JP2015167272A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板上にＩＤＴ電極と一対の反射器とを配置した弾性表面波デバイスにおいて、反射器における反射器電極指の周期長λをＩＤＴ電極における電極指の周期長λと揃えながら、反射特性に優れた反射器を得ること。【解決手段】反射器３、３の上層側に、二酸化シリコンからなる絶縁膜２２をスパッタ法により形成する一方、ＩＤＴ電極２の上層側には当該絶縁膜２２を形成せずに、ＩＤＴ電極２が形成された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度Ｖ１に対して、反射器３、３が形成された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度Ｖ２が遅くなるようにする。具体的には、Ｖ２＝Ｖ１?０．９５〜０．９９となるように、絶縁膜２２の膜厚寸法ｈを設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスに関する。

弾性表面波を利用したデバイスの一つとして、ＩＤＴ（ＩＤＴ：インターディジタルトランスデューサ）電極と、このＩＤＴ電極から見て弾性表面波の伝搬方向両側に各々配置された反射器とを例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの圧電基板上に形成した構成が知られている。ＩＤＴ電極では、圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長に対応する周期長となるように複数の電極指が周期的に配置されており、各々の電極指には、これら電極指間に電界を形成するためのバスバーが接続されている。また、反射器では、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する方向に伸びる反射器電極指が前記伝搬方向に沿って複数箇所に配置されており、これら反射器電極指の各々の一端側及び他端側は夫々反射器バスバーに接続されている。

ＩＤＴ電極及び反射器を備えた構成の具体例としては、例えば１ポート型共振子や、縦結合共振子型フィルタが知られている。具体的には、１ポート型共振子は、反射器間に一つのＩＤＴ電極を配置すると共に、当該ＩＤＴ電極における一対のバスバーに夫々入力ポート及び出力ポートを接続している。また、縦結合共振子型フィルタは、前記反射器間に複数のＩＤＴ電極を配置して、これらＩＤＴ電極のうち一のＩＤＴ電極のバスバーに入力ポートを接続し、他のＩＤＴ電極のバスバーに出力ポートを接続している。そして、１ポート型共振子や縦結合共振子型フィルタでは、入力ポートを介して入力信号を入力すると、一対の反射器間にて弾性表面波が反射してキャビティが形成され、出力ポートを介して電気信号が取り出される。

縦結合共振子型フィルタでは、通過帯域にて良好な周波数特性を得るために、具体的には通過帯域の上端及び下端における減衰曲線の肩ダレを抑えるために、反射器における反射器電極指のピッチをＩＤＴ電極における電極指のピッチに対してわずかに広げる技術が知られている。しかしながら、反射器間におけるキャビティ内にて電極指のピッチとは異なるピッチの領域が形成されていると、電極の周期構造が不連続となるので、通過帯域に損失が生じてしまう。即ち、通過帯域にて良好な周波数特性を得ることと、損失の劣化を抑制することとは、いわばトレードオフの関係となっており、通過帯域にて良好な周波数特性を得ながら低損失のフィルタを構成することは極めて難しい。また、既述の１ポート型共振子にて同様に反射器電極指のピッチを電極指のピッチよりも広げると、共振点や反共振点が設定値からずれてしまう。

特許文献１には、反射効率が最大となる周波数が互いに異なる複数の領域を反射器に設けた弾性表面波素子について記載されている。また、特許文献２、３には、１ポート型共振子において、反射器を構成する電極の表面を酸化する技術について記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜３の技術では、周波数特性を高い精度で調整できるとは言い難い。

特開２０１０−１８７０５７ 特開２００２−７６８２０ 特開昭６２−１３７９０７

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板上にＩＤＴ電極と一対の反射器とを配置した弾性表面波デバイスにおいて、反射特性に優れた反射器を構成しながら、反射器における反射器電極指のピッチをＩＤＴ電極における電極指のピッチと揃えることのできる技術を提供することにある。

