JP2010028312A - 弾性波素子、通信モジュール、および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要波を抑えることができるとともに、温度特性を向上させることができる弾性波素子を提供する。また、このような弾性波素子を通信モジュール及び通信装置に搭載することで、信頼性を向上させることができる。
【解決手段】圧電基板１４と、圧電基板１４上に形成された櫛歯型の電極１３と、電極１３を被覆するように形成されたＳｉＯ₂膜１２とを備えた弾性波素子であって、ＳｉＯ₂膜１２上に形成された変位分布調整膜１１を備え、変位分布調整膜１１は、ＳｉＯ₂膜１２を形成する物質よりも音速が遅くなるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信機器（高周波無線通信機器）に搭載される弾性波素子に関する。特に、圧電基板上にインターデジタル電極（以下、ＩＤＴ電極と称する。IDT:Interdigital Transducer）が形成されており、該インターデジタル電極を覆うように絶縁層が形成された弾性表面波装置の温度特性と不要波抑制方法の両立に関する。また、そのような弾性波素子を備えた通信モジュール、および通信装置に関する。

移動体通信システムに用いられるデュプレクサやＲＦフィルタでは、広帯域かつ良好な温度特性の双方が満たされることが求められている。従来、デュプレクサーやＲＦフィルタに使用されてきた弾性表面波装置では、３６°〜５０°回転Ｙ板Ｘ伝搬タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から構成された圧電基板が用いられている。この圧電基板は、周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）が−４０〜−３０ｐｐｍ／℃程度であった。また、温度特性を改善するために、圧電基板上においてＩＤＴ電極を被覆するようにＴＣＦが正である酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜を成膜する方法が知られている。

他方、上記周波数温度係数の改善とは別の目的で、弾性表面波装置のＩＤＴ電極を被覆するように絶縁性または半導電性の保護膜が形成されている弾性表面波装置の製造方法が特許文献１に開示されている。図２８は、特許文献１に記載の弾性表面波装置を示す模式的断面図である。図２８において、弾性表面波装置１００では、圧電基板１０１上に、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌを主成分とする合金から構成されたＩＤＴ電極１０２が形成されている。ＩＤＴ電極１０２が形成されている領域以外の領域には、絶縁性または半導電性の電極指間膜１０３が形成されている。また、ＩＤＴ電極１０２及び電極指間膜１０３を被覆するように、絶縁性または半導電性の保護膜１０４が形成されている。特許文献１には、電極指間膜１０３及び保護膜１０４が、ＳｉＯ₂などの絶縁物やシリコンなどの半導電性物質により構成される旨が記載されている。特許文献１に開示されている構成によれば、電極指間膜１０３を形成することにより、圧電基板１０１が有する焦電性に起因する電極指間の放電による特性の劣化が抑制される。

また、特許文献２には、水晶またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）からなる圧電基板上に、アルミニウムや金などの金属からなる電極が形成されており、さらにＳｉＯ₂膜を形成した後、該ＳｉＯ₂膜を平坦化して構成された１ポート型弾性表面波共振子が開示されている。このようにＳｉＯ₂膜を平坦化することにより、良好な共振特性が得られる。

また、特許文献３には、電気機械結合係数（ｋ²）が０．０２５以上のＬｉＮｂＯ₃から構成された圧電基板と、圧電基板上に形成されＡｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金またはＡｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金と他の金属とから構成された積層膜からなる少なくとも１つの電極と、前記少なくとも１つの電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、電極と略等しい膜厚に形成された第１絶縁物層と、電極及び第１絶縁物層を被覆するように形成された第２絶縁物層とを備え、電極の密度が第１絶縁物層の１．５倍以上であり、第２の絶縁物層の厚みが表面波の波長をλとしたときに０．１８λ〜０．３４λの範囲にあり、第２の絶縁物層の表面の凸部の突出高さが、表面波の波長をλとしたときに、０．０３λ以下である構成が開示されている。特許文献３に開示されている構成では、ＩＤＴ電極の反射係数が十分に大きく、共振特性などに現れるリップルによる特性の劣化が生じ難くなる。
特開平１１−１８６８６６号公報 特開昭６１−１３６３１２号公報 特許第３８８５８２４号公報

