JP2005244359A - 弾性表面波装置、ラダー型フィルタ、及び共振子型フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の電極層を積層した電極層積層部の形成により電気的抵抗が低められており、かつ絶縁膜の形成により周波数温度特性が改善されている弾性表面波装置において、絶縁膜表面の段差によるインピーダンス比の劣化及び挿入損失の劣化を抑制する構造が備えられた弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】 圧電基板２上に複数本の電極指４，６と、バスバー５，７とを有するＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３を覆うように形成された絶縁膜８とを有し、バスバーにおいて、複数の電極層が積層されている電極層積層部５Ａ，７Ａが設けられている構造において、電極層積層部５Ａ，７Ａの電極指側端部と、バスバー５，７の電極指側端部との間の距離αが、ＩＤＴ電極３の波長をλとしたときに、１．０５λ〜２．６λの範囲とされている、弾性表面波装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電基板上にＩＤＴ電極及び絶縁膜が形成されている弾性表面波装置に関し、より詳細には、ＩＤＴ電極のバスバーの一部が複数の電極層を積層してなる電極層積層部を有する弾性表面波装置、並びに該弾性表面波装置を用いた共振子型フィルタ及びラダー型フィルタに関する。

近年、弾性表面波装置では、高周波特性の改善、損失の低減及び良好な周波数温度特性が強く求められている。高周波化を果たすには、電極の膜厚を薄くする必要があった。電極の膜厚を薄くすると、ＩＤＴ電極や配線電極の電気抵抗が高くなり、損失が大きくなるという問題があった。そのため、電気抵抗を低くして低損失化を図るため、ＩＤＴ電極の電極指以外の電極部分、例えばワイヤボンディング用電極パッドやＩＤＴ電極のバスバーなどを２つの電極層を積層した構造とする方法が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、このように電極の一部が２層の電極層を積層した構造とされている弾性表面波装置の製造方法が開示されている。

図８（ａ）〜（ｄ）は、この特許文献１に記載の製造方法を説明するための各平面図であり、図９（ａ）〜（ｄ）は、図８の（ｃ）のＡ−Ａ線に沿う部分に相当する部分の各断面図である。特許文献１に記載の製造方法では、図８（ａ）に示すように、圧電基板１０１上に、ＩＤＴ電極１０２、反射器１０３，１０４、電極パッド１０５，１０６、短絡用配線１０７、及び配線電極１０９ａ，１０９ｂが形成される。これらの電極は、フォトリソグラフィー−エッチング法により形成され得る。

なお、ＩＤＴ１０２は、一対のくし歯電極からなる。各くし歯電極は、複数本の電極指と、該複数本の電極指の基端を短絡するバスバーとを有する。従って、ＩＤＴ電極１０２は、一対のバスバー１０２ａ，１０２ｂを有する。

図８（ａ）に示した上記電極構造が形成された後、ポジ型のフォトレジストが全面に付与され、しかる後、バスバー１０２ａ，１０２ｂ、電極パッド１０５，１０６及び配線電極１０９ａ，１０９ｂに重なる部分が開口部とされたマスクが積層されて露光が行われる。しかる後、露光部分のフォトレジストを除去することにより、図８（ｂ）に示すように、フォトレジスト層１０８に開口１０８ａが形成される。フォトレジスト層１０８の下方のＩＤＴ１０２などの電極はフォトレジスト１０８に実際は隠れているが、図８（ｂ）では実線で図示されている。開口１０８ａは、電極パッド１０５，１０６、バスバー１０２ａ，１０２ｂ及び配線電極１０９ａ，１０９ｂを露出させている。

次に、フォトレジスト層１０８を加熱することにより、フォトレジスト層１０８の圧電基板１０１に対する密着性が高められるとともに、耐プラズマ性が高められる。

次に、圧電基板１０１上において、第２の導電膜が全面に付与される。第２の導電膜は、バスバー１０２ａ，１０２ｂ、電極パッド１０５，１０６及び配線電極１０９ａ，１０９ｂを２層構造とするために付与される。すなわち、上記開口１０８ａ内に付与されている第２の導電膜により、バスバー１０２ａ，１０２ｂ、電極パッド１０５，１０６及び配線電極１０９ａ，１０９ｂが２層構造とされる。この場合、ＩＤＴ電極１０２の電極指は２層構造とされない。すなわち、電極指は上記開口１０８ａに露出していないため、電極指は２層構造とされず、最初の導電膜のみにより構成されている。

