JP2003224448A

JP2003224448A - 弾性表面波素子

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Publication number: JP2003224448A
Application number: JP2002019175A
Authority: JP
Inventors: Makoto Furuhata; 誠古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体薄膜と圧電体薄膜の膜厚を規定するこ
とにより、温度変化に起因する周波数変化を抑制し、安
定した周波数特性を有する弾性表面波素子を提供する。【解決手段】誘電体基板１０１上に形成されＳｉＯ_２
で構成される誘電体薄膜１０２と、この誘電体薄膜１０
２上に形成されＺｎＯで構成される圧電体薄膜１０３
と、この圧電体薄膜１０３上に形成された櫛形電極１０
４とを有する弾性表面波素子１００である。櫛形電極１
０４の構造に対応する弾性表面波の波長をλ、誘電体薄
膜１０２の厚さをＴｓ、圧電体薄膜１０３の厚さをＴｚ
とし、ｋｈｓ＝２πＴｓ／λ、ｋｈｚ＝２πＴｚ／λと
したとき、ｋｈｚが０．１以上１．０以下であり、ｋｈ
ｓが０．１２以上０．４５以下であるように構成するこ
とにより、周波数の１次温度係数（ＴＣＤ）を小さく
し、安定した周波数特性を有する素子を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波素子に係
り、特に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、位相ロックルー
プ（ＰＬＬ）発振器、周波数フィルタ等として用いる場
合に好適な弾性表面波素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、弾性表面波（ＳＡＷ）素子は、
ＺｎＯやＬｉＮｂＯ_３等の圧電体の表面に櫛形電極（Ｉ
ＤＴ）を形成し、この櫛形電極によって圧電体の表面上
に弾性表面波を発生させ、この弾性表面波の伝播特性に
よって種々の電気的信号を生成するように構成されてい
る。

【０００３】弾性表面波素子は、小型で軽量であるこ
と、寿命が長いこと、位相特性に優れていることなどの
点で有利であるため、周波数フィルタ、共振器、遅延デ
バイス等として広く用いることができる。一般に、弾性
表面波素子の性能を高めるために、弾性表面波の伝播速
度Ｖｓや電気機械結合係数ｋ^２の増大が図られている。

【０００４】弾性表面波素子としては、例えば、特開平
６−１０４６８０号公報に記載されているように、シリ
コン基板上にＳｉＯ_２で構成される誘電体薄膜を形成
し、この誘電体薄膜の上にさらにＺｎＯで構成される圧
電体薄膜を形成してなるものが知られている。このよう
なＺｎＯ／ＳｉＯ_２の積層構造は、水晶振動子に較べて
音速が高いため、高周波デバイスを構成する場合に適し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記弾性表
面波素子の特性としては、弾性表面波の周波数の安定化
或いは高精度化が重要であり、特に、共振器や周波数フ
ィルタとして用いる場合には、温度変化に対する周波数
の安定化がきわめて重要である。しかしながら、従来の
ＺｎＯ／ＳｉＯ_２構造を有する弾性表面波素子において
は、積層構造によって周波数の温度依存性が大きく変化
し、素子として必要な周波数の安定性が得られないとい
う問題点があった。

【０００６】また、上記従来のＺｎＯ／ＳｉＯ_２構造を
有する弾性表面波素子では、ＺｎＯで構成される圧電体
薄膜が５μｍ程度と厚いため、高品位の膜を短時間に形
成することが困難であり、これを克服するには特開平９
−２５６１３９号等に記載された高度な技術を必要とす
る２段階成膜法や高価な装置を必要とするレーザアブレ
ーション法等を用いる必要があるため、製造コストが増
大するという問題点もあった。

