JP2002094355A - 表面弾性波素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイヤモンド層の研磨工程がなく、また良好な
圧電体層を有する表面弾性波素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】表面及び裏面を有する圧電体バルク層２０
と、この圧電体バルク層２０の表面上に形成された電気
−機械変換電極５と、この圧電体バルク層２０の裏面上
に形成されたダイヤモンド成長層１と、このダイヤモン
ド成長層１上に接着材４を介して接着された支持基板３
とを具備する表面弾性波素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面弾性波素子及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子は、あらゆる通信に
不可欠な受動部品であるが、従来高周波帯域で使用され
てきた誘電体フィルタやセラミックフィルタなどに比べ
て、周波数特性の急峻さや波形設計が可能なこと、表面
実装が容易なことから急速にこれらと置き換えられてき
ている。

【０００３】特に、近年携帯電話等の小型・高周波機器
の爆発的進展に伴って、需要が大幅に拡大しつつある。

【０００４】このような通信機器の分野では、利用周波
数帯資源の枯渇により、より一層の高周波数化が指向さ
れてきており、例えば前記携帯電話においても現在主流
の８００ＭＨｚ帯や１．９ＧＨｚ帯などの領域から２．
５ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯への展開が検討されている。

【０００５】そこで表面弾性波素子においてもさらなる
高周波数化の技術が求められている。表面弾性波素子は
圧電体（圧電薄膜、圧電基板等）の上に形成した櫛形電
極にＲＦ信号を印加して表面弾性波を励起し、伝播され
た波を再びＲＦ信号に変換して、特定の周波数を選択す
る素子である。

【０００６】この表面弾性波素子を高周波数化するため
に、電極寸法を微小化する方法及び表面弾性波を高速に
伝達する基板を用いる方法が考えられる。これらのう
ち、これまでは主に電極寸法を微小化する方法が行われ
てきたが、周波数を決定する電極間隔の微小化は、現在
のリソグラフィ技術では限界に近づきつつある。また電
極寸法の微小化によって周波数は上昇できても、電極の
細線化や電極間隔の微細化は、素子構造自体を壊れやす
くしパワー特性を取ることができないという問題を生じ
る。

【０００７】そこで表面弾性波を高速に伝達する高速度
基板としてダイヤモンド層を表面に有する基板上に圧電
体を薄膜成長した表面弾性波素子の開発が注目されてき
ている。

【０００８】このような表面弾性波素子では、例えば圧
電体に一対の櫛形電極を用いて電圧を印加することによ
って表面弾性波が励起され、ダイヤモンド層を伝わり別
の一対の櫛形電極で再び圧電体によって電気信号に変換
される。ダイヤモンド層は物質中最高の音の伝達速度を
有する材料であり、圧電体薄膜を積層しても１００００
ｍ／Ｓ以上を実現できる唯一の材料であるので高周波表
面弾性波素子としての期待が高まっている。

【０００９】図９に、このようなダイヤモンド層を音速
伝達層として用いた従来の表面弾性波素子の製造方法を
示す。

【００１０】先ず、図９（ａ）に示すように、シリコン
基板１０上に、化学的気相成長（ＣＶＤ）法によって、
多結晶ダイヤモンド層１を形成する。このとき成長した
多結晶ダイヤモンド層１の表面は凹凸がひどく荒れてい
る。

【００１１】次に、図９（ｂ）に示すように、この多結
晶ダイヤモンド層１の表面の凹凸を平坦にするために、
化学的機械的研磨等により鏡面化する。

【００１２】次に、図９（ｃ）に示すように、表面が平
坦化された多結晶ダイヤモンド層１上に、ＺｎＯからな
る圧電体薄膜層９をＣＶＤ法により成長する。

【００１３】次に、図９（ｄ）に示すように、この圧電
体薄膜層９上にＡｌ膜を形成しフォトリソグラフィ法に
よって、櫛形電極５を形成する。

【００１４】しかしながら、このような従来の表面弾性
波素子の製造方法には以下に挙げる問題点がある。

【００１５】先ず、一つには結晶性の良好な圧電体薄膜
層９をＣＶＤ法にて成長させるため及び櫛形電極５をフ
ォトリソグラフィ法にて精度よく加工するためには、下
地の多結晶ダイヤモンド層１の表面を極力平坦に加工し
鏡面化することが重要である。しかしながら周知のよう
にダイヤモンドは極めて硬い物質であり、平坦化加工が
容易ではなく、加工時間が長時間にわたるという問題や
実際平坦化率が不十分である場合があるという問題であ
る。