しかしながら各特許文献に開示された構成では、弾性波素子のアドミッタンス（Ｓ係数）の絶対値の周波数応答において、図２９に示すように、目的とする主応答Ａよりも高い周波数で不要波Ｂが発生するという欠点があった。図２９に示す特性は、図３０に示すように圧電基板２０３上に周期λが２μｍのＩＤＴ電極２０２を備え、さらにＩＤＴ電極２０２を覆うようにＳｉＯ₂膜２０１を備えた弾性波素子２００において、（表１）に示す物性値を用い有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）でシミュレーションを行った結果である。

図２９に示すように、不要応答（不要波Ｂ）が存在すると、弾性波素子を用いてフィルタを形成した際に、通過帯域外での抑制が悪くなるという問題が生じる。

不要波の大きさとＳｉＯ₂膜の膜厚とは図３１に示す関係があり、不要波の抑制のためにＳｉＯ₂膜の膜厚を薄膜化するとよいが、ＳｉＯ₂膜の膜厚を薄膜化すると図３２に示すように温度特性が劣化するという問題が生じる。なお、図３２は、ＳｉＯ₂膜の膜厚とＴＣＦとの関係を示す。

本発明の目的は、不要波を抑えることができるとともに、温度特性を向上させることができる弾性波素子を実現することである。また、本発明の目的は、信頼性が高い通信モジュール、通信装置を実現することである。

本発明の弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、前記絶縁膜を被覆するように形成された前記絶縁膜よりも音速が遅い変位調整層とで形成されたものである。

また、前記変位分布調整膜は、絶縁膜かあるいは絶縁膜よりも音速が速い物質を使用した場合でも、パターニングすることにより音速を低下させた構造で形成することも可能である。

本発明によれば、不要波を抑えることができるとともに、温度特性を向上させることができる弾性波素子を実現することができる。また、信頼性が高い通信モジュール、通信装置を実現することができる。

本発明の弾性波素子の第１の構成は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、前記絶縁膜を被覆するように形成された変位分布調整膜とを備え、前記変位分布調整膜は、前記絶縁膜よりも音速が遅くなるように形成されたものである。このような構成とすることで、不要波を抑えることができるとともに、温度特性を向上することができる。

本発明の弾性波素子は、上記構成を基本として、以下のような様々な態様をとることができる。

すなわち、本発明の弾性波素子は、前記絶縁層がＳｉＯ₂により形成され、前記変位分布調整膜がＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質の単層、またはＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質のうちいずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されている構成とすることができる。

また、本発明の弾性波素子において、前記変位分布調整膜は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉの単層、またはＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉのうちいずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されている構成とすることができる。あるいは前記変位分布調整膜は絶縁膜かあるいは前記絶縁膜よりも音速の速い物質を使用した場合でも、パターニングすることにより音速を低下させた構造で形成することも可能である。また、音速の遅い物質を使用した場合でもパターニングすることによりさらに音速を低下させることができる。一例としてＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄などを使用することができる。

また、本発明の弾性波素子の第２の構成は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、前記電極間において、前記電極と略等しい膜厚に形成された第１の絶縁層と、前記電極及び第１の絶縁層を被覆するように形成された第２の絶縁層とを備えた弾性波素子であって、前記第２の絶縁層上に形成された変位分布調整膜を備え、前記変位分布調整膜は、前記第２の絶縁層を形成する物質よりも音速が遅い物質で形成されたものである。このような構成とすることで、不要波を抑えることができるとともに、温度特性を向上することができる。また、製造時に研磨工程が不要であるため、製造が容易であるとともに製造コストを削減することができる。

