JP2022178244A - 弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサ、および弾性波デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主モードの弾性波の特性劣化を抑制すること。【解決手段】弾性波デバイス１００は、圧電層１８と、圧電層１８の一方の面に設けられ、複数の電極指５４と複数の電極指５４が接続するバスバー５５とを有する一対の櫛型電極５３と、圧電層１８の他方の面側に設けられ、一対の櫛型電極５３の複数の電極指５４が交差する領域である交差領域３０のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域３２において複数の電極指５４に重なる凹部２０を有する境界層１２と、圧電層１８と境界層１２の間に凹部２０を埋め込んで設けられ、エッジ領域３２での複数の電極指５４と重なる位置における厚さが交差領域３０のうちエッジ領域３２より内側に位置する中央領域３１での複数の電極指５４と重なる位置おける厚さよりも厚く、圧電層１８および境界層１２よりも伝搬する弾性波の音速が遅い温度補償層１４とを備える【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサ、および弾性波デバイスの製造方法に関する。

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波デバイスとして、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貼り付けることが知られている。支持基板と圧電層の間に酸化シリコンを主成分とする膜を設けることが知られている（例えば特許文献１）。また、複数の電極指が交差する交差領域のうちエッジ領域の音速を中央領域の音速よりも遅くすることで、横モードスプリアスを抑制するピストンモードを実現できることが知られている（例えば特許文献２、３）。

特開２０１５－７３３３１号公報 国際公開第２０２０／２０９３５９号 国際公開第２０２０／１８４４６６号

特許文献２では、圧電層の下面に凹凸を設け、エッジ領域での電極指と重なる位置における圧電層の厚さを中央領域での電極指と重なる位置における圧電層の厚さより薄くすることで、ピストンモードを実現している。特許文献３では、エッジ領域での電極指と重なる位置における圧電層の下面または下面近傍に音速調整膜を設けることで、ピストンモードを実現している。しかしながら、このような構造の場合、主モードの弾性波の特性が劣化してしまうことがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、主モードの弾性波の特性劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、圧電層と、前記圧電層の一方の面に設けられ、複数の電極指と前記複数の電極指が接続するバスバーとを有する一対の櫛型電極と、前記圧電層の他方の面側に設けられ、前記一対の櫛型電極の前記複数の電極指が交差する領域である交差領域のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域において前記複数の電極指に重なる凹部を有する第１絶縁層と、前記圧電層と前記第１絶縁層の間に前記凹部を埋め込んで設けられ、前記エッジ領域での前記複数の電極指と重なる位置における厚さが前記交差領域のうち前記エッジ領域より内側に位置する中央領域での前記複数の電極指と重なる位置おける厚さよりも厚く、前記圧電層および前記第１絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が遅い第２絶縁層と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記第２絶縁層の前記第１絶縁層側の面と前記圧電層の前記一方の面との間の距離は、前記一対の櫛型電極の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、前記圧電層の前記他方の面は平坦面である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の線膨張係数の差は、前記圧電層と前記第２絶縁層の線膨張係数の差の最大値より小さい構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層は、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り、前記第２絶縁層は、酸化シリコンを主成分とする層である構成とすることができる。

上記構成において、前記凹部は、前記第１絶縁層を貫通している構成とすることができる。

上記構成において、前記第１絶縁層の前記第２絶縁層とは反対側の面に、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板、または炭化シリコン基板からなる支持基板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絶縁層は、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板、または炭化シリコン基板からなる支持基板である構成とすることができる。

本発明は、上記に記載の弾性波デバイスを含むフィルタである。

本発明は、上記に記載のフィルタを含むマルチプレクサである。

本発明は、第１絶縁層に凹部とアライメントマーカーを同時に形成する工程と、前記第１絶縁層上に、前記凹部を埋め込んで、前記第１絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が遅い第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層上に前記第２絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が速い圧電層を形成する工程と、前記圧電層上に、前記アライメントマーカーを用いて、各々の複数の電極指が交差する領域である交差領域のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域において前記複数の電極指が前記凹部に重なるように、前記複数の電極指を有する一対の櫛型電極を形成する工程と、を備える弾性波デバイスの製造方法である。