【０００７】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、誘電体薄膜と圧電体薄膜の膜厚を
規定することにより、温度変化に起因する周波数変化を
抑制し、安定した周波数特性を有する弾性表面波素子を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の弾性表面波素子は、誘電体基板上に形成され
ＳｉＯ_２で構成される誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上に
形成されＺｎＯで構成される圧電体薄膜と、該圧電体薄
膜上に形成された櫛形電極とを有する弾性表面波素子で
あって、前記櫛形電極の構造に対応する弾性表面波の波
長をλ、前記誘電体薄膜の厚さをＴｓ、前記圧電体薄膜
の厚さをＴｚとし、ｋｈｓ＝２πＴｓ／λ、ｋｈｚ＝２
πＴｚ／λとしたとき、ｋｈｚが０．１以上１．０以下
であり、ｋｈｓが０．１２以上０．４５以下であること
を特徴とする。

【０００９】この発明によれば、周波数の１次温度係数
（ＴＣＤ）がプラスマイナス１０［ｐｐｍ／℃］以下と
なり、安定した周波数特性を得ることができる。特に、
上記のｋｈｓとｋｈｚの範囲内では、ｋｈｓ及びｋｈｚ
の変化に対する１次温度係数の変動が比較的小さいの
で、誘電体薄膜や圧電体薄膜の膜厚の精度（再現性）を
それほど高めなくても、温度特性に関してばらつきが少
なく均質な素子を容易に製造することができる。また、
誘電体薄膜の厚さＴｓと圧電体薄膜の厚さＴｚの許容範
囲が広いので、成膜精度の比較的劣る安価な或いは簡易
な装置にて製造することが可能になり、製造コストの上
昇を抑制することができる。さらに、圧電体薄膜の厚さ
Ｔｚが従来のＺｎＯ／ＳｉＯ_２構造よりも薄いことか
ら、圧電体薄膜を簡易な方法で短時間に形成することが
可能になるため、製造コストを低減することができる。
また、上記範囲内では弾性表面波の速度がほぼ４０００
［ｍ／ｓ］を越えるため、素子の高周波化が容易にな
る。

【００１０】本発明において、さらに、ｋｈｓが０．２
以上０．３５以下であることが好ましい。

【００１１】この発明によれば、周波数の１次温度係数
をプラスマイナス５［ｐｐｍ／℃］以下に抑制すること
が可能になる。

【００１２】本発明において、ｋｈｚが０．２以上１．
０以下であることが好ましい。

【００１３】この発明によれば、圧電体薄膜の厚さＴｚ
の変化に対する１次温度係数の変化が小さいので、圧電
体薄膜の厚さＴｚの精度が素子の温度特性に影響しにく
くなるため、温度特性についてばらつきの少ない素子を
再現性よく製造することが可能になる。

【００１４】この場合に、特に、ｋｈｓが０．２６５以
上０．３以下であることが望ましい。

【００１５】この発明によれば、周波数の１次温度係数
をプラスマイナス２［ｐｐｍ／℃］以下に抑制すること
が可能になる。

【００１６】本発明において、さらに、ｋｈｚが０．１
６以上０．４８以下であることが好ましい。

【００１７】この発明によれば、圧電体薄膜の膜厚Ｔｚ
がさらに薄くなることにより、圧電体薄膜をさらに製造
し易くなり、短時間に圧電体薄膜を成膜できるととも
に、例えば２段階成膜などの複雑な成膜法を用いること
は必ずしも必要ない。

【００１８】また、本発明の別の弾性表面波素子は、誘
電体基板上に形成されＳｉＯ_２で構成される誘電体薄膜
と、該誘電体薄膜上に形成されＺｎＯで構成される圧電
体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された櫛形電極とを有
する弾性表面波素子であって、前記櫛形電極の構造に対
応する弾性表面波の波長をλ、前記誘電体薄膜の厚さを
Ｔｓ、前記圧電体薄膜の厚さをＴｚとし、ｋｈｓ＝２π
Ｔｓ／λ、ｋｈｚ＝２πＴｚ／λとしたとき、ｋｈｓが
約０．３であり、ｋｈｚが約０．２、約０．４５、又
は、約１．１であることを特徴とする。

【００１９】この発明によれば、上記条件の近傍では、
弾性表面波の周波数の１次温度係数を示す特性曲線が１
次温度係数０のラインに交差するため、周波数の温度依
存性を低減し、安定した周波数特性を得ることができ
る。

