CN103119847B - 弹性波元件及使用该弹性波元件的弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

SAW元件(1)具有：基板(3)；IDT电极(5)，其由Al或以Al为主要成分的合金构成，且配置在基板(3)的上表面(3a)上；第一膜(9)，其配置在IDT电极(5)的上表面上；保护层(11)，其以氧化硅为主要成分，覆盖配置有第一膜(9)的IDT电极(5)及基板(3)中从IDT电极(5)露出的部分，且距离基板(3)的上表面(3a)的厚度(t)比IDT电极(5)及第一膜(9)的合计的厚度(e)大。第一膜(9)以声阻抗比IDT电极(5)的材料(Al或以Al为主要成分的合金)及氧化硅大且弹性波的传播速度比IDT电极(5)的材料及氧化硅慢的材料为主要成分。

Description

弹性波元件及使用该弹性波元件的弹性波装置
技术领域
本发明涉及弹性表面波(SAW：SurfaceAcousticWave)元件等弹性波元件及使用该弹性波元件的弹性波装置。
背景技术
众所周知有具备压电基板、设在压电基板的主面上的IDT(InterDigitalTransducer)电极(激发电极)、及覆盖IDT电极的保护层的弹性波元件(例如专利文献1或2)。保护层例如由SiO2形成，从而有助于抑制IDT电极的腐蚀和补偿IDT电极的特性的温度变化等。
专利文献2指出：在上述那样的具有保护层(SiO2膜)的弹性波元件中，若IDT电极由Al或以Al为主要成分的合金形成，则无法获得足够的反射系数(段落0009)。而且还提出：通过将IDT电极由密度比Al大的金属或以该金属为主要成分的合金形成，能获得比较高的反射系数(权利要求1等)。
需要说明的是，虽然不是反射系数所涉及的事项，但专利文献1及2提出：为了提高IDT电极与SiO2膜之间的贴紧性而在IDT电极与SiO2膜之间形成贴紧层(专利文献1的段落0011、专利文献2的段落0107)。在专利文献1及2中，贴紧层以不对SAW的传播造成影响的方式较薄地形成。具体而言，贴紧层为(专利文献1的段落0009)或在SAW的波长的1％以下(专利文献2的段落0108)。
如上所述，专利文献2提出：由密度比Al高的材料形成IDT电极。然而，从电气特性、加工容易性、材料费等观点出发，优选使用Al或以Al为主要成分的合金作为IDT电极的材料。换言之，优选减少对形成IDT电极的材料的制约而提高材料选择的自由度。因此，优选利用与专利文献2不同的方法提供提高反射系数的方法。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开平08-204493号公报
专利文献2：日本特开2004-112748号公报
发明内容
本发明的一实施方式所涉及的弹性波元件具备：压电基板；电极，其以Al为主要成分，且位于该压电基板的上表面；第一膜，其位于该电极的上表面；绝缘层，其以氧化硅为主要成分，覆盖该第一膜与所述压电基板中从所述电极露出的部分，且距离所述压电基板的上表面的厚度比所述电极及所述第一膜的合计的厚度大，所述第一膜以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的材料为主要成分。
本发明的一实施方式所涉及的弹性波装置具备上述的弹性波元件和安装所述弹性波元件的电路基板。
【发明效果】
根据上述的结构，通过在电极的上表面配置由声阻抗比电极的材料及氧化硅大且弹性波的传播速度比电极的材料及氧化硅慢的材料构成的第一膜，能够提高电极由氧化硅覆盖的弹性波元件的反射系数，从而得到温度补偿特性及共振特性优异的弹性波元件。
附图说明
图1中，图1(a)是本发明的第一实施方式所涉及的SAW元件的俯视图，图1(b)是图1(a)的Ib-Ib线的剖视图。
图2中，图2(a)～图2(e)是用于说明第一实施方式所涉及的SAW元件的制造方法的与图1(b)对应的剖视图。
图3中，图3(a)～图3(c)是用于说明比较例及第一实施方式的SAW元件的作用的图。
图4中，图4(a)及图4(b)是示出每个电极指的反射系数Γ1及电气机械结合系数K2的图表。
图5中，图5(a)及图5(b)是示出每个电极指的反射系数Γ1及电气机械结合系数K2的其他图表。
图6是示出每个电极指的反射系数Γ1的其他图表。
图7中，图7(a)及图7(b)是用于说明第一膜的厚度优选的范围的下限的求法的图。
图8是示出由Ta2O5构成的第一膜的厚度优选的范围的下限的图表。
图9是示出由TaSi2构成的第一膜的厚度优选的范围的下限的图表。
图10是示出由W5Si2构成的第一膜的厚度优选的范围的下限的图表。
图11是示出由Ta2O5构成的第一膜的厚度优选的范围的图表。
图12是示出本发明的第一实施方式所涉及的SAW装置的剖视图。
图13中，图13(a)及图13(b)是第二实施方式所涉及的SAW元件的俯视图及局部放大立体图。
图14中，图14(a)～图14(g)是用于说明图13的SAW元件的制造方法的图。
图15中，图15(a)及图15(b)是用于说明第二实施方式的作用的立体图。
图16中，图16(a)及图16(b)是第三实施方式所涉及的SAW元件的俯视图及局部放大立体图。
图17中，图17(a)及图17(b)是第四实施方式所涉及的SAW元件的俯视图及局部放大立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的SAW元件及SAW装置进行说明。需要说明的是，在以下的说明中使用的附图是示意性的附图，附图上的尺寸比例等与现实中未必一致。另外，在第二实施方式之后，对与第一实施方式的结构相同或类似的结构标注与第一实施方式相同的附图标记并省略其说明。
<第一实施方式>
(SAW元件的结构及制造方法)
