CN101018045A - 弹性表面波元件及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种弹性表面波元件，由衬底(10)；和形成在衬底的主表面的金刚石层(10b)上的压电体膜(13)；和形成在该压电体膜(13)上方的用来产生弹性表面波的叉指式电极(15a)；和形成在该电极上并覆盖该电极、由与压电体膜(13)相同的材料构成的电极被覆膜(17)构成。如此，通过用压电体膜(13)和由与压电体膜(13)相同的材料构成的电极被覆膜(17)覆盖叉指式电极(15a)的整体，使电极的应力迁移容限得到提高。

Description

弹性表面波元件及电子设备

技术领域

本发明涉及利用弹性表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)的器件。

背景技术

弹性表面波元件(表面弹性波元件、SAW滤波器)是利用在压电材料表面传播的表面波的机电转换元件，具有压电材料及在其上部形成的一对叉指式电极(IDT：interdigital transducer)的基本构成。例如，向一方的叉指式电极印加电信号时，压电材料产生应变，该应变变为弹性表面波后传播，从另一方的叉指式电极取出电信号。此时，因为选出的是特定的频率，所以可以用作谐振元件、滤波器等。

这些元件被应用于通信设备(无线设备、有线设备)、传感器、触摸屏等各种领域，尤其是在以手机为代表的移动通信领域中成为必需的元件。另外，还用于电视台和手机基站等的系统装置，在这些系统(例如：天线部)中，安装有高性能的装置(元件)。

例如，随着光通信和移动通信中信号的高频化，对构成弹性表面波元件的各种材料进行的研究十分盛行。如后面的详细说明，作为放大弹性表面波元件的频率的方法，可以举出以下的例子：1)缩小叉指式电极的电极间隔；2)提高弹性表面波的传播速度。其中，因为微细加工技术的局限性使缩小叉指式电极的电极间隔受到限制，所以提高弹性表面波的传播速度的技术变得非常重要。

例如，正在研究使用蓝宝石和金刚石的元件。其中最引人注目的是通过使金刚石层和压电材料层叠而提高上述传播速度的技术。

例如，在特开平6-232677号公报(特许文献1)中，公开了一种采用了层叠构造的弹性表面波元件的相关技术，该层叠构造由金刚石等组成的层和由金属氧化物组成的层以及压电体组成的层构成。

另外，在特开平9-98059号公报(特许文献2)中，公开了另一种弹性表面波元件的相关技术，该技术采用了金刚石层、ZnO层以及SiO₂层的层叠构造，在高频区域具有优良的工作特性。

(特许文献1)特开平6-232677号公报

(特许文献2)特开平9-98059号公报

本发明的发明人员，从事具有弹性表面波元件的各种电子设备相关的研究、开发工作，致力于研究具有更高性能的元件构造。

即，正在研究具有：1)传播速度快；2)机电耦合系数大；3)频率温度变化小；4)耐电性高等性能的元件构造。

然而，例如在上述特许文献1中，如图2等所示，因为形成用SiO₂薄膜覆盖梳形电极的构造，存在该薄膜的内应力容易施加到电极上，导致电极容易损坏的问题。另外，也存在由于散热性变差，热应力导致电极劣化的问题。

另外，在上述特许文献2中，也具有用ZnO层覆盖叉指式电极的构造，因此同样存在ZnO的内部应力和散热性引发的问题。还有，金属的叉指式电极上的ZnO的结晶性也存在问题。

这样的电极劣化，会引起耐电性的下降，导致弹性表面波元件的特性劣化。

发明内容

本发明的目的在于提高弹性表面波元件的特性，尤其是降低元件的电极劣化。另外的目的在于：降低电极的劣化，提高耐电性，同时提高传播速度，增大机电耦合系数，或降低频率温度变化。

(1)本发明的弹性表面波元件，具有：(a)衬底；和(b)形成在所述衬底的上方的压电体膜；和(c)形成在所述压电体膜的上侧的用于产生弹性表面波的电极；和(d)形成在所述电极上并覆盖所述电极的、由与所述压电体膜相同的材料组成的第一被膜；以及(e)形成在所述被膜上的第二被膜。

如此，由于在电极上配置和压电体膜相同的材料组成的被膜并覆盖电极，电极整体被压电体膜包围，电极的应力迁移特性(容限)得到提高。其结果，可以减少电极的劣化，使耐电性得到提高，从而提高弹性表面波元件的特性。

例如，所述压电体膜及所述第一被膜可以由氧化锌、钽酸锂、铌酸锂及氮化铝的任何一种构成。

例如，所述衬底在其表面上具有硬质层，在所述硬质层上形成有所述压电体膜。如此，通过采用硬质层，可以减少电极的劣化；使耐电性提高，同时提高传播速度；增大机电耦合系数或降低频率温度变化。

