JP2001285021A

JP2001285021A - 弾性表面波装置

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Publication number: JP2001285021A
Application number: JP2000097678A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Abe; 秀典阿部; Hisatoshi Saito; 久俊斉藤; Takao Noguchi; 隆男野口
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板を使用した他の素子とのモノリシ
ック化が可能であって、かつ、優れた特性を有する弾性
表面波装置を提供する。また、端面反射型弾性表面波装
置において、特性改善、特に高周波における特性改善を
図る。【解決手段】半導体基板上に、ＰＺＴ結晶からなるＰ
ＺＴ膜を有し、このＰＺＴ膜上またはこのＰＺＴ膜と前
記半導体基板との間に、櫛形電極またはこれと反射器と
を有し、前記ＰＺＴ膜において、ＰＺＴ結晶のｃ軸が膜
面とほぼ平行に配向している弾性表面波装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機、テ
レビ、ＶＣＲ等における発振素子やフィルタに使用され
る半導体基板を用いる弾性表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】端面反射型の弾性表面波（以下、ＳＡＷ
と記す）装置は、多数の金属ストリップからなる反射器
を必要としないため、小型化が可能である。端面反射型
ＳＡＷ装置としては、圧電材料のセラミックスや単結晶
からなる圧電基板を用い、ＢＧＳ波やＳＨ波タイプのＳ
ＡＷを利用する共振子やフィルタが知られている。圧電
セラミックスとして電気機械結合係数ｋ²が２２％であ
るジルコン酸チタン酸鉛（以下、ＰＺＴと記す）を用い
た端面反射型ＳＡＷ装置は、テレビやＶＣＲのＶＩＦ回
路における補助トラップ、ＤＶＣにおけるジッタ補正の
ためのＶＣＯ用共振子、ＳＳ方式のコードレス電話の第
１ＩＦフィルタ、ＤＡＢのクロック用フィルタ、テレビ
やＶＣＲのＳＩＦ用フィルタ等に使用されている。ま
た、単結晶を用いた端面反射型ＳＡＷ装置は、Ｎ−ＣＤ
ＭＡのＩＦフィルタ等に使用されている。

【０００３】ＳＡＷ共振子は、小型であり、無調整で使
用でき、また、高Ｑで、共振損失が小さいなどの特徴が
ある。したがって、ＳＡＷ共振子を発振器モジュール等
のＶＣＯ用発振子として使用すれば、小型化および無調
整化が可能であり、また、位相雑音を低くできる。しか
し、ＳＡＷ共振子を用いた場合、周波数可変幅が、使用
する圧電基板の電気機械結合係数ｋ²に制約される。そ
の理由を以下に説明する。ＳＡＷ共振子は、共振周波数
と反共振周波数との間で、そのインピーダンスが誘導性
になる。この誘導領域の周波数範囲は、周波数可変幅の
とりうる最大値であるが、実際には、印加可能な制御電
圧に制限があり、また、ＳＡＷ共振子が適切なインピー
ダンスをもつ必要があるため、経験的に誘導領域の０．
０７倍が周波数可変幅となることが知られている。一
方、圧電基板の電気機械結合係数ｋ ²は、規格化した誘
導領域の周波数範囲の２倍で与えられる。したがって、
圧電基板に必要とされる電気機械結合係数ｋ²は、ＶＣ
Ｏ回路で必要とされる規格化周波数可変幅の約３０倍と
いうことになる。

【０００４】また、ＳＡＷ共振子フィルタの比帯域幅
は、電気機械結合係数ｋ²の約１／２となるので、広帯
域フィルタを得るためにも、大きな電気機械結合係数を
もつ圧電基板が要求される。

【０００５】単結晶の圧電基板は、実用的に使用するた
めには、すなわち量産性を考慮すると、少なくとも３イ
ンチの直径を持つことが要求される。ＳＨ波タイプの伝
搬モードを利用する単結晶基板であって、実用的に使用
されているもののうち、最大の電気機械結合係数をもつ
圧電基板は、４１°カットＹ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ₃基板
である。この基板の電気機械結合係数ｋ²は１７．２％
なので、期待される規格化周波数可変幅は約０．６％で
ある。

【０００６】ところで、最近、ＧＳＭ等の携帯電話をは
じめとする移動体通信システムが大きな市場を形成して
いる。さらなる利便性を追求して、ＧＳＭやＩＭＴ２０
００システム等の携帯電話機は小型化が進んでおり、将
来的に腕時計型電話なども検討されている。このように
小型化する場合、ＩＣやＬＳＩなどの半導体回路、ある
いは受動部品等をそれぞれ小型化するだけでは限界があ
るため、モノリシック化が以前から研究されている。例
えば、１９８８年に発行されたProceedings 1987 IEEE
Ultrasonics Symposiumの第６４１ページには、Ｓｉ基
板上にｃ軸配向ＺｎＯ薄膜を形成したMonolithic SAW d
ual delay-line oscillatorが記載されている。

【０００７】しかし、ｃ軸配向のＺｎＯは、電気機械結
合係数ｋ²が１％程度であるため、携帯電話等のように
広帯域が必要とされる用途には使用できない。また、大
容量動画伝送が可能な伝送速度２Mbps以上のシステムで
は、帯域幅２０MHz以上の周波数ホッピングＴＤＭＡ方
式が有力視されている。この場合、高速シンセサイザが
必要であり、中心周波数２GHz帯で動作し、周波数可変
幅が２０MHz（規格化周波数可変幅１％）以上のＶＣＯ
回路が必要である。このＶＣＯ回路に使用する発振子を
ＳＡＷ装置を用いて作製するには、電気機械結合係数が
３０％以上である圧電基板が必要である。

【０００８】圧電セラミックスであるＰＺＴ（ジルコン
酸チタン酸鉛）は、大きな電気機械結合係数を持つこと
から、幅広く利用されている。例えば、１９９７年７月
に発行された信学技報（Technical Report of IEICE）
のUS97-31の３９ページから４４ページには、ＰＺＴ膜
を有するＳＡＷフィルタが記載されている。このＳＡＷ
フィルタは、Ｓｉ基板上にバッファ層としてチタン酸バ
リウムストロンチウムを形成し、その上に厚さ０．６４
μmのＰｂ（Ｚｒ_0.52Ｔｉ_0.48）Ｏ₃膜をゾル−ゲル法に
より形成し、その上に、周期８μmの櫛形電極を形成し
たものである。この文献では、このＳＡＷについて挿入
損失の周波数応答を測定しており、その結果、中心周波
数約４００MHz付近に挿入損失約４０dBのピークが観測
されている。なお、このＳＡＷフィルタにおけるＰＺＴ
膜の規格化厚さ２πｈ／λは、０．５である。ここで、
ｈはＰＺＴ膜の実際の膜厚であり、λは弾性表面波の波
長である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】圧電セラミックスは多
結晶体であるため、結晶粒界の存在によって損失が生
じ、特に、１００MHzを超える高い周波数では伝搬損失
が大きくなる。

【００１０】また、Ｓｉ基板上にＰｂ（Ｚｒ_0.52Ｔｉ
_0.48）Ｏ₃膜を有する前記ＳＡＷフィルタは、圧電セラ
ミックスからの類推により、大きな電気機械結合係数を
もつ可能性がある。しかし、このものは挿入損失が４０
dBと非常に大きいので、実用的には使用できない。その
原因は、前記文献には膜質の劣化であると記載されてい
る。本発明の発明者らの検討では、ゾル−ゲル法により
形成されているためにＰＺＴ膜が多結晶膜となり、その
結果、４００MHzという高い周波数では結晶粒界による
伝搬損失が著しく大きくなったためと考えられる。ま
た、実用に供するには、弾性表面波の伝搬方向やＰＺＴ
膜の膜厚を最適化する必要があるが、これらについては
前記文献では検討されていない。