图1(a)是本发明的第一实施方式所涉及的SAW元件1的俯视图，图1(b)是图1(a)的Ib-Ib线的剖视图。需要说明的是，SAW元件1的任一方向都可以设为上方或者下方，但以下为了便于说明，定义正交坐标系xyz并将z方向的正侧(图1(a)的纸面近前侧、图1(b)的纸面上方)设为上方，从而使用上表面、下表面等用语。
SAW元件1具有：基板3；设在基板3的上表面3a的IDT电极5及反射器7；设在IDT电极5及反射器7上的第一膜9(图1(b))；和从第一膜9之上覆盖上表面3a的保护层11(图1(b))。需要说明的是，SAW元件1除了上述构件之外还可以具有用于向IDT电极5输入信号和从IDT电极5输出信号的配线等。
基板3由压电基板构成。具体而言，例如，基板3由钽酸锂(LiTaO3)单结晶、铌酸锂(LiNbO3)单结晶等具有压电性的单结晶的基板构成。更优选的是，基板3由128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板构成。基板3的平面形状及各种尺寸适当地设定即可。作为一个例子，基板3的厚度(z方向)为0.2mm～0.5mm。
IDT电极5具有一对梳齿状电极13。各梳齿状电极13具有沿SAW的传播方向(x方向)延伸的母线13a(图1(a))和从母线13a沿与上述传播方向正交的方向(y方向)延伸的多个电极指13b。两个梳齿状电极13彼此以相互啮合的方式(电极指13b相互交叉的方式)设置。多个电极指13b以将其间距形成为例如与以意欲共振的频率传播的SAW的波长λ的半波长同等的方式设置。
需要说明的是，图1等是示意图，实际上，也可以设置具有比图1更多个电极指的多对梳齿状电极。另外，多个IDT电极5可以构成以串联连接或并联连接等方式连接的舵型SAW滤片，也可以构成将多个IDT电极5沿X方向配置的双重模式SAW共振器滤片等。另外，通过使多个电极指的长度不同，也可以进行基于变迹器的加权。也可以如后述的第二实施方式等设置虚拟电极。
IDT电极5例如由以Al为主要成分的材料(包括Al合金)形成。Al合金例如是Al-Cu合金。需要说明的是，“以Al为主要成分”基本上是以Al为材料，但也包含在SAW装置1的制造过程等中能自然混入的Al以外的杂质等混杂而成的材料。以下，使用主要成分这样的表达方式的情况也是相同的意思。IDT电极5的各种尺寸根据SAW元件1所要求的电气特性等而适当地设定。作为一个例子，IDT电极5的厚度e(图1(b))为100nm～300nm。
需要说明的是，IDT电极5可以直接配置在基板3的上表面3a，也可以经由其他构件而配置在基板3的上表面3a。其他构件例如是Ti、Cr、或上述元素的合金等。如此，在将IDT电极5经由其他构件配置在压电基板3的上表面3a的情况下，其他构件的厚度设定为几乎不对IDT电极5的电气特性造成影响的程度的厚度(例如，Ti的情况为IDT电极5的厚度的5％的厚度)。
反射器7形成为间距与IDT电极5的电极指13b的间距大致相等的格子状。反射器7例如由与IDT电极5相同的材料形成，并且形成为与IDT电极5同等的厚度。
第一膜9用于提高IDT电极5及反射器7的反射系数。第一膜9例如遍及IDT电极5及反射器7的上表面的整面设置。第一膜9由以声阻抗与构成IDT电极5及反射器7的材料(Al或Al合金)、以及构成保护层11的材料(后述)不同的材料为主要成分的材料构成。该声阻抗的不同优选在一定程度以上，例如在15MRayl以上，更优选在20MRayl以上。第一膜9优选的材料及第一膜9优选的厚度t(图1(b))将在后述。
保护层11例如遍及基板3的上表面3a的大致整面设置，覆盖设有第一膜9的IDT电极5及反射器7，并且覆盖上表面3a中从IDT电极5及反射器7露出的部分。保护层11的距离上表面3a的厚度T(图1(b))设定为比IDT电极5及反射器7的厚度e大。例如，厚度T比厚度e厚100nm以上而为200nm～700nm。
保护层11由以具有绝缘性的材料为主要成分的材料构成。另外，保护层11由以弹性波的传播速度在温度上升时变快的SiO2等材料为主要成分的材料形成，由此能够将因温度的变化而导致的特性的变化抑制得较小。即能够得到温度补偿优异的弹性波元件。需要说明的是，构成基板3的材料等普通材料的弹性波的传播速度在温度上升时变慢。
另外，保护层11的表面优选没有较大的凹凸。在压电基板上传播的弹性波的传播速度因保护层11的表面的凹凸而受到影响并发生变化，因此若保护层11的表面存在较大的凹凸，则制造出的各弹性波元件的共振频率存在较大的差别。因此，若平坦地形成保护层11的表面，则能使各弹性波元件的共振频率稳定化。具体而言，优选保护层11的表面的平坦度设为在压电基板上传播的弹性波的波长的1％以下。
图2(a)～图2(e)是用于说明SAW元件1的制造方法的与图1(b)对应的剖视图。制造工序按照图2(a)～图2(e)的顺序依次进行。需要说明的是，各种层伴随着工序的进行而形状等发生变化，但在变化的前后使用共用的附图标记。
如图2(a)所示，首先，在基板3的上表面3a上形成成为IDT电极5及反射器7的导电层15、以及成为第一膜9的附加层17。具体而言，首先，利用溅射法、蒸镀法或CVD(ChemicalVaporDeposition：化学气相沉积)法等薄膜形成法，在上表面3a上形成导电层15。接着，利用相同的薄膜形成法来形成附加层17。
当形成附加层17时，如图2(b)所示，形成用于蚀刻附加层17及导电层15的作为掩模的抗蚀剂层19。具体而言，负片型或正片型的感光性树脂的薄膜由适当的薄膜形成法形成，利用光刻法等在IDT电极5及反射器7等的非配置位置除去薄膜的一部分。
接着，如图2(c)所示，利用RIE(ReactiveIonEtching：反应性离子蚀刻)等适当的蚀刻法来蚀刻附加层17及导电层15。由此，形成设有第一膜9的IDT电极5及反射器7。然后，如图2(d)所示，通过使用适当的药液来除去抗蚀剂层19。