【００２０】本発明において、前記弾性表面波の波長λ
が１〜１５μｍであることが好ましい。

【００２１】この発明によれば、弾性表面波の波長λが
１〜１５μｍの範囲内では櫛形電極を容易に形成するこ
とが可能であるとともに、誘電体薄膜の厚さを高々１μ
ｍ程度、圧電体薄膜の厚さを高々２μｍ程度とすること
ができるので、短時間に高品位の誘電体薄膜、圧電体薄
膜を形成することが可能になり、製造コストを低減する
ことができる。特に、圧電体薄膜の厚さを薄くすること
ができるので、圧電体薄膜の結晶性を向上させることが
可能になり、弾性表面波素子の性能を向上させることが
可能になる。

【００２２】なお、上記各発明において、特に、ｋｈｚ
を０．１〜０．５の範囲内とすることにより、圧電体薄
膜を通常の薄膜形成技術で高い結晶性を有する高品位の
膜とすることができるという利点がある。

【００２３】本発明においては、弾性表面波の波長λ
は、必ずしも１〜１５μｍの範囲に限定されるものでは
ない。波長λが１μｍ未満（例えば波長λ＝０．１〜
１．０μｍの場合）であると、櫛形電極の形成はやや困
難になるが、誘電体薄膜、圧電体薄膜の厚さをさらに低
減できるので、結晶性の向上に起因する薄膜の膜質の向
上を図ることができるとともに、製造コストを低減で
き、その上、素子をさらに高周波化することができる。
また、波長λが１５μｍを越える場合（例えば波長λ＝
１５〜５００μｍの場合）には、誘電体薄膜や圧電体薄
膜の厚膜化が必要になり、素子の低周波数化が生ずるも
のの、櫛形電極の幅やピッチを大きくすることができる
ため、電極形成が容易になり、安価なプロセスを用いる
ことができるというメリットがある。

【００２４】本発明において、前記誘電体基板がシリコ
ン基板であることが好ましい。

【００２５】この発明によれば、シリコン基板を用いる
ことにより、誘電体薄膜及び圧電体薄膜を容易に成膜す
ることが可能になるとともに、シリコン基板に回路を形
成することにより、弾性表面波素子とこれに関連する回
路部分とを一体に構成することが可能になる。

【００２６】本発明において、共振器若しくは周波数フ
ィルタとして機能することが好ましい。

【００２７】この発明によれば、共振器若しくは周波数
フィルタとして機能することにより、上記構成に起因し
て得られる、温度変化に関して安定した周波数特性を有
効に利用できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る弾性表面波素子の実施形態について詳細に説明す
る。図１は、本実施形態の弾性表面波素子１００の概略
構造を模式的に示す概略断面図である。この弾性表面波
素子１００においては、シリコン基板等で構成される誘
電体基板１０１上にＳｉＯ_２で構成される誘電体薄膜１
０２が形成され、この誘電体薄膜１０２上にＺｎＯで構
成される圧電体薄膜１０３が形成されている。圧電体薄
膜１０３上にはアルミニウム等の導電体で構成された櫛
形電極（ＩＤＴ）１０４が形成されている。

【００２９】図２は、本実施形態の弾性表面波素子１０
０の構成例を示すものである。弾性表面波素子１００と
しては、圧電体薄膜１０３の電気機械結合を用いた、弾
性表面波を介在させて動作する素子であれば如何なるも
のであっても構わないが、例えば、図２にはＳＡＷフィ
ルタを構成した場合について示してある。この場合、圧
電体薄膜１０３の表面１０３ａ上に櫛形電極１０４Ａ及
び１０４Ｂが間隔を有して配置されている。ここで、一
方の櫛形電極１０４Ａに対して入力端子ＩＰから電気信
号を入力し、他方の櫛形電極１０４Ｂに接続された出力
端子ＯＰから電気信号を出力するように構成されてい
る。入力端子ＩＰに電気信号を入力すると、櫛形電極１
０４Ａでは、図１に点線で示すような弾性表面波が形成
される。この弾性表面波の波長λは、同電位が供給され
る隣接した電極部間の距離と等しい。ここで、各電極部
の幅と間隔とが等しく形成されている場合には、上記波
長λは電極部の幅の４倍になる。

