JP2001196892A - 表面弾性波素子 - Google Patents
表面弾性波素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＫＮｂＯ3結晶基板はｋ2に優れるが、音速は
同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ3やＣａ
ＴｉＯ3に比べて遅く、温度特性はＳｉＯ2に比べて劣っ
ており、それらを両立させることは不可能であった。ま
たモノリシック化において重要であるＳｉ基板上で、Ｙ
−ＸＫＮｂＯ3結晶基板に相当する擬立方晶（１００）
方向にエピタキシャルさせることは不可能であった。 【解決手段】 （１００）Ｓｉ基板１上に（１００）配
向したＮａＣｌ型酸化物ＭＯバッファ層２を介して擬立
方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜３をエピタキシャル成長
させることにより、高ｋ2化、高音速化、零温度特性を
具有する表面弾性波素子を実現する。
同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ3やＣａ
ＴｉＯ3に比べて遅く、温度特性はＳｉＯ2に比べて劣っ
ており、それらを両立させることは不可能であった。ま
たモノリシック化において重要であるＳｉ基板上で、Ｙ
−ＸＫＮｂＯ3結晶基板に相当する擬立方晶（１００）
方向にエピタキシャルさせることは不可能であった。 【解決手段】 （１００）Ｓｉ基板１上に（１００）配
向したＮａＣｌ型酸化物ＭＯバッファ層２を介して擬立
方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜３をエピタキシャル成長
させることにより、高ｋ2化、高音速化、零温度特性を
具有する表面弾性波素子を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報通信分野に用
いられる表面弾性波素子に関し、特に圧電薄膜を用いた
表面弾性波素子に関するものである。
いられる表面弾性波素子に関し、特に圧電薄膜を用いた
表面弾性波素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話などの移動体通信を中心とした
通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が
急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向とし
ては、小型化、高効率化、高周波化の方向にあり、その
ためには、より大きな電気機械結合係数（以下ｋ2）、
より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、
が必要となる。例えば高周波フィルタとして用いる場合
には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために
は高ｋ2が望まれる。共振周波数を高周波化するために
は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉ
ｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下ＩＤＴ）のピッチ
のデザインルールの限界からしても、より音速の速い材
料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安
定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が
小さいことが必要となる。
通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が
急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向とし
ては、小型化、高効率化、高周波化の方向にあり、その
ためには、より大きな電気機械結合係数（以下ｋ2）、
より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、
が必要となる。例えば高周波フィルタとして用いる場合
には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために
は高ｋ2が望まれる。共振周波数を高周波化するために
は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉ
ｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下ＩＤＴ）のピッチ
のデザインルールの限界からしても、より音速の速い材
料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安
定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が
小さいことが必要となる。
【０００３】表面弾性波素子は、従来、主として圧電体
の単結晶上にＩＤＴを形成した構造が用いられてきた。
圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リ
チウム（以下ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（以
下ＬｉＴａＯ3）などである。例えば、広帯域化や通過
帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、
ｋ2の大きいＬｉＮｂＯ3が用いられる。一方、狭帯域で
も安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣ
Ｆの小さい水晶が用いられる。さらに、ｋ2およびＴＣ
ＦがそれぞれＬｉＮｂＯ3と水晶の間にあるＬｉＴａＯ3
はその中間的な役割を果たしている。ただし、ｋ2の最
も大きいＬｉＴａＯ3でも、ｋ2〜０．２程度であった。
の単結晶上にＩＤＴを形成した構造が用いられてきた。
圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リ
チウム（以下ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（以
下ＬｉＴａＯ3）などである。例えば、広帯域化や通過
帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、
ｋ2の大きいＬｉＮｂＯ3が用いられる。一方、狭帯域で
も安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣ
Ｆの小さい水晶が用いられる。さらに、ｋ2およびＴＣ
ＦがそれぞれＬｉＮｂＯ3と水晶の間にあるＬｉＴａＯ3
はその中間的な役割を果たしている。ただし、ｋ2の最
も大きいＬｉＴａＯ3でも、ｋ2〜０．２程度であった。
【０００４】最近ＫＮｂＯ3（ａ＝０．５６９５ｎｍ、
ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ）単結晶
