JP2008236588A - 弾性境界波装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械結合係数などの他の特性をさほど低下させることなく、群遅延時間温度係数ＴＣＤや周波数温度係数ＴＣＦを調整することが可能な弾性境界波装置を提供する。
【解決手段】圧電体２と誘電体３との界面にＩＤＴ電極４が配置されており、該ＩＤＴ電極４の電極指４ａに沿うように設けられており、かつ周期的に配置された第１の弾性的不連続部５ａ及び／または第１の弾性的不連続部５ｂが形成されており、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの弾性境界波伝搬方向に沿う寸法である幅Ｗ１が０．０７λ以下とされており、あるいはＩＤＴ電極４の複数本の電極指４ａ，４ａ間のスペース間から、垂直な方向にギャップを隔てて誘電体３内に配置された第２の弾性的不連続部６が形成されており、複数の第２の弾性的不連続部６がλ／２の周期で設けられている、弾性境界波装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば帯域フィルタや共振子などに用いられる弾性境界波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、弾性境界波が伝搬する媒質中に弾性的不連続部が形成されている弾性境界波装置及びその製造方法に関する。

従来、帯域フィルタや共振子として弾性表面波装置が広く用いられている。また、小型化を図り得るため、弾性表面波装置に代えて、弾性境界波装置が注目されている。例えば、下記の特許文献１には、図２８に示す弾性境界波装置１００１が開示されている。弾性境界波装置１００１は、圧電体１００２と、誘電体１００３とを積層した構造を有する。圧電体１００２と誘電体１００３との界面に、ＩＤＴ電極１００４及び反射器１００５，１００６が形成されている。ここでは、ＩＤＴ電極１００４として、Ａｕのような密度の大きい金属を用いることにより、ＩＤＴ電極１００４が設けられている部分に振動エネルギーを集中させて弾性境界波が励振されている。
ＷＯ２００４／０７０９４６

上記特許文献１に記載の弾性境界波装置では、圧電体として例えばＬｉＮｂＯ_３を用い、誘電体としてＳｉＯ_２を用いた構造が開示されており、上から順に積層構造を表現した場合、ＳｉＯ_２／ＩＤＴ電極／ＬｉＮｂＯ_３の積層構造が示されている。このような構造は比較的単純であるが、弾性境界波装置１００１において、群遅延時間温度係数ＴＣＤを改善するには、圧電体１００２、誘電体１００３及びＩＤＴ電極１００４の材料を種々変更したり、ＩＤＴ電極１００４の厚みや電極指の幅を調整したりする必要がある。

しかしながら、このような材料の変更やＩＤＴ電極１００４の厚みや電極指幅を調整した場合、弾性境界波の伝搬特性に大きく影響しがちであった。そのため、弾性境界波装置のＴＣＤ以外の特性が劣化するおそれがあり、他の性能を損なうことなく、群遅延時間温度係数ＴＣＤを改善することは困難であった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、弾性境界波の伝搬特性への影響をさほど与えることなく、すなわち他の特性をさほど劣化させることなく、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値を小さくすることが可能とされている弾性境界波装置及びその製造方法を提供することにある。

本願の第１の発明によれば、圧電体と、前記圧電体上に積層された誘電体と、複数本の電極指を有し、前記圧電体と前記誘電体との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極の各電極指の側壁に沿うように第１の弾性的不連続部が形成されており、前記ＩＤＴ電極により励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、前記第１の弾性的不連続部の弾性境界波伝搬方向の寸法が０．０７λ以下とされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

第１の発明にかかる弾性境界波装置では、好ましくは、前記第１の弾性的不連続部が、各電極指の両側の側壁に沿うように形成されている。電気機械結合係数Ｋ^２の劣化をより一層抑制しつつ、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値や周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を調整することができる。

第１の発明の弾性境界波装置のある特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が前記圧電体の前記誘電体に積層されている圧電体面上に形成されており、前記第１の弾性的不連続部が前記誘電体内に形成されている。

第１の発明にかかる弾性境界波装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、前記誘電体の前記圧電体に積層されている誘電体面上に形成されており、前記第１の弾性的不連続部が、前記圧電体内に形成されている。

本願の第２の発明によれば、圧電体と、前記圧電体に積層された誘電体と、前記圧電体と前記誘電体との界面に配置されており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極とを備え、前記複数本の電極指において、隣合う電極指間のスペースから、前記界面と垂直な方向にギャップを隔てて前記誘電体または前記圧電体内に配置された第２の弾性的不連続部が形成されており、隣合う電極指間のスペースの全てにおいて、該スペースと前記ギャップを隔てて第２の弾性的不連続部が形成されており、ＩＤＴにより励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、弾性境界波伝搬方向に沿って上記複数の第２の弾性的不連続部がλ／２の周期で設けられていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

