CN102334290A - 表面声波元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种表面声波元件及其制造方法,该表面声波元件的能量损耗小、且例如在用于滤波器装置时能抑制在主响应的谐振频率附近产生的寄生频率从而能够提高滤波器装置的通频带附近的频率特性。表面声波元件(10)具备压电性基板(11)、梳齿状电极(12)和绝缘膜(13)。梳齿状电极(12)形成在压电性基板上(11)。绝缘膜(13)以覆盖压电性基板(11)和梳齿状电极(12)的方式形成。在将压电性基板(11)中传播的弹性波的波长设为λ、将从压电性基板(11)的上表面到绝缘膜(13)的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差设为h时,h/λ处于0.01≤h/λ≤0.03的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及采用以绝缘膜覆盖压电性基板和梳齿状电极的上表面的结构的表面声波元件及其制造方法。
背景技术
以便携式电话为代表的移动体终端,内置有多个滤波器装置及双工器等部件。近年来,为了应对小型化的要求,作为这些部件所使用的谐振器,广泛使用表面声波元件。
对于便携式电话这样的高频带中用到的滤波器装置,要求良好的温度特性。由此,为了改善构成表面声波元件的压电性基板所具有的负的频率温度系数,按照具有正的频率温度系数的氧化硅膜覆盖压电性基板和梳齿状电极的上表面的方式形成。
在形成该氧化硅膜时,如果利用现有的溅射法形成,则会在氧化硅膜的表面现出凹凸部,或者在氧化硅膜的内部产生断裂或空隙。结果,弹性波的传播效率下降,谐振器的能量损耗变大。为此,在专利文献1中提出:对以偏置溅射法形成的氧化硅膜的表面进行平坦化,并且使氧化硅膜的内部为均匀密度。
专利文献1:JP特开2005-176152号公报
可是,在专利文献1所公开的构成中,存在以下问题。
如果将氧化硅膜的表面平坦化,则虽然谐振器的能量损耗改善了,但却在主响应的谐振频率附近产生寄生频率(spurious)。由此,在利用该表面声波元件构成了滤波器装置的情况下,通频带附近的频率特性会劣化。
发明内容
本发明是为了克服上述问题而提出的,其目的在于提供一种能量损耗小、且例如在用于滤波器装置时能抑制在主响应的谐振频率附近产生的寄生频率从而能够提高滤波器装置的通频带附近的频率特性的表面声波元件。
本发明的表面声波元件具备压电性基板、梳齿状电极和绝缘膜。梳齿状电极形成在压电性基板上。绝缘膜以覆盖压电性基板和梳齿状电极的方式形成。在将压电性基板中传播的弹性波的波长设为λ、将从压电性基板的上表面到绝缘膜的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差设为h时,h/λ处于0.01≤h/λ≤0.03的范围内。表面声波元件
优选本发明的表面声波元件还具备形成在绝缘膜上且与绝缘膜的音速不同的介质。这种情况下,能够高精度地调整表面声波的频率。
优选在本发明的表面声波元件中介质由比绝缘膜耐湿性高的材料形成。这种情况下,能改善表面声波元件的耐湿性。
在本发明的表面声波元件中,梳齿状电极可具备第一电极和第二电极,所述第一电极具有多个电极指,所述第二电极具有多个电极指且与第一电极相间地插合。
优选在本发明的表面声波元件中,绝缘膜具有与压电性基板相反符号的频率温度系数,或者具有绝对值比压电性基板的频率温度系数的绝对值小的频率温度系数。这种情况下,能够使表面声波元件的频率温度特性变得良好。
优选在本发明的表面声波元件中,压电性基板由LiNbO3基板或LiTaO3基板构成,绝缘膜由氧化硅形成。这种情况下,因为相对于具有负的频率温度系数的压电性基板而言,绝缘膜具有正的TCF,因此能够使表面声波元件的频率温度特性变得更良好。
本发明的表面声波元件的制造方法包括电极形成工序和绝缘膜形成工序。在电极形成工序中,在压电性基板上形成梳齿状电极。在绝缘膜形成工序中,在压电性基板和梳齿状电极的上表面形成绝缘膜。在绝缘膜形成工序中,在将压电性基板中传播的弹性波的波长设为λ、将从压电性基板的上表面到绝缘膜的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差设为h的情况下,以h/λ处于0.01≤h/λ≤0.03的范围内的方式,使用偏置溅射法形成绝缘膜。