において、大きなｋ2の値を示すカット角が見出され
た。Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３３（１９９
７）ｐｐ．１９３−１９４に記載されているように、０
°ＹカットＸ伝播（以下０°Ｙ−Ｘ）ＫＮｂＯ3単結晶
板が、ｋ2＝０．５３と非常に大きな値を示すことが計
算によって予測された。さらに、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．２９２
９−２９３２に記載されているように、０°Ｙ−ＸＫＮ
ｂＯ3単結晶板がｋ2〜０．５の大きな値を示すことが実
験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫ
ＮｂＯ3単結晶基板を用いたフィルタの発振周波数が、
室温付近で零温度特性を示すことが報告されている。こ
れらの０°Ｙ−Ｘを含めた回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3単結晶
板は、特開平１０−６５４８８で出願されている。
ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ）単結晶
において、大きなｋ2の値を示すカット角が見出され
た。Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３３（１９９
７）ｐｐ．１９３−１９４に記載されているように、０
°ＹカットＸ伝播（以下０°Ｙ−Ｘ）ＫＮｂＯ3単結晶
板が、ｋ2＝０．５３と非常に大きな値を示すことが計
算によって予測された。さらに、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．２９２
９−２９３２に記載されているように、０°Ｙ−ＸＫＮ
ｂＯ3単結晶板がｋ2〜０．５の大きな値を示すことが実
験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫ
ＮｂＯ3単結晶基板を用いたフィルタの発振周波数が、
室温付近で零温度特性を示すことが報告されている。こ
れらの０°Ｙ−Ｘを含めた回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3単結晶
板は、特開平１０−６５４８８で出願されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのＫＮ
ｂＯ3圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子には、以
下の問題点がある。
ｂＯ3圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子には、以
下の問題点がある。
【０００６】圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子で
は、ｋ2、温度係数、音速などの特性は材料固有の値で
あり、カット角および伝播方向で決定される。０°Ｙ−
ＸＫＮｂＯ3単結晶基板はｋ2に優れるが、４５°から７
５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3単結晶基板のような零
温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度
は同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ3やＣ
ａＴｉＯ3に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ3単結晶
基板を用いるだけでは、高音速、高ｋ2、零温度特性を
全て満足させることはできない。
は、ｋ2、温度係数、音速などの特性は材料固有の値で
あり、カット角および伝播方向で決定される。０°Ｙ−
ＸＫＮｂＯ3単結晶基板はｋ2に優れるが、４５°から７
５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3単結晶基板のような零
温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度
は同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ3やＣ
ａＴｉＯ3に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ3単結晶
基板を用いるだけでは、高音速、高ｋ2、零温度特性を
全て満足させることはできない。
【０００７】そこで、何らかの基板上に圧電体薄膜を堆
積し、その膜厚を制御して、音速やｋ2、温度特性を向
上させることが期待される。Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．２３３７−２
３４０に記載されているようなサファイア基板上に酸化
亜鉛（以下ＺｎＯ）薄膜を形成したもの、あるいはＪｐ
ｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９
３）ｐｐ．Ｌ７４５−Ｌ７４７に記載されているような
サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成したものな
どが挙げられる。従って、ＫＮｂＯ3についても、基板
上に薄膜化して、諸特性を全て向上させることが期待さ
れる。その場合、シリコン（以下Ｓｉ）基板上に積層す
る構造が実現できれば、製造コストの低減および他の電
子デバイスとのモノリシック化による小型化の実現など
の意味において、大変有用である。
積し、その膜厚を制御して、音速やｋ2、温度特性を向
上させることが期待される。Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．２３３７−２
３４０に記載されているようなサファイア基板上に酸化
亜鉛（以下ＺｎＯ）薄膜を形成したもの、あるいはＪｐ
ｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９
３）ｐｐ．Ｌ７４５−Ｌ７４７に記載されているような
サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成したものな
どが挙げられる。従って、ＫＮｂＯ3についても、基板
上に薄膜化して、諸特性を全て向上させることが期待さ
れる。その場合、シリコン（以下Ｓｉ）基板上に積層す
る構造が実現できれば、製造コストの低減および他の電
子デバイスとのモノリシック化による小型化の実現など
の意味において、大変有用である。
【０００８】さらに圧電薄膜としては、そのｋ2、温度
特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ま
しく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくする
ためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが
望ましい。ここでｋ2〜０．５％のＹ−ＸＫＮｂＯ3は、
擬立方晶（１００）に相当し、ｋ2〜０．１％の９０°
Ｙ−ＸＫＮｂＯ3は、擬立方晶（１１０）に相当する。
しかしながら、汎用的な基板である（１００）Ｓｉ基板
上にＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させることは従来
不可能であった。
特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ま
しく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくする
ためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが
望ましい。ここでｋ2〜０．５％のＹ−ＸＫＮｂＯ3は、
擬立方晶（１００）に相当し、ｋ2〜０．１％の９０°
Ｙ−ＸＫＮｂＯ3は、擬立方晶（１１０）に相当する。
しかしながら、汎用的な基板である（１００）Ｓｉ基板
上にＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させることは従来
不可能であった。
【０００９】そこで本発明は、Ｓｉ基板上に擬立方晶
（１００）ＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させ、高周
波化に対応できｋ2が高く温度特性も良い薄膜を用いた
表面弾性波素子を提供することを目的としている。
（１００）ＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させ、高周
波化に対応できｋ2が高く温度特性も良い薄膜を用いた
表面弾性波素子を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の表面弾性
波素子は、（１００）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に
（１００）配向したＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をバッファ層とする擬立方晶（１０
０）配向のペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3、および
前記圧電薄膜ＡＢＯ3の直上もしくは直下にＩＤＴを形
成することを特徴とする。
波素子は、（１００）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に
（１００）配向したＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をバッファ層とする擬立方晶（１０
０）配向のペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3、および
前記圧電薄膜ＡＢＯ3の直上もしくは直下にＩＤＴを形
成することを特徴とする。
【００１１】上記構成によれば、（１００）Ｓｉ基板上
にペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ 3の平坦で緻密なエ
ピタキシャル膜が得られるので、リーキー波伝播に伴う
損失を低減させるという効果を有する。
にペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ 3の平坦で緻密なエ
ピタキシャル膜が得られるので、リーキー波伝播に伴う
損失を低減させるという効果を有する。
【００１２】請求項２記載の表面弾性波素子は、請求項
１記載の表面弾性波素子のペロブスカイト型圧電薄膜Ａ
ＢＯ3において、Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ＜１）を含むことを特徴とする。
１記載の表面弾性波素子のペロブスカイト型圧電薄膜Ａ
ＢＯ3において、Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ＜１）を含むことを特徴とする。
【００１３】上記構成によれば、ｋ2が０．５まで向上
するという効果を有する。
するという効果を有する。
【００１４】請求項３記載の表面弾性波素子は、請求項
１記載の表面弾性波素子において、バッファ層ＭＯとペ
ロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3の間に（１００）配向
したペロブスカイト型バッファ層ＭＴｉＯ3（Ｍ＝Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ）を有することを特徴とする。
１記載の表面弾性波素子において、バッファ層ＭＯとペ
ロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3の間に（１００）配向
したペロブスカイト型バッファ層ＭＴｉＯ3（Ｍ＝Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ）を有することを特徴とする。
【００１５】上記構成によれば、ペロブスカイト型圧電
薄膜ＡＢＯ3だけの場合に比べて表面波の音速が増大す
るという効果を有する。
薄膜ＡＢＯ3だけの場合に比べて表面波の音速が増大す
るという効果を有する。
【００１６】請求項４記載の表面弾性波素子は、請求項
１記載の表面弾性波素子において、ペロブスカイト型圧
電薄膜ＡＢＯ3の上に、二酸化珪素（以下ＳｉＯ2）層を
有することを特徴とする。
１記載の表面弾性波素子において、ペロブスカイト型圧
電薄膜ＡＢＯ3の上に、二酸化珪素（以下ＳｉＯ2）層を
有することを特徴とする。
【００１７】上記構成によれば、ＳｉＯ2の影響によ
り、素子の温度特性が安定化するという効果を有する。
り、素子の温度特性が安定化するという効果を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１９】（実施例１）図１は本発明の表面弾性波素
子の第１の実施例を示す図である。
子の第１の実施例を示す図である。
【００２０】ＳｒＯターゲットを用いたレーザアブレー
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１上にＮａＣｌ構造のＳｒ
Ｏバッファ層２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板温
度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１上にＮａＣｌ構造のＳｒ
Ｏバッファ層２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板温
度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００２１】次に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレー
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｒＯバッファ層２上にペロブ