例如，所述硬质层，可以由金刚石、氮化硼及蓝宝石的任何一种构成。

例如，将所述被膜的膜厚设为h，所述弹性表面波元件的弹性表面波的波数设为k时，两者的乘积(kh)在0.003以上且在0.2以下。通过将被膜的膜厚设在一定的范围内，可以降低电极的劣化，使耐电性提高同时提高传播速度，增大机电耦合系数或降低频率温度变化。

所述衬底具有多晶的硬质层，所述压电体膜是在所述硬质层上形成的多晶膜。根据该构成，即使压电体膜为多晶也可以提高耐电性。

(2)本发明的弹性表面波元件，具有：(a)具有硬质层的衬底；和(b)形成在所述硬质层上的压电体膜；和(c)形成在所述压电体膜的上方的用于产生弹性表面波的电极；和(d)形成在所述电极上并覆盖所述电极的、热传导率大于非晶态SiO₂的第一被膜；以及(e)形成在所述第一被膜上的第二被膜。

如此，由于在电极上配置热传导率大于非晶态SiO₂的第一被膜并覆盖电极，所以可以提高散热性，从而提高弹性表面波元件的特性。

例如，所述压电体膜可以由氧化锌、钽酸锂、铌酸锂及氮化铝的任何一种构成。

例如，所述第一被膜的热传导率为10W/mK以上。

例如，所述第一被膜为氧化锌或氮化铝。

(3)本发明的电子设备，具有上述弹性表面波元件。这里所谓的“电子设备”是指使用电子电路等实现一定功能的一般设备，对其构成不作特别限定，但可以举出手机、个人计算机、PDA(便携式信息终端)、电子记事本等各种设备。

附图说明

图1是表示实施方式1的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

图2是表示实施方式1的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

图3是表示实施方式1的叉指式电极15a的图案的一例的俯视图。

图4是将本发明应用于手机的例图。

图5是将本发明应用于通信系统的例图。

图6是SiO₂的KH、IDT上的ZnO的KH及两者之比的示意图。

图7是表示各器件(Type1(a)～(d)、Type2(a)～(d))的位相速度的曲线图。

图8是表示各器件的频率温度系数(TCF)的曲线图。

图9是器件的频率温度特性的公式示意图。

图10是Type2(c)的双端口共振器(S21)的特性示意图。

图11是S21的评价电路示意图。

图12是插入损耗(ΔIL[dB])和时间的关系图。

图13是表示Type1(a)～(f)的SiO₂的KH及IDT上的ZnO的KH的图。

图14是表示各器件(Type1(a)～(f))的位相速度的曲线图。

图15是表示实施方式3的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

图16是表示实施方式3的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

图17是各种材料的热传导率示意图。

符号说明

10...衬底；10a...硅层；10b...金刚石层；13...压电体膜；15a...叉指式电极；17、18...电极被覆膜；19...保护膜；P...电极极板；500...显示部；530...手机；531...天线部；532...语音输出部；533...语音输入部；534...操作部；601...基站；603...各家庭；605...集中住宅；701...天线部；703...滤波器；705...低噪声放大器；707...高频放大器；709...信号处理部。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对具有同一功能的部分付与相同或者关联的符号，省略对其重复部分的说明。

(实施方式1)

图1及图2是表示本实施方式的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

首先，对本实施方式的弹性表面波元件的构造进行说明。如最终工序图即图2(b)所示，本实施方式的弹性表面波元件，具有衬底10、压电体膜13、叉指式电极15a、电极被覆膜17以及保护膜19。

衬底10用于支承各要素，在本实施方式中使用的是金刚石衬底。这里所谓的金刚石衬底，是指在硅层(硅衬底)10a上形成有金刚石层10b的衬底。

如此，通过使用在其表面上形成有金刚石等的硬质层(硬质膜)的衬底10，可以提高弹性表面波的传播速度，从而实现对应频率的高频化。另外，通过使用上述硬质层，可以增大机电耦合系数。作为硬质层除了金刚石之外，还可以使用氮化硼或蓝宝石。其中，金刚石的硬度大，适用于弹性表面波元件。

压电体膜(压电膜、压电体膜、压电体、压电材料)13，形成在衬底10的一面上(金刚石层10b上)，作为其构成材料，例如可以使用氧化锌(ZnO)等。但，该压电体膜13也可以使用氧化锌以外的、具有压电性的构成材料，作为其它的构成材料可以举出钽酸锂(LiTaO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、氮化铝(A1N)等例子。