【００１１】また、端面反射型ＳＡＷ装置では、基板の
端面が反射特性を左右するため、端面が位置精度よく形
成されている必要があり、また、端面が平滑である必要
がある。しかし、多結晶または単結晶からなる圧電基板
では、ダイシングにより端面を形成しているため、端面
を位置精度よく形成することが難しく、また、端面にチ
ッピングが生じるという問題がある。したがって、高周
波での使用を可能とするためには、これらの問題を解決
する必要がある。なお、１００MHzを超える周波数で使
用される端面反射型ＳＡＷ装置では、多結晶基板を用い
たものは実用化されていない。

【００１２】本発明の目的は、半導体基板を使用した他
の素子とのモノリシック化が可能であって、かつ、優れ
た特性を有する弾性表面波装置を提供することである。
本発明の他の目的は、端面反射型弾性表面波装置におい
て、特性改善、特に高周波における特性改善を図ること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は、下記（１）
〜（９）の本発明により達成される。（１）半導体基板上に、ＰＺＴ結晶からなるＰＺＴ膜
を有し、このＰＺＴ膜上またはこのＰＺＴ膜と前記半導
体基板との間に、櫛形電極またはこれと反射器とを有
し、前記ＰＺＴ膜において、ＰＺＴ結晶のｃ軸が膜面と
ほぼ平行に配向している弾性表面波装置。（２）前記ＰＺＴ膜の櫛形電極が存在しない面に接し
て短絡電極を有する上記（１）の弾性表面波装置。（３）前記ＰＺＴ膜は、ＰＺＴ結晶のｃ軸およびａ軸
が膜面とほぼ平行に配向し、かつ、ｃ軸の向きおよびａ
軸の向きがそれぞれほぼ揃っている単結晶膜であるか、
または、ｃ軸が膜面とほぼ平行に配向しているａドメイ
ンと、ａ軸が膜面とほぼ平行に配向しているｃドメイン
とを有し、各ａドメインのｃ軸の向きがほぼ揃っている
多重ドメイン構造膜である上記（１）または（２）の弾
性表面波装置。（４）前記櫛形電極の開口長方向と前記ｃ軸とのなす
角度をｑ（０°≦ｑ≦９０°）としたとき、０°≦ｑ≦２０° である上記（１）〜（３）のいずれかの弾性表面波装
置。（５）前記ＰＺＴ膜の膜厚をｈとし、弾性表面波の波
長をλとしたとき、前記ＰＺＴ膜の規格化膜厚２πｈ／
λが０．４≦２πｈ／λ≦９．０である上記（１）〜（４）のいずれかの弾性表面波装
置。（６）半導体基板上に圧電膜を有し、この圧電膜上ま
たはこの圧電膜と前記半導体基板との間に櫛形電極を有
し、前記圧電膜および前記半導体基板に、前記櫛形電極
を挟む一対の端面が存在し、前記一対の端面が、前記櫛
形電極により励振あるいは受信される弾性表面波の伝搬
方向にほぼ垂直であって、前記一対の端面間に前記弾性
表面波が閉じ込められる弾性表面波装置。（７）少なくとも弾性表面波の変位成分が実質的に存
在しない深さまで前記圧電膜および前記半導体基板がエ
ッチングされて、前記一対の端面が形成されている上記
（６）の弾性表面波装置。（８）前記圧電膜がＰＺＴ結晶から構成されており、
前記圧電膜は、ＰＺＴ結晶のｃ軸およびａ軸が膜面とほ
ぼ平行に配向し、かつ、ｃ軸の向きおよびａ軸の向きが
それぞれほぼ揃っている単結晶膜であるか、または、ｃ
軸が膜面とほぼ平行に配向しているａドメインと、ａ軸
が膜面とほぼ平行に配向しているｃドメインとを有し、
各ａドメインのｃ軸の向きがほぼ揃っている多重ドメイ
ン構造膜であり、前記櫛形電極の開口長方向と前記ｃ軸
とのなす角度をｑ（０°≦ｑ≦９０°）としたとき、０°≦ｑ≦２０° である上記（６）または（７）の弾性表面波装置。（９）前記半導体基板がＳｉから構成されている上記
（１）〜（８）のいずれかの弾性表面波装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明のＳＡＷ装置の構
成例を、平面図として示す。また、図２に、図１のII−
II断面図を示す。本明細書では、この構造を第１の構造
と呼ぶ。このＳＡＷ装置は、Ｓｉ単結晶から構成される
Ｓｉ基板１上に、酸化ジルコニウム膜２１、酸化イット
リウム膜２２、ＰＺＴ膜４、および、ＳＡＷを励振また
は受信するための一対の櫛形電極５１、５２を有する。
ＰＺＴ膜４上には、櫛形電極５１、５２を挟んで吸音材
９１、９２が設けられている。

【００１５】図３に、第２の構造のＳＡＷ装置の構成例
を示す。このＳＡＷ装置は、図２に示す装置の酸化イッ
トリウム膜２２とＰＺＴ膜４との間に、短絡電極８を設
けたものである。

【００１６】図４に、第３の構造のＳＡＷ装置の構成例
を示す。このＳＡＷ装置は、Ｓｉ基板１上に、酸化ジル
コニウム膜２１、酸化イットリウム膜２２、櫛形電極５
１、５２、および、ＰＺＴ膜４をこの順で有する。ＰＺ
Ｔ膜４上には、櫛形電極５１、５２を挟む位置に吸音材
９１、９２が設けられている。

【００１７】図５に、第４の構造のＳＡＷ装置の構成例
を示す。このＳＡＷ装置は、図４に示す装置のＰＺＴ膜
４上に、短絡電極８を設けたものである。

【００１８】図６に、第５の構造のＳＡＷ装置の構成例
を示す。このＳＡＷ装置は、ＰＺＴ膜４上に櫛形電極５
を１つだけ設け、その両側に一対の反射器７１、７２を
設けたほかは図２に示すものと同様な構造である。

【００１９】上記各装置におけるＰＺＴ膜４は、ＰＺＴ
結晶から構成され、酸化ジルコニウム膜２１および酸化
イットリウム膜２２は、Ｓｉ基板１上にＰＺＴ膜４を成
長させる際のバッファ層として機能する。ただし、バッ
ファ層はこれらに限られず、ＰＺＴ膜の結晶配向を所望
のものとできるように適宜選択すればよい。また、所望
の配向が得られれば、ＰＺＴ膜を半導体基板上に直接形
成してもよい。

【００２０】ＰＺＴ膜に含まれるＰＺＴ結晶は、正方晶
系である。本発明においてＰＺＴ膜は、ＰＺＴ結晶のｃ
軸が膜面とほぼ平行に配向している膜であればよいが、
結晶のｃ軸およびａ軸がそれぞれ膜面とほぼ平行に配向
し、かつ、各結晶のｃ軸の向きおよびａ軸の向きがそれ
ぞれほぼ揃っている単結晶膜、すなわち（１００）配向
膜であることが最も好ましい。ただし、ＰＺＴ膜は、ｃ
軸が膜面とほぼ平行に配向しているａドメインと、ａ軸
が膜面とほぼ平行に配向しているｃドメインとを有し、
各ａドメインのｃ軸の向きがほぼ揃っている多重ドメイ
ン構造膜、すなわち、（１００）配向と（００１）配向
とが混在する９０°ドメイン構造膜であってもよい。こ
のようなドメイン構造膜であっても、ａドメインを利用
することにより、十分に良好なインピーダンス特性やフ
ィルタ特性を得ることが可能である。なお、自発分極は
ｃ軸方向を向いている。

【００２１】半導体基板上にこのようなＰＺＴ膜を形成
することにより、４１°カットＹ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ₃
基板と同等以上の電気機械結合係数を得ることが可能と
なる。そして、Ｓｉ基板等の半導体基板を用いることか
ら、同じく半導体基板を用いたＩＣやＬＳＩ等の能動デ
バイスとのモノリシック化が可能であり、工業上、極め
て有用である。また、ＰＺＴ膜が単結晶膜または多重ド
メイン構造膜であれば、多結晶セラミックスからなる基
板や、ゾル−ゲル法により形成されたＰＺＴ膜を有する
基板と異なり、１００MHz以上の高周波においても伝搬
損失を小さく抑えることができる。