优选在本发明涉及的表面声波元件的制造方法中,还包括在绝缘膜上形成与绝缘膜的音速不同的介质的工序。
优选在本发明涉及的表面声波元件的制造方法中,在形成介质的工序中使用比绝缘膜耐湿性高的材料形成介质。
优选在本发明涉及的表面声波元件的制造方法中,在电极形成工序中形成第一电极和第二电极,所述第一电极具有多个电极指,所述第二电极具有多个电极指且与所述第一电极相间地插合。
优选在本发明涉及的表面声波元件的制造方法中,在绝缘膜形成工序中,由具有与压电性基板相反符号的频率温度系数、或者具有绝对值比压电性基板的频率温度系数的绝对值小的频率温度系数的材料形成所述绝缘膜。这种情况下,能够制造频率温度特性更良好的表面声波元件。
优选在本发明涉及的表面声波元件的制造方法中,作为压电性基板使用LiNbO3基板或LiTaO3基板,在绝缘膜形成工序中由氧化硅形成绝缘膜。这种情况下,因为相对于具有负的频率温度系数的压电性基板而言,绝缘膜具有正的TCF,因此能够制造频率温度特性更良好的表面声波元件。
(发明效果)
根据本发明,可提供一种能量损耗小、且例如在用于滤波器装置时能抑制在主响应的谐振频率附近产生的寄生频率从而能够提高滤波器装置的通频带附近的频率特性的表面声波元件。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的表面声波元件的示意性截面图。
图2是表示绝缘膜的表面高低差的大小h不相同的各种表面声波元件的阻抗特性的曲线。
图3是表示绝缘膜的膜厚与表面声波元件的反谐振电阻之间关系的曲线。
图4是本发明第二实施方式的表面声波元件的示意性截面图。
图5是表示第二实施方式中的绝缘膜的波长规格化表面高低差幅度h/λ与在将介质蚀刻了一定时间时的表面声波谐振器的谐振频率的频率变动量之间关系的曲线。
图6是表示将表面声波元件放置于湿中的时间与表面声波元件的谐振频率的频率变动量之间关系的曲线。
图7是本发明第一实施方式的表面声波元件的示意性俯视图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明实施方式的一例。
图1示意性示出本发明第一实施方式的表面声波元件的截面。表面声波元件10由压电性基板11、梳齿状电极12和绝缘膜13构成。
压电性基板11由LiNbO3基板构成。其中,作为压电性基板11,也可使用LiTaO3基板。
如图7所示,梳齿状电极12具有第一电极12a和第二电极12b。第一电极12a具有相互平行设置的多个电极指12a1。第二电极12b具有相互平行设置的多个电极指12b1。第一电极12a和第二电极12b相互间相间地插合。在表面声波元件10中,与梳齿状电极12的电极指间距相应的波长的表面声波被激励。形成梳齿状电极12的金属材料优选比氧化硅密度高的金属。作为比氧化硅密度高的金属的具体例子,例如可举出Cu、Au、Pt等。
绝缘膜13由氧化硅形成。
作为主响应的传播模式,采用瑞利波(Rayleigh wave)。此外,也可取代瑞利波,而采用勒夫波(Love wave)作为主响应的传播模式。
如图1所示,在压电性基板11之上形成有梳齿状电极12,按照覆盖这些压电性基板和梳齿状电极的上表面的方式形成有绝缘膜13。以压电性基板中传播的弹性波的波长λ规格化之后的绝缘膜13的波长规格化最小膜厚H/λ,优选在0.2以上。
在绝缘膜13的形成过程中,为使在膜的内部不产生空隙或间隙,而采用偏置溅射法。这样,通过提升绝缘膜13的填充率,能使得表面声波元件10的频率温度系数更小。
作为在绝缘膜13内部不产生空隙或间隙的绝缘膜13形成方法,除了偏置溅射法之外,可举出CVD法等。
此外,绝缘膜13的表面不是平坦面,还设置有高低差。
以绝缘膜13的表面高低差的大小(以下称为“表面高低差幅度”)h、即从压电性基板11的上表面到绝缘膜13的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差,由压电性基板11中传播的弹性波的波长λ规格化之后的规格化值(以下称为“波长规格化表面高低差幅度”)(h/λ)在0.01≤h/λ≤0.03范围内的方式,应用规定的偏置溅射条件,由此形成绝缘膜13。这里,偏置溅射条件包括基板温度及溅射速率。
图2是表示绝缘膜13的波长规格化表面高低差幅度h/λ不相同的各种表面声波元件10的阻抗特性的曲线。