【００１６】また、表面弾性波素子のフィルタ特性を広
帯域化するためには、圧電体として電気機械結合係数が
高い材料であるニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、ニ
オブ酸カリウム或いはタンタル酸リチウムを用いる必要
があるが、現状では平坦化加工した多結晶ダイヤモンド
層１上には高い電気機械結合係数を発現する良好な薄膜
が得られていないという問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の表面弾性波素子は、多結晶ダイヤモンド層表面の研磨
加工が困難で長時間に及ぶという問題、また多結晶ダイ
ヤモンド層上にＣＶＤ成長させる圧電体層の膜質が良好
でなく十分な電気機械結合係数を得られないという問題
がある。

【００１８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、ダイヤモンド層の研磨工程がなく、また良好
な膜質の圧電体層を有する表面弾性波素子及びその製造
方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第１の主面とその裏面である第２の主面
とを有する圧電体層と、前記圧電体層の第１の主面上に
形成された電気−機械変換電極と、前記圧電体層の第２
の主面上に形成されたダイヤモンド層と、前記ダイヤモ
ンド層と接着材を介して接着された支持基板とを具備す
ることを特徴とする表面弾性波素子を提供する。

【００２０】また、本発明は、第１の主面とその裏面で
ある第２の主面とを有する圧電体バルク層と、前記圧電
体バルク層の第２の主面上に形成されたダイヤモンド成
長層と、前記圧電体バルク層の第１の主面上に形成され
た電気−機械変換電極とを具備することを特徴とする表
面弾性波素子を提供する。

【００２１】前記圧電体バルク層は、単結晶であること
が好ましい。

【００２２】また、本発明は、第１の主面とその裏面で
ある第２の主面とを有する圧電体結晶基板の第２の主面
上に、ダイヤモンド層を成長させる工程と、前記ダイヤ
モンド層上に接着材を介して支持基板を接着する工程
と、前記圧電体結晶基板を前記第１の主面側から薄くす
ることによって圧電体層を形成する工程と、前記圧電体
層の第１の主面上に電気−機械変換電極を形成すること
を特徴とする表面弾性波素子の製造方法を提供する。

【００２３】前記圧電体結晶基板は、ニオブ酸リチウ
ム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム及びタンタル酸
リチウムから選ばれる少なくとも一つであることが好ま
しい。

【００２４】前記電気−機械変換電極は櫛形電極である
ことが好ましい。

【００２５】本発明では、例えば電気機械結合係数が大
きい材料であるニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、ニ
オブ酸カリウム或いはタンタル酸リチウム等からなる圧
電体バルク結晶基板の裏面上に例えばＣＶＤ法によっ
て、ダイヤモンド層を成長させ、このダイヤモンド層側
を樹脂接着剤等の適当な接着材（接着手段）によって支
持基板上に固定する。そして圧電体バルク結晶基板のダ
イヤモンド層が成長されていない方の面を研磨し、薄膜
化する。

【００２６】このように形成することでもともと高い電
気機械結合係数を有する圧電体バルク結晶基板を薄膜化
することによって、圧電体バルク薄膜層を形成でき、な
おかつ一般的にこのような圧電体バルク結晶基板は研磨
しやすく加工工程が容易であるという利点がある。

【００２７】この際、圧電体結晶基板は単結晶が好まし
い。また、圧電体バルク結晶基板上に予めモリブデン等
の高融点金属膜や酸化シリコン膜等の中間層を設けた後
にダイヤモンドを成長させても良い。このようにして、
成膜時の基板との相性を調製できる。

【００２８】また、ＣＶＤ法によるダイヤモンドの成長
では、ダイヤモンドは多結晶となり、表面形状は凹凸パ
ターンを有する。したがって、この凹凸パターンを利用
して有機系の樹脂や半田等の合金等の接着材で支持基板
に接着することによって、接着強度を向上させることが
できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の好
ましい実施形態について説明する。

