CN1481074A

CN1481074A - 梯型saw滤波器及其制造方法

Info

Publication number: CN1481074A
Application number: CNA031526705A
Authority: CN
Inventors: y义臣; 辻义臣; 真; 佐佐木真; 幸; 高桥秀幸
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2004-03-10
Also published as: JP2004080408A

Abstract

本发明涉及一种梯型SAW滤波器及梯型SAW滤波器的制造方法，该梯型SAW滤波器(1)，其特征在于：在基板(2)上聚集多个俯视呈各向同性形状的晶粒形成有压电层(3)，并在该压电层(3)上形成有分别具有一排列方向的梳形电极(4)，且上述梳形电极中的至少1个(4a)的排列方向与其他的梳形电极(4b、4c)的排列方向不同。这种梯型SAW滤波器，不会因IDT的配置方向不同而在表面弹性波的传播速度上产生差异、且可减少宽频带特性的劣化。

Description

梯型SAW滤波器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种梯型SAW滤波器及其制造方法，尤其涉及一种适合用在移动通信机器等上的梯型SAW滤波器。

背景技术

通常，弹性波表面元件由压电层、及以机电耦合为目的并被称为IDT的梳形电极构成。在压电层上设置一对梳形电极构成谐振器，通过排列多个该谐振器而可构成SAW滤波器(表面弹性波滤波器)。此时，将构成谐振器的1个IDT以与其他的IDT相垂直的方式进行排列，来构成梯型SAW滤波器。这种梯型SAW滤波器，由于具有高的机电耦合系数，表面弹性波的传播速度快，故适合作为宽频带的滤波器进行使用。

以前，提出有一种在R面蓝宝石基板上形成ZnO薄膜作为压电层、并在该压电层上排列多个IDT来构成的梯型SAW滤波器。

但是，在上述结构的梯型SAW滤波器中，若仅在R面蓝宝石基板上形成ZnO薄膜，则构成ZnO薄膜的晶粒的形状为各向异性的形状，而预计受该晶粒的各向异性的影响，其从振荡侧IDT产生的表面弹性波的传播速度因传播方向不同而各异。因此，因IDT的配置方向不同而表面弹性波的传播速度差异大，产生滤波特性、尤其作为宽频带的特性降低的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种表面弹性波无论对于哪个方向均可各向同性的进行传播、并不会因IDT的配置方向不同而在表面弹性波的传播速度上产生差异、且宽频带特性优越的梯型SAW滤波器。

为了实现上述目的，本发明采用以下结构。

本发明的梯 SAW滤波器，其特征在于：在基板上聚集多个俯视呈各向同性形状的晶粒形成有压电层，在该压电层上形成有分别具有一排列方向的梳形电极，上述梳形电极中的至少1个的排列方向与其他的梳形电极的排列方向不同。

尤其，最好是上述梳形电极的中的至少1个的排列方向与其他的梳形电极的排列方向相垂直。

根据所述的梯型SAW滤波器，因为聚集多个俯视呈各向同性的形状的晶粒来形成作为弹性波传播层的压电层，所以表面弹性波的传播速度无论对于压电层表面的哪个方向均大致为相同速度，又因为表面弹性波在压电层上均各向同性的进行传播，所以不会因梳形电极的配置方向不同而在表面弹性波的传播速度上产生差，能够提高宽频带特性。

另外，因为梳形电极中的至少1个排列方向与其他的梳形电极的排列方向不同，所以能够在宽频带减少传播损耗。

另外，本发明的梯型SAW滤波器是一种前面所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述基板为A面蓝宝石基板。

在所述的梯型SAW滤波器中，A面蓝宝石基板是露出以蓝宝石单晶的(1120)的面方位表示的面(A面)的蓝宝石基板，并通过在该A面上形成压电层，而可减小基板与压电层的晶粒的晶格不匹配，能够形成具有很好的结晶面的压电层。

另外，本发明的梯型SAW滤波器是一种前面所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述压电层是通过施加RF偏压的溅射法而成膜的层。

