JP2022176790A - 弾性波デバイス、ウエハ、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリアスを抑制する弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイスは、支持基板１０と、支持基板１０上に設けられる圧電層１４と、圧電層１４上に設けられ、複数の電極指１８を備える少なくとも一対の櫛型電極２０と、支持基板１０と圧電層１４との間に設けられ、圧電層１４より厚い絶縁層１５と、支持基板１０と絶縁層１５との間に設けられ、複数の電極指１８の配列方向からみて一対の櫛型電極２０の一方の電極指１８と一対の櫛型電極２０の他方の電極指１８とが重なる交差領域２５と平面視において７０％以上重なる空隙層３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイス、ウエハ、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば一対の櫛型電極を有する弾性波デバイス、ウエハ、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波共振器として、弾性表面波共振器が知られている。弾性表面波共振器を形成する圧電層を支持基板に接合することが知られている。圧電層の厚さを弾性表面波の波長以下とすることが知られている。圧電層と支持基板との間に圧電層より音速の遅い低音速膜を設け、低音速膜と支持基板との間に圧電層より音速の速い高音速膜を設けることが知られている（例えば特許文献１）。高音速層と支持基板との間に第２の低音速層を設けることが知られている（例えば特許文献２）。圧電層と支持基板との間に多孔質層または空洞を有する減衰層を設けることが知られている（例えば特許文献３）。

特開２０１５－１１５８７０号公報 国際公開第２０１３／０６６５５４号 特表２０２０－５１０３５４号公報

圧電層と支持基板との間に高音速膜および低音速膜を設けることにより、スプリアスを抑制できる。また、圧電層と支持基板との間に減衰層を設けることでスプリアスを抑制することができる。しかしながら、よりスプリアスを抑制することが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スプリアスを抑制することを目的とする。

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層より厚い絶縁層と、前記支持基板と前記絶縁層との間に設けられ、前記複数の電極指の配列方向からみて前記一対の櫛型電極の一方の電極指と前記一対の櫛型電極の他方の電極指とが重なる交差領域と平面視において７０％以上重なる空隙層と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁層は、前記空隙層上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とし、伝搬するバルク波の音速が前記第１絶縁層を伝搬するバルク波の音速より遅い第２絶縁層と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記第１絶縁層の前記支持基板側の面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は、前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記交差領域において、前記空隙層の前記複数の電極指の配列方向における幅は前記複数の電極指の平均ピッチの１０倍以上である構成とすることができる。

上記構成において、前記空隙層は平面視において前記交差領域と９０％以上重なる構成とすることができる。

上記構成において、平面視において、前記空隙層に囲まれ前記交差領域に重なり、前記支持基板と前記絶縁層とを接続する支持層を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁層内に設けられ、平面視において前記交差領域に７０％以上重なる別の空隙層を備える構成とすることができる。

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層より厚い絶縁層と、前記支持基板と前記絶縁層との間に設けられ、前記支持基板の平面形状に相似であり前記支持基板の平面形状の中心と中心が一致し前記支持基板の平面面積の６４％を有する領域と平面視において７０％以上重なる空隙層と、を備えるウエハである。

本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。 図２（ａ）から図２（ｅ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、シミュレーションにおける共振器Ａ～Ｃの断面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、シミュレーションにおける共振器Ａ～Ｃの周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。 図６（ａ）は比較例１の弾性波共振器の断面図、図６（ｂ）は、支持基板と境界層の拡大図である。 図７（ａ）は実施例１の弾性波共振器の断面図、図７（ｂ）は、支持基板と境界層の拡大図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１から３に係る弾性波共振器の断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の平面図である。 図１０（ａ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る弾性波共振器の断面図である。 図１１は、実施例２に係るフィルタの回路図である。 図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２に係るフィルタの平面図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例２に係るフィルタの平面図である。 図１４は、図１３（ｂ）のフィルタを形成するためのウエハの平面図である。 図１５は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