スカイト型ＫＮｂＯ3圧電層３を４μｍ堆積した。ただ
し、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｒＯバッファ層２上にペロブ
スカイト型ＫＮｂＯ3圧電層３を４μｍ堆積した。ただ
し、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００２２】さらに、金属アルミニウムを蒸着後、レジ
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層３上にＩＤＴ電極４、５を形成した。
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層３上にＩＤＴ電極４、５を形成した。
【００２３】得られた表面弾性波素子は、擬立方晶指数
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１
０］ＫＮｂＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓ
ｉのエピタキシャル膜であった。
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１
０］ＫＮｂＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓ
ｉのエピタキシャル膜であった。
【００２４】得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ
電極４、５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求
めた音速は４０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極４、５
の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ
shortとの差から求めたｋ2は０．５であった。一方、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）をバッファ層に用
いて、（１００）Ｓｉ基板上に擬立方晶（１１０）配向
させたＫＮｂＯ3からなる表面弾性波素子では、音速４
０００ｍ／ｓは同じであるが、ｋ2は０．１と小さくな
り、擬立方晶（１００）配向によってｋ2が改善するこ
とが明らかとなった。
電極４、５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求
めた音速は４０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極４、５
の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ
shortとの差から求めたｋ2は０．５であった。一方、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）をバッファ層に用
いて、（１００）Ｓｉ基板上に擬立方晶（１１０）配向
させたＫＮｂＯ3からなる表面弾性波素子では、音速４
０００ｍ／ｓは同じであるが、ｋ2は０．１と小さくな
り、擬立方晶（１００）配向によってｋ2が改善するこ
とが明らかとなった。
【００２５】また、ＳｒＯの代わりにＭｇＯ、ＣａＯ、
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。さらに、ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ
1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）
を圧電薄膜に用いた場合も同様の効果が得られた。な
お、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の下に形成した場合も同様な
効果が得られた。
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。さらに、ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ
1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）
を圧電薄膜に用いた場合も同様の効果が得られた。な
お、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の下に形成した場合も同様な
効果が得られた。
【００２６】上述のように、ＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層を用いてＳｉ基
板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａy
Ｏ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜を堆積するこ
とにより、ｋ2を向上させることが可能となる。
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層を用いてＳｉ基
板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａy
Ｏ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜を堆積するこ
とにより、ｋ2を向上させることが可能となる。
【００２７】（実施例２）図２は本発明の表面弾性波素
子の第２の実施例を示す図である。
子の第２の実施例を示す図である。
【００２８】ＣａＯターゲットを用いたレーザアブレー
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１１上にＮａＣｌ構造のＣ
ａＯバッファ層１２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板
温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１１上にＮａＣｌ構造のＣ
ａＯバッファ層１２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板
温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００２９】次に、ＣａＴｉＯ3ターゲットを用いたレ
ーザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分
圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ＣａＯバッファ層１２上にペ
ロブスカイト型ＣａＴｉＯ3バッファ層１３を２μｍ堆
積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るも
のではない。
ーザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分
圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ＣａＯバッファ層１２上にペ
ロブスカイト型ＣａＴｉＯ3バッファ層１３を２μｍ堆
積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るも
のではない。
【００３０】次に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレー
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＣａＴｉＯ3バッファ層１３上
にペロブスカイト型ＫＮｂＯ3圧電層１４を２μｍ堆積
した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るもの
ではない。
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＣａＴｉＯ3バッファ層１３上
にペロブスカイト型ＫＮｂＯ3圧電層１４を２μｍ堆積
した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るもの
ではない。
【００３１】さらに、金属アルミニウムを蒸着後、レジ
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層１４上にＩＤＴ電極１５、１６を形成した。
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層１４上にＩＤＴ電極１５、１６を形成した。
【００３２】得られた表面弾性波素子は、擬立方晶指数
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＣａＴｉＯ3／（１００）ＳｒＯ／（１０
０）Ｓｉ、面内で［１１０］ＫＮｂＯ3／／［１１０］
ＣａＴｉＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓｉ
のエピタキシャル膜であった。
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＣａＴｉＯ3／（１００）ＳｒＯ／（１０
０）Ｓｉ、面内で［１１０］ＫＮｂＯ3／／［１１０］
ＣａＴｉＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓｉ
のエピタキシャル膜であった。
【００３３】得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ
電極１５、１６の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenか
ら求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極１
５、１６の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅
延時間Ｖshortとの差から求めたｋ2は０．４５であっ
た。これは、実施例１で実施した表面弾性波素子に比
べ、ｋ2はそれほど低下しないものの、音速は４０００
ｍ／ｓから５０００ｍ／ｓへと大きな向上が見られた。
電極１５、１６の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenか
ら求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極１
５、１６の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅
延時間Ｖshortとの差から求めたｋ2は０．４５であっ
た。これは、実施例１で実施した表面弾性波素子に比
べ、ｋ2はそれほど低下しないものの、音速は４０００
ｍ／ｓから５０００ｍ／ｓへと大きな向上が見られた。
【００３４】また、ＣａＯの代わりにＭｇＯ、ＳｒＯ、
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。そして、ＣａＴｉＯ3の代わりにＳｒＴ
ｉＯ3、ＢａＴｉＯ3のいずれかをペロブスカイト型バッ
ファ層に用いた場合も同様の効果が得られた。さらに、
ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3
（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を圧電薄膜に用いた場合も
同様の効果が得られた。なお、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の
下に形成した場合も同様な効果が得られた。
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。そして、ＣａＴｉＯ3の代わりにＳｒＴ
ｉＯ3、ＢａＴｉＯ3のいずれかをペロブスカイト型バッ
ファ層に用いた場合も同様の効果が得られた。さらに、
ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3
（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を圧電薄膜に用いた場合も
同様の効果が得られた。なお、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の
下に形成した場合も同様な効果が得られた。
【００３５】上述のように、ＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層とペロブスカイ
ト型バッファ層ＭＴｉＯ3（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を
用いてＳｉ基板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａx
Ｎｂ1-yＴａyＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜
を堆積することにより、音速を向上させることが可能と
なる。
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層とペロブスカイ
ト型バッファ層ＭＴｉＯ3（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を
用いてＳｉ基板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａx
Ｎｂ1-yＴａyＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜
を堆積することにより、音速を向上させることが可能と
なる。
【００３６】（実施例３）図３は本発明の表面弾性波素
子の第３の実施例を示す図である。
子の第３の実施例を示す図である。
【００３７】ＳｒＯターゲットを用いたレーザアブレー
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板２１上にＮａＣｌ構造のＳ