【００２２】本発明において、ＰＺＴ膜の面内に存在す
るｃ軸の向きは限定されない。ただし、このｃ軸の向き
と櫛形電極の開口長方向とがなす角度（本明細書では角
度ｑという）に応じて電気機械結合係数が異なるため、
所望の電気機械結合係数が得られるように上記角度を設
定すればよい。上記角度を適宜設定し、かつ、ＰＺＴ膜
の厚さを適宜設定することにより、２０％以上の電気機
械結合係数が得られ、３０％以上の電気機械結合係数を
得ることも容易である。

【００２３】なお、ＰＺＴ膜の面内に存在するｃ軸の方
向と、櫛形電極の開口長方向とがなす角度ｑは、鋭角ま
たは鈍角で表現できるが、本明細書では鋭角を用いて表
す。すなわち、０°≦ｑ≦９０°である。

【００２４】本発明のＳＡＷ装置では、上記角度ｑに加
え、ＰＺＴ膜の実際の厚さｈをＳＡＷの波長λを用いて
規格化した規格化膜厚２πｈ／λが、電気機械結合係数
に大きく影響する。規格化膜厚２πｈ／λの好ましい範
囲は、ＳＡＷ装置の構造や上記角度ｑによって異なり、
また、使用する半導体基板によっても異なるが、Ｓｉ基
板またはこれと材料定数が近い半導体基板を用いたとき
には、ＰＺＴ膜の規格化膜厚を０．４≦２πｈ／λ≦９．０の範囲内において適宜設定することにより、電気機械結
合係数が大きく、伝搬損失が小さく、スプリアスが少な
いＳＡＷ装置が実現する。

【００２５】例えば、図２に示す第１の構造において０°≦ｑ≦２０° であるとき、好ましくは０．７≦２πｈ／λ≦−０．１３ｑ＋８．９とし、より好ましくは０．０７５ｑ＋１．０８≦２πｈ／λ≦−０．１５ｑ＋
６．１７とする。規格化膜厚が小さすぎると、実用基板である４
１°カットＹ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ₃基板を凌ぐ電気機械
結合係数を得ることが困難となる。一方、規格化膜厚が
大きすぎると、高次モードの実効伝搬速度が基本モード
に近づき、スプリアスになってしまう。

【００２６】また、第１の構造において２０°＜ｑ≦４５° であるとき、好ましくは０．８≦２πｈ／λ≦−０．１３ｑ＋８．９とし、４５°＜ｑ≦９０° であるとき、好ましくは０．８≦２πｈ／λ≦３．０とする。規格化膜厚が小さすぎても大きすぎても、４１
°カットＹ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ₃基板を凌ぐ電気機械結
合係数を得ることが困難となる。

【００２７】また、図３に示す第２の構造において０°≦ｑ≦２０° であるとき、好ましくは０．７≦２πｈ／λ≦９．０とし、より好ましくは１．３≦２πｈ／λ≦６．０とする。規格化膜厚が小さすぎると、実用基板である４
１°カットＹ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ₃基板を凌ぐ電気機械
結合係数を得ることが困難となる。一方、規格化膜厚が
大きすぎると、高次モードの実効伝搬速度が基本モード
に近づき、スプリアスになってしまう。

【００２８】また、図４に示す第３の構造において０°≦ｑ≦２０° であるとき、好ましくは０．４≦２πｈ／λ≦１．４とする。規格化膜厚が小さすぎても大きすぎても、電気
機械結合係数を大きくすることが困難となる。

【００２９】また、図５に示す第４の構造において０°≦ｑ≦２０° であるとき、好ましくは１．６≦２πｈ／λ≦３．６とする。規格化膜厚が小さ
すぎると、伝搬損失が大きくなってしまう。一方、規格化膜厚が大きすぎると、電気機械結合係数を大きくす
ることが困難となる。

【００３０】ところで、ＰＺＴ膜が、ｃ軸およびａ軸が
その膜面内に存在する単結晶膜であって、かつ、櫛形電
極の開口長方向がｃ軸と平行である場合、すなわちｑ＝
０°である場合、伝搬するＳＡＷの変位は、膜面内に存
在するｃ軸の方向を向いている。すなわち、伝搬モード
の変位方向は、伝搬方向にほぼ垂直、かつＰＺＴ膜の膜
面とほぼ平行である。この伝搬モードは、圧電的なLove
波と考えることができる。

【００３１】ここで、伝搬モードの伝搬方向とは、伝搬
モードの等位相面に垂直な方向と定義する。すなわち、
パワーフロー角が零でない場合でも、伝搬方向は伝搬モ
ードの等位相面に垂直な方向である。この場合、開口長
方向と等位相面とは平行である。

【００３２】一方、ＰＺＴ膜が、ｃ軸およびａ軸がその
膜面内に存在する単結晶膜であって、かつ、櫛形電極の
開口長方向がａ軸と平行である場合、伝搬するＳＡＷの
変位は、ＰＺＴ膜のｃ軸方向を向いている縦波成分と、
ｃ軸方向および縦波成分に垂直なＳＶ波成分とからな
る。この伝搬モードは、圧電的なModified pure Raylei
gh波と考えることができる。

【００３３】ＰＺＴは、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、すな
わちＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃固溶体を意味する。本発
明においてＰＺＴ膜中におけるモル比Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ｚ
ｒ）は特に限定されず、所望の配向が得られるように適
宜決定すればよいが、好ましくは０．６〜０．９とす
る。Ｔｉの比率が低すぎると、良好な強誘電特性や共振
特性が得られにくい。一方、Ｔｉの比率が高すぎると、
良好な電気絶縁性が得られにくくなる。

【００３４】ＰＺＴ膜中におけるモル比Ｐｂ／（Ｔｉ＋
Ｚｒ）は１である必要はないが、好ましくは０．８〜
１．３であり、より好ましくは０．９〜１．２である。
Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）をこのような範囲にすることによ
って、良好な結晶性が得られる。また、Ｔｉ＋Ｚｒに対
するＯの比率は、３に限定されるものではない。酸素欠
陥または酸素過剰で安定したペロブスカイト構造を組む
場合もある。モル比Ｏ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）は、通常、２．
７〜３．３程度である。なお、ＰＺＴ膜の組成は、蛍光
Ｘ線分析により測定することができる。

【００３５】本発明において、ＰＺＴ膜はＰｂ、Ｚｒお
よびＴｉから構成されることが好ましいが、これらのほ
かに、添加元素や不純物元素を含有していてもよい。例
えば、現在の高純度化技術ではＺｒＯ₂とＨｆＯ₂との分
離は難しいので、ＰＺＴ膜中には不純物としてＨｆＯ₂
が混入することがある。ただし、ＨｆＯ₂の混入はＰＺ
Ｔ膜の特性に大きな影響は与えないため、特に問題はな
い。ＰＺＴ膜に存在する不純物元素や添加元素として
は、例えば希土類元素（ＳｃおよびＹを包含する）、Ｂ
ｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｒｕ
が挙げられる。これら置換元素ないし不純物元素が含有
される場合、希土類元素、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃ
ｄ、Ｋ、Ｎａ、ＭｇはＺｒを置換するものとし、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｒｕ
はＴｉを置換するものとしてＴｉ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）を計
算し、その結果が前記範囲内にあることが好ましい。Ｐ
ｂ、ＺｒおよびＴｉにおける置換元素ないし不純物元素
の置換率は、それぞれ好ましくは１０％以下、より好ま
しくは５％以下である。なお、ＰＺＴ膜中には、このほ
かの元素、例えばＡｒ、Ｎ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｐｔなどが微量添加物ないし不可避的不純物として
含まれていてもよい。

