CN104205629A - 弹性波装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不仅可以实现高声速化，还不容易受到由成为乱真的其他模式而引起的响应的影响的弹性波装置。一种弹性波装置(1)，其具有铌酸锂膜(5)，并利用SH型表面波，具备：支撑基板(2)；高声速膜(3)，其形成在所述支撑基板(2)上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜(5)中传播的弹性波声速更高速；低声速膜(4)，其层叠在所述高声速膜(3)上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜(5)中传播的体波声速更低速；所述铌酸锂膜(5)，其层叠在所述低声速膜(4)上；和IDT电极(6)，其形成在所述铌酸锂膜(5)的一面，在将铌酸锂膜(5)的欧拉角设为(0°±5°，θ，0°)时，θ处于0°～8°以及57°～180°的范围内。

Description

弹性波装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于谐振器或带通滤波器等的弹性波装置及其制造方法，更详细来讲，涉及一种具有在铌酸锂膜与支撑基板之间层叠了其他材料的结构的弹性波装置及其制造方法。
背景技术
以往，作为谐振器或带通滤波器，弹性波装置被广泛使用。在下述的专利文献1中，公开了一种在电介质基板上，按顺序层叠硬质电介质层、压电膜以及IDT电极而成的声表面波装置。在该声表面波装置中，通过将硬质电介质层配置在电介质基板与压电膜之间，从而实现声表面波的高声速化。由此，能够实现声表面波装置的高频化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-282232
发明要解决的课题
在专利文献1所述的声表面波装置中，通过硬质电介质层的形成来实现高声速化。也就是说，在压电膜的下表面配置有高声速的硬质电介质层。因此，在压电膜中弹性波集中传播。其结果，不仅利用的声表面波，1)该声表面波的高次模式、2)在压电膜表面和压电膜和硬质电介质层的边界反射并传播的类似于板波的弹性波、以及3)该高次模式等其他模式也容易产生。因此，存在除了利用的声表面波的模式以外还出现较大的乱真(spurious)的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不仅可以实现高声速化，还不容易受到由成为乱真的其他模式引起的响应的影响的弹性波装置及其制造方法。
解决课题的手段
本发明所涉及的弹性波装置具有铌酸锂膜，并利用SH型表面波。更详细来讲，本发明的弹性波装置具备：支撑基板、高声速膜、低声速膜、铌酸锂膜。高声速膜是形成在所述支撑基板上，传播的体波声速比在铌酸锂膜中传播的弹性波的声速更高速的膜。低声速膜层叠在所述高声速膜上。低声速膜是传播的体波声速比在铌酸锂膜中传播的体波声速更低速的膜。铌酸锂膜层叠在上述低声速膜上。在本发明中，具备形成在所述铌酸锂膜的一面的IDT电极，在将铌酸锂膜的欧拉(Euler)角设为(0°±5°，θ，0°)时，θ处于0°～8°以及57°～180°的范围内。
优选地，欧拉角的θ处于83°～145°的范围内或者100°～160°的范围内。在θ处于83°～145°的范围内的情况下，能够使SH型表面波的机电耦合系数k2大到20％以上。在θ处于100°～160°的范围内的情况下，能够使成为乱真的瑞利(Rayleigh)波的机电耦合系数k2为1％以下，非常小。
在本发明所涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，低声速膜由氧化硅构成。在该情况下，能够减小频率温度系数的绝对值。
在本发明所涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，在将氧化硅的膜厚设为x，将铌酸锂膜的膜厚设为y，将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，在xy坐标系中，(x，y)处于按顺序将(0.023λ，0.3λ)、(0.05λ，0.20λ)、(0.10λ，0.14λ)、(0.20λ，0.125λ)、(0.44λ，0.14λ)、(0.47λ，0.20λ)、(0.435λ，0.25λ)、(0.3λ，0.36λ)、(0.15λ，0.42λ)、(0.08λ，0.42λ)、(0.05λ，0.40λ)以及(0.23λ，0.3λ)的各点连结而成的区域内。在该情况下，能够使SH型表面波的机电耦合系数k2大到26％以上。