【００３０】（実施形態１）図１（ａ）乃至（ｄ）は、
本発明の実施形態１に係る表面弾性波素子の各製造工程
における断面図を示し、図１（ｅ）は表面弾性波素子の
上面図を示す。

【００３１】先ず、図１（ａ）に示すように、ニオブ酸
リチウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム或いはタ
ンタル酸リチウム等からなる圧電体バルク単結晶基板２
上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶ダ
イヤモンド層１を成長させる。このとき、多結晶ダイヤ
モンド層１の成長条件は、マイクロ波パワーを１．５ｋ
Ｗ、水素の流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガスの流量４
ｓｃｃｍとし、原料ガスのメタン濃度は２％とした。そ
して原料ガスの圧力は１３３ｈＰａ、基板温度８５０℃
で行った。多結晶ダイヤモンド層１の形成膜厚は、表面
弾性波が表面を主に伝わるために、１０μｍ程度で十分
である。

【００３２】この工程において多結晶ダイヤモンド層１
を成長させる前に、予め圧電体バルク単結晶基板２の裏
面にダイヤモンド砥粒によるスクラッチ処理や超音波処
理を施して、ダイヤモンドの核発生を容易にしても良
い。

【００３３】また、基板温度が急上昇や急降下して、圧
電体バルク単結晶基板２の焦電性により破壊してしまう
ことがないように、マイクロ波パワーや基板加熱ステー
ジ等の出力はゆっくりと行うことが望ましい。

【００３４】次に、図１（ｂ）に示すように、多結晶ダ
イヤモンド層１の凹凸面上にエポキシ形樹脂接着剤や半
田合金からなる接着材４を用いて、シリコン基板やガラ
ス基板或いはセラミック基板からなる支持基板３を接着
する。このとき、半田合金による接着の場合、多結晶ダ
イヤモンド層１及び支持基板３の接着面に予め下地金属
層を形成してから行うことが望ましい。

【００３５】この工程において、多結晶ダイヤモンド層
１の接着面は、凹凸パターンが形成されており、接着強
度が向上される。

【００３６】次に、図１（ｃ）に示すように、圧電体バ
ルク単結晶基板２の表面を、化学的機械的研磨によって
研磨し薄膜化することによって、圧電体バルク層２０を
形成する。このときの圧電体バルク層２０の厚さは、表
面弾性波フィルタ用として所望の特性を得られるように
調整する。

【００３７】次に、図１（ｄ）に示すように、圧電体バ
ルク層２０の研磨された表面上に、蒸着法或いはスパッ
タ法によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって電気−機械変換電極である櫛形電極５を加
工する。

【００３８】図１（ｅ）は、このようにして作成した表
面弾性波素子の上面から見た図である。

【００３９】このようにして作成された表面弾性波素子
においては、一方の一対の櫛形電極５で発生した表面弾
性波は多結晶ダイヤモンド層１を経由し他方の一対の櫛
形電極５にて受信され電気信号に変換される。表面弾性
波が多結晶ダイヤモンド層１を伝播しており極めて高い
伝播速度を実現できている。

【００４０】また、多結晶ダイヤモンド層１は圧電体バ
ルク層２０上に薄膜成長したものであり、ここでの界面
は非常に滑らかで表面弾性波も高速に伝播する。

【００４１】また、本実施形態では、ダイヤモンド層１
を研磨する工程がなく、また圧電体バルク層２０を良好
な結晶性を有する圧電体バルク単結晶基板２を研磨によ
って薄膜化して得ており良好な圧電特性、十分に大きい
電気機械結合係数を実現できている。

【００４２】図２は、このようにして形成した表面弾性
波素子をパッケージした装置の断面図である。

【００４３】図２に示すように、セラミック基板２３上
に、金バンプ２４を介して表面弾性波素子２１が設置さ
れている。このとき図１（ｅ）に示す櫛形電極５は、金
バンプ２４を介してセラミック基板２３の配線と接続さ
れている。表面弾性波素子２１は、セラミック基板２３
上にセラミックキャップ２２を封止接着剤２５によって
接着することにより密閉されている。