しかる後、フォトレジスト層１０８上に付与されている第２の導電膜をフォトレジスト層１０８と共にリフトオフする。このようにして、図９（ａ）に略図的断面図で示すように、２層構造の電極パッド１０５Ａ，１０６Ａ、バスバー１０２Ａ，１０２Ｂ及び配線電極１０９Ａ，１０９Ｂが形成される。

上記のように、２層構造の電極部分を形成するのは、配線抵抗を低めるため、並びに金属バンプ形成時に圧電基板１０１に生じるクラックを防止するためである。

次に、図９（ｂ）に示すように、金属バンプ１１１が電極パッド１０５Ａ，１０６Ｂ上に形成される。

次に、図８（ｃ）に示すように、短絡用配線１０７が矢印Ｂ１０１，Ｂ１０２で示す部分で切断される。さらに、図８（ｄ）及び図９（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜１１２が圧電基板１０１上にほぼ全面に形成される。絶縁膜１１２は、例えばＳｉＯ₂をスパッタリングなどにより付与することにより形成される。

次に、図９（ｄ）に示すように、金属バンプ１１１上の絶縁膜１１２が除去される。

上記のように、特許文献１に記載の弾性表面波装置の製造方法では、電極の低抵抗化を図るだけでなく、金属バンプ１１１の接合時の圧電基板１０１の破損を防止するために、ＩＤＴ電極のバスバー１０２Ａ，１０２Ｂなどが２層の電極層を積層する構造により構成されている。

また、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜１１２が積層されているのは、周波数温度特性を改善するためや、周波数温度特性を改善するためである。
特開２００１−３５８５５０号公報

上記のように、特許文献１に記載の弾性表面波装置では、周波数温度特性を改善するためや低温における特性を改善するために、金属バンプ１１１が接合される電極パッド１０５Ａ，１０６Ａ以外の電極部分がＳｉＯ₂からなる絶縁膜１１２で覆われている。図９（ｃ）及び（ｄ）では、この絶縁膜１１２の上面は平坦であるように図示されている。

しかしながら、実際には、圧電基板１０１上において、電極が形成されていない部分と、電極が形成されている部分とでは、高さが大きく異なる。従って、絶縁膜１１２の上面は必ずしも平坦にはならない。すなわち、電極形成部分と、電極が形成されていない部分との間でＳｉＯ₂膜の表面に段差が生じる。

電極形成部分と電極が形成されていない部分との間における絶縁膜１１２の段差は、特性上さほど大きな影響は与えない。しかしながら、上記弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極１０２が一様な厚みを有するようには構成されていない。すなわち、低抵抗化を図るために、ＩＤＴ電極１０２のバスバー１０２Ａ，１０２Ｂは、２層構造を有する。これに対して、ＩＤＴ電極１０２の電極指は１層の電極層により構成されている。従って、図１０に略図的に部分切欠断面図で示すように、圧電基板１０１上において、ＩＤＴ電極１０２のバスバー１０２Ａが形成されている部分と電極指構成部分１０２ｃとの間で、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜１１２の表面に大きな段差１１２Ａが形成される。

絶縁膜１１２の膜厚が、バスバー１０２Ａに近い電極指部分上と、バスバー１０２Ａから隔てられた電極指部分上において大きく異なると、反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比であるインピーダンス比が小さくなり、かつ挿入損失が劣化しがちであった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、ＩＤＴ電極のバスバーの一部が複数の電極層を積層した電極層積層部により構成されており、かつＩＤＴ電極を覆うように絶縁膜が形成されている弾性表面波装置であって、電極指の電極層積層部に近い側と遠い側における絶縁膜の膜厚差に起因するインピーダンス比や挿入損失の劣化が生じ難い、良好な特性を発現し得る弾性表面波装置、並びに該弾性表面波装置を用いて構成されたラダー型フィルタ及び共振子型フィルタを提供することにある。