然后，如图2(e)所示，利用溅射法或CVD法等适当的薄膜形成法来形成成为保护层11的薄膜。在该时刻，因IDT电极5等的厚度而导致在成为保护层11的薄膜的表面形成有凹凸。然后，根据需要利用化学机械研磨等而使表面平坦化，如图1(b)所示，形成保护层11。需要说明的是，保护层11为了在平坦化的前或后使后述的焊盘39(图12)等露出而利用光刻法等被除去一部分。
参照图3(a)～图3(c)对比较例的作用进行说明，并且对第一实施方式的SAW元件1的作用进行说明。
图3(a)是用于说明第一比较例的SAW元件101的作用的剖视图。SAW元件101呈第一实施方式的SAW元件1中不具有第一膜9及保护层11的状态。
当利用IDT电极5向基板3施加电压时，如箭头y1所示，在基板3的上表面3a附近诱发沿着上表面3a传播的SAW。另外，SAW如箭头y2所示，在电极指13b与电极指间间隙部(相互交叉的电极指13b间的区域、电极指13b的非配置区域)的边界进行反射。而且，利用由箭头y1及y2表示的SAW形成将电极指13b的间距设为半波长的驻波。驻波转换为与该驻波相同频率的电信号，并由电极指13b取出。这样一来，SAW元件1作为共振件或滤片而发挥功能。
然而，在SAW元件101中，若其温度上升，则基板3中的弹性波的传播速度变慢，并且电极指间间隙部变大。其结果是，共振频率变低，可能无法获得所希望的特性。
图3(b)是用于说明第二比较例的SAW元件201的作用的剖视图。SAW元件201呈第一实施方式的SAW元件1中不具有第一膜9的状态。换言之，在第一比较例的SAW元件101附加了保护层11。
在SAW元件201中设有保护层11，因此如箭头y3所示，被诱发的SAW不仅在基板3中传播，还在保护层11中传播。在此，如上所述，保护层11由弹性波的传播速度在温度上升时变快的材料形成，例如，由SiO2等氧化硅形成。因此，作为在基板3及保护层11中传播的SAW整体，能抑制因温度上升而导致的速度的变化。即，利用保护层11来补偿因温度上升而导致的基板3的特性变化。
然而，在IDT电极5由Al或Al合金形成、保护层11由SiO2形成的情况下，在IDT电极5与保护层11中声学的性质近似，从而导致电极指13b与电极指间间隙部的边界在声学方面变得模糊。换言之，电极指13b与电极指间间隙部的边界处的反射系数降低。其结果是，如在图3(b)中比图3(a)的箭头y2小的箭头y4所示，无法充分地获得SAW的反射波，可能无法获得所希望的特性。
图3(c)是用于说明第一实施方式的SAW元件1的作用的剖视图。
SAW元件1具有保护层11，因此与第二比较例的SAW元件201相同地，能获得温度特性的补偿效果。另外，SAW元件1具有第一膜9，第一膜9由声阻抗与IDT电极5及保护层11的声阻抗有一定程度上不同的材料形成。因此，电极指13b与电极指间间隙部的边界位置处的反射系数变高。其结果是，如箭头y2所示，能够充分地获得SAW的反射波。
(第一膜优选的材料及厚度)
以下，对第一膜9优选的材料及厚度t进行研究。需要说明的是，在以下的研究中，只有没有特别的限定，基板3是128°Y-X切割的LiNbO3基板，IDT电极5由Al构成，保护层11由SiO2构成。
图4(a)及图4(b)是示出每一根电极指13b的反射系数Γ1及电气机械结合系数K2的图表。
图4(a)及图4(b)是通过模拟计算而得到的。计算条件如以下那样。需要说明的是，各种尺寸以相对于SAW的波长λ的比表示。
IDT电极5的归一化厚度e/λ：0.08
保护层11的归一化厚度T/λ：0.25
第一膜9的归一化厚度t/λ：在0.01～0.05的范围内变化。
第一膜9的材料：WC、TiN、TaSi2
各材料的声阻抗(单位是MRayl)：
SiO2：12.2Al：13.5
WC：102.5TiN：56.0TaSi2：40.6
在图4(a)及图4(b)中，横轴表示第一膜9的归一化厚度t/λ。在图4(a)中，纵轴表示每一根电极指13b的反射系数Γ1。在图4(b)中，纵轴表示电气机械结合系数K2。
在图4(a)及图4(b)中，线L1、L2及L3分别与第一膜9由WC、TiN及TaSi2构成的情况对应。在图4(a)中，线LS1表示反射系数Γ1的通常优选的范围的下限。在图4(b)中，线LS2表示电气机械结合系数K2的通常优选的范围的下限。
由上述附图能够确认，通过设有第一膜9，能够将电气机械结合系数K2留在通常优选的范围内，并且能够将反射系数Γ1设在通常优选的范围内。
另外，由图4(a)得知，第一膜9的归一化厚度t/λ越是变大、反射系数Γ1越是变高。由图4(b)得知，第一膜9的归一化厚度t/λ几乎不对电气机械结合系数K2造成影响。其中，当第一膜9的归一化厚度t/λ变大时，电气机械结合系数K2提高若干。上述趋势在由任何材料形成第一膜9的情况下都产生。
一般来说，音波传播的媒质间的声阻抗之差越大、反射波越大。然而，TaSi2(线L3)与TiN(线L2)相比，声阻抗小，进而，虽然与SiO2之间的声阻抗之差小，但反射系数Γ1变大。以下对该理由进行研究。
关于由声阻抗ZS彼此相同但杨氏模量E及密度ρ相互不同的各种假想材料形成第一膜9的情况(实例No.1～No.7)，对反射系数Γ1及电气机械结合系数K2进行计算。
计算条件如以下那样。
IDT电极5的归一化厚度e/λ：0.08
保护层11的归一化厚度T/λ：0.30
第一膜9的归一化厚度t/λ：0.03
第一膜9的物性值：
需要说明的是，ZS＝√(ρE)。
图5(a)及图5(b)是示出基于上述的条件而计算出的结果的图表。横轴表示No.，纵轴表示每一根电极指13b的反射系数Γ1或者电气机械结合系数K2。线L5表示计算结果。
在图5(a)中，即使在声阻抗ZS相同的条件下，杨氏模量E越小、密度ρ越大，反射系数Γ1变得越大。另外，No.1～No.3中的反射系数Γ1的变化率比No.3～No.7中的反射系数Γ1的变化率大。换言之，在No.3附近，存在找到临界的意义的余地。
上述反射系数Γ1的变化如以下那样，认为因构成第一膜9的材料的弹性波的传播速度的不同而产生。首先，根据波导理论，越是在弹性波的传播速度慢的媒质的区域，振动分布越是变大。另一方面，No.1～No.7的假想材料的弹性波的传播速度V如以下那样(单位是m/s)。需要说明的是，V＝√(E/ρ)。
