DE112004001841T5

DE112004001841T5 - Oberflächenwellenbauelement

Info

Publication number: DE112004001841T5
Application number: DE112004001841T
Authority: DE
Inventors: Michio Kadota; Takeshi Nakao; Takuo Hada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2024-08-07
Also published as: JP3885824B2; WO2005034347A1; US20070096592A1; US7339304B2; DE112004001841B4; JPWO2005034347A1

Abstract

Ein Oberflächenwellenbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, dessen Quadrat (k²) 0,025 oder mehr ist;
zumindest eine Elektrode, die aus einem Metall hergestellt ist, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall enthält, oder die aus laminierten Filmen gebildet ist, die aus einem Metall hergestellt sind, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall und ein anderes Metall enthält, wobei die Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat liegt;
eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der der Elektrode ist; und
eine zweite Isolierschicht, die die Elektrode und die erste Isolierschicht abdeckt,
wobei die Dichte der Elektrode mehr als 1,5 mal höher ist...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oberflächenwellenbauelemente (SAW-Bauelemente; SAW = surface acoustic wave), die für Resonatoren oder Bandpassfiltern verwendet werden, und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein SAW-Bauelement mit einer Struktur, bei der eine Isolierschicht eine Interdigitalwandlerelektrode (IDT-Elektrode; IDT = interdigital transducer) abdeckt.
Hintergrund der Technik
Bei Duplexern (DPX) oder Hochfrequenzfiltern (HF-Filtern), die bei einem Mobilkommunikationssystem verwendet werden, sind eine Breitbandcharakteristik und eine vorteilhafte Temperaturcharakteristik erforderlich, die gleichzeitig erfüllt werden müssen. SAW-Bauelemente, die herkömmlich für DPXs oder HF-Filter verwendet wurden, verwenden ein piezoelektrisches Substrat, das aus 36°- bis 50°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiTaO₃ hergestellt ist. Dieses piezoelektrische Substrat weist einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz von ungefähr –40 bis –30 ppm/°C auf. Als ein Verfahren zum Verbessern der Temperaturcharakteristik war ein Verfahren zum Bilden eines SiO₂-Films mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz zum Abdecken einer IDT-Elektrode auf einem piezoelektrischen Substrat bekannt. 30 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen dieses Typs eines SAW-Bauelements.
Wie in 30(a) gezeigt ist, ist eine Resiststruktur 52 auf einem piezoelektrischen Substrat 51 gebildet, außer an einer Region, wo eine IDT-Elektrode gebildet werden soll. Dann, wie in 30(b) gezeigt ist, wird ein Elektrodenfilm 53, der als eine IDT-Elektrode dienen soll, über einer gesamten Oberfläche gebildet. Dann werden die Resiststruktur 52 und der Metallfilm auf der Resiststruktur 52 durch Verwenden eines Resistentfernungsmittels entfernt. Auf diese Weise wird eine IDT-Elektrode 53A gebildet, wie in 30(c) gezeigt ist. Dann, wie in 30(d) gezeigt ist, wird ein SiO₂-Film 54 gebildet, um die IDT-Elektrode 53A abzudecken.
Das nachfolgende Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines SAW-Bauelements, das einen isolierenden oder halbleitenden Schutzfilm umfasst, um eine IDT-Elektrode des SAW-Bauelements abzudecken, wobei das Verfahren einen anderen Zweck hat als das Verbessern des oben beschriebenen Temperaturkoeffizienten der Frequenz. 31 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein SAW-Bauelement zeigt, das in dieser bekannten Technik beschrieben ist. Bei dem SAW-Bauelement 61 liegt eine IDT-Elektrode 64, die aus Al oder einer Legierung, die hauptsächlich Al enthält, hergestellt ist, auf einem piezoelektrischen Substrat 62. Ein isolierender oder hableitender Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 liegt in einer Region, außer der Region, wo die IDT-Elektrode 63 liegt. Ferner liegt ein isolierender oder halbleitender Schutzfilm 65, um die IDT-Elektrode 63 und den Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 abzudecken. Bei dem SAW-Bauelement 61, das in dieser bekannten Technik beschrieben ist, sind der Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 und der Schutzfilm 65 aus einem isolierenden Material, wie z. B. SiO₂, oder einem halbleitenden Material, wie z. B. Silizium hergestellt. Gemäß dieser bekannten Technik unterdrückt das Bilden des Zwischen-Elektrode-Finger-Films 64 eine Verschlechterung einer Charakteristik, die durch eine Zwischen-Elektrode-Finger- Entladung aufgrund einer pyroelektrischen Eigenschaft des piezoelektrischen Substrats 61 verursacht wird.
Andererseits offenbart das folgende Patentdokument 2 einen Ein-Port-SAW-Resonator. Dieser Ein-Port-SAW-Resonator wird hergestellt durch bilden einer Elektrode, die aus Metall hergestellt ist, wie z. B. Aluminium oder Gold, auf einem piezoelektrischen Substrat, das aus Quarz oder Lithium-Niobat hergestellt ist, bilden eines SiO₂-Films auf derselben und dann Glätten des SiO₂-Films. Gemäß diesem Patentdokument kann eine vorteilhafte Resonanzcharakteristik durch Glätten erhalten werden.
Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 11-186866
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 61-136312
Offenbarung der Erfindung
Wie in 30 gezeigt ist, unterscheidet sich bei dem bekannten Verfahren zum Herstellen eines SAW-Bauelements zum Bilden eines SiO₂-Films, um einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz zu verbessern, die Höhe des SiO₂-Films 54 an einem Abschnitt, wo die IDT-Elektrode 53A existiert, und an einem Abschnitt, wo die IDT-Elektrode 53A nicht existiert. Eine solche unebene Oberfläche des SiO₂-Films 54 erhöht den Einfügungsverlust auf nachteilhafte Weise. Diese Unebenheit wird stärker, wenn die IDT-Elektrode dicker wird. Daher kann die Filmdicke der IDT-Elektrode nicht erhöht werden.
Bei dem SAW-Bauelement, das in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, wird der Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 zwischen Elektrodenfingern der IDT-Elektrode 63 gebildet und dann wird der Schutzfilm 65 auf denselben gebildet. Bei diesem Verfahren kann die Oberfläche des Schutzfilms 65 geglättet werden.
Bei der Struktur jedoch, die im Patentdokument 1 beschrieben ist, ist die IDT-Elektrode 63 aus Al oder einer Legierung, die hauptsächlich Al enthält, hergestellt. Der Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 kontaktiert die IDT-Elektrode 63, aber ein ausreichender Reflexionskoeffizient kann bei der IDT-Elektrode 63 nicht erhalten werden. Dementsprechend tritt z. B. leicht eine Welligkeit bei einer Resonanzcharakteristik auf.