在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它特定的方面中，所述高声速膜由从由氮化铝、氮化硅以及氧化铝构成的群中选择的1种或者这些材料构成的膜的层叠膜构成。在该情况下，能够实现SH型表面波的高声速化。更优选地，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，所述高声速膜的膜厚处于0.3λ～1λ的范围内。在该情况下，能够使反共振频率侧的传播损失小到0.01Np/λ以下，并且能够更有效地抑制由高次模式引起的乱真。
在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它特定的方面中，所述IDT电极由Au构成，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，该由Au构成的IDT电极的厚度处于0.01λ～0.03λ的范围。在该情况下，能够增大机电耦合系数k2，并进一步减小成为乱真的瑞利波的机电耦合系数k2。
在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其他特定的方面中，所述支撑基板的线膨胀系数比所述铌酸锂膜的线膨胀系数小。在该情况下，能够进一步改善温度特性。
在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它的特定的方面中，所述低声速膜的固有声阻抗比铌酸锂膜的固有声阻抗小。在该情况下，能够进一步扩大带宽比(band width ratio)。
本发明所涉及的弹性波装置的制造方法具备：准备支撑基板的工序；在所述支撑基板上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的弹性波声速更高速的高声速膜的工序；在所述高声速膜上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的体波声速更低速的低声速膜的工序；在所述低声速膜上，形成欧拉角(0°±5°，θ，0°)中的θ处于0°～8°或者57°～180°的范围内的铌酸锂膜的工序；和在所述铌酸锂膜的一面形成IDT电极的工序。
在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的某一特定的方面中，在支撑基板上，形成高声速膜、低声速膜以及铌酸锂膜的工序具备下述的(a)～(e)的工序。
(a)从厚度比所述铌酸锂膜厚的铌酸锂基板的一面进行离子注入的工序。
(b)在进行了所述离子注入的铌酸锂基板的所述一面形成低声速膜的工序。
(c)在所述低声速膜的与所述铌酸锂基板相反的一侧的面形成高声速膜的工序。
(d)在所述高声速膜的与层叠了所述低声速膜的一侧的面相反侧的面接合支撑基板的工序。
(e)对所述铌酸锂基板进行加热，同时在所述铌酸锂基板的注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分，对所述铌酸锂膜与剩余的铌酸锂基板部分进行分离，使所述低声速膜侧残留所述铌酸锂膜的工序。
在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的进一步其它特定的方面中，还具备：在分离了所述剩余的铌酸锂基板部分后，对层叠在所述低声速膜上的所述铌酸锂膜进行加热，使压电性恢复的工序。在该情况下，由于通过加热，能够使铌酸锂膜的压电性恢复，因此能够更可靠地提供具有良好的谐振特性和滤波器特性的弹性波装置。
在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的进一步其它特定的方面中，具备：在接合所述支撑基板之前，对所述高声速膜的与所述低声速膜相反的一侧的面进行镜面加工的工序。在该情况下，能够提高高声速膜与支撑基板的接合强度。
发明效果
在本发明所涉及的弹性波装置中，由于在支撑基板与铌酸锂膜之间层叠有高声速膜以及低声速膜，因此SH型表面波的声速足够远离成为乱真的瑞利波的声速。并且，由于铌酸锂膜的欧拉角在上述特定的范围内，因此与作为乱真的瑞利波的机电耦合系数k2相比，能够提高利用的SH型表面波的机电耦合系数k2。
因此，能够提供一种不容易受到乱真的影响的弹性波装置。
根据本发明所涉及的弹性波装置的制造方法，根据本发明，能够提供一种不容易受到由瑞利波引起的乱真的影响的、利用了SH型表面波的弹性波装置。
附图说明
图1(a)以及图1(b)是表示本发明的第1实施方式所涉及的弹性波装置的示意性主视剖面图以及表示其电极结构的示意性俯视图。
图2是表示在由铝构成的支撑基板上形成氮化硅膜、氧化硅膜、铌酸锂膜，在其上形成由Al构成的电极的结构中的铌酸锂的欧拉角的θ与U2-VF、U2-VM、U3-VF以及U3-VM模式的声速的关系的图。
图3是表示在铝基板上形成氮化铝膜、氧化硅膜、铌酸锂膜以及由Al构成的IDT电极的结构中的欧拉角的θ与SH波以及瑞利波的机电耦合系数k2的关系的图。
图4是表示在铝基板上形成氮化铝膜、氧化硅膜、铌酸锂膜以及由Al构成的IDT电极的结构中的欧拉角的θ与SH波的TCV的关系的图。