本発明の弾性表面波デバイスは、
圧電基板と、
この圧電基板上にて弾性表面波の伝搬方向に対して交差する方向に互いに離間するように配置された一対のバスバーと、各々のバスバーから対向するバスバーに向かって各々櫛歯状に伸び出す電極指と、を有するＩＤＴ電極と、
このＩＤＴ電極から見て弾性表面波の伝搬方向における一方側及び他方側に各々配置され、弾性表面波の伝搬方向に対して交差する方向に互いに離間するように設けられた一対の反射器バスバーと、これら反射器バスバー間を接続する反射器電極指と、を有する反射器と、
前記ＩＤＴ電極が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度に対して、前記反射器が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度を遅くするために、当該反射器の各々を覆うように形成された絶縁膜と、を備え、
前記電極指の配列間隔と、前記反射器電極指の配列間隔とは、前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長に対応するように、互いに同じ寸法に設定されていることを特徴とする。

前記絶縁膜は、前記ＩＤＴ電極が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ１、前記反射器が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ２とすると、
Ｖ２＝Ｖ１×０．９５〜０．９９
となる膜厚寸法に設定されていても良い。
前記絶縁膜は、スパッタ法により形成されていることが好ましい。
前記ＩＤＴ電極及び前記反射器は、絶縁体からなる保護用の保護膜により被覆されていても良い。
前記ＩＤＴ電極は、弾性表面波の伝搬方向に沿って複数配置され、
前記反射器は、これらＩＤＴ電極の並びを挟むように形成されていても良い。

本発明は、ＩＤＴ電極及び反射器を圧電基板上に配置するにあたって、各々の反射器を覆うように絶縁膜（あるいは絶縁膜と共に絶縁体からなる保護膜）を形成して、ＩＤＴ電極が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度に対して、反射器が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度が遅くなるようにしている。そのため、反射特性に優れた反射器を構成しながら、ＩＤＴ電極の電極指のピッチと反射器の反射器電極指のピッチとを互いに同じ寸法に設定できる。

本発明の弾性表面波デバイスの一例を示す平面図である。 前記弾性表面波デバイスを示す縦断面図である。 前記弾性表面波デバイスを示す斜視図である。 前記弾性表面波デバイスにて得られる特性を模式的に示した模式図である。 本発明のシミュレーションにて得られた結果を示す特性図である。 本発明のシミュレーションにて得られた結果を示す特性図である。 本発明のシミュレーションにて得られた結果を示す特性図である。 本発明のシミュレーションにて得られた結果を示す特性図である。 本発明のシミュレーションにて得られた結果を示す特性図である。 本発明の弾性表面波デバイスの他の例を示す縦断面図である。 本発明の弾性表面波デバイスの別の例を示す平面図である。

本発明に係る弾性表面波デバイスの実施の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。このデバイスは、図１に示すように、例えばタンタル酸リチウムなどの圧電基板１０上に配置されており、通過帯域とこの通過帯域よりも低域側及び高域側に各々設定された阻止域とを備えた縦結合共振子型フィルタとなっている。即ち、圧電基板１０上には、弾性表面波の伝搬方向（左右方向）に沿って複数この例では３つのＩＤＴ電極２が配置されており、これらＩＤＴ電極２の並びを左右方向から挟むように、一対の反射器３、３が配置されている。この例では、通過域における中央の周波数は、９００ＭＨｚとなっている。図１中１１は入力ポート、１２は出力ポートであり、１３は接地ポートである。尚、図２は図１におけるＡ−Ａ線にて切断した縦断面を示している。

各々のＩＤＴ電極２は、一対のバスバー５、５と、これらバスバー５、５間の領域に配置されると共にバスバー５、５のいずれかに接続された複数の電極指６とを備えている。各々のバスバー５、５は、弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する（交差する）方向に互いに離間するように形成されている。また、各々の電極指６は、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する方向に伸び出すと共に、一対のバスバー５、５のうち一方のバスバー５から伸びる電極指６と、他方のバスバー５から伸びる電極指６とが弾性表面波の伝搬方向に沿って交互に交差するように櫛歯状に形成されている。そして、各々の電極指６は、圧電基板１０上を伝搬する弾性表面波の波長に対応するように、幅寸法及び互いに隣接する電極指６、６間の離間寸法が夫々設定されている。