叉指式电极15a形成于压电体膜13上，具有一对叉指型的平面图案(参考图3)，例如可以用铝(Al)等导电性材料构成。该一对叉指式电极15a是用于产生弹性表面波的电极(弹性表面波激振用电极、用于进行机电转换的电极)，当向一方的叉指式电极印加电信号时，压电体膜13产生应变，该应变变成弹性表面波而传播，可以从另一方的叉指式电极15a中取出电信号。此时，可以选出特定的频率。弹性表面波元件的频率带宽(频率特性)，具有用v/d表示的频率(f＝v/d)为中心的带通特性，d表示一个叉指式电极15a的电极间隔，v表示弹性表面波的传播速度。因此，通过使用上述金刚石等的硬质层，传播速度(v)变快，从而能够实现高频对应。

电极被覆膜(电极被覆层、被膜、第一保护膜、绝缘膜)17，由与构成压电体膜13的材料相同的材料构成，被形成在叉指式电极15a上并覆盖整个叉指式电极15a。即，形成在压电体膜13的露出部及叉指式电极15a上。

如此，根据本实施方式，因为用与构成压电体膜13的材料相同的材料(电极被覆膜17)被覆叉指式电极15a，所以叉指式电极15a整体被压电体膜(13、17)包围。结果，使叉指式电极15a的应力迁移容限得到提高。

例如，当用与构成压电体膜13的材料不同的材料形成电极被覆膜17时，在这些膜的内应力和热膨胀系数之差的作用下，应力施加到叉指式电极15a上，成为电极损坏的主要原因。

对此，在本实施方式中，通过用压电体膜(13、17)包围叉指式电极15a，可以使应力迁移容限得到提高。

另外，作为电极被覆膜17使用氧化锌或氮化铝时，在这些材料的半导体性质作用下，可以减少静电破坏。

还有，在此所谓的与构成压电体膜13的材料相同的材料是指主要构成相同的材料，例如，并不意味着包括因成膜条件(处理温度、反应气体种类或其流量等)而能够发生变化的各种特性在内都完全相同。

另外，如后面详细说明那样，该电极被覆膜17比压电体膜13薄，例如，电极被覆膜17为50nm左右，而压电体膜13为525nm左右，两者之比为1/10以下，另外，将电极被覆膜17的膜厚设为h，弹性表面波的波数(频率的倒数)设为k时，优选两者的乘积(hk)应在0.003以上0.2以下的范围内。

保护膜(第二保护膜、绝缘膜)19形成于电极被覆膜17上，例如由氧化硅(SiO₂)等绝缘材料组成。该保护膜19起到从外部保护压电体膜13和叉指式电极15a的作用。另外，因为压电体膜13和叉指式电极15a被电极被覆膜17覆盖，该膜也起到保护膜的作用，但因为该膜的膜厚小，所以保护膜19起到加强保护力的作用。作为保护膜19，除了氧化硅之外，也可以使用矾土(氧化铝、AlO₃)或磷酸嫁(GaPO₃)等材料。

如此，本实施方式的弹性表面波元件，形成从上层起，依次为保护膜(SiO₂)19、电极被覆膜(ZnO)17、叉指式电极15a、压电体膜(ZnO)13及金刚石层10b的层叠构造。

另外，虽在图2(b)中没有图示，但叉指式电极15a被连接在电极极板P上，例如被形成为图3所示的一系列的图案。该电极极板P的电极被覆膜17及保护膜19被去除后电极极板P露出。用引线等将该电极极板P和外部端子连接(引线接合)起来，可以实现弹性表面波元件和外部的电性连接。

其次，对本实施方式的弹性表面波元件的制造工序进行说明。

如图1(a)所述，准备具有以金刚石层10b为主表面的金刚石衬底作为衬底10。在此，例如使用在1000μm(平均厚度)左右的硅层10a上形成有20μm(平均厚度)左右的多晶金刚石层10b的衬底10。

其次，如图1(b)所示，用RF(高频·radio frequency)溅射法(以下简称为“溅射法”)等成膜方法在金刚石层10b上堆积(覆盖)525nm(平均厚度)左右的氧化锌膜而形成压电体膜13。成膜条件如下：功率1.0kW；成膜温度500℃；气体压力(气氛压)0.5Pa；以氧化锌的烧结体为靶材；使用流量50sccm的氩气(Ar)及50sccm的氧气(O₂)作为反应气体。

接着，例如通过DC(直流)溅射法等成膜方法堆积成42nm(平均厚度)左右的Al(铝)膜而形成导电性膜15。成膜条件是：功率1.0kW；成膜温度25℃(室温)；气体压力(气氛压)1.0Pa；以铝为靶材；使用流量50sccm的氩气(Ar)为气氛气体。