【００４４】図３は、このようにしてパッケージされた
表面弾性波素子２１を広帯域高周波フィルタとして用い
たときの通信機の概略図である。

【００４５】アンテナ３１で受信されたＲＦ波は受信側
の分波器となる表面弾性波素子フィルタ２１に通され、
低雑音アンプ３３に入力される。本実施形態における表
面弾性波素子２１は、そしてＲＦ波フィルタ、ＩＦフィ
ルタと使い分けされ、分波、不要波の除去、波形整形と
して用いられ信号部に送信される。

【００４６】また、送信側では、信号部から出力された
信号はそれぞれ表面弾性波素子フィルタ２１を通り、パ
ワーアンプ３４を介してアンテナ３１により送信され
る。

【００４７】（実施形態２）図４（ａ）乃至（ｄ）は、
本発明の実施形態２に係る表面弾性波素子の各製造工程
における断面図である。

【００４８】本実施形態と実施形態１との相違点は、圧
電体バルク単結晶基板２上に多結晶ダイヤモンド層１を
形成する際に、予め下地層としてダイヤモンドを成長し
やすい中間層６を形成した点である。

【００４９】先ず、図４（ａ）に示すように、ニオブ酸
リチウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム或いはタ
ンタル酸リチウム等からなる圧電体バルク単結晶基板２
の裏面上に、モリブデンからなる中間層６を蒸着する。
次に、中間層６上に、このマイクロ波プラズマＣＶＤ法
を用いて、多結晶ダイヤモンド層１を成長させる。

【００５０】このとき、中間層６は、多結晶ダイヤモン
ド層１成長中に、圧電体バルク単結晶基板２から放出さ
れた原子が外方拡散により、成長中のダイヤモンド層を
汚染しないようにすると共に、成膜時の多結晶ダイヤモ
ンド層１と圧電体バルク単結晶基板２との相性を調製す
ることができる。

【００５１】中間層６の材料としては、モリブデンの他
に、白金やイリジウムなどダイヤモンドを成長させる下
地として挙げることができる。

【００５２】一方中間層６の厚さとしては、圧電体バル
ク結晶基板２の裏面を覆う最小限にする必要がある。こ
れは圧電体バルク単結晶基板２と多結晶ダイヤモンド層
１との機械的な接合に、この中間層６が加わることによ
って、表面弾性波の伝達速度が悪くなるためである。

【００５３】また、中間層６としては、圧電体バルク単
結晶基板２の多結晶ダイヤモンド１成長面上にのみ形成
するのではなく図５に示すように圧電体バルク単結晶基
板２を多い囲むように裏面、側面及び表面に形成しても
良い。このようにすることによって、基板温度が上昇し
ても圧電体バルク単結晶基板２の側面や裏面からも原子
の飛び出しがない。

【００５４】また、このときの多結晶ダイヤモンド層１
の成長条件は、マイクロ波パワーを１．５ｋＷ、水素の
流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガスの流量４ｓｃｃｍと
し、原料ガスのメタン濃度は２％とした。そして原料ガ
スの圧力は１３３ｈＰａ、基板温度８５０℃で行った。
多結晶ダイヤモンド層１の形成膜厚は、表面弾性波が表
面を主に伝わるために、１０μｍ程度で十分である。

【００５５】この工程において多結晶ダイヤモンド層１
を成長させる前に、予め圧電体バルク単結晶基板２の裏
面にダイヤモンド砥粒によるスクラッチ処理や超音波処
理を施して、ダイヤモンドの核発生を容易にしても良
い。

【００５６】また、基板温度が急上昇や急降下して、圧
電体バルク単結晶基板２の焦電性により破壊してしまう
ことがないように、マイクロ波パワーや基板加熱ステー
ジ等の出力はゆっくりと行うことが望ましい。

【００５７】次に、図４（ｂ）に示すように、多結晶ダ
イヤモンド層１の凹凸面上にエポキシ形樹脂接着剤や半
田合金からなる接着材４を用いて、シリコン基板やガラ
ス基板或いはセラミック基板からなる支持基板３を接着
する。このとき、半田合金による接着の場合、多結晶ダ
イヤモンド層１及び支持基板３の接着面に予め下地金属
層を形成してから行うことが望ましい。

