JP2006222512A - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波素子の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a surface acoustic wave element.
従来、半導体基板と、半導体基板表面側に設けられた圧電膜と、圧電膜に接して形成されたIDT(トランスデユーサー)と、半導体基板の裏面側に形成され圧電膜とIDTとを含む弾性表面波素子を駆動するための周辺回路素子と、から形成された弾性表面波素子というものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a semiconductor substrate, a piezoelectric film provided on the front surface side of the semiconductor substrate, an IDT (transducer) formed in contact with the piezoelectric film, and an elastic film including the piezoelectric film and IDT formed on the back surface side of the semiconductor substrate. A surface acoustic wave element formed from a peripheral circuit element for driving a surface acoustic wave element is known (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1では、半導体基板の表面に圧電膜が成膜されており、一般に半導体基板の材料としてSi(シリコン)で形成され、圧電膜としての材料がZnO(酸化亜鉛)で形成されるが、SiとZnOとは熱膨張係数が異なり、成膜時に加熱され、常温に戻す際に、熱膨張係数の差から弾性表面波素子が反ってしまうことがある。弾性表面波素子が反ると、IDTの電極間距離が変化し、または、音波の伝播距離が変化することから所望の弾性表面波の音速が得られず、また所望の周波数が得られないというような課題がある。 In such Patent Document 1, a piezoelectric film is formed on the surface of a semiconductor substrate, and generally formed of Si (silicon) as a material of the semiconductor substrate, and a material as a piezoelectric film is formed of ZnO (zinc oxide). However, Si and ZnO have different thermal expansion coefficients. When heated to the room temperature and returned to room temperature, the surface acoustic wave element may warp due to the difference in thermal expansion coefficient. If the surface acoustic wave element is warped, the distance between the electrodes of the IDT changes or the propagation distance of the sound wave changes, so that the desired sound velocity of the surface acoustic wave cannot be obtained and the desired frequency cannot be obtained. There is a problem like this.
本発明の目的は、弾性表面波素子の反りをなくし、所望のIDT電極間距離と弾性表面波の伝播距離を保持し、且つ、所望の弾性表面波の音速を得ることができ、このことによって所望の周波数を得ることができる弾性表面波素子を提供することである。 The object of the present invention is to eliminate the warpage of the surface acoustic wave element, maintain the desired distance between the IDT electrodes and the propagation distance of the surface acoustic wave, and obtain the desired acoustic velocity of the surface acoustic wave. To provide a surface acoustic wave element capable of obtaining a desired frequency.
本発明の弾性表面波素子は、基板の表面に圧電体層を形成し、前記圧電体層の表面にIDTを形成する弾性表面波素子であって、前記基板と前記圧電体層の熱膨張係数が異なるとき、前記基板と前記圧電体層との間に中間層を設け、前記基板の熱膨張係数<前記中間層の熱膨張係数<前記圧電体層の熱膨張係数、となる条件を満たしていることを特徴とする。 A surface acoustic wave device according to the present invention is a surface acoustic wave device in which a piezoelectric layer is formed on a surface of a substrate and an IDT is formed on the surface of the piezoelectric layer, and the thermal expansion coefficient of the substrate and the piezoelectric layer is Are different from each other, an intermediate layer is provided between the substrate and the piezoelectric layer, and the following condition is satisfied: thermal expansion coefficient of the substrate <thermal expansion coefficient of the intermediate layer <thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer It is characterized by being.
基板と圧電体層の熱膨張係数が異なるとき、弾性表面波素子の製造過程で加熱処理された際に、弾性表面波素子に反りが発生することが考えられる。本発明によれば、基板と圧電体層との間に、それぞれの熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する中間層を設けることにより、反りを抑制し、反りによって生じるIDT(Interdigital Transducer)の電極間距離の変化、弾性表面波の伝播距離の変化を低減し、所望の周波数を得ることができる。 When the thermal expansion coefficients of the substrate and the piezoelectric layer are different, it is conceivable that the surface acoustic wave element is warped when heat treatment is performed in the process of manufacturing the surface acoustic wave element. According to the present invention, by providing an intermediate layer having a thermal expansion coefficient intermediate between the respective thermal expansion coefficients between the substrate and the piezoelectric layer, the warpage is suppressed and the IDT (Interdigital Transducer) generated by the warpage is suppressed. A change in the distance between the electrodes and a change in the propagation distance of the surface acoustic wave can be reduced to obtain a desired frequency.