Bei dem Herstellungsverfahren, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, muss ein Resist, der auf dem Zwischen-Elektrode-Finger-Film 64 gebildet ist, unter Verwendung eines Resistentfernungsmittels vor dem Bilden des Schutzfilms 65 entfernt werden. Dabei jedoch kann die IDT-Elektrode 63 durch das Resistentfernungsmittel korrodiert werden. Aus diesem Grund kann ein Metall, das anfällig für Korrosion ist, nicht als ein Material der IDT-Elektrode verwendet werden. Anders ausgedrückt ist der Typ eines metallischen Materials der IDT-Elektrode beschränkt.
Andererseits umfasst bei dem Ein-Port-SAW-Resonator, der in Patentdokument 2 beschrieben ist, ein spezifisches Ausführungsbeispiel nur ein Beispiel, bei dem eine Elektrode, die aus Al hergestellt ist, auf einem Quarzsubstrat gebildet ist, obwohl beschrieben ist, das Quarz oder Lithium-Niobat für das piezoelektrische Substrat verwendet wird und dass die Elektrode aus Aluminium oder Gold hergestellt ist. Das heißt, dieses Patentdokument bezieht sich nicht auf ein SAW-Bauelement, das ein anderes Substratmaterial oder ein anderes metallisches Material verwendet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung basiert auf den oben beschriebene Umständen der bekannten Technik und schafft ein SAW-Bauelement, bei dem eine isolierende Schicht zwischen Elektrodenfingern einer IDT-Elektrode und auf der IDT-Elektrode liegt, und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Genauer gesagt ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein SAW-Bauelement zu schaffen, das vorteilhafte Resonanz- und Filter-Charakteristika aufweist, bei denen der Reflexionskoeffizient einer IDT-Elektrode ausreichend hoch ist und eine Verschlechterung einer Charakteristik aufgrund von Welligkeit bei der Resonanzcharakteristik unterdrückt werden kann, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein SAW-Bauelement zu schaffen, das nicht nur eine vorteilhafte Charakteristik mit einem ausreichend hohen Reflexionskoeffizienten einer IDT-Elektrode aufweist sondern ferner einen hohen Freiheitsgrad beim Auswählen eines metallischen Materials der IDT-Elektrode aufweist und in der Lage ist, eine nachteilhafte Korrosionswirkung der IDT-Elektrode zu unterdrücken, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein SAW-Bauelement zu schaffen, das nicht nur eine vorteilhafte Charakteristik mit einem ausreichend hohen Reflexionskoeffizienten einer IDT-Elektrode aufweist und in der Lage ist, eine Verschlechterung der Charakteristik aufgrund von Korrosion der IDT-Elektrode zu unterdrücken, sondern ferner einen vorteilhaften Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Gemäß einer ersten Erfindung wird ein Oberflächenwellenbauelement geschaffen, das folgendes umfasst: ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, dessen Quadrat (k²) 0,025 oder mehr ist; zumindest eine Elektrode, die aus einem Metall hergestellt ist, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall enthält, oder die aus laminierten Filmen gebildet ist, die aus einem Metall hergestellt sind, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall und ein anderes Metall enthält, wobei die Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat liegt; eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der der Elektrode ist; und eine zweite Isolierschicht, die die Elektrode und die erste Isolierschicht abdeckt. Die Dichte der Elektrode mehr als 1,5 mal höher ist als die der ersten Isolierschicht.
Gemäß einer zweiten Erfindung wird ein Oberflächenwellenbauelement geschaffen, das folgendes umfasst: ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiNbO₃ hergestellt ist; zumindest eine Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Substrat liegt; einen Schutzmetallfilm, der aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist, das/die korrosionsbeständiger ist als ein Metall oder eine Legierung, das/die in der Elektrode enthalten ist, wobei der Schutzmetallfilm auf der Elektrode liegt; eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der Gesamtdicke der Elektrode und des Schutzmetallfilms ist; und eine zweite Isolierschicht, die den Schutzmetallfilm und die erste Isolierschicht abdeckt.
Gemäß einem spezifischen Aspekt der zweiten Erfindung ist eine Durchschnittsdichte einer gesamten laminierten Struktur, die die Elektrode und den Schutzmetallfilm umfasst, mehr als 1,5 mal höher als die Dichte der ersten isolierenden Schicht.
Gemäß einem spezifischen Aspekt der ersten und zweiten Erfindung sind die erste und zweite Isolierschicht aus SiO₂ hergestellt.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt der ersten und zweiten Erfindung wird eine Reflexion von akustischen Oberflächenwellen bei dem Oberflächenwellenbauelement verwendet.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt der ersten und zweiten Erfindung ist die Höhe eines konvexen Abschnitts auf einer Oberfläche der zweiten Isolierschicht 0,03 λ oder weniger, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements der ersten und zweiten Erfindung ist die Höhe eines konvexen Abschnitts auf der zweiten Isolierschicht 1/2 oder weniger der Dicke der Elektrode.
Weiter bevorzugt ist die Höhe des konvexen Abschnitts 1/3 oder weniger der Dicke der Elektrode.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements der ersten und zweiten Erfindung enthält die Elektrode hauptsächlich ein Metall, das schwerer ist als Al.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der ersten und zweiten Erfindung enthält die Elektrode hauptsächlich ein Metall, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Au, Pt, Cu, Ta, W, Ag, Ni, Mo, NiCr, Cr und Ti.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements der vorliegenden Erfindung ist die Elektrode aus Au oder Pt hergestellt, und die Dicke derselben ist in dem Bereich von 0,0017 λ bis 0,06 λ, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements der vorliegenden Erfindung enthält die Elektrode hauptsächlich ein Metall, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Au, Ag, Ni, Mo, Zn, Cu, Pt, Ta, W, Cr und Ti, und die Dicke der Elektrode ist in dem Bereich, der in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt ist, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
[Tabelle 1]
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der zweiten Isolierschicht im Bereich von 0,15 λ bis 0,4 λ, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Vorzugsweise ist die Dicke der zweiten Isolierschicht im Bereich von 0,2 λ bis 0,3 λ, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in den Bereichen, die in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt sind.
[Tabelle 2]
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in den Bereichen, die in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt sind.
[Tabelle 3]
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in den Bereichen, die in der nachfolgenden Tabelle 4 gezeigt sind.
[Tabelle 4]
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in den Bereichen, die in der nachfolgenden Tabelle 5 gezeigt sind.
[Tabelle 5]
Gemäß einem anderen spezifischen Aspekt des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in den Bereichen, die in der nachfolgenden Tabelle 6 gezeigt sind.
