CN116711213A

CN116711213A - 弹性波装置

Info

Publication number: CN116711213A
Application number: CN202280008048.XA
Authority: CN
Inventors: 大门克也; 中村健太郎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2023-09-05
Also published as: US20230353120A1; WO2022173039A1

Abstract

本发明提供一种IDT电极为外延膜的弹性波装置。弹性波装置(1)具备包含钽酸锂或铌酸锂的压电体层(6)、设置在压电体层(6)上的电介质膜(7)以及设置在电介质膜(7)上的IDT电极(8)，电介质膜(7)是从包含TiO₂、TaO₂、MnO₂、GeO₂、RuO₂、OsO₂、IrO₂、SnO₂以及PbO₂的组之中选择的一种电介质。

Description

弹性波装置

技术领域

本发明涉及弹性波谐振器、弹性波滤波器等弹性波装置。

背景技术

以往，已知有在压电体层与IDT电极之间设置有氧化硅膜的弹性波装置。例如，在下述的专利文献1中，在高声速构件上直接或间接地层叠有压电体层。在压电体层上层叠有氧化硅膜，在氧化硅膜上设置有IDT电极。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6766896号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1记载的弹性波装置中，通过使用氧化硅膜，从而谋求了温度特性的改善。然而，关于设置在氧化硅膜上的IDT电极，纵使成膜了金属膜，也未成为外延膜。

本发明的目的在于，提供一种IDT电极为外延膜的弹性波装置。

用于解决问题的技术方案

本发明涉及的弹性波装置的特征在于，具备包含钽酸锂或铌酸锂的压电体层、设置在所述压电体层上的电介质以及设置在所述电介质上的IDT电极，所述电介质是从包含TiO₂、TaO₂、MnO₂、GeO₂、RuO₂、OsO₂、IrO₂、SnO₂以及PbO₂的组之中选择的一种电介质。

发明效果

根据本发明，由于在压电体层与IDT电极之间设置有上述特定的电介质，因此能够形成具有作为外延膜的电极部分的IDT电极。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。

图2是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的电极构造的示意性俯视图。

图3是示出不具有电介质膜的比较例的弹性波装置中的IDT电极的结晶性的图。

图4是示出具有电介质膜的实施例的弹性波装置中的IDT电极的结晶性的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。

另外，预先指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。

图1是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图，图2是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的电极构造的示意性俯视图。

在弹性波装置1中，在支承基板2与压电体层6之间层叠有中间层5。在本实施方式中，支承基板2包含硅。不过，支承基板2能够包含硅、碳化硅等半导体、氮化硅、氧化铝等适当的电介质、氮化铝、石英等压电体。

中间层5包含高声速膜3和低声速膜4的层叠体。高声速膜3包含传播的体波(bulkwave)的声速比在压电体层6传播的弹性波的声速高的高声速材料。作为这样的高声速材料，能够使用氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石、氧化镁、DLC(类金刚石碳)膜或金刚石、以上述材料为主成分的介质、以上述材料的混合物为主成分的介质等各种各样的材料。

在本实施方式中，高声速膜3包含氮化硅膜。

低声速膜4包含传播的体波的声速比在压电体层6传播的体波的声速低的低声速材料。在本实施方式中，低声速膜4包含氧化硅。

作为上述低声速材料，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽，此外，还能够使用氧化硅中添加了氟、碳、硼、氢、或者硅烷醇基的化合物、以上述材料为主成分的介质等各种各样的材料。

另外，在支承基板2包含高声速材料的情况下，也可以除去高声速膜3。

压电体层6包含钽酸锂或铌酸锂。在本实施方式中，压电体层6包含50°Y切割X传播的LiTaO₃。

此外，压电体层6中的晶体方位并不限定于此。

在压电体层6上设置有电介质膜7。电介质膜7包含从包含TiO₂、TaO₂、MnO₂、GeO₂、RuO₂、OsO₂、IrO₂、SnO₂以及PbO₂的组之中选择的一种电介质。在本实施方式中，电介质膜7包含TiO₂。