本発明によれば、主モードの弾性波の特性劣化を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＤＴ（Interdigital Transducer）を拡大した平面図である。 図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 図３は、実施例１におけるＩＤＴ内の弾性波の音速を示す図である。 図４（ａ）から図４（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１）である。 図５（ａ）から図５（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６（ａ）は、境界層に形成されるアライメントマーカーの一例を示す平面図、図６（ｂ）は、フォトマスクのアライメントマーカーの一例を示す平面図、図６（ｃ）は、アライメントマーカーの位置合わせを示す平面図である。 図７（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ－Ａ断面図、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１の変形例２から変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１０（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＩＤＴを拡大した平面図である。 図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ－Ａ断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 図１２は、実施例３に係る弾性波デバイスおよび比較例２に係る弾性波デバイスの周波数に対するアドミッタンスＹのシミュレーション結果である。 図１３は、実施例４に係るフィルタの回路図である。 図１４は、実施例５に係るデュプレクサのブロック図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＤＴ５１を拡大した平面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ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、圧電層の厚さ方向を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伝搬の圧電層の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、および図２（ｂ）に示すように、弾性波デバイス１００は、支持基板１０上に圧電層１８が設けられている。支持基板１０と圧電層１８との間に温度補償層１４が設けられている。温度補償層１４と支持基板１０との間に境界層１２が設けられている。温度補償層１４と圧電層１８との間に接合層１６が設けられている。なお、接合層１６は設けられていない場合でもよい。

圧電層１８上に弾性波共振器５０が設けられている。弾性波共振器５０はＩＤＴ（Interdigital Transducer）５１および反射器５２を有する。反射器５２は、ＩＤＴ５１のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ５１および反射器５２は、圧電層１８上の金属膜５７により形成される。

ＩＤＴ５１は、一対の櫛型電極５３を備える。櫛型電極５３は、複数の電極指５４と、複数の電極指５４が接続されたバスバー５５と、を備える。一対の櫛型電極５３が交差する領域が交差領域３０である。交差領域３０の長さが開口長である。一対の櫛型電極５３は、交差領域３０の少なくとも一部において電極指５４がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域３０において複数の電極指５４が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極５３のうち一方の櫛型電極５３の電極指５４のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指５４のピッチＤは、一方の櫛型電極５３の電極指５４のピッチの２倍となる。反射器５２は、ＩＤＴ５１の電極指５４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ＩＤＴ５１の交差領域３０内に閉じ込められる。

交差領域３０は、Ｙ方向においてエッジに位置する領域（電極指５４の先端部が位置する領域）である一対のエッジ領域３２と、Ｙ方向においてエッジ領域３２より内側に位置する領域である中央領域３１と、を有する。一方の櫛型電極５３の電極指５４の先端と他方の櫛型電極５３のバスバー５５との間に位置する領域がギャップ領域３３である。バスバー５５が位置する領域がバスバー領域３４である。

境界層１２の上面に複数の凹部２０が形成されている。複数の凹部２０各々は、エッジ領域３２に位置しかつ電極指５４の直下に位置していて、互いに分離している。凹部２０は、例えばエッジ領域３２における電極指５４全体に重なって設けられている。凹部２０のＹ方向の長さは例えば０．１λ～２．５λ（λは弾性波の波長）程度である。凹部２０のＸ方向の長さは例えば電極指５４の幅と略同じであるが、電極指５４より長い場合でもよい。凹部２０の深さは例えば数百ｎｍ程度であり、例えば０．１λ～１λ程度である。

温度補償層１４は境界層１２に形成された凹部２０を埋め込むようにして境界層１２の上面に設けられている。したがって、エッジ領域３２での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ１は、中央領域３１での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ２よりも厚くなっている。

支持基板１０と境界層１２の界面は平坦面となり、温度補償層１４と圧電層１８または接合層１６との界面は平坦面となっている。なお、支持基板１０と境界層１２の界面は凹凸面となっていてもよい。凹凸面は、凹部または凸部が規則的に配置されていてもよいし、不規則であってもよい。