[Tabelle 6]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß der ersten Erfindung umfasst eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region als einer Region liegt, wo zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der der Elektrode ist; und eine zweite Isolierschicht, die die Elektrode und die erste Isolierschicht abdeckt. Bei dieser Struktur ist die Elektrode aus einem Metall hergestellt, das eine größere Dichte aufweist als die der ersten Isolierschicht, oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall enthält, so dass die Elektrode einen ausreichenden Reflexionskoeffizienten aufweist. Dementsprechend kann ein SAW-Bauelement, das in der Lage ist, eine Verschlechterung von Charakteristika aufgrund einer unerwünschten Welligkeit zu unterdrücken und einen vorteilhaften Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, bereitgestellt werden.
Zusätzlich dazu ist die Dicke der IDT-Elektrode fast gleich zu der der ersten Isolierschicht, und die zweite Isolierschicht ist laminiert, um die IDT und die erste Isolierschicht abzudecken. Bei dieser Konfiguration kann die Außenoberfläche der zweiten Isolierschicht geglättet sein, so dass eine Verschlechterung von Charakteristika aufgrund einer Unebenheit der Oberfläche der zweiten Isolierschicht unterdrückt werden kann.
Bei der ersten Erfindung ist das piezoelektrische Substrat aus LiNbO₃ mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten hergestellt, dessen Quadrat 0,025 oder mehr ist. Somit kann die Bandbreite verbreitert werden.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement gemäß der zweiten Erfindung liegt die erste Isolierschicht in einer anderen Region als einer Region, wo die Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat liegt, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, die Dicke der ersten Isolierschicht ist fast gleich zu der der Elektrode, der schützende Metallfilm, der aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist, die korrosionsresistenter als ein Metall oder eine Legierung ist, die in der Elektrode enthalten ist, liegt auf der Elektrode, und die zweite Isolierschicht deckt den schützenden Metallfilm und die erste Isolierschicht ab. Da die Elektrode durch den schützenden Metallfilm und die erste Isolierschicht abgedeckt ist, kann eine Korrosion der Elektrode aufgrund eines Resistentfernungsmittels verhindert werden, wenn ein Resist durch Photolithographie entfernt wird. Daher kann die Elektrode aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein, die leicht durch ein Resistentfernungsmittel oder ähnliches korrodiert werden kann, aber die eine ausreichend höhere Dicht als die von Al aufweist, wie z. B. Cu. Dementsprechend kann die Verschlechterung von Charakteristika des SAW-Bauelements effektiv unterdrückt werden.
Bei der zweiten Erfindung, wenn eine Durchschnittsdichte einer gesamten laminierten Struktur, die die Elektrode und den schützenden Metallfilm umfasst, mehr als 1,5 mal höher ist als die Dichte der ersten Isolierschicht, kann der Reflexionskoeffizient der Elektrode effektiv erhöht werden.
Bei der ersten und zweiten Erfindung, wenn die erste und zweite Isolierschicht aus SiO₂ hergestellt sind, kann ein SAW-Bauelement mit einem verbesserten Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF (TCF = temperature coefficient of frequency) gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden.
Bei der vorliegenden Erfindung, wenn die Höhe des konvexen Abschnitts auf der Oberfläche der zweiten Isolierschicht 0,03 λ oder weniger ist, kann das Auftreten eines Einfügungsverlusts unterdrückt werden.
Wenn die Höhe des konvexen Abschnitts auf der zweiten Isolierschicht 1/2 oder weniger der Dicke der Elektrode ist, kann der Einfügungsverlust des SAW-Bauelements effektiv unterdrückt werden. Wenn die Höhe des konvexen Abschnitts 1/3 oder weniger der Dicke der Elektrode ist, kann der Einfügungsverlust noch effektiver unterdrückt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) bis (g) sind schematische Teilausschnitt-Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines SAW-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
2 ist eine schematische Draufsicht eines Ein-Port-SAW-Resonators, der bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
3 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke H/λ eines SiO₂-Films und einem Temperaturkoeffizienten TCF, wenn der SiO₂-Film auf einem 13°-, 30°- oder 70°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegt.
4 zeigt eine Beziehung zwischen einer normierten Dicke H/λ eines SiO₂-Films und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² bei einer Struktur, bei der eine Interdigitalelektrode und der SiO₂-Film auf einem 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegen.
5 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanische Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
6 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
7 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und e lektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
8 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
9 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
10 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
11 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
12 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
13 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
14 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
15 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
16 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
17 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
18 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
19 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
20 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
21 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
22 zeigt eine Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats und e lektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
23 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke einer Elektrode und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² bei Elektroden, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sind, die auf einem 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegen.
24 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke einer Elektrode und einer Dämpfungskonstanten α bei Elektroden, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sind, die auf einem 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegen.
25 zeigt eine Beziehung zwischen einer Höhe eines konvexen Abschnitts auf einer Oberfläche eines SiO₂-Films und einem Einfügungsverlust.
26 zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Höhe eines konvexen Abschnitts auf einer Oberfläche eines SiO₂-Films zu einer Dicke einer Interdigitalelektrode und einem Einfügungsverlust.
27(a) und (b) sind schematische Draufsichten, die einen Ein-Port-Resonator und einen Zwei-Port-Resonator als Beispiele eines SAW-Bauelements darstellen, auf das die vorliegende Erfindung aufgebracht wird.
28 ist eine schematische Draufsicht, die ein Leiter-Filter als ein SAW-Bauelement zeigt, auf das die vorliegende Erfindung aufgebracht wird.
29 ist eine schematische Draufsicht, die ein Gitter-Filter als ein SAW-Bauelement darstellt, auf das die vorliegende Erfindung aufgebracht wird.
30(a) bis (d) sind schematische Querschnittsansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines bekannten SAW-Bauelements zeigen.
31 ist eine schematische Front-Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines bekannten SAW-Bauelements darstellt.
32 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten, wenn die Dicke eines SiO₂-Films 0,3 λ ist, bei einer Struktur, die den SiO₂-Film mit einer glatten Oberfläche, die Elektrode und ein 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat umfasst.
33(a) bis (e) zeigen Änderungen bei der Impedanzcharakteristik gemäß einer Änderung beim Verhältnis einer Durchschnittsdicke einer IDT-Elektrode und eines Schutzmetallfilms zu der Dichte einer ersten Isolierschicht.
34 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,2 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
35 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,25 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
36 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,3 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
37 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,35 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
38 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,4 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
39 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,5 λ und einer glatten oberen Oberfläche aufweist, der auf eine Elektrode platziert ist, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt ist, die auf ein LiNbO₃-Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung platziert ist.
40 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und einem Reflexionskoeffizienten bei einem bekannten SAW-Bauelement, das einen SiO₂-Film umfasst, der eine IDT-Elektrode abdeckt und eine unebene Oberfläche aufweist, bei dem ein LiNbO₃-Substrat Euler-Winkel von (0°, 37,86°, 0°) aufweist, und die Dicke und das Material der Elektrode verschieden verändert sind.