然后，如图1(c)所示，通过图案化导电性膜15而形成叉指式电极15a。作为图案化的方法，例如在导电性膜15上涂布光致抗蚀剂膜(未图示)后，通过曝光、显影(光蚀刻法)形成具有叉指型图案的光致抗蚀剂膜(以下简称为“抗蚀剂膜”)。接着，通过掩膜对该抗蚀剂膜进行蚀刻，除去没有被抗蚀剂膜覆盖的导电性膜15，形成叉指式电极15a。蚀刻例如通过RIE(reative ion etching)进行，反应气体采用以三氯化硼(BCl₃)及氯气(Cl₃)为主成分的气体。之后，除去残留的抗蚀剂膜。

其次，如图2(a)所示，在压电体膜13的露出部及叉指式电极15a上形成由与压电体膜13相同的材料组成的电极被覆膜17。此时，在压电体膜13上堆积50nm(平均厚度)左右的氧化锌膜。例如采用RF溅射法等成膜方法，在功率1.0kW；成膜温度250℃；气体压力(气氛压)0.5Pa；以氧化锌的烧结体为靶材；使用流量50sccm的氩气(Ar)及50sccm的氧气(O₂)为反应气体的条件下进行成膜。

该电极被覆膜17被形成在压电体膜13的露出部及叉指式电极15a上，即，形成在不同的膜上，所以该膜的成长性(取向性)低于下层的压电体膜13。但是，由于该电极被覆膜17的膜厚小，因此对压电特性的影响少。

其次，如图2(b)所示，用RF溅射法等成膜方法，在电极被覆膜17上堆积420nm(平均厚度)左右的氧化硅膜，形成保护膜(第二保护膜、绝缘层)19。成膜条件如下：功率1.0kW；成膜温度200℃；气体压力(气氛压)0.5Pa；以氧化硅的烧结体为靶材；反应气体使用流量50sccm的氩气(Ar)及50sccm的氧气(O₂)。

通过以上工序，大致完成弹性表面波元件的制作。

图3是表示本实施方式的叉指式电极15a的图案的一例的俯视图。P表示电极极板。但图案形状并不限定于图3所示的内容，例如可以改变各个电极的叉指数，或者采用其它的形状。另外也可以改变各个电极的配置位置和个数。

对于通过上述工序形成的弹性表面波元件的特性，用矢量网络分析仪(HP8753c)进行了检验。用该分析仪测量了散射参数，根据测量结果对插入损耗进行了评价。

另外，为了从弹性表面波元件获得30dBm以上的输出功率，安装高频放大器进行调整，使输入功率与上述输出功率相对应。即，向弹性表面波元件的输入侧的叉指式电极印加高频，激发出表面波，测量从输出侧的叉指式电极输出的信号(S21)，求出上述插入损耗。在此，S21是表示电渗透性的参数(散射参数)，是用透射波电量/输入波电量表示的元件的传输特性，其值越大表示元件的电量损耗越小、质量越好。通过使该S21的值的符号为正数，可以求出插入损耗。

对插入损耗进行的评价结果良好，可知本实施方式的弹性表面波元件的插入损耗仅为6dB左右。

插入损耗的增加是由于叉指式电极的破坏或缺损造成的。然而如上所述，本实施方式的弹性表面波元件的应力迁移容限和静电容限得到提高，所以可以减少叉指式电极的破坏和缺损，从而降低插入损耗。

另外，由于本实施方式的弹性表面波元件的应力迁移容限和静电容限得到提高，其耐电性也升高到300mW以上。

另外，在本实施方式的弹性表面波元件中，由于电极被覆膜(由与压电体膜13相同的材料组成的膜)17被形成为薄于(例如，在上述例子中，电极被覆膜17为50nm左右，压电体膜13的厚度为525nm左右，两者之比在1/10以下)压电体膜13，因此该弹性表面波元件与不形成电极被覆膜17的弹性表面波元件具有同等的弹性表面波传播速度、机电耦合系数及频率温度特性。

特别是根据本发明的发明人员的研究结果，可知将电极被覆膜17的膜厚设为h[A：埃、10^-8cm]、弹性表面波的波数设为k＝2π/λ[m^-1]，两者之积(hk)处于0.003以上且0.2以下的范围内时，可以获得与没有形成电极被覆膜17的弹性表面波元件同等的弹性表面波传播速度、机电耦合系数及频率温度特性。