圧電層１８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。例えば、圧電層１８は３６°～４８°ＹカットＸ伝搬タンタル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、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板、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、シリコン基板は単結晶または多結晶のＳｉ基板であり、スピネル基板は多結晶のＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板である。石英基板はアモルファスＳｉＯ_２基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、アルミナ基板は多結晶Ａｌ_２Ｏ_３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１８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５０の周波数温度依存性を小さくできる。

温度補償層１４は、圧電層１８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１８の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償層１４の弾性定数の温度係数は正である。温度補償層１４は、酸化シリコンを主成分とする絶縁層であり、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）層であり、例えばアモルファス層である。

温度補償層１４が温度補償の機能を発揮するためには、電極指５４によって圧電層１８内に励振された弾性表面波（主モードの弾性波）のエネルギーが温度補償層１４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存在する範囲は、弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には圧電層１８の上面から２λ（λは弾性波の波長）程度の深さまでである。特に、弾性表面波のエネルギーは、圧電層１８の上面からλまでの範囲に集中する。したがって、弾性表面波のエネルギーを圧電層１８および温度補償層１４内に閉じ込める観点から、温度補償層１４の境界層１２側の面と圧電層１８の櫛型電極５３側の面との間の距離Ｌは、複数の電極指５４の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下が好ましく、３倍（１．５λ）以下がより好ましい。複数の電極指５４の平均ピッチＤは、ＩＤＴ５１のＸ方向の幅を電極指５４の本数で除することで算出できる。

温度補償層１４に弾性表面波のエネルギーを存在させるために、圧電層１８の厚さは、電極指５４の平均ピッチＤの２倍（λ）以下が好ましく、１．２倍（０．６λ）以下がより好ましい。圧電層１８が薄すぎると、弾性波が励振されない。よって、圧電層１８の厚さは、電極指５４の平均ピッチＤの０．２倍（０．１λ）以上が好ましい。

温度補償層１４が酸化シリコンを主成分とする絶縁層の場合、温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速（横波音速）は圧電層１８を伝搬する弾性波の音速より遅くなる。温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速が圧電層１８を伝搬する弾性波の音速より遅いことで、弾性表面波が温度補償層１４に存在し易くなる。温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速は圧電層１８を伝搬する弾性波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速が遅すぎると、圧電層１８内に弾性波が存在し難くなる。よって、温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速は圧電層１８を伝搬する弾性波の音速の０．９倍以上が好ましい。

境界層１２を伝搬する弾性波の音速は、圧電層１８および温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速より速い。これにより、圧電層１８および温度補償層１４内に弾性波が閉じ込められ易くなる。境界層１２を伝搬する弾性波の音速は、圧電層１８および温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．３倍以上が更に好ましい。境界層１２を伝搬する弾性波の音速が速すぎると、境界層１２と温度補償層１４との界面でバルク波が反射され易くなってスプリアスが大きくなる恐れがある。したがって、境界層１２を伝搬する弾性波の音速は、温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

境界層１２を伝搬する弾性波の音速は、支持基板１０を伝搬する弾性波の音速より遅い。例えば支持基板１０を伝搬する弾性波の音速は、境界層１２を伝搬する弾性波の音速の１．１倍以上である。支持基板１０を伝搬する弾性波の音速は、境界層１２を伝搬する弾性波の音速の２倍以下である。境界層１２は、例えば多結晶または非晶質の絶縁層であり、例えば酸化アルミニウム層、シリコン層、窒化アルミニウム層、酸窒化アルミニウム層、ダイヤモンドライクカーボン層、窒化シリコン層、または炭化シリコン層である。境界層１２として材料の異なる複数の層が設けられていてもよい。

各層を伝搬する弾性波の音速Ｖは、各層が等方性材料である場合では以下の数１で求めることができる。数１において、Ｖは音速、Ｅはヤング率、ρは密度、νはポアソン比である。