ｒＯバッファ層２２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板
温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ションにより、基板温度７００℃、酸素分圧１×１０-6
Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板２１上にＮａＣｌ構造のＳ
ｒＯバッファ層２２を２０ｎｍ堆積した。ただし、基板
温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００３８】次に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレー
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｒＯバッファ層２２上にペロ
ブスカイト型ＫＮｂＯ3圧電層２３を２μｍ堆積した。
ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではな
い。
ザアブレーションにより、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｒＯバッファ層２２上にペロ
ブスカイト型ＫＮｂＯ3圧電層２３を２μｍ堆積した。
ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではな
い。
【００３９】さらに、金属アルミニウムを蒸着後、レジ
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層２３上にＩＤＴ電極２４、２５を形成した。
スト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によ
るパターニングの連続プロセスを行い、ＫＮｂＯ3圧電
層２３上にＩＤＴ電極２４、２５を形成した。
【００４０】最後に、ＳｉＯ2ターゲットを用いたレー
ザアブレーションにより、基板温度２５℃、酸素分圧３
ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｉＯ2層２６を２μｍ堆積し
た。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るもので
はない。またＳｉＯ2層はＬｉ2Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3を
含んでもよい。
ザアブレーションにより、基板温度２５℃、酸素分圧３
ｍＴｏｒｒの条件で、ＳｉＯ2層２６を２μｍ堆積し
た。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに限るもので
はない。またＳｉＯ2層はＬｉ2Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3を
含んでもよい。
【００４１】得られた表面弾性波素子は、擬立方晶指数
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１
０］ＫＮｂＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓ
ｉのエピタキシャル膜であった。またＳｉＯ2層はアモ
ルファスであった。得られた表面弾性波素子について、
ＩＤＴ電極２４、２５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖ
openから求めた音速は４０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ
電極２４、２５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性
波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．４
５となった。一方、室温でＴＣＦ〜０ｐｐｍ／℃であっ
た。これはＫＮｂＯ3層の負のＴＣＦ値とＳｉＯ2層の正
のＴＣＦ値が相殺するためである。従って、ｋ2の高い
０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ3基板に相当する配向方向でありな
がら、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3基
板に相当するようなＴＣＦ〜０ｐｐｍ／℃を実現でき
た。
表示した場合、膜面に垂直方向に（１００）ＫＮｂＯ3
／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１
０］ＫＮｂＯ3／／［１００］ＳｒＯ／／［１００］Ｓ
ｉのエピタキシャル膜であった。またＳｉＯ2層はアモ
ルファスであった。得られた表面弾性波素子について、
ＩＤＴ電極２４、２５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖ
openから求めた音速は４０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ
電極２４、２５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性
波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．４
５となった。一方、室温でＴＣＦ〜０ｐｐｍ／℃であっ
た。これはＫＮｂＯ3層の負のＴＣＦ値とＳｉＯ2層の正
のＴＣＦ値が相殺するためである。従って、ｋ2の高い
０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ3基板に相当する配向方向でありな
がら、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ3基
板に相当するようなＴＣＦ〜０ｐｐｍ／℃を実現でき
た。
【００４２】また、ＳｒＯの代わりにＭｇＯ、ＣａＯ、
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。そして、ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ
1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）
を圧電薄膜に用いた場合も同様の効果が得られた。さら
に、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の下に形成した場合も同様な
効果が得られた。なお、ＣａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａＴｉＯ3のいずれかからなるペロブスカイト型バッフ
ァ層を挿入することにより、音速の向上も見られた。
ＢａＯのいずれかをバッファ層に用いた場合も同様の効
果が得られた。そして、ＫＮｂＯ3の代わりに固溶体Ｋ
