JP2018191115A - 弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】容易に形成可能な放電素子を有する弾性波デバイスを提供すること。【解決手段】圧電基板１０と、前記圧電基板上に設けられ、各々複数の電極指と前記複数の電極指が接続されたバスバーとを有し、前記複数の電極指が対向する一対の櫛型電極と、前記一対の櫛型電極の少なくとも一方に電気的に接続された第１電極と、グランドパッドに電気的に接続され少なくとも一部において前記第１電極と重なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域における前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ前記第１電極および前記第２電極の各々の膜厚より小さい膜厚を有する絶縁膜と、を有する放電素子３０と、を具備する弾性波デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば櫛型電極を有する弾性波デバイスである。

近年、携帯電話などの無線装置の急速な小型化、高機能化および高品質化が進んでおり、その高周波回路に弾性表面波共振器を用いたフィルタが用いられている。弾性表面波共振器は、圧電基板上に電極指が対向するＩＤＴ（Interdigital Transducer）を有する。

入力端子または出力端子に加わる静電気によりＩＤＴが破壊されないように、入力端子および出力端子の少なくとも一方とグランドとの間に、電極パターンより狭いギャップを複数個有する放電誘発パターンを設けることが知られている（例えば特許文献１）。静電気よる破壊を抑制するためにバリスタ特性を有する薄膜を設けることが知られている（例えば特許文献２）。

特開２００５−１９１７４４号公報 特開２００６−２０２８５号公報

特許文献１では、放電誘発パターンのギャップをＩＤＴの電極指間のギャップより狭くする。このような狭い間隔のパターンを形成することは難しい。また、特許文献２のようなバリスタ特性を有する特殊な薄膜を設けることは製造上の負担となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、容易に形成可能な放電素子を有する弾性波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、各々複数の電極指と前記複数の電極指が接続されたバスバーとを有し、前記複数の電極指が対向する一対の櫛型電極と、前記一対の櫛型電極の少なくとも一方に電気的に接続された第１電極と、グランドパッドに電気的に接続され少なくとも一部において前記第１電極と重なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域における前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ前記第１電極および前記第２電極の各々の膜厚より小さい膜厚を有する絶縁膜と、を有する放電素子と、を具備する弾性波デバイスである。

上記構成において、前記絶縁膜の膜厚は、前記一対の櫛型電極が対向する最小のギャップの距離より小さい構成とすることができる。

上記構成において、前記第１電極は前記第２電極に向かうに従い幅が狭くなり、前記第２電極は前記第１電極に向かうに従い幅が狭くなる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量は０．１ｐＦ以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記一対の櫛型電極は入力パッドと出力パッドとの間に接続され、前記第１電極は、前記一対の櫛型電極を介さず前記入力パッドおよび前記出力パッドのいずれか一方に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記入力パッドおよび前記出力パッドのうち前記第１電極に接続された一方並びに前記グランドパッドは、前記圧電基板上に設けられた金属膜と前記金属膜上に設けられた金属層とから形成され、前記第１電極は、前記金属膜および前記金属層のいずれか一方から形成され前記金属膜および前記金属層の他方を含まず、前記第２電極は、前記金属膜および前記金属層の他方から形成され前記金属膜および前記金属層の一方を含まない構成とすることができる。

上記構成において、前記一対の櫛型電極は前記金属膜から形成される構成とすることができる。

上記構成において、前記一対の櫛型電極を含むフィルタを具備する構成とすることができる。

上記構成によれば、前記絶縁膜は、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である構成とすることができる。

本発明によれば、容易に形成可能な放電素子を有する弾性波デバイスを提供することができる。

図１は、実施例１に係る弾性波フィルタの平面図である。 図２（ａ）は、実施例１における弾性表面波共振器の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図３は、実施例１における弾性表面波共振器の別の例を示す平面図である。 図４（ａ）は、実施例１における放電素子周辺の平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１における放電素子および弾性表面波共振器の製造方法を示す断面図である。

以下、図面を参照し実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る弾性波フィルタの平面図である。図１に示すように、圧電基板１０上に弾性表面波共振器２５、配線３２、パッド３４および放電素子３０が設けられている。弾性表面波共振器２５は、ＩＤＴ２０とＩＤＴ２０の両側に設けられた反射器２４を有している。弾性表面波共振器２５として直列共振器Ｓ１からＳ３と並列共振器Ｐ１からＰ４が設けられている。パッド３４上にバンプ３６が設けられている。バンプ３６は、入力端子Ｉｎ、出力端子Ｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄに対応する。

直列共振器Ｓ１からＳ３は、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ１からＰ４は、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に並列に接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ３は各々直列に３分割されている。並列共振器Ｐ１およびＰ４は各々直列に２分割されている。並列共振器Ｐ２およびＰ３は各々並列に２分割されている。