【００５８】この工程において、多結晶ダイヤモンド層
１の接着面は、凹凸パターンが形成されており、接着強
度が向上される。

【００５９】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体バ
ルク単結晶基板２の表面を、化学的機械的研磨によって
研磨し薄膜化することによって、圧電体バルク層２０を
形成する。このときの圧電体バルク層２０の厚さは、表
面弾性波フィルタ用として所望の特性を得られるように
調整する。

【００６０】次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体バ
ルク層２０の研磨された表面上に、蒸着法或いはスパッ
タ法によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって電気−機械変換電極である櫛形電極５を加
工する。

【００６１】このようにして形成した表面弾性波素子も
実施形態１と同様の効果を示すが、実施形態１よりも多
結晶ダイヤモンド層１の膜質は向上していた。

【００６２】（実施形態３）図６（ａ）乃至（ｅ）は、
本発明の実施形態３に係る表面弾性波素子の各製造工程
における断面図である。

【００６３】本実施形態は、大面積基板上に素子分離さ
れた領域に個別にダイヤモンド膜を形成したものであ
る。

【００６４】先ず、図６（ａ）に示すように、ニオブ酸
リチウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム或いはタ
ンタル酸リチウム等からなる圧電体バルク単結晶基板２
の裏面上に、酸化シリコンなどの薄膜を形成しパターニ
ングすることによってマスク層７を形成する。このとき
このマスク層７上にはダイヤモンドが成長しないように
薄くエッチングをするなどの処理を施すことが望まし
い。また予め圧電体バルク単結晶基板２の裏面は、ダイ
ヤモンド砥粒によるスクラッチ処理や超音波処理を施し
て、ダイヤモンドの核発生を容易にしても良い。

【００６５】次に、図６（ｂ）に示すように、マスク層
７が形成された圧電体バルク単結晶基板２の裏面上に、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶ダイヤモ
ンド層１を成長させる。このときマスク層７上には、ダ
イヤモンドは形成されなかった。

【００６６】また、このときの多結晶ダイヤモンド層１
の成長条件は、マイクロ波パワーを１．５ｋＷ、水素の
流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガスの流量４ｓｃｃｍと
し、原料ガスのメタン濃度は２％とした。そして原料ガ
スの圧力は１３３ｈＰａ、基板温度８５０℃で行った。
多結晶ダイヤモンド層１の形成膜厚は、表面弾性波が表
面を主に伝わるために、１０μｍ程度で十分である。

【００６７】また、基板温度が急上昇や急降下して、圧
電体バルク単結晶基板２の焦電性により破壊してしまう
ことがないように、マイクロ波パワーや基板加熱ステー
ジ等の出力はゆっくりと行うことが望ましい。

【００６８】次に、図６（ｃ）に示すように、多結晶ダ
イヤモンド層１の凹凸面及びマスク層７上にエポキシ形
樹脂接着剤や半田合金からなる接着材４を用いて、シリ
コン基板やガラス基板或いはセラミック基板からなる支
持基板３を接着する。このとき、半田合金による接着の
場合、多結晶ダイヤモンド層１及び支持基板３の接着面
に予め下地金属層を形成してから行うことが望ましい。

【００６９】この工程において、多結晶ダイヤモンド層
１の接着面は、凹凸パターン及びマスク層７上にはより
大きな凹凸パターンが形成されており、接着強度が向上
される。

【００７０】次に、図６（ｄ）に示すように、圧電体バ
ルク単結晶基板２の表面を、化学的機械的研磨によって
研磨し薄膜化することによって、圧電体バルク層２０を
形成する。このときの圧電体バルク層２０の厚さは、表
面弾性波フィルタ用として所望の特性を得られるように
調整する。

【００７１】次に、図６（ｅ）に示すように、圧電体バ
ルク層２０の研磨された表面上に、蒸着法或いはスパッ
タ法によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって電気−機械変換電極である櫛形電極５を加
工する。このときそれぞれ島状に素子分離された多結晶
ダイヤモンド層１に対応するように二組の一対の櫛形電
極５を形成する。

【００７２】このようにして形成した表面弾性波素子も
実施形態１と同様の効果を示す。また、本実施形態で
は、多結晶ダイヤモンド層１を素子ごとに分離させてい
るため、多結晶ダイヤモンド層１と圧電体バルク単結晶
基板２との熱応力の影響を低減し、素子作成時の基板の
そりを防止できるので、大面積での素子作成が可能とな
る。また、硬い多結晶ダイヤモンド層１がそれぞれ素子
分離されているので、基板をダイシングしやすい効果も
ある。