実施例１では弾性波デバイスが弾性波共振器を有する例を説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層１５が設けられている。絶縁層１５は、支持基板１０と圧電層１４の間に設けられた温度補償膜１３と、温度補償膜１３と支持基板１０との間に設けられた境界層１２と、を備える。絶縁層１５と支持基板１０との間に空隙層３０が設けられている。空隙層３０は空気等の気体からなる層であり、支持基板１０の上面に設けられた窪み３１により形成される。

圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電層１４上の金属膜１６により形成される。

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。Ｘ方向からみて一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８が交互に設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が主に励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）層または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）層であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム層である。

支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板、石英基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、スピルネ基板は多結晶または非晶質ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、石英基板は多結晶または非晶質ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より速い。なお、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より遅くてもよい。

温度補償膜１３は、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償膜１３の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする絶縁膜であり、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であり、例えば多結晶または非晶質である。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。温度補償膜１３が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。

温度補償膜１３が温度補償の機能を有するためにはメイン応答の弾性波のエネルギーが温度補償膜１３内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、温度補償膜１の下面から圧電層１４の上面までの距離は、好ましくは２λ以下であり、より好ましくは１λ以下であり、さらに好ましくは０．６λ以下である。

境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および温度補償膜１３内にメイン応答の弾性波のエネルギーが閉じ込められる。さらに、境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速より遅い。境界層１２は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜またシリコン膜である。境界層１２は異なる材料からなる複数の層が積層されていてもよい。

金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電層１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。

図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０の上面に窪み３１を形成する。窪み３１の形成は、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる。図２（ｂ）に示すように、支持基板１０上に窪み３１内に埋め込まれるように犠牲層３８を形成する。犠牲層３８は支持基板１０および境界層１２とエッチングの選択性のある材料が好ましく、例えば酸化マグネシウムである。

図２（ｃ）に示すように、犠牲層３８の上面を研磨する。犠牲層３８の研磨には例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いる。これにより、窪み３１以外の領域における支持基板１０上の犠牲層３８が除去され、窪み３１内に犠牲層３８が充填される。犠牲層３８の上面と窪み３１以外の領域における支持基板１０の上面とは略平坦となる。図２（ｄ）に示すように、支持基板１０および犠牲層３８上に絶縁層１２ａを形成する。絶縁層１２ａの形成には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い絶縁層１２ａに貫通孔３２を形成する。図２（ｅ）に示すように、貫通孔３２からエッチング液を導入することで、窪み３１内の犠牲層３８を除去する。これにより、窪み３１内に空隙層３０が形成される。

図３（ａ）に示すように、絶縁層１２ａ上に絶縁層１２ｂを形成する。絶縁層１２ｂ上に温度補償膜１３を形成する。絶縁層１２ｂおよび温度補償膜１３の形成には、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。絶縁層１２ａおよび１２ｂにより境界層１２が形成され、境界層１２と温度補償膜１３により絶縁層１５が形成される。絶縁層１２ａと１２ｂとは同じ材料を主成分とする絶縁層でもよいし、主成分が異なる絶縁層でもよい。図３（ｂ）に示すように、温度補償膜１３上に圧電層１４を接合する。圧電層１４の接合には例えば表面活性化法を用いる。図３（ｃ）に示すように、圧電層１４の上面を研磨し、圧電層１４を薄膜化する。圧電層１４の研磨には例えばＣＭＰ法を用いる。これにより、ウエハ４８が完成する。その後、圧電層１４上に弾性波共振器２６を形成する。これにより、弾性波デバイスが製造される。

［シミュレーション］
共振器Ａ～Ｃについて、アドミッタンス特性を２次元シミュレーションした。図４（ａ）から図４（ｃ）は、シミュレーションにおける共振器Ａ～Ｃの断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）では、１λ分を図示している。図４（ａ）に示すように、共振器Ａでは、支持基板１０と境界層１２との間に中間層１１が設けられている。中間層１１、境界層１２、温度補償膜１３および圧電層１４の厚さはそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４である。その他の構成は図１（ｂ）の層構成と同じである。