また、本発明の弾性波素子の製造方法は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記絶縁層よりも音速が遅い物質で構成された変位分布調整膜とを備えた弾性波素子の製造方法であって、前記圧電基板上に前記電極を形成する工程と、前記圧電基板上に、前記電極を被覆するように前記絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に前記変位分布調整膜を形成する工程とを含むものである。このような方法によれば、製造時に研磨工程が不要であるため、製造が容易であるとともに製造コストを削減することができる。

また、本発明の通信モジュールは、上記弾性波素子を備えたものである。

また、本発明の通信装置は、上記通信モジュールを備えたものである。

（実施の形態）
〔１．弾性波素子の構成〕
図１は、実施の形態１における弾性波素子の構成を示す。図１において、弾性波素子１は、圧電基板１４上に櫛形のＩＤＴ電極１３が形成され、さらにＩＤＴ電極１３を覆うようにＳｉＯ₂膜１２が形成されている。本実施の形態では、さらにＳｉＯ₂膜１２の上部に変位分布調整膜１１が形成されている。変位分布調整膜１１は、ＳｉＯ₂膜１２を形成する物質よりも音速が遅い物質の単層膜か、ＳｉＯ₂膜１２を形成する物質よりも音速が遅い物質を主成分とする積層膜により形成されている。例えば、変位分布調整膜１１は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），タンタル（Ｔａ），銅（Ｃｕ），タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ）のうちのいずれかの単層膜か、いずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されていることが好ましい。特に、Ｔａ及びＷは、ＳｉＯ₂の音速に近い音速を有するため、共振周波数の変動が少なく好ましい。また、Ｔｉは、ＳｉＯ₂との密着性に優れているため好ましい。なお、ＳｉＯ₂膜１２は、絶縁層の一例である。

通常の物質の線膨張係数は正で、一般的な製法を用いて弾性波素子を形成すると、その弾性波素子のＴＣＦは負となり、素子の温度が変化すると特性が変動してしまう。そのため、ＴＣＦが正であるＳｉＯ₂と組み合わせてＴＣＦをゼロに近くなるようにしている。ところが、ＴＣＦを改善するためにＳｉＯ₂膜の膜厚を厚くすると、前述の図３１に示すように不要波のレベルが大きくなる。すなわち、ＴＣＦと不要波のレベルとの間には、トレードオフの関係がある。

図２Ａは、変位分布調整膜１１がＡｕで形成され、その厚さを１ｎｍとした時の主応答の共振周波数のエネルギーの分布を示す。図２Ｂは、同様の構成における反共振周波数のエネルギー分布を示す。図２Ｃは、同様の構成における不要波の共振周波数でのエネルギー分布を示す。図３Ａ〜図３Ｃは、変位分布調整膜１１の膜厚を１０ｎｍとした時の主応答の共振周波数（図３Ａ）、反共振周波数（図３Ｂ）、不要波の共振周波数（図３Ｃ）でのエネルギー分布を示す。図４Ａ〜図４Ｃは、変位分布調整膜１１の膜厚を３０ｎｍとした時の主応答の共振周波数（図４Ａ）、反共振周波数（図４Ｂ）、不要波の共振周波数（図４Ｃ）でのエネルギー分布を示す。各図において、領域２１は変位分布調整膜１１におけるエネルギー分布、領域２２はＳｉＯ₂膜１２におけるエネルギー分布、領域２３はＩＤＴ電極１３におけるエネルギー分布、領域２４は圧電基板１４におけるエネルギー分布を示す。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、変位分布調整膜１１が薄い場合は、主応答の共振周波数及び反共振周波数でのエネルギーが高い領域が、ＳｉＯ₂膜１２の領域２２と圧電基板１４の領域２４との界面近傍まで到達しているが、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、変位分布調整膜１１が厚い場合は、主応答の共振周波数及び反共振周波数でのエネルギーが高い領域が、弾性波素子１の表面（変位分布調整膜１１の領域２１）に集中する。これは、ＳｉＯ₂の音速よりもＡｕの音速の方が遅いためである。例えば、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）のように、ＳｉＯ₂の音速よりも音速が速い物質で変位分布調整膜１１を形成した場合は、逆にエネルギーが高い領域が圧電基板１４の内部側に移動し、圧電基板１４の線膨張係数の影響度が高くなり、ＴＣＦが劣化する。図５に示すように、Ａｕを１０ｎｍの膜厚で形成した場合とＳｉＣを１０ｎｍの膜厚で形成した場合とを比較すると、Ａｕを形成した方がＴＣＦが改善される。すなわち、変位分布調整膜１１をＡｕで形成した場合、応答時の共振周波数及び反共振周波数のエネルギーが高い領域が弾性波素子１の表面に集中するため、圧電基板１４の線膨張係数の影響度が低くなり、ＴＣＦが改善される。