1-xＮａxＮｂ1-yＴａyＯ3（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）
を圧電薄膜に用いた場合も同様の効果が得られた。さら
に、ＩＤＴ電極を圧電薄膜の下に形成した場合も同様な
効果が得られた。なお、ＣａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａＴｉＯ3のいずれかからなるペロブスカイト型バッフ
ァ層を挿入することにより、音速の向上も見られた。
【００４３】上述のように、ＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層を用いてＳｉ基
板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａy
Ｏ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜を堆積し、さ
らにＳｉＯ2層を堆積することにより、温度特性を向上
させることが可能となる。
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）バッファ層を用いてＳｉ基
板上に擬立方晶（１００）配向Ｋ1-xＮａxＮｂ1-yＴａy
Ｏ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）圧電薄膜を堆積し、さ
らにＳｉＯ2層を堆積することにより、温度特性を向上
させることが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の表面弾性波
素子によれば、Ｓｉ基板上にＮａＣｌ型酸化物ＭＯバッ
ファ層による擬立方晶（１００）配向ＡＢＯ3エピタキ
シャル圧電薄膜、高音速のペロブスカイト型酸化物薄
膜、零温度特性を示すＳｉＯ2薄膜を積層することによ
り、高ｋ2化、高音速化、零温度特性を両立させること
ができ、高特性の高周波フィルタ、発振器などの通信デ
バイスを実現することができる。
素子によれば、Ｓｉ基板上にＮａＣｌ型酸化物ＭＯバッ
ファ層による擬立方晶（１００）配向ＡＢＯ3エピタキ
シャル圧電薄膜、高音速のペロブスカイト型酸化物薄
膜、零温度特性を示すＳｉＯ2薄膜を積層することによ
り、高ｋ2化、高音速化、零温度特性を両立させること
ができ、高特性の高周波フィルタ、発振器などの通信デ
バイスを実現することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すＳｉ基板上に（１０
０）配向ＳｒＯバッファ層および擬立方晶（１００）配
向ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜を含んだ表面弾性波素
子の断面図である。
０）配向ＳｒＯバッファ層および擬立方晶（１００）配
向ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜を含んだ表面弾性波素
子の断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示すＳｉ基板上に（１０
０）配向ＣａＯバッファ層と（１００）配向ＣａＴｉＯ
3ペロブスカイト型バッファ層および擬立方晶（１０
０）配向ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜を含んだ表面弾
性波素子の断面図である。
０）配向ＣａＯバッファ層と（１００）配向ＣａＴｉＯ
3ペロブスカイト型バッファ層および擬立方晶（１０
０）配向ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜を含んだ表面弾
性波素子の断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示すＳｉ基板上に（１０
０）配向ＳｒＯバッファ層と擬立方晶（１００）配向Ｋ
ＮｂＯ3エピタキシャル薄膜およびＳｉＯ2層を含んだ表
面弾性波素子の断面図である。
０）配向ＳｒＯバッファ層と擬立方晶（１００）配向Ｋ
ＮｂＯ3エピタキシャル薄膜およびＳｉＯ2層を含んだ表
面弾性波素子の断面図である。
１．（１００）Ｓｉ基板 ２．（１００）ＳｒＯバッファ層 ３．（１００）ＫＮｂＯ3圧電層 ４．ＩＤＴ電極 ５．ＩＤＴ電極 １１．（１００）Ｓｉ基板 １２．（１００）ＣａＯバッファ層 １３．（１００）ＣａＴｉＯ3バッファ層 １４．（１００）ＫＮｂＯ3圧電層 １５．ＩＤＴ電極 １６．ＩＤＴ電極 ２１．（１００）Ｓｉ基板 ２２．（１００）ＳｒＯバッファ層 ２３．（１００）ＫＮｂＯ3圧電層 ２４．ＩＤＴ電極 ２５．ＩＤＴ電極 ２６．ＳｉＯ2層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮澤 弘 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 5J097 AA06 AA22 FF02 FF05 HA02 HA03 KK09
Claims (4)
- 【請求項１】（１００）シリコン基板と、前記シリコン
基板上に（１００）配向したＮａＣｌ型酸化物ＭＯ（Ｍ
＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をバッファ層とする擬立方
晶（１００）配向のペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢ
Ｏ3、および前記圧電薄膜ＡＢＯ3の直上もしくは直下に
インターディジタル型電極を形成することを特徴とする
表面弾性波素子。 - 【請求項２】ペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3は、Ｋ
1-xＮａxＮｂ1-yＴａ yＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）
を含むことを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素
子。 - 【請求項３】バッファ層ＭＯとペロブスカイト型圧電薄
膜ＡＢＯ3の間に（１００）配向したペロブスカイト型
バッファ層ＭＴｉＯ3（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を有す
ることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。 - 【請求項４】ペロブスカイト型圧電薄膜ＡＢＯ3の上
に、二酸化珪素層を有することを特徴とする請求項１記
載の表面弾性波素子。
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003017373A2 (en) * | 2001-08-13 | 2003-02-27 | Motorola, Inc. A Corporation Of The State Of Delaware | Piezoelectric coupled component integrated devices |