【００３６】ＰＺＴ膜は、酸素等の酸化性ガスを反応ガ
スとして用いる反応性多元蒸着法により形成することが
好ましいが、このほか、例えばＭＢＥ法やＲＦマグネト
ロンスパッタ法などによって形成することもできる。こ
れらの形成方法、特に多元蒸着法を用いた場合には、Ｐ
ＺＴ膜の表面を分子レベルで平滑とできるため、その上
に形成する櫛形電極に断線が生じにくく、また、直線性
が良好な電極指を有する櫛形電極を容易に形成できる。

【００３７】バッファ層は、ｃ軸が膜面と平行となるよ
うにＰＺＴ膜が成長するように選択すればよい。バッフ
ァ層の形成には、反応性蒸着法、ＭＢＥ法、ＲＦマグネ
トロンスパッタ法などを用いることが好ましく、特に、
特開平１０−１７３９４号公報に記載された方法を用い
ることが好ましい。

【００３８】櫛形電極は、蒸着法、ＭＢＥ法、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法などを用いて形成した導電膜を、フ
ォトリソグラフィー技術によりパターニングして形成す
ることが好ましい。櫛形電極の厚さは、通常、５０〜５
００nmとすることが好ましい。

【００３９】なお、以上では、Ｓｉ基板を用いる場合に
ついて説明したが、本発明はＳｉ以外の半導体基板、例
えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、シリコン・ゲルマニウム等を用
いるＳＡＷ装置にも適用できる。ただし、十分な機械的
強度を得るためには、Ｓｉまたはシリコン・ゲルマニウ
ムからなる基板を用いることが好ましく、コスト低減の
ためにはＳｉ基板を用いることが好ましい。

【００４０】次に、本発明における限定事項を裏付ける
実施例について説明する。

【００４１】実施例１−１（第１の構造：ｑ＝０°）図２に示す構造を有するＳＡＷ装置を以下の手順で作製
した。

【００４２】Ｓｉ基板１には、厚さ２５０μmの（１０
０）Ｓｉ基板を用いた。酸化ジルコニウム膜２１は厚さ
１０nm、酸化イットリウム膜２２は厚さ５０nmとし、い
ずれも反応性蒸着法によりエピタキシャル成長させた。
ＰＺＴ膜は厚さ０．７７μmとし、反応性多元蒸着法に
よりエピタキシャル成長させた。ＰＺＴ膜中におけるモ
ル比Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）は、０．７５とした。Ｘ線回
折を用いて解析したところ、ＰＺＴ膜４は正方晶系であ
り、そのａ軸とｃ軸とが膜面とほぼ平行であること、す
なわち単結晶膜であることが確認された。

【００４３】次に、ＰＺＴ膜上に蒸着法によりＡｌ膜を
形成し、これをフォトリソグラフィー技術によってパタ
ーニングすることにより、一対の櫛形電極５１、５２を
形成した。櫛形電極５１、５２は、その開口長方向がＰ
ＺＴ膜４のｃ軸に平行となるように設けた。すなわち、
ｑ＝０°とした。櫛形電極は、厚さを２００nm、電極指
の線幅を２．４μm、メタライズレシオを０．５、開口
長を３８４μm、電極指の対数を７．５とした。また、
櫛形電極５１、５２間の距離（互いに最も近い電極指の
中央間距離）は１６２μmとした。したがって、基本波
の波長λは９．６μm、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚２πｈ
／λは０．５となる。

【００４４】なお、櫛形電極において励振または受信さ
れるＳＡＷの伝搬方向と、ＰＺＴ膜のｃ軸とのなす角度
は、９０°となる。

【００４５】次いで、Ｓｉ基板を素子サイズとなるよう
にダイシングし、チップとした。このとき、一対の櫛形
電極の外側に伝搬したＳＡＷが基板端面で反射してフィ
ルタ特性に影響しないように、櫛形電極の外側と基板端
面との間に吸音材９１、９２を塗布しておき、また基板
端面を荒らしながら斜めに切断した。

【００４６】次いで、ダイボンド剤を用いて上記チップ
をパッケージにマウントし、蓋で封止した。このとき、
パッケージの入出力端子と櫛形電極５１、５２とをそれ
ぞれＡｌワイヤで接続した。

【００４７】このようにして作製したＳＡＷ装置につい
て、ＳパラメータＳ２１を５０Ω系のネットワークアナ
ライザで測定した。図８に、Ｓ２１から得られた挿入損
失の周波数応答を示す。図８から、中心周波数ｆｃは、
３９７．６MHz、挿入損失は１０dBであることがわか
る。実効的な伝搬速度Ｖ_effを、Ｖ_eff＝ｆｃ・λ を用いて見積もると、３８１７m/sであった。

【００４８】また、櫛形電極５１だけがチップ上にある
ように基板を切断したほかは上記と同様にしてパッケー
ジにマウントし、封止した。そして、櫛形電極５１の電
気端子対をネットワークアナライザの入力端子に接続し
てＳパラメータＳ１１を測定し、アドミッタンスに変換
した。図９に、得られたアドミッタンスの周波数応答を
示す。この周波数応答を、改良型スミスの等価回路モデ
ルを用いて計算した値と比較し、電気機械結合係数ｋ²
を見積もると、１４．６％であった。

【００４９】実施例１−２（第１の構造：ｑ＝０°）図２に示す構造のＳＡＷ装置を作製した。櫛形電極は、
厚さを２００nm、電極指の線幅を１μm、メタライズレ
シオを０．５、開口長を２００μm、対数を２０とし、
櫛形電極５１、５２間の距離は１６０μmとした。した
がって、基本波の波長は４μmとなる。ＰＺＴ膜４の規
格化膜厚は、３．０（１．９μm）とした。これらのほ
かは実施例１−１で作製した装置と同様とした。

【００５０】この装置について、実施例１−１と同様に
してＳパラメータＳ２１を測定した。図１０に、Ｓ２１
から得られた挿入損失の周波数応答を示す。図１０か
ら、中心周波数は５２１MHzであることがわかる。実施
例１−１と同様にして実効伝搬速度を見積もると、２０
８５m/sであった。また、実施例１−１と同様にして一
方の櫛形電極５１を利用して実効電気機械結合係数ｋ²
を求めたところ、３７％であった。

【００５１】実施例１−３（第１の構造：ｑ＝０°）ＰＺＴ膜４の規格化膜厚を、０．３、０．６、１．０、
１．５、２．０、２．５、３．０、５．０、７．０、
９．０または１０．０（最大膜厚は６．４μm）とし、
また、櫛形電極の線幅を所定の範囲内（最小線幅は１μ
m）で変更したほかは実施例１−１と同様にしてＳＡＷ
装置を作製した。なお、櫛形電極のメタライズレシオは
０．５に固定した。

【００５２】これらの装置について、挿入損失とアドミ
ッタンスの周波数応答とを測定し、実効的伝搬速度と電
気機械結合係数ｋ²とを見積もった。その結果、基本モ
ードの最大周波数は８８３MHzであり、そのときの挿入
損失は１０dBであった。この結果から、８００MHzもの
高周波においても挿入損失が大きく劣化することはな
く、伝搬損失が小さいことがわかる。図１１に、実効伝
搬速度の規格化膜厚依存性を示す。また、図１２に、電
気機械結合係数ｋ²の規格化膜厚依存性を示す。図１２
から、規格化膜厚２πｈ／λを０．７以上とすることに
より、２０％以上の電気機械結合係数が得られることが
わかる。一方、図１１から、規格化膜厚が９．０を超え
ると、高次モードの実効伝搬速度が基本モードに近づき
スプリアスになることがわかる。したがって、０．７≦２πｈ／λ≦−０．１３ｑ＋８．９であることが好ましい。さらに、規格化膜厚２πｈ／λ
を０．０７５ｑ＋１．０８≦２πｈ／λ≦−０．１５ｑ＋
６．１７の範囲にすることにより、３０％以上の電気機械結合係
数が得られることがわかる。例えば規格化膜厚２．０の
とき、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度
は、それぞれ３８．４％および２２０９m/sとなってい
る。