放電素子３０は、対向領域２８、電極２６および２７を備えている。対向領域２８は、電極２６および２７を介しそれぞれ入力端子Ｉｎおよび出力端子Ｏｕｔに電気的に接続されている。圧電基板１０は、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。配線３２およびパッド３４は、例えば金、銅、アルミニウム等の金属膜である。バンプ３６は、例えば金バンプ、はんだバンプ等の金属バンプである。

図２（ａ）は、実施例１における弾性表面波共振器の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、圧電基板１０上にＩＤＴ２０および反射器２４が設けられている。ＩＤＴ２０および反射器２４は、圧電基板１０上に形成された金属膜１２により形成される。圧電基板１０上にＩＤＴ２０および反射器２４を覆うように絶縁膜１４が設けられている。

ＩＤＴ２０は、一対の櫛型電極２２を有する。櫛型電極２２は各々複数の電極指２１と複数の電極指２１が接続されたバスバー２３とを有する。櫛型電極２２のうち一方の電極指２１と他方の電極指２１とはほぼ互い違いに設けられている。櫛型電極２２の一方の電極指２１と他方の電極指２１とは対向している。ＩＤＴ２０に交流信号が印加されると、電極指２１の配列する方向に伝搬する弾性波が励振される。同じ櫛型電極２２の電極指２１のピッチはほぼ弾性波の波長λに相当する。電極指２１とバスバー２３との間のギャップの電極指２１の距離をＧ１、隣接する電極指２１の間のギャップの距離をＧ３とする。距離Ｇ１およびＧ３は例えば３５０ｎｍである。

金属膜１２は、例えばアルミニウム膜または銅膜である。絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である。

図３は、実施例１における弾性表面波共振器の別の例を示す平面図である。図３に示すように、櫛型電極２２は、電極指２１の延伸方向に他方の櫛型電極２２の複数の電極指２１にそれぞれ対向する複数のダミー電極指２１ａを有する。電極指２１とダミー電極指２１ａとの間のギャップの距離はＧ２である。距離Ｇ２およびＧ３は例えば３５０ｎｍである。その他の構成は、図２（ａ）と同じであり説明を省略する。

図４（ａ）は、実施例１における放電素子周辺の平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）に示すように、放電素子３０は、電極２６、２７および対向領域２８を有している。電極２６および２７はパッド３４ａおよび３４ｂにそれぞれ接続されている。パッド３４ａおよび３４ｂは、例えば図１の出力端子Ｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄに対応するパッドである。図４（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜１２が設けられている。金属膜１２を覆うように絶縁膜１４が設けられている。金属膜１２上の絶縁膜１４には開口３８が設けられている。金属膜１２上に金属層１６が設けられている。金属層１６は、バリア層１５とバリア層１５上に設けられた低抵抗層１７が設けられている。金属層１６は、開口３８を介し金属膜１２に電気的に接続されている。

パッド３４ａおよび３４ｂは、金属膜１２と金属層１６とが積層されて形成されている。電極２６は、絶縁膜１４上に設けられ、パッド３４ａの金属層１６と一体に設けられている。電極２７は、圧電基板１０と絶縁膜１４との間に設けられ、パッド３４ｂの金属膜１２と一体に設けられている。対向領域２８では、絶縁膜１４を挟み電極２６と２７とが対向している。対向領域２８は、例えば正方形である。

金属膜１２は、例えばＩＤＴ２０および反射器２４を形成する金属膜１２であり、膜厚は例えば１００ｎｍである。絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化アルミニウム膜であり、膜厚は例えば１５ｎｍである。バリア層１５は、金属膜１２と低抵抗層１７との間の相互拡散を抑制するバリアとして機能する。または金属膜１２と低抵抗層１７との密着、および絶縁膜１４と低抵抗層１７との密着を強化する。バリア層１５は、低抵抗層１７に比べ高融点な金属であり、例えばチタン、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブまたはルテニウムである。バリア層１５の膜厚は例えば２００ｎｍである。低抵抗層１７は、バリア層１５より抵抗率の小さい材料であり、例えば金層、銅層またはアルミニウム層である。低抵抗層１７の膜厚は例えば１μｍである。

図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１における放電素子および弾性表面波共振器の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜１２を形成する。金属膜１２は蒸着法およびリフトオフ法、またはスパッタリング法およびエッチング法を用い形成する。金属膜１２により弾性表面波共振器２５、電極２７およびパッドの下部が形成される。

図５（ｂ）に示すように、金属膜１２を覆うように、絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用い形成する。図５（ｃ）に示すように、絶縁膜１４のパッドとなる領域に開口３８を形成する。開口３８は例えばエッチング法を用い形成する。