根据所述的梯型SAW滤波器，被成膜的压电层的晶粒为俯视呈各向同性的形状的晶粒，可使表面弹性波沿各向同性进行传播，并提高宽频带特性。

另外，本发明的梯型SAW滤波器是一种前面所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：在将上述晶粒的长方向的粒径取作c、将短方向的粒径取作a时，上述晶粒为1.0≤c/a≤2.0的范围。

根据所述的梯型SAW滤波器，因为形成压电层的晶粒的形状处在上述范围内，所以可使表面弹性波沿各向同性进行传播，并提高宽频带特性。

另外，在本发明的梯型SAW滤波器中，最好上述压电层为ZnO，而也可由钛钙矿型金属氧化物或钛铁矿型金属氧化物构成。

其次，本发明的梯型SAW滤波器的制造方法，是一种在A面蓝宝石基板上依次形成压电层与多个梳形电极来形成的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：在上述基板上由溅射法形成上述压电层，并在该压电层上以至少其中1个与其他的排列方向不同的方式形成多个上述梳形电极。

根据所述的梯型SAW滤波器的制造方法，通过由溅射法形成压电层，而可使构成压电层的晶粒为俯视呈各向同性的形状，据此，可使表面弹性波无论对于压电层的哪个方向均成为大致相同速度，能够制造出宽频带特性优越的梯型SAW滤波器。

另外，本发明的梯型SAW滤波器的制造方法，是一种在基板上依次形成压电层与多个梳形电极来形成的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：一边对上述基板施加RF偏压、一边在上述基板上由溅射法形成上述压电层，并在该压电层上以至少其中1个与其他的排列方向不同的方式形成多个上述梳形电极。

根据所述的梯型SAW滤波器的制造方法，通过由一边施加RF偏压一边进行溅射形成压电层，而可使构成压电层的晶粒为俯视呈各向同性的形状，据此，可使表面弹性波无论对于压电层的哪个方向均成为大致相同速度，能够制造出宽频带特性优越的梯型SAW滤波器。

另外，本发明的梯型SAW滤波器的制造方法，是一种前面所述的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：上述RF偏压为超过0W/cm²、且5.0W/cm²以下的范围。

根据所述的梯型SAW滤波器的制造方法，通过在上述范围内施加RF偏压，而可使构成压电层的晶粒为俯视呈各向同性的形状。

另外，本发明的梯型SAW滤波器的制造方法，是一种前面所述的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：上述基板为R面蓝宝石基板。

根据所述的梯型SAW滤波器的制造方法，通过对于R面蓝宝石基板一边施加RF偏压一边进行溅射，而可使构成压电层的晶粒为俯视呈各向同性的形状。

附图说明

图1是表示本发明实施例的梯型SAW滤波器的俯视图。

图2是与图1的A-A线相对应的剖视图。

图3是表示实施例1的构成压电层的晶粒的电子显微镜照片。

图4是表示在将构成图3所示的压电层的结晶粒的c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播速度与传播方向的关系的图表。

图5是表示实施例2的构成压电层的晶粒的电子显微镜照片，其中，A是无RF偏压的情况的电子显微镜照片、B是RF偏压为10W的情况的电子显微镜照片、C是RF偏压为100W的情况的电子显微镜照片。

图6是表示在将构成图5A及C所示的压电层的结晶粒的c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播速度与传播方向的关系的图表。

图中：1-梯型SAW滤波器，2-基板，3-压电层，4(4a、4b、4c)-IDT电极(梳形电极)。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

图1示出本发明实施例的梯型SAW滤波器的俯视图。图2示出与图1的A-A线相对应的剖面模式图。

如图1及图2所示，该梯型SAW滤波器1包括，基板2、层积在基板2上的压电层3、形成在压电层3上的3个(多个)IDT电极(梳形电极)4(4a、4b、4c)及以夹各IDT电极4…的方式配置的反射器5…。

另外，如图1所示，该梯型SAW滤波器1，串联连接着IDT电极4b、4c，并在IDT电极4b、4c之间并联连接另一IDT电极4a，且将一端子11、11作为输入侧、另一端子12、12作为输出侧。