图2的曲线(a)示出绝缘膜13的表面平坦、波长规格化表面高低差幅度h/λ为0的情况下的表面声波元件的阻抗特性。由图2的曲线(a)可知,在绝缘膜13的表面平坦的情况下,在主响应模式的谐振频率附近产生了SH波的寄生频率。
图2的曲线(b)示出绝缘膜13的波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.01的情况下的表面声波元件的阻抗特性。图2的曲线(c)示出波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.02的情况下的表面声波元件的阻抗特性。图2的曲线(d)示出波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.03的情况下的表面声波元件的阻抗特性。由图2的曲线(b)、(c)、(d)可知,在绝缘膜13的表面不平坦、波长规格化表面高低差幅度h/λ比0大且在0.03以下的情况下,在主响应模式的谐振频率附近不产生SH波的寄生频率。
图2的曲线(e)示出波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.06的情况下的表面声波元件的阻抗特性。由图2的曲线(e)可知,即便绝缘膜13的表面不平坦,但在波长规格化表面高低差幅度h/λ比0.03大的情况下,会在主响应模式的谐振频率附近产生SH波的寄生频率。
由图2的这些曲线(a)~(d)可知,通过将绝缘膜13的波长规格化表面高低差幅度h/λ设在0.01~0.03的范围内,能降低在将绝缘膜13的表面设为平坦面的情况下产生的SH波的寄生频率。
图3是表示由SiO2膜构成的绝缘膜13的膜厚与表面声波元件的反谐振电阻之间关系的曲线。在图3中,由“填充率:高”示出的曲线是根据偏置溅射法形成绝缘膜13时的曲线。另一方面,在图3中,由“填充率:低”示出的曲线是根据RF溅射法形成绝缘膜13时的曲线。
由图3所示的曲线可知,通过根据偏置溅射法形成填充率高的绝缘膜13,即使在加厚了绝缘膜13的膜厚的情况下,也能提高表面声波元件的反谐振电阻。即,可知能够良好地保持表面声波元件的谐振器特性。因此,可知通过根据偏置溅射法形成填充率高的绝缘膜13,能够实现良好的谐振器特性和良好的TCF这两个特性。
因此,本实施方式的表面声波元件10的能量损耗小,且在将表面声波元件10例如应用于滤波器装置的情况下能够抑制在主响应的谐振频率附近产生的寄生频率,能提高滤波器装置的通频带附近的频率特性。
图4示意性示出本发明第二实施方式中的表面声波元件的截面。该第二实施方式中的表面声波元件20与第一实施方式同样地,由压电性基板21、梳齿状电极22和绝缘膜23构成。作为各自的构成材料,可采用与第一实施方式同样的材料。
进而,在绝缘膜23上形成有介质24。即,在表面声波元件20中,在波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.01~0.03的绝缘膜23上,形成了具有与该绝缘膜23不相同的音速的介质24。在本实施方式中,介质24由氮化硅构成。此外,介质24也可由氧化钽构成。
通过蚀刻该介质24,可调整表面声波元件20的频率。图5示出绝缘膜23的波长规格化表面高低差幅度h/λ与在将介质24蚀刻了一定时间时的表面声波谐振器20的谐振频率的频率变动量之间关系。
由图5所示的曲线可知,在波长规格化表面高低差幅度h/λ为3%以下的情况下,通过蚀刻介质24,谐振频率较大幅度地变动。由此可知,在绝缘膜23的波长规格化表面高低差幅度h/λ为3%以下的情况下,通过蚀刻介质24,可有效地调整频率。可是,如果波长规格化表面高低差幅度h/λ比3%大,则即便进行蚀刻也存在难以引起频率变动的倾向。因此,通过设置介质24,并将波长规格化表面高低差幅度h/λ设为3%以下即0.03以下,也可得到容易调整表面声波元件的频率特性这一效果。
另外,优选介质24由具有耐湿性的材料形成。具体而言,优选介质24由比绝缘膜23耐湿性高的材料形成。这种情况下,如果绝缘膜23的波长规格化表面高低差幅度h/λ比3%大,则如上述,在蚀刻介质24来调整频率时,会优先削减绝缘膜23的凸部处的介质24。即,会导致介质24缺损,引起表面声波元件的耐湿性劣化。
可是,如果绝缘膜23的波长规格化表面高低差幅度h/λ为3%以下,则介质24中的位于绝缘膜23的凸部上的部分不易比位于绝缘膜23的凸部以外部分上的部分先削减,因此介质24不易产生缺损。由此,能够有效地抑制表面声波元件的耐湿性劣化。