【００３０】図３乃至図８は、上記弾性表面波素子１０
０を製造する各工程を示す工程断面図である。以下、上
記図面を参照して弾性表面波素子１００を製造する方法
の一例について説明する。

【００３１】まず、図３に示すように、誘電体基板１０
１上に、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブレーシ
ョン法などを用いてＳｉＯ_２を堆積させ、誘電体薄膜１
０２を成膜する。ここで、誘電体基板１０１としてシリ
コン基板を用いる場合には、熱酸化法にて誘電体薄膜１
０２を形成してもよい。

【００３２】次に、図４に示すように、誘電体薄膜１０
２上に、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブレーシ
ョン法などを用いてＺｎＯを堆積させ、圧電体薄膜１０
３を成膜する。ここで、圧電体薄膜１０３のＺｎＯのＣ
軸を基板に対して垂直に配向させることにより、単結晶
ＺｎＯに近い圧電特性を薄膜でも示すことが知られてい
る。したがって、圧電体薄膜の膜質を向上させるには、
ＺｎＯのＣ軸を基板に対して垂直な方向に揃える必要が
ある。このＣ軸配向性の向上を図るには、成膜温度を高
めるなどの成膜条件の最適化が望まれる。例えば、スパ
ッタリング法で成膜する場合には、成膜温度を１５０〜
３５０℃程度にすると膜質（Ｃ軸配向性）が向上する。

【００３３】その後、図５に示すように、この圧電体薄
膜１０３上に、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブ
レーション法などを用いてアルミニウム等の導電体を堆
積させ、導体層１０４Ｘを形成する。

【００３４】次に、図６に示すように、上記導体層１０
４Ｘ上に感光性レジストを塗布し、レジスト層１０５Ｘ
を形成する。そして、通常のフォトリソグラフィプロセ
スにより上記レジスト層１０５Ｘを所定パターンで露光
し、さらに現像を行って、図７に示すように、レジスト
マスク１０５を形成する。この状態で、レジストマスク
１０５上から上記導体層１０４Ｘをエッチングし、図８
に示すように櫛形電極１０４を形成する。最後に、レジ
ストマスク１０５を除去することによって、図１に示す
弾性表面波素子１００が形成される。

【００３５】本願発明者は、図１に示す弾性表面波素子
１００において、誘電体薄膜１０２の厚さＴｓと圧電体
薄膜１０３の厚さＴｚに注目し、これらの厚さを変えて
設計した場合について種々検討を行い、図９に示すよう
に、１次温度係数（ＴＣＤ）のｋｈｓとｋｈｚに対する
依存性を示す結果を得た。

【００３６】ここで、ｋｈｓは、誘電体薄膜１０２の厚
さＴｓを櫛形電極１０４の構造に対応する弾性表面波の
波長λで正規化した膜厚（波数）であり、ｋｈｓ＝２π
Ｔｓ／λである。また、ｋｈｚは、圧電体薄膜１０３の
厚さＴｚを櫛形電極１０４の構造に対応する弾性表面波
の波長λで正規化した膜厚（波数）であり、ｋｈｚ＝２
πＴｚ／λである。

【００３７】一方、弾性表面波の周波数ｆの温度ｔに対
する特性（依存性）をｆ（ｔ）で表すと、基準温度ｔ_０
（例えば室温２５℃などの使用環境における平均的な温
度）に対する周波数の変化率は、｛ｆ（ｔ）−ｆ（ｔ_０）｝／ｆ（ｔ_０）＝α（ｔ−ｔ_０）＋β（ｔ−ｔ_０）^２＋γ（ｔ−ｔ_０）^３＋・・・（１）と表すことができる。ここで、上記式（１）中のαが上
記１次温度係数（ＴＣＤ）である。

【００３８】図９に示す１次温度係数ＴＣＤ［ｐｐｍ／
℃］は、誘電体基板１０１として厚さ１３５μｍのシリ
コン基板を用い、ｔ_０＝２５℃とした場合のレーリー波
（０次波）に基づく常温領域の値を示すものである。

