JP2005348139A - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極の膜厚を増大して反射係数を高め、かつ温度特性改善用絶縁膜を形成した場合に、十分な大きさの反射係数を確実に得ることを可能とする弾性波装置を提供する。
【解決手段】 圧電基板としてのＬｉＴａＯ₃基板２上に、ＩＤＴ電極３が形成されており、該ＩＤＴ電極３を覆うようにＬｉＴａＯ₃基板２上にＳｉＯ₂膜７が形成されており、ＳｉＯ₂膜７の表面に、横断面形状がＩＤＴ電極３を構成している電極指３ａの横断面と相似である横断面形状を有する凸部７ａが形成されている、弾性波装置１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタなどの弾性波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、ＩＤＴ電極（インターデジタルトランスデューサ電極）を覆うように、温度特性を改善するための絶縁膜が形成されている構造を備えた弾性波装置及びその製造方法に関する。

従来、弾性表面波装置において、温度特性を改善するために、ＩＤＴ電極を覆うようにＳｉＯ₂膜を積層した構造が広く用いられている。この種の弾性表面波装置の一例が、下記の特許文献１に開示されている。

図１０は、特許文献１に記載の弾性表面波装置を説明するための部分切欠正面断面図である。弾性表面波装置１０１は、圧電基板１０２を有する。圧電基板１０２上に、ＩＤＴ電極１０３が形成されている。ＩＤＴ電極１０３は、Ａｌからなり、反射係数を高めるために、その規格化膜厚Ｔ／λが２．６〜４．８％の範囲とされている。ここで、Ｔは、ＩＤＴ電極の膜厚、λは弾性表面波装置１０１のＩＤＴの周期で決定される波長を示す。また、ＩＤＴ電極１０３を覆うように、ＳｉＯ₂膜１０４が形成されている。ＳｉＯ₂膜１０４の規格化膜厚Ｈ／λは、２２〜３８％の範囲とされている。ＳｉＯ₂膜１０４は、周波数温度特性を改善するために設けられており、かつ上記規格化膜厚範囲とすることにより、弾性表面波装置１０１の周波数温度係数を±１０ｐｐｍ／℃以内とし得るとされている。
特開平８−２６５０８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、弾性表面波装置において、反射係数を高めるためにＡｌからなる電極の規格化膜厚を一定の範囲とし、さらに周波数温度特性を改善するために、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚を上記２６％以上とした場合、実際には、得られた弾性表面波装置において十分な反射係数を得ることができないことがわかった。これは、図１０に模式的正面断面図で示されているように、ＳｉＯ₂膜１０４の上面に丸みを帯びた凹凸１０４ａが生じ、それによってＩＤＴ電極１０３の反射係数が損なわれることによると考えられる。

すなわち、ＩＤＴ電極１０３の厚みを反射係数を高めるように最適化し、さらに良好な周波数温度特性を得るように温度特性を改善するためにＳｉＯ₂膜１０４の厚みを最適化したとしても、そのような構成では、結果として得られた弾性表面波装置において、十分な反射係数を得ることはできなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、絶縁膜の厚みを好ましい範囲として周波数温度特性を改善したとしても、ＩＤＴ電極の反射係数を効果的に高め得る構造を備えた弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、温度特性を改善するために、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記基板上に形成された絶縁膜とを備え、前記ＩＤＴ電極上において、前記絶縁膜の表面が、前記ＩＤＴ電極の交叉指部の横断面形状と相似な断面形状の凸部を有することを特徴とする。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、ＡｌもしくはＡｌ合金からなる電極層を主たる電極層として備える。

上記圧電基板としては、ＬｉＴａＯ₃基板またはＬｉＮｂＯ₃基板が好適に用いられる。

本発明に係る弾性波装置のより限定的な局面では、前記ＩＤＴ電極がＡｌもしくはＡｌ合金からなり、その規格化膜厚Ｔ／λが、０．０４以上の範囲とされる。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記絶縁膜がＳｉＯ₂膜からなる。好ましくは、前記ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚は、０．１０〜０．４５の範囲とされる。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記絶縁膜表面の凸部が、上面と、上面の側方において連なる側面とを有し、該側面と垂直方向との間の角度が±２０°以内とされている。