再者，如上所述，由于本实施方式的弹性表面波元件的应力迁移容限和静电容限得到提高，与没有形成电极被覆膜17或由不同于压电体膜13的材料组成的弹性表面波元件相比，其耐电性得到提高。

(实施方式2)

在本实施方式中，对具有在实施方式1中详述的SiO₂/ZnO/金刚石构造的SAW谐振器的特性进行详细说明。如上所述，SAW谐振器具有优良的GH_z带宽的频率和温度稳定性。使用该SAW谐振器，可以获得具有低位相噪声的2～3GH_z带宽的振荡器。

根据雷森模型(Lesson｀Model)，如果振荡波腹内的电量升高时，可以将位相噪声调得更小。即，为了使位相噪声变小，需要使SAW谐振器的构造能够承受电量升高。

在此，通过在IDT的上下配置ZnO，从而提高了耐电性，以下进行说明。

例如，为了获得能够保持9000m/s以上的高位相速度，且频率温度特性的顶点温度为25℃的器件，进行了以下的研究。首先，使SiO₂的KH(KH SiO₂)和ZnO的KH和IDT上的ZnO的KH(KH ZnO(over the IDT))如图6所示那样发生变化。KH＝2πH/λ；H表示膜厚；λ表示波长。这里K、H用大写表示。图6表示SiO₂的KH、IDT上的ZnO的KH以及两者之比。在此，改变SiO₂和IDT上的ZnO的KH之比，对SiO₂和IDT上的ZnO的合计膜厚相关的、KH分别为0.72(Type1)和0.92(Type2)时的构造进行了研究。将IDT下的ZnO的KH设为0.82。

其次，通过FEM求出这些元件的位相速度和频率温度系数(TCF：Temperature Coefficient Frequency：ppm/℃)的一次系数(参考图7、图8)。FEM就是有限元法(Finite Element Method)。

图7是表示各器件(Type1(a)～(d)、Type2(a)～(d))的位相速度(Phase Velocity：m/s)的曲线图。如该图所示，随着IDT上的ZnO的增加，位相速度呈上升趋势。另外，对于Type1(b)～(d)及Type2(b)～(d)，确认到9000m/s以上的高位相速度。

图8是表示各器件的频率温度系数(TCF)的曲线图。由此求出频率温度特性的顶点温度。

另外，元件的频率温度系数可以用图9所示的公式[i](近似曲线)表示。公式中的Δf表示频率变动量；fo表示中心频率；T表示温度。在此，将用温度T对频率f进行2次微分的项的系数β称为2次TCF，将用温度T对频率f进行1次微分的项的系数α称作1次TCF。

在此，由于各膜的2次TCF没有被导出而难以进行正确的预测，因此由Type1(a)的2次TCF的实测值求出各元件的顶点温度的近似值。具体地说，就是通过Type1(a)的2次TCF的实测值(-0.02ppm/℃)和由FEM求出的1次TCF求出各元件的顶点温度。结果模拟出1次TCF为28.0ppm/℃的Type2(c)的顶点温度为25℃。

因此，可以判断出Type2(c)的构造满足本次期望的位相速度及温度特性。

其次，制作Type2(c)构造的器件并进行评价。图10是Type2(c)的双端口谐振器(S21)的特性示意图。纵轴表示S21[dB]；横轴表示频率[MH_z]。另外为了进行比较，也表示出Type1(a)的S21特性。该Type2(c)的频率为2.45GH_z；插入损耗为6dB；Q值为495。如该图所示，可以获得不逊色于Type1(a)(比较例)的特性。另外，为了增加机电耦合系数，Q值略微小于比较例。关于这一点，可以通过对电极的设计进行变更，例如增加叉指数等使Q值得到提高。另外，Type2(c)的2次TCF变为-0.021ppm/℃²，1次TCF变为2.5ppm/℃，顶点温度变为57℃。另外，上述模拟中采用的是单结晶材料的材料常数。然而，因为实际的元件为多晶或薄膜材料，所以与上述模拟之间产生差值。另外，用图11所示的评价电路对该S21的特性进行了测量。图11是S21的评价电路示意图。图中的SAW表示评价对象元件；NA表示矢量网络分析仪；ATT表示衰减器。为了使输入功率产生变化，也可以在NA和SAW之间连接高频放大器。

其次，对Type2(c)构造的器件进行了耐电量试验。该耐电量试验是在室温下，采用器件(谐振器)的中心频率即2.45GH_z的信号，投入25dBm(300mW)的输入电量，对频率特性(插入损耗)进行了测量。为了进行比较，对Type1(a)也进行了同样的测量。