なお、図５は、変位分布調整膜１１を膜厚５ｎｍのＡｕで形成した場合、膜厚１０ｎｍのＡｕで形成した場合、膜厚２０ｎｍのＡｕで形成した場合、膜厚１０ｎｍのＳｉＣで形成した場合、変位分布調整膜１１を形成しない場合（従来公知例）の、ＳｉＯ₂膜１２の膜厚とＴＣＦとの関係を示す。図５に示すグラフにおいて、横軸はＳｉＯ₂膜１２の膜厚である。

ところが、図６に示すように、ＳｉＯ₂膜１２の膜厚を同一として不要波のレベルを比較した場合、ＳｉＯ₂膜１２上に変位分布調整膜１１を形成することにより不要波のレベルが大きくなる。これは、エネルギーが高い領域が弾性波素子１の表面に移動し、不要波が発生しやすくなるためである。なお、図６は、図５に示す変位分布調整膜１１の各条件における、ＳｉＯ₂膜１２の膜厚と不要波との関係を示す。

しかし、図７及び図８に示すように、同じＴＣＦで比較すると、ＳｉＯ₂膜１２の膜厚を薄膜化できるので、不要波は改善されることがわかる。図示の例では、ＴＣＦがゼロに近いほど良いので、Ａｕを膜厚１０ｎｍで形成する構成が最も良い。なお、図７は、図５に示す変位分布調整膜１１の各条件における、共振周波数のＴＣＦと不要波のレベルとの関係を示す。また、図８は、図５に示す変位分布調整膜１１の各条件における、反共振周波数のＴＣＦと不要波のレベルとの関係を示す。

また、変位分布調整膜１１の膜厚を１０ｎｍとし、変位分布調整膜のヤング率と密度とを前述の（表１）に示す条件で変化させ、不要波の大きさを測定した。共振周波数のＴＣＦが０ｐｐｍ／℃の時の不要波の大きさは、図９〜図１１に示すような分布になり、変位分布調整膜１１を音速が遅い物質で形成するほど不要波が抑制されることがわかる。また、変位分布調整膜１１の膜厚は、最適値があることがわかる。

なお、図９及び図１１は、変位分布調整膜１１を様々な物質で形成した場合の、変位分布調整膜１１の膜厚と不要波の大きさとの関係を示す。図１０は、変位分布調整膜１１を様々な物質で形成した場合の、変位分布調整膜１１の音速と不要波の大きさとの関係を示す。図９及び図１０に示す測定結果が得られた測定に用いた物質は、ＷＳＳＴレジスト、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）である。図９に示す測定結果が得られた測定では、上記物質に加えてＡｕと密着層（Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３）との積層膜についても測定を行った。また、図１１に示す測定結果が得られた測定に用いた物質は、Ａｕ、Ｔｉ、ＡｕとＴｉとの積層膜である。また、ニッケル（Ｎｉ）についても測定を行い、（表１）に示すようにＳｉＯ₂よりも音速が遅いことを確認した（図９及び図１１へのプロットは省略）。