图5是表示图1所示的弹性波装置中的氧化硅膜的膜厚x以及铌酸锂膜的膜厚y、与机电耦合系数k2的关系的图。
图6(a)～图6(c)分别是表示在玻璃基板上形成氧化硅膜、氮化铝膜，在其上进一步形成氧化硅膜以及欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂膜，并在其上形成由Al构成的IDT电极的弹性波装置中的氮化铝膜的膜厚与机电耦合系数k2(％)、TCV(ppm/℃)以及声速V(m/秒)的关系的图。
图7是表示在玻璃基板上形成氧化硅膜、氮化铝膜，在其上进一步形成氧化硅膜以及欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂膜，并在其上形成由Al构成的IDT电极的弹性波装置中的氮化铝膜的膜厚与传播损失α(Np/λ)的关系的图。
图8是表示SH型表面波的基本模式中的各振动成分沿弹性波装置厚度方向的能量位移分布的图。
图9是表示SH型表面波的高次模式中的各振动成分沿弹性波装置厚度方向的能量位移分布的图。
图10是在玻璃基板上层叠氮化铝膜、氧化硅膜以及铌酸锂膜，进一步形成由Au构成的IDT电极而成的第2实施方式的弹性波装置的主视剖面图。
图11是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，90°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
图12是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，90°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
图13是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，105°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
图14是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，105°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
图15是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，120°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
图16是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，120°，0°)时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
图17是本发明的第3实施方式所涉及的弹性波装置的主视剖面图。
图18是表示在第3实施方式中，IDT电极为AlCu电极的情况下的阻抗频率特性的图。
图19是表示在第3实施方式中，IDT电极为Pt电极的情况下的阻抗频率特性的图。
图20是表示比较例的弹性波装置的阻抗频率特性的图。
图21是表示比较例的弹性波装置中的反共振频率侧以及共振频率侧中的欧拉角的θ与传播损失α的关系的图。
图22(a)～图22(e)是用于对本发明的第1实施方式的弹性波装置的制造方法进行说明的各主视剖面图。
图23(a)～图23(c)是用于对本发明的第1实施方式的弹性波装置的制造方法进行说明的各主视剖面图。
具体实施方式
下面，通过参照附图，来对本发明的具体实施方式进行说明，从而使本发明清楚明了。
图1(a)是作为本发明的第1实施方式的声表面波装置的示意性主视剖面图。
声表面波装置1具有支撑基板2。在支撑基板2上，层叠声速相对高的高声速膜3。在高声速膜3上，层叠声速相对低的低声速膜4。此外，在低声速膜4上层叠铌酸锂膜5。在该铌酸锂膜5的上表面层叠IDT电极6。另外，也可以在铌酸锂膜5的下表面层叠IDT电极6。
上述支撑基板2只要能够对具有高声速膜3、低声速膜4、铌酸锂膜5以及IDT电极6的层叠结构进行支撑，就能够由适当的材料构成。作为这种材料，能够使用压电体、电介质或者半导体等。在本实施方式中，支撑基板2由铝构成。
上述高声速膜3按照将声表面波限制在铌酸锂膜5以及低声速膜4层叠的部分的方式而起作用。在本实施方式中，高声速膜3由氮化铝构成。并且，只要能够限制上述弹性波，就能够使用氮化铝、氧化铝、炭化硅、氮化硅或者金刚石(diamond)等各种高声速材料。
为了将弹性波限制在铌酸锂膜5以及低声速膜4层叠的部分，高声速膜3的膜厚优选弹性波的波长λ的0.5倍以上，甚至1.5倍以上。