41 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 89°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
42 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (30°, 89°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
43 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (20°, 100°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
44 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (30°, 100°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
45 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (10°, 110°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.
46 zeigt eine Beziehung zwischen ψ bei einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 130°, ψ) und elektromechanischen Kopplungseffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW.

1: LiNbO₃-Substrat
2: erste Isolierschicht
3: Resiststruktur
4: Metallfilm
4A: IDT-Elektrode
5: Ti-Film als schützender Metallfilm
6: zweite Isolierschicht
11: SAW-Resonator
12 und 13: Reflektor
21: SAW-Bauelement
22: LiNbO₃-Substrat
23a: und 23b IDT
25: SiO₂-Film

Beste Ausführung der Erfindung
Hierin nachfolgend wird ein spezifisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements (SAW-Bauelement; SAW = surface acoustic wave) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 1 und 2 beschrieben.
Zuerst, wie in 1(a) gezeigt ist, wird ein LiNbO₃-Substrat 1 als ein piezoelektrisches Substrat vorbereitet.
Eine erste Isolierschicht 2 wird auf einer gesamten Oberfläche des LiNbO₃-Substrats 1 gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Isolierschicht 2 aus einem SiO₂-Film hergestellt.
Die erste Isolierschicht 2 wird durch ein geeignetes Verfahren hergestellt, wie z. B. Drucken, Verdampfung oder Sputtern. Die Dicke der ersten Isolierschicht 2 ist gleich der einer Interdigitalelektrode (IDT-Elektrode; IDT = interdigital), die später gebildet wird.
Dann wird, wie in 1(b) gezeigt ist, eine Resiststruktur 3 unter Verwendung von Photolithographie gebildet. Die Resiststruktur 3 ist so gebildet, dass ein Resist in einer Region platziert ist, außer der Region, wo die IDT-Elektrode gebildet werden soll.
Dann wird die erste Isolierschicht 2, außer einem Abschnitt unter dem Resist 3, durch reaktives Ionenätzen (RIE; RIE _ reactive ion etching) oder ähnliches durch Anwenden von Ionenstrahlen beseitigt, wie durch die Pfeile in 1(c) angezeigt ist.
Wenn ein SiO₂-Film durch ein Bauelement zum reaktiven Ionenätzen (RIE; reactive ion etching) unter Verwendung eines Fluorgases geätzt wird, kann ein Rest durch eine Polymerisationsreaktion gelassen werden. In diesem Fall kann der Rest des RIE mit BHF (gepufferter Fluorsäure; buffered hydrofluoric acid) behandelt werden.
Danach werden ein Cu-Film und ein Ti-Film derart gebildet, dass die Gesamtdicke derselben gleich der der ersten Isolierschicht 2 ist. Wie in 1(d) gezeigt ist, wird ein Cu-Film 4 in einer Region gebildet, wo die erste Isolierschicht 2 entfernt wurde, d. h. in einer Region, wo eine IDT gebildet werden soll. Gleichzeitig wird der Cu-Film 4 auf der Resiststruktur 3 gebildet. Dann wird ein Ti-Film 5, der als ein Schutzmetallfilm dient, um die gesamte Oberfläche abzudecken, gebildet. Wie in 1(e) gezeigt ist, wird der Ti-Film 5 auf der oberen Oberfläche einer IDT-Elektrode 4A und auf dem Cu-Film 4 auf der Resiststruktur 3 gebildet. Dementsprechend wird die IDT-Elektrode 4A durch die erste Isolierschicht 2 auf ihren Seitenoberflächen und durch den Ti-Film 5 auf ihrer oberen Oberfläche abgedeckt. Auf diese Weise werden die IDT-Elektrode 4A und der Schutzmetallfilm gebildet, derart, dass die Gesamtdicke der IDT-Elektrode 4A und des Ti-Films 5, der als der Schutzmetallfilm dient, dieselbe ist wie die Dicke der ersten Isolierschicht 2.
Danach wird die Resiststruktur 3 durch Verwenden eines Resistentfernungsmittels entfernt. Dementsprechend kann die Struktur erhalten werden, die in 1(f) gezeigt ist. Das heißt, die IDT-Elektrode 4A liegt in einer Region, wo die erste Isolierschicht 2 entfernt wurde, und die obere Oberfläche der IDT-Elektrode 4A ist durch den Ti-Film 5 abgedeckt.
Dann, wie in 1(g) gezeigt ist, wird ein SiO₂-Film als eine zweite Isolierschicht 6 über der gesamten Oberfläche gebildet. Dementsprechend wird ein Ein-Port-SAW-Resonator 11 erhalten, wie in 2 gezeigt ist.
1(a) bis (g) zeigen nur einen Teil, wo die IDT-Elektrode 4A gebildet ist. Wie jedoch in 2 gezeigt ist, umfasst der SAW-Resonator 11 Reflektoren 12 und 13, die an beiden Seiten der IDT-Elektrode 4A in einer SAW-Ausbreitungsrichtung platziert sind. Die Reflektoren 12 und 13 werden durch denselben Prozess gebildet, wie den für die IDT-Elektrode 4A.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Ein-Port-SAW-Resonator 11 verwendet und somit ist eine IDT-Elektrode 4A auf dem LiNbO₃-Substrat 1 bereitgestellt. Eine Mehrzahl von IDT-Elektroden kann jedoch gemäß einer Anwendung des SAW-Bauelements bereitgestellt sein. Ferner können die Reflektoren durch denselben Prozess gebildet werden, wie den für den IDT, wie oben beschrieben wurde. Alternativ können die Reflektoren nicht vorgesehen sein.
Die Dichte der IDT-Elektrode 4A ist mehr als 1,5 mal höher als die der ersten Isolierschicht 2, so dass die IDT-Elektrode 4A einen ausreichenden Reflexionskoeffizienten aufweist.
SAW-Resonatoren wurden mit demselben Verfahren hergestellt wie die bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, während die Dichte eines Metalls, das in der IDT-Elektrode 4A enthalten ist, verschieden verändert wurde. Die Impedanzcharakteristika der entsprechenden SAW-Resonatoren, die entsprechend erhalten wurden, sind in 33(a) bis (e) gezeigt. 33(a) bis (e) zeigen Ergebnisse, die erhalten werden, wenn das Verhältnis ρ₁/ρ₂ einer Durchschnittsdichte ρ₁ einer laminierten Struktur der IDT-Elektrode und des Schutzmetallfilms zu einer Dichte ρ₂ der ersten Isolierschicht 2,5, 2,0, 1,5, 1,2 bzw. 1,0 ist.
Wie aus 33(a) bis (e) deutlich wird, wird die oben erwähnte Welligkeit A außerhalb des Bandes in 33(a) bis (c) verschoben. Genauer gesagt wird die Welligkeit A in 33(a) wesentlich unterdrückt.