また、図１２，図１３，図１４に示すように、ＳｉＯ₂膜１２（絶縁膜）あるいは変位分布調整膜１１の表面に凹凸を形成しても表面の音速が低下する。図１２は、ＳｉＯ₂膜１２の表面に凹凸１５を形成した構成である。図１３は、変位分布調整膜１１の表面に凹凸１６を形成した構成である。図１４は、ＳｉＯ₂膜１２の表面に変位分布調整膜１１の材料で凹凸１７を形成した構成である。なお、凹凸１５〜１７は、テーパ形状（順テーパ、逆テーパ）が形成されていてもよい。また、凹凸１５〜１７は、湾曲形状に形成されていてもよい。

図１５〜図２０は、変位分布調整膜１１の表面に凹凸を形成した場合と、凹凸が形成されていない場合の変位分布を示す。図１５及び図１８は、変位分布調整膜１１の表面に凹凸が形成されていない構成（従来公知例）における変位分布である。図１６及び図１９は、変位分布調整膜１１の表面に８分割の凹凸が形成されている構成における変位分布である。図１７及び図２０は、変位分布調整膜１１の表面に１６分割の凹凸が形成されている構成における変位分布である。図示のように、変位分布調整膜１１の表面に凹凸が形成されていると、変位分布が上方（素子の表面側）に移動しているのがわかる。また、変位分布調整膜１１の表面に凹凸が形成されていることにより、共振周波数、反共振周波数が低くなっているので、音速が遅くなっているのがわかる。

図２１及び図２２は、凹凸高さ変化時の共振周波数あるいは反共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す。図２１及び図２２に示すように、凹凸の高さが高くなると、ＴＣＦの改善度が大きくなっているのがわかる。

図２３は、凹凸の分割数変化時の共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す。図３１に示すように、凹凸の分割数が多くなると、ＴＣＦの改善度が大きくなっているのがわかる。

図２４は、凹凸の高さと分割数とを変化させた時の共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す。この条件では２分割よりも３２分割の方がよりＴＣＦの改善度が大きかった。

以上のように、ＳｉＯ₂膜１２上に、ＳｉＯ₂膜１２の音速よりも遅い音速を有する変位分布調整膜１１を形成したことにより、エネルギーが弾性波素子１の表面に集中することになる。よって、圧電基板１４の線膨張係数の影響が少なくなり、ＴＣＦを改善することができる。また、ＳｉＯ₂膜１２を薄くすることができるので、不要波の発生を抑えることができる。

なお、本実施の形態では、ＳｉＯ₂膜１２は単層としたが、ＩＤＴ電極１３と略等しい膜厚に形成された第１の絶縁層（例えばＳｉＯ₂膜）と、第１の絶縁層を被覆するように形成された第２の絶縁層（例えば第１の絶縁層と同じＳｉＯ₂膜）との積層構造としても、同様の効果が得られる。このように構成することで、製造時の研磨工程が不要になるため、製造コストを削減することができる。

〔２．弾性波素子の製造方法〕
図２５Ａ〜図２５Ｆは、本実施の形態の弾性波素子の製造工程を示す断面図である。図２５Ａ〜図２５Ｆに示す製造工程において用いた変位分布調整膜１１は、ＡｕとＴｉの積層膜である。

まず、図２５Ａに示す圧電基板１４を用意する。

次に、図２５Ｂに示すように、圧電基板１４の表面上に密着層であるＴｉ膜１３ａを介し、Ｔｉ膜１３ａ上にＣｕ膜１３ｂを形成する。なお、本実施の形態では、Ｔｉ膜１３ａの膜厚は２０ｎｍとし、Ｃｕ膜１３ｂの膜厚は１００ｎｍとした。

次に、図２５Ｃに示すように、Ｔｉ膜１３ａ及びＣｕ膜１３ｂ上に電極パターニング用のフォトレジストを形成し、フォトリソグラフィーによるパターニングを行う。次に、Ｔｉ膜１３ａ及びＣｕ膜１３ｂをエッチング処理し、フォトレジストを除去し、ＩＤＴ電極１３を形成する。