温度補償層１４の線膨張係数は、圧電層１８の線膨張係数よりも境界層１２の線膨張係数に近い値を有する。すなわち、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差よりも小さい。圧電層１８の線膨張係数が結晶方位によって異なる場合は、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値より小さい。例えば、圧電層１８が回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である場合、圧電層１８の線膨張係数はα１１が１６．１ｐｐｍ／Ｋ、α３３が４．１ｐｐｍ／Ｋである。温度補償層１４が酸化シリコン層である場合の線膨張係数は０．５ｐｐｍ／Ｋである。境界層１２が酸化アルミニウム層である場合の線膨張係数は７．７ｐｐｍ／Ｋである、この場合、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は７．２ｐｐｍ／Ｋとなり、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値は１５．６ｐｐｍ／Ｋとなる。したがって、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値より小さくなる。

接合層１６を伝搬する弾性波の音速は、温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速より速い。接合層１６は、例えば多結晶または非晶質であり、例えば酸化アルミニウム層、シリコン層、窒化アルミニウム層、酸窒化アルミニウム層、ダイヤモンドライクカーボン層、窒化シリコン層、または炭化シリコン層である。接合層１６の厚さは、圧電層１８および温度補償層１４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１６としての機能を損なわない観点から、接合層１６の厚さは、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。

金属膜５７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５４と圧電層１８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５４より薄い。電極指５４を覆うように絶縁膜が設けられてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能してもよい。

図３は、実施例１におけるＩＤＴ５１内の弾性波の音速を示す図である。図１（ｂ）および図２（ａ）に示したように、境界層１２の上面に、エッジ領域３２での電極指５４直下に位置して凹部２０が設けられている。温度補償層１４は凹部２０を埋め込むように境界層１２の上面に設けられている。このため、エッジ領域３２での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ１は、中央領域３１での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ２に比べて厚くなっている。温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速は圧電層１８および境界層１２を伝搬する弾性波の音速より遅いことから、図３に示すように、エッジ領域３２を伝搬する弾性表面波（主モードの弾性波）の音速は中央領域３１を伝搬する弾性表面波の音速よりも遅くなる。また、ギャップ領域３３を伝搬する弾性表面波の音速は中央領域３１を伝搬する弾性表面波の音速より速い。これにより、ピストンモードが実現され、横モードスプリアスが抑制される。

［製造方法］
図４（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）から図５（ｃ）において、左図はＩＤＴ５１が形成される領域における断面図であり、右図はアライメントマーカーが形成される領域における断面図である。図４（ａ）に示すように、支持基板１０上にスパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Mechanical Polishing）法、または真空蒸着法により境界層１２を形成する。なお、支持基板１０の上面を凹凸面にする場合は、支持基板１０の上面を研削することで不規則な凹凸面を形成してもよいし、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて規則的な凹凸面を形成してもよい。

図４（ｂ）に示すように、境界層１２に形成する凹部２０に対応する位置に開口８２を有し、アライメントマーカーを形成する位置に開口８４を有するマスク層８０を境界層１２上に形成する。マスク層８０は例えばフォトレジストである。

図４（ｃ）に示すように、マスク層８０をマスクに例えばエッチング法を用いて境界層１２の上部を除去する。例えば、境界層１２が酸化アルミニウム層の場合、塩素系ガスを用いたドライエッチング法により境界層１２の上部を除去する。なお、エッチング法の代わりにサンドブラスト法を用いてもよい。これにより、凹部２０が境界層１２の上面に形成され、また、凹部２０と同時にアライメントマーカー７０が境界層１２の上面に形成される。図６（ａ）は、境界層１２に形成されるアライメントマーカー７０の一例を示す平面図である。図６（ａ）に示すように、アライメントマーカー７０は例えば平面視にて十字形状をしている。

図５（ａ）に示すように、マスク層８０を除去した後、境界層１２上に例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法、または真空蒸着法により温度補償層１４を形成する。温度補償層１４は凹部２０を埋め込むように形成される。温度補償層１４の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化する。その後、接合層１６を介し温度補償層１４に圧電基板１７を接合する。接合層１６を介さずに温度補償層１４と圧電基板１７とを接合してもよい。接合には例えば表面活性化法を用いる。