また、前記圧電体層に、前記基板の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有するダミー領域が設けられ、前記基板と前記圧電体層とが、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることが好ましい。 In addition, a dummy region having a thermal expansion coefficient smaller than that of the substrate is provided in the piezoelectric layer, and the substrate and the piezoelectric layer are configured to behave in equivalent thermal expansion / contraction. It is preferable.
このようにすれば、基板の熱膨張係数よりも小さい材料でダミー領域を圧電体層に設けているため、あたかも圧電体層と基板とが等価的な熱膨張・収縮を振舞うので、弾性表面波素子の反りを抑制することができる。 In this case, since the dummy region is provided in the piezoelectric layer with a material smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate, the piezoelectric layer and the substrate behave as equivalent thermal expansion / contraction. The warpage of the element can be suppressed.
また、本発明の弾性表面波素子は、基板の表裏両面に圧電体層が形成され、前記圧電体層の一方の表面にIDTが形成され、前記基板の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることを特徴とする。 In the surface acoustic wave device of the present invention, piezoelectric layers are formed on both surfaces of the substrate, IDT is formed on one surface of the piezoelectric layer, and equivalent thermal expansion / It is configured to behave as contraction.
この発明によれば、基板の表裏両面に、熱膨張係数がほぼ同じ圧電体層を形成するため、基板の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞い、弾性表面波素子の反りを抑制することができる。このことによって、IDTの電極間距離の変化、弾性表面波の伝播距離の変化を低減し、所望の周波数を得ることができる。 According to the present invention, the piezoelectric layers having substantially the same thermal expansion coefficient are formed on both the front and back surfaces of the substrate, so that equivalent thermal expansion and contraction behave on both the front and back surfaces of the substrate and the warpage of the surface acoustic wave element is suppressed. can do. As a result, a change in the distance between the electrodes of the IDT and a change in the propagation distance of the surface acoustic wave can be reduced, and a desired frequency can be obtained.
また、本発明の弾性表面波素子は、基板の表裏両面に中間層を形成し、前記中間層の表面にさらに圧電体層を形成し、一方の圧電体層の表面にIDTが形成され、前記基板の熱膨張係数<前記中間層の熱膨張係数<前記圧電体層の熱膨張係数、となる条件を満たし、前記基板の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることを特徴とする。 In the surface acoustic wave device of the present invention, an intermediate layer is formed on both front and back surfaces of the substrate, a piezoelectric layer is further formed on the surface of the intermediate layer, and an IDT is formed on the surface of one of the piezoelectric layers. It is configured to satisfy the condition that the thermal expansion coefficient of the substrate <the thermal expansion coefficient of the intermediate layer <the thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer, and behave equivalent thermal expansion / contraction on both the front and back surfaces of the substrate. It is characterized by that.
この発明によれば、基板の表裏両面に中間層と圧電体層が形成されるので、基板両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞い、また、中間層を設けることによって熱膨張、収縮を緩和し、弾性表面波素子の反りをより一層抑制し、IDTの電極間距離の変化、弾性表面波の伝播距離の変化を低減し、このことにより、所望の周波数を得ることができる。 According to this invention, since the intermediate layer and the piezoelectric layer are formed on both the front and back surfaces of the substrate, equivalent thermal expansion and contraction behave on both surfaces of the substrate, and thermal expansion and contraction can be achieved by providing the intermediate layer. It is mitigated, and the warpage of the surface acoustic wave element is further suppressed, and the change in the interelectrode distance of the IDT and the change in the propagation distance of the surface acoustic wave are reduced, whereby a desired frequency can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図3は本発明の実施形態1の弾性表面波素子が示され、図4には実施形態2、図5には実施形態3、図6,7には実施形態4が示され、図8には従来技術による弾性表面波素子が示されている。
(従来技術の課題)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a surface acoustic wave device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 4 shows Embodiment 2, FIG. 5 shows Embodiment 3, and FIGS. FIG. 8 shows a surface acoustic wave device according to the prior art.