【００５３】実施例１−４（第２の構造：ｑ＝０°）Ｓｉ基板１とＰＺＴ膜４との間に短絡電極８を設けたほ
かは実施例１−３と同様にして、図３に示す構造を有す
るＳＡＷ装置を作製した。すなわち、ＰＺＴ膜４の厚さ
を変更し、メタライズレシオを０．５に固定した状態で
櫛形電極の線幅を変えることにより、実効電気機械結合
係数ｋ²および実効伝搬速度について、規格化膜厚依存
性を調べた。なお、短絡電極８には、蒸着法により形成
した厚さ１００nmのＰｔ膜を利用した。

【００５４】これらの装置について、実施例１−３と同
様にして挿入損失とアドミッタンスの周波数応答とを測
定し、その結果から、実効電気機械結合係数ｋ²と実効
伝搬速度とを見積もった。図１３に、ＰＺＴ膜の規格化
膜厚と実効伝搬速度との関係を示す。また、図１４に、
ＰＺＴ膜の規格化膜厚と実効電気機械結合係数ｋ²との
関係を示す。図１４から、規格化膜厚２πｈ／λを０．
７以上とすることにより、２０％以上の電気機械結合係
数が得られることがわかる。一方、図１３から、規格化
膜厚が９．０を超えると、高次モードの実効伝搬速度が
基本モードに近づきスプリアスになることがわかる。し
たがって、０．７≦２πｈ／λ≦９．０であることが好ましい。さらに、規格化膜厚２πｈ／λ
を１．３≦２πｈ／λ≦６．０の範囲にすることにより、３０％以上の電気機械結合係
数が得られることがわかる。例えば規格化膜厚２．２の
とき、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度
は、それぞれ３５．７％および２１６７m/sとなってい
る。

【００５５】実施例１−５（第３の構造：ｑ＝０°）図４に示すように、櫛形電極５１、５２をＳｉ基板１と
ＰＺＴ膜４との間に配置した構造のＳＡＷ装置を、以下
の手順で作製した。

【００５６】まず、実施例１−１と同様にして、Ｓｉ基
板１上に、酸化ジルコニウム膜２１と酸化イットリウム
膜２２とをエピタキシャル成長させた。次いで、その上
に、厚さ１００nmのＰｔ膜を蒸着法によりエピタキシャ
ル成長させ、フォトリソグラフィー技術によりパターニ
ングして、櫛形電極５１、５２を形成した。次いで、Ｐ
ＺＴ膜４を実施例１−３と同様にして形成し、これ以降
の工程は実施例１−１と同様にしてＳＡＷ装置を得た。
なお、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度の
規格化膜厚依存性を調べるために、実施例１−３と同様
に、櫛形電極５１、５２のメタライズレシオを０．５に
固定し、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚および櫛形電極の線幅
を変えて装置を作製した。

【００５７】これらの装置について、実施例１−３と同
様な測定を行った。図１５に、ＰＺＴ膜の規格化膜厚と
実効伝搬速度との関係を示す。また、図１６に、ＰＺＴ
膜の規格化膜厚と実効電気機械結合係数ｋ²との関係を
示す。これらの図では、例えば規格化膜厚０．８のと
き、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度はそ
れぞれ８．４％および３３８５m/sとなっている。これ
らの図から、この装置構造の０次モードにおいて電気機
械結合係数ｋ²を６％以上とするには、規格化膜厚を０．４≦２πｈ／λ≦１．４の範囲に設定すればよいことがわかる。

【００５８】実施例１−６（第４の構造：ｑ＝０°）短絡電極８をＰＺＴ膜４上に形成したほかは実施例１−
５と同様にして、図５に示す構造のＳＡＷ装置を作製し
た。短絡電極８は、実施例１−４と同様にして形成し
た。

【００５９】これらの装置について、実施例１−３と同
様にして挿入損失とアドミッタンスの周波数応答とを測
定し、その結果から、実効電気機械結合係数ｋ²と実効
伝搬速度とを見積もった。図１７に、ＰＺＴ膜の規格化
膜厚と実効伝搬速度との関係を示す。また、図１８に、
ＰＺＴ膜の規格化膜厚と実効電気機械結合係数ｋ²との
関係を示す。これらの図に示す１次モードでは、規格化
膜厚１．６のとき、実効電気機械結合係数ｋ²および実
効伝搬速度は、それぞれ１８．１％と４８５１m/sとな
っている。これらの図から、この構造において電気機械
結合係数ｋ²を６％以上とするには、規格化膜厚を３．
６以下に設定すればよいことがわかる。ただし、規格化
膜厚が１．６未満であると伝搬損失が大きくなるため、
規格化膜厚は１．６≦２πｈ／λ≦３．６の範囲に設定することが好ましい。

【００６０】実施例１−７（第１〜第４の構造：ｑ＝０〜２０°）開口長方向とＰＺＴ膜のｃ軸とのなす角度ｑが０〜２０
°となるように櫛形電極５１、５２を形成したほかは上
記実施例１−３、１−４、１−５、１−６とそれぞれ同
様にして、ＳＡＷ装置を作製した。これらの装置では、
櫛形電極において励振または受信されるＳＡＷの伝搬方
向と、ＰＺＴ膜のｃ軸とのなす角度は、９０〜７０°と
なる。

【００６１】これらの装置に対し実施例１−３と同様な
測定を行い、伝搬速度および電気機械結合係数のそれぞ
れについて規格化膜厚依存性を求めた。第１、第２、第
３、第４のそれぞれの構造について、角度ｑとその角度
での電気機械結合係数の最大値との関係を、図１９に示
す。なお、図中において、第１、第２、第３および第４
の構造に相当する曲線は、それぞれＡ１、Ａ２、Ａ３お
よびＡ４として示してある。この図から、第１および第
２の構造では、０°≦ｑ≦２０°の全域において２０％
以上の電気機械結合係数が得られることがわかる。ま
た、第３および第４の構造においても、第１および第２
の構造の場合と同様に、角度ｑが０°に近づくにつれて
電気機械結合係数が増大することがわかる。

【００６２】実施例１−８（第５の構造：ｑ＝０°）図６に示す構造のＳＡＷ装置を、以下の手順で作製し
た。

【００６３】まず、実施例１−１と同様にして、Ｓｉ基
板１上に酸化ジルコニウム膜２１、酸化イットリウム膜
２２およびＰＺＴ膜４をエピタキシャル成長させた。

【００６４】次に、ＰＺＴ膜上に蒸着法により厚さ４０
０nmのＡｌ膜を形成し、これをフォトリソグラフィー技
術によりパターニングすることにより、櫛形電極５と、
その両側の反射器７１、７２とを形成した。櫛形電極５
は、その開口長方向がＰＺＴ膜４のｃ軸に平行となるよ
うに設けた。すなわち、ｑ＝０°とした。櫛形電極は、
電極指の線幅を１．２μm、メタライズレシオを０．
５、開口長を８０μm、電極指の対数を２０．５とし
た。反射器７１、７２は、櫛形電極５よりも線幅をわず
かに太くした。櫛形電極５と反射器との間の距離（互い
に最も近い電極指の中央間距離）は２．４μmとした。
基本波の波長λは４．８μm、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚
２πｈ／λは１．０となる。

【００６５】次いで、Ｓｉ基板を素子サイズとなるよう
にダイシングしてチップとし、ダイボンド剤を用いて上
記チップをパッケージにマウントした後、蓋で封止し
た。このとき、パッケージの電気端子と櫛形電極５とを
Ａｌワイヤで接続した。

【００６６】このようにして作製した装置について、ネ
ットワークアナライザを用いてＳパラメータＳ１１を測
定し、インピーダンスに変換した。図２０に、インピー
ダンス特性を示す。この図から、共振周波数は５８５MH
z、反共振周波数は６７０MHzであることがわかる。実効
電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度を見積もる
と、それぞれ２８％および２８２７m/sであった。