図４（ｂ）に示すように、共振器Ｂでは、中間層１１内に空洞３３が設けられている。空洞３３は円形であり電極指１８のＸ方向の中心を通りＺ方向に延伸する直線の中心線３３ａに２つの空洞３３の中心が位置する。中間層１１の上面と上側の空洞３３の中心との距離をＤ１、空洞３３の中心間の距離をＤ２、中間層１１の下面と下側の空洞３３の中心との距離をＤ３とする。その他の構成は共振器Ａと同じである。

図４（ｃ）に示すように、共振器Ｃでは、中間層１１と支持基板１０との間に空隙層３０が設けられている。空隙層３０の厚さはＴ３０である。その他の構成は共振器Ｃと同じである。

シミュレーション条件は以下である。
弾性波の波長λ：２μｍ
圧電層１４：厚さＴ４が０．６μｍ（０．３λ）の４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板
温度補償膜１３：厚さＴ３が０．４μｍ（０．２λ）の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
境界層１２：厚さＴ２が５μｍ（２．５λ）の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜
中間層１１：厚さＴ１が２μｍ（１λ）の酸化シリコン膜
空隙層３０：厚さＴ３０が０．２５μｍ（０．１２５λ）の空気層
空洞３３：半径Ｄ４が０．２５μｍ（０．１２５λ）の空気層
空洞の位置：Ｄ１＝Ｄ３＝０．５μｍ、Ｄ２＝１．０μｍ
支持基板１０：サファイア基板
シミュレーションは１００対の共振器について行った。
シミュレーションに用いる各材料のバルク波の音速を以下とした。
支持基板１０ ：７０６８．２ｍ／ｓ
中間層１１ ：３６８３．５ｍ／ｓ
境界層１２ ：４５８１．８ｍ／ｓ
温度補償膜１３：３６８３．５ｍ／ｓ
圧電層１４ ：３７５０．８ｍ／ｓ

共振器Ａは、境界層１２と支持基板１０との間に境界層１２よりバルク波の音速が遅い中間層１１を設けることに対応する。共振器Ｂは中間層として多孔質層を設けることに対応する。共振器Ｃは空隙層３０を有する実施例に対応する。

図５（ａ）から図５（ｄ）は、シミュレーションにおける共振器Ａ～Ｃの周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は、それぞれ共振器Ａ～Ｃのアドミッタンスであり、図５（ｄ）は、図５（ａ）～図５（ｃ）のスプリアス応答付近の拡大図である。

図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、１９００ＭＨｚ付近にメイン応答５８が観察される。メイン応答５８の高周波側の２３００ＭＨｚ～３３００ＭＨｚにスプリアス応答５９が観察される。共振器Ａ～Ｃにおけるメイン応答５８における共振周波数における｜Ｙ｜と反共振周波数における｜Ｙ｜の差はメイン応答の大きさメインΔＹである。共振器Ａ～ＣのメインΔＹはいずれも８８．１８ｄＢであり差がない。２３００ＭＨｚ～３３００ＭＨｚのうち２７００ＭＨｚ～２９００ＭＨｚにおけるスプリアス応答５９が大きい。

図５（ｄ）に示すように、スプリアス応答５９のうち最も大きいスプリアス応答の大きさがスプリアスΔＹである。共振器Ａ～ＣのスプリアスΔＹは以下である。
共振器Ａ：２３．７６ｄＢ
共振器Ｂ：２３．３３ｄＢ
共振器Ｃ：１９．５１ｄＢ
以上のシミュレーションのように、空隙層３０を設けてもメインΔＹはほとんど変わらない。中間層１１を多孔質層とする共振器Ｂは共振器ＡよりスプリアスΔＹが小さくなる。空隙層３０を設けた共振器Ｃは共振器ＢよりさらにスプリアスΔＹが小さくなる。このように、空隙層３０を設けるとスプリアスを抑制できる。