另外，在本说明书中，所谓高声速膜，是指与在铌酸锂膜5中传播的弹性波相比，该高声速膜中慢的横波的声速为高速的膜。此外，所谓低声速膜，是指与在铌酸锂膜5中传播的慢的横波相比，该低声速膜中的慢的横波的声速为低速的膜。另外，此时的声速为弹性波的传播方向上的声速。对在媒质中传播的体波的声速进行决定的体波的模式根据在铌酸锂膜5中传播的弹性波的使用模式而定义。在高声速膜3以及低声速膜4关于体波的传播方向各向同性的情况下，如下述的表1所示。也就是说，对于下述的表1的左轴的弹性波的主模式，根据下述的表1的右轴的体波的模式，决定上述高声速以及低声速。P波是纵波，S波是横波。
另外，在下述的表1中，意味着U1以P波为主成分，U2以SH波为主成分，U3以SV波为主成分的弹性波。
[表1]
压电膜的弹性波模式与电介质膜的体波模式的对应(电介质膜是各向同性材质的情况)
在压电膜中传播的弹性波的主模式 在电介质膜中传播的体波的模式
U1 P波
U2 S波
U3+U1 S波
在上述低声速膜4以及高声速膜3在体波的传播性上具有各向异性的情况下，如下述的表2所示，对高声速以及低声速进行决定的体波的模式被决定。另外，在体波的模式中，SH波与SV波中更慢的波被称为慢横波，快的波被称为快横波。哪个为慢横波是根据材料的各向异性而不同的。在旋转Y切割附近的LiTaO3或铌酸锂，体波中SV波为慢横波，SH波为快横波。
[表2]
压电膜的弹性波模式与电介质膜的体波模式的对应(电介质膜是各向异性材质的情况)
在压电膜中传播的弹性波的主模式 在电介质膜中传播的体波的模式
U1 P波
U2 SH波
U3+U1 SV波
本实施方式的声表面波装置1利用在铌酸锂中传播的SH型表面波。因此，瑞利波等其他波可能成为乱真(spurious)。并且，在本实施方式中，如下所述，低声速膜4以及高声速膜3层叠，并且在5的欧拉角(0°±5°，θ，0°)，θ被设在特定的范围内。因此，不容易受到由瑞利波引起的乱真的影响。
在本发明中，上述低声速膜4以及高声速膜3由能够实现如上所述那样被决定的低声速以及高声速的适当的电介质材料构成。作为构成低声速膜4的材料的例子，能够使用具有比在铌酸锂膜5中传播的体波更低声速的体波声速的电介质。作为这种电介质，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽或者向氧化硅中，加入氟、碳或硼等而成的化合物等。其中，在将氧化硅作为低声速膜4来使用的情况下，能够降低频率温度系数的绝对值。因此，能够实现温度特性的改善。
铌酸锂膜5的欧拉角(0°±5°，θ，0°)中的θ处于0°～8°的范围内或者57°～180°的范围内。
在本实施方式中，IDT电极6由Al构成。并且，IDT电极6能够由Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W或者以这些金属的任意一种为主体的合金等适当的金属材料形成。此外，IDT电极6也可以具有由这些金属或合金构成的多个金属膜层叠而成的结构。
如图1(a)中示意性地所示的是，在铌酸锂膜5上，形成图1(b)所示的电极结构。也就是说，形成IDT电极6与被配置在IDT电极6的声表面波传播方向两侧的反射器7、8。由此，构成单端口型声表面波谐振器。并且，并不特别限定本发明中的包含IDT电极的电极结构，可以按照构成适当的谐振器、组合了谐振器的梯形滤波器、纵向耦合滤波器、格型滤波器或者横向型滤波器等的方式来变形。
本实施方式的声表面波装置1的特征在于，如上所述，高声速膜3以及低声速膜4层叠在铌酸锂膜5与支撑基板2之间，并且铌酸锂膜5的欧拉角的θ被设定在上述特定的范围内。由此，不容易受到由瑞利波而引起的乱真的影响。下面对此进行说明。
图2～图4是表示在上述实施方式的声表面波装置1中，使欧拉角的θ变化的情况下的声速、机电耦合系数k2以及频率温度系数TCV的变化的图。这里，作为支撑基板，使用了由铝构成的支撑基板2。此外，作为高声速膜3使用了氮化铝。作为低声速膜4，使用了氧化硅膜。在将由IDT电极的电极指的周期确定的波长设为λ时，由氧化硅构成的低声速膜4的厚度为0.20λ。铌酸锂膜5的厚度为0.20λ，IDT电极由厚度为0.08λ的Al形成。
在图2中，U2-VF以及U2-VM针对U2即SH型表面波表示开放状态以及金属化状态下的声速，表示U3-VF以及U3-VM针对成为乱真的瑞利波的开放状态以及金属化状态下的声速。根据图2可知，在欧拉角的θ为0°～180°的整个范围，SH型表面波的声速与瑞利波的声速较大地分开。因此，能够将基于作为乱真的瑞利波的响应出现的频率位置远离基于SH型的响应的频率位置。由此可知不容易受到由瑞利波引起的乱真的影响。
此外，根据图3可知，若欧拉角的θ在0°～8°的范围内或者57°～180°的范围内，则SH波的机电耦合系数k2比基于瑞利波的机电耦合系数k2高。因此，在本发明中，铌酸锂膜的欧拉角的θ如上所述，被设在0°～8°的范围内或者57°～180°的范围内。由此，更进一步不容易受到基于瑞利波的乱真的影响。