(Prior art issues)
まず、前述した特許文献1による従来技術と課題について図面を参照して説明する。図8は、従来技術による弾性表面波素子の構造と反り方向を模式的に示す断面図である。図8において、弾性表面波素子100は、基板110の表面に圧電体層120が形成され、圧電体層120の表面にIDT(トランスデユーサー電極)130,140が形成されている。さらに、基板110の裏面には、弾性表面波素子を駆動するための周辺回路素子150が設けられている。
First, the prior art and problems according to Patent Document 1 described above will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure and the warping direction of a surface acoustic wave element according to the prior art. In FIG. 8, the surface
ここで、一般的な材質として、基板110をSi(シリコン)、圧電体層120をZnO(酸化亜鉛)とすると、Siの熱膨張係数は3.55×10-6/℃、ZnOの熱膨張係数は4.0×10-6/℃であるため、ZnOの成膜時、あるいはIDTの電極形成時に加熱工程があるため、加熱したときには、ZnOの方がSiより大きく膨張し、初期状態E(反り発生前)から、C方向に反り、逆に常温に戻した時にはZnOがSiより大きく収縮して、D方向に反ることが知られている。
なお、以降、熱膨張係数としては体膨張係数を示している。
Here, as a general material, when the
Hereinafter, the body expansion coefficient is shown as the thermal expansion coefficient.
前述したように、弾性表面波素子100が反っている場合、IDT130,140の電極間距離が狙いの距離よりも短くなる、あるいは、弾性表面波の音波の伝播距離が短くなることにより、所望の音速が得られない、即ち、所望の周波数を得ることができないというような課題がある。
As described above, when the surface
また、このような弾性表面波素子100は、ウエハ上に複数一度に形成されるが、前述したように個々の弾性表面波素子100に反りが発生することにより、ウエハ自体も反り、ウエハ状態における特性検査の際に、プローブを外周部に合わせると、中心部の検査ができないというような課題もある。
(実施形態1)
In addition, a plurality of such surface
(Embodiment 1)
図1は、ウエハ上に形成される本発明に係る弾性表面波素子の配置を示す平面図、図2、図3は、実施形態1に係る弾性表面波素子の平面図、及び断面図である。
図1において、弾性表面波素子10は、ウエハ1に図1に例示したように複数同時に形成される。この状態から、スクライブして単体の弾性表面波素子10が得られる。
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of surface acoustic wave elements according to the present invention formed on a wafer. FIGS. 2 and 3 are a plan view and a sectional view of the surface acoustic wave element according to the first embodiment. .
In FIG. 1, a plurality of surface
続いて、弾性表面波素子10の構成について図面を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係る弾性表面波素子10の構成の1例を示す平面図、図3は、図2のA−A断面を示す断面図である。まず図3において、断面構成を説明する。弾性表面波素子10は、Siからなる基板20の表面にZnOからなる中間層60が形成されている。また、この中間層60の表面にはLiNbO3(ニオブ酸リチウム)からなる圧電体層30が積層形成されている。
さらに、圧電体層の表面には、アルミニウム(Al)からなるIDT40及び反射器50,51が形成されている。
Next, the configuration of the surface
FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of the surface
Furthermore, an IDT 40 and
ここで、構成するそれぞれの熱膨張係数は、基板20のSiが3.55×10-6/℃、中間層60のZnOが4.0×10-6/℃、圧電体層30のLiNbO3が15.4×10-6/℃である。圧電体層30の熱膨張係数は、基板20の熱膨張係数の約4倍と大きく、圧電体層30を基板20表面に直接積層する従来技術によれば、圧電体層30をCVD法(Chemical Vapor Deposition)等によって成膜する際、300℃程度の熱が加えられるために、熱膨張係数差によって、弾性表面波素子10が反ってしまう。
Here, the thermal expansion coefficient of each component is 3.55 × 10 −6 / ° C. for Si of the