第２の発明において、好ましくは、前記ギャップの前記界面に対して垂直な方向に沿う寸法が０．０５λ以上、１λ以下とされている。この場合には、第２の弾性的不連続部の下端が上下に変動したとしても、群遅延時間温度係数ＴＣＤが変動し難い。従って、群遅延時間温度係数ＴＣＤのばらつきの少ない弾性境界波装置を提供することができる。

第２の発明にかかる弾性境界波装置においては、好ましくは、前記ＩＤＴ電極の各電極指の側壁に沿って第１の弾性的不連続部が形成されている。第１の弾性的不連続部は、ＩＤＴ電極の厚みを大きくした場合に生じやすいが、そのような場合においても、第２の弾性的不連続部が設けられているため、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値を小さくすることが可能となる。

本願の第３の発明によれば、圧電体の一方面に下層誘電体膜を形成する工程と、前記下層誘電体膜上に、複数本の電極指を有するＩＤＴの平面形状に合致した窓部を有するようにレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をマスクとして、下層誘電体膜をエッチングする工程と、金属膜を全面に形成する工程と、前記レジスト膜とともに、レジスト膜上の不要金属膜を除去し、ＩＤＴ電極を圧電体上に形成させる工程と、前記ＩＤＴ電極及び下層誘電体膜を覆うように上層誘電体膜を成膜する工程とを備え、前記成膜工程において、前記ＩＤＴ電極の電極指の側壁と、前記下層誘電体膜との間に第１の弾性的不連続部が形成されるように、前記圧電体表面に対して斜めスパッタ粒子が入射されるようにスパッタリングにより前記上層誘電体膜を成膜することを特徴とする、弾性境界波装置の製造方法が提供される。

本願の第４の発明によれば、圧電体または誘電体の一方面に複数本の電極指を有するＩＤＴ電極を形成する工程と、堆積法により前記ＩＤＴ電極を覆うように誘電体または圧電体を成膜する成膜工程とを備え、前記成膜工程において、ＩＤＴ電極の隣合う電極指間のスペースに対して前記誘電体と前記圧電体との界面に対して垂直な方向にギャップを隔てて第２の弾性的不連続部が形成されるように前記圧電体または前記誘電体の表面に対して斜めにスパッタ粒子が入射するようにスパッタリングすることにより前記誘電体または圧電体を成膜することを特徴とする、弾性境界波装置の製造方法が提供される。

第１の発明にかかる弾性境界波装置では、ＩＤＴ電極の各電極指の側壁に沿うように第１の弾性的不連続部が形成されており、該第１の弾性的不連続部の弾性境界波伝搬方向の寸法が０．０７λ以下とされているため、電気機械結合係数の低下をさほど招くことなく、弾性境界波装置の温度特性を調整することができる。

また、第２の発明によれば、第２の弾性的不連続部がλ／２の周期で設けられているので、弾性的不連続部が設けられていない場合に比べて、他の特性をさほど低下させることなく、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値を小さくすることができ、それによって温度変化による特性の変化が小さい弾性境界波装置を提供することができる。

第３の発明によれば、ＩＤＴの電極指の側壁と下層誘電体膜との間に第１の弾性的不連続部が形成されるように、スパッタ粒子が圧電体表面に対して斜め方向に入射されるようにスパッタリングされることにより上層誘電体膜が形成されるので、第１の弾性的不連続部を容易にかつ確実に形成することができ、それによって第１の発明にかかる弾性境界波装置を容易に提供することが可能となる。

第４の発明によれば、成膜工程において、誘電体と圧電体との界面に対して垂直な方向にギャップを隔てて第２の弾性的不連続部が形成されるように、圧電体または誘電体の表面に対して斜めにスパッタ粒子が入射するようにスパッタリングが行われて誘電体または圧電体が成膜されるので、第２の弾性的不連続部を容易にかつ確実に形成することができる。よって、第２の弾性的不連続部を有する本願の第２の発明かかる弾性境界波装置を容易にかつ確実に提供することが可能となる。

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）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の一点鎖線Ａで示した部分を拡大して示す部分正面断面図である。

弾性境界波装置１は、圧電体２と、圧電体２上に積層された誘電体３とを有する。本実施形態では、圧電体２は１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３からなる。また、誘電体３は、ＳｉＯ_２からなる。ＬｉＮｂＯ_３は、負の周波数温度係数ＴＣＦを有する材料であり、ＳｉＯ_２は正の周波数温度係数ＴＣＦを有する材料である。

圧電体２の上面には、ＩＤＴ電極４が形成されている。ＩＤＴ電極４は、弾性境界波の波長λとしたときに、厚み０．０５λのＡｕ膜上に、厚み０．０５λのＡｌ膜を積層した、積層金属膜からなる。ＩＤＴ電極４のデューティ比は０．６とされている。

弾性境界波装置１では、上記ＩＤＴ電極を有する弾性境界波境界波共振子が構成されている。

弾性境界波装置１では、ＩＤＴ電極４に交流電界を印加することにより、ＳＨ成分主体のＳＨ型の弾性境界波が励振され、該ＳＨ型弾性境界波に基づく共振特性が取り出される。

本発明の特徴は、上記弾性境界波装置１において、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂ及び第２の弾性的不連続部６が形成されていることにある。