即ち、一方のバスバー５から伸びる電極指６と、当該電極指６に隣接して他方のバスバー５から伸びる電極指６と、により周期的に繰り返される周期構造の周期長（ピッチ）λは、圧電基板１０上を伝搬する弾性表面波の波長に対応する（波長と同じ寸法）となるように形成されている。具体的には、弾性表面波の伝搬方向における電極指６の幅寸法と、互いに隣接する電極指６、６間の離間寸法とを加算した寸法は、圧電基板１０上を伝搬する弾性表面波の半波長分の長さとなるように設定されている。

各々のＩＤＴ電極２では、周期長λが互いに同じ値になるように構成されている。そして、３つのＩＤＴ電極２のうち中央のＩＤＴ電極２は、奥側のバスバー５が入力ポート１１に接続され、手前側のバスバー５が接地ポート１３に接続されている。左右のＩＤＴ電極２、２は、手前側のバスバー５が出力ポート１２に各々接続され、奥側のバスバー５が接地ポート１３に各々接続されている。

また、各々の反射器３は、一対の反射器バスバー７、７と、これら反射器バスバー７、７間の領域にて反射器バスバー７、７に各々接続された複数の反射器電極指８とを備えている。反射器バスバー７、７は、弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する方向に互いに離間するように形成されている。反射器電極指８は、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する方向に各々伸び出すと共に、当該伝搬方向に沿って複数箇所に形成されている。

そして、反射器３、３では、反射器電極指８の周期長λがＩＤＴ電極２における電極指６の周期長λと同じ値となるように設定されている。具体的には、弾性表面波の伝搬方向における反射器電極指８の幅寸法は、電極指６の幅寸法と同じ寸法に設定されている。また、互いに隣接する反射器電極指８、８間の離間寸法は、互いに隣接する電極指６、６間の離間寸法と同じ寸法に設定されている。従って、圧電基板１０上を伝搬する弾性表面波の波長は、ＩＤＴ電極２が形成された領域と、反射器３が形成された領域とでは、同じ寸法となるように設定されている。

ここで、図２及び図３に示すように、圧電基板１０上には、以上説明したＩＤＴ電極２及び反射器３を覆うように、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護膜２１が形成されている。即ち、ＩＤＴ電極２や反射器３を構成する電極膜（電極指６、バスバー５、反射器電極指８及び反射器バスバー７）が表面に露出していると、例えば埃やゴミあるいは水などが付着した場合には、当該電極膜が物理的に劣化（損傷）するおそれがある。また、圧電基板１０が露出していると、圧電基板１０において焦電が起こるおそれもある。そこで、圧電基板１０の表面に保護膜２１を形成している。この保護膜２１の膜厚寸法は、４００Å（４０ｎｍ）〜２０００Å（２００ｎｍ）となっている。図３に示すように、この保護膜２１において既述の各ポート１１〜１３に対応する位置には、外部から引き回されるワイヤをこれらポート１１〜１３に電気的に接続するための凹部１１ａ〜１３ａが形成されており、従って圧電基板１０を平面で見るとこれらポート１１〜１３が露出している。尚、図３ではＩＤＴ電極２及び反射器３の描画を省略している。

そして、保護膜２１の上層側には、図２及び図３に示すように、各反射器３、３に対向するように、同様に二酸化シリコンからなる絶縁膜２２が形成されており、この絶縁膜２２は、ＩＤＴ電極２の上層側には形成されていない。絶縁膜２２の膜厚寸法は、数１０ｎｍレベル（数百Åレベル）となっており、具体的には１０ｎｍである。以上説明した縦結合共振子型フィルタの製法について、以下に簡単に説明する。尚、図１では、絶縁膜２２を破線にて描画している。