図５（ｄ）に示すように、金属膜１２に開口３８を介し電気的に接触するように絶縁膜１４上に金属層１６を形成する。金属層１６は例えば電解めっき法を用い形成する。パッド３４ａおよび３４ｂは、金属膜１２と金属層１６とにより形成され、放電素子３０は電極２６および２７と電極２６および２７に挟まれる絶縁膜１４から形成される。放電素子３０の絶縁膜１４は、弾性表面波共振器２５の保護膜と同じ膜を用いる。

図１における出力端子Ｏｕｔに静電気が加わると、電荷が放電素子３０の対向領域２８の絶縁膜１４を破壊し、電極２６から２７に流れる。これにより、弾性波フィルタ内の弾性表面波共振器２５に加わることを抑制できる。よって、静電気による弾性表面波共振器２５の破壊を抑制できる。

実施例１をバンド７の送信フィルタとして用い、放電素子３０の静電容量がフィルタ特性に影響しないかシミュレーションした。その結果、放電素子３０の静電容量は０．１ｐＦ以下であれば、フィルタ特性はほとんど変化しないが、静電容量が０．１ｐＦを越えると、フィルタ特性が劣化することが分かった。

例えば絶縁膜１４を酸化シリコン膜または窒化シリコン膜とした場合の対向領域２８の面積を算出する。絶縁膜１４の膜厚を１５ｎｍとする。酸化シリコンおよび窒化シリコンの比誘電率はそれぞれ３．９および７．５である。対向領域２８の静電容量が０．１ｐＦとなる対向領域２８の面積は、酸化シリコン膜のとき４３μｍ^２、窒化シリコン膜のとき２３μｍ^２となる。対向領域２８が正方形とすると、対向領域２８の一辺の長さは、酸化シリコン膜のとき６．５μｍ、窒化シリコン膜のとき４．５μｍである。対向領域２８の面積および対向領域２８の一辺の長さをこれらより小さくすれば、放電素子３０の静電容量は０．１ｐＦより小さくなる。これにより、フィルタ特性が劣化することを抑制できる。電極２６と２７とは絶縁膜１４を挟み対向していればよいが、電極２６と２７との位置合わせ精度を考慮して、対向領域２８の一辺の長さは、５００ｎｍ以上が好ましい。

対向領域２８における放電は、主に、電極２６および／または２７の先端４０で生じやすい。放電破壊の再現性をよくするためには、電極２６および２７の先端を尖がらせることが好ましい。これにより、電極２６と２７との位置合わせがずれても先端４０の形状は変化しない。よって、再現性良く放電を行わせることができる。対向領域２８を正方形とするためには、電極２６および２７の先端の角度は９０°である。対向領域２８の平面形状は正方形以外に長方形、菱形または平行四辺形等でもよい。

実施例１によれば、図１から図３のように、電極２６（第１電極）は、直列共振器Ｓ３および並列共振器Ｐ４の一対の櫛型電極の少なくとも一方に電気的に接続されている。電極２７（第２電極）は、グランド端子Ｇｎｄに対応するパッド３４（グランドパッド）と電気的に接続されている。図４（ａ）および図４（ｂ）のように、電極２７は少なくとも一部において電極２６と重なる。絶縁膜１４は、電極２６と２７とが重なる対向領域２８における電極２６と２７との間に設けられている。これにより、櫛型電極の少なくとも一方に静電気が加わったときに、放電素子３０を介しグランド端子Ｇｎｄに電荷が流れる。絶縁膜１４は電極２６および２７の各々の膜厚より小さな膜厚を有する。これにより、絶縁膜１４に静電気が加わったときに絶縁膜１4を電荷が流れる。よって、櫛型電極の破壊を抑制できる。

特許文献１のような放電誘発パターンのギャップの制御は難しい。実施例１では、絶縁膜１４の膜厚により放電特性を制御できる。絶縁膜１４の制御は、パターンのギャップの制御に比べ容易である。よって、精度よく簡単に放電素子３０を形成できる。また、絶縁膜１４の膜厚を小さくすることで、特許文献２のようなバリスタ特性を有する特殊な薄膜を設けなくてもよい。よって、簡単に放電素子３０を形成できる。

絶縁膜１４は酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である。これにより、特許文献２のような特殊な薄膜を設けなくてもよい。よって、簡単に放電素子３０を形成できる。一対の櫛型電極と放電素子３０との間にはＩＤＴ等の他の素子が介在してもよい。絶縁膜１４の膜厚は、電極２６および２７の各々の膜厚の１／２以下が好ましく、１／５以下がより好ましい。