第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂは、ＩＤＴ電極４の電極指４ａの両側の側壁４ａ_１，４ａ_２に沿うように形成されている。弾性的不連続部５ａ，５ｂは、誘電体３内に配置されており、かつ誘電体３が存在しない空隙により形成されている。図１から明らかなよう、本実施形態では、上記弾性的不連続部５ａ，５ｂの高さＨ１は、ＩＤＴ電極４の高さすなわち厚みＴよりも低くされている。第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅、すなわち弾性境界波伝搬方向に沿う寸法を幅Ｗ１とする。

他方、第２の弾性的不連続部６は、ＩＤＴ電極４が形成されている圧電体２の上面よりも上方に、すなわちＩＤＴ電極４の隣り合う電極指４ａ，４ｂ間のスペースの上方において、該スペースとギャップを隔てて配置されている。第２の弾性的不連続部６もまた、誘電体３が存在しない空隙により形成されている。第２の弾性的不連続部６の高さ方向寸法、すなわち図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極の４の厚み方向に沿う寸法をＨ２とする。また、第２の弾性的不連続部６の幅をＷ２とする。第２の弾性的不連続部６の幅Ｗ２は、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅Ｗ１と同様に、弾性境界波伝搬方向に沿う寸法である。

上記第２の弾性的不連続部６は、弾性境界波伝搬方向に沿って、λ／２の周期で設けられている。すなわち、図１（ａ）に示されているように、隣り合う電極指４ａ，４ａ間のスペースにそれぞれ１つの第２の弾性的不連続部６が配置されており、複数の第２の弾性的不連続部６は、弾性境界波伝搬方向においてλ／２のピッチで配置されている。

さらに、ＩＤＴ電極４の上面と、第２の弾性的不連続部６の下端との間のＩＤＴ電極４の厚み方向に沿う寸法をＰ１とする。この寸法Ｐ１は、ＩＤＴ電極４の電極指４ａ，４ｂが隣り合っている部分において両側の電極指４ａ，４ｂ間の上端と第２の弾性的不連続部６の下端との間のギャップの高さ方向寸法に相当する。従って、寸法Ｐ１を、上記ギャップの高さ方向寸法とする。

弾性境界波装置１では、複数の第１の弾性的不連続部５ａは周期的に配置されている。すなわち、複数の第１の弾性的不連続部５ａは、弾性境界波伝搬方向において、等しいピッチで配置されている。同様に複数の第１の弾性的不連続部５ｂも、弾性境界波伝搬方向において等しいピッチで配置されている。さらに、複数の第２の弾性的不連続部６もまた、弾性境界波伝搬方向において等ピッチで配置されている。

本実施形態では、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂが設けられており、かつ第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅Ｗ１が０．０７λ以下とされているため、弾性的不連続部５ａ，５ｂが存在しない場合と電気機械結合係数Ｋ^２を同等とすることができる。

また、第２の弾性的不連続部６が、上記ギャップの高さ方向寸法Ｐ１が０．０５λ以上となるように設けられているので、弾性的不連続部６が設けられていない場合に比べて、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値を小さくすることができる。なお、群遅延時間温度係数ＴＣＤ＝−周波数温度係数ＴＣＦである。

よって、弾性境界波装置１では、圧電体２、誘電体３及びＩＤＴ電極４の材料を種々変更せずとも、上記第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂ及び第２の弾性的不連続部６の存在により、弾性境界波の伝搬特性にさほど影響を与えることなく、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値を小さくすることができる。従って、温度特性が良好な弾性境界波装置１を容易に提供することができる。これをより具体的に説明する。

弾性境界波装置１は、上方から順に、誘電体３としてのＳｉＯ_２、ＩＤＴ電極４及び圧電体２としての１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３を積層した構造を有する。このような積層構造を、ＳｉＯ_２／ＩＤＴ電極／１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３と表す。すなわち、積層体の上方から順に各層を／を挟んで記載して積層構造を表わすこととする。

いま、下記の表１に示すように、上記弾性境界波装置１において、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電体２及びＳｉＯ_２からなる誘電体３の厚みをいずれも８λとし、ギャップの高さ方向寸法Ｐ１を０．０２０λ、第２の弾性的不連続部６の幅Ｗ２＝０．００５λ及び高さＨ２＝０．０３０λとした。このような構造の弾性境界波装置について、上記第１の弾性的不連続部５の高さＨ１及び幅Ｗ１を変数として群遅延時間温度係数ＴＣＤ及び弾性境界波装置１の弾性境界波の伝搬特性を求めた。