【００３９】図９に一点鎖線で示す領域Ａは、圧電体薄
膜１０３の膜厚ｋｈｚが０．１以上１．０以下であり、
誘電体薄膜１０２の膜厚ｋｈｓが０．１２以上０．４５
以下である範囲を示す。この領域Ａに該当する弾性表面
波素子においては、弾性表面波の周波数の１次温度係数
ＴＣＤがプラスマイナス１０［ｐｐｍ／℃］以内（すな
わち、１次温度係数の絶対値が１０以下、以下同様）と
なり、低い温度依存性を示す。また、弾性表面波の波長
λが１〜１５μｍの範囲内であれば誘電体薄膜の厚さＴ
ｓは０．０１９〜１．０７μｍとなり、弾性表面波の実
用的な波長範囲において、従来よりも厚さＴｓを薄くす
ることができるので、きわめて短時間に成膜することが
可能で、熱酸化法等によって容易に形成することができ
るようになる。この場合、例えば中央値ｋｈｓ＝０．２
８５を目標値とすれば、誘電体薄膜１０２を成膜する際
の成膜装置の厚さ精度はプラスマイナス５７％程度で足
りるため、高価な成膜装置を用いる必要がなく、成膜速
度も高めることが可能になる。同様の理由により、弾性
表面波の波長λが１〜１５μｍの範囲内であれば圧電体
薄膜の厚さＴｚは０．０１５〜２．３９μｍとなり、こ
れもまた実用的な厚さであって、容易かつ短時間に成膜
できる。さらに、製造時の成膜面内の各薄膜の厚さのば
らつきも上記領域の範囲内であれば許容できる。特に、
圧電体薄膜の厚さＴｚを薄くすることができるので、圧
電体薄膜の結晶性を向上させることが可能になり、弾性
表面波素子の性能を向上させることが可能になる。

【００４０】また、図９に二点鎖線で示す領域Ｂは、ｋ
ｈｚが０．１以上１．０以下であり、ｋｈｓが０．２以
上０．３５以下である範囲を示す。この領域Ｂに該当す
る弾性表面波素子においては、弾性表面波の周波数の１
次温度係数ＴＣＤがプラスマイナス５［ｐｐｍ／℃］以
内であり、さらに低い温度依存性を示す。ここで、弾性
表面波の波長が１〜１５μｍであれば誘電体薄膜１０２
の厚さＴｓは０．０３８〜０．８４μｍとなる。また、
中央値ｋｈｓ＝０．２７５を目標値とすれば、厚さの精
度はプラスマイナス２７％程度で足りることとなる。さ
らに、製造時の面内の各薄膜の厚さのばらつきも上記領
域の範囲内であれば許容できる。

【００４１】さらに、図９に三点鎖線で示す領域Ｃは、
ｋｈｚが０．２以上１．０以下であり、ｋｈｓが０．２
６５以上０．３以下である範囲を示す。ｋｈｚが０．２
以上１．０以下の範囲では、比較的小さい１次温度係数
ＴＣＤを示すラインがｋｈｚに対してほとんど平坦にな
っているため、誘電体薄膜１０２の厚さＴｓで温度特性
がほぼ定まり、圧電体薄膜１０３の厚さＴｚにはそれ程
依存しなくなる。したがって、誘電体薄膜１０２の厚さ
Ｔｓを高精度に形成すれば、圧電体薄膜１０３の厚さＴ
ｚについてはほとんど配慮しなくても温度特性が均一で
安定した周波数特性を有する弾性表面波素子を製造でき
る。さらに、製造時の成膜面内の各薄膜の厚さのばらつ
きも上記領域の範囲内であれば許容できる。特に、圧電
体薄膜の厚さを薄くすることが可能になるので、圧電体
薄膜の結晶性を向上させることが可能になり、弾性表面
波素子の性能を向上させることが可能になる。