| US6720846B2 (en) | 2001-03-21 | 2004-04-13 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device with KNb03 piezoelectric thin film, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
| US7005947B2 (en) | 2003-03-26 | 2006-02-28 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic instrument |
| US7163874B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-01-16 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric thin film manufacturing method, ferroelectric element manufacturing method, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
| US7223305B2 (en) | 2003-01-22 | 2007-05-29 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing potassium niobate single crystal thin film, surface acoustic wave element, frequency filter, frequency oscillator, electric circuit, and electronic apparatus |
| US7258742B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-08-21 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing potassium niobate single crystal thin film, surface acoustic wave element, frequency filter, frequency oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
| US7310874B2 (en) | 2004-03-17 | 2007-12-25 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing a potassium niobate deposited body |
| US7518293B2 (en) | 2006-06-05 | 2009-04-14 | Hitachi Cable, Ltd. | Piezoelectric thin-film element |
| JP2009084151A (ja) * | 2008-12-15 | 2009-04-23 | Seiko Epson Corp | ニオブ酸カリウム薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子機器、及びＫｘＮａ１−ｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３薄膜の製造方法 |
| US7596840B2 (en) | 2004-08-23 | 2009-10-06 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing piezoelectric thin film resonator |
| JP2010045752A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Tatung Univ | 高周波表面音響波デバイスおよびその基板 |
| CN103606623A (zh) * | 2013-10-26 | 2014-02-26 | 溧阳市东大技术转移中心有限公司 | 包括SrO应力缓冲体的压电元件的制造方法 |
-
2000
- 2000-01-11 JP JP2000002565A patent/JP3777931B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2003017373A3 (en) * | 2001-08-13 | 2003-11-20 | Motorola Inc | Piezoelectric coupled component integrated devices |
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| US7163874B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-01-16 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric thin film manufacturing method, ferroelectric element manufacturing method, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
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| US7596840B2 (en) | 2004-08-23 | 2009-10-06 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing piezoelectric thin film resonator |
| US7518293B2 (en) | 2006-06-05 | 2009-04-14 | Hitachi Cable, Ltd. | Piezoelectric thin-film element |
| JP2010045752A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Tatung Univ | 高周波表面音響波デバイスおよびその基板 |
| JP2009084151A (ja) * | 2008-12-15 | 2009-04-23 | Seiko Epson Corp | ニオブ酸カリウム薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子機器、及びＫｘＮａ１−ｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３薄膜の製造方法 |
| CN103606623A (zh) * | 2013-10-26 | 2014-02-26 | 溧阳市东大技术转移中心有限公司 | 包括SrO应力缓冲体的压电元件的制造方法 |
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