計算は、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」（電子通信学会論文誌vol.J68-C No1,1985/1,pp.21-27）に提案されている有限要素法を拡張して、図１に示すように半波長区間に１本のストリップを配置し、電気的に解放したストリップと短絡したストリップの阻止域上端と下端における音速を求めた。解放ストリップ下端音速をＶ_ｏ１、上端音速をＶ_ｏ２、短絡ストリップ下端音速をＶ_ｓ１、上端音速をＶ_ｓ２とする。なお、一部の図ではＶ_ｓ１はＶを略記している。境界波の振動はＩＤＴの上下１λ付近に大半のエネルギーを集中しているので、今回は上下方向に十分大きな８λを解析領域として、表面と裏面の境界条件は弾性的に固定とした。次に、「モード結合理論による弾性表面波すだれ状電極の励振特性評価」（電子情報通信学会技術研究報告，NW90-62,1990,pp.69-74）に提案されている方法に基づき、ストリップにおける境界波の反射量を表わすκ_１２／ｋ_０と電気機械結合係数Ｋ^２を求めた。なお、κ_１２はモード結合理論に基づくモード間結合係数を示し、ｋ_０はＩＤＴ電極を伝搬する弾性波の波数２π／λを示す。なお、前記文献で扱った構造に比べると、表１の構造では音速の周波数分散が大きいため、κ_１２／ｋ_０は周波数分散の影響を考慮して求めた。また、ＴＣＤは、１５、２５、３５℃における短絡ストリップの阻止域下端の位相速度Ｖ_１５℃、Ｖ_２５℃、Ｖ_３５℃より式〔１〕により求めた。

ここで、α_ｓは境界波伝搬方向におけるＬｉＮｂＯ_３基板の線膨張係数である。

第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅Ｗ１を０．０１λ、０．０５λ及び０．０９λと変化させた場合の群遅延時間温度係数ＴＣＤの変化、電気機械結合係数Ｋ^２（％）の変化、電極指の反射係数κ_１２／ｋ_０の変化及び弾性境界波の音速Ｖ（ｍ／秒）の変化を、それぞれ、図２〜図５に示す。

図２から明らかなように、弾性境界波装置１では、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅Ｗ１が０．０１、０．０５及び０．０９のいずれの場合においても、高さＨ１が増加するにつれて群遅延時間温度係数ＴＣＤが＋側にシフトしていることがわかる。これは、ＴＣＤが正の値であるＬｉＮｂＯ_３からなる圧電体２に近接するように第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂが設けられているため、弾性境界波装置における群遅延時間温度係数ＴＣＤが＋側にシフトしているためと考えられる。

すなわち、本願発明者は、周期的に配置された第１の弾性的不連続部に弾性境界波の振動エネルギーが分配している場合、弾性境界波の振動分布が第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの存在により変化し、弾性的不連続部５ａ，５ｂ側に振動エネルギーが移行しやすくなることを見いだした。そのため、弾性的不連続部５ａ，５ｂに近接した媒質の群遅延時間温度係数ＴＣＤに、弾性境界波の群遅延時間温度係数ＴＣＤが近くなる。すなわち、群遅延時間温度係数ＴＣＤが正の値の媒質自体や媒質に近接させて第１の弾性的不連続部を形成すると、弾性境界波装置１全体の群遅延時間温度係数ＴＣＤが＋側にシフトすることとなる。

逆に、群遅延時間温度係数ＴＣＤが負の値である媒質自体や媒質に近接させて第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂを形成すると、弾性境界波装置全体の群遅延時間温度係数ＴＣＤは−側にシフトすることとなる。

次に、下記の表２に示すように弾性境界波装置１の仕様を変化させ、同様に弾性境界波装置１を伝搬する弾性境界波の特性を求めた。結果を図６〜図９に示す。図６〜図９は、第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの高さＨ１が０．０４５とされた場合の第１の弾性的不連続部５ａ，５ｂの幅Ｗ１と、群遅延時間温度係数ＴＣＤ、電気機械結合係数Ｋ^２（％）、反射係数κ_１２／ｋ_０及び音速Ｖ（ｍ／秒）との関係をそれぞれ示す図である。

図６から明らかなように、群遅延時間温度係数ＴＣＤは幅Ｗ１を変化させてもさほど変化しない。しかしながら、図７から明らかなように、Ｗ１＞０．０７の場合、電気機械結合係数Ｋ^２（％）が小さくなる傾向のあることがわかる。従って、Ｗ１は０．０７以下であることが必要であり、その場合には、電気機械結合係数Ｋ^２の低下を抑制し得ることがわかる。

次に、下記の表３に示すように弾性境界波装置１の仕様を変更し、表３に示した仕様の弾性境界波装置１を伝搬する弾性境界波の特性を同様にして求めた。ここでは、第２の弾性的不連続部６の高さＨ２及び幅Ｗ２を変数とした。

図１０〜図１３は、表３に示した構造の弾性境界波装置を伝搬する弾性境界波装置の特性を示す。すなわち、図１０〜図１３は、第２の弾性的不連続部６の幅Ｗ２を０．０、０．０１、０．０５または０．１０とし、第２の弾性的不連続部６の高さＨ２を変化させた場合の群遅延時間温度係数ＴＣＤの変化、電気機械結合係数Ｋ^２（％）の変化、反射係数κ_１２／ｋ_０の変化及び音速Ｖ（ｍ／秒）の変化を示す図である。