そこで、本実施形態では、基板20と圧電体層30との間に中間層60を設けている。中間層60のZnOの熱膨張係数は4.0×10-6/℃であり、三者の熱膨張係数の大きさの関係は、基板20<中間層60<圧電体層30の関係にある。
Therefore, in the present embodiment, the
なお、この基板20<中間層60<圧電体層30の関係を満たす中間層60の材質としては、ZnOの他に、Ba2NaNb5O15、Ba2Ge2TiO8、Ba2Si2TiO8、Pb5GeO11、CdS、CdSe、ZnS、AlN、GaAS、InSb、InAs、TiO2、PbMoO4、Gd3Ga5O12、Y3A15O12、Cr等を採用することができる。
The material of the
なお、圧電体層30の表面には、IDT40及び反射器50,51が形成されるが、これらの電極は櫛歯状に形成されるため反りに対する影響は少ないが、中間層60は、圧電体層30と基板20の熱膨張係数差、及びIDT40と反射器50,51の影響を加味して材質と厚みを、反り量が最小化すべく選択されることが好ましい。
Although the IDT 40 and the
続いて、弾性表面波素子10の平面構成について、図2を参照して説明する。図2において、圧電体層30の表面には、IDT40が形成され、IDT40の両側、即ち弾性表面波が(以降、単に音波と呼称することがある)伝播する方向(図中、X’方向)に反射器50,51が形成されている。
Next, the planar configuration of the surface
IDT40は、左右に二つのブロックから構成され、一方が入力側IDT、他方が出力側IDTである。IDT40は、櫛歯状電極41と、櫛歯状電極41を接続するバスバー42とから構成されている。また、バスバー42は、図示しない接続用パッドに接続されている。
The
なお、反射器50,51は必ずしも必要ではなく、省略することができる。この場合、圧電体層30の音波の伝播方向両端の側面が反射壁となる。
The
従って、前述の実施形態1によれば、基板20と圧電体層30の熱膨張係数が異なるとき、弾性表面波素子10の製造過程で加熱処理され、再び常温に戻された際に、基板20と圧電体層30の間に、それぞれの熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する中間層60を設けることにより、弾性表面波素子10の反り量を抑制し、反りによって生じるIDT40の櫛歯状電極41の電極間距離、及びIDT40と反射器50,51との電極間距離の変化、音波の伝播距離の変化を抑制し、所望の周波数を得ることができる。
Therefore, according to the first embodiment described above, when the thermal expansion coefficients of the
また、弾性表面波素子10は、ウエハ1上に複数個同時に形成されるが、前述したように弾性表面波素子10の反りが抑えられているために、ウエハ状態で特性検査等を行う際、ウエハ1の外周部にも、また中心部にも検査用プローブを確実に接続でき、確実に検査を行うことができるというような効果がある。
(実施形態2)
A plurality of surface
(Embodiment 2)
続いて、本発明に係る実施形態2について図面を参照して説明する。
図4は、実施形態2に係る弾性表面波素子10を示す断面図である。IDT40及び反射器50,51の平面構成は、前述した実施形態1と同じであるため説明を省略する。図4において、弾性表面波素子10は、Siからなる基板20の表面側に圧電体層30、裏面側に圧電体層31が形成され、表面側の圧電体層30の表面に、実施形態1(図2、参照)で示した平面形状を有するIDT40と反射器50,51が形成されている。
Subsequently, Embodiment 2 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the surface
本実施形態では、圧電体層30,31は、LiNbO3からなり、ほぼ同じ厚みで成膜されている。圧電体層30,31はCVD法等の成膜技術によって形成される。この際、約300℃程度の加熱処理がなされる。
In the present embodiment, the
なお、圧電体層30,31の厚みは、ほぼ同じ厚みでも良いが、IDT40及び反射器50,51の熱膨張及び収縮の影響を配慮し、音波の伝播に影響のない圧電体層31の厚みを調整する。
Although the
また、圧電体層31は、圧電体層30と同じ材質にすることが好ましいが、圧電体層30の熱膨張係数とほぼ同じで、基板20の表裏において、等価的な熱膨張・収縮を振舞う条件を満たせば、特に限定されることはない。
The
従って、前述した実施形態2によれば、基板20の表裏両面に、熱膨張係数がほぼ同じ圧電体層30,31を形成するため、基板20の両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞い、弾性表面波素子10の反りを抑制することができる。このことによって、IDT40の電極間距離の変化、及びIDT40と反射器50,51との電極間距離の変化、弾性表面波の伝播距離の変化を低減し、所望の周波数を得ることができる。
(実施形態3)
Therefore, according to the second embodiment described above, the