空隙層３０を設けることでスプリアスを抑制できる理由を説明する。図６（ａ）は比較例１の弾性波共振器の断面図、図６（ｂ）は、支持基板１０と境界層１２の拡大図である。図６（ａ）に示すように、比較例１では、空隙層３０が設けられていない。その他の構成は実施例１の図１（ｂ）と同じである。境界層１２のバルク波の音速は温度補償膜１３および圧電層１４のバルク波の音速より速い。このため、主モードである弾性波を含む遅い弾性波５０は温度補償膜１３と境界層１２との界面３５において反射する。これにより、メインΔＹを大きくできる。

弾性波５０より速いバルク波を含む弾性波５２は、界面３５を通過する。支持基板１０のバルク波の音速は境界層１２のバルク波の音速より速い。このため、弾性波５０より速いバルク波を含む弾性波５２は、境界層１２と支持基板１０との界面３６において反射し、ＩＤＴ２２に戻る。これにより、高周波のスプリアスΔＹが大きくなる。境界層１２を厚くすることで、境界層１２を通過することで弾性波５２は減衰する。しかし、弾性波５２の減衰は十分ではない。

図６（ｂ）では、弾性波５２の変位を模式的に示している。中間層１１が変位したとき、中間層１１の下に硬い（すなわちバルク波の音速が速い）支持基板１０が設けられていると、変位が強く反射する。これにより、界面３６における弾性波５２の反射が大きくなる。よって、スプリアスが大きくなる。

図７（ａ）は実施例１の弾性波共振器の断面図、図７（ｂ）は、支持基板１０と境界層１２の拡大図である。図７（ａ）に示すように、実施例１では、弾性波５２は境界層１２と空隙層３０との界面３７において反射する。このとき、界面３７における弾性波５２の反射は図６（ａ）の比較例１より小さい。

図７（ｂ）に示すように、実施例１では、弾性波５２により中間層１１が変位したとき、中間層１１の下が空隙層３０のため、変位の反射は小さい。これにより、界面３６における弾性波５２の反射が小さくなる。よって、弾性波５２に起因するスプリアスを小さくできる。

実施例１、２およびその変形例によれば、支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層１５が設けられている。支持基板１０と絶縁層１５との間に空隙層３０が設けられている。これにより、スプリアスが抑制できる。

空隙層３０が特許文献３における減衰層と異なる点について説明する。特許文献３では減衰層として多孔質を用いている。これは、共振器Ｂに対応する。しかし、共振器Ｂではスプリアスの抑制は不十分である。

一方、実施例１では、ＩＤＴ２２内の交差領域２５の全てが空隙層３０と重なる。これにより、空隙層３０と境界層１２との界面３７における弾性波５２の反射を抑制できる。よって、スプリアスを抑制できる。空隙層３０は交差領域２５と平面視において１００％重ならなくてもよい。空隙層３０は交差領域２５と平面視において７０％以上重なることが好ましく、８０％以上重なることがより好ましく、９０％以上重なることがさらに好ましい。また、交差領域２５において、空隙層３０のＸ方向における幅は複数の電極指の平均ピッチＤの１０倍（５λ）以上が好ましく、２０倍（１０λ）以上がより好ましい。空隙層３０が厚いと製造工数が増加する。この観点から空隙層３０の厚さＴ３０は１０λ以下が好ましく、２λ以下がより好ましく、１λ以下がさらに好ましい。空隙層３０が薄いと支持基板１０と絶縁層１５が接触する可能性がある。この観点から空隙層３０の厚さＴ３０は０．０１λ以上が好ましく、０．１λ以上がより好ましい。