第２の弾性的不連続部６は、群遅延時間温度係数ＴＣＤが負の値であるＳｉＯ_２中に配置されており、群遅延時間温度係数ＴＣＤが正の値であるＬｉＮｂＯ_３から離れている。従って、弾性境界波の群遅延時間温度係数ＴＣＤが、第２の弾性的不連続部６を設けることにより−側にシフトし、良化していることがわかる。言い換えれば、弾性境界波装置１の群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値が小さくなり、改善されていることがわかる。

また、第２の弾性的不連続部６の幅を０の場合を基準として、応力と変位を不連続として解析した条件においても、群遅延時間温度係数ＴＣＤの絶対値が小さくなり改善していることがわかる。従って、第２の弾性的不連続部がさほど大きな幅を有する必要のないことがわかる。

なお、第２の弾性的不連続部を設けなかった場合はＷ２＝０．００かつＨ２＝０．００となる１点である。

また、群遅延時間温度係数ＴＣＤ以外の弾性境界波の伝搬特性である電気機械結合係数Ｋ_２、電極指の反射係数に対応するモード間結合係数κ_１２及び音速Ｖの変化は十分に小さいことがわかる。

次に、下記の表４に示す仕様で弾性境界波装置を構成した場合の弾性境界波の伝搬特性を上記と同様にして求めた。ここでは、第２の弾性的不連続部６と隣り合う電極指間のスペースとの間のギャップの高さＰ１を変数とした。

図１４〜図１７は、表４に示した構造の弾性境界波装置を伝搬する弾性境界波の特性を示す。図１４〜図１７は、ギャップの高さＰ１を変化させた場合の群遅延時間温度係数ＴＣＤの変化、電気機械結合係数Ｋ^２（％）の変化、反射係数κ_１２／ｋ_０の変化及び音速Ｖ（ｍ／秒）の変化を示す図である。

また、下記の表５に示す仕様で弾性境界波装置１を作製し、上記と同様に第２の弾性的不連続部６の下端と隣り合う電極指間のスペースの上端との間のギャップの高さＰ１を変数として、弾性境界波装置１の弾性境界波の伝搬特性を求めた。

図１８〜図２１は、表５に示した構造の弾性境界波装置を伝搬する弾性境界波の特性を示す。すなわち、図１８〜図２１は、ギャップの高さＰ１を変化させた場合の群遅延時間温度係数ＴＣＤの変化、電気機械結合係数Ｋ^２（％）の変化、反射係数κ_１２／ｋ_０の変化及び音速Ｖ（ｍ／秒）の変化を示す図である。

図１４〜図２１から明らかなように、上記ギャップの高さＰ１が大きくなると、すなわち第２の弾性的不連続部６の下端がＩＤＴ電極４の上面よりも上方に離れると、特にＰ１≧０．０５λとなると、群遅延時間温度係数ＴＣＤが安定化され得ることがわかる。

よって、好ましくは、Ｐ１≧０．０５λとすることにより、温度変化により特性の安定な弾性境界波装置１を提供することができる。

図２２は、表５に示した構造において、上記ギャップの高さＰ１と、弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。図２２から明らかなように、第２の弾性的不連続部６がＩＤＴ電極４の上面よりも上方に遠ざかると、特に上記ギャップの高さＰ１が１λよりも大きくなると、弾性境界波の音速が安定することがわかる。従って、弾性境界波の振動モードは、第２の弾性的不連続部６が設けられている部分にはほとんど分布していないことがわかる。よって、第２の弾性的不連続部６は、ＩＤＴ電極４の電極指４ａ間のスペースの上端よりも１λ以内の位置に配置することが望ましく、それによって第２の弾性的不連続部６を設けたことによる効果の得られることがわかる。よって、上記ギャップの高さＰ１は、０．０５λ以上、１λ以下であることが望ましい。

次に、弾性境界波装置１の製造方法についての実施形態を説明する。

弾性境界波装置１の製造に際しては、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電体２上にフォトリソグラフィ法によりＩＤＴ電極４を形成する。ＩＤＴ電極４の形成は、周知のフォトリソグラフィ法により行われ得る。しかる後、全面にＳｉＯ_２膜をＲＦマグネトロンスパッタにより成膜温度２７０℃及びＡｒ，Ｏ_２からなるガスのガス圧０．３Ｐａ条件でスパッタリングする。通常は、ＳｉＯ_２膜のスパッタリングによる形成に際しては、ガス圧は０．１Ｐａ程度とされる。しかしながら、上記のようにガス圧を高くすることにより、スパッタ粒子の直進性が劣化し、スパッタ粒子が斜め方向に進行する。そのため、電極指４の側壁４ａ_１，４ａ_２がＳｉＯ_２により確実に被覆される。他方、上記斜め方向にスパッタ粒子が進行するため、上記電極指側壁に形成されたＳｉＯ_２膜が横方向に十分に成長し、他方、下方のＩＤＴ電極４の存在による圧電体２の上面の凹凸構造により、電極指間のスペース中央においてＳｉＯ_２膜が堆積しながら衝突する。その結果、上記弾性的不連続部６を形成することができる。言い換えれば、隣り合う電極指４ａ_１，４ａ_２間の中央において、両側から成長してきたＳｉＯ_２膜が堆積し、衝突する結果、上記第１の弾性的不連続部６が形成される。