【００７３】（実施形態４）図７（ａ）乃至（ｆ）は、
本発明の実施形態４に係る表面弾性波素子の各製造工程
における断面図である。

【００７４】本実施形態は、大面積基板上の素子分離さ
れた領域に個別にダイヤモンド膜を形成した別の実施形
態である。

【００７５】先ず、図７（ａ）に示すように、ニオブ酸
リチウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム或いはタ
ンタル酸リチウム等からなる圧電体バルク単結晶基板２
の裏面上に、酸化シリコンなどの薄膜を形成しパターニ
ングすることによってマスク層７を形成する。このとき
このマスク上にはダイヤモンドが成長しないように薄く
エッチングをするなどの処理を施すことが望ましい。

【００７６】次に、図７（ｂ）に示すように、マスク層
７をマスクとして、圧電体バルク単結晶基板２をエッチ
ングして圧電体バルク単結晶基板２の裏面に深さ１０μ
ｍ程度の凹部８を形成する。

【００７７】次に、図７（ｃ）に示すように、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法を用いて、圧電体バルク単結晶基板
２の凹部８内に、多結晶ダイヤモンド層１を成長させ
る。このときマスク層７上には、ダイヤモンドは形成さ
れなかった。

【００７８】また、このときの多結晶ダイヤモンド層１
の成長条件は、マイクロ波パワーを１．５ｋＷ、水素の
流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガスの流量４ｓｃｃｍと
し、原料ガスのメタン濃度は２％とした。そして原料ガ
スの圧力は１３３ｈＰａ、基板温度８５０℃で行った。
多結晶ダイヤモンド層１の形成膜厚は、表面弾性波が表
面を主に伝わるために、１０μｍ程度で十分である。

【００７９】また、基板温度が急上昇や急降下して、圧
電体バルク単結晶基板２の焦電性により破壊してしまう
ことがないように、マイクロ波パワーや基板加熱ステー
ジ等の出力はゆっくりと行うことが望ましい。

【００８０】次に、図７（ｄ）に示すように、前記マス
ク層７をエッチング除去した後、多結晶ダイヤモンド層
１の凹凸面及び圧電体バルク単結晶基板２の裏面上にエ
ポキシ形樹脂接着剤や半田合金からなる接着材４を用い
て、シリコン基板やガラス基板或いはセラミック基板か
らなる支持基板３を接着する。このとき、半田合金によ
る接着の場合、多結晶ダイヤモンド層１及び支持基板３
の接着面に予め下地金属層を形成してから行うことが望
ましい。

【００８１】この工程において、多結晶ダイヤモンド層
１の接着面は、凹凸パターンが形成されており、接着強
度が向上される。

【００８２】次に、図７（ｅ）に示すように、圧電体バ
ルク単結晶基板２の表面を、化学的機械的研磨によって
研磨し薄膜化することによって、圧電体バルク層２０を
形成する。このときの圧電体バルク層２０の厚さは、表
面弾性波フィルタ用として所望の特性を得られるように
調整する。

【００８３】次に、図７（ｆ）に示すように、圧電体バ
ルク層２０の研磨された表面上に、蒸着法或いはスパッ
タ法によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって櫛形電極５を加工する。このときそれぞれ
島状に素子分離された多結晶ダイヤモンド層１に対応す
るように二組の一対の櫛形電極５を形成する。

【００８４】このようにして形成した表面弾性波素子も
実施形態１と同様の効果を示す。また、本実施形態で
は、多結晶ダイヤモンド層１を素子ごとに分離させてい
るため、多結晶ダイヤモンド層１と圧電体バルク単結晶
基板２との熱応力の影響を低減し、素子作成時の基板の
そりを防止できるので、大面積での素子作成が可能とな
る。また、硬い多結晶ダイヤモンド層１がそれぞれ素子
分離されているので、基板をダイシングしやすい効果も
ある。