圧電層１４と支持基板１０との間に空隙層を設ける弾性波デバイスとＬａｍｂ波と異なる点を説明する。Ｌａｍｂ波デバイスでは圧電層１４の下面において反射する弾性波が主モードである。このため、圧電層１４の下面には絶縁層を設けない。絶縁層を設けるとしても圧電層１４より薄い。また、圧電層１４の厚さは０．１λ～０．２λである。さらに、Ｌａｍｂ波では回転Ｚカットニオブ酸リチウム基板を用いる。タンタル酸リチウム基板ではＬａｍｂ波以外の弾性波（例えばＳＨ（Shear Horizontal）波）が優勢なため、タンタル酸リチウム基板はＬａｍｂ波デバイスに用いられない。

一方、実施例１では、絶縁層１５は圧電層１４より厚い。これは、絶縁層に温度補償膜の機能および／または弾性波を減衰させる機能等を有するためである。絶縁層１５の厚さＴ２＋Ｔ３は圧電層１４の厚さＴ４の１．５倍以上が好ましく、２．０倍以上がより好ましい。圧電層１４は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である。これにより、ＩＤＴ２２は主に弾性表面波を励振する。一対の櫛型電極２０が主に励振する弾性波がＳＨ波であるとき、不要波としてバルク波が励振しやすい。圧電層１４が３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層のとき、ＳＨ波が励振される。

なお、絶縁層１５として温度補償膜１３および境界層１２の２層の例を説明したが、絶縁層１５は、例えば酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層などの均一な材料の１層の絶縁層でもよい。実施例１では、境界層１２（第１絶縁層）が空隙層３０上に設けられ、温度補償膜１３（第２絶縁層）が境界層１２上に設けられている。温度補償膜１３は酸化シリコンを主成分とする。これにより、温度補償膜１３の弾性定数の温度係数の符号は圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対となり、周波数温度係数を小さくできる。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速を、境界層１２を伝搬するバルク波の音速より遅くする。これにより、圧電層１４と温度補償膜１３に弾性表面波が閉じ込められ、損失が抑制される。また、境界層１２は不要なバルク波との弾性波を減衰させる。境界層１２は例えば酸化アルミニウムを主成分とする。

ここで、ある層がある成分を主成分とする、ある層はある成分以外に意図的または意図せず添加された不純物を含むことを許容し、ある層におけるある成分の原子濃度は例えば５０原子％以上、８０原子％以上または９０原子％以上である。例えば、温度補償膜１３が酸化シリコンを主成分とするとは、温度補償膜１３がフッ素等の不純物を含むことを許容し、温度補償膜１３内の酸素濃度とシリコン濃度との合計は５０原子％以上、８０原子％以上または９０原子％以上であり、酸素濃度およびシリコン濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。また、境界層１２が酸化アルミニウムを主成分とするとは、境界層１２が不純物を含むことを許容し、境界層１３内の酸素濃度とアルミニウム濃度との合計は５０原子％以上、８０原子％以上または９０原子％以上であり、酸素濃度およびアルミニウム濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。

図６（ａ）および図７（ａ）において、境界層１２が薄くなると弾性波５０が圧電層１４および温度補償膜１３に閉じ込められにくくなり、メイン応答が劣化する。この観点から、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの２．２倍（１．１λ）以上が好ましく、３．０倍（１．５λ）以上がより好ましい。境界層１２を厚くすると、製造工程が増大および製造プロセスの難易度が上昇する。この観点から、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの１０倍（５λ）以下が好ましく、８倍（４λ）以下がより好ましい。

バルク波を含む弾性波５２を境界層１２に通過させる観点から、温度補償膜１３の厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの１．５倍（０．７５λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）以下がより好ましい。温度補償膜１３の温度補償機能を発揮させる観点から、厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。

メイン応答の弾性波のエネルギーを温度補償膜１３内に存在させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチＤの２倍（１λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）以下がより好ましい。圧電層１４を機能させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチＤの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。