図２３は、上記のように製造された弾性境界波装置の一例における第２の弾性的不連続部６を示すための弾性境界波装置の断面を示す電子顕微鏡写真である。なお、ここでは、ＩＤＴ電極は、ＮｉＣｒ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉの順序でこれらを積層してなる積層金属膜を用いた。なお各層の厚みは、ＮｉＣｒ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ＝１０／１０／１５０／１０／１０／１６０／１０／１０（単位はｎｍ）とした。また、ＩＤＴ電極４における電極指の周期は３．６μｍとし、デューティは０．６とした。ＩＤＴ電極以外は、表１に示した条件と同一とした。

さらに、ＩＤＴ電極を、ＮｉＣｒ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ＝１０／１０／５０／１０／１０／７０／１０／１０（単位はｎｍ）の積層金属膜からなり、電極指の周期が１．６μｍ、デューティは０．５としたことを除いては上記と同様にして他の例の弾性境界波装置を作製した。この他の例の弾性境界波装置では、その他の点は上記の例と同様とした。このようにして得られた他の例の弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極が形成されている部分の断面を図２４に電子顕微鏡写真で示す。図２３に示した電子顕微鏡写真の構造では、群遅延時間温度係数ＴＣＤは、第２の不連続部を形成しない場合に比べて３ｐｐｍ／℃良化し、図２４に示した構造では、６ｐｐｍ／℃良化していることが確かめられた。

また、図２５に、図２３に示した第２の弾性的不連続部が周期的に配置されている状態を倍率を変えた電子顕微鏡写真で示す。

次に、図２６及び図２７を参照して、本発明の弾性境界波装置の製造方法の他の実施形態の一例を説明する。ここでは、圧電体としてのＬｉＮｂＯ_３上に、まず多層ＳｉＯ_２膜を２５ｎｍの厚みとなるようにスパッタリングにより形成した。しかる後、下層ＳｉＯ_２膜上にフォトレジストパターンを形成し、該フォトレジストパターンをマスクとして、多層ＳｉＯ_２膜をエッチングし、しかる後、ＩＤＴを形成するための積層金属膜を蒸着法により形成した。そして、上記フォトレジストパターンとフォトレジストパターン上に形成されている積層金属膜をリフトオフ法により除去した。このようにして、ＬｉＮｂＯ_３の上面に、２５ｎｍの厚みのＳｉＯ_２膜と、ＳｉＯ_２膜が設けられていない部分に同じく２８０ｎｍの厚みのＩＤＴ電極４が形成されている構造を得た。ここまでは、従来より周知の弾性境界波装置の製造工程とほぼ同様である。なお、上記積層金属膜としては、ＡｌＣｕ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉ＝１００／１０／１０／１５０／１０（ｎｍ）の厚みでこれらを積層した積層金属膜を用い、ＩＤＴ電極の電極指の周期は３．６μｍとし、デューティは０．６とした。

しかる後、ＲＦマグネトロンスパッタにより、成膜温度２７０℃及びガス圧０．２ＰａでＳｉＯ_２を成膜し、上層ＳｉＯ_２膜を形成した。ここでは、下層ＳｉＯ_２膜とＩＤＴ電極の電極指４ａの側壁４ａ_１，４ａ_２との間に僅かに隙間を開けるように、ＩＤＴ電極と下層ＳｉＯ_２膜が形成されている。従って、上層ＳｉＯ_２膜の成膜に際してのスパッタ粒子が一定の比率で上記隙間に斜め方向から入射することになる。そのため、ＩＤＴ電極４と下層ＳｉＯ_２膜との間に空洞あるいはＳｉＯ_２が疎な領域が形成され、弾性的不連続部５ａ，５ｂが形成されることとなる。なお、下層ＳｉＯ_２膜の厚みを厚くすると、弾性的不連続部５ａ，５ｂが大きくなる。

図２７は、下層ＳｉＯ_２膜の厚みを変化させた場合の弾性境界波装置１の周波数温度係数ＴＣＦの変化を示す図である。下層ＳｉＯ_２膜の厚みを厚くした場合、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が大きくなることがわかる。

