压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的特定方面涉及压电薄膜谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器。本发明的另一方面涉及被设置成具有插入压电膜的膜的压电薄膜谐振器、用于制造这种谐振器的方法，以及具有这种谐振器的滤波器和双工器。
【背景技术】
[0002]利用压电薄膜谐振器的声波装置例如被用作诸如蜂窝电话的无线装置中的滤波器或双工器。压电薄膜谐振器具有其中下电极和上电极隔着压电膜彼此面对的结构。
[0003]由于无线系统的快速普及，已经使用了许多频带。由此，对于滤波器和双工器的裙边特性(只力一卜特性)的陡度方面的改进存在增长需求。用于改进该裙边特性的陡度的措施是增大压电薄膜谐振器的Q值。使压电薄膜谐振器的Q值劣化的因素是从谐振器向外侧泄漏声波能量。为提高Q值，提出了在下电极或上电极的表面上设置凸起环(例如，参见日本特开专利申请N0.2006-109472)。
[0004]然而，上述申请中提出的结构在有效抑制声波能量从谐振区泄漏至外侧方面有难度，并且在Q值提高方面无效。而且，压电薄膜的取向影响了谐振特性，诸如有效机电耦合系数k2eff。
【发明内容】
[0005]根据本发明一个方面，提高Q值并且增强压电薄膜的取向。
[0006]根据本发明另一个方面，提供了一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括:基板；压电膜，该压电膜具有设置在所述基板上的下压电膜和设置在所述下压电膜上的上压电膜；下电极和上电极，该下电极和上电极透过隔着所述压电膜的至少一部分彼此面对；插入膜，该插入膜插入在所述下压电膜与所述上压电膜之间并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此面对的谐振区的外周部分中，在所述谐振区的中央部分中没有设置所述插入膜；所述下压电膜的上表面在未设置所述插入膜的区域中具有第一粗糙度，并且在设置了所述插入膜的另一区域中具有第二粗糙度，所述第一粗糙度小于所述第二粗糙度。
[0007]根据本发明又一方面，提供了一种滤波器，该滤波器包括:输入端子；输出端子；以及压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器设置在所述输入端子与所述输出端子之间，所述压电薄膜谐振器如上所述设置。
[0008]根据本发明另一方面，提供了一种双工器，该双工器包括:发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一方如上所述设置。
[0009]根据本发明又一方面，提供了一种制造压电薄膜谐振器的方法，该方法包括以下步骤:在基板上形成下电极；在所述下电极上形成下压电膜；在所述下压电膜上形成插入膜，所述插入膜设置在谐振区的外周部分中，而不设置在所述谐振区的中央部分中；处理所述下压电膜的上表面和插入膜的上表面以具有减小的粗糙度；在所述下压电膜和所述插入膜上形成上压电膜，所述下压电膜和所述上压电膜形成压电膜；以及在所述压电膜上形成上电极，以形成所述上电极和所述下电极隔着所述压电膜的一部分彼此面对的所述谐振区。
【附图说明】
[0010]图1是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(C)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一个截面图；
[0011]图2A到图2E是例示用于根据第一实施方式制造串联谐振器的方法的截面图；
[0012]图3A到图3D是例示步骤2A到2E图的步骤随后的步骤的截面图；
[0013]图4是与针对采样的2Θ相关联的X射线强度的曲线图；
[0014]图5A和图5B是与第一实施方式关联的TEM图像的图；
[0015]图6是根据第一实施方式的另一 TEM图像的图；
[0016]图7是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的示意性截面图；
[0017]图8是用于模拟的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(C)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图；
[0018]图9A是与杨氏模量相关联的反谐振点的Q值的曲线图，而图9B是与杨氏模量相关联的有效机电耦合系数k2eff的曲线图；