(Embodiment 3)
次に、本発明の実施形態3に係る弾性表面波素子の構成について図面を参照して説明する。実施形態3は、前述した実施形態1(図3、参照)における基板20の表面に中間層60と圧電体層30とを積層した構造を、基板20の裏面側にも形成したところに特徴を有している。
Next, the structure of the surface acoustic wave element according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The third embodiment is characterized in that the structure in which the
図5は、実施形態3に係る弾性表面波素子10の構成を示す断面図である。図5において、Siからなる基板20の表裏両面には、それぞれ中間層60,61が形成され、中間層60,61の表面には、それぞれ圧電体層30,31が形成されている。本実施形態においては、中間層60,61はZnOからなり、また圧電体層30,31はLiNbO3からなる。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the surface
一方の圧電体層30の表面には、IDT40及び反射器50,51が形成されている。IDT40及び反射器50,51は、実施形態1(図2、参照)と同じ構成であるので説明を省略する。
An
実施形態1でも説明したが、基板20のSiの熱膨張係数が3.55×10-6/℃、中間層60,61のZnOが4.0×10-6/℃、圧電体層30,31のLiNbO3が15.4×10-6/℃であり、中間層60,61の材質は、基板20の熱膨張係数<中間層60,61の熱膨張係数<圧電体層30,31の熱膨張係数、という条件を満たす範囲で選択されるとなお好ましい。
As described in the first embodiment, the thermal expansion coefficient of Si of the
本実施形態では、圧電体層30,31は、ほぼ同じ厚みで成膜され、また、中間層60,61も同様にほぼ同じ厚みで、両者ともCVD法等の成膜技術によって形成される。この際、約300℃程度の加熱処理がなされる。
In this embodiment, the
なお、圧電体層30,31の厚みは、ほぼ同じ厚みでも良いが、IDT40及び反射器50,51の熱膨張及び収縮の影響を配慮し、音波の伝播に影響のない圧電体層31の厚みを調整する。
Although the
また、圧電体層31は、圧電体層30と同じ材質にすることが好ましいが、圧電体層30の熱膨張係数がほぼ同じで、基板20の表裏において、等価的な熱膨張・収縮を振舞う条件を満たせば、特に限定されることはない。
The
また、中間層60,61は、圧電体層30と基板20の熱膨張係数差、及びIDT40と反射器50,51の影響を加味して材質と厚みを、反り量を最小化すべく選択されることが好ましい。
Further, the
従って、前述した実施形態3によれば、基板20の表裏両面に中間層60,61と圧電体層30,31が形成されるので、基板20の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞い、また、中間層60,61を設けることによって熱膨張、収縮を緩和し、弾性表面波素子10の反りをより一層抑制し、IDT40の電極間距離の変化、及びIDT40と反射器50,51との電極間距離の変化、音波の伝播距離の変化を低減し、このことにより、所望の周波数を得ることができる。
(実施形態4)
Therefore, according to the above-described third embodiment, the
(Embodiment 4)
続いて、本発明に係る実施形態4について図面を参照して説明する。実施形態4は、前述した実施形態1の技術思想を基本に、圧電体層30に基板20の熱膨張係数よりも小さい材料のダミー領域を形成したところに特徴を有している。
図6、図7は、本実施形態に係る弾性表面波素子10を示し、図6には平面図、図7には図6のA−A断面を示す断面図が示されている。
Next, Embodiment 4 according to the present invention will be described with reference to the drawings. The fourth embodiment is characterized in that a dummy region made of a material smaller than the thermal expansion coefficient of the
6 and 7 show the surface
まず図7において、断面構成を説明する。弾性表面波素子10は、Siからなる基板20の表面にZnOからなる中間層60、この中間層60の表面にLiNbO3からなる圧電体層30が形成されている。また、この圧電体層30の表面には櫛歯状電極を有するAlからなるIDT40と反射器50,51とが形成されている。
First, a cross-sectional configuration will be described with reference to FIG. In the surface
圧電体層30には、圧電体層30を貫通して複数のダミー領域70が形成されている。ダミー領域70は、本実施形態では、SiO2(酸化シリコン)で形成されている。