なお、図１（ａ）に示した弾性境界波装置１では、圧電体２の上面にＩＤＴ電極４が形成され、かつＳｉＯ_２からなる誘電体３が形成されていたが、逆に、誘電体の圧電体が積層される面側にまずＩＤＴ電極が形成され、しかる後圧電体が成膜されてもよい。その場合には、図１（ａ）に示す誘電体２と圧電体３とが逆転されることになり、弾性的不連続部５ａ，５ｂ，６は圧電体内に配置されることになる。

また、上記図２３〜図２７を参照して説明した弾性境界波装置の製造方法の各実施形態においても、誘電体をまず用意し、誘電体の上面にＩＤＴ電極を形成した後圧電体を成膜してもよい。

なお、本発明において、ＩＤＴ電極は必ずしも複数の金属膜を積層した積層金属膜から形成される必要はなく、単一の金属により形成されてもよい。また、上記のように、Ａｌ／Ａｕ積層金属膜の他、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａなどの様々な金属を組み合わせ、積層金属膜を形成してもよい。さらに、密着性や耐電力性を高めるために、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、ＰｔまたはＰｄなどからなる薄い金属層を誘電体層との間、圧電体との間あるいは電極を形成している多層金属膜間に配置してもよい。

また、圧電体としては、ＬｉＮｂＯ_３に限らず、ＬｉＴａＯ_３、ＫＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｎＯなどの様々な圧電材料、あるいはＰＺＴなどの様々な圧電セラミックスを用いることができる。また、誘電体３としても、ＳｉＯ_２に限らず、ガラス、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などの様々な誘電体材料により形成することができる。

さらに、弾性境界波装置の強度を高めたり、腐食性ガスの侵入を防止するための保護層を形成してもよく、場合によっては、パッケージに封入された構造の弾性境界波装置を形成してもよい。上記保護層としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの適宜の合成樹脂、あるいは酸化チタン、窒化アルミニウム、もしくは酸化アルミニウムなどの無機絶縁性材料により形成することができ、また短絡を防止し得る限り、Ａｕ、ＡｌまたはＷなどの金属膜により保護層を形成してもよい。

さらに、本発明に係る弾性境界波装置は、共振子に限らず、帯域フィルタなどの様々な電極構造を有し得る。

（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を説明するための模式的正面断面図及び（ａ）中の一点鎖線Ａで囲まれた部分を拡大して示す部分正面断面図。 表１に示した仕様の弾性境界波装置の第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を０．０１、０．０５、または０．０９とした場合の第１の弾性的不連続部の高さＨ１と群遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を示す図。 表１に示した仕様の弾性境界波装置の第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を０．０１、０．０５、または０．０９とした場合の第１の弾性的不連続部の高さＨ１と電気機械結合係数Ｋ^２（％）との関係を示す図。 表１に示した仕様の弾性境界波装置の第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を０．０１、０．０５、または０．０９とした場合の第１の弾性的不連続部の高さＨ１とモード間結合係数κ_１２の割合の変化との関係を示す図。 表１に示した仕様の弾性境界波装置の第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を０．０１、０．０５、または０．０９とした場合の第１の弾性的不連続部の高さＨ１と弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図。 表２に示した仕様の弾性境界波装置において、第１の弾性的不連続部の高さＨ１を０．０４５とし、第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を変化させた場合の群遅延時間温度係数ＴＣＤの変化を示す図。 表２に示した仕様の弾性境界波装置において、第１の弾性的不連続部の高さＨ１を０．０４５とし、第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を変化させた場合の電気機械結合係数Ｋ^２（％）の変化を示す図。 表２に示した仕様の弾性境界波装置において、第１の弾性的不連続部の高さＨ１を０．０４５とし、第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を変化させた場合のモード間結合係数κ_１２の割合の変化を示す図。 表２に示した仕様の弾性境界波装置において、第１の弾性的不連続部の高さＨ１を０．０４５とし、第１の弾性的不連続部の幅Ｗ１を変化させた場合の弾性境界波の音速Ｖの変化を示す図。 表３の仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部の幅Ｗ２を０．００、０．０１、０．０５または０．１０にした場合の第２の弾性的不連続部の高さＨ２と、群遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を示す図。 表３の仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部の幅Ｗ２を０．００、０．０１、０．０５または０．１０にした場合の第２の弾性的不連続部の高さＨ２と、電気機械結合係数Ｋ^２（％）との関係を示す図。 表３の仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部の幅Ｗ２を０．００、０．０１、０．０５または０．１０にした場合の第２の弾性的不連続部の高さＨ２と、モード間結合係数κ_１２の割合との関係を示す図。 表３の仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部の幅Ｗ２を０．００、０．０１、０．０５または０．１０にした場合の第２の弾性的不連続部の高さＨ２と、弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図。 表４に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、群遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を示す図。 表４に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、電気機械結合係数Ｋ^２ （％）との関係を示す図。 表４に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、モード間結合係数κ_１２の割合との関係を示す図。 表４に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図。 表５に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、群遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を示す図。 表５に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、電気機械結合係数Ｋ^２ （％）との関係を示す図。 表５に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、モード間結合係数κ_１２の割合との関係を示す図。 表５に示した仕様の弾性境界波装置において、第２の弾性的不連続部とＩＤＴ電極の上面との間のギャップの高さＰ１と、弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図。 第２の弾性的不連続部の下端とＩＤＴ電極の上端との間のギャップＰ１の大きさと、弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図。 第２の弾性的不連続部が形成されている弾性境界波装置の一例を示す電子顕微鏡写真。 第２の弾性的不連続部が形成されている弾性境界波装置の他の例を示す電子顕微鏡写真。 第２の弾性的不連続部が周期的に配置されている構造を示す弾性境界波装置の電子顕微鏡写真。 本発明の一実施形態の弾性境界波装置において、第１の弾性的不連続部が形成されている部分を説明するための電子顕微鏡。 下層ＳｉＯ_２膜の厚みと弾性境界波装置の周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図。 従来の弾性境界波装置を説明するための模式的正面断面図。