优选地，欧拉角的θ被设在83°～145°的范围内。在该情况下，能够使SH型表面波的机电耦合系数k2大到20％以上。此外，优选地，欧拉角的θ被设在100°～160°的范围内。在该情况下，能够使瑞利波的机电耦合系数k2小到1％以下。因此，更优选地，若将欧拉角的θ设为100°～145°的范围内，则能够使SH型表面波的机电耦合系数k2为20％以上，并且瑞利波的机电耦合系数k2小为1％以下。
根据图4可知，即使欧拉角的θ变化，SH波的频率温度系数TCV也几乎不变。因此，在使用上述特定的范围的欧拉角的铌酸锂膜的情况下，即使欧拉角的θ在该范围内变化，温度特性难以变化。
在上述声表面波装置1中，使铌酸锂膜的厚度与氧化硅膜的厚度各种变化，来制作多个弹性波装置。对于这些弹性波装置，测定机电耦合系数。将结果在图5表示。这里，铌酸锂膜的厚度与氧化硅膜的厚度分别是根据SH型表面波的基本模式的波长λ而标准化的值。
在图5中的区域A1～A11中，机电耦合系数分别处于下述的表3所示的范围内。
[表3]
机电耦合系数k2(％)
A1 29以上、小于30
A2 28以上、小于29
A3 27以上、小于28
A4 26以上、小于27
A5 25以上、小于26
A6 24以上、小于25
A7 23以上、小于24
A8 22以上、小于23
A9 21以上、小于22
A10 20以上、小于21
A11 1以上、小于20
优选为图5的A1～A4的区域内。在该情况下，机电耦合系数k2为26％以上。因此可知，可以构成进一步宽频带的谐振器和滤波器。
所谓图5的A1～A4所示的区域，换言之，相当于在将氧化硅膜的厚度设为x，将铌酸锂膜的厚度设为y时，在图5所示的xy坐标系中，将下述的点按照该顺序来连结的区域内。
(0.023λ，0.3λ)、(0.05λ，0.20λ)、(0.10λ，0.14λ)、(0.20λ，0.125λ)、(0.44λ，0.14λ)、(0.47λ，0.20λ)、(0.435λ，0.25λ)、(0.3λ，0.36λ)、(0.15λ，0.42λ)、(0.08λ，0.42λ)、(0.05λ，0.40λ)以及(0.23λ，0.3λ)这各个点。
此外，更优选地，若为由(0.13λ，0.20λ)-(0.20λ，0.175λ)-(0.275λ，0.20λ)-(0.20λ，0.25λ)-(0.15λ，0.25λ)-(0.13λ，0.225λ)-(0.13λ，0.20λ)围起的区域，即若为区域A1内，则机电耦合系数k2为29％以上。因此，能够构成进一步宽频带的谐振器和滤波器。
(高声速膜的膜厚的影响)
接下来，制作下面的SH型声表面波装置。在由玻璃构成的支撑基板上，按顺序形成2λ厚度的氧化硅膜、作为高声速膜的氮化铝膜、0.2λ的氧化硅膜即低声速膜，在其上形成厚度0.2λ的欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂膜。进一步地，在最上部形成厚度0.08λ的由Al构成的电极。在图6(a)～(c)中表示该声表面波装置中的SH型声表面波的传播特性。也就是说，对氮化铝膜的膜厚进行各种变更，对机电耦合系数k2、TCV以及弹性波的声速相对于氮化铝膜的膜厚的依赖性进行了调查。
在氮化铝中传播的横波声速比在Al、铌酸锂以及氧化硅中传播的横波声速快。因此，SH型表面波的振动能量被限制在到氮化铝膜表面为止的部分。若增厚氮化铝膜的厚度，则SH型表面波的振动能量向支撑基板的辐射和吸音被抑制。因此，能够减少传播损失。
另一方面，若氮化铝膜的厚度较厚，则氮化铝膜形成需要较长时间。因此，制造效率降低。
图7表示上述声表面波装置中的氮化铝膜的膜厚与传播损失的关系，实线是反共振频率下的传播损失，虚线是共振频率下的传播损失。在图7中，若氮化铝膜的膜厚为0.3λ以上，则反共振频率下的传播损失小为0.01Np/λ。此外，若氮化铝膜的厚度变为0.6λ以上，则传播损失α更小为0.001Np/λ。进一步地，若厚度变为0.9λ以上，则传播损失更小为0.0001Np/λ。因此，能够提高谐振器的Q值，并且能够在滤波器中进一步提高滤波器特性的陡峭性。
另外，在图6以及图7中，表示了使用氮化铝膜的情况，但即使在使用氮化硅(SiN)作为高声速膜的情况下，也是同样的结果。另外，即使在将Al2O3即铝使用为高声速膜的情况下也表示同样的趋势。并且，使用铝的情况，比氮化铝的情况厚度更薄，传播损失变小。
图8表示在上述弹性波装置中，将氮化铝膜的厚度设为1λ时的SH型表面波的基本模式的各振动成分的振动能量位移分布，图9是表示成为乱真的SH型表面波的高次模式中的振动成分的振动能量位移分布的图。若将图8以及图9对比可知，若将氮化铝膜的厚度设为1λ以下，则SH型表面波的基本模式封闭，可以使高次模式泄漏。因此，高声速膜的厚度优选为1λ以下。
此外，根据所述的图6以及图7的结果，为了使传播损失减少，高声速膜的膜厚优选设为0.3λ以上，更优选地，设为0.6λ以上，进一步优选地，设为0.9λ以上。因此，优选的高声速膜的膜厚范围是0.3λ～1λ，更优选地，是0.6λ～1λ，进一步优选地，是0.9λ～1λ的范围内。