【００４２】この領域Ｃでは、ｋｈｓを上記のように
０．２６５以上０．３以下とすることにより、周波数の
１次温度係数ＴＣＤをプラスマイナス２［ｐｐｍ／℃］
以内にすることができる。また、弾性表面波の波長が１
〜１５μｍであれば誘電体薄膜１０２の厚さＴｓは０．
０４２〜０．７２μｍとなる。また、中央値ｋｈｓ＝
０．２７２５を目標値とすれば、厚さの精度はプラスマ
イナス６．１％程度で足りることとなる。さらに、製造
時の成膜面内の各薄膜の厚さのばらつきも上記領域の範
囲内であれば許容できる。

【００４３】上記の各領域においては、特に、上記ｋｈ
ｚを０．１〜０．５の範囲内とすることにより、圧電体
薄膜を通常の薄膜形成技術で高い結晶性を有する高品位
の膜とすることができるという利点がある。圧電体薄膜
ＺｎＯの結晶性は、弾性表面波素子の性能を決定する最
も大きな要因となるので、高品位の膜質を得ることは重
要である。圧電体薄膜の厚さＴｚを薄くすることによっ
て、安価な装置でも高品位の膜質を得ることが可能にな
るため、弾性表面波素子の性能を高めることが容易にな
る。

【００４４】図９に２点鎖線で示す領域Ｄは、ｋｈｚが
０．１６以上０．４８以下であり、ｋｈｓが０．２９５
以上０．３１以下である範囲を示す。この領域Ｄにおい
ては、周波数の１次温度係数ＴＣＤをプラスマイナス１
［ｐｐｍ／℃］以内にすることができ、きわめて安定な
温度特性を有する弾性表面波素子となる。ここで、弾性
表面波の波長が１〜１５μｍであれば誘電体薄膜１０２
の厚さＴｓは０．０４７〜０．７４μｍとなる。また、
中央値ｋｈｓ＝０．３０２５を目標値とすれば、厚さの
精度はプラスマイナス２．４％程度で足りることとな
る。さらに、製造時の成膜面内の各薄膜の厚さのばらつ
きも上記領域の範囲内であれば許容できる。

【００４５】次に、図１０には、図９よりもより広いｋ
ｈｚの範囲に亘って弾性表面波素子の周波数の１次温度
係数ＴＣＤの値を調べた結果を示す。ここで、ｋｈｓ＝
０．３で固定してある。このグラフから分かるように、
誘電体薄膜の膜厚ｋｈｓが０．３である場合、１次温度
係数ＴＣＤのグラフは、ＴＣＤ＝０のラインに対してｋ
ｈｚが約０．２、約０．４５、約１．１であるときにそ
れぞれ交差する。そして、それ以上のｋｈｚ値において
は徐々に１次温度係数が増大する傾向を有している。し
たがって、ｋｈｓが約０．３であるときには、ｋｈｚを
約０．２、約０．４５、約１．１のいずれかに設定する
ことによって、１次温度係数の小さい弾性表面波素子を
製造することができる。特に、ｋｈｚが０．２又は０．
４５である場合には、圧電体素子の厚さＴｚを薄く形成
できるので、圧電体の結晶性を向上させ、弾性表面波素
子の性能を高めることができる。

【００４６】例えば、ｋｈｓが約０．３（例えば、０．
２７〜０．３３、特に０．２８５〜０．３１５）であ
り、ｋｈｚが約０．２（例えば、０．１８〜０．２２、
特に０．１９〜０．２１）である場合には、図１１及び
図１２に示すように、弾性表面波の速度Ｖｓ（Ｖｓ＝ｆ
λ）が４５００［ｍ／ｓ］程度であって、水晶よりも高
速である。したがって、水晶よりも高周波数で用いるこ
とができる。また、結合係数ｋ^２は０．１％程度で水晶
とほぼ同等である。