弾性表面波のエネルギーが圧電層１４の表面から２λまでの範囲にほとんど存在する場合には、メイン応答の弾性波のエネルギーを圧電層１４および温度補償膜１３内に閉じ込め、かつスプリアス応答を抑制する観点から、温度補償膜１３の支持基板１０側の面と圧電層１４の櫛型電極２０側の面との距離（Ｔ３＋Ｔ４）は複数の電極指１８の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下が好ましく、３倍（１．５λ）以下がより好ましく、２倍（１λ）以下がより好ましい。

温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速くてもよいが、弾性波が温度補償膜１３内に存在しやすくなるため、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅いことが好ましい。これにより、温度補償膜１３としてより機能することができる。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速が遅すぎると、圧電層１４内に弾性波が存在しにくくなる。よって、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９倍以上が好ましい。

境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。また、境界層１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より大きいことが好ましい。境界層１２を伝搬するバルク波の音速が速すぎると、バルク波を含む弾性波５２が境界層１２と温度補償膜１３との界面３５で反射されてしまう。この観点から境界層１２を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

［実施例１の変形例１］
図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、支持基板１０の上面は粗面または凹凸面でもよい。弾性波は空隙層３０をほとんど伝搬しないため、支持基板１０の材料および支持基板１０の上面の状態はあまりスプリアスに影響しない。しかし、ＩＤＴ２２に重なる領域に空隙層３０が形成されない支持基板１０の部分１０ａが設けられている場合、部分１０ａと境界層１２との界面３６が粗面または凹凸面となっていることが好ましい。これにより、界面３６において弾性波が散乱されるため、スプリアスを抑制できる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例２］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ｂ）に示すように、温度補償膜１３と境界層１２との界面３５は粗面または凹凸面でもよい。弾性波は界面３５において散乱されるため、スプリアスを抑制できる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例３］
図８（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ｃ）に示すように、圧電層１４と温度補償膜１３との間の接合層２１が設けられている。接合層２１は、圧電層１４と温度補償膜１３とを接合する。圧電層１４と温度補償膜１３とを直接接合させることが難しい場合、接合層２１を設けてもよい。接合層２１は、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。接合層２１の厚さは、圧電層１４および温度補償膜１３の機能を損なわない観点から、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。接合層２１としての機能を損なわない観点から、接合層１５の厚さは、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。メイン応答の弾性波を圧電層１４に閉じ込める観点から、接合層２１を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速いことが好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例４］
図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の平面図である。図１０（ａ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面図であり、図９（ａ）および図９（ｂ）のＡ－Ａ断面図である。図９（ａ）から図１０（ａ）に示すように、交差領域２５に重なる領域に空隙層３０に重ならない支持層３４が設けられていてもよい。図９（ａ）のように、支持層３４は平面視において空隙層３０に囲まれるように島状に設けられていてもよい。図９（ｂ）に示すように、支持層３４は、平面方向に配列された複数の空隙層３０の間に設けられていてもよい。支持層３４は、支持基板１０の一部でもよいし、支持基板１０とは異なる材料から形成されていてもよい。

空隙層３０の平面面積が大きいと、空隙層３０上の積層膜の撓みまたは破損が生じる可能性がある。支持層３４が境界層１２と支持基板１０を接続し、境界層１２を支持基板１０に支持することで、空隙層３０上の積層膜の撓みまたは破損を抑制することができる。支持層３４の平面面積が大きすぎると、弾性波が支持層３４と境界層１２との界面で反射する。このため、ＩＤＴ２２における交差領域２５の平面面積において平面視においてＩＤＴ２２における交差領域２５に重なる空隙層３０の面積は７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。シミュレーションにおける共振器ＣのスプリアスΔＹは共振器ＡおよびＢのスプリアスΔＹより４ｄＢ小さい。ＩＤＴ２２における交差領域２５に空隙層３０が重なる割合が９１．６％のとき、スプリアスΔＹｎの改善は３．５ｄＢとなり、十分許容できる。