本願の第１の発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、複数本の電極指と、複数本の電極指に連ねられたバスバーとを有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記バスバーにおいて複数の電極層が積層されている電極層積層部が設けられている弾性表面波装置において、前記バスバーの電極層積層部の電極指側端部と、該バスバーの前記電極指側端部との間の距離をαとし、前記ＩＤＴ電極の波長をλとしたときに、αが１．０５λ〜２．６λの範囲とされていることを特徴とする。

好ましくは、上記絶縁膜はＳｉＯ₂により構成される。

本発明に係るラダー型フィルタ及び共振子型フィルタは、それぞれ、第１の発明に係る弾性表面波装置を用いて構成されていることを特徴とする。

第１の発明に係る弾性表面波装置では、圧電基板上にＩＤＴ電極と、ＩＤＴ電極を覆うように絶縁膜が形成されており、バスバーにおいて複数の電極層が積層されている電極層積層部が設けられているため、該電極層積層部の存在により低抵抗化を図ることができる。また、絶縁膜の形成により、周波数温度特性や低温における周波数特性の改善を図ることができる。

しかも、第１の発明では、電極層積層部が設けられているバスバーの該電極層積層部の電極指側端部と、該バスバーの電極指側端部との間の距離をαとしたときに、αが１．０５λ〜２．６λ、例えば、λが２．０μｍのとき２．１〜５．２μｍの範囲とされているため、ＩＤＴ電極の電極指の電極層積層部側部分上と、該電極層積層部とは反対側部分上とにおける上方の絶縁膜における段差を軽減することができる。すなわち、絶縁膜表面が平坦化され、それによってインピーダンス比や挿入損失の劣化が生じ難くされている。よって、低損失であり、周波数温度特性が優れているだけでなく、インピーダンス比及び挿入損失が改善された良好な周波数特性を有する弾性表面波装置を提供することが可能となる。

上記絶縁膜がＳｉＯ₂により構成されている場合には、ＳｉＯ₂膜の形成により、周波数温度特性の改善を図ることができる。

本発明に係るラダー型フィルタ及び共振子型フィルタは、本発明の弾性表面波装置を用いて構成されているため、電極抵抗の軽減及び周波数温度特性の改善を図り得るだけでなく、本発明に従ってインピーダンス比及び挿入損失が改善されたラダー型フィルタ及び共振子型フィルタを提供することができる。

以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の要部を示す模式的平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿う部分の要部の部分切欠拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、弾性表面波装置１では、圧電基板２上に、ＩＤＴ電極３が形成されている。

圧電基板２は、例えばＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃などの圧電単結晶基板、あるいは圧電セラミック基板により構成され得る。

図１では、圧電基板２上の１つのＩＤＴ電極３が形成されている部分のみが示されているが、弾性表面波装置の機能に応じて、ＩＤＴ電極３以外のＩＤＴ電極や反射器等が適宜形成され得る。

ＩＤＴ電極３は、一対のくし歯電極３Ａ，３Ｂを有する。くし歯電極３Ａは、複数本の電極指４と、複数本の電極指４の基端を短絡しているバスバー５とを有する。また、ＩＤＴ電極３Ｂは、複数本の電極指６と、複数本の電極指６の基端を短絡しているバスバー７とを有する。複数本の電極指４と複数本の電極指６とは、互いに間挿し合っている。

本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記バスバー５，７において、２層の電極層が積層されている電極層積層部５Ａ，７Ａが形成されていることにある。すなわち、本実施形態では、ＩＤＴ電極３において、電極指４，６が形成されている部分は１つの電極層により形成されており、バスバー５，７においては、電極層積層部５Ａ，７Ａが２層の電極層を積層した構造を有し、残りの部分は電極指４，６と同様に１層の電極層により構成されている。製造に際しては、第１の電極層により、ＩＤＴ電極３を形成した後、上記電極層積層部５Ａ，７Ａにおいて、第２の電極層を積層する。

上記第１の電極層は、本実施形態では、Ｃｕからなり、第２の電極層はＡｌからなる。

また、図１では図示を省略されているが、図２に示すように、本実施形態の弾性表面波装置１では、図１に示した電極構造を覆うようにＳｉＯ₂からなる絶縁膜８が全面に形成されている。