在电介质膜7上设置有IDT电极8。

在图1中，仅图示了设置有IDT电极8的一部分的部分，但是如图2所示，弹性波装置1的电极构造具有IDT电极8和设置在IDT电极8的弹性波传播方向两侧的反射器9、10。由此，构成了单端口型的弹性波谐振器。

在弹性波装置1中，电介质膜7包含上述特定的电介质材料。因此，在对设置于电介质膜7上的IDT电极8进行成膜的情况下，构成IDT电极8的金属膜成为外延膜。

列举以下的实施例以及比较例来示出IDT电极在实施例中进行了外延生长。

作为实施例，对于支承基板2，使用了面方位为(100)的第3欧拉角为45°的Si。作为高声速膜3，使用了膜厚为900nm的SiN膜。

作为低声速膜4，使用了膜厚为600nm的SiO₂膜。作为压电体层6，使用了50°Y切割X传播的LiTaO₃，厚度设为600nm。

将电介质膜7的材料设为TiO₂，膜厚设为10nm。该TiO₂膜使用ALD装置进行了成膜。

IDT电极8设为Ti膜/Al膜/Ti膜的层叠体，膜厚设为Ti膜/Al膜/Ti膜＝12nm/140nm/4nm。另外，12nm的Ti膜是位于电介质膜7侧的Ti膜。

由IDT电极8的电极指间距决定的波长设为2μm，占空比设为0.5。

为了进行比较，除了未设置TiO₂膜以外，与实施例同样地制作了比较例的弹性波装置。

图3是示出比较例的弹性波装置中的IDT电极的结晶性的图，图4是示出上述实施例的弹性波装置中的IDT电极的结晶性的图。

在图3中，IDT电极未进行外延生长，相对于此，在图4中，如箭头A以及箭头B所示的部分可明确的那样，观察到Al的晶体取向，可知进行了外延生长。

另外，以往，已知有如下的方法，即，预先用酸对LiTaO₃膜的上表面进行清洗，然后在高温下对IDT电极进行成膜。由此，IDT电极成为外延膜。然而，在该情况下，需要进行繁杂的利用酸的清洗。

相对于此，在上述实施例中，即使不实施这样的酸清洗，也能够形成晶体取向性优异的IDT电极。

另外，也可以是，在本发明中，也用酸对压电体层6的上表面进行清洗。在该情况下，能够更进一步提高TiO₂膜的外延性，能够更进一步改善IDT电极8的外延性。

如上述那样，通过作为电介质膜7将TiO₂膜设置在压电体层6与IDT电极8之间从而IDT电极8成为外延膜的理由，认为是以下的理由。

在下述的表1中，示出LiTaO₃以及LiNbO₃的晶体构造、晶格常数、Z面的氧原子间距离、以及与Ti(001)的晶格失配率。

[表1]

在弹性波装置1中，电介质膜7包含TiO₂，压电体层6包含LiTaO₃。LiTaO₃的Z面的氧原子间距离为相对于此，TiO₂的氧原子间距离为/>晶格失配率由{(d_L-d_U)/d_L}×100来表示。在此，d_L是LiTaO₃的Z面的氧原子间距离，d_U是TiO₂中的晶格常数。

另外，Ti(001)的晶格常数为Al(111)的晶格常数为/>

弹性波装置1的层叠构造是Ti/Al/Ti(层叠电极层)/TiO₂/LiTaO₃。因此，从IDT电极8的Al层到LiTaO₃的界面处的晶格失配率成为Al-Ti(2.95％)//Ti-TiO₂(0.22％)//TiO₂-LiTaO₃(0.62％)。

相对于此，在未设置TiO₂膜的比较例中，成为Ti/Al/Ti(层叠电极层)/LiTaO₃的层叠构造，在该情况下，晶格失配率成为Al-Ti(2.95％)//Ti-LiTaO₃(0.84％)。

即，在比较例中，作为压电体层的LiTaO₃与构成IDT电极的Ti膜之间的晶格失配率大至0.84％。相对于此，在弹性波装置1中，作为压电体层6的LiTaO₃与作为电介质膜7的TiO₂膜之间的晶格失配率变小至0.62％。因此，TiO₂膜成为外延膜。因而，在电介质膜7上成膜了IDT电极8即Ti膜以及Al膜的情况下，Ti膜以及Al膜被成膜为外延膜。