【００６７】実施例２−１（第１の構造：ｑ＝９０°）図２に示す構造のＳＡＷ装置を、櫛形電極５１、５２を
除き、実施例１−１で作製した装置と同様にして作製し
た。櫛形電極５１、５２は、その開口長方向がＰＺＴ膜
４のｃ軸に垂直となるように設けた。すなわち、ｑ＝９
０°とした。櫛形電極は、厚さを２００nm、電極指の線
幅を１μm、メタライズレシオを０．５、開口長を６０
μm、電極指の対数を１０．５とした。また、櫛形電極
５１、５２間の距離は５０μmとした。したがって、基
本波の波長λは４μm、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚２πｈ
／λは１．２となる。

【００６８】この装置について、実施例１−１と同様な
測定を行い、挿入損失の周波数応答を調べた。結果を図
２１に示す。図２１から、中心周波数ｆｃは９０９MH
z、挿入損失は１２dBであることがわかる。実施例１−
１と同様にして実効伝搬速度を見積もると、３６３６m/
sであった。また、実施例１−１と同様にして一方の櫛
形電極５１を利用してＳパラメータＳ１１を測定し、ア
ドミッタンスに変換した。図２２に、得られたアドミッ
タンスの周波数応答を示す。この周波数応答から実施例
１−１と同様にして電気機械結合係数ｋ²を見積もる
と、２８．３％であった。この結果から、９００MHzも
の高周波においても挿入損失が大きく劣化することはな
く、伝搬損失が小さいことがわかる。

【００６９】実施例２−２（第１の構造：ｑ＝９０°）図２に示す構造のＳＡＷ装置を作製した。櫛形電極は、
厚さを２００nm、電極指の線幅を１μm、メタライズレ
シオを０．５、開口長を４０μm、対数を１４とし、櫛
形電極５１、５２間の距離は５０μmとした。したがっ
て、基本波の波長は４μmとなる。ＰＺＴ膜４の規格化
膜厚は、１．４（０．８９μm）とした。これらのほか
は実施例２−１で作製した装置と同様とした。

【００７０】この装置について、実施例１−１と同様に
してＳパラメータＳ２１を測定した。図２３に、Ｓ２１
から得られた挿入損失の周波数応答を示す。この図か
ら、中心周波数は８７０．５MHzで、挿入損失は１２dB
であることわかる。実施例１−１と同様にして実効伝搬
速度を見積もると、３４８２m/sであった。また、実施
例１−１と同様にして一方の櫛形電極５１を利用して実
効電気機械結合係数ｋ²を求めたところ、３０％であっ
た。

【００７１】実施例２−３（第１の構造：ｑ＝９０°）ＰＺＴ膜４の規格化膜厚を、０．３、０．６、１．０、
１．５、２．０、２．５、３．０または５．０とし、ま
た、櫛形電極の線幅を所定の範囲内で変更したほかは実
施例２−１と同様にして、ＳＡＷ装置を作製した。な
お、櫛形電極のメタライズレシオは０．５に固定した。

【００７２】これらの装置について、挿入損失とアドミ
ッタンスの周波数応答を測定し、実効的伝搬速度と電気
機械結合係数ｋ²とを見積もった。図２４に、実効伝搬
速度の規格化膜厚依存性を示す。また、図２５に、電気
機械結合係数ｋ²の規格化膜厚依存性を示す。図２５か
ら、ピーク値の７０％の電気機械結合係数を得るために
は、規格化膜厚２πｈ／λを０．８≦２πｈ／λ≦３．０の範囲にすればよいことがわかる。結果として、この範
囲において２０％以上の電気機械結合係数が得られる。
例えば、これらの図では、規格化膜厚１．６のとき、実
効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度は、それぞ
れ３０．４％および３３８６m/sとなっている。

【００７３】実施例２−４（第２の構造：ｑ＝９０°）Ｓｉ基板１とＰＺＴ膜４との間に短絡電極８を設けたほ
かは実施例２−３と同様にして、図３に示す構造を有す
るＳＡＷ装置を作製した。すなわち、ＰＺＴ膜４の厚さ
を変更し、メタライズレシオを０．５に固定した状態で
櫛形電極の線幅を変えることにより、実効電気機械結合
係数ｋ²および実効伝搬速度について、規格化膜厚依存
性を調べた。なお、短絡電極８には、蒸着法により形成
した厚さ１００nmのＰｔ膜を利用した。

【００７４】これらの装置について、実施例２−３と同
様にして挿入損失とアドミッタンスの周波数応答とを測
定し、その結果から、実効電気機械結合係数ｋ²と実効
伝搬速度とを見積もった。図２６に、ＰＺＴ膜の規格化
膜厚と実効電気機械結合係数ｋ²との関係を示す。な
お、実効伝搬速度は、第１の構造の場合と同程度であ
り、電気機械結合係数が大きな規格化膜厚範囲では４０
００m/s程度であった。図２６から、規格化膜厚の広い
範囲にわたって１０％以上の電気機械結合係数ｋ²が得
られることがわかる。この図では、例えば規格化膜厚
１．２のとき、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝
搬速度はそれぞれ１７．１％および３６０９m/sであ
る。電気機械結合係数のピーク値の７０％を与える規格
化膜厚範囲は、第１の構造の場合と同様である。この構
造とした場合、実効電気機械結合係数ｋ²は１７％程度
であるものの、実効伝搬速度が比較的大きい。

【００７５】実施例２−５（第３の構造：ｑ＝９０°）図４に示すように、櫛形電極５１、５２をＳｉ基板１と
ＰＺＴ膜４との間に配置した構造のＳＡＷ装置を、以下
の手順で作製した。

【００７６】まず、実施例２−１と同様にして、Ｓｉ基
板１上に、酸化ジルコニウム膜２１と酸化イットリウム
膜２２とをエピタキシャル成長させた。次いで、その上
に、厚さ１００nmのＰｔ膜を蒸着法によりエピタキシャ
ル成長させ、フォトリソグラフィー技術によりパターニ
ングして、櫛形電極５１、５２形成した。次いで、ＰＺ
Ｔ膜４を実施例２−３と同様にして形成し、これ以降の
工程は実施例２−１と同様にしてＳＡＷ装置を得た。な
お、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度の規
格化膜厚依存性を調べるために、実施例２−３と同様
に、櫛形電極５１、５２のメタライズレシオを０．５に
固定し、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚および櫛形電極の線幅
を変えて複数の装置を作製した。

【００７７】これらの装置について、実施例２−３と同
様な測定を行った。図２７に、実効電気機械結合係数ｋ
²の規格化膜厚依存性を示す。実効伝搬速度は、第１の
構造の場合と同程度であり、実効電気機械結合係数が大
きな規格化膜厚範囲では３５００m/sから５０００m/s程
度であった。この図から、例えば規格化膜厚１．６のと
き、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度はそ
れぞれ１４．５％および３７０２m/sであり、規格化膜
厚の広い範囲にわたって１０％以上の電気機械結合係数
ｋ²が得られることがわかる。結果として、実効電気機
械結合係数ｋ²は、１０％程度ではあるものの、実効伝
搬速度が比較的大きい。

【００７８】実施例２−６（第４の構造：ｑ＝９０°）短絡電極８をＰＺＴ膜４上に形成したほかは実施例２−
５と同様にして、図５に示す構造のＳＡＷ装置を作製し
た。短絡電極８は、実施例２−４と同様にして形成し
た。

【００７９】これらの装置について、実施例２−３と同
様にして挿入損失とアドミッタンスの周波数応答とを測
定し、その結果から、実効電気機械結合係数ｋ²と実効
伝搬速度とを見積もった。図２８に、実効電気機械結合
係数ｋ²の規格化膜厚依存性を示す。実効伝搬速度は、
第１の構造の場合と同程度であり、電気機械結合係数が
大きな規格化膜厚範囲では４０００m/sから６０００m/s
程度であった。この図から、例えば規格化膜厚２．２の
とき、実効電気機械結合係数ｋ²および実効伝搬速度は
それぞれ１７．８％および４４１７m/sであり、規格化
膜厚の広い範囲にわたって１５％以上の電気機械結合係
数が得られることがわかる。結果として、実効電気機械
結合係数ｋ²は１５％程度であるものの、実効伝搬速度
が比較的大きい。