Wie aus den Ergebnissen verständlich wird, die in 33 gezeigt sind, kann die Welligkeit A außerhalb des Bandes zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz verschoben werden, und somit kann eine vorteilhafte Charakteristik erhalten werden, wenn die Dichte der laminierten Struktur, die die IDT-Elektrode und den Schutzmetallfilm umfasst, mehr als 1,5 mal höher ist als die der ersten Isolierschicht. Weiter bevorzugt kann die Welligkeit minimiert werden, wenn das Dichteverhältnis 2,5:1 oder mehr ist.
In 33(a) bis (e) wird die oben erwähnte Durchschnittsdichte gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet, da der Ti-Film auf der IDT-Elektrode 4A liegt. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch muss der Schutzmetallfilm nicht immer auf der IDT-Elektrode 4A vorgesehen sein. In diesem Fall sollte die Dicke der IDT-Elektrode 4A dieselbe sein, wie die der ersten Isolierschicht, und die Dichte der IDT-Elektrode sollte mehr als 1,5 mal (wiederum vorzugsweise mehr als 2,5 mal) höher sein als die der ersten Isolierschicht. Es wurde verifiziert, dass dieselben Vorteile mit dieser Struktur erhalten werden könnten, wie jene, die oben beschrieben wurden.
Daherkann der Reflexionskoeffizient der IDT-Elektrode erhöht werden und somit kann eine Verschlechterung bei einer Charakteristik, die zwischen einem Resonanzpunkt und einem Antiresonanzpunkt entsteht, unterdrückt werden, wenn bei dem SAW-Resonator, der die IDT-Elektrode umfasst, die durch den SiO₂-Film abgedeckt ist, die Dichte der IDT-Elektrode oder die Durchschnittsdichte der laminierten Struktur, die die IDT-Elektrode und den Schutzmetallfilm umfasst, höher ist als die Dichte der ersten Isolierschicht, die auf Seitenoberflächen der IDT-Schicht platziert ist.
Als ein Metall oder eine Legierung mit einer höheren Dichte als der von Al, kann Ag, Au oder eine Legierung, die hauptsächlich Ag oder Au enthält, genauso wie Cu verwendet werden.
Vorzugsweise, wenn der Schutzmetallfilm auf die IDT-Elektrode laminiert ist, wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, kann eine Korrosion der IDT-Elektrode 4A verhindert werden, wenn die Resiststruktur 3 entfernt ist, da die Seitenoberflächen der IDT-Elektrode 4A durch. die erste Isolierschicht 2 abgedeckt sind, und die obere Oberfläche derselben durch den Schutzmetallfilm 5 abgedeckt ist, wie aus dem Herstellungsverfahren deutlich wird, das in 1(a) bis (g) gezeigt ist. Dementsprechend kann ein SAW-Resonator mit einer vorteilhafteren Charakteristik geschaffen werden.
Alternativ kann die erste und zweite Isolierschicht durch Verwenden eines anderen Isoliermaterials als SiO₂ gebildet werden, das eine Wirkung zum Verbessern der Temperaturcharakteristik aufweist, wie z. B. SiO_xN_y. Die erste und zweite Isolierschicht können entweder aus unterschiedlichen Isoliermaterialien oder demselben Material hergestellt sein.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sollte das LiNbO₃-Substrat 1, das als ein piezoelektrisches Substrat dient, vorzugsweise ein LiNbO₃-Substrat mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k einer SAW sein, dessen Quadrat 0,025 oder mehr ist. Entsprechend kann ein SAW-Bauelement einer breiten Bandbreite geschaffen werden.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine Beziehung zwischen Euler-Winkeln und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten untersucht, durch verschiedenes Abändern der Euler-Winkel eines LiNbO₃-Substrats.
Der Temperaturkoeffizient der Frequenz (TCF) von LiNbO₃ ist negativ: –80 bis –110 ppm/°C, was nicht so Vorteilhaft ist. Für eine Verbesserung ist ein Verfahren zum Verbessern eines TCF bei einem SAW-Bauelement durch Bilden eines SiO₂-Films mit einem positiven TCF auf einem LiNbO₃-Substrat bekannt.
Wie in 3 gezeigt ist, ist eine optimale Dicke des SiO₂-Films 0,27 λ, wenn die Wellenlänge λ ist, wenn ein SiO₂-Film auf einem 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-(Euler-Winkel von (0°, 103°, 0°))-LiNbO₃-Substrat gebildet ist. Das heißt, der TCF ist 0 (Null) wenn die Dicke des SiO₂-Films 0,27 λ ist. Die optimale Dicke des SiO₂-Films variiert, wenn sich der Azimutwinkel des LiNbO₃-Substrats ändert. Wie jedoch aus 3 deutlich wird, kann ein Temperaturkoeffizient TCF von fast 0 (Null) erhalten werden, wenn die Dicke des SiO₂-Films in dem Bereich von 0,18 λ bis 0,34 λ zu der Wellenlänge ist.
Andererseits zeigt 9 eine Beziehung zwischen einer normierten Dicke H/λ eines SiO₂-Films und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² bei einer Struktur, wo eine IDT-Elektrode und ein SiO₂-Film auf einen 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegen. 4 zeigt Ergebnisse, die bei entsprechenden IDT-Elektroden einer Dicke von 0,005 λ bis 0,01 λ erhalten werden, die aus verschiedenen metallischen Materialien hergestellt sind.
Wie aus 4 deutlich wird, ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² niedriger, wenn die Dicke H/λ des SiO₂-Films größer ist. Somit sollte der SiO₂-Film so dünn wie möglich sein.
Wie oben beschrieben ist und aus 3 und 4 deutlich wird, sollte die Dicke des SiO₂-Films wünschenswerterweise in dem Bereich von 0,2 λ bis 0,35 λ sein, wenn sowohl der Temperaturkoeffizient der Frequenz TCF als auch der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² berücksichtigt werden.
Unter der Bedingung, dass die Dicke des SiO₂-Films 0,3 λ ist, wurde eine Beziehung zwischen Θ der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle bei LiNbO₃-Substraten unterschiedlicher Euler-Winkel untersucht. Die Ergebnisse sind in 5 bis 22 gezeigt.
Es ist allgemein bekannt, dass eine akustische Leckobberflächenwelle (LSAW; leaky surface acoustic wave) kaum erzeugt wird, wenn θ der Euler-Winkel (0, θ, 0) in dem Bereich von 20° bis 40° ist. Wenn ein dünner SiO₂-Film auf der oberen Oberfläche einer IDT-Elektrode oder ähnlichem liegt, ist ein LSAW-Abschnitt eines niedrigen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten im Bereich um 20° bis 40° von θ der Euler-Winkel (0, θ, 0), wie mit der gepunkteten Linie angezeigt wird, die in 5 gezeigt ist.