No.1：2000No.2：4000No.3：6000
No.3：8000No.4：10000No.6：12000
No.7：14000
因此，即使是同等的声阻抗的第一膜9，也认为振动分布集中于第一膜9的弹性波的传播速度慢的第一膜9比起振动分布分散在周围的弹性波的传播速度快的第一膜9，实效的反射系数变高。
另外，SiO2的弹性波的传播速度为5560m/s，Al的弹性波的传播速度为5020m/s。因此，No.1及2的第一膜9的弹性波的传播速度比保护层11及IDT电极5的弹性波的传播速度慢，No.3～7的第一膜9的弹性波的传播速度比保护层11及IDT电极5的弹性波的传播速度快。因此，上述的No.3附近的反射系数的变化率的变化也能够根据弹性波的传播速度进行说明。
需要说明的是，在图5(a)中，将横轴被看作是弹性波的传播速度时的SiO2及Al的弹性波的传播速度由线LV1及LV2表示。另外，即使杨氏模量E及密度ρ发生变化，图5(b)所示的电气机械结合系数K2也不产生较大的变化，而收敛在优选的范围内。
如以上那样，第一膜9优选由声阻抗与形成保护层11及IDT电极5的材料不同且弹性波的传播速度比形成保护层11及IDT电极5的材料慢的材料构成。需要说明的是，比起声阻抗比形成保护层11及IDT电极5的材料小的材料，声阻抗比形成保护层11及IDT电极5的材料大的材料更容易满足弹性波的传播速度比形成保护层11及IDT电极5的材料慢的条件，材料的选定变得容易。
作为上述材料，举出例如Ta2O5、TaSi2、W5Si2。上述物性值(声阻抗Zs、弹性波的传播速度V、杨氏模量E、密度ρ)如以下那样。
需要说明的是，在图4(a)中例示的WC及TiN不满足弹性波的传播速度比形成保护层11及IDT电极5的材料慢的条件(WC的V：6504m/s，TiN的V：10721m/s)。
对声阻抗比TaSi2(图4(a)的线L3)更接近保护层11及IDT电极5的声阻抗的Ta2O5(与Al及SiO2之间的声阻抗之差为20MRayl左右)计算反射系数，并对关于上述的材料的见解进行确认。
计算条件如以下那样。
IDT电极5的归一化厚度e/λ：0.08
保护层11的归一化厚度T/λ：0.27、0.30或者0.33
第一膜9的归一化厚度t/λ：在0.01～0.09的范围内变化。
图6是示出基于上述的条件而计算出的结果的图表。横轴及纵轴与图4(a)的纵轴及横轴相同。需要说明的是，线L7、L8及L9分别与保护层11的归一化厚度T/λ为0.27、0.30及0.33的情况对应(线L7、L8及L9几乎重合)。
在图6中，Ta2O5与TiN(图4(a)的线L2)相比，虽然声阻抗接近保护层11的声阻抗，但弹性波的传播速度慢，因此反射系数变高。
在图6中，保护层11的归一化厚度T/λ大致形成为不对反射系数造成影响的结果。
接着，对第一膜9的归一化厚度t/λ优选的范围进行研究。首先，对第一膜9的归一化厚度t/λ优选的范围的下限值(以下，省略“优选的范围的”而仅称为“下限值”。)进行研究。
图7(a)是示意性地示出IDT电极5(全部的电极指13b)的反射系数Γall的图表。在图7(a)中横轴表示频率f，纵轴表示反射系数Γall。
反射系数Γall成为约1(100％)的频率带(f1～f2)被称作阻带。需要说明的是，实用上，阻带中的反射系数Γall没有必要完全是1，例如，反射系数Γall在0.99以上的频率带也可以确定为阻带。另外，一般来说，在阻带的下端f1或上端f2，反射系数Γall急剧地变化，因此在该变化之间也可以确定为阻带。
IDT电极5的反射系数Γall由每一根电极指13b的反射系数Γ1及电极指13b的根数等决定。而且，众所周知，当反射系数Γ1变小时，阻带的宽度SB变小。
图7(b)是示意性地示出IDT电极5的电阻抗Ze的图表。
在图7(b)中，横轴表示频率f，纵轴表示阻抗的绝对值|Ze|。如众所周知那样，|Ze|在共振频率f3中取得极小值，在反共振频率f4中取得极大值。另外，当改变第一膜9的归一化厚度t/λ时，在阻带的下端f1与共振频率f3一致的状态下，阻带的上端f2与反共振频率f4发生变化。此时的变化的比例为，阻带的上端f2比反共振频率f4大。
在此，若假设阻带的上端f2是由线L11表示的比反共振频率f4低的频率，则如在区域Sp1中由假想线(双点划线)所示，在共振频率f3与反共振频率f4之间的频率带(宽度Δf)产生乱真(spurious)。其结果是，可能无法获得所希望的滤片特性等。
另一方面，若假设阻带的上端f2是由线L12表示的比反共振频率f4高的频率，则如在区域Sp2中由假想线(双点划线)所示，乱真在比反共振频率f4高的频率下产生。在该情况下，抑制乱真对滤片特性等产生的影响。
因此，阻带的上端f2优选为比反共振频率f4高的频率。在此，阻带的上端f2取决于反射系数，因此只要调整IDT电极5的反射系数以使得阻带的上端f2形成为比反共振频率f4高的频率即可。而且，如图4、图6所示，第一膜9的归一化厚度t/λ越是变大，IDT电极5的反射系数越是呈直线地增加，因此通过调整第一膜9的归一化厚度t/λ能够将阻带的上端f2设为比反共振频率f4高的频率。即，通过将第一膜9的归一化厚度t/λ设为阻带的上端f2比反共振频率f4高的厚度，能抑制在共振频率f3与反共振频率f4之间的频率带(宽度Δf)产生乱真。
在此，如图6所示，反射系数Γ1受到保护层11的归一化厚度T/λ的影响。另外，宽度Δf受到保护层11的归一化厚度T/λ的影响。因此，第一膜9的归一化厚度t/λ优选对应于保护层11的归一化厚度T/λ而被决定。
因此，使保护层11的归一化厚度T/λ变化而计算出阻带的上端f2形成为与反共振频率f4同等的归一化厚度t/λ，并基于该计算结果并根据归一化厚度T/λ来规定归一化厚度t/λ的下限值。