【００４７】この場合、弾性表面波の波長λが４μｍ
（このとき、櫛形電極１０４の線幅やピッチは１μｍ程
度となる。）であれば、圧電体薄膜の厚さＴｚは約０．
１３μｍ、誘電体薄膜の厚さＴｓは約０．１９μｍとな
るので、誘電体薄膜や圧電体薄膜をＣＶＤ装置、スパッ
タリング装置等で容易かつ短時間に成膜することができ
る。一方、弾性表面波の波長λが１２μｍ（このとき、
櫛形電極１０４の線幅やピッチは３μｍ程度となる。）
であれば、誘電体薄膜の厚さＴｓは約０．３９μｍ、圧
電体薄膜の厚さＴｚは約０．５７μｍとなる。このとき
にも、誘電体薄膜や圧電体薄膜をＣＶＤ装置、スパッタ
リング装置等で容易かつ短時間に成膜することができ
る。

【００４８】また、ｋｈｓが約０．３（例えば、０．２
７〜０．３３、特に０．２８５〜０．３１５）であり、
ｋｈｚが約０．４５（例えば、０．４１〜０．４９、特
に０．４３〜０．４７）である場合には、図１１及び図
１２に示すように、弾性表面波の速度Ｖｓが約４２００
［ｍ／ｓ］程度であって、やはり水晶よりも高速であ
る。したがって、水晶よりも高周波数で用いることがで
きる。また、結合係数ｋ ^２は０．３％程度で水晶を上回
る。したがって、反射器を形成する場合には反射器の電
極本数を削減できるため小型化を図ることができ、広帯
域フィルタを構成することも可能になる。

【００４９】この場合、弾性表面波の波長λが４μｍ
（このとき、櫛形電極１０４の線幅やピッチは１μｍ程
度となる。）であれば、圧電体薄膜の厚さＴｚは約０．
３４μｍ、誘電体薄膜の厚さＴｓは約０．１９μｍとな
るので、誘電体薄膜や圧電体薄膜をＣＶＤ装置、スパッ
タリング装置等で容易かつ短時間に成膜することができ
る。一方、弾性表面波の波長λが１２μｍ（このとき、
櫛形電極１０４の線幅やピッチは３μｍ程度となる。）
であれば、圧電体薄膜の厚さＴｚは約１．０２μｍ、誘
電体薄膜の厚さＴｓは約０．５７μｍとなる。このとき
にも、誘電体薄膜や圧電体薄膜をＣＶＤ装置等で比較的
容易に成膜することができる。

【００５０】さらに、ｋｈｓが約０．３（例えば、０．
２７〜０．３３、特に０．２８５〜０．３１５）であ
り、ｋｈｚが約１．１（例えば、１．０〜１．２、特に
１．０５〜１．１５）である場合には、図１１及び図１
２に示すように、弾性表面波の速度Ｖｓが約３５００
［ｍ／ｓ］程度であって、水晶よりもやや高速である。
したがって、水晶よりも高周波数で用いることができ
る。また、結合係数ｋ^２は０．４％程度で水晶を大きく
上回る。したがって、反射器を形成する場合には反射器
の電極本数を削減できるため小型化を図ることができ、
広帯域フィルタを構成することも可能になる。

【００５１】この場合、弾性表面波の波長λが４μｍ
（このとき、櫛形電極１０４の線幅やピッチは１μｍ程
度となる。）であれば、圧電体薄膜の厚さＴｚは約０．
７μｍ、誘電体薄膜の厚さＴｓは約０．１９μｍとなる
ので、誘電体薄膜や圧電体薄膜をＣＶＤ装置等で比較的
容易に成膜することができる。一方、弾性表面波の波長
λが１２μｍ（このとき、櫛形電極１０４の線幅やピッ
チは３μｍ程度となる。）であれば、圧電体薄膜の厚さ
Ｔｚは約２．１μｍ、誘電体薄膜の厚さＴｓは約０．５
７μｍとなる。このときにも、誘電体薄膜や圧電体薄膜
をＣＶＤ装置等で比較的容易に成膜することができる。

【００５２】上記の圧電体薄膜１０３の成膜に際して
は、膜質を向上させるために蒸着法やスパッタリング法
等によって成膜温度を高めるなどの方法でＣ軸配向の度
合を高めた薄膜であることが好ましい。また、２段階成
膜法（第１段階では成膜条件を最適化して結晶性の良い
極薄膜を形成し、第２段階では上記極薄膜上に高速で成
膜を行う方法）を用いて圧電体薄膜を形成したり、圧電
体薄膜をレーザアブレーション法等によって形成したエ
ピタキシャル膜で構成したりすればさらに膜質が向上す
る。このような高品位の圧電体薄膜を形成することによ
って、結晶性、配向性、均一性等が向上するので、Ｑ値
が増大し、低損失で高性能な弾性表面波素子とすること
が可能になる。