在专利文献1记载的弹性波装置中，作为电介质膜而使用了氧化硅膜。在氧化硅膜上对IDT电极进行了高温成膜的情况下，IDT电极不进行外延生长。认为这是由于，氧化硅与LiTaO₃之间的晶格失配率为100％以上，非常大。

如上述那样，如果LiTaO₃与电介质膜7之间的晶格失配率小，则电介质膜7进行外延生长，进而IDT电极8进行外延生长。作为上述电介质，能够使用TiO₂、TaO₂、MnO₂、GeO₂、RuO₂、OsO₂、IrO₂、SnO₂、或PbO₂等。这些材料和LiTaO₃的Z面之间的晶格失配率的例子成为如下述的表2所示那样。

[表2]

在本发明中，压电体层6也可以包含LiNbO₃。如前述的表1所示，在LiNbO₃的情况下，Z面的氧原子间距离为因此，与Ti(001)的晶格失配率大至0.71％，但是TiO₂与LiNbO₃之间的晶格失配率为{(2.972-2.9575)/2.972}×100＝0.49％，变得小于0.71％。因此，即使在作为压电体层6而使用了铌酸锂的情况下，也与上述实施方式同样地，电介质膜7进行外延生长，IDT电极8也成为外延膜。

另外，作为上述电介质，优选使用从包含上述TiO₂、TaO₂、MnO₂以及GeO₂的组之中选择的一种，进一步优选使用TiO₂。

另外，在上述实施方式中，IDT电极8的与电介质膜7相接的电极部分为Ti，但也可以为Pt。优选使用Ti或Pt。另外，比与电介质膜7相接的电极部分靠上方的电极部分除了Al、AlCu以外还能够包含W等各种各样的金属或合金。

此外，关于IDT电极8，虽然与电介质膜7相接的电极部分成为外延膜，但是层叠在其上的Al膜、AlCu膜也有可能在基底的外延性的影响下被成膜为外延膜。

另外，在弹性波装置1中，在支承基板2与压电体层6之间层叠了中间层5。关于该中间层5，也可以是包含低声阻抗层和高声阻抗层的层叠体的声反射层。

此外，在本发明中的弹性波装置1中，压电体层6也可以是包含钽酸锂或铌酸锂的压电基板。即，也可以不设置中间层5、支承基板2。

附图标记说明

1：弹性波装置；

2：支承基板；

3：高声速膜；

4：低声速膜；

5：中间层；

6：压电体层；

7：电介质膜

8：IDT电极；

9、1a：反射器。

Claims

1.一种弹性波装置，具备：

压电体层，包含钽酸锂或铌酸锂；

电介质，设置在所述压电体层上；以及

IDT电极，设置在所述电介质上，

所述电介质是从包含TiO₂、TaO₂、MnO₂、GeO₂、RuO₂、OsO₂、IrO₂、SnO₂以及PbO₂的组之中选择的一种电介质。

2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，

所述电介质是从包含TiO₂、TaO₂、MnO₂以及GeO₂的组之中选择的一种电介质。

3.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，

所述电介质为TiO₂。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述IDT电极的与所述电介质相接的电极部分包含Ti或Pt。

5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，

与所述电介质相接的所述IDT电极的电极部分为外延膜。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述IDT电极为外延膜。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的弹性波装置，其中，

还具备：中间层，设置在与所述电介质相反侧；以及支承基板，设置在所述中间层的与所述压电体层相反侧，

所述中间层具有：低声速膜，包含传播的体波的声速比在所述压电体层传播的体波的声速低的低声速材料。

8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，

所述中间层还具有：高声速膜，配置在所述低声速膜与所述支承基板之间，包含传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高的高声速材料。

9.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，

所述支承基板包含传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高的高声速材料。

10.根据权利要求1～6中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述压电体层是包含所述钽酸锂或铌酸锂的压电基板。