图8～图10是对阻带的上端f2比反共振频率f4高的归一化厚度t/λ进行说明的图表，分别与将第一膜9的材料设为Ta2O5、TaSi2、W5Si2的情况对应。
在图8～图10中，横轴表示保护层11的归一化厚度T/λ，纵轴表示第一膜9的归一化厚度t/λ。在各图中示出的实线LN1～LN3表示阻带的上端f2形成为与反共振频率f4同等的归一化厚度t/λ的计算结果。需要说明的是，在计算过程中，IDT电极5的归一化厚度e/λ为0.08。
如在各图中实线LN1～LN3所示，第一膜9的归一化厚度t/λ能够根据二次曲线而适宜地导出近似曲线。
具体而言，如以下那样。
Ta2O5(图8)：
下限值(实线LN1)：t/λ＝0.5706(T/λ)2-0.3867T/λ+0.0913
TaSi2(图9)：
下限值(实线LN2)：t/λ＝0.3995(T/λ)2-0.2675T/λ+0.0657
W5Si2(图10)：
下限值(实线LN3)：t/λ＝0.2978(T/λ)2-0.1966T/λ+0.0433
需要说明的是，在任一下限值的式中，归一化厚度t/λ的极小值都比在专利文献2所示的贴紧层的归一化厚度的最大值(0.01)大。在专利文献1中，贴紧层的厚度因波长而未被归一化，因此难以比较。然而，即使增大频率(例如UMTS的最大频率2690MHz)、减慢弹性波的传播速度(例如3000m/s)，以使得归一化了的厚度变大，也不过是λ＝1.1μm，专利文献1的贴紧层的厚度的最大值()进行归一化时小于0.01。
接着，对第一膜9的归一化厚度t/λ优选的范围的上限值(以下，省略“优选的范围的”而仅称为“上限值”。)进行研究。
如图4(a)及图6所示，第一膜9的归一化厚度t/λ越是变大，反射系数越是变高。因此，归一化厚度t/λ的上限值为第一膜9不从保护层11露出的范围。
与归一化厚度t/λ的下限值相同地，若根据式子对归一化厚度t/λ的上限值进行规定，则例如将IDT电极5的归一化厚度e/λ参照于普通的SAW元件中的归一化厚度e/λ而估计小于0.1，能够以下述的式子进行规定。
上限值：t/λ＝T/λ-0.1
以Ta2O5为例，图11示出从以上的研究导出的归一化厚度t/λ优选的范围。
在图11中，与图8相同地，横轴及纵轴表示保护层11的归一化厚度T/λ及第一膜9的归一化厚度t/λ。线LL1表示下限值，线LH1表示上限值。上述线之间的阴影区域为第一膜9的归一化厚度t/λ优选的范围。需要说明的是，线LH5表示在专利文献2中所示的贴紧层的上限值(0.01)。
(SAW装置的结构)
图12是示出本实施方式所涉及的SAW装置51的剖视图。
SAW装置51构成例如滤片或双工器。SAW装置51具有SAW元件31和安装SAW元件31的电路基板53。
SAW元件31构成为例如所谓的晶片级封装件的SAW元件。SAW元件31具有上述的SAW元件1、覆盖基板3的SAW元件1侧的罩33、贯通罩33的端子35、覆盖基板3的与SAW元件1相反的一侧的背面部37。
罩33由树脂等构成，将用于使SAW的传播容易化的振动空间33a构成在IDT电极5及反射器7的上方(z方向的正侧)。在基板3的上表面3a上形成有与IDT电极5连接的配线38和与配线38连接的焊盘39。端子35在焊盘39上形成，并与IDT电极5电连接。背面部37例如并未特别图示，具有用于对因温度变化等而向基板3表面充电的电荷进行放电的背面电极和覆盖该背面电极的绝缘层。
电路基板53例如由所谓的刚性式的印刷配线基板构成。在电路基板53的安装面53a形成有安装用焊盘55。
SAW元件31以将罩33侧与安装面53a对置的方式配置。而且，端子35与安装用焊盘55通过焊料57粘接。然后，SAW元件31被密封树脂59密封。
<第二实施方式>
图13(a)是示出第二实施方式所涉及的SAW元件301的俯视图。
SAW元件301的IDT电极305与第一实施方式的IDT电极5相同地，由Al或者以Al为主要成分的合金构成，并具有一对梳齿状电极313。另外，各梳齿状电极313与第一实施方式的梳齿状电极13相同地，具有母线313a与多个电极指313b。
此外，各梳齿状电极313在多个电极指313b间具有从母线313a向另一方的梳齿状电极313的母线313a侧延伸的多个虚拟电极313c。各梳齿状电极313的多个虚拟电极313c使其前端隔着前端间隙部G1而与另一方的梳齿状电极313的多个电极指313b的前端对置。虚拟电极313c的宽度(x方向的大小)与例如电极指313b的宽度同等。前端间隙部G1的长度(y方向的大小)为例如半波长(λ/2)左右。
IDT电极305使用所谓的变迹器。即，多个电极指313b的长度对应于x方向的位置而发生变化，由此一对梳齿状电极313的多个电极指313b交叉的范围(交叉范围R1)的y方向的宽度W对应于x方向的位置而发生变化。图13例示出宽度W在IDT电极5的x方向的中央变大、而在x方向的两侧变小的情况。多个虚拟电极313c以多个前端间隙部G1的长度彼此大致相同的方式对应于宽度W的变化而使彼此长度不同。需要说明的是，IDT电极305也可以不使用变迹器。
图13(b)是图13(a)的区域XIIIb的立体图。需要说明的是，图13(b)对保护层11进行透视而表示。
与第一实施方式相同地，在IDT电极305的上表面设有第一膜9。第一膜9不仅设在母线313a(图13(b)中未图示)及电极指313b，还设在虚拟电极313c的上表面。
此外，在SAW元件301中，在前端间隙部G1配置有第二膜310。第二膜310由以声阻抗比IDT电极305的材料及保护层11(SiO2)大且弹性波的传播速度比IDT电极305的材料及SiO2慢的绝缘性材料为主要成分的材料形成。例如，第二膜310由与第一膜9的材料相同的材料形成。
第二膜310例如在俯视观察中完全地覆盖前端间隙部G1。即，第二膜310从电极指313b的前端遍及虚拟电极313c的前端设置，并且具有与电极指313b及虚拟电极313c同等的宽度(x方向的大小)。第二膜310的厚度与例如第一膜9的厚度同等。