本発明に係る弾性波装置は、弾性表面波装置や弾性境界波装置などの様々な弾性波を利用した装置として構成され得る。

本発明に係る弾性波装置の製造方法は、圧電基板を用意する工程と、前記圧電基板上に複数本の電極指を有するＩＤＴ電極を形成する工程と、前記ＩＤＴ電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を形成した後に、絶縁膜表面において、下方のＩＤＴ電極と同じ平面形状を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを形成した後に、反応性イオンエッチングにより前記絶縁膜をエッチングし、それによってＩＤＴの電極指の上方において、前記絶縁膜表面に、電極指の横断面に相似である断面形状を有する凸部を形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る弾性波装置では、基板上にＩＤＴ電極及び絶縁膜が形成されており、ＩＤＴ電極上において、絶縁膜表面が、ＩＤＴ電極の電極指の交叉指部の横断面形状と相似な断面形状の凸部を有するように構成されている。従って、絶縁膜の厚みを好ましい範囲として、絶縁膜の形成により温度特性の改善を図った場合であっても、ＩＤＴ電極の交叉指部の横断面形状と相似な断面形状を有するように絶縁膜表面に凸部が形成されているので、絶縁膜の形成によるＩＤＴ電極の反射係数の低下が生じ難い。よって、ＩＤＴ電極の厚みを良好な反射係数を得るように設定した場合、周波数温度特性の改善及び反射係数の改善の双方を両立することができる。

ＩＤＴ電極がＡｌもしくはＡｌ合金からなる電極層を主たる電極層として備えている場合には、反射係数を効果的に高めることができる。

圧電基板がＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃からなる場合には、これらの電気機械結合係数が高いため、良好な共振特性やフィルタ特性が得られる。

ＩＤＴ電極がＡｌもしくはＡｌ合金からなり、その規格化膜厚Ｔ／λが０．０４以上の範囲にある場合には、本発明に従って十分な大きさの反射係数を有する弾性波装置を提供することができる。

絶縁膜がＳｉＯ₂膜からなる場合には、ＳｉＯ₂膜により周波数温度特性を改善することができる。例えば、ＬｉＴａＯ₃基板では、周波数温度係数が負であるが、ＳｉＯ₂膜は正の周波数温度係数を有するため、ＳｉＯ₂膜を形成することにより、ＬｉＴａＯ₃基板などの負の周波数温度係数を有する圧電基板を用いた場合の温度特性を効果的に改善することができる。

特に、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚が０．１０〜０．４５の範囲にある場合、周波数温度特性をより効果的に改善することができる。

絶縁膜表面の凸部が、上面と、上面の側方において連なる側面とを有し、該側面と垂直方向との間の角度が±２０°以内とされている場合には、反射係数をより一層効果的に高めることができる。

本発明に係る弾性波装置の製造方法では、基板上にＩＤＴ電極を形成し、該ＩＤＴ電極を覆うように絶縁膜を形成し、絶縁膜形成後に、ＩＤＴ電極と同じ平面形状を有するレジストパターンを絶縁膜表面に形成した後に、反応性イオンエッチングにより絶縁膜をエッチングする。それによって、ＩＤＴの電極指の上方において、絶縁膜に、電極指の横断面に相似な断面形状の凸部が形成される。よって、絶縁膜の形成により周波数温度特性を改善し得るだけでなく、電極厚みを調整することにより反射係数を効果的に高めることが可能とされた本発明の弾性波装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す略図的平面図及び部分切欠正面断面図である。

弾性波装置としての弾性表面波装置１は、ＬｉＴａＯ₃基板２上に、ＩＤＴ電極３，４及び反射器５，６を形成した構造を有する。ＩＤＴ電極３，４及び反射器の表面波伝搬方向両側に、反射器５，６が配置されており、本実施形態では、共振子型の弾性表面波フィルタが構成されている。ＩＤＴ電極３，４は、複数本の電極指３ａ，４ａをそれぞれ有する。共振子型弾性表面波フィルタでは、電極の反射係数が大きいことが求められる。

本実施形態では、反射係数を高めるためにＩＤＴ電極３，４は、Ａｌからなり、その規格化膜厚Ｔ／λが、０．０４以上の範囲とされている。

ＩＤＴ電極３，４を覆うように、周波数温度特性を改善するために絶縁膜としてＳｉＯ₂膜７が形成されている。ＳｉＯ₂膜７の周波数温度係数は正の値であり、他方、ＬｉＴａＯ₃基板２の周波数温度係数は負の値である。従って、ＳｉＯ₂膜７を形成することにより、弾性表面波フィルタ１の周波数温度係数の絶対値が小さくされている。

