部份，所述主體部份與所述下電極以及布置在所述基 板和所述下電極之間的開孔相對，所述擴(kuò)展部份具有與所述開孔和所述基 板相對的部份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述部份部分地與 所述下電極相對而不通過所述開孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述開孔形成了類 似穹頂?shù)男螤睢?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述下電極的外部 形狀部分地類似于所述開孔的外部形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，通過層壓所述上電極、所述壓電膜和所述下電極所產(chǎn)生的應(yīng)力是壓縮的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，通過層壓所述上電 極、所述壓電膜和所述下電極所產(chǎn)生的應(yīng)力是壓縮的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述上電極和所 述下電極彼此相對的區(qū)域的形狀是橢圓形或者邊彼此不平行的多邊形。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述上電極和所 述下電極彼此相對的區(qū)域的形狀是橢圓形或者邊彼此不平行的多邊形。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，從所述開孔到所 述開孔的外部形成有開孔。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電膜的材 料包括氮化鋁或氧化鋅。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電薄膜諧振器，其中，所述壓電膜的材 料包括氮化鋁或氧化鋅。
15. —種濾波器，包括 壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器包括基板；下電極，該下電極形成在所述基板上； 壓電膜，該壓電膜形成在所述基板和所述下電極上；以及 上電極，該上電極形成在所述壓電膜上，并且具有主體部份以及 連接到所述主體部份的擴(kuò)展部份，所述主體部份與所述下電極以及布 置在所述基板和所述下電極之間的開孔相對，所述擴(kuò)展部份具有與所 述開孔和所述基板相對的部份。
16. —種通信模塊，包括 濾波器，該濾波器包括壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器包括 基板；下電極，該下電極形成在所述基板上；壓電膜，該壓電膜形成在所述基板和所述下電極上；以及上電極，該上電極形成在所述壓電膜上，并且具有主體部份 以及連接到所述主體部份的擴(kuò)展部份，所述主體部份與所述下電極以及布 置在所述基板和所述下電極之間的開孔相對，所述擴(kuò)展部份具有與所述開 孔和所述基板相對的部份。
17.—種通信設(shè)備，包括 濾波器，該濾波器包括壓電薄膜諧振器，該壓電薄膜諧振器包括 基板；下電極，該下電極形成在所述基板上；壓電膜，該壓電膜形成在所述基板和所述下電極上；以及上電極，該上電極形成在所述壓電膜上，并且具有主體部份 以及連接到所述主體部份的擴(kuò)展部份，所述主體部份與所述下電極以及布 置在所述基板和所述下電極之間的開孔相對，所述擴(kuò)展部份具有與所述開 孔和所述基板相對的部份。
全文摘要
本發(fā)明公開了壓電薄膜諧振器、濾波器和通信設(shè)備。一種壓電薄膜諧振器包括基板、形成在基板上的下電極、形成在基板和下電極上的壓電膜以及形成在壓電膜上并且與下電極相對的上電極。上電極具有主體部份和連接到該主體部份的擴(kuò)展部份，該主體部份與下電極以及被布置在基板和下電極之間的開孔相對，該擴(kuò)展部份具有與該開孔和基板相對的部份。
文檔編號H03H9/17GK101527551SQ20091011784
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6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