次に、図２５Ｄに示すように、Ｔｉ膜１３ａ及びＣｕ膜１３ｂを覆うように、圧電基板１１上にＳｉＯ₂膜１２を形成する。本実施の形態では、ＳｉＯ₂膜１２はＣＶＤ法（化学蒸着法）を用いて、膜厚が５５０ｎｍになるまで成長させて成膜した。成膜後のＳｉＯ₂膜１２は、ＩＤＴ電極１２の上部位置に突起部１２ａが形成される。

次に、図２５Ｅに示すように、ＳｉＯ₂膜１２の突起部１２ａを除去し、ＳｉＯ₂膜１２の表面を平坦化する。なお、本実施の形態では、平坦化処理にはＣＭＰ法（化学機械研磨法）を用いた。

次に、図２５Ｆに示すように、ＳｉＯ₂膜１２の表面に密着層であるＴｉ膜１１ｂを形成し、Ｔｉ膜１１ｂ上にＡｕ膜１１ａを蒸着処理によって成長させ、変位分布調整膜１１を形成する。なお、本実施の形態では、Ａｕ膜１１ａの膜厚を１５ｎｍ、Ｔｉ膜１１ｂの膜厚を５ｎｍとした。

また、ＳｉＯ₂膜１２の膜厚が０．３μｍ以上の時には、変位分布調整膜１１の電位の影響が少ないので、Ａｕ／Ｔｉの積層膜で構成された変位分布調整膜１１はアースまたはフローティングのいずれでも特性に差は見られない。また、図９に示すように、Ａｕの代わりにＡｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，ＷＳＳＴレジスト、Ｎｉなどを用いる構成であっても、本実施の形態と同様の製造方法で製造することができる。また、本実施の形態では、Ａｕ／Ｔｉの積層膜で構成された変位分布調整膜１１を形成する製造方法について説明したが、単層の変位分布調整膜１１を形成する場合も同様の製造方法を用いることができる。

なお、本実施の形態では、ＳｉＯ₂膜１２は単層としたが、ＩＤＴ電極１３と略等しい膜厚に形成された第１の絶縁層（例えばＳｉＯ₂膜）と、第１の絶縁層を被覆するように形成された第２の絶縁層（例えば第１の絶縁層と同じＳｉＯ₂膜）との積層構造としてもよい。その場合の製造方法は、図２５Ｃに示すＩＤＴ電極１３を形成後、ＩＤＴ電極１３間にＩＤＴ電極１３の膜厚に略等しい第１の絶縁層を形成する。この時、ＩＤＴ電極１３及び第１の絶縁層の表面は略平面である。次に、ＩＤＴ電極１３及び第１の絶縁層を被覆するように第２の絶縁層を形成する。このように製造することで、図２５Ｄに示すような突起部１２ａが形成されないため、突起部１２ａの除去工程が不要になる。よって、研磨作業が不要になるため、製造が容易になるとともに製造コストを削減することができる。

〔３．通信モジュールの構成〕
図２６は、本実施の形態の弾性波素子を備えた通信モジュールの一例を示す。図２６に示すように、デュプレクサ５２は、受信フィルタ５４と送信フィルタ５５とを備えている。また、受信フィルタ５４には、例えばバランス出力に対応した受信端子６２ａ及び６２ｂが接続されている。また、送信フィルタ５５には、パワーアンプ６３が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における弾性波素子１が含まれている。

受信動作を行う際、受信フィルタ５４は、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６２ａ及び６２ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ５５は、送信端子６４から入力されてパワーアンプ６３で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。

なお、図２６に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性波素子あるいはデュプレクサを搭載しても、同様の効果が得られる。

〔４．通信装置の構成〕
図２７は、本実施の形態の弾性波素子を備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図２７に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図２７に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ５４，７６，７７，７８，７９，送信フィルタ５５には、本実施の形態における弾性波素子１が含まれている。

まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュプレクサー５２に出力するように切り換える。デュプレクサ５２に入力される受信信号は、受信フィルタ５４で所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７３に出力される。ＬＮＡ７３は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７５に出力する。ＬＳＩ７５では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。