对于IDT电极4及反射器5的配置，以并联连接的IDT电极4a为例进行说明，如图1所示，在由各电极指被相咬合配置的一对梳形电极6a、7a构成的IDT电极4a两侧分别配置有条纹状的反射器5、5。反射器5、5因为多次反射由IDT电极4a激发的表面弹性波来产生驻波，所以以夹着IDT电极4a的方式进行配置。

对于另一IDT电极4b、4c与反射器5…也是与上述IDT电极4a的情况大致相同的结构。

另外，如图1所示，按3个IDT电极4a、4b、4c中的、1个IDT电极4a的排列方向按与另2个IDT电极4b、4c的排列方向不相同的方向进行排列。进一步具体地讲，IDT电极4a的排列方向相对于另2个IDT电极的排列方向垂直呈90°。

在此，所谓IDT电极的排列方向，例如以IDT电极4a为例，可定义为一对梳形电极6a、7a的各电极指的宽度方向。

另外，如图2所示，在压电层3上覆盖各IDT电极4…及反射器5…层积着硅氧化膜8。在上述结构中，硅氧化膜8是用以使滤波器的温度特性稳定化的。

在基板2上，可使用A面蓝宝石基板或R面蓝宝石基板。A面蓝宝石基板是露出以六棱柱状的蓝宝石单晶的(1120)的面方位表示的面(A面)的蓝宝石基板，该面方位为6次对称，并在1个6棱柱形成的单晶上有6处。通过在该A面上由溅射法形成压电层3，而可减小基板2与压电层3的晶粒的晶格不匹配，如后述可形成具有很好的结晶面的压电层3。

另外，R面蓝宝石基板，是露出以蓝宝石单晶的(0112)的面方位表示的面(R面)的蓝宝石基板，通过在该R面上通过一边施加RF偏压一边溅射的方法形成压电层3，而可减小基板2与压电层3的晶粒的晶格不匹配，如后述可形成具有很好的结晶面的压电层3。

压电层3可使用ZnO、钛钙矿型金属氧化物或钛铁矿型金属氧化物，其中尤其优选使用ZnO。压电层3，是在A面或R面蓝宝石基板上由溅射法等外延生长而形成的，聚集多个俯视呈各向同性的形状的晶粒而构成。

此外，作为钛钙矿型金属氧化物可列出PbTiO₃、BaTiO₃，而作为钛铁矿型金属氧化物可列出LiNbO₃、LiTiO₃、KNbO₃等。

另外，构成压电层3的俯视呈各向同性的形状的晶粒，在将其长方向的粒径取作c、短方向的粒径取作a时，a与c的关系为1.0≤c/a≤2.0。若在这样的压电层3上传播表面弹性波，则无论在压电层3的哪个方向进行传播其传播速度均大致相同。由此，表面弹性波的传播损耗变少，可构成宽频带的滤波特性优越的梯型SAW滤波器。在c/a不足1或c/a超过2时，因为晶粒的形状各向异性、即晶粒的俯视形状成为细长的形状而不适合。另外压电层3的厚度最好为0.2～2μm的范围。

分别构成IDT电极4a、4b、4c的梳形电极6a、6b、6c，由用于构成梳形而以规定间隔排列的多个短册状的电极指6d、和用于一体连接它们而与多个电极指6d…呈直角方向配置的带状的端子部6e构成，梳形电极7a、7b、7c也相同由多个电极指7d和用于一体连接这些电极指7d的端子部7e构成。

而且，这些梳形电极6a…、7a…一边以规定间隔间隔开各电极指6d…、7d…一边以咬合的状态不互相接触地相对配置而成为IDT电极4…。这些梳形电极6a…、7a…由Pt、Au、Ag、Pd、Ni、Al、Cu、Al-Cu合金等的良导电性的金属薄膜构成。

另外，反射器5…，包括配置成晶格状的多个反射单元。这些反射器5…由Pt、Au、Ag、Pd、Ni、Al、Cu、Al-Cu合金等的良导电性的金属薄膜、或电介质薄膜构成。另外，也可省略这些薄膜而在与压电层3的条纹部的形成位置相当的部分形成多个细长的槽部、并将这些槽部作为反射器使用。