また、本実施形態の特徴は、ＳｉＯ₂膜７の表面に凸部７ａが形成されており、該凸部７ａの断面形状が、下方に位置している電極指３ａの横断面形状、すなわちＩＤＴ電極の交叉指部と相似とされていることにある。より具体的には、凸部７ａは、上面７ａ₁と、上面７ａ₁の両側において上面７ａ₁に連ねられている側面７ａ₂，７ａ₃を有する。上面７ａ₁は、平坦な水平方向に延びる面であり、下方の電極指３ａの上面と平行とされている。そして、側面７ａ₂，７ａ₃は、本実施形態では垂直方向に延びており、電極指３ａの側面と平行とされている。より好ましくは、図１（ｂ）に示されているように、上記凸部７ａの横断面は、電極指３ａの横断面と等しい形状とされる。

なお、絶縁膜表面の凸部がＩＤＴ電極の交叉指部の横断面形状と相似であればよいのは、ＩＤＴ電極の交叉指部を覆う絶縁膜が、ＩＤＴ電極の交叉指部の横断面形状と相似形状であれば本願発明の特性を得ることができるため（ＩＤＴ電極のバスバー等は、相似形でなくてもよいため）である。

上記凸部７ａを有するようにＳｉＯ₂膜７を加工するには、例えば以下の製造方法を用いることができる。

まず、図２（ａ）に示すように、ＬｉＴａＯ₃基板２を用意し、該ＬｉＴａＯ₃基板上にＩＤＴ電極３を形成する。ＩＤＴ電極３の形成は、フォトリソグラフィ−エッチング法などの適宜の方法により行い得る。本実施形態では、ＩＤＴ電極３は、上記のようにＡｌからなり、上記範囲の規格化膜厚Ｔ／λを有するように形成される。

次に、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂膜７Ａを全面に形成する。ＳｉＯ₂膜７Ａの形成は、スパッタリングなどの適宜の方法により行い得る。この場合、下方にＩＤＴ電極３が形成されているため、形成されたＳｉＯ₂膜７Ａの上面には、丸みを帯びた凹凸が形成されることになる。言い換えれば、電極指３ａが位置している上方で上方に突出しており、ＩＤＴ電極３の電極指３ａ，３ａ間の領域において凹んでいるように、ＳｉＯ₂膜７Ａの表面に曲面状の凹凸が生じる。

次に、図２（ｃ）に示すように、スピンコーターを用いて、フォトレジスト８を塗布する。そして、ＩＤＴ電極３に合わせてフォトレジスト８を露光して現像する。このようにして、図３（ａ）に示すレジストパターン８Ａが形成される。このレジストパターン８Ａは、下方のＩＤＴ電極３と同様の平面形状を有する。

しかる後、反応性イオンエッチングによりＳｉＯ₂膜７Ａをエッチングする。この場合、レジストパターン８Ａで被覆されている部分はエッチングされない。

しかる後、レジストパターン８Ａを用いて除去する。このようにして図３（ｂ）に示すように、上面７ａ₁と、上面７ａ₁に連なる側面７ａ₂，７ａ₃を有する凸部７ａを形成することができる。なお、製造方法では、凸部７ａ，７ａ間において、下方の凹んだ溝７ｂが形成されているが、図２（ｂ）におけるＳｉＯ₂膜の形成に際し、ＩＤＴ電極３の電極指３ａ，３ａ間における凹みが少なくなるようにＳｉＯ₂膜を成膜しておけば、図３（ｃ）に示すように、凸部７ａ間において平坦な底部７ｃを有するようにＳｉＯ₂膜７の表面を加工することができる。

図１（ｂ）に戻り、本実施形態の弾性表面波フィルタ１では、ＳｉＯ₂膜の形成により周波数温度特性が改善されるとともに、凸部７ａの電極指３ａの横断面形状と同方向の断面形状が相似とされているため、後述する実験例から明らかなように、反射係数の低下を抑制することができる。ＩＤＴ電極の厚みを上記特定の規格化膜厚範囲とすることにより反射係数を高めた場合であっても、従来、ＳｉＯ₂膜の上方に凹凸が形成された場合、反射係数が低下するという問題があった。これに対して、本実施形態では、凸部７ａの横断面が、ＩＤＴ電極の電極指３ａの横断面と相似であるため、このような反射係数の低下を効果的に抑制することができる。