[0019]图10是根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(C)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而部分(d)是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图；
[0020]图1lA是根据第三实施方式的压电薄膜谐振器的截面图，而图1lB是根据第三实施方式的变型例的压电薄膜谐振器的截面图；
[0021]图12是根据第四实施方式的双工器的电路图；以及
[0022]图13是发送滤波器的图，其中，部分(a)是发送滤波器的俯视图，而部分(b)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图。
【具体实施方式】
[0023]下面，结合附图，对本发明的实施方式进行描述。
[0024]第一实施方式
[0025]图1是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的图，其中，部分(a)是该谐振器的俯视图，部分(b)是插入膜的平面图，而部分(C)是沿部分(a)中的线A-A截取的截面图，而图部分⑷是沿部分(a)中的线A-A截取的另一截面图。图1的部分(C)例示了梯式滤波器的示例性串联谐振器，而部分(d)例示了其示例性并联谐振器。
[0026]现在参照图1的部分(a)和(C)说明串联谐振器S的结构进行。下电极12设置在基板10上，该基板可以是硅(Si)基板。具有圆顶形隆起的气隙30在主基板10的平坦主表面与下电极12之间限定。该圆顶形隆起在周边具有相对小的高度，而从周边起更内侧的位置具有较大高度。下电极12包括下层12a和上层12b。例如，下层12a是铬(Cr)膜，而上层12b是钌(Ru)膜。
[0027]在下电极12上，设置了压电膜14，其包括具有沿(002方向的主轴的氮化铝(AIN)作为主要成分。压电膜14具有设置在下电极12上的下压电膜14a，和设置在下压电膜14a上的上压电膜14b。在下压电膜14a与上压电膜14b之间插入了膜28。插入膜28沿压电膜14的厚度中间设置。插入膜28可以位于压电膜14厚度的中间之外。然而，位于压电膜14厚度中间的插入膜更可能展示插入膜28的原始功能。上电极16设置在压电膜14上，以具有其中上电极16隔着压电膜14面对下电极12的区域(谐振区50)。该谐振区50具有椭圆形状，具有厚度纵向振动模式的声波在其中谐振。上电极16包括下层16a和上层16b。例如，下层16a是Ru膜，而上层16b是Cr膜。
[0028]在上电极16上设置了氧化硅膜作为频率调节膜24。谐振区50内的多层膜18包括:下电极12、压电膜14、插入膜28、上电极16以及频率调节膜24。该频率调节膜24可以充任钝化膜。
[0029]如图1的部分(a)中所例示，用于蚀刻牺牲层的引入路径33形成在下电极12上。该牺牲层是用于形成气隙30的层。该引入路径33的端部和环绕该端部的部分未覆盖压电膜14，并且孔35在下电极12中形成并且位于引入路径33的端部。
[0030]参照图1的部分(a)和部分(d)描绘并联谐振器P的结构。与串联谐振器S相比，并联谐振器P另外具有质量负荷膜20，其设置在上电极16的下层16a与上层16b之间。该质量负荷膜20例如是Ti(钛)膜。由此，除了串联谐振器S的多层膜以外，并联谐振器P的多层膜18还包括形成在谐振区50中的整个表面上的质量负荷膜20。并联谐振器P的其它结构和图1的部分(c)中所示的串联谐振器S的结构相同，从而在此省略了其描述。
[0031]串联谐振器S与并联谐振器P之间的谐振频率的差异利用质量负荷膜20来调节。串联谐振器S和并联谐振器P这两者的谐振频率通过调节频率调节膜膜24的厚度来调节。
[0032]例如，具有谐振频率2GHz的压电薄膜谐振器具有下列示例性尺寸。下电极12的下层12a是Cr膜，并且厚度lOOnm，而上层12b是Ru膜，并且厚度250nm。压电膜14是AlN膜并且具有IlOOnm的厚度。下压电膜14a和上压电膜14b分别为550nm厚。插入膜28是氧化硅(S12)膜并且具有150nm的厚度。上电极16的下层16a是Ru膜，并且厚度250nm，而上层16b是Cr膜，并且厚度50nm。频率调节膜24是氧化硅膜并且具有厚度50nm。质量负荷膜26是Ti膜并且120nm厚。每个层的厚度都可以针对希望谐振特性来恰当设计。
[0033]如图1的部分(b)中所例示，插入膜28设置在谐振区50中