其次，对本发明的梯型SAW滤波器1的制造方法进行说明。

首先，对使用A面蓝宝石基板作为基板2的情况进行说明。

首先，予先准备使A面露出的基板2，将该基板2例如设置在内置有靶体(target)的容器(chamber)内，在将容器内暂时保持为10^-6～10^-8Pa的真空环境后，导入氩气体使压力成为0.01～8Pa。

而且，以将基板2保持在150～400℃的状态，通过高频溅射法产生基于高频的等离子体。由该等离子溅射靶体表面击出溅射粒子，并使之层积在基板2的表面。施加在靶体与基板上的高频，最好在靶体侧设为频率13.65MHz、0.5～8W/cm²，在基板侧设为频率40.68MHz、0～5W/cm²。

另外，对于基板2的溅射粒子的入射角度，最好为相对基板面30°～90°范围。

通过进行所述溅射法，而在基板2上压电层3一边外延生长一边成膜。

在A面蓝宝石基板上通过高频溅射法形成的压电层3由俯视呈各向同性的形状的多个晶粒构成。

进一步，除上述高频溅射法外，也可进行离子束溅射法。

另外，在对于A面蓝宝石基板进行溅射时，也可对于基板2一边施加RF偏压一边进行溅射。通过施加RF偏压可使压电层的表面状态良好。

另外，在使用R面蓝宝石基板作为基板2时，首先予先准备使R面露出的基板2，将该基板2例如设置在内置有靶体(target)的容器(chamber)内，在将容器内暂时保持为10^-6～10^-8Pa的真空环境后，导入氩气体使压力成为0.01～1Pa。

而且，以将基板2保持在150～350℃的状态，通过高频溅射法产生基于高频的等离子体。由该等离子喷溅靶体表面击出溅射粒子，并使之层积在基板2的表面。施加在靶体与基板上的高频，最好在靶体侧设为频率13.65MHz、0.5～8W/cm²，在基板侧设为频率40.68MHz、0～5W/cm²。

此外，这时在基板2上最好事先施加超过0W/cm²、且5W/cm²以下的范围的RF偏压。其理由，若对于R面蓝宝石基板不施加RF偏压而通过溅射法形成压电层，则与A面蓝宝石基板的情况不相同，形成由具有各向异性的形状的晶粒构成的压电层，但若一边将RF偏压施加在基板2上一边进行高频溅射，则压电层3一边外延生长一边在基板2上成膜，这样形成的压电层3由俯视呈各向同性的形状的多个晶粒构成。根据以上理由，最好RF偏压超过0W/cm²进行施加。

另外，最好RF偏压为5W/cm²以下。若RF偏压超过5.0W/cm²，则因为由过剩的离子冲击妨碍外延生长而不适合。

另外，在A面蓝宝石基板的情况，若将FE偏压设为5W/cm²以下，则通过在基板侧施加RF偏压，而具有自靶体放出的氧负离子远离基板的效果。此外，可知该氧负离子会妨碍外延生长。

通过进行所述溅射法，而在基板2上一边外延生长压电层3一边成膜。

在R面蓝宝石基板上通过一边施加RF偏压一边高频溅射的方法形成的压电层3由俯视呈各向同性的形状的多个晶粒构成。

进一步，除上述高频溅射法外，也可进行离子束溅射法。

另外，在溅射中所使用的靶体，最好使用与要形成的压电层的材质相对应的材质，例如，可列举出ZnO、钛钙矿型金属氧化物(PbTiO₃、BaTiO₃)以及钛铁矿型金属氧化物(LiNbO₃、LiTiO₃、KNbO₃等)。

在形成压电层3后，通过光刻加工，形成IDT电极4…及反射器5。在形成IDT电极4…时，以至少其中一个排列方向与其他的排列方向不同的方式形成。这样，将多个IDT电极中至少1个排列方向排列为与其他的排列方向不相同，而能够构成梯型SAW滤波器。