櫛型電極は入力端子Ｉｎに対応する入力パッドと出力端子Ｏｕｔに対応する出力パッドとの間に接続され、電極２６は、櫛型電極を介さず入力パッドおよび出力パッドのいずれか一方に接続される。これにより、入力端子Ｉｎおよび出力端子Ｏｕｔの少なくとも一方に静電気が加わったときに、放電素子３０を介しグランド端子Ｇｎｄに電荷が流れる。よって、櫛型電極の破壊を抑制できる。

絶縁膜１４の膜厚は、一対の櫛型電極２０が対向する最小のギャップの距離より小さい。これにより、一対の櫛型電極２０間が破壊される前に放電素子３０の絶縁膜１４が破壊し、櫛型電極２０の破壊を抑制できる。一対の櫛型電極２０が対向する最小のギャップの距離は、図２（ａ）および図３の距離Ｇ１からＧ３の少なくとも１つである。絶縁膜１４の膜厚は、距離Ｇ１からＧ３の２／３以下が好ましく、１／２以下がより好ましい。

図４（ａ）のように、電極２６は電極２７に向かうに従い幅が狭くなり、電極２７は電極２６に向かうに従い幅が狭くなる。これにより、電極２６および／または２７の先端で絶縁膜１４が破壊される。よって、放電破壊の再現性を向上できる。

フィルタ特性を劣化させないため、電極２６と２７との間の静電容量は０．１ｐＦ以下であることが好ましく、０．０５ｐＦ以下がより好ましく、０．０３ｐＦ以下がさらに好ましい。

パッド３４ａおよび３４ｂは、金属膜１２と金属層１６とから形成される。電極２６は、金属層１６から形成され、金属膜１２を含まず、電極２７は、金属膜１２から形成され金属層１６を含まない。これにより、図５（ａ）から図５（ｄ）に示すように、製造工程の増加を抑制できる。電極２６は、金属膜１２から形成され金属層１６を含まず、電極２７は、金属層１６から形成され金属膜１２を含まなくてもよい。

一対の櫛型電極２０は金属膜１２から形成される。これにより、製造工程の増加を抑制できる。

バリア層１５は、放電素子３０が破壊したときの溶融を抑制するため、低抵抗層１７より誘電の高い金属層を含むことが好ましい。

図１のラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。弾性波デバイスとしてラダー型フィルタを例に説明したが、弾性波デバイスは、多重モードフィルタを含んでもよい。弾性波デバイスは、デュプレクサ等のマルチプレクサを含んでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 圧電基板
１２ 金属膜
１４ 絶縁膜
１５ バリア層
１６ 金属層
１７ 低抵抗層
２０ ＩＤＴ
２１ 電極指
２２ 櫛型電極
２３ バスバー
２４ 反射器
２５ 弾性表面波共振器
２６、２７ 電極
２８ 対向領域
３０ 放電素子
３２ 配線
３４ パッド
３６ バンプ

Claims (9)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられ、各々複数の電極指と前記複数の電極指が接続されたバスバーとを有し、前記複数の電極指が対向する一対の櫛型電極と、
   前記一対の櫛型電極の少なくとも一方に電気的に接続された第１電極と、グランドパッドに電気的に接続され少なくとも一部において前記第１電極と重なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域における前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ前記第１電極および前記第２電極の各々の膜厚より小さい膜厚を有する絶縁膜と、を有する放電素子と、
   を具備する弾性波デバイス。
2. 前記絶縁膜の膜厚は、前記一対の櫛型電極が対向する最小のギャップの距離より小さい請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記第１電極は前記第２電極に向かうに従い幅が狭くなり、前記第２電極は前記第１電極に向かうに従い幅が狭くなる請求項１または２記載の弾性波デバイス。
4. 前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量は０．１ｐＦ以下である請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
5. 前記一対の櫛型電極は入力パッドと出力パッドとの間に接続され、前記第１電極は、前記一対の櫛型電極を介さず前記入力パッドおよび前記出力パッドのいずれか一方に接続される請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
6. 前記入力パッドおよび前記出力パッドのうち前記第１電極に接続された一方並びに前記グランドパッドは、前記圧電基板上に設けられた金属膜と前記金属膜上に設けられた金属層とから形成され、
   前記第１電極は、前記金属膜および前記金属層のいずれか一方から形成され前記金属膜および前記金属層の他方を含まず、前記第２電極は、前記金属膜および前記金属層の他方から形成され前記金属膜および前記金属層の一方を含まない請求項５記載の弾性波デバイス。
7. 前記一対の櫛型電極は前記金属膜から形成される請求項６記載の弾性波デバイス。
8. 前記一対の櫛型電極を含むフィルタを具備する請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
9. 前記絶縁膜は、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
   

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