此外,在绝缘膜23由氧化硅构成的情况下,作为比绝缘膜23耐湿性高的材料,可举出氮化硅或氧化钽等。另外,在绝缘膜23由氮化硅构成的情况下,作为比绝缘膜23耐湿性高的材料,可举出氧化钛、DLC等。
图6示出将表面声波元件放置于93℃、81%湿度环境中的时间与表面声波元件的谐振频率的频率变动量之间的关系。在图6中,实线是关于波长规格化表面高低差幅度h/λ为3%(0.03)的实施例涉及的表面声波元件的曲线。虚线是关于波长规格化表面高低差幅度h/λ为7%(0.07)的比较例涉及的表面声波元件的曲线。
由图6明显可知,在波长规格化表面高低差幅度h/λ为0.03的实施例中,180小时之后的表面声波元件的谐振频率的频率变动不足1MHz,相对于此,在波长规格化表面高低差幅度h/λ大于0.03的比较例中,放置相同时间之后的频率变动在3MHz以上。由此可知,通过将波长规格化表面高低差幅度h/λ设在0.03以下,能够改善表面声波元件的耐湿性。
符号说明
10、20 表面声波元件
11、21 压电性基板
12、22 梳齿状电极
12a 第一电极
12b 第二电极
12a1、12b1电极指
13、23 绝缘膜
24 介质
Claims (12)
1.一种表面声波元件,具备:
压电性基板;
梳齿状电极,其形成在所述压电性基板上;和
绝缘膜,其以覆盖所述压电性基板和所述梳齿状电极的方式形成;
在将所述压电性基板中传播的弹性波的波长设为λ、将从所述压电性基板的上表面到所述绝缘膜的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差设为h时,h/λ处于0.01≤h/λ≤0.03的范围内。
2.根据权利要求1所述的表面声波元件,其中,
还具备形成在所述绝缘膜上且与所述绝缘膜的音速不同的介质。
3.根据权利要求2所述的表面声波元件,其中,
所述介质由比所述绝缘膜耐湿性高的材料形成。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的表面声波元件,其中,
所述梳齿状电极具备第一电极和第二电极,所述第一电极具有多个电极指,所述第二电极具有多个电极指且与所述第一电极相间地插合。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的表面声波元件,其中,
所述绝缘膜具有与所述压电性基板相反符号的频率温度系数,或者具有绝对值比所述压电性基板的频率温度系数的绝对值小的频率温度系数。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的表面声波元件,其中,
所述压电性基板由LiNbO3基板或LiTaO3基板构成,
所述绝缘膜由氧化硅形成。
7.一种表面声波元件的制造方法,包括:
电极形成工序,在压电性基板上形成梳齿状电极;和
绝缘膜形成工序,在所述压电性基板和所述梳齿状电极的上表面形成绝缘膜;
在所述绝缘膜形成工序中,在将所述压电性基板中传播的弹性波的波长设为λ、将从所述压电性基板的上表面到所述绝缘膜的上表面为止的厚度尺寸的最大值与最小值之差设为h时,以h/λ处于0.01≤h/λ≤0.03的范围内的方式,使用偏置溅射法形成所述绝缘膜。
8.根据权利要求7所述的表面声波元件的制造方法,其中,
还包括在所述绝缘膜上形成与所述绝缘膜的音速不同的介质的工序。
9.根据权利要求8所述的表面声波元件的制造方法,其中,
在形成所述介质的工序中,使用比所述绝缘膜耐湿性高的材料形成所述介质。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的表面声波元件的制造方法,其中,
在所述电极形成工序中形成第一电极和第二电极,所述第一电极具有多个电极指,所述第二电极具有多个电极指且与所述第一电极相间地插合。
11.根据权利要求7至10中任意一项所述的表面声波元件的制造方法,其中,
在所述绝缘膜形成工序中,由具有与所述压电性基板相反符号的频率温度系数、或者具有绝对值比所述压电性基板的频率温度系数的绝对值小的频率温度系数的材料形成所述绝缘膜。
12.根据权利要求7至11中任意一项所述的表面声波元件的制造方法,其中,
作为所述压电性基板,使用LiNbO3基板或LiTaO3基板,
在所述绝缘膜形成工序中,由氧化硅形成绝缘膜。
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