先ず、圧電材料（タンタル酸リチウム）からなるウエハの表面に、アルミニウム（Ａｌ）などからなる電極膜を当該表面に亘って一様に形成する。次いで、レジスト膜を電極膜の上層側に塗布すると共に、当該レジスト膜にパターニング（露光及び現像）して、このレジスト膜を介して前記電極膜をエッチングすることにより、既述の反射器３やＩＤＴ電極２からなるパターンを形成する。続いて、レジスト膜を除去してウエハを洗浄した後、二酸化シリコンからなるターゲット（二酸化シリコンのバルク材）をスパッタすることにより、前記パターンの表面に既述の保護膜２１を形成する。

しかる後、保護膜２１の表面にレジスト膜を形成して、パターニングによってこのレジスト膜における反射器３、３に対向する位置に凹部を形成した後、同様に二酸化シリコンからなるターゲットのスパッタにより絶縁膜２２を形成する。スパッタでは、前記ターゲットが例えば放電やプラズマなどのエネルギーにより微少な粒子となって保護膜２１の表面に堆積するので、前記エネルギーの大きさを調整することにより、またはスパッタ時間を調整することにより、膜厚寸法が極めて厳密に制御される。反射器３の上層側における保護膜２１及び絶縁膜２２の合計の膜厚寸法ｈは、ＩＤＴ電極２が形成された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ１、反射器３が形成された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ２とすると、
Ｖ２＝Ｖ１×０．９５〜０．９９
となる寸法に設定される。

その後、レジスト膜の上層側に形成された不要な二酸化シリコン膜を当該レジスト膜と共に除去すると共に、別のレジスト膜を利用したフォトリソグラフィ法を用いて、各ポート１１〜１３が露出するように保護膜２１をエッチングする。こうしてウエハをチップ状に個片化して各々の圧電基板１０を切り出すことにより、既述の図１〜図３に示した縦結合共振子型フィルタが形成される。

ここで、反射器３、３の上層側に絶縁膜２２を形成した理由について、以下に詳述する。即ち、背景の項目にて説明したように、反射器３、３における反射率を高めるにあたって、従来では反射器電極指８の周期長λをＩＤＴ電極２における電極指６の周期長λよりも広げたり、反射器電極指８の表面を酸化したりする技術が用いられている。しかしながら、反射器電極指８の周期長λを広げると、図４に「従来２」として模式的に示すように、フィルタの挿入損失が劣化してしまう。また、反射器電極指８の表面を酸化する手法では、それ程厳密な調整を行いにくい。一方、反射器３の反射器電極指８の周期長λをＩＤＴ電極２の電極指６の周期長λと同じ値に設定しただけだと、図４に「従来１」として示すように、通過帯域の上端及び下端にて肩ダレが発生してしまう。そこで、本発明では、反射器３、３における反射率を高めるにあたって、反射器電極指８の周期長λをＩＤＴ電極２の電極指６の周期長λと同じ値に設定しながら、反射器３、３の表面だけに絶縁膜２２を形成している。そのため、図４に「本発明」として示すように、通過帯域の上端及び下端における肩ダレが抑制されると共に、損失の劣化が抑制される。
図５〜図９は、既述の伝搬速度Ｖ１に対して伝搬速度Ｖ２を種々変えた時、通過域における周波数特性がどのように変化するかシミュレーションした結果を示している。即ち、図５では、Ｖ２＝Ｖ１×０．９２、図６ではＶ２＝Ｖ１×０．９４、図７ではＶ２＝Ｖ１×０．９６、図８ではＶ２＝Ｖ１×０．９８、図９ではＶ２＝Ｖ１の夫々の場合の周波数特性を示している。従って、図７及び図８は既述の数式の範囲内となっており、残りの図５、図６及び図９は当該数式の範囲外となっている。これら図５〜図９から分かるように、図７及び図８では通過域においてほぼフラットな周波数特性が得られている。一方、図５、図６及び図９では、通過域にて挿入損失が劣化しており、また通過域では振幅の偏差（ばらつき）が大きくなっている。