図５（ｂ）に示すように、圧電基板１７の上面を例えばＣＭＰ法により研磨し、薄層化した圧電層１８とする。圧電層１８上に例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法、または真空蒸着法により金属膜５７を成膜し、金属膜５７上にマスク層８６を形成する。その後、金属膜５７をＩＤＴ５１および反射器５２にパターニングするための開口８８をマスク層８６に形成する。マスク層８６に開口８８を形成する際、境界層１２に形成したアライメントマーカー７０を用いて開口８８の形成位置を調整する。マスク層８６は例えばフォトレジストである。

図６（ｂ）は、フォトマスク９０のアライメントマーカー９２の一例を示す平面図、図６（ｃ）は、アライメントマーカー７０と９２の位置合わせを示す平面図である。図６（ｂ）に示すように、マスク層８６に開口８８を形成する際に用いるフォトマスク９０にアライメントマーカー９２が形成されている。図６（ｃ）に示すように、フォトマスク９０に形成されているアライメントマーカー９２を境界層１２に形成されたアライメントマーカー７０に位置合わせをして露光し、その後現像をする。これにより、マスク層８６の所望の位置に開口８８が形成される。

図５（ｃ）に示すように、マスク層８６をマスクに例えばエッチング法により金属膜５７を除去してパターニングすることで、ＩＤＴ５１および反射器５２を備える弾性波共振器５０を形成する。凹部２０とアライメントマーカー７０は境界層１２に同時に形成されるため、アライメントマーカー７０を用いてマスク層８６に開口８８を形成し、このマスク層８６をマスクにＩＤＴ５１および反射器５２を形成することで、電極指５４の先端部を凹部２０の直上に精度良く形成することができる。金属膜５７をパターニングした後、マスク層８６を除去する。これにより、実施例１に係る弾性波デバイス１００が得られる。

［比較例］
図７（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイス１０００の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、弾性波デバイス１０００では、支持基板１０と境界層１２の界面、及び、境界層１２と温度補償層１４の界面は、平坦面となっている。圧電層１８の下面に、エッジ領域３２に位置しかつ電極指５４の直下に位置する凹部９４が形成されている。温度補償層１４は圧電層１８に形成された凹部９４を埋め込むように設けられている。したがって、エッジ領域３２での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ３は、中央領域３１での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ４よりも厚くなっている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

比較例１では、実施例１と同様に、エッジ領域３２での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ３が、中央領域３１での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ４に比べて厚くなっている。このため、ＩＤＴ５１内の弾性波の音速は、図２と同様となる。したがって、ピストンモードが実現される。

しかしながら、上述したように、温度補償層１４に温度補償の機能を発揮させるために圧電層１８を薄くすることから、圧電層１８の下面に設けられた凹部９４はＩＤＴ５１の近くに位置する。温度補償層１４が埋め込まれた凹部９４では歪応力が発生し易い。凹部９４はＩＤＴ５１に近くに位置していることから、凹部９４において歪応力が発生した場合、ＩＤＴ５１は歪応力の影響を受け、主モードの弾性波の特性が劣化してしまうことがある。

圧電層１８が回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層で、温度補償層１４が酸化シリコン層である場合、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値は上述したように１５．６ｐｐｍ／Ｋと大きい。この場合、弾性波デバイス１０００に温度変化が生じた場合、凹部９４に大きな熱応力が生じる。この熱応力によって、凹部９４において圧電層１８と温度補償層１４との間に空隙が発生したり、圧電層１８および／または温度補償層１４にクラックが発生したりすることがある。この場合、主モードの弾性波の特性が劣化してしまう。

一方、実施例１によれば、図１（ｂ）および図２（ａ）のように、交差領域３０のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域３２において電極指５４に重なる凹部２０が境界層１２（第１絶縁層）の上面に設けられている。境界層１２の上面に、境界層１２および圧電層１８よりも伝搬する弾性波の音速が遅い温度補償層１４（第２絶縁層）が凹部２０を埋め込んで設けられている。温度補償層１４は、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における厚さＴ１が交差領域３０のうちエッジ領域３２より内側に位置する中央領域３１での電極指５４と重なる位置における厚さＴ２よりも厚くなっている。これにより、図３に示したように、エッジ領域３２を伝搬する弾性波の音速が中央領域３１を伝搬する弾性波の音速より遅くなってピストンモードが実現されるため、横モードスプリアスを抑制することができる。また、凹部２０は境界層１２に設けられていることから、凹部２０とＩＤＴ５１との間の距離が長くなり、凹部２０に歪応力が発生したとしても、ＩＤＴ５１への影響を小さく抑えられる。よって、主モードの弾性波の特性劣化を抑制することができる。