图12表示插入损耗(ΔIL[dB])和时间的关系。如该图所示，在Type1(a)中，投入输入电量后不久插入损耗就大幅增加。与此相反，在Type2(c)中，即使投入输入电量300秒钟，插入损耗也没有发生变化。如此，Type2(c)构造的器件，其耐电量为25dBm(300mW)，与耐电量为10dBm(10mW)左右的Type1(a)构造的器件相比，耐电量得到了大幅提高。

如此，对于耐电性提高的理由，如实施方式1中也进行了的说明那样，可以认为主要原因是消除了施加在IDT上的应力。即，由于在IDT的上下配置了相同材料(ZnO)，其温度特性也变得相同。因此，IDT的上下间的应力差减少。另外，与IDT接触的ZnO起到了变阻器的作用，从而提高了电极的破坏容限。

这里，在本实施方式中，因为将顶点温度25℃设为期望值，对Type2(c)的特性进行了详细说明。然而，该顶点温度因器件的使用目的等而异，因此是根据情况而设的条件。所以在其它的器件(Type1(b)～(d)、Type2(b)、(d))中，也取得了上述的提高耐电性等效果。所以IDT上的ZnO的KH，至少大于0.07且小于0.2才能获得上述的效果(参考图6)。

另外，对于位相速度，除了上述Type1(a)～(d)之外，对图13所示的Type1(e)及(f)也进行了FEM计算。图13是Type1(a)～(f)的SiO₂的KH及IDT上的ZnO的KH的示意图。各器件(Type1(a)～(f))的位相速度如图14所示。

如图示那样，位相速度的最大值为Type1(d)。与IDT上没有配置ZnO的Type1(a)的位相速度变为相同时的IDT上的ZnO的KH(KH ZnO(overthe IDT))为0.4。因此，DT上的ZnO的KH为0.4以上时，可以确保大于Type1(a)的位相速度。另外，位相速度变大(IDT上的ZnO的KH变大)的话，可以扩大IDT的线宽。因此具有易于加工的优点。所以IDT上的ZnO的KH处于大于0且在0.4以下的范围时也是有效的。

另外在本实施方式中，在IDT的上下配置了相同的材料(ZnO)，但也可以在IDT的上下配置具有相同符号的温度特性的材料。即，也可以在IDT的上层配置与形成于IDT的下层的压电体具有相同符号的温度特性的材料。这种情况下，IDT的上下间的应力差也得以消除。当然如上所述采用同一材料更为优选。

(实施方式3)

在实施方式1、2中，从应力消除的观点来看，达到了提高IDT(器件)特性的目的，但在本实施方式中，通过提高防热性来达到提高器件特性的目的。而且，向与实施方式1相同的位置付与相同的符号，省略其详细说明。

图15及图16是表示本实施方式的弹性表面波元件的制造方法的工序剖面图。

首先，对本实施方式的弹性表面波元件的构造进行说明。如最终工序图即图16(b)所示，本实施方式的弹性表面波元件具有衬底10、压电体膜13、叉指式电极15a、电极被覆膜18、保护膜19。

衬底10用于支承各要素，在本实施方式中采用金刚石衬底。这里所谓的金刚石衬底是指在硅层(硅衬底)10a上形成有金刚石层10b的衬底。

如此，通过使用其表面上形成有金刚石等硬质层(硬质膜)的衬底10，可以大幅提高弹性表面波的传播速度，能够实现对应频率的高频化。另外，通过使用上述硬质层，可以增大机电耦合系数。作为硬质层，除了金刚石之外，还可以使用氮化硼或蓝宝石。其中金刚石的硬度大，适用于弹性表面波元件。另外，也可以用硬质层单体作为衬底。另外，还可以使用水晶。

压电体膜13形成于衬底10的一面(金刚石层10b上)上，作为其构成材料例如可以使用氧化锌(ZnO)等。但，该压电体膜13也可以使用氧化锌以外的具有压电性的构成材料。涉及的构成材料可以举出钽酸锂(LiTaO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、氮化铝(AlN)等例子。

叉指式电极15a形成在压电体膜13上，具有一对叉指状的平面图案(参考图3)，例如由铝(Al)等导电性材料构成。这一对叉指式电极15a是用于产生弹性表面波的电极，当一方的叉指式电极被印加电信号时，压电体膜13上产生形变，该形变变为弹性表面波后传播，电信号被从另一方的叉指式电极15a中取出。此时，可以选出特定的频率。弹性表面波的频率带宽(频率特性)，具有用弹性表面波的传播速度(v)和一个叉指式电极15a的电极间隔(d)之比v/d表示的频率(f＝v/d)为中心的带通特性。因此，通过采用上述金刚石等硬质层，传播速度(v)变快，可以实现高频对应。