一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７５は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７４で増幅されて送信フィルタ５５に入力される。送信フィルタ５５は、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ５５から出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７６〜７９のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７６〜７９のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８２に入力される。ＬＳＩ８２は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８２は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８０または８１で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

〔５．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、ＳｉＯ₂膜１２上に、ＳｉＯ₂膜１２を形成している物質よりも音速が遅い物質で構成された変位分布調整膜１１を形成することにより、不要波の発生を抑えることができるとともに、ＴＣＦを向上することができる。よって、信頼性が高い弾性波素子、通信モジュール、通信装置を実現することができる。

なお、本発明の弾性波素子またはそれを備えた通信モジュールを適用可能な通信装置は、携帯電話端末、ＰＨＳ端末などがあるが、これらに限定されない。

（付記１）
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、
前記絶縁膜を被覆するように形成された変位分布調整膜とを備え、
前記変位分布調整膜は、前記絶縁膜よりも音速が遅い、弾性波素子。

（付記２）
前記電極は、金属もしくは該金属を主成分とする合金、または金属と他の金属とから構成された積層膜で構成された、付記１記載の弾性波素子。

（付記３）
前記絶縁層がＳｉＯ₂により形成され、
前記変位分布調整膜は、ＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質の単層膜、またはＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質のうちいずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されている、付記２記載の弾性波素子。

（付記４）
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
前記電極間において、前記電極と略等しい膜厚に形成された第１の絶縁層と、
前記電極及び第１の絶縁層を被覆するように形成された第２の絶縁層とを備えた弾性波素子であって、
前記第２の絶縁層上に形成された変位分布調整膜を備え、
前記変位分布調整膜は、前記第２の絶縁層を形成する物質よりも音速が遅い物質で形成された、弾性波素子。

（付記５）
前記変位分布調整膜は、
Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉのうちいずれかの単層膜、またはＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉのうちいずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されている、付記１〜４のいずれかに記載の弾性波素子。

（付記６）
前記変位分布調整膜は、その表面に凹凸を備えた、付記１〜４のいずれかに記載の弾性波素子。

（付記７）
前記変位分布調整膜は、
Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄のうちいずれかの単層膜、またはＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉのうちいずれかの物質を主成分とする積層膜をパターニングした構造である、付記６記載の弾性波素子。

（付記８）
前記変位分布調整膜は、その凹凸の周期が前記電極の周期と等しいか、小さく形成されている、付記６または７記載の弾性波素子。

（付記９）
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記絶縁層よりも音速が遅い物質で構成された変位分布調整膜とを備えた弾性波素子の製造方法であって、
前記圧電基板上に前記電極を形成する工程と、
前記圧電基板上に、前記電極を被覆するように前記絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に前記変位分布調整膜を形成する工程とを含む、弾性波素子の製造方法。

（付記１０）
付記１〜８のいずれかに記載の弾性波素子を備えた、通信モジュール。

（付記１１）
付記１０に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。

本発明は、弾性波を応用したデバイスの１つとして弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス。SAW:Surface Acoustic Wave）などの弾性波素子に有用である。また、そのような弾性波素子を備えた通信モジュール、通信装置に有用である。