Im Allgemeinen ist ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient k², der bei einem HF-Filter oder einem Duplexer erforderlich ist, 0,025 oder mehr. Zusätzlich dazu muss das Störende einer Rayleigh-Welle klein sein, wenn eine LSAW verwendet wird. Das heißt, wenn der elektromechanische Kopplungskoeffizient einer Rayleigh-Welle k_R ² ist, und wenn der elektromechanische Kopplungskoeffizient einer LSAW k_LSAW ² ist, sollte (k_LSAW ²/4) ≥ k_R ² erfüllt sein.
Tabelle 7 zeigt die Bereiche der Euler-Winkel, um einen solchen Bereich zu erfüllen. Da LiNbO₃ ein trigonales Kristallsystem ist, weisen Euler-Winkel die nachfolgende Beziehung auf: (Φ, θ, ψ) = (60 + Φ, –θ, ψ) = (60 – Φ, –θ, 180 – ψ) = (Φ, 180 + θ, 180 – ψ) = (Φ, θ, 180 + ψ).
Somit sind z. B. die Euler-Winkel (10, 30, 10) gleich den Euler-Winkeln (70, –30, 10), (50, –30, 170), (10, 210, 170) und (10, 30, 190).
[Tabelle 7]
Vorzugsweise sollten die Euler-Winkel in den Bereichen sein, die in Tabelle 8 gezeigt sind. In diesem Fall ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient k_R ² einer Rayleigh-Welle 0,01 oder weniger.
[Tabelle 8]
Wiederum vorzugsweise sollten die Euler-Winkel in den Bereichen sein, die in Tabelle 9 gezeigt sind. In diesem Fall ist k_R ² 0,049 oder weniger.
[Tabelle 9]
23 zeigt elektromechanische Kopplungskoeffizienten k² bei Elektroden verschiedener metallischer Materialien, die auf einem 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat liegen. Wie aus 23 deutlich wird, ändert sich der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² einer Änderung bei der Dicke der Elektrode. Es wurde verifiziert, dass die Dicke der Elektrode, um k² 1,25 mal höher als k² zu erhalten, wenn die Elektrode nicht gebildet ist, im Bereich von 0,0017 bis 0,03 zu der Wellenlänge ist, wenn die Elektrode aus Au hergestellt ist. Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, ist der Bereich der Dicke bei einer Elektrode derselbe, die aus Pt hergestellt ist. Der Bereich ist 0,0035 bis 0,05 bei Ag, 0,0025 bis 0,032 bei Ta, 0,0035 bis 0,03 bei W, 0,0058 bis 0,055 bei Cu, 0,125 bis 0,08 bei Ni, 0,033 bis 0,12 bei Al und 0,012 bis 0,12 bei Cr, Ti, Mo oder Zn.
Die obere Grenze des oben beschriebenen Bereichs der Dicke einer Elektrode wird durch die Genauigkeit der Bildung einer Interdigitalelektrode beschränkt. Das heißt, es ist schwierig, eine Interdigitalelektrode, die eine größere Dicke aufweist als die oben beschriebene Dicke, mit einer hohen Genauigkeit zu bilden.
Die optimale Dicke einer Elektrode ist abhängig von den Euler-Winkeln eines LiNbO₃-Substrats unterschiedlich. Das Maximum der optimalen Dicke ist jedoch höchstens ungefähr zwei mal das Minimum.
Da die obere Grenze der Dicke einer Elektrode 0,12 λ bei Al ist, ist die optimale Dicke der Elektrode 0,0017 λ bis 0,06 λ bei Au, 0,0017 λ bis 0,06 λ bei Pt, 0,0035 λ bis 0,10 λ bei Ag, 0,0025 λ bis 0,064 λ bei Ta, 0,0035 λ bis 0,06 λ bei W, 0,0058 λ bis 0,11 λ bei Cu, 0,012 λ bis 0,12 λ bei Ni und 0,033 λ bis 0,12 λ bei Al.
24 zeigt eine Änderung bei der Ausbreitungskonstante relativ zu der Dicke einer Elektrode bei SAW-Bauelementen, die Elektroden unterschiedlicher Materialien mit der oben beschriebenen, optimalen Dicke umfassen. Wie aus 24 deutlich wird, ist der Ausbreitungsverlust bei diesen Dicken fast 0 (Null).
Wenn die erste und zweite Isolierschicht aus SiO₂ hergestellt sind, oder anders ausgedrückt, wenn ein SiO₂-Film gebildet ist, um eine Interdigitalelektrode abzudecken, wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein konvexer Abschnitt auf der oberen Oberfläche des SiO₂-Films gebildet, aufgrund der Form der Interdigitalelektrode. Wenn der konvexe Abschnitt groß ist, d. h., wenn die Konvexität auf der Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6 hoch ist, verschlechtert sich die Charakteristik des SAW-Bauelements. 25 zeigt eine Änderung beim Einfügungsverlust gemäß einer Änderung bei der Höhe des konvexen Abschnitts auf der Oberfläche des SiO₂-Films. Wie aus 25 deutlich ist, kann der Einfü gungsverlust unterdrückt werden, wenn die Höhe des konvexen Abschnitts 0,03 λ oder weniger ist, was wünschenswert ist.
Die Höhe des konvexen Abschnitts auf der Oberfläche des SiO₂-Films ist eine Distanz von der Unterseite zu der Oberseite des konvexen Abschnitts.
26 zeigt eine Änderung beim Einfügungsverlust, wenn das Verhältnis zwischen der Höhe des konvexen Abschnitts auf der Oberfläche des SiO₂-Films und der Dicke der Interdigitalelektrode verändert wird. Bei dem Ergebnis, das in der 26 gezeigt ist, zeigen weiße Kreise den Fall an, in dem die normierte Filmdicke H/λ der IDT 0,06 λ ist, schwarze Dreiecke zeigen den Fall an, in dem die Dicke 0,03 λ ist, und Kreuze zeigen den Fall an, in dem die Dicke 0,08 λ ist.
Wie aus 26 deutlich wird, sollte die Höhe des konvexen Abschnitts auf der Oberfläche des SiO₂-Films die Hälfte oder weniger der Dicke der Interdigitalelektrode sein, und die Höhe sollte 0,04 λ oder weniger sein. Wiederum vorzugsweise sollte die Höhe des konvexen Abschnitts 1/3 oder weniger der Dicke der Interdigitalelektrode sein und die Höhe sollte 0,03 λ oder weniger sein. Wiederum vorzugsweise weist die Oberfläche des SiO₂-Films kaum Unebenheiten auf.