【００５３】尚、本発明の弾性表面波素子は、上述の図
示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。

【００５４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
弾性表面波の周波数の温度依存性を低減し、安定した弾
性表面波素子を得ることができる。また、圧電体薄膜が
従来よりも薄いため、容易且つ短時間に製造することが
可能になり、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾性表面波素子の実施形態の構
造を模式的に示す概略断面図である。

【図２】本実施形態の弾性表面波素子の構成例を示す
概略斜視図である。

【図３】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図４】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図５】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図６】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図７】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図８】本実施形態の弾性表面波素子の製造工程を示
す工程断面図である。

【図９】本実施形態の弾性表面波素子の周波数の温度
特性（１次温度係数）における、誘電体薄膜の正規化さ
れた膜厚と圧電体薄膜の正規化された膜厚とに対する依
存性を示すグラフである。

【図１０】本実施形態の弾性表面波素子の周波数の温
度特性（１次温度係数）における、圧電体薄膜の正規化
された膜厚に対する依存性を示すグラフである。

【図１１】本実施形態の弾性表面波素子の弾性表面波
の音速Ｖｓにおける誘電体薄膜の正規化された膜厚と圧
電体薄膜の正規化された膜厚とに対する依存性を示すグ
ラフである。

【図１２】本実施形態の弾性表面波素子の弾性表面波
の音速Ｖｓ及び結合係数ｋ^２における、圧電体薄膜の正
規化された膜厚に対する依存性を示すグラフである。

【符号の説明】

１００・・・弾性表面波素子、１０１・・・誘電体基
板、１０２・・・誘電体薄膜、１０３・・・圧電体薄
膜、１０４・・・櫛形電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板上に形成されＳｉＯ_２で構成
される誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上に形成されＺｎＯ
で構成される圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成され
た櫛形電極とを有する弾性表面波素子であって、前記櫛形電極の構造に対応する弾性表面波の波長をλ、
前記誘電体薄膜の厚さをＴｓ、前記圧電体薄膜の厚さを
Ｔｚとし、ｋｈｓ＝２πＴｓ／λ、ｋｈｚ＝２πＴｚ／
λとしたとき、ｋｈｚが０．１以上１．０以下であり、
ｋｈｓが０．１２以上０．４５以下であることを特徴と
する弾性表面波素子。
【請求項２】さらに、ｋｈｓが０．２以上０．３５以
下であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波
素子。
【請求項３】さらに、ｋｈｚが０．２以上１．０以下
であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素
子。
【請求項４】さらに、ｋｈｓが０．２６５以上０．３
以下であることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面
波素子。
【請求項５】さらに、ｋｈｚが０．１６以上０．４８
以下であり、ｋｈｓが０．２９５以上０．３１以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】誘電体基板上に形成されＳｉＯ_２で構成
される誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上に形成されＺｎＯ
で構成される圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成され
た櫛形電極とを有する弾性表面波素子であって、前記櫛形電極の構造に対応する弾性表面波の波長をλ、
前記誘電体薄膜の厚さをＴｓ、前記圧電体薄膜の厚さを
Ｔｚとし、ｋｈｓ＝２πＴｓ／λ、ｋｈｚ＝２πＴｚ／
λとしたとき、ｋｈｓが約０．３であり、ｋｈｚが約
０．２、約０．４５、又は、約１．１であることを特徴
とする弾性表面波素子。
【請求項７】前記弾性表面波の波長λが１〜１５μｍ
であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれ
か１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】前記誘電体基板がシリコン基板であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に
記載の弾性表面波素子。
【請求項９】共振器若しくは周波数フィルタとして機
能することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれ
か１項に記載の弾性表面波素子。