(Au电极的情况)
如图10所示，在由玻璃构成的支撑基板22上，形成厚度1.5λ的作为高声速膜的氮化铝膜23、厚度0.2λ的作为低声速膜的氧化硅膜24。在其上，形成厚度0.2λ的铌酸锂膜25，在铌酸锂膜25上形成由Au构成的IDT电极26。
使铌酸锂膜25欧拉角的θ变为90°、105°或者120°，使由Au构成的IDT电极的厚度在0.002λ～0.10λ的范围内变化，来分别构成声表面波装置20。在图11～图16中表示这些声表面波装置20的SH型表面波的传播特性。图11以及图12是表示使用欧拉角(0°，90°，0°)的铌酸锂的情况下的由Au构成的IDT电极的厚度与SH型声表面波的速度以及机电耦合系数的关系的图。
图13以及图14是表示使用欧拉角(0°，105°，0°)的铌酸锂的情况下的由Au构成的IDT电极的厚度与SH型声表面波的速度以及机电耦合系数的关系的图。
此外，图15以及图16是表示使用欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂的情况下的由Au构成的IDT电极的厚度与SH型声表面波的速度以及机电耦合系数的关系的图。
根据图12，在欧拉角的θ为90°的情况下，机电耦合系数k2高3～4％左右。与此相对地，若欧拉角的θ为105°，则能够使由瑞利波引起的乱真小为1.5％以下，在θ为120°的情况下，根据图16可知，能够使由瑞利波引起的乱真非常小。
此外，若由Au构成的IDT电极的厚度在0.01λ～0.03λ的范围内，则根据图14以及图16可知，可以增大机电耦合系数k2。
因此，优选由Au构成的IDT电极的厚度为0.01λ～0.03λ的范围内。
如上所述可知，即使将IDT电极从Al变更为Au，也与第1实施方式同样地，根据本发明，可以构成不容易受到乱真的影响的弹性波装置。
(单端口型声表面波谐振器)
将图17中通过示意性主视剖面图所示的单端口型声表面波谐振器31作为实施例1来制作。准备由350μm厚的30°Y切割的铌酸锂基板构成的支撑基板32。在该支撑基板32上，形成厚度0.3μm的氧化硅膜33。进一步地，按顺序层叠作为高声速膜厚度1.6μm的氮化铝膜34、厚度0.4μm的作为低声速膜的氧化硅膜35以及厚度0.4μm的30°Y切割即欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂膜36。在上述铌酸锂膜36上，形成IDT电极37。
进一步地，按照覆盖IDT电极37的方式，形成氧化硅膜38。氧化硅膜38作为用于降低频率温度系数TCF的绝对值的温度特性改善膜而起作用。
IDT电极37的结构与图1(b)所示的同样地，是构成单端口型声表面波谐振器的形状。此外，在形成IDT电极37以及反射器即电极时，在厚度10μm的Ti膜上，层叠厚度200nm的Al基合金膜。作为使用的Al基合金，使用含有1重量％的Cu的Al基合金。Ti膜为了提高相对于铌酸锂膜36的紧贴性而形成。
另外，上述单端口型声表面波谐振器31的电极设计值如下。
IDT电极的周期λ       ：2μm
反射器中的电极指周期  ：2μm
IDT电极的电极指的对数 ：94对
反射器的电极指的根数  ：各21根
金属化率              ：0.5
交叉宽度              ：20λ
IDT电极37是正规型的。进一步地，IDT电极与反射器之间按照成为周期λ的方式而配置。
图18是表示如上所述那样形成的实施例1的声表面波谐振器的阻抗频率特性的图。
此外，除了作为IDT电极以及反射器的电极，使用从上方起按顺序为Al/Ti/Pt/Ti＝180nm/20nm/30nm/10nm的层叠结构，与上述同样地，与上述实施例1的单端口型声表面波谐振器31同样地制作实施例2的声表面波谐振器。在图19中表示实施例2的声表面波谐振器的阻抗频率特性。
此外，为了比较，准备除了不是在支撑基板与铌酸锂膜之间层叠了高声速膜以及低声速膜的结构，而是在欧拉角(0°，120°，0°)的铌酸锂基板上，形成由Al/Ti＝200nm/20nm的Al基合金构成的IDT电极以及反射器，其他都与上述实施例1同样构成的声表面波谐振器。在图20中表示该声表面波谐振器的阻抗频率特性。
可知，相对于在图20所示的比较例的声表面波谐振器中，反共振频率下的阻抗为63.8dB，在上述实施例1中，提高为69.9dB。这是由于在频率高的反共振频率下，SH型表面波的传播损失小。同样地，可知，在实施例2中，反共振频率下的阻抗提高为69.9dB，因此，SH型表面波的传播损失小。
因此，根据实施例1以及实施例2与上述比较例的对比可知，通过在支撑基板与铌酸锂膜之间层叠高声速膜以及低声速膜，进一步地，将欧拉角设为上述的特定的范围内，可以有效地减小SH型表面波的传播损失。