A plurality of
ここで、弾性表面波素子10を構成するそれぞれの熱膨張係数は、基板20のSiが3.55×10-6/℃、中間層60のZnOが4.0×10-6/℃、圧電体層30のLiNbO3が15.4×10-6/℃、ダミー領域70のSiO2が0.55×10-6/℃である。ダミー領域70の熱膨張係数は、基板20の熱膨張係数の約1/8と小さい。
Here, the thermal expansion coefficients of the surface
続いて、弾性表面波素子10の平面構成について、図6を参照して説明する。図6において、圧電体層30の表面には、IDT40が形成され、IDT40の両側、即ち音波が伝播する方向(図中、X’方向)に反射器50,51が形成されている。
Next, a planar configuration of the surface
IDT40は、左右に二つのブロックから構成され、一方が入力側IDT、他方が出力側IDTである。IDT40は、櫛歯状電極41と、櫛歯状電極を接続するバスバー42とから構成されている。また、バスバー42は、図示しない接続用パッドに接続されている。
The
圧電体層30には所定位置に、図6に示すように複数のダミー領域70が形成されている。ダミー領域70は、圧電体層30に円柱形状に形成され、IDT40及び反射器50,51の外側に配置されている。なお、ダミー領域70は、バスバー42、図示しない接続用パッドにも交差して形成してもよいが、IDT40と反射器50,51の音波伝播範囲には形成されない。
In the
ダミー領域70は、幅方向(Y’方向)は、A−Aを結んだ直線に対して対称、長手方向(X’方向)は、中心線Bに対して対称に配置される。
(実施形態4の実施例)
The
(Example of Embodiment 4)
続いて、本実施形態の実施例を例示する。基板20と圧電体層30との熱膨張係数差を等価的関係にするために、それぞれの熱膨張係数、厚み、面積について具体例をあげて説明する。ダミー領域70をSiO2とし、この面積割合を算出する。
Subsequently, examples of the present embodiment will be illustrated. In order to make the difference in thermal expansion coefficient between the
まず、熱膨張係数の関係から以下のように、SiO2の弾性表面波素子10の中の面積割合をα、ZnOの弾性表面波素子10の中の面積割合をβとし、それぞれの割合を決める。
α×SiO2の熱膨張係数+β×ZnOの熱膨張係数=Siの熱膨張係数 (式1)。
これをα+β=1となるように設定する。
First, from the relationship of the thermal expansion coefficient, the area ratio in the surface
α × SiO 2 thermal expansion coefficient + β × ZnO thermal expansion coefficient = Si thermal expansion coefficient (Equation 1).
This is set so that α + β = 1.
次に、基板(Si)20と圧電体層(LiNbO3)30それぞれの厚みに関する係数γから反り補正係数を求める。
γ=LiNbO3の厚み/Siの厚み (式2)。
これらのことから、(式1)と(式2)から得られるαとγの積α×γがダミー領域70の面積である。
Next, a warpage correction coefficient is obtained from a coefficient γ relating to the thickness of each of the substrate (Si) 20 and the piezoelectric layer (LiNbO 3 ) 30.
γ = LiNbO 3 thickness / Si thickness (Formula 2).
From these, the product α × γ of α and γ obtained from (Equation 1) and (Equation 2) is the area of the
実施形態1における各要素の熱膨張係数を、SiO2は0.55×10-6/℃、LiNbO3が15.4×10-6/℃、Siは3.55×10-6/℃とし、(式1)にこの値を代入する。
α×0.55×10-6+(1−α)×15.4×10-6=3.55×10-6の計算式が得られる。
この計算式からα=0.8が求められる。
The thermal expansion coefficient of each element in Embodiment 1 is as follows: SiO 2 is 0.55 × 10 −6 / ° C., LiNbO 3 is 15.4 × 10 −6 / ° C., and Si is 3.55 × 10 −6 / ° C. , (Equation 1) is substituted for this value.
The calculation formula of α × 0.55 × 10 −6 + (1−α) × 15.4 × 10 −6 = 3.55 × 10 −6 is obtained.
From this calculation formula, α = 0.8 is obtained.