［実施例１の変形例５］
図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る弾性波共振器の断面図である。図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、絶縁層１２ａ上に絶縁層１２ｃが設けられ、絶縁層１２ａと１２ｂとの間に空隙層３０ａが設けられていてもよい。絶縁層１２ａと１２ｂとは、同じ材料を主成分としてもよいし、異なる材料を主成分としてもよい。空隙層３０ａには支持層３４ａが設けられていてもよい。支持層３４ａは、絶縁層１２ａの一部でもよいし、絶縁層１２ａとは異なる材料から形成されていてもよい。図１０（ｂ）のように、支持層３４と支持層３４ａとは平面視において重なっていてもよい。図１０（ｃ）のように、支持層３４と３４ａは平面視において重なっていなくてもよい。

実施例１の変形例４では、弾性波が支持層３４と境界層１２との界面で反射するため実施例１よりスプリアスが大きくなる。実施例１の変形例５によれば、空隙層３０ａ（別の空隙層）は、絶縁層１５内に設けられ、平面視において交差領域２５に７０％以上重なる。空隙層３０ａを設けることで、弾性波は空隙層３０および３０ａのいずれかにおいて減衰する。このため支持層３４を設けてもスプリアスを抑制できる。交差領域２５に７０％以上重なる空隙層はＺ方向に３層以上設けられていてもよい。図１０（ｂ）のように、平面視において支持層３４と３４ａが重なっている場合、支持層３４ａを通過した弾性波が絶縁層１２ａと支持層３４との界面で反射し、支持層３４ａを通過してＩＤＴ２２に至る可能性がある。図１０（ｃ）では、平面視において支持層３４と３４ａが重なっていないため、支持層３４ａを通過した弾性波が絶縁層１２ａと支持層３４との界面で反射することを抑制し、スプリアスをより抑制できる。

実施例２は、実施例１およびその変形例に係る弾性波共振器をフィルタに用いる例である。図１１は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１１に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、直列共振器Ｓ１～Ｓ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、並列共振器Ｐ１～Ｐ３が並列に接続されている。並列共振器Ｐ１～Ｐ３の一端は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路に接続され、他端はグランド端子Ｇｎｄに接続されている。

図１２（ａ）から図１３（ｂ）は、実施例２に係るフィルタの平面図である。図１２（ａ）から図１３（ｂ）に示すように、支持基板１０および圧電層１４上に弾性波共振器２６、配線４４およびパッド４５が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２と反射器２４を有している。配線４４は弾性波共振器２６の間、および弾性波共振器２６とパッド４５との間を電気的に接続する。パッド４５は、支持基板１０を貫通するビア配線（不図示）またはパッド４５に設けられたバンプ（不図示）を介し、外部と電気的に接続される。配線４４およびパッド４５は、金層、銅層またはアルミニウム層を含む金属層である。複数の弾性波共振器２６は、直列共振器Ｓ１～Ｓ４および並列共振器Ｐ１～Ｐ３を含む。複数のパッド４５は、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄを含む。

図１２（ａ）のように、複数の空隙層３０はそれぞれ複数の弾性波共振器２６に対応し設けられていてもよい。図１２（ｂ）のように、空隙層３０が３つ設けられ、直列共振器Ｓ１と並列共振器Ｐ１が１つの空隙層３０と重なり、直列共振器Ｓ２、Ｓ３および並列共振器Ｐ２が１つの空隙層３０と重なり、直列共振器Ｓ４と並列共振器Ｐ３が１つの空隙層と重なってもよい。図１３（ａ）のように、２つの空隙層３０が設けられ、直列共振器Ｓ１～Ｓ４が１つの空隙層３０に重なり、並列共振器Ｐ１～Ｐ３が１つの空隙層３０に重なってもよい。図１３（ｂ）のように、１つの空隙層３０が設けられ、直列共振器Ｓ１～Ｓ４および並列共振器Ｐ１～Ｐ３が１つの空隙層３０に重なってもよい。