上述の実施の形態によれば、ＩＤＴ電極２及び反射器３を圧電基板１０上に配置するにあたって、反射器３の上層側に絶縁膜２２を形成して、一方ＩＤＴ電極２の上層側には当該絶縁膜２２を形成していない。従って、反射器３、３が形成された領域では、ＩＤＴ電極２が形成された領域と比べて、弾性表面波の伝搬速度が遅くなる。そのため、反射特性に優れた反射器３を構成しながら、ＩＤＴ電極２における電極指６の周期長λと反射器３における反射器電極指８の周期長λとを互いに同じ値に設定できる。従って、この反射器３を縦結合共振子型フィルタに適用することにより、通過帯域の上端及び下端にて肩ダレの発生を抑制すると共に、フィルタの挿入損失の劣化を抑えることができる。

また、保護膜２１及び絶縁膜２２の合計の膜厚寸法ｈを既述の範囲内に設定しているので、損失の劣化を抑えながら、反射器３、３の反射器電極指８の周期長λについて、ＩＤＴ電極２の電極指６の周期長λの１．０１〜１．０４倍に広げた場合と同じ効果が得られる。そして、既述のようにスパッタ法を用いて絶縁膜２２を成膜しており、膜厚寸法ｈを精度高く調整できるので、反射器電極指８の表面を酸化する従来の手法と比べて、歩留まり高く縦結合共振子型フィルタを製造できる。

図１０は、本発明の他の例を示している。具体的には、図１０では、保護膜２１が形成されておらず、絶縁膜２２が反射器３、３の上層側に直接形成されている。従って、ＩＤＴ電極２は露出しており、また反射器３、３の反射器電極指８及び反射器バスバー７の側面のうち上層側の部位についても露出している。この例においても、既述の例と同様の効果が得られる。

また、図１１は、１ポート型共振子に本発明を適用した例を示している。圧電基板１０上には、一つのＩＤＴ電極２が配置されており、このＩＤＴ電極２から見て弾性表面波の伝搬方向両側に隣接して反射器３が各々形成されている。この１ポート型共振子においても、良好な反射特性を持つ反射器３が得られるので、設定通りの共振点や反共振点が得られる。

以上説明した絶縁膜２２の成膜方法としては、例えばシリコン系の塗布液をウエハ上にスピンコーティングして、その後熱処理を行う塗布法であっても良い。更に、絶縁膜２２を構成する材料としては、二酸化シリコンに代えて、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）などの絶縁体を用いても良く、この場合には各々の絶縁体の密度に応じて膜厚寸法ｈが調整される。

ｈ 膜厚寸法
２ ＩＤＴ電極
３ 反射器
１０ 圧電基板
２１ 保護膜
２２ 絶縁膜

Claims (5)

1. 圧電基板と、
   この圧電基板上にて弾性表面波の伝搬方向に対して交差する方向に互いに離間するように配置された一対のバスバーと、各々のバスバーから対向するバスバーに向かって各々櫛歯状に伸び出す電極指と、を有するＩＤＴ電極と、
   このＩＤＴ電極から見て弾性表面波の伝搬方向における一方側及び他方側に各々配置され、弾性表面波の伝搬方向に対して交差する方向に互いに離間するように設けられた一対の反射器バスバーと、これら反射器バスバー間を接続する反射器電極指と、を有する反射器と、
   前記ＩＤＴ電極が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度に対して、前記反射器が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度を遅くするために、当該反射器の各々を覆うように形成された絶縁膜と、を備え、
   前記電極指の配列間隔と、前記反射器電極指の配列間隔とは、前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長に対応するように、互いに同じ寸法に設定されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記絶縁膜は、前記ＩＤＴ電極が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ１、前記反射器が配置された領域を伝搬する弾性表面波の伝搬速度をＶ２とすると、
   Ｖ２＝Ｖ１×０．９５〜０．９９
   となる膜厚寸法に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記絶縁膜は、スパッタ法により形成されてい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デバイス。
4. 前記ＩＤＴ電極及び前記反射器は、絶縁体からなる保護用の保護膜により被覆されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記ＩＤＴ電極は、弾性表面波の伝搬方向に沿って複数配置され、
   前記反射器は、これらＩＤＴ電極の並びを挟むように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の弾性表面波デバイス。