ピストンモードを実現するために、中央領域３１のＹ方向の長さとエッジ領域３２のＹ方向の長さとは、ある一定の関係を満たすことが好ましい。例えば、中央領域３１のＹ方向の長さは、エッジ領域３２のＹ方向の合計の長さより長い場合が好ましい。エッジ領域３２のＹ方向の長さの合計は、５λ以下（例えば開口長の１／４以下）が好ましく、２λ以下（例えば開口長の１／１０以下）がより好ましい。エッジ領域３２の各々のＹ方向の長さは、０．１λ以上（例えば開口長の１／２００以上）が好ましく、０．５λ以上（例えば開口長の１／４０以上）がより好ましい。言い換えると、凹部２０のＹ方向の長さは、０．１λ以上が好ましく、０．５λ以上がより好ましい。凹部２０のＸ方向の長さは、電極指５４のＸ方向の長さと略同じでもよいが、電極指５４のＸ方向の長さより長い場合が好ましく、電極指５４のＸ方向の長さの１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。略同じとは、製造誤差程度の差を許容するものである。凹部２０は、平面視にて電極指５４のエッジ領域３２に位置する部分全体と重なっている場合が好ましいが、電極指５４のエッジ領域３２の位置する部分の９０％以上の部分と重ねっている場合でもよく、９５％以上の部分と重なっている場合でもよい。

また、ピストンモードを実現するために、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ１は、中央領域３１での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ２の１．５倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましい。凹部２０が深くなり過ぎると温度補償層１４による埋込性が悪くなるため、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ１は、中央領域３１での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ２の３倍以下が好ましく、２．５倍以下がより好ましい。凹部２０の深さは、０．１λ以上が好ましく、０．３λ以上がより好ましい。凹部２０の深さは、１λ以下が好ましく、０．８λ以下がより好ましい。エッジ領域３２は中央領域３１の片側にのみ設けられていてもよい。ギャップ領域３３のＹ方向の長さの合計は、５λ以下が好ましく、２λ以下がより好ましい。ギャップ領域３３の各々のＹ方向の長さは０．１λ以上が好ましく、０．５λ以上がより好ましい。

また、実施例１によれば、温度補償層１４の境界層１２側の面と圧電層１８の一対の櫛型電極５３が設けられた面との間の距離Ｌは、複数の電極指５４の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下である。これにより、上述したように、電極指５４によって励振された弾性表面波のエネルギーが温度補償層１４内に存在するようになり、温度補償層１４による温度補償の効果が得られる。

また、実施例１によれば、圧電層１８の温度補償層１４側の面は平坦面である。これにより、圧電層１８に歪応力が生じることが抑制され、主モードの弾性波の特性劣化を抑制することができる。

また、実施例１によれば、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値より小さい。これにより、弾性波デバイス１００に温度変化が生じた場合でも、凹部２０において生じる熱応力が小さくなる。よって、凹部２０において境界層１２と温度補償層１４との間に空隙が発生したり、境界層１２および／または温度補償層１４にクラックが発生したりすることが抑制される。

表１に、圧電層１８、温度補償層１４、および境界層１２に用いられる材料の例を示す。

表１に示すように、圧電層１８に回転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を用いる。温度補償層１４に酸化シリコン層を用いる。境界層１２に酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、ダイヤモンドライクカーボン層、炭化シリコン層、窒化シリコン層、またはシリコン層を用いる。このような場合、境界層１２と温度補償層１４の線膨張係数の差は、圧電層１８と温度補償層１４の線膨張係数の差の最大値より小さくなる。圧電層１８と温度補償層１４と境界層１２の好適な組み合わせとして、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層／酸化シリコン層／酸化アルミニウム層、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層／酸化シリコン層／シリコン、および回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層／酸化シリコン層／窒化シリコン層が挙げられる。