そして、本実施形態の特徴は、図１及び図２における距離α、すなわち、バスバー５の電極層積層部５Ａの電極指側端部と、バスバー５の電極指側端部との間の距離αが、ＩＤＴ電極３の電極指ピッチによる波長をλ（μｍ）としたときに、１．０５λ〜２．６λの範囲とされていることにあり、本実施形態では、より具体的には、２．１〜５．２μｍの範囲とされていることにある。そのため、図２における絶縁膜８表面の段差Ｙが軽減され、絶縁膜８の表面がやや平坦化されている。

すなわち、上記のような２層の電極層を積層した電極層積層部５Ａ，７Ａが設けられていると、上方に絶縁膜８を成膜した後に、絶縁膜８の上面に大きな段差が生じる。この段差により、前述したようにインピーダンス比の劣化や挿入損失の劣化が生じる。しかしながら、上記距離αをある程度大きくすれば、上記段差を軽減することこができる。従って、本発明では、αが１．０５λ以上とされている。

他方、電極層積層部５Ａ，７Ａは、配線部分における電気抵抗の低減を図るために設けられている。従って、電極層積層部５Ａ，７Ａの面積はできるだけ広い方が好ましい。言い換えれば、上記距離αは、電気抵抗を低減するにはできるだけ小さい方が好ましい。従って、本実施形態では、αは２．６λ以下とされている。

これを具体的な実験例に基づき説明する。

ＬｉＴａＯ₃からなる圧電基板上に、ＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３の表面波伝搬方向両側に反射器を形成することにより、１．９ＧＨｚ帯の共振周波数を有する１ポート型弾性表面波共振子を作製した。この１ポート型弾性表面波共振子において、第１層目の電極層は０．０４λの厚みのＣｕ膜により形成し、バスバー５，７における電極層積層部を構成するための第２の電極層は６５０ｎｍの厚みのＡｌ膜により構成した。このような構成において、上記距離αを種々変化させ、弾性表面波共振子のインピーダンス比を求めた。結果を図５に示す。図５の横軸が上記距離αを、縦軸がインピーダンス比を示す。

図５から明らかなように、距離αが１．５〜２．０λの範囲で、インピーダンス比が最大となり、従ってインピーダンス比を大きくするには、距離αを１．５〜２．０λとすることが好ましいことがわかる。

そこで、このようなインピーダンス比を有する弾性表面波共振子を複数個用い、図６に回路図で示すラダー型フィルタを構成した。図６に示すラダー型フィルタでは、直列腕に２個の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２が挿入されており、２個の並列腕に、それぞれ、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２が挿入されている。すなわち、４個の弾性表面波共振子を用いて２段構成のラダー型フィルタが構成されている。

このラダー型フィルタにおいて、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２を、上記１ポート型弾性表面波共振子を用いて構成し、但し、上記距離αを種々変化させ、最小挿入損失を測定した。結果を図７に示す。なお、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２としては、それぞれ、下記の仕様のものを用いた。

直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２…８０対、交叉幅１２λ
並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２…８０対、交叉幅１２λ
図７の横軸は上記直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２における距離αを、縦軸は最小挿入損失を示す。

図７から明らかなように、このラダー型フィルタでは、距離αが２．０λ付近で挿入損失が最小となることがわかる。特に、距離αが１．０５〜２．６λの範囲では、最小挿入損失が０．６５ｄＢ以下と良好であり、前述した図５においても、距離αがこの範囲では、インピーダンス比が良好であることがわかる。

なお、図５及び図７の特性を得た実験では、絶縁膜としてのＳｉＯ₂膜の厚みは０．１λとしたが、本願発明者の実験によれば、絶縁膜の厚みを０．１λ〜０．３λの範囲で変化させても、図５及び図７とほぼ同様の特性が得られたことが確かめられている。従って、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜の厚みがかなり変化されたとしても、図５及び図７の結果と同様に、距離αを１．０５〜２．６λ、より好ましくは１．５〜２．０λとすることにより、良好な特性の得られることがわかる。

なお、実験例におけるＩＤＴ電極の波長λは２．０μｍで行ったが、ＩＤＴ電極の波長を変更した場合においても同様の結果を得ることができた。

なお、図２から明らかなように、第２の電極層は、第１の電極層よりも厚みが厚くされている。第２の電極層は、電気的抵抗を低めるために形成されているものであるため、好ましくは、第１の電極層よりも厚くされることが望ましい。