【００８５】（実施形態５）図８（ａ）乃至（ｆ）は、
本発明の実施形態５に係る表面弾性波素子の各製造工程
における断面図である。

【００８６】本実施形態は、大面積基板上の素子分離さ
れた領域に個別に圧電体層を形成した実施形態である。

【００８７】先ず、図８（ａ）に示すように、ニオブ酸
リチウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム或いはタ
ンタル酸リチウム等からなる圧電体バルク単結晶基板２
の裏面上に、酸化シリコンなどの薄膜を形成しパターニ
ングすることによって素子形成領域となる位置にマスク
層７を形成する。

【００８８】次に、図８（ｂ）に示すように、マスク層
７をマスクとして、圧電体バルク単結晶基板２をエッチ
ングして圧電体バルク単結晶基板２の裏面に深さ０．１
μｍ以上１μｍ以下程度の凹部８を形成する。

【００８９】次に、図８（ｃ）に示すように、前記マス
ク層７を除去した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用
いて、圧電体バルク単結晶基板２の裏面上に、多結晶ダ
イヤモンド層１を成長させる。

【００９０】このときの多結晶ダイヤモンド層１の成長
条件は、マイクロ波パワーを１．５ｋＷ、水素の流量を
２００ｓｃｃｍ、メタンガスの流量４ｓｃｃｍとし、原
料ガスのメタン濃度は２％とした。そして原料ガスの圧
力は１３３ｈＰａ、基板温度８５０℃で行った。多結晶
ダイヤモンド層１の形成膜厚は、表面弾性波が表面を主
に伝わるために、１０μｍ程度で十分である。

【００９１】また、基板温度が急上昇や急降下して、圧
電体バルク単結晶基板２の焦電性により破壊してしまう
ことがないように、マイクロ波パワーや基板加熱ステー
ジ等の出力はゆっくりと行うことが望ましい。

【００９２】次に、図８（ｄ）に示すように、多結晶ダ
イヤモンド層１の凹凸面上にエポキシ形樹脂接着剤や半
田合金からなる接着材４を用いて、シリコン基板やガラ
ス基板或いはセラミック基板からなる支持基板３を接着
する。このとき、半田合金による接着の場合、多結晶ダ
イヤモンド層１及び支持基板３の接着面に予め下地金属
層を形成してから行うことが望ましい。

【００９３】この工程において、多結晶ダイヤモンド層
１の接着面は、凹凸パターンが形成されており、接着強
度が向上される。

【００９４】次に、図８（ｅ）に示すように、圧電体バ
ルク単結晶基板２の表面を、化学的機械的研磨によって
研磨し薄膜化することによって、圧電体バルク層２０を
形成する。このとき、多結晶ダイヤモンド層１の凸部と
なっている面が表出したときに研磨を止めることで、圧
電体バルク層２０の厚さを、前もって形成した凹部８の
深さに正確に制御できる。一般に、圧電体の厚みは薄い
ほど周波数が上がるが、薄くなると所望の周波数帯域に
なるように、ウエハ上全ての圧電体層の膜厚を正確に制
御することが難しい。

【００９５】そこで、本実施形態のように予め圧電体層
の厚さをエッチングにより正確に制御し、研磨時には多
結晶ダイヤモンド層１をストッパとして用いることがで
きるので、このような表面弾性波素子作成には好適であ
る。

【００９６】次に、図８（ｆ）に示すように、圧電体バ
ルク層２０の研磨された表面上に、蒸着法或いはスパッ
タ法によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって櫛形電極５を加工する。このときそれぞれ
島状に素子分離された圧電体バルク層２０に対応するよ
うに二組の一対の電気−機械変換電極である櫛形電極５
を形成する。

【００９７】このようにして形成した表面弾性波素子も
実施形態１と同様の効果を示す。また、圧電体バルク層
２０を素子ごとに分離させているため、多結晶ダイヤモ
ンド層１と圧電体バルク層２０との熱応力の影響を低減
し、素子作成時の基板のそりを防止できるので、大面積
での素子作成が可能となる。

【００９８】以上本発明の好ましい実施形態について説
明してきたが、本発明は上記実施形態に限らず種々工夫
して用いることができる。

【００９９】例えば、圧電体基板としては、ニオブ酸リ
チウム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウムやタンタル
酸リチウムに限られず、ＺｎＯ等の他の圧電体材料を用
いることができる。