电极被覆膜(电极被覆层、被膜、第一保护膜、绝缘层)18优选使用具有绝缘性、热传导率高的材料。具体地说最好采用热传导率大于非晶态SiO₂的材料。此外，优选热传导率在10[W/mK]以上。

图17表示各种材料的热传导率。如该图所示，氧化锌、氧化铝、氮化铝的热传导率大于非晶态SiO₂，另外，由于绝缘性高而适宜用作电极被覆膜18。另外这些膜的热传导率在10[W/mK]以上，适宜用作电极被覆膜18。其中，因为氧化锌和氧化铝具有压电特性，适宜用作电极被覆膜18。即，这种情况下，可以在电极上下形成相同的膜，也能够获得与实施方式1、2同样的效果。

保护膜(第二保护膜、绝缘膜、被膜)19被形成在电极被覆膜18上，例如由氧化硅(SiO₂)等绝缘物组成。该保护膜19起到从外界保护压电体膜13和叉指式电极15a的作用。另外，因为压电体膜13和叉指式电极15a被电极被覆膜18覆盖，该膜也起到了保护膜的作用，但由于该膜的厚度小，所以保护膜19也起到了增加保护力的作用。作为保护膜19，除了氧化硅之外，还可以使用矾土(氧化铝、AlO₃)和磷酸嫁(GaPO₃)等材料。

作为保护膜19，特别是采用氧化硅(SiO₂)时，在温度特性中，氧化硅起到强化保护膜19的下层的层(ZnO、金刚石等)特性的作用。即，保护膜19的下层的层(ZnO、金刚石等)具有随温度上升变硬的特性，于此相反，SiO₂则具有随温度上升变软的特性。因此，在各层的相互强化作用下，可以减少频率的变化。

如上所述，本实施方式的弹性表面波元件，具有从上层起依次为保护膜(SiO₂)19、电极被覆膜18、叉指式电极15a、压电体膜(ZnO)13及金刚石层10b的层叠构造。

如此，根据本实施方式，由于用热传导率高的材料(电极被覆膜18)被覆叉指式电极15a，因此可以提高散热性，减少叉指式电极15a的变质和熔断。所以可以确保耐电性。此外在确保耐电性的同时可以获得7000m/s以上的高位向速度。

此外，虽在图16(b)中未进行图示，但叉指式电极15a被与电极极板P连接，被形成为如图3所示的一系列图案。该电极极板P上的电极被覆膜18和保护膜19被去除后电极极板P露出。该电极极板P和外部端子被引线等连接(引线接合)在一起，使弹性表面波和外部实现电性连接。

其次，对本实施方式的弹性表面波元件的制造工序进行说明。

如图15(a)所示，准备以金刚石层10b为主表面的金刚石衬底作为衬底10。在此，例如使用在800μm(平均厚度)左右的硅层10a上，形成有15μm(平均厚度)左右的多晶金刚石层10b的衬底10。

其次，如图15(b)所示，用RF溅射法等成膜方法在金刚石层10b上堆积(覆盖)例如520nm(平均厚度)左右的氧化锌膜形成压电体膜13。成膜条件为：功率0.8kW；成膜温度400℃；气体压力(气氛压力)0.5Pa；以氧化锌的烧结体为靶材；反应气体使用流量30sccm的氩气(Ar)及30sccm的氧气(O₂)。

接着，用DC(直流)溅射法等成膜方法堆积(覆盖)100nm(平均厚度)左右的Al膜(aluminum)形成导电性膜15。例如在功率0.9kW；成膜温度25℃(室温)；气体压力(气氛压力)0.8Pa；以Al为靶材；气氛气体使用流量40sccm的Ar的条件下进行成膜。

其次，如图15(c)所示，通过对导电性膜15进行图案化而制成叉指式电极15a。图案化方式与实施方式1相同。

其次，如图16(a)所示，在压电体膜13的露出部及叉指式电极15a上堆积作为电极被覆膜18的氧化锌膜，其厚度为30nm(平均厚度)左右。例如采用RF溅射法等成膜方法，在功率0.8kW；成膜温度250℃；气体压力(气氛压力)0.5Pa；以氧化锌的烧结体为靶材；反应气体采用流量30sccm的氩气(Ar)及30sccm的氧气(O₂)的条件下进行成膜。该电极被覆膜18也可以使用氧化铝或氮化铝。这些膜不但实用且容易形成。

其次，如图16(b)所示，采用RF溅射法等成膜方法在电极被覆膜18上堆积420nm(平均厚度)左右的氧化硅膜作为保护膜(第二保护膜、绝缘膜、被膜)19。成膜条件为功率0.9kW；成膜温度250℃；气体压力(气氛压力)0.5Pa；以氧化硅的烧结体为靶材；反应气体使用流量40sccm的氩气(Ar)及40sccm的氧气(O₂)。