图14(a)～图14(g)是用于说明SAW元件301的制造方法的图，各图的上段表示SAW元件301的局部放大剖视图(参照图14(a)的下段的XIV-XIV线)，下段表示SAW元件301的局部放大立体图。
在第一实施方式的SAW元件1的制造方法中，IDT电极5与第一膜9被同时蚀刻，相对于此，在SAW元件301的制造方法中，IDT电极305与第一膜9被分开蚀刻。具体而言，如以下那样。
一直到成为IDT电极305及反射器7(以下，省略反射器7的说明)等的导电层15形成在基板3的上表面3a上为止，与第一实施方式相同。
接着，如图14(a)所示，在导电层15上形成用于蚀刻导电层15的作为掩模的抗蚀剂层319。抗蚀剂层319的形成方法与第一实施方式的抗蚀剂层19相同。
然后，如图14(b)所示，利用RIE等适当的蚀刻法来进行导电层15的蚀刻，从而形成IDT电极305。然后，如图14(c)所示，通过使用适当的药液来除去抗蚀剂层319。
接着，如图14(d)所示，以覆盖IDT电极305及压电基板3的上表面3a的从IDT电极305露出的部分的方式形成成为第一膜9及第二膜310的附加层17。附加层17的形成方法与第一实施方式相同。需要说明的是，通过适当地设定薄膜形成的条件，能够使附加层17的前端间隙部G1的厚度与附加层17的IDT电极305上的厚度同等、或比该厚度厚。
接着，如图14(e)所示，在附加层17上形成用于蚀刻附加层17的作为掩模的抗蚀剂层320。抗蚀剂层320的平面形状与抗蚀剂层319不同点仅在于未在前端间隙部G1形成开口。需要说明的是，抗蚀剂层320的形成方法与抗蚀剂层319相同。
然后，如图14(f)(尤其是下段)所示，利用RIE等适当的蚀刻法来进行附加层17的蚀刻，从而形成第一膜9及第二膜310。然后，如图14(g)所示，通过使用适当的药液来除去抗蚀剂层320。
图15(a)及图15(b)是用于说明本实施方式的作用的立体图。
图15(a)是从声学方面观察未设置第二膜310的情况下的压电基板3上的结构的图。如该图所示，在从声学方面观察的情况下，由Al或以Al为主要成分的金属构成的IDT电极5及由SiO2构成的保护层11的边界变得模糊，仅观察到配置在IDT电极5的上表面的第一膜9。而且，前端间隙部G1形成为由第一膜9构成的条纹的欠缺部。
因此，在前端间隙部G1中产生SAW的散射等，其结果是，产生损失。尤其是在IDT电极305使用了变迹器的情况下，与未使用变迹器的情况相比，前端间隙部G1位于母线313a间的中央侧，因此损失容易变大。
图15(b)是从声学方面观察本实施方式(设有第二膜310的情况下)中的压电基板3上的结构的图。如该图所示，通过设置第二膜310，由第一膜9构成的条纹的欠缺部被覆盖。其结果是，抑制前端间隙部G1中的SAW的散射等，从而抑制损失。
根据以上的第二实施方式，通过设有第一膜9，与第一实施方式相同地，起到能够提高反射系数的效果。此外，如上所述，能抑制前端间隙部G1中的SAW的散射。第二膜310由与第一膜9相同的材料形成，换言之，第二膜310显示出在声学方面与第一膜9相同的性质，因此第二膜310能够从声学方面出发适宜地覆盖前端间隙部G1。另外，第二膜310能够与第一膜9同时制造，因此能够实现制造工序的简化。
<第三实施方式>
图16(a)是示出第三实施方式所涉及的SAW元件401的俯视图。
SAW元件401的IDT电极5与第一实施方式的IDT电极5相同。即，不设置在第二实施方式中示出的虚拟电极313c。而且，各梳齿状电极13的多个电极指13b的前端隔着多个前端间隙部G2而与另一方的梳齿状电极13的母线13a对置。需要说明的是，IDT电极5与第二实施方式相同地，也可以使用变迹器。
图16(b)是图16(a)的区域XVIb的立体图。需要说明的是，图16(b)对保护层11进行透视而表示。
与第一实施方式相同地，在IDT电极5的上表面设有第一膜9。此外，在SAW元件401中，在前端间隙部G2配置有第二膜410。第二膜410的材料与在第二实施方式中说明的第二膜310的材料相同。
第二膜410例如在俯视观察中完全地覆盖前端间隙部G2。即，第二膜410从一方的梳齿状电极13的电极指13b的前端遍及另一方的梳齿状电极13的母线13a的边缘部设置，并且具有与电极指13b同等的宽度(x方向的大小)。第二膜410的厚度与例如第一膜9的厚度同等。
第二膜410与例如第二实施方式的第二膜310相同地，通过附加层17的图案化而与第一膜9的形成同时形成。
需要说明的是，SAW元件401如上述的说明那样可以在第一实施方式中在前端间隙部G2设置有第二膜410，但也可以在第二实施方式中残留虚拟电极313c上的第一膜9并消除虚拟电极313c。
根据以上的第三实施方式，与第一实施方式相同地，通过设有第一膜9，起到能够提高反射系数的效果。另外，与第二实施方式相同地，通过设有第二膜410，能抑制前端间隙部G2中的SAW的散射。
另外，在第二实施方式中，SAW的速度在交叉范围R1、前端间隙部G1及虚拟电极313c的配置区域有所不同，从而产生速度的不连续性。与此相对地，第三实施方式中消除了虚拟电极313c，因此减少速度的不连续部分的数量。其结果是，可期待抑制速度的不连续部分中的SAW的散射。
<第四实施方式>
图17(a)是示出第四实施方式所涉及的SAW元件501的俯视图。
与第二实施方式相同地，SAW元件501的IDT电极505具有虚拟电极513c，并且与第一实施方式相同地，不使用变迹器。但是也可以与第二实施方式相同地，IDT电极505使用变迹器。
图17(b)是图17(a)的区域XVIIb的立体图。需要说明的是，图17(b)对保护层11进行透视而表示。
与其他实施方式相同地，在IDT电极505的上表面设有第一膜9。此外，在SAW元件501中，设有属于相同的梳齿状电极513的虚拟电极513c及电极指513b，且在相互邻接的虚拟电极513c及电极指513b的彼此之间的侧方间隙部G3设有第二膜510。