Bei einem typischen SAW-Bauelement wird ein angemessenes Stoppband nicht erzeugt, wenn der Reflexionskoeffizient niedrig ist. Daher wirkt ein SAW-Bauelement mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten nicht als ein Resonator. Wenn ein SAW-Bauelement als ein SAW-Resonator verwendet wird, muss der Reflexionskoeffizient des SAW-Bauelements 0,03 oder mehr sein. Somit muss die Dicke der Elektrode so eingestellt sein, dass ein Reflexionskoeffizient von 0,03 oder mehr erhalten werden kann, durch Berücksichtigen einer Beziehung zwischen dem Reflexionskoeffizienten und der Dicke der Elektrode. 34 bis 39 zeigen eine Beziehung zwischen dem Reflexionskoeffizienten bei einer Struktur, bei der die Oberfläche des SiO₂-Films geglättet ist, und der Dicke der entsprechenden Elektroden, die aus Au, Ag, Ta, Cu und Al hergestellt sind. Hierbei wird ein 127,68°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat als ein Substrat verwendet. Die Euler-Winkel dieses Substrats sind (0°, 37,86°, 0°).
Wie aus 34 bis 39 deutlich ist, sogar wenn die Dicke des SiO₂-Films sich in dem Bereich von 0,2 λ bis 0,5 λ ändert, kann ein Reflexionskoeffizient von 0,03 oder mehr erhalten werden, wenn Au, Ag, Ta, Cu oder W (außer Al) als ein Material der Elektrode verwendet wird.
Nebenbei bemerkt ist der Bereich der Umgebung der oben beschriebenen Euler-Winkel (0°, 37,86°, 0°) der Bereich der Euler-Winkel, in dem der elektromechanische Kopplungskoeffizient eine Rayleigh-Welle hoch ist und der elektromechanische Kopplungskoeffizient einer LSAW niedrig ist. In dem Bereich der Umgebung dieser Euler-Winkel ist der Reflexionskoeffizient fast 0 (Null). Aus diesem Grund wurden Substrate mit diesen Euler-Winkeln herkömmlicherweise nur bei Transversalfiltern verwendet, bei denen der Reflexionskoeffizient niedrig sein sollte. Das heißt, dieser Substrattyp kann nicht bei Bauelementen verwendet werden, die eine Reflexion der Finger erfordern, wie in 27 bis 29 gezeigt ist. Ferner ist bei einer herkömmlichen Struktur mit einer unebenen Oberfläche eines SiO₂-Films der erhaltene Reflexionskoeffizient fast derselbe wie der, wenn Al verwendet wird, sogar wenn ein Schwermetall, wie z. B. Cu oder Ag für eine IDT-Elektrode verwendet wird. 40 zeigt eine Beziehung zwischen einem Reflexionskoeffizienten und der Dicke einer Elektrode bei einer herkömmlichen Struktur mit einer unebenen Oberfläche eines SiO₂-Films.
40 zeigt eine Änderung bei dem Reflexionskoeffizienten gemäß einer Änderung bei der Dicke einer Elektrode bei einer herkömmlichen Struktur, wo eine Elektrode, die aus unterschiedlichen metallischen Materialien hergestellt ist, auf dem oben beschriebenen LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 37,86°, 0°) gebildet ist, und ein SiO₂-Film mit einer normierten Dicke von 0,4 λ die Elektrode abdeckt. Wie aus 40 deutlich ist, wenn ein LiNbO₃-Substrat mit den oben beschriebenen Euler-Winkeln verwendet wird, und wenn die Elektrode aus einem Schwermetall hergestellt ist, wie z. B. Cu, ist der erhaltene Reflexionskoeffizient so niedrig wie der, wenn Al verwendet wird, unabhängig von der Dicke der Elektrode.
Ein hoher elektromechanischer Kopplungskoeffizient einer Rayleigh-Welle und ein niedriger elektromechanischer Kopplungskoeffizient einer LSAW kann in einer Mehrzahl von Bereichen von Euler-Winkeln abgesehen von dem oben beschriebenen Bereich erhalten werden. Die nachfolgenden Tabellen 10 und 11 zeigen diese Bereiche von Euler-Winkeln. Ferner zeigen 41 bis 46 die Bereiche der Euler-Winkel.
Genauer gesagt zeigen 41 bis 46 eine Beziehung zwischen ψ in den Fällen, dass LiNbO₃-Substrate mit Euler-Winkeln von (0°, 89°, ψ), (30°, 89°, ψ), (20°, 100°, ψ), (30°, 100°, ψ), (10°, 110°, ψ) bzw. (0°, 130°, ψ), und elektromechanische Kopplungskoeffizienten einer Rayleigh-Welle und einer LSAW verwendet werden. Wie aus 41 bis 46 deutlich wird, ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient einer Rayleigh-Welle hoch und der elektromechanische Kopplungskoeffizient einer LSAW niedrig, in einer Mehrzahl von Bereichen von Euler-Winkeln, wenn LiNbO₃-Substrate verschiedener Euler-Winkel verwendet werden.
Tabelle 10 zeigt eine Mehrzahl von Bereichen von Euler-Winkeln (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats, um K_RAY ² ≥ 0,05 und K_LSAW ² ≤ 0,02 zu erfüllen. Tabelle 11 zeigt eine Mehrzahl von Bereichen von Euler-Winkeln (Φ, θ, ψ) eines LiNbO₃-Substrats, um K_RAY ² ≥ 0,05 und K_LSAW ² ≤ 0,01 zu erfüllen.
Dieselben Charakteristika wie jene, die in 34 bis 39 gezeigt sind, können bei den Bereichen von Euler-Winkeln erhalten werden, die in Tabelle 10 und 11 gezeigt sind. In den Bereichen von Euler-Winkeln, die in Tabellen dieser Beschreibung gezeigt sind, ist ±5 oder ±10 die Toleranz eines Winkels, der durch Berücksichtigen einer Verarbeitungsgenauigkeit von Euler-Winkeln, wenn die Vorrichtungen serienmäßig hergestellt werden, und einer Differenz bei dem spezifischen Gewichts eines Materials einer Elektrode mit einem geringen spezifischen Gewicht, wie z. B. Cu, und einem Material einer Elektrode mit einem hohen spezifischen Gewicht, wie z. B. Au, berechnet wird.
[Tabelle 10]
[Tabelle 11]
32 zeigt eine Beziehung zwischen einem Reflexionskoeffizienten von jedem Elektrodenfinger einer Al-Elektrode, einer W-Elektrode bzw. einer Cu-Elektrode und der Dicke der Elektrode. Ein SiO₂-Film existiert zwischen Elektrodenfingern und auf den Elektrodenfingern.