此外，在决定各IDT电极4…的排列方向时，不必特别地考虑与压电层3的晶粒的特定的结晶方向轴相一致，可相对压电层3的结晶方位轴排列成任意的方向。这是因为：由于构成压电层的晶粒的俯视形状为各向同性，故在压电层3表面进行传播的表面弹性波的传播速度对于压电层3上的各方向均相同，无论怎样决定各IDT电极4a、4b、4c的排列方向，均不会产生基于表面弹性波的传播速度差的滤波特性的降低。

其次，在形成IDT电极4…及反射器5后，以覆盖各IDT电极4…及反射器5的方式在压电层3上层积保护膜8。

这样，可制造出如图1及图2所示的梯型SAW滤波器1。

根据所述的梯型SAW滤波器的制造方法，通过由溅射法形成压电层，而可使构成压电层的晶粒成为俯视呈各向同性的形状，据此，无论相对压电层的方向如何，均可使表面弹性波的传播速度成为大致相同的速度，能够制造出宽频带特性优越的梯型SAW滤波器。

(实施例1)“实验例1：A面蓝宝石基板的情况”

首先，予先准备使A面露出的直径100mm的圆板形状的基板，并将该基板设置在溅射装置的容器(chamber)内，在将容器内暂时保持为10^-6～10^-8Pa的真空环境后，导入氩气体使压力成为4～6Pa。

其次，以将基板保持在350℃的状态，通过高频溅射法从直径300mm的ZnO靶体击出溅射粒子，并使之层积在基板上。在靶体上施加频率13.65MHz、1.0kW的高频。另外，相对基板的溅射粒子的入射角度设为相对基板面呈90°。此时，最好在基板侧也施加10W程度的RF偏压。

这样，形成厚度0.8μm的由ZnO构成的压电层。图3中表示得到的压电层的电子显微镜照片。

从图3的电子显微镜照片可知，构成压电层的晶粒均表示为各向同性的形状，并不是为极其细长或针状的各向异性的形状。若测量图3所示的晶粒的c/a的值，则均在1.0≤c/a≤2.0范围内，可知从数值上也为俯视呈各向同性的形状。

其次，在图3所示的压电层上，通过设置IDT电极及夹着IDT电极的一对反射器而形成谐振器，在IDT电极上通电产生表面弹性波，并测定在压电层上进行传播的表面弹性波的传播速度。

图4是示出了在将构成压电层的结晶粒的c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播速度与传播方向的关系。此外，在图4中，记载在图表的周围处的0°～±180°的数值表示将c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播方向，另外，示出了越从图表的中心呈放射状远离传播速度越提高的情况。例如，在图4所示的图中，示出0°方向的表面弹性波的传播速度约为4800(任意单位)、45°方向的表面弹性波的传播速度约为4850(任意单位)。

如图4所示，可知表面弹性波的传播速度在任何方向均处在4700～1800(任意单位)的范围内，无论对于哪个方向均是一定的。“实验例2：R面蓝宝石基板的情况”

予先准备使R面露出的直径100mm的圆板形状的基板，并将该基板设置在溅射装置的容器内，在将容器内暂时保持为10^-6～10^-8Pa的真空环境后，导入氩气体使压力成为0.2～0.3Pa。

其次，以将基板保持在300℃的状态，一边施加频率40.68Hz的RF偏压给基板一边通过高频溅射法从直径300mm的ZnO靶体上击出溅射粒子，并使之层积在基板上。施加在靶体与基板上的高频，对靶体取作频率13.65Hz、RF电力1.2kW，而将基板侧的RF电取作100W。另外，对于基板的溅射粒子的入射角度设为相对于基板面呈90°。

这样，形成厚度0.7μm的由ZnO构成的压电层。在图5中表示得到的压电层的电子显微镜照片。图5A是向基板的无RF偏压的情况的电子显微镜照片、B是向基板的RF偏压为10W的情况的电子显微镜照片、C是向基板的RF偏压为100W的情况。