第二膜510例如在俯视中完全覆盖侧方间隙部G3。即，第二膜510从电极指513b的边缘部遍及与其邻接的虚拟电极513c的边缘部设置，并且从母线13a的边缘部遍及虚拟电极13c的前端设置。第二膜510的厚度与例如第一膜9的厚度同等。
第二膜510与例如第二实施方式的第二膜310相同地，利用附加层17的图案化而与第一膜9的形成同时形成。
根据以上的第四实施方式，与第一实施方式相同地，通过设有第一膜9，起到能够提高反射系数的效果。此外，在第四实施方式中，在交叉区域传播的SAW与在第二膜510的区域传播的SAW之间的速度差变大，从而可期待提高交叉区域中的SAW的关闭效果。其结果是，可期待抑制损失。
需要说明的是，在以上的实施方式中，基板3是压电基板的一个例子，IDT电极5、305及505是电极的一个例子，保护层11是绝缘层的一个例子。
上述的实施方式可以适当地组合并加以实施。例如，第四实施方式的第二膜510如第一实施方式那样在不具有虚拟电极的结构的IDT电极5中，可以设在属于相同的梳齿状电极13的多个电极指13b的根部间，也可以与第二实施方式的第二膜310一并设置。
本发明并不局限于以上的实施方式，能够以各种方式实施。
弹性波元件并不局限于(狭义的)SAW元件。例如，也可以是绝缘层(11)的厚度比较大(例如0.5λ～2λ)的所谓弹性边界波元件(其中，包含在广义的SAW元件内。)。需要说明的是，在弹性边界波元件中，不需要形成振动空间(33a)，进而也不需要罩33等。
另外，弹性波元件并不局限于晶片级封装件。例如，SAW元件也可以不具有罩33及端子35等而利用焊料57直接粘接基板3的上表面3a上的焊盘39和电路基板53的安装用焊盘55。而且，也可以利用SAW元件1(保护层11)与电路基板53的安装面53a之间的间隙形成振动空间。
第一膜优选遍及电极的整面设置。其中，第一膜也可以仅设在电极的一部分，例如仅设在电极指等。另外，第一膜除了设在电极的上表面，还可以设在侧面。第一膜的材料可以是导电材料，也可以是绝缘材料。具体而言，能够举出钨、铱、钽、铜等导电材料和BaxSr1-xO3、PbxZn1-xO3、ZnO3等绝缘材料作为第一膜的材料。
保护层的上表面也可以具有凹凸，以使得在电极指的位置形成凸起。在该情况下，能够进一步提高反射系数。该凹凸如参照图2(e)而进行说明的那样，可以在保护层的成膜时因电极指的厚度而形成，也可以通过在电极指之间的区域蚀刻保护层的表面而形成。
另外，基板3除了128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板之外，例如，还能够使用38.7°±Y-X切割的LiTaO3等。
在与弹性波的传播方向交叉的方向上相互对置的两根母线(第一母线及第二母线)可以不在弹性波的传播方向上平行，也可以在弹性波的传播方向上倾斜。另外，母线可以不是直线状，也可以延伸成曲线状、或弯曲。另外，母线的宽度可以不是恒定的，宽度也可以变化。
覆盖前端间隙的第二膜(310或410)也可以不完全地覆盖前端间隙部。例如，第二膜的宽度(x方向)及/或长度(y方向)也可以比前端间隙部小。若利用第二膜多少覆盖前端间隙部，则与不具有第二膜的情况相比，能抑制散射。反之，第二膜也可以比前端间隙部大。例如，第二膜的宽度(x方向)也可以比电极指的宽度大。
第二膜并不局限于实施方式所例示的第二膜。例如，第二膜也可以形成在与第二实施方式的前端间隙部G1在x方向上邻接的区域。在该情况下，沿SAW的传播方向观察，前端间隙部G1被第二膜堵塞，从而抑制损失的降低。另外，第二膜并不局限于覆盖声学的孔。例如，也可以将反射器的一部分或全部由第二膜构成。
第二膜也可以不由与第一膜相同的材料形成。另外，第二膜并不局限于由单一的材料形成，例如，也可以由多个绝缘层构成。
需要说明的是，根据对上述的第一膜的考察的结果，第一膜的材料只要是以声阻抗比电极的材料及绝缘层的材料大、且弹性波的传播速度比电极的材料及绝缘层的材料慢的材料为主要成分的材料，即使是在使用以Al为主要成分的材料以外的材料作为电极的材料、使用以氧化硅为主要成分的材料以外的材料作为绝缘层的材料的情况下，推测也能够产生同样的效果，即能够补偿温度特性并提高反射系数。
另外，根据对上述的第一膜的考察的结果，根据电极及绝缘层的材料，也考虑能够使用在图4(a)中由线L1表示的WC作为第一膜的材料的情况。
另外，通过将第一膜由绝缘材料形成，与将第一膜由金属材料形成的情况相比，能够抑制电极的腐蚀并使弹性波元件的电气特性稳定化。这是因为，有时在由SiO2构成的绝缘层形成气孔，当形成该气孔时，水分经由该气孔而浸入到电极部分，但若在电极上配置由与电极材料不同的材料构成的金属膜，则因浸入的水分而产生基于不同种类金属间的电池效应的腐蚀。由此，若将第一膜由Ta2O5等绝缘材料形成，则在电极与第一膜之间几乎不引起电池效应，因此能够形成为抑制了电极的腐蚀的可靠性高的弹性波元件。
【附图标记说明】
1...SAW元件(弹性波元件)
3...基板(压电基板)
3a...上表面
5...IDT电极(电极)
9...第一膜
11...保护层(绝缘层)

Claims (12)

1.一种弹性波元件，具备：
压电基板；
电极，其以Al为主要成分，且位于该压电基板的上表面；
第一膜，其位于该电极的上表面；和
绝缘层，其以氧化硅为主要成分，覆盖该第一膜和所述压电基板中从所述电极露出的部分，且距离所述压电基板的上表面的厚度比所述电极及所述第一膜的合计的厚度大，
所述第一膜以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的材料为主要成分，
在所述绝缘层的归一化厚度为T/λ时，所述第一膜的归一化厚度t/λ处在阻带的上端的频率与反共振频率一致时的归一化厚度以上且T/λ-0.1以下的范围内，
在此，t是第一膜的厚度，T是绝缘层的厚度，λ是弹性波的波长。