另外，在图21中表示针对上述比较例中的声表面波谐振器，使欧拉角的θ变化的情况下的共振频率以及反共振频率下的传播损失。根据图21可知，由实线表示的反共振频率下的传播损失在欧拉角的θ的宽范围内，非常大。
如上所述，上述本实施方式具有在作为压电体的铌酸锂膜与高声速膜之间配置了低声速膜的结构。由此，声表面波的振动能量容易集中在压电体侧，能够提高机电耦合系数。此外，与通过重金属来形成IDT电极从而使能量集中在表面的结构相比，根据本实施方式的结构，也可以通过Al等轻金属来形成IDT电极。而且，由于低声速膜平坦，因此基于由于IDT电极的电极指的微小凹凸而导致的散射等的声表面波的传播损失被抑制。
(制造方法的实施方式)
第1实施方式所涉及的弹性波装置如所述那样，在支撑基板2上，具备高声速膜3、低声速膜4、铌酸锂膜5以及IDT电极6。这种弹性波装置的制造方法并不特别限定。并且，通过使用利用了接下来所述的离子注入法的制造方法，能够容易得到具有厚度薄的铌酸锂膜的声表面波装置1。参照图22以及图23来对该制造方法的实施方式进行说明。
首先，如图22(a)所示，准备铌酸锂基板5A。从铌酸锂基板5A的单面注入氢离子。被注入的离子不仅限于氢，也可以使用氦等。
虽然离子注入时的能量并不特别限定，但在本实施方式中为107KeV、剂量为8×1016原子/cm2。
若进行离子注入，则在铌酸锂基板5A内，在厚度方向上产生离子浓度分布。在图22(a)中用虚线表示离子浓度最高的部分。在由虚线表示的离子浓度最高的部分即注入离子高浓度部分5a中，若如后面所述进行加热，则由于应力，容易进行分离。这种通过注入离子高浓度部分5a来进行分离的方法在日本特表2002-534886号公报中被公开。
在该工序中，在上述注入离子高浓度部分5a分离铌酸锂基板5A，得到铌酸锂膜5。铌酸锂膜5是从注入离子高浓度部分5a到铌酸锂基板5A的开始离子注入的面之间的层。另外，也存在对铌酸锂膜5进行研磨等加工的情况。因此，从上述注入离子高浓度部分5a到铌酸锂基板5A的离子注入侧的面为止的距离可以与最终形成的铌酸锂膜的厚度相等或者也可以比该厚度大一些尺寸。
接下来，如图22(b)所示，在铌酸锂基板5A的进行离子注入的一侧的面，形成低声速膜4。另外，也可以将预先形成的低声速膜通过转印法等来贴合在铌酸锂基板5A。
接下来，如图22(c)所示，在低声速膜4的与铌酸锂基板5A相反的一侧的面形成高声速膜3。对于高声速膜3，也可以不通过成膜法，而将高声速膜通过转印法等来贴合在低声速膜4。
进一步地，如图22(d)所示，对高声速膜3的露出面，即与低声速膜4相反的一侧的面进行镜面加工。通过镜面加工，能够加强后述的支撑基板与高声速膜的接合强度。
之后，如图22(e)所示，将支撑基板2与高声速膜3接合。
作为低声速膜4，根据上述第1实施方式，使用氧化硅膜。此外，作为高声速膜3，使用氮化铝膜。
接下来，如图23(a)所示，在加热后，在铌酸锂基板5A中，对注入离子高浓度部分5a的上方的铌酸锂基板部分5b进行分离。如所述那样，若通过加热，经由上述注入离子高浓度部分5a来施加应力，则铌酸锂基板5A也变得容易分离。对于该情况下的加热温度，可以是250℃～400℃左右。
在本实施方式中，通过该加热分离，得到厚度500nm的铌酸锂膜5。这样，如图23(b)所示，得到铌酸锂膜5层叠在低声速膜4上的结构。之后，为了恢复压电性，以400℃～500℃的温度进行维持3小时左右的加热处理。也可以根据需要，在该加热处理之前，对分离后的铌酸锂膜5的上表面进行研磨。
之后，如图23(c)所示，形成包含IDT电极6的电极。电极形成方法并不特别限定，能够通过蒸镀、电镀或者溅射等适当的方法来进行。
根据本实施方式的制造方法，通过上述分离，能够容易并且以均匀的厚度来形成欧拉角倾斜的铌酸锂膜5。
符号说明：
1…声表面波装置
2…支撑基板
3…高声速膜
4…低声速膜
5…铌酸锂膜
5A…铌酸锂基板
5a…注入离子高浓度部分
5b…铌酸锂基板部分
6…IDT电极
7、8…反射器
20…声表面波装置
22…支撑基板
23…氮化铝膜
24…氧化硅膜
25…铌酸锂膜
26…IDT电极
31…单端口型声表面波谐振器
32…支撑基板
33…氧化硅膜
34…氮化铝膜
35…氧化硅膜
36…铌酸锂膜
37…IDT电极
38…氧化硅膜

Claims (14)

1.一种弹性波装置，其具有铌酸锂膜，并利用SH型表面波，具备：
支撑基板；
高声速膜，其形成在所述支撑基板上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜中传播的弹性波的声速更高速；
低声速膜，其层叠在所述高声速膜上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜中传播的体波声速更低速；
所述铌酸锂膜，其层叠在所述低声速膜上；和
IDT电极，其形成在所述铌酸锂膜的一面，
在将所述铌酸锂膜的欧拉角设为(0°±5°，θ，0°)时，θ处于0°～8°以及57°～180°的范围内。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于，