【００８０】実施例２−７（第１〜第４の構造：ｑ＝２０〜９０°）開口長方向とＰＺＴ膜のｃ軸とのなす角度ｑが２０°、
３０°、４０°、４５°、６０°、１００°、１３５°
または１６０°となるように櫛形電極５１、５２を形成
したほかは上記実施例２−３、２−４、２−５、２−６
とそれぞれ同様にして、ＳＡＷ装置を作製した。

【００８１】これらの装置に対し実施例２−３と同様な
測定を行い、伝搬速度および電気機械結合係数のそれぞ
れについて規格化膜厚依存性を求めた。第１、第２、第
３、第４のそれぞれの構造について、角度ｑとその角度
での電気機械結合係数の最大値との関係を、図２９に示
す。なお、図中において、第１、第２、第３および第４
の構造に相当する曲線は、それぞれＡ１、Ａ２、Ａ３お
よびＡ４として示してある。この図から、第１および第
２の構造では、２０°≦ｑ≦９０°の全領域において２
０％以上の電気機械結合係数が得られることがわかる。
また、第３および第４の構造においても、第１および第
２の構造の場合と同様に、角度ｑが９０°に近づくにつ
れて電気機械結合係数が増大している。

【００８２】端面反射型構造次に、本発明のＳＡＷ装置の第６の構造について説明す
る。第６の構造の装置は、端面反射構造をもつ。第６の
構造の装置は、半導体基板上に圧電膜を有し、この圧電
膜上またはこの圧電膜と前記半導体基板との間に櫛形電
極を有する。そして、圧電膜および半導体基板に、櫛形
電極を挟む一対の端面が存在する。この一対の端面は、
櫛形電極により励振あるいは受信される弾性表面波の伝
搬方向にほぼ垂直である。弾性表面波は、それぞれの端
面で反射され、両端面間に閉じ込められる。

【００８３】前述したように、端面反射型ＳＡＷ装置
は、多数の金属ストリップからなる反射器を必要としな
いため、超小型とすることができる。しかし、圧電セラ
ミックスからなる多結晶基板を用いた端面反射型装置
は、１００MHzを超える周波数では伝搬損失が大きくな
り、実用化は困難であった。また、従来は、圧電セラミ
ックス基板を用いた場合でも単結晶基板を用いた場合で
も、反射特性を左右する基板端面をダイシングによって
形成するため、反射端面を位置精度よく形成することが
難しく、また、端面にチッピングが生じるといった問題
があった。したがって、高周波で使用可能とするために
は、これらの問題を解決する必要がある。

【００８４】これに対し本発明では、半導体基板上に圧
電膜を形成し、この圧電膜上またはこの圧電膜と前記半
導体基板との間に櫛形電極を形成し、ＳＡＷの変位成分
が実質的に存在しない深さまで前記圧電膜および前記半
導体基板をエッチングすることにより、反射端面を形成
する。このエッチングは、フォトリソグラフィー技術を
用いて行うことができるので、端面の位置精度を極めて
高くすることができる。また、ダイシングと異なり、端
面にチッピングが生じることもない。また、半導体基板
を用いているため、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスと
モノリシック化することができる。

【００８５】端面反射型構造をもつ本発明のＳＡＷ装置
は、例えば図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に示す手順で製造す
ることができる。なお、以下では、圧電膜としてＰＺＴ
膜を利用する場合を例に挙げて説明する。

【００８６】まず、図７（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１上に、酸化ジルコニウム膜２１および酸化イットリウ
ム膜２２からなるバッファ層を介してＰＺＴ膜４を形成
し、このＰＺＴ膜上に櫛形電極５を形成する。

【００８７】次いで、図７（Ｂ）に示すように、櫛形電
極５を被覆するようにレジスト層を形成し、露光および
現像を行ってレジストパターン１０を形成する。レジス
トパターン１０が被覆する電極指は、素子１個当たりに
必要な本数分であるが、このとき、最外側の電極指にお
いて線幅の半分が露出するようにレジストパターン１０
の端部位置を決定する。

【００８８】次に、図７（Ｃ）に示すように、レジスト
パターン１０で被覆されていない領域において、櫛形電
極５、ＰＺＴ膜４およびバッファ層をエッチングし、さ
らに、Ｓｉ基板１を所定の深さまでエッチングして、溝
１１を形成する。ここで、所定の深さとは、弾性表面波
の変位が実質的に存在しない深さを意味する。弾性表面
波が実質的に存在する深さは、通常、弾性表面波の波長
λで規格化した規格化深さで表して３〜１５程度、すな
わち、実際の深さをｄとするとｄ／λ＝３〜１５程度な
ので、エッチングはこれを超える深さまで行えばよい。
エッチングには、例えばイオンミリング、ＲＩＥ（Reac
tive Ion Etching）、ウエットエッチングなどを用いる
ことができる。

【００８９】次いで、図７（Ｄ）に示すようにレジスト
パターン１０を剥離する。

【００９０】次いで、エッチングにより形成された溝１
１の中央部分を、溝１１の両側の側面に触れないように
してダイシングすることにより、Ｓｉ基板１を素子単位
に分離して図７（Ｅ）に示す状態とする。ついで、ダイ
ボンド剤を用いてパッケージにマウントした後、櫛形電
極５とパッケージの電気端子とをワイヤで接続し、蓋で
封止する。

【００９１】本発明の端面反射型ＳＡＷ装置における効
果、すなわち、端面位置の精度向上、端面の平滑性向上
および半導体デバイスとのモノリシック化が可能である
ことは、圧電膜の種類によらず実現する。

【００９２】ただし、このような端面反射型構造におい
て、圧電膜として前記したＰＺＴ膜を用いれば、電気機
械結合係数を高く、伝搬損失を小さくできる。

【００９３】ＰＺＴ膜として、前記単結晶膜、または、
前記多重ドメイン構造膜を用いる場合、前記角度ｑは０
°≦ｑ≦２０°であることが好ましい。角度ｑが２０°
以下であれば、エネルギーが一方向を向き、かつ位相の
揃った波面をもつ反射波が得られやすい。一方、角度ｑ
が２０°を超えると、基板端面でＳＡＷが反射するとき
にモード変換の増大などにより散乱が増大する。そのた
め、エネルギーが一方向を向き、かつ位相の揃った波面
をもつ反射波が得られにくい。

【００９４】実施例３（第６の構造：ｑ＝０°）図７（Ｅ）に示す第６の構造のＳＡＷ装置を、以下の手
順で作製した。

【００９５】前記実施例１−１と同様にして、Ｓｉ基板
１上に酸化ジルコニウム膜２１、酸化イットリウム膜２
２およびＰＺＴ膜４を形成した。ただし、ＰＺＴ膜の厚
さは１．５μmとした。

【００９６】次に、ｑ＝０°となるように、Ａｌからな
る櫛形電極５を形成し、図７（Ａ）に示す状態とした。
櫛形電極は、厚さを１５０nm、電極指の線幅を１．２μ
m、メタライズレシオを０．５、開口長を１００μm、電
極指の対数を２０とした。したがって、基本波の波長λ
は４．８μm、ＰＺＴ膜４の規格化膜厚２πｈ／λは
２．０となる。

【００９７】次に、通常のフォトリソグラフィー技術を
用いて、櫛形電極５の上からレジストを塗布し、露光、
現像することによりレジストパターン１０を形成して、
図７（Ｂ）に示す状態とした。このとき、レジストパタ
ーン１０に被覆されていない領域の幅は、約１mmとし
た。