符号の説明

１…弾性境界波装置
２…圧電体
３…誘電体
４…ＩＤＴ電極
４ａ…電極指
４ａ_１，４ａ_２…側壁
５ａ，５ｂ…第１の弾性的不連続部
６…第２の弾性的不連続部
Ｈ１…第１の弾性的不連続部の高さ
Ｗ１…第１の弾性的不連続部の幅
Ｈ２…第２の弾性的不連続部の高さ
Ｗ２…第２の弾性的不連続部の幅
Ｐ１…ギャップの高さ方向寸法

Claims (9)

1. 圧電体と、前記圧電体上に積層された誘電体と、複数本の電極指を有し、前記圧電体と前記誘電体との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、
   前記ＩＤＴ電極の各電極指の側壁に沿うように第１の弾性的不連続部が形成されており、前記ＩＤＴ電極により励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、前記第１の弾性的不連続部の弾性境界波伝搬方向の寸法が０．０７λ以下とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
2. 前記第１の弾性的不連続部が、各電極指の両側の側壁に沿うように形成されている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
3. 前記ＩＤＴ電極が前記圧電体の前記誘電体に積層されている圧電体面上に形成されており、前記第１の弾性的不連続部が前記誘電体内に形成されている、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
4. 前記ＩＤＴ電極が、前記誘電体の前記圧電体に積層されている誘電体面上に形成されており、前記第１の弾性的不連続部が、前記圧電体内に形成されている、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
5. 圧電体と、前記圧電体に積層された誘電体と、前記圧電体と前記誘電体との界面に配置されており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極とを備え、
   前記複数本の電極指において、隣合う電極指間のスペースから、前記界面と垂直な方向にギャップを隔てて前記誘電体または前記圧電体内に配置された第２の弾性的不連続部が形成されており、隣合う電極指間のスペースの全てにおいて、該スペースと前記ギャップを隔てて第２の弾性的不連続部が形成されており、ＩＤＴにより励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、弾性境界波伝搬方向に沿って上記複数の第２の弾性的不連続部がλ／２の周期で設けられていることを特徴とする、弾性境界波装置。
6. 前記ギャップの前記界面に対して垂直な方向に沿う寸法が０．０５λ以上、１λ以下である、請求項５に記載の弾性境界波装置。
7. 前記ＩＤＴ電極の各電極指の側壁に沿って第１の弾性的不連続部が形成されている、請求項５または６に記載の弾性境界波装置。
8. 圧電体の一方面に下層誘電体膜を形成する工程と、
   前記下層誘電体膜上に、複数本の電極指を有するＩＤＴの平面形状に合致した窓部を有するようにレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜をマスクとして、下層誘電体膜をエッチングする工程と、金属膜を全面に形成する工程と、
   前記レジスト膜とともに、レジスト膜上の不要金属膜を除去し、ＩＤＴ電極を圧電体上に形成させる工程と、
   前記ＩＤＴ電極及び下層誘電体膜を覆うように上層誘電体膜を成膜する工程とを備え、
   前記成膜工程において、前記ＩＤＴ電極の電極指の側壁と、前記下層誘電体膜との間に第１の弾性的不連続部が形成されるように、前記圧電体表面に対して斜めにスパッタ粒子が入射されるようにスパッタリングにより前記上層誘電体膜を成膜することを特徴とする、弾性境界波装置の製造方法。
9. 圧電体または誘電体の一方面に複数本の電極指を有するＩＤＴ電極を形成する工程と、
   堆積法により前記ＩＤＴ電極を覆うように誘電体または圧電体を成膜する成膜工程とを備え、
   前記成膜工程において、ＩＤＴ電極の隣合う電極指間のスペースに対して前記誘電体と前記圧電体との界面に対して垂直な方向にギャップを隔てて第２の弾性的不連続部が形成されるように前記圧電体または前記誘電体の表面に対して斜めにスパッタ粒子が入射するようにスパッタリングすることにより前記誘電体または圧電体を成膜することを特徴とする、弾性境界波装置の製造方法。