所述铌酸锂膜的欧拉角的θ处于83°～145°的范围内。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于，
所述铌酸锂膜的欧拉角的θ处于100°～160°的范围内。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述低声速膜由氧化硅构成。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其特征在于，
在将所述氧化硅的膜厚设为x，将所述铌酸锂膜的膜厚设为y，将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，xy坐标系中，(x，y)处于按顺序将(0.023λ，0.3λ)、(0.05λ，0.20λ)、(0.10λ，0.14λ)、(0.20λ，0.125λ)、(0.44λ，0.14λ)、(0.47λ，0.20λ)、(0.435λ，0.25λ)、(0.3λ，0.36λ)、(0.15λ，0.42λ)、(0.08λ，0.42λ)、(0.05λ，0.40λ)以及(0.23λ，0.3λ)的各点连结的区域内。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述高声速膜由从氮化铝、氮化硅以及氧化铝所构成的群中选择的1种或者这些材料所构成的膜的层叠膜构成。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其特征在于，
在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，所述高声速膜的膜厚处于0.3λ～1λ的范围内。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其特征在于，
所述IDT电极由Au构成，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，由Au构成的该IDT电极的厚度处于0.01λ～0.03λ的范围。
9.根据权利要求1～8的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述支撑基板的线膨胀系数比所述铌酸锂膜的线膨胀系数小。
10.根据权利要求1～9的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述低声速膜的固有声阻抗比所述铌酸锂膜的固有声阻抗小。
11.一种弹性波装置的制造方法，具备：
准备支撑基板的工序；
在所述支撑基板上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的弹性波声速更高速的高声速膜的工序；
在所述高声速膜上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的体波声速更低速的低声速膜的工序；
在所述低声速膜上，形成欧拉角(0°±5°，θ，0°)中的θ处于0°～8°或者57°～180°的范围内的铌酸锂膜的工序；和
在所述铌酸锂膜的一面形成IDT电极的工序。
12.根据权利要求11所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于，
在所述支撑基板上，形成所述高声速膜、所述低声速膜以及所述铌酸锂膜的工序具备：
(a)从厚度比所述铌酸锂膜厚的铌酸锂基板的一面进行离子注入的工序；
(b)在进行了所述离子注入的铌酸锂基板的所述一面形成低声速膜的工序；
(c)在所述低声速膜的与所述铌酸锂基板相反的一侧的面形成高声速膜的工序；
(d)在所述高声速膜的与层叠了所述低声速膜的一侧的面相反侧的面接合支撑基板的工序；和
(e)对所述铌酸锂基板进行加热，同时在所述铌酸锂基板的注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分，将所述铌酸锂膜与剩余的铌酸锂基板部分分离，使所述低声速膜侧残留所述铌酸锂膜的工序。
13.根据权利要求12所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于，
还具备：在分离了所述剩余的铌酸锂基板部分后，对层叠在所述低声速膜上的所述铌酸锂膜进行加热，使压电性恢复的工序。
14.根据权利要求11～13的任意一项所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于，
具备：在接合所述支撑基板之前，对所述高声速膜的与所述低声速膜相反的一侧的面进行镜面加工的工序。
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