从图5的可知，在RF偏压为0W/cm²时形成细长的晶粒。各晶粒相对于长方向的垂直方向、即晶粒的短方向成为ZnO的c轴方向。若测量各晶粒的c/a的值，可知c/a均超过2.0。这样，可知：若在R面蓝宝石上不施加RF偏压地形成ZnO压电层，则形成俯视形状为各向异性的晶粒。

与此相对，如图5B及图5C所示，可知随着使RF偏压提高，而构成压电层的晶粒成为各向同性的形状，并不成为极其细长或针状的各向异性的形状。尤其，若测量图5C所示的晶粒的c/a的值，则均在1.0≤c/a≤2.0范围内，可知从数值上也为俯视呈各向同性的形状。这样，可知：若一边在R面蓝宝石上施加RF偏压一边形成ZnO压电层，则形成俯视形状为各向同性的晶粒。

其次，在图5A及图5C所示的压电层上，通过设置IDT电极及夹着IDT电极的一对反射器而形成谐振器，在IDT电极上通电产生表面弹性波，并测定在压电层上进行传播的表面弹性波的传播速度。

图6示出了在将构成图5A及C所示的压电层的结晶粒的c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播速度与传播方向的关系。此外，在图6中，记载在图表的周围处的0°～±180°的数值表示将c轴方向取作0°的情况下的表面弹性波的传播方向，另外，示出了越从图表的中心呈放射状远离传播速度越提高的情形。

如图6所示，可知：在无偏压的情况，示出对于与c轴平行的方向(0°与±180°的方向)的表面弹性波的传播速度极大，且传播速度因方向不同而进行变化。

另一方面，可知：在有偏压的情况，表面弹性波的传播速度在任意方向均为4500(任意单位)，无论对于哪个方向均一定。

这样，可知：表面弹性波的传播速度，很大程度依赖于压电层的晶粒的俯视形状，结晶中的形状越为各向同性，传播速度越对于各方向变得均一。

(发明的效果)

如以上详述，根据本发明的梯型SAW滤波器，因为作为弹性波传播层的压电层以聚集多个俯视呈各向同性的形状的晶粒的方式形成，所以表面弹性波的传播速度对于压电层表面的任一方向均大致为相同速度，又因为表面弹性波在压电层上各向同性的进行传播，所以因梳形电极的配置方向不同而不会在表面弹性波的传播速度上产生差异，能够提高宽频带特性。

另外，因为梳形电极中的至少1个的排列方向与其他的梳形电极的排列方向不相同，所以能够在宽频带上减少传播损耗。

Claims

1.一种梯型SAW滤波器，其特征在于：

在基板上聚集多个俯视呈各向同性形状的晶粒形成有压电层，并在该压电层上形成分别具有一排列方向的梳形电极，且上述梳形电极中的至少1个的排列方向与其他的梳形电极的排列方向不同。

2.如权利要求1所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述基板为A面蓝宝石基板。

3.如权利要求1所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述压电层是通过施加RF偏压的溅射法而被成膜的层。

4.如权利要求2所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：在将上述晶粒的长方向的粒径取作c、将短方向的粒径取作a时，上述晶粒为1.0≤c/a≤2.0的范围。

5.如权利要求4所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述压电层为ZnO。

6.如权利要求4所述的梯型SAW滤波器，其特征在于：上述压电层由钛钙矿型金属氧化物或钛铁矿型金属氧化物构成。

7.一种梯型SAW滤波器的制造方法，是在A面蓝宝石基板上依次形成压电层与多个梳形电极来形成的，其特征在于：

在上述基板上由溅射法形成上述压电层，并在该压电层上以至少其中1个与其他的排列方向不相同的方式形成多个上述梳形电极。

8.一种梯型SAW滤波器的制造方法，是在基板上依次形成压电层与多个梳形电极来形成的，其特征在于：

一边对上述基板施加RF偏压、一边在上述基板上由溅射法形成上述压电层，并在该压电层上以至少其中1个与其他的排列方向不相同的方式形成多个上述梳形电极。

9.如权利要求8所述的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：上述RF偏压为超过0W/cm²、且5.0W/cm²以下的范围。

10.如权利要求8所述的梯型SAW滤波器的制造方法，其特征在于：上述基板为R面蓝宝石基板。