次に、具体的な実験例に基づき、上記実施形態における凸部７ａの効果を説明する。

３６°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板上に、様々な規格化膜厚Ｔ／λとなるように、ＡｌからなるＩＤＴ電極３を形成し、しかる後規格化膜厚がＨ／λ＝０．２であるＳｉＯ₂膜を形成し、共振子型の弾性表面波フィルタを作製し、反射係数を求めた。この場合、ＩＤＴ３の電極指３ａ上において、図１（ｂ）に示す凸部７ａの高さ及び幅が電極指３ａの厚み及び幅と等しくなるように反応性イオンエッチングにより加工し、上記凸部７ａを形成した。結果を図６に実線で示す。

比較のために、上記反応性イオンエッチングを行わずに、図４に示すように、ＩＤＴ電極の電極指３ａが設けられている部分の上方において、上面１７ａと、１７ａに連なる傾斜側面１７ｂ，１７ｃを有する凸部１７が設けられるように、ＳｉＯ₂膜を形成したことを除いて同様に構成された構造を、第１の従来例の弾性表面波フィルタとして用意した。

また、図５に示すように、Ｈ／λが０．２であるＳｉＯ₂膜２７の上面が平坦な構造であることを除いては、上記実施形態と同様にして構成された弾性表面波フィルタを作製した。この弾性表面波フィルタを第２の従来例とした。

第１，第２の従来例の弾性表面波フィルタにおけるＩＤＴ電極の規格化膜厚Ｔ／λと、反射係数との関係を図６に併せて示す。

図６から明らかなように、第２の従来例では、ＳｉＯ₂膜２７の表面が平坦であるため、電極の膜厚を変化させても反射係数は高まらなかった。これに対して、第１の従来例では、ＳｉＯ₂膜の表面に凸部１７が形成されているため、電極の規格化膜厚Ｔ／λが０．０１から０．０８に増加するにつれて、反射係数は若干高くなった。

これに対して、上記実施形態では、電極の規格化膜厚Ｔ／λを０．０１から０．０８に増大させるにつれて、反射係数が効果的に高められることがわかる。すなわち、ＳｉＯ₂膜７の凸部７ａが電極指３ａの横断面と相似な形状とされているため、電極の規格化膜厚Ｔ／λを調整することによる反射係数増大効果が確実に得られ、十分な反射係数を得られることがわかる。

図７，図８は、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λを０．２５及び０．３としたことを除いては、図６に示した結果を得た場合と同様にして測定された実施形態及び第１，第２の実施例の弾性表面波フィルタの電極規格化膜厚Ｔ／λと、反射係数との関係を示す。

図７及び図８から明らかなように、第２の従来例では、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λを０．２５及び０．３と変更した場合であっても、電極膜厚を増加させても反射係数は高まらなかった。また、第１の従来例では、電極の規格化膜厚Ｔ／λを増大することにより、反射係数は高められるものの、反射係数を改善する効果は十分でないことかわかる。これに対して、実施形態では、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．２５及び０．３の場合においても、電極の規格化膜厚Ｔ／λを０．０１から０．０８に高めることにより、反射係数が効果的に高められることがわかる。これは、ＳｉＯ₂膜を形成し、周波数温度特性を改善した場合であっても、上記凸部７ａの断面形状が、電極指３ａの断面形状と相似であるため、反射係数を高める効果が阻害され難いことによる。

本願発明者の実験によれば、凸部７ａにおいては、好ましくは、上記側面７ａ₂，７ａ₃の垂直方向に対する角度が±２０°以内であれば、反射係数の低下を１０％以下に抑制することができ、好ましいことが確かめられている。また、上記傾斜角度が、±１０°以内では、反射係数の低下は５％以下となり、より一層良好な特性の得られることが確かめられている。

また、ＳｉＯ₂膜の膜厚の変化と弾性表面波装置の温度特性の変化を図９に示す。図９からわかるように、ＳｉＯ₂膜が厚くなるにつれて、ＴＣＦがマイナスからプラス側に変化している。そして、ＳｉＯ₂膜の規格膜厚（Ｈ／λ）が０．１０〜０．４５の範囲で、ＴＣＦがほぼ±３０（ｐｐｍ／℃）以下の良好な温度特性を得ることができる。なお、図９では、Ａｌ電極の規格化膜厚（Ｈ／λ）が０．０６のときの特性を示しているが、弾性表面波装置の温度特性は、Ａｌ電極の規格化膜厚が変化してもほとんど変化しない。

