[发明专利]压电薄膜谐振器

说明书

技术领域

本发明的某些方面涉及压电薄膜谐振器。

背景技术

小型轻质化表面声波(SAW)滤波器一直用于以移动电话为代表的移动通信设备中使用的滤波器。SAW滤波器包括压电基板和设置在所述压电基板上的IDT(叉指换能器)，并且在由IDT的电极指间距(pitch)决定的频率下运行。

近年来，移动通信设备的传输速率一直增加。因此，已经开发出在更高频率下运行的滤波器，但是SAW滤波器的频率依赖于IDT的电极指间距，所以，减少电极指间距上存在限制。因此，难以满足高频率的需要。所以，压电薄膜谐振器引发关注。压电薄膜谐振器具有谐振部分，该谐振部分在基板上层叠有下电极、压电膜和上电极，并且其频率由谐振部分的厚度决定。因此，容易使压电薄膜谐振器在高频率下运行。

例如，将氮化铝膜用于压电薄膜谐振器的压电膜，但是氮化铝的压电常数和机电耦合系数小于其他压电材料。为了增大压电常数，已知在氮化铝中添加钪(Sc)的技术以及在基板和添加有Sc的氮化铝膜之间提供Sc含有率不同的氮化铝膜(例如，日本特开2009-10926号公报)。

此外，已知通过形成第一压电膜并对其进行热处理，然后在所述第一压电膜上形成第二压电膜来形成压电膜的方法获得结晶性良好的压电膜(例如，日本特开2007-277606号公报)。另外，已知通过在改变膜形成条件时形成压电膜的方法来在压电薄膜谐振器中释放应力，并获得良好的谐振特性(例如，日本特开2003-60478号公报)。已知通过层叠具有正谐振频率温度系数的压电膜和具有负谐振频率温度系数的压电膜的方法获得良好的温度特性和良好的谐振特性(例如，日本特开2001-203558号公报)。

在将含有添加元素的氮化铝膜用作压电薄膜谐振器的压电膜时，诸如压电膜的取向和膜应力以及压电膜和电极之间的粘合性等因素可引起诸如耦合系数、Q值和FOM(品质因数(Figure of Merit)，Q值与耦合系数的积)等特性的劣化。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种压电薄膜谐振器，所述压电薄膜谐振器包括：基板；压电膜，所述压电膜设置在所述基板上，并包括第一膜和第二膜，所述第一膜由含有添加元素的氮化铝膜制成，所述第二膜设置在所述第一膜的上表面和下表面上，并由以低于第一膜的浓度含有所述添加元素的氮化铝膜制成；和下电极和上电极，所述上电极和下电极设置成夹持所述压电膜。

附图说明

图1示出了第一实施方式的FBAR，其中图1(a)是第一实施方式的FBAR的俯视图，图1(b)是沿着图1(a)中的A-A线截取的截面图，图1(c)是是沿着图1(a)中的B-B线截取的截面图；

图2是说明第一实施方式的FBAR的制造方法的截面图；

图3是说明模拟中使用的未掺杂AlN的结构的图；

图4是说明AlN相对于二价元素和四价元素的总取代浓度的机电耦合系数的曲线图；

图5是第一比较例的FBAR的截面图；

图6是说明AlN膜相对于Mg和Zr的总取代浓度的膜应力的图。

图7是说明AlN膜相对于Mg和Zr的总取代浓度的压电常数的增加率的图。

图8是说明AlN相对于二价元素和四价元素的总取代浓度的压电常数的增加率的曲线图；

图9是说明AlN相对于二价元素和五价元素的总取代浓度的机电耦合系数的曲线图。

图10是包括温度补偿膜的FBAR的截面图。

图11示出了上述实施方式的FBAR的变型例，其中图11(a)是上述实施方式的第一变型例的FBAR的截面图；图11(b)是上述实施方式的第二变型例的FBAR的截面图；和

图12是SMR的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图给出本发明实施方式的描述。

第一实施方式

第一实施方式描述了FBAR(薄膜腔声波谐振器)，其是作为实例的示例性压电薄膜谐振器。图1(a)是第一实施方式的FBAR俯视图，图1(b)是沿着图1(a)中的A-A线截取的截面图，图1(c)是是沿着图1(a)中的B-B线截取的截面图。如图1(a)～图1(c)所示，第一实施方式的FBAR100包括基板10、下电极12、压电膜14和上电极16。

基板10可以例如是硅(Si)基板、砷化镓(GaAs)基板或诸如玻璃基板等绝缘材料基板。