実施の形態における弾性波素子の断面図 変位分布調整膜の膜厚が１ｎｍの時の共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が１ｎｍの時の反共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が１ｎｍの時の不要波のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が１０ｎｍの時の共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が１０ｎｍの時の反共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が１０ｎｍの時の不要波のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が３０ｎｍの時の共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が３０ｎｍの時の反共振周波数のエネルギー分布を示す分布図 変位分布調整膜の膜厚が３０ｎｍの時の不要波のエネルギー分布を示す分布図 ＳｉＯ₂膜の膜厚とＴＣＦとの関係を示す特性図 図５に示す変位分布調整膜の各条件における、ＳｉＯ₂膜の膜厚とＴＣＦとの関係を示す特性図 図５に示す変位分布調整膜の各条件における、共振周波数のＴＣＦと不要波のレベルとの関係を示す特性図 図５に示す変位分布調整膜の各条件における、反共振周波数のＴＣＦと不要波のレベルとの関係を示す特性図 変位分布調整膜を様々な物質で形成した場合の、変位分布調整膜の膜厚と不要波の大きさとの関係を示す特性図 変位分布調整膜を様々な物質で形成した場合の、変位分布調整膜の音速と不要波の大きさとの関係を示す特性図 変位分布調整膜を様々な物質で形成した場合の、変位分布調整膜の膜厚と不要波の大きさとの関係を示す特性図 ＳｉＯ₂膜の表面に凹凸を形成した構成を示す断面図 変位分布調整膜の表面に凹凸を形成した構成を示す断面図 ＳｉＯ₂膜の表面に凹凸を形成した構成を示す断面図 従来公知例の弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 ＳｉＯ₂膜の表面に８分割の凹凸を形成した弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 ＳｉＯ₂膜の表面に１６分割の凹凸を形成した弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 従来公知例の弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 ＳｉＯ₂膜の表面に８分割の凹凸を形成した弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 ＳｉＯ₂膜の表面に１６分割の凹凸を形成した弾性波素子におけるエネルギーの変位分布を示す分布図 凹凸高さ変化時の共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す特性図 凹凸高さ変化時の反共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す特性図 凹凸の分割数変化時の共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す特性図 凹凸の高さと分割数変化時の共振周波数のＴＣＦと不要波の大きさの関係を示す特性図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子の製造工程を説明するための断面図 実施の形態の弾性波素子を備えた通信モジュールの構成を示すブロック図 実施の形態の弾性波素子または通信モジュールを備えた通信装置の構成を示すブロック図 特許文献１に記載の表面波装置を示す模式的断面図 従来の弾性波素子の周波数応答特性を示す特性図 従来の弾性波素子の構成を示す断面図 不要波の大きさとＳｉＯ₂膜の膜厚との関係を示す特性図 ＳｉＯ₂膜の膜厚と周波数温度係数との関係を示す特性図

符号の説明

１１ 変位分布調整膜
１２ ＳｉＯ₂膜
１３ 電極
１４ 圧電基板

Claims (8)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
   前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、
   前記絶縁膜を被覆するように形成された変位分布調整膜とを備え、
   前記変位分布調整膜は、前記絶縁膜よりも音速が遅いことを特徴とする弾性波素子。
2. 前記絶縁層がＳｉＯ₂により形成され、
   前記変位分布調整膜は、ＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質の単層膜、またはＳｉＯ₂よりも音速が遅い物質のうちいずれかの物質を主成分とする積層膜により形成されている、請求項１記載の弾性波素子。
3. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
   前記電極間において、前記電極と略等しい膜厚に形成された第１の絶縁層と、
   前記電極及び第１の絶縁層を被覆するように形成された第２の絶縁層とを備えた弾性波素子であって、
   前記第２の絶縁層上に形成された変位分布調整膜を備え、
   前記変位分布調整膜は、前記第２の絶縁層を形成する物質よりも音速が遅い物質で形成されたことを特徴とする弾性波素子。
4. 前記変位分布調整膜は、その表面に凹凸を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の弾性波素子。
5. 前記変位分布調整膜は、前記凹凸の周期が前記電極の周期と等しいか、小さく形成されている、請求項４記載の弾性波素子。
6. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成された櫛歯型の電極と、
   前記電極を被覆するように形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成され、前記絶縁層よりも音速が遅い物質で構成された変位分布調整膜とを備えた弾性波素子の製造方法であって、
   前記圧電基板上に前記電極を形成する工程と、
   前記圧電基板上に、前記電極を被覆するように前記絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層上に前記変位分布調整膜を形成する工程とを含むことを特徴とする弾性波素子の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の弾性波素子を備えた、通信モジュール。
8. 請求項７に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。

Images