また、実施例１では、圧電層１８は回転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。温度補償層１４は酸化シリコンを主成分とする層である。これにより、弾性波共振器５０の周波数温度依存性を小さくすることができる。また、温度補償層１４を伝搬する弾性波の音速が圧電層１８を伝搬する弾性波の音速より遅くなる。主成分とするとは、温度補償層１４に含まれる元素の合計に対する酸素およびシリコンの割合の合計が５０ａｔ％（原子％）以上であり、８０ａｔ％以上でもよい。酸素およびシリコンそれぞれの割合は１０ａｔ％以上であり、２０ａｔ％以上でもよい。

また、実施例１では、図４（ｃ）に示すように、境界層１２（第１絶縁層）に凹部２０とアライメントマーカー７０を同時に形成する。図５（ａ）に示すように、境界層１２上に凹部２０を埋め込んで温度補償層１４（第２絶縁層）を形成する。図５（ｂ）に示すように、温度補償層１４上に圧電層１８を形成する。図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、アライメントマーカー７０を用い、エッジ領域３２において電極指５４が凹部２０に重なるように、圧電層１８上に一対の櫛型電極５３を形成する。これにより、エッジ領域３２において電極指５４を凹部２０に精度良く重ね合わせることができる。

［変形例］
図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイス１１０の平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ－Ａ断面図、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、弾性波デバイス１１０では、境界層１２に形成された凹部２０ａは、Ｘ方向に延びていて、複数の電極指５４のうち２つ以上の電極指５４にわたって設けられている。例えば、凹部２０は、全ての電極指５４にわたって設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例１では、凹部２０は、エッジ領域３２において複数の電極指５４の直下に互いに分離して設けられている場合を例に示したが、この場合に限られない。実施例１の変形例１のように、凹部２０は、エッジ領域３２において複数の電極指５４のうち２つ以上の電極指５４の直下にわたって設けられていてもよい。凹部２０が２つ以上の電極指５４にわたって設けられることで、凹部２０と電極指５４との位置合わせが容易となる。位置合わせの観点から、凹部２０は、複数の電極指５４のうち半分以上の電極指５４にわたって設けられる場合が好ましく、２／３以上の電極指５４にわたって設けられる場合がより好ましく、全ての電極指５４にわたって設けられる場合が更に好ましい。

図９（ａ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイス１２０の断面図である。図９（ａ）に示すように、弾性波デバイス１２０では、境界層１２に形成された凹部２０ｂが支持基板１０に向かうにつれて幅が狭まる形状をしている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図９（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイス１３０の断面図である。図９（ｂ）に示すように、弾性波デバイス１３０では、境界層１２に形成された凹部２０ｃの底面が湾曲した形状をしている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図９（ｃ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波デバイス１４０の断面図である。図９（ｃ）に示すように、弾性波デバイス１４０では、境界層１２に形成された凹部２０ｄが境界層１２を貫通している。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

境界層１２に形成される凹部は、Ｙ方向の断面視にて、実施例１のように略長方形状をした凹部２０でもよいし、実施例１の変形例２のように深い位置ほど幅が狭くなる形状をした凹部２０ｂでもよいし、実施例１の変形例３のように底面が湾曲形状をした凹部２０ｃでもよい。また、実施例１の変形例４のように、境界層１２を貫通した凹部２０ｄでもよい。境界層１２を貫通した凹部２０ｄでは、凹部２０ｄの深さを精度良く制御することができる。

図１０（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイス２００の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＩＤＴ５１を拡大した平面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、弾性波デバイス２００では、櫛型電極５３は、複数の電極指５４と、複数のダミー電極指５６と、複数の電極指５４および複数のダミー電極指５６が接続されたバスバー５５と、を備える。一方の櫛型電極５３の電極指５４の先端と他方の櫛型電極５３のダミー電極指５６の先端とは対向している。弾性波共振器５０は、中央領域３１とエッジ領域３２を有する交差領域３０と、ギャップ領域３３と、バスバー領域３４と、に加え、ギャップ領域３３とバスバー領域３４の間に、ダミー電極指５６が位置するダミー領域３５を有する。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例２のように、櫛型電極５３は、複数の電極指５４と、複数のダミー電極指５６と、複数の電極指５４と複数のダミー電極指５６とが接続するバスバー５５と、を備える場合でもよい。