通过以上的工序大致完成弹性表面波元件的制作。

根据上述工序，由于电极被覆膜18采用热传导率高的材料，可以提高元件特性。另外，当电极被覆膜18采用氧化锌时，也可以获得实施形态1及2的效果。

另外，根据本实施方式，即使压电体膜13及电极被覆膜18采用(此处皆为氧化锌)多晶材料，也可以获得实施形式1～3的效果，因此缓解了对下层衬底的限制。即，使单结晶的氧化锌外延生成时，必须将下层的金刚石层(硬质层)10b设为单结晶。于此相反，在本实施方式中，即使下层的金刚石层为多晶，也可以获得性能优良的器件。另外，成膜方法也可以采用溅射法等，因此易于进行成膜。

另外，在上述实施方式中，虽然以弹性表面波元件为例进行了说明，但本发明可以广泛应用于具有因印加电压而产生形变的压电体的复合衬底，或组装有这些元件和衬底的电子设备、以及应用弹性表面波的设备等。

该元件被应用到电子设备特别是手机等通信设备中，例如，被安装在手机内的天线部中，起到发送和接收信号的滤波器的功能。

图4表示应用于本发明的手机的例子。如该图所示，手机530具备天线部531、语音输出部532、语音输入部533、操作部534以及显示部500。本发明可以适用于该天线部。

另外，不仅是各种电子设备，本发明也可以应用于电视台或手机基站等系统装置。特别是与现有的、采用黄铜等的空腔共振型滤波器等进行比较的话，本发明的SAW滤波器，可以实现小型化(例如1cm以下)，且具有优良的耐电性。因此，适用于上述系统装置。图5表示本发明应用于通信系统的例子。如图5(a)所示，在从基站601向个人、各家庭603和集中住宅发送、接收信号的通信系统中，可以将本发明应用于基站601的天线部中。具体地说，就向图5(b)所示那样，将本发明的弹性表面波元件用作天线部701和信号处理部709之间的滤波器703。另外，705为低噪声放大器，707为高频放大器。尤其是不论有线还是无线，在系统的主基站所在场所，要求安装高性能的装置(器件)，因此适宜使用本发明。当然也可以在各个家庭的天线和集中住宅的共同天线部分中使用本发明。

另外，通过上述发明的实施方式说明的实施例和应用例，可以根据用途进行适当的组合或变更，也可以加以改良，本发明并不局限于上述实施方式所述的内容。

Claims (12)

1.一种弹性表面波元件，其特征在于，具有：

(a)衬底；

(b)形成于所述衬底上侧的压电体膜；

(c)形成于所述压电体膜上侧的用于产生弹性表面波的电极；

(d)形成于所述电极上并覆盖所述电极，由与所述压电体膜相同的材料构成的第一被膜；

(e)形成于所述被膜上的第二被膜。

2.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述压电体膜及所述第一被膜由氧化锌、钽酸锂、铌酸锂及氮化铝中的任一种构成。

3.根据权利要求1或2所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述衬底在其表面具有硬质层，在所述硬质层上形成有所述压电体膜。

4.根据权利要求3所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述硬质层由金刚石、氮化硼及蓝宝石中的任一种构成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性表面波元件，其特征在于，将所述被膜的膜厚设为h，所述弹性表面波元件的弹性表面波的波数设为k时，两者之积kh在0.003以上但在0.2以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述衬底具有多晶的硬质层，所述压电体膜是在所述硬质层上形成的多晶膜。

7.一种弹性表面波元件，其特征在于，具有：

(a)具有硬质层的衬底；

(b)形成于所述硬质层上的压电体膜；

(c)形成于所述压电体膜上侧的用于产生弹性表面波的电极；

(d)形成于所述电极上并覆盖所述电极，热传导率比非晶态SiO₂大的第一被膜；

(e)形成于所述第一被膜上的第二被膜。

8.根据权利要求7所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述压电体膜由氧化锌、钽酸锂、铌酸锂及氮化铝中的任一种构成。

9.根据权利要求7或8所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述第一被膜的热传导率在10W/mK以上。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的弹性表面波元件，其特征在于，所述第一被膜由氧化锌或氮化铝构成。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的弹性表面波元件，其特征在于，将所述第一被膜的膜厚设为h，所述弹性表面波元件的弹性表面波的波数设为k时，两者之积kh大于0但在0.4以下。

12.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求1～11中任一项所述的弹性表面波元件。

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