次に、上記弾性表面波装置１の製造方法の一例を図３及び図４を参照して説明する。上記弾性表面波装置１の製造に際しては、まず、図３（ａ）に示すように、圧電基板２上において、フォトリソグラフィー−リフトオフ法により、ＩＤＴ電極３における電極指構成部分と、バスバーなどの第１の電極層をＣｕを用いて形成する。図３（ａ）では、図２に示した部分に相当する部分が断面図で示されており、ここでは、圧電基板２上に、バスバー５の第１の電極層５ａと、該バスバー５と反対側のバスバー７に連なるくし歯電極の電極指６が図示されている。

次に、図３（ｂ）に示すように、第２の電極層を形成するためのレジストパターン１０を形成する。レジストパターン１０は、開口部が第２の電極層を形成する部分とされているようにパターニングされている。

しかる後、図４（ａ）に示すように、全面にＡｌからなる第２の金属膜１２を形成する。

しかる後、リフトオフ法により、レジストパターン１０及びレジストパターン上の第２の金属膜を除去する。このようにして、図４（ｂ）に示す電極構造が形成される。すなわち、ＩＤＴ電極指３において、電極層積層部と、１層の電極層のみからなる部分が構成される。しかる後、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜を全面に形成することにより、図２に示す構造が得られる。

なお、上記実施形態では、絶縁膜８はＳｉＯ₂で形成されていたが、ＳｉＯ₂以外の絶縁性材料で構成されてもよい。このような絶縁性材料としては、ＳｉＮなどを挙げることができる。

また、図１に示した弾性表面波装置は、上記のように、１つのＩＤＴ電極を有するため、共振子型フィルタとして用いられるが、共振子型フィルタ以外のフィルタや共振装置にも用いることができる。

さらに、上記実施例では、電極層積層部は、Ｃｕからなる第１の電極層上に、Ａｌからなる第２の電極層を積層することにより構成されていたが、Ｃｕ及びＡｌ以外の導電性材料を用いてもよい。また、３以上の電極層を積層することにより、電極層積層部５Ａ，７Ａが構成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の電極構造を示す模式的平面図。 本発明の一実施形態の弾性表面波装置の要部を示す図であり、図１のＸ−Ｘ線に沿う部分の一部を拡大して示す部分切欠断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示した構造を製造する工程を説明するための各部分切欠断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示した構造を製造する工程を説明するための各部分切欠断面図。 電極層積層部の電極指側端部と、バスバーの電極指側端部との間の距離αを変化させた場合の弾性表面波共振子におけるインピーダンス比の変化を示す図。 図１に示した弾性表面波共振子を複数個用いて構成されたラダー型フィルタの回路図。 図６に示したラダー型フィルタにおいて、電極層積層部の電極指側端部と、バスバーの電極指側端部との間の距離αを変化させた場合のラダー型フィルタの最小挿入損失の変化を示す図。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の弾性表面波装置の製造方法の一例を説明するための各模式的平面図。 図８に示した従来の弾性表面波装置の製造方法を説明するための各模式的正面断面図。 従来の弾性表面波装置における問題点を説明するための部分切欠断面図。

符号の説明

１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
３Ａ，３Ｂ…くし歯電極
４…電極指
５…バスバー
５ａ…第１の電極層
５Ａ…電極層積層部
６…電極指
７…バスバー
７Ａ…電極層積層部
８…絶縁膜
１０…レジストパターン
１２…金属膜

Claims (4)

1. 圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、複数本の電極指と、複数本の電極指に連ねられたバスバーとを有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記バスバーにおいて、複数の電極層が積層されている電極層積層部が設けられている弾性表面波装置において、
   前記バスバーの電極層積層部の電極指側端部と、該バスバーの前記電極指側端部との間の距離をαとし、前記ＩＤＴ電極の波長をλとしたときに、αが１．０５λ〜２．６λの範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
2. 前記絶縁膜がＳｉＯ₂により構成されている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
3. 請求項１または２に記載の弾性表面波装置を用いて構成されている、ラダー型フィルタ。
4. 請求項１または２に記載の弾性表面波装置を用いて構成されている、共振子型フィルタ。
   

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