ここで、基板20の厚みを300μm、圧電体層30の厚みを3μmに設定すると、γ=3/300=1/100となる。
従って、α×γ=0.8/100=0.8%となり、SiO2の弾性表面波素子10の中の面積割合αは、0.8%に設定することで、基板20と圧電体層30との熱膨張係数差の等価的関係が得られる。
Here, if the thickness of the
Therefore, α × γ = 0.8 / 100 = 0.8%, and by setting the area ratio α in the surface
このことから、図6において示したダミー領域70の面積総和が、弾性表面波素子10のIDT40が形成される表面の面積の0.8%となるように、個々のダミー領域の面積と数が設定される。
From this, the area and the number of the individual dummy regions are such that the total area of the
なお、前述の実施形態4では、ダミー領域70にSiO2を採用しているが、SiO2に限らず基板20の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する材料から選択することができる。
In Embodiment 4 described above, SiO 2 is used for the
また、前述の実施形態4では、圧電体層30にダミー領域70を設けたが、中間層60、または圧電体層30と中間層60との両方に設けることができる。このような場合においても、前述した計算式から、熱膨張・収縮が等価的になるような面積を求め、音波の伝播に影響を与えない範囲に設けることができる。
In the fourth embodiment, the
なお、ダミー領域70は、図6に示すように平面形状を円形にするほか、三角形、矩形等任意に選択することができる。また、個々のダミー領域70を連続して溝形状にすることもできる。
As shown in FIG. 6, the
従って、前述した実施形態4によれば、圧電体層30に、この圧電体層30と基板20とが等価的な熱膨張・収縮を振舞うように、基板20の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さい材料でダミー領域70を圧電体層30に設けているため、製造工程中に加熱され、再び常温に戻したときに弾性表面波素子が反ることがなく、所望のIDT電極間距離と、弾性表面波の伝播距離を保持することから、所望の弾性表面波の音速を得ることができ、このことから所定の周波数を得ることができるという効果がある。
Therefore, according to the fourth embodiment described above, the thermal expansion coefficient of the
また、圧電体層30と基板20との間に、中間層を設けているため、熱膨張・収縮による反り量をさらに低減することができる。
Further, since the intermediate layer is provided between the
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態3では、基板20の表裏両面に中間層60,61を設けているが、中間層60,61は、どちらか一方だけ設けることができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in Embodiment 3 described above, the
さらに、実施形態4によるダミー領域70を設ける構造の考え方を、実施形態2及び実施形態3にも適用することができ、このようにすれば、より一層、弾性表面波素子10の反りを抑制することができる。
Further, the concept of the structure in which the
従って、前述の実施形態1〜4によれば、弾性表面波素子10の反りをなくし、所望のIDT電極間距離と弾性表面波の伝播距離を保持し、且つ、所望の音波の音速を得ることができ、このことによって所望の周波数を得ることができる弾性表面波素子10を提供することができる。
Therefore, according to the first to fourth embodiments described above, the warp of the surface
1…ウエハ、10…弾性表面波素子、20…基板、30…圧電体層、40…IDT、60…中間層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 10 ... Surface acoustic wave element, 20 ... Board | substrate, 30 ... Piezoelectric layer, 40 ... IDT, 60 ... Intermediate | middle layer.
Claims (4)
前記基板と前記圧電体層の熱膨張係数が異なるとき、
前記基板と前記圧電体層との間に中間層を設け、
前記基板の熱膨張係数<前記中間層の熱膨張係数<前記圧電体層の熱膨張係数、となる条件を満たしていることを特徴とする弾性表面波素子。 A surface acoustic wave element in which a piezoelectric layer is formed on a surface of a substrate, and an IDT is formed on the surface of the piezoelectric layer,
When the thermal expansion coefficients of the substrate and the piezoelectric layer are different,
An intermediate layer is provided between the substrate and the piezoelectric layer,
A surface acoustic wave device characterized by satisfying the following condition: thermal expansion coefficient of the substrate <thermal expansion coefficient of the intermediate layer <thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer.
前記圧電体層に、前記基板の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有するダミー領域が設けられ、前記基板と前記圧電体層とが、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることを特徴とする弾性表面波素子。 The surface acoustic wave device according to claim 1,
The piezoelectric layer is provided with a dummy region having a thermal expansion coefficient smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate, and the substrate and the piezoelectric layer are configured to behave in equivalent thermal expansion / contraction. A surface acoustic wave device.
前記基板の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることを特徴とする弾性表面波素子。 Piezoelectric layers are formed on both the front and back surfaces of the substrate, IDT is formed on one surface of the piezoelectric layer,
A surface acoustic wave device characterized in that it is configured to behave equivalently to thermal expansion / contraction on both the front and back surfaces of the substrate.
一方の圧電体層の表面にIDTが形成され、
前記基板の熱膨張係数<前記中間層の熱膨張係数<前記圧電体層の熱膨張係数、となる条件を満たし、
前記基板の表裏両面において、等価的な熱膨張・収縮を振舞うよう構成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
An intermediate layer is formed on both the front and back surfaces of the substrate, a piezoelectric layer is further formed on the surface of the intermediate layer,
IDT is formed on the surface of one piezoelectric layer,
Satisfying the condition of thermal expansion coefficient of the substrate <thermal expansion coefficient of the intermediate layer <thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer,
A surface acoustic wave device characterized in that it is configured to behave equivalently to thermal expansion / contraction on both the front and back surfaces of the substrate.
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