空隙層３０上の積層膜の撓みまたは破損が生じやすい場合、図１２（ａ）のように、空隙層３０を多く設けることが好ましい。空隙層３０上の積層膜の撓みまたは破損が生じにくい場合、図１３（ｂ）のように、１つの空隙層３０を設けてもよい。空隙層３０の個数は適宜設定できる。実施例１の変形例４および５のように、空隙層３０内に支持層３４を設けてもよい。直列共振器Ｓ１～Ｓ４および並列共振器Ｐ１～Ｐ３の少なくとも１つに実施例１およびその変形例の弾性波共振器を用いてもよい。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。

図１４は、図１３（ｂ）のフィルタを形成するためのウエハの平面図である。図１４に示すように、ウエハ４８に空隙層３０がマトリックス状に設けられている。ウエハ４８を切断する切断線４９には空隙層３０は設けられていない。弾性波デバイスは、ウエハ４８の周縁領域には形成されない。ウエハ４８の中心４６と一致する中心を有し、ウエハ４８の平面形状（すなわち支持基板１０の平面形状）に相似な領域４７とする。ウエハ４８の直径をＲ１、領域４７の直径Ｒ２とする。Ｒ２＝０．８×Ｒ１（すなわち領域４７の平面面積は支持基板１０の平面面積の６４％）とすれば、領域４７には弾性波デバイスが形成されない周縁領域はほとんど含まれない。よって、空隙層３０は平面視において領域４７と７０％以上重なる。Ｒ２＝０．７×Ｒ１（すなわち領域４７の平面面積は支持基板１０の平面面積の４９％）でもよく、Ｒ２＝０．６×Ｒ１（すなわち領域４７の平面面積は支持基板１０の平面面積の３６％）でもよい。

［実施例２の変形例１］
図１５は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１５に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

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 支持基板
１１ 中間層
１２ 境界層
１２ａ、１２ｂ、１５ 絶縁層
１３ 温度補償膜
１４ 圧電層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛型電極
２１ 接合層
２２ ＩＤＴ
２５ 交差領域
２６ 弾性波共振器
３０、３０ａ 空隙層
３４、３４ａ 支持層
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
４６ 中心
４７ 領域
４８ ウエハ

Claims (11)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に設けられる圧電層と、
   前記圧電層上に設けられ、複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
   前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層より厚い絶縁層と、
   前記支持基板と前記絶縁層との間に設けられ、前記複数の電極指の配列方向からみて前記一対の櫛型電極の一方の電極指と前記一対の櫛型電極の他方の電極指とが重なる交差領域と平面視において７０％以上重なる空隙層と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記絶縁層は、前記空隙層上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とし、伝搬するバルク波の音速が前記第１絶縁層を伝搬するバルク波の音速より遅い第２絶縁層と、を備える請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記第１絶縁層の前記支持基板側の面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は、前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。
5. 前記交差領域において、前記空隙層の前記複数の電極指の配列方向における幅は前記複数の電極指の平均ピッチの１０倍以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記空隙層は平面視において前記交差領域と９０％以上重なる請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 平面視において、前記空隙層に囲まれ前記交差領域に重なり、前記支持基板と前記絶縁層とを接続する支持層を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
8. 前記絶縁層内に設けられ、平面視において前記交差領域に７０％以上重なる別の空隙層を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
9. 支持基板と、
   前記支持基板上に設けられる圧電層と、
   前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層より厚い絶縁層と、
   前記支持基板と前記絶縁層との間に設けられ、前記支持基板の平面形状に相似であり前記支持基板の平面形状の中心と中心が一致し前記支持基板の平面面積の６４％を有する領域と平面視において７０％以上重なる空隙層と、
   を備えるウエハ。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。
11. 請求項１０に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。
    

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