Die Dicke des SiO₂-Films auf dem Substrat ist 0,3 λ und die Oberfläche des SiO₂-Films ist gerade. Das Substrat ist aus 13°-Gedreht-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiNbO₃ hergestellt. Wie aus der Figur deutlich wird, weisen Al-Elektrodenfinger einen niedrigen Reflexionskoeffizienten auf und der Reflexionskoeffizient wird nicht hoch, sogar wenn sich die Filmdicke erhöht. Im Gegensatz dazu weisen Elektrodenfinger, die aus schwerem W oder Cu hergestellt sind, einen höheren Reflexionskoeffizienten als den von Al auf. Ferner wird der Reflexionskoeffizient höher als den von Al auf. Ferner wird der Reflexionskoeffizient höher, wenn die Filmdicke größer wird. Wie oben beschrieben ist, weist eine IDT, die aus Elektrodenfingern einer höheren Dichte als der von Al gebildet ist, einen hohen Reflexionskoeffizienten auf und ist somit geeignet für einen Resonator, ein Resonatorfilter und ein Leiter-Filter.
Die vorliegende Erfindung kann an verschiedene SAW-Bauelemente angewendet werden. Beispiele dieser SAW-Bauelemente sind in 27(a) und (b) bis 29 gezeigt. 27(a) und (b) sind schematische Draufsichten, die Elektrodenstrukturen eines Ein-Port-SAW-Resonators 47 bzw. eines Zwei-Port-SAW-Resonators 48 zeigen. Ein Zwei-Port-SAW-Resonatorfilter kann durch Verwenden derselben Elektrodenstruktur konfiguriert sein wie der des Ein-Port-SAW-Resonators 48, der in 27(b) gezeigt ist.
28 und 29 sind schematische Draufsichten, die Elektrodenstrukturen eines Leiter-Filters bzw. eines Gitter-Filters zeigen. Durch Bilden der Elektrodenstruktur des Leiter-Filters 49A, das in 28 gezeigt ist, oder des Gitter-Filters 49B, das in 29 gezeigt ist, auf einem piezoelektrischen Substrat, kann ein Leiter-Filter oder ein Gitter-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert sein.
Die vorliegende Erfindung kann an verschiedene SAW-Bauelemente zusätzlich zu den SAW-Bauelementen angewendet werden, die die Elektrodenstrukturen aufweisen, die in 27 bis 29 gezeigt sind.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Oberflächenwellenbauelement, das eine Struktur aufweist, bei der eine Isolierschicht eine IDT-Elektrode abdeckt, und die eine Verschlechterung von Charakteristika aufgrund einer unerwünschten Welligkeit unterdrücken kann, mit einem ausreichenden Reflexionskoeffizienten der IDT.
Das Oberflächenwellenbauelement umfasst ein piezoelektrisches Substrat, hergestellt aus LiNbO₃, mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k, dessen Quadrat 0,025 oder mehr ist; zumindest eine Elektrode, die aus einem Metall hergestellt ist, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall enthält, oder die aus laminierten Filmen aufgebaut ist, die aus einem Metall hergestellt sind, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall und ein anderes Metall enthält, wobei die Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat liegt; eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der der Elektrode ist; und eine zweite Isolierschicht, die die Elektrode und die erste Isolierschicht abdeckt. Die Dichte der Elektrode ist mehr als 1,5 mal höher als die der ersten Isolierschicht.

Claims

Ein Oberflächenwellenbauelement, das folgende Merkmale aufweist: ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, dessen Quadrat (k²) 0,025 oder mehr ist; zumindest eine Elektrode, die aus einem Metall hergestellt ist, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall enthält, oder die aus laminierten Filmen gebildet ist, die aus einem Metall hergestellt sind, dessen Dichte höher ist als die von Al oder einer Legierung, die hauptsächlich das Metall und ein anderes Metall enthält, wobei die Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat liegt; eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der der Elektrode ist; und eine zweite Isolierschicht, die die Elektrode und die erste Isolierschicht abdeckt, wobei die Dichte der Elektrode mehr als 1,5 mal höher ist als die der ersten Isolierschicht.
Ein Oberflächenwellenbauelement, das folgende Merkmale aufweist: ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiNbO₃ hergestellt ist; zumindest eine Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Substrat liegt; einen Schutzmetallfilm, der aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist, das/die korrosionsbeständiger ist als ein Metall oder eine Legierung, das/die in der Elektrode enthalten ist, wobei der Schutzmetallfilm auf der Elektrode liegt; eine erste Isolierschicht, die in einer anderen Region liegt als einer Region, wo die zumindest eine Elektrode liegt, wobei die Dicke der ersten Isolierschicht fast gleich zu der Gesamtdicke der Elektrode und des Schutzmetallfilms ist; und eine zweite Isolierschicht, die den Schutzmetallfilm und die erste Isolierschicht abdeckt.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 2, bei dem eine Durchschnittsdichte einer gesamten laminierten Struktur, die die Elektrode und den Schutzmetallfilm umfasst, mehr als 1,5 mal höher ist als die Dichte der ersten Isolierschicht.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste und die zweite Isolierschicht aus SiO₂ hergestellt sind.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Reflexion von akustischen Oberflächenwellen bei dem Oberflächenwellenbauelement verwendet wird.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Höhe eines konvexen Abschnitts auf einer Oberfläche der zweiten Isolierschicht 0,03 λ oder weniger ist, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Höhe eines konvexen Abschnitts auf der zweiten Isolierschicht 1/2 oder weniger der Dicke der Elektrode ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 7, bei dem die Höhe des konvexen Abschnitts auf der zweiten Isolierschicht 1/3 oder weniger der Dicke der Elektrode ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Elektrode hauptsächlich ein Metall enthält, das schwerer ist als Al.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 9, bei dem die Elektrode hauptsächlich ein Metall enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Au, Pt, Cu, Ta, W, Ag, Ni, Mo, NiCr, Cr und Ti.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 10, bei dem die Elektrode aus Au oder Pt hergestellt ist und die Dicke derselben im Bereich von 0,0017 λ bis 0,06 λ liegt, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 10, bei dem die Elektrode hauptsächlich ein Metall enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Au, Ag, Ni, Mo, Zn, Cu, Pt, Ta, W, Cr und Ti, wobei die Dicke der Elektrode in dem Bereich ist, der in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt ist, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist. [Tabelle 1]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Dicke der zweiten Isolierschicht in dem Bereich von 0,15 λ bis 0,4 λ ist, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwellen λ ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 13, bei dem die Dicke der zweiten Isolierschicht im Bereich von 0,2 λ bis 0,3 λ ist, wenn die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle λ ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in jeglichem der Bereiche sind, die in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt sind. [Tabelle 2]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 15, bei dem Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in jeglichem der Bereiche sind, die in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt sind. [Tabelle 3]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 16, bei dem Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in jeglichem der Bereiche sind, die in der nachfolgenden Tabelle 4 gezeigt sind. [Tabelle 4]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in jeglichem der Bereiche sind, die in der nachfolgenden Tabelle 5 gezeigt sind. [Tabelle 5]
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 18, bei dem Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats, das aus LiNbO₃ hergestellt ist, in jeglichem der Bereiche sind, die in der nachfolgenden Tabelle 6 gezeigt sind. [Tabelle 6]