なお、上記実施形態では、ＩＤＴ３，４が設けられた２共振子型の弾性表面波フィルタ１につき説明したが、本発明は様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタあるいは弾性表面波装置以外の弾性境界波装置などにも適用することができる。

また、上記実施形態では、ＡｌからなるＩＤＴ電極３，４が形成されていたが、ＩＤＴ電極は、Ａｌ合金により形成されていてもよく、またＡｌまたはＡｌ合金からなる電極層を主たる電極層とするものであってもよく、その場合、主たる電極層にさらに他の金属層からなる電極層が積層されていてもよい。

さらに、ＳｉＯ₂膜７に代えて、他の温度特性改善用絶縁膜を形成してもよい。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置としての共振子型弾性表面波フィルタの略図的平面図及び要部を示す部分切欠正面断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に示した弾性表面波フィルタの製造方法を説明するための各部分切欠断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示した実施形態の弾性表面波フィルタの製造方法を示す各部分切欠断面図の続きの各部分切欠断面図、また（ｃ）は、変形例の弾性表面波フィルタの部分切欠正面断面図。 比較のために用意した第１の従来例の弾性表面波フィルタの要部を示す部分切欠正面断面図。 比較のために用意した第２の従来例の弾性表面波フィルタの要部を示す部分切欠正面断面図。 実施形態及び第１，第２の従来例の弾性表面波フィルタにおいて、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λを０．２とし、ＩＤＴ電極の規格化膜厚Ｔ／λを変化させた場合の反射係数の変化を示す図。 実施形態、及び第１，第２の従来例の弾性表面波フィルタにおいて、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λを０．２５とし、ＩＤＴ電極の規格化膜厚Ｔ／λを変化させた場合の反射係数の変化を示す図。 実施形態、及び第１，第２の従来例の弾性表面波フィルタにおいて、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λを０．３とし、ＩＤＴ電極の規格化膜厚Ｔ／λを変化させた場合の反射係数の変化を示す図。 ＳｉＯ₂膜の膜厚の変化と弾性表面波装置の温度特性の変化との関係を示す図。 従来の弾性表面波装置を説明するための部分切欠正面断面図。

符号の説明

１…弾性表面波フィルタ
２…ＬｉＴａＯ₃基板
３，４…ＩＤＴ電極
３ａ…電極指
５，６…反射器
７…ＳｉＯ₂膜
７ａ…凸部
７ａ₁…上面
７ａ₂，７ａ₃…側面

Claims (9)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成されており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
   温度特性を改善するために、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記基板上に形成された絶縁膜とを備え、
   前記ＩＤＴ電極上において、前記絶縁膜の表面が、前記ＩＤＴ電極の交叉指部の横断面形状と相似な断面形状の凸部を有することを特徴とする、弾性波装置。
2. 前記ＩＤＴ電極が、ＡｌもしくはＡｌ合金からなる電極層を主たる電極層として備える、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃であることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
4. 前記ＩＤＴ電極がＡｌもしくはＡｌ合金からなり、電極層の膜厚がＴ、ＩＤＴ電極の周期による波長をλとしたときに、電極の規格化膜厚Ｔ／λが、０．０４以上の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
5. 前記絶縁膜がＳｉＯ₂膜からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
6. 前記ＳｉＯ₂膜の厚みをＨ、ＩＤＴ電極の周期による波長をλとしたときに、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈ／λが、０．１０〜０．４５の範囲にある、請求項５に記載の弾性波装置。
7. 前記絶縁膜表面の凸部が、上面と、上面の側方において連なる側面とを有し、該側面と垂直方向との間の角度が±２０°以内であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
8. 弾性表面波装置である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
9. 圧電基板を用意する工程と、
   前記圧電基板上に複数本の電極指を有するＩＤＴ電極を形成する工程と、
   前記ＩＤＴ電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜を形成した後に、絶縁膜表面において、下方のＩＤＴ電極と同じ平面形状を有するレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンを形成した後に、反応性イオンエッチングにより前記絶縁膜をエッチングし、それによってＩＤＴの電極指の上方において、前記絶縁膜表面に、電極指の横断面に相似である断面形状を有する凸部を形成する工程とを備えることを特徴とする、弾性波装置の製造方法。
   

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