【０１００】また圧電体バルク単結晶基板として、具体
的には、３６°ＹカットＸ伝播ＬｉＴａＯ_３、６４°Ｙ
カットＸ伝播ＬｉＴａＯ_３、４１°ＹカットＸ伝播Ｌｉ
ＮｂＯ_３或いは４５°ＸカットＺ伝播Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７等
の圧電基板を用いることができる。

【０１０１】また、電気−機械変換電極の形状も櫛形に
限らず、所望のフィルタ設計の必要に応じて形状大きさ
を変えて用いることができる。

【０１０２】また、圧電基板を薄くする方法としては、
圧電基板を研磨することによって行ったが、エッチング
等その他の方法を用いても良い。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によると、圧電体単結晶上にダイ
ヤモンド層を形成し、圧電体単結晶のほうを研磨するこ
とによって、従来困難であったダイヤモンド層の研磨工
程をなくし、また薄膜成長困難であった圧電体層を良好
に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１に係る表面弾性波素子の
製造方法を説明する各工程の断面図及び表面弾性波素子
の上面図であり、（ａ）乃至（ｄ）は各工程の断面図、
（ｅ）は上面図を示す。

【図２】 本発明の実施形態１に係る表面弾性波素子を
パッケージ化したフィルタ装置の断面図。

【図３】 本発明の実施形態１に係る表面弾性波素子を
フィルタとして用いた送受信機における概念図。

【図４】 本発明の実施形態２に係る表面弾性波素子の
製造方法を説明する各工程の断面図。

【図５】 本発明の実施形態２の変形例による表面弾性
波素子の製造方法の一工程における断面図。

【図６】 本発明の実施形態３に係る表面弾性波素子の
製造方法を説明する各工程の断面図。

【図７】 本発明の実施形態４に係る表面弾性波素子の
製造方法を説明する各工程の断面図。

【図８】 本発明の実施形態５に係る表面弾性波素子の
製造方法を説明する各工程の断面図。

【図９】 従来の表面弾性波素子の製造方法を説明する
各工程の断面図。

【符号の説明】

１・・・多結晶ダイヤモンド層 ２・・・圧電体バルク単結晶基板 ３・・・支持基板 ４・・・接着材 ５・・・櫛形電極 ６・・・中間層 ７・・・マスク層 ８・・・凹部 ９・・・圧電体薄膜 １０・・・シリコン基板 ２０・・・圧電体層 ２１・・・表面弾性波素子 ２２・・・セラミックキャップ ２３・・・セラミック基板 ２４・・・金バンプ ３１・・・アンテナ ３２・・・分派器 ３３・・・低雑音アンプ ３４・・・パワーアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 尚志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 張 利 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 舟木 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5J097 AA31 AA32 EE08 FF02 FF05 HA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】第１の主面とその裏面である第２の主面と
   を有する圧電体層と、 前記圧電体層の第１の主面上に形成された電気−機械変
   換電極と、 前記圧電体層の第２の主面上に形成されたダイヤモンド
   層と、 前記ダイヤモンド層と接着材を介して接着された支持基
   板とを具備することを特徴とする表面弾性波素子。
2. 【請求項２】第１の主面とその裏面である第２の主面と
   を有する圧電体バルク層と、 前記圧電体バルク層の第２の主面上に形成されたダイヤ
   モンド成長層と、 前記圧電体バルク層の第１の主面上に形成された電気−
   機械変換電極とを具備することを特徴とする表面弾性波
   素子。
3. 【請求項３】前記圧電体バルク層は、単結晶であること
   を特徴とする請求項２記載の表面弾性波素子。
4. 【請求項４】第１の主面とその裏面である第２の主面と
   を有する圧電体結晶基板の第２の主面上に、ダイヤモン
   ド層を成長させる工程と、 前記ダイヤモンド層上に接着材を介して支持基板を接着
   する工程と、 前記圧電体結晶基板を前記第１の主面側から薄くするこ
   とによって圧電体層を形成する工程と、 前記圧電体層の第１の主面上に電気−機械変換電極を形
   成することを特徴とする表面弾性波素子の製造方法。
5. 【請求項５】前記圧電体結晶基板は、ニオブ酸リチウ
   ム、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム及びタンタル酸
   リチウムから選ばれる少なくとも一つであることを特徴
   とする請求項４の表面弾性波素子の製造方法。