2.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述第一膜以Ta2O5、TaSi2及W5Si2中的任一种为主要成分。
3.根据权利要求2所述的弹性波元件，其中，
所述压电基板是128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板。
4.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述弹性波元件具有根据所述第一膜的归一化厚度t/λ而发生变化的反共振频率，
在所述第一膜的归一化厚度t/λ中，根据该归一化厚度t/λ而发生变化的阻带的上端的频率比所述反共振频率高。
5.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述第一膜以绝缘材料为主要成分。
6.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述电极具备：
第一母线及第二母线，它们在与弹性波的传播方向交叉的方向上相互对置；
多个第一电极指，它们从所述第一母线向所述第二母线侧延伸；
多个第二电极指，它们从所述第二母线向所述第一母线侧延伸，且与所述多个第一电极指相互交叉；
多个第一虚拟电极，它们从所述第一母线向所述第二母线侧延伸，且前端隔着第一前端间隙部而与所述多个第二电极指的前端对置；和
多个第二虚拟电极，它们从所述第二母线向所述第一母线侧延伸，且前端隔着第二前端间隙部而与所述多个第一电极指的前端对置，
所述弹性波元件还具有第二膜，该第二膜位于所述压电基板的上表面上的多个所述第一前端间隙部及多个所述第二前端间隙部，以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的绝缘材料为主要成分。
7.根据权利要求5所述的弹性波元件，其中，
所述电极具备：
第一母线及第二母线，它们在与弹性波的传播方向交叉的方向上相互对置；
多个第一电极指，它们从所述第一母线向所述第二母线侧延伸；
多个第二电极指，它们从所述第二母线向所述第一母线侧延伸，且与所述多个第一电极指相互交叉；
多个第一虚拟电极，它们从所述第一母线向所述第二母线侧延伸，且前端隔着第一前端间隙部而与所述多个第二电极指的前端对置；和
多个第二虚拟电极，它们从所述第二母线向所述第一母线侧延伸，且前端隔着第二前端间隙部而与所述多个第一电极指的前端对置，
所述弹性波元件还具有第二膜，该第二膜位于所述压电基板的上表面上的多个所述第一前端间隙部及多个所述第二前端间隙部，并由与所述第一膜相同的材料构成。
8.根据权利要求5所述的弹性波元件，其中，
所述弹性波元件还具有第二膜，该第二膜位于所述压电基板的上表面中从所述电极露出的部分，并由与所述第一膜相同的材料构成。
9.一种弹性波元件，具备：
压电基板；
电极，其以Al为主要成分，且位于该压电基板的上表面；
第一膜，其位于该电极的上表面；和
绝缘层，其以氧化硅为主要成分，覆盖该第一膜和所述压电基板中从所述电极露出的部分，且距离所述压电基板的上表面的厚度比所述电极及所述第一膜的合计的厚度大，
所述第一膜以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的材料为主要成分，
所述压电基板是128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板，
所述第一膜以Ta2O5为主要成分，该第一膜的归一化厚度t/λ处在下述的式(1)的范围内，
0.5706(T/λ)2-0.3867T/λ+0.0913≤t/λ≤T/λ-0.1...式(1)
在此，T/λ是绝缘层的归一化厚度，t是第一膜的厚度，T是绝缘层的厚度，λ是弹性波的波长。
10.一种弹性波元件，具备：
压电基板；
电极，其以Al为主要成分，且位于该压电基板的上表面；
第一膜，其位于该电极的上表面；和
绝缘层，其以氧化硅为主要成分，覆盖该第一膜和所述压电基板中从所述电极露出的部分，且距离所述压电基板的上表面的厚度比所述电极及所述第一膜的合计的厚度大，
所述第一膜以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的材料为主要成分，
所述压电基板是128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板，
所述第一膜以TaSi2为主要成分，该第一膜的归一化厚度t/λ处在下述的式(2)的范围内，
0.3995(T/λ)2-0.2675T/λ+0.0657≤t/λ≤T/λ-0.1...式(2)
在此，T/λ是绝缘层的归一化厚度，t是第一膜的厚度，T是绝缘层的厚度，λ是弹性波的波长。
11.一种弹性波元件，具备：
压电基板；
电极，其以Al为主要成分，且位于该压电基板的上表面；
第一膜，其位于该电极的上表面；和
绝缘层，其以氧化硅为主要成分，覆盖该第一膜和所述压电基板中从所述电极露出的部分，且距离所述压电基板的上表面的厚度比所述电极及所述第一膜的合计的厚度大，
所述第一膜以声阻抗比所述电极的材料及所述绝缘层的材料大且弹性波的传播速度比所述电极的材料及所述绝缘层的材料慢的材料为主要成分，
所述压电基板是128°±10°Y-X切割的LiNbO3基板，
所述第一膜以W5Si2为主要成分，该第一膜的归一化厚度t/λ处在下述的式(3)的范围内，
0.2978(T/λ)2-0.1966T/λ+0.0433≤t/λ≤T/λ-0.1...式(3)
在此，T/λ是绝缘层的归一化厚度，t是第一膜的厚度，T是绝缘层的厚度，λ是弹性波的波长。
12.一种弹性波装置，具备：
权利要求1至11中任一项所述的弹性波元件；和
安装该弹性波元件的电路基板。
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