【００９８】次いで、レジストパターン１０で被覆され
ていない領域において櫛形電極５、ＰＺＴ膜４およびバ
ッファ層をイオンミリングにより除去し、さらに、イオ
ンミリングによりＳｉ基板１を深さ５０μmまで除去し
て、図７（Ｃ）に示す状態とした。このとき、櫛形電極
５において最外側の電極指の線幅は０．６μmとなっ
た。

【００９９】次に、レジストパターン１０を剥離した
後、エッチングにより形成された溝１１の中央部をダイ
シングブレードにより切断し、チップ単位に分割した。
なお、ダイシングブレードは、溝１１の両端部に接触し
ない幅をもつものを使用した。

【０１００】得られたチップをパッケージにマウント
し、櫛形電極５をパッケージの電気端子と接続し、最後
に蓋で封止してＳＡＷ装置を完成させた。

【０１０１】この装置について、ネットワークアナライ
ザを用いてＳパラメータＳ１１を測定し、インピーダン
スに変換した。図３０に、インピーダンス特性を示す。
この図から、共振周波数は４６０MHz、反共振周波数は
５４７MHzであることがわかる。実効電気機械結合係数
ｋ²および実効伝搬速度を見積もると、それぞれ３８％
および２２０９m/sであった。

【０１０２】なお、櫛形電極５の電極構造を工夫するこ
とにより、端面反射型ＳＡＷフィルタを形成できること
は言うまでもない。

【０１０３】

【発明の効果】本発明のＳＡＷ装置は、半導体基板上
に、少なくともＰＺＴ膜と櫛形電極とを形成したもので
ある。本発明では半導体基板を用いるため、同じく半導
体基板を用いる他の素子とモノリシック化することが容
易である。

【０１０４】本発明におけるＰＺＴ膜では、ＰＺＴ結晶
のｃ軸が膜面と平行に配向している。そのため、電気機
械結合係数を大きくすることが可能である。具体的に
は、櫛形電極の開口長方向とｃ軸とのなす角度ｑに応じ
て、ＰＺＴ膜の規格化膜厚を制御することにより、電気
機械結合係数を２０％以上にすることができ、３０％以
上にすることもできる。そのため、広い帯域幅をもつフ
ィルタや、周波数可変幅の広いＶＣＯ用発振子が実現で
きる。

【０１０５】また、本発明においてＰＺＴ膜を、単結晶
膜、多重ドメイン構造膜または結晶配向性の良好な膜と
して形成すれば、高周波、例えば１００MHz以上の周波
数においても損失を少なくすることができる。

【０１０６】端面反射型構造を有する本発明のＳＡＷ装
置では、弾性表面波を反射するための端面が、圧電膜お
よび半導体基板のエッチングにより形成される。そのた
め、端面位置の精度が高く、また、端面の平滑性が良好
である。また、半導体デバイスとのモノリシック化が可
能である。

【０１０７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す平面図であ
る。

【図２】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す断面図であ
る。

【図３】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す断面図であ
る。

【図５】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す断面図であ
る。

【図６】本発明のＳＡＷ装置の構成例を示す断面図であ
る。

【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明のＳＡＷ装置の製造
過程を説明するための断面図である。

【図８】挿入損失の周波数応答を示すグラフである。

【図９】アドミッタンスの周波数応答を示すグラフであ
る。

【図１０】挿入損失の周波数応答を示すグラフである。

【図１１】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１２】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図１３】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１４】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図１５】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１６】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図１７】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１８】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図１９】ＰＺＴ膜のｃ軸の向きと櫛形電極の開口長方
向とがなす角度ｑと、実効電気機械結合係数との関係を
示すグラフである。

【図２０】インピーダンスの周波数応答を示すグラフで
ある。

【図２１】挿入損失の周波数応答を示すグラフである。

【図２２】アドミッタンスの周波数応答を示すグラフで
ある。

【図２３】挿入損失の周波数応答を示すグラフである。

【図２４】実効伝搬速度の規格化膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図２５】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図２６】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図２７】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図２８】実効電気機械結合係数の規格化膜厚依存性を
示すグラフである。

【図２９】ＰＺＴ膜のｃ軸の向きと櫛形電極の開口長方
向とがなす角度ｑと、実効電気機械結合係数との関係を
示すグラフである。

【図３０】インピーダンスの周波数応答を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１Ｓｉ基板２１酸化ジルコニウム膜２２酸化イットリウム膜４ＰＺＴ膜５、５１、５２櫛形電極７１、７２反射器８短絡電極９１、９２吸音材１０レジストパターン１１溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野口隆男東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 5J097 AA06 AA14 AA19 BB01 BB11 EE07 EE08 EE10 FF02 FF04 HA02 HA03 HB08 KK04 KK05 KK09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、ＰＺＴ結晶からなるＰ
ＺＴ膜を有し、このＰＺＴ膜上またはこのＰＺＴ膜と前
記半導体基板との間に、櫛形電極またはこれと反射器と
を有し、前記ＰＺＴ膜において、ＰＺＴ結晶のｃ軸が膜面とほぼ
平行に配向している弾性表面波装置。
【請求項２】前記ＰＺＴ膜の櫛形電極が存在しない面
に接して短絡電極を有する請求項１の弾性表面波装置。
【請求項３】前記ＰＺＴ膜は、ＰＺＴ結晶のｃ軸およ
びａ軸が膜面とほぼ平行に配向し、かつ、ｃ軸の向きお
よびａ軸の向きがそれぞれほぼ揃っている単結晶膜であ
るか、または、ｃ軸が膜面とほぼ平行に配向しているａ
ドメインと、ａ軸が膜面とほぼ平行に配向しているｃド
メインとを有し、各ａドメインのｃ軸の向きがほぼ揃っ
ている多重ドメイン構造膜である請求項１または２の弾
性表面波装置。
【請求項４】前記櫛形電極の開口長方向と前記ｃ軸と
のなす角度をｑ（０°≦ｑ≦９０°）としたとき、０°≦ｑ≦２０° である請求項１〜３のいずれかの弾性表面波装置。
【請求項５】前記ＰＺＴ膜の膜厚をｈとし、弾性表面
波の波長をλとしたとき、前記ＰＺＴ膜の規格化膜厚２
πｈ／λが０．４≦２πｈ／λ≦９．０である請求項１〜４のいずれかの弾性表面波装置。
【請求項６】半導体基板上に圧電膜を有し、この圧電
膜上またはこの圧電膜と前記半導体基板との間に櫛形電
極を有し、前記圧電膜および前記半導体基板に、前記櫛形電極を挟
む一対の端面が存在し、前記一対の端面が、前記櫛形電
極により励振あるいは受信される弾性表面波の伝搬方向
にほぼ垂直であって、前記一対の端面間に前記弾性表面
波が閉じ込められる弾性表面波装置。
【請求項７】少なくとも弾性表面波の変位成分が実質
的に存在しない深さまで前記圧電膜および前記半導体基
板がエッチングされて、前記一対の端面が形成されてい
る請求項６の弾性表面波装置。
【請求項８】前記圧電膜がＰＺＴ結晶から構成されて
おり、前記圧電膜は、ＰＺＴ結晶のｃ軸およびａ軸が膜面とほ
ぼ平行に配向し、かつ、ｃ軸の向きおよびａ軸の向きが
それぞれほぼ揃っている単結晶膜であるか、または、ｃ
軸が膜面とほぼ平行に配向しているａドメインと、ａ軸
が膜面とほぼ平行に配向しているｃドメインとを有し、
各ａドメインのｃ軸の向きがほぼ揃っている多重ドメイ
ン構造膜であり、前記櫛形電極の開口長方向と前記ｃ軸とのなす角度をｑ
（０°≦ｑ≦９０°）としたとき、０°≦ｑ≦２０° である請求項６または７の弾性表面波装置。
【請求項９】前記半導体基板がＳｉから構成されてい
る請求項１〜８のいずれかの弾性表面波装置。