図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイス３００の平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ－Ａ断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示すように、弾性波デバイス３００では、支持基板１０と温度補償層１４との間に境界層１２が設けられてなく、温度補償層１４と圧電層１８との間に接合層１６が設けられていない。支持基板１０の上面に複数の凹部２２が形成されている。複数の凹部２２各々は、エッジ領域３２に位置しかつ電極指５４の直下に位置して、互いに分離している。凹部２２は、例えば平面視にてエッジ領域３２における電極指５４全体に重なって設けられている。凹部２２のＹ方向の長さは、実施例１の凹部２０と同様であり、例えば０．１λ～２．５λ（λは弾性波の波長）程度である。凹部２２のＸ方向の長さは、実施例１の凹部２０と同様であり、例えば電極指５４の幅と略同じであるが、電極指５４よりも長い場合でもよい。凹部２２の深さは、実施例１の凹部２０と同様であり、例えば数百ｎｍ程度であり、例えば０．１λ～１λ程度である。

温度補償層１４は、支持基板１０に形成された凹部２２を埋め込むようにして支持基板１０の上面に設けられている。したがって、エッジ領域３２での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ１は、中央領域３１での電極指５４直下における温度補償層１４の厚さＴ２より厚くなっている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例３では、実施例１と同様に、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ１が、中央領域３１での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ２に比べて厚くなっている。このため、ＩＤＴ５１内の弾性波の音速は、図３と同様となる。したがって、ピストンモードが実現される。

［シミュレーション］
実施例３に係る弾性波デバイス３００のスプリアスを評価するシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
支持基板１０：サファイア基板
温度補償層１４：平均厚さが０．２λの酸化シリコン層
圧電層１８：厚さが０．２λの４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層
ＩＤＴ５１および反射器５２：厚さが０．１λのアルミニウム膜
弾性波の波長λ：１．５μｍ
電極指５４の対数：１対
凹部２２のＸ方向の長さ：０．７５λ
凹部２２の深さ：０．２λ
開口長：１５λ
この条件にて、３次元の有限要素法を用いてアドミッタンスをシミュレーションし、その結果から電極指５４の対数が１００対の場合の弾性波デバイス３００のアドミッタンスを算出した。また、比較のために、支持基板１０に凹部２２が形成されていない点以外は、実施例３と同じ構造をした比較例２に係る弾性波デバイスについてもアドミッタンスを同様の方法によりシミュレーションした。

図１２は、実施例３に係る弾性波デバイス３００および比較例２に係る弾性波デバイスの周波数に対するアドミッタンスＹのシミュレーション結果である。図１２に示すように、実施例３に係る弾性波デバイス３００は、横モードスプリアスが抑制された結果が得られた。これは、支持基板１０の上面に凹部２２が設けられ、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ１が中央領域３１での電極指５４と重なる位置における温度補償層１４の厚さＴ２に比べて厚くなって、ピストンモードが実現されたためと考えられる。

実施例３によれば、図１１（ａ）から図１１（ｃ）のように、エッジ領域３２において電極指５４に重なる凹部２２が支持基板１０（第１絶縁層）の上面に設けられている。支持基板１０の上面に、支持基板１０および圧電層１８より伝搬する弾性波の音速が遅い温度補償層１４（第２絶縁層）が凹部２２を埋め込んで設けられている。温度補償層１４は、エッジ領域３２での電極指５４と重なる位置における厚さＴ１が中央領域３１での電極指５４と重なる位置における厚さＴ２より厚くなっている。これにより、実施例１と同様に、ピストンモードが実現されるため、横モードスプリアスを抑制することができる。また、凹部２２は支持基板１０に設けられていることから、凹部２２とＩＤＴ５１との間の距離が長くなり、凹部２２において歪応力が発生したとしても、ＩＤＴ５１への影響を小さく抑えられる。よって、主モードの弾性波の特性劣化を抑制することができる。

実施例３においても、図８（ａ）から図８（ｃ）に示した実施例１の変形例１と同様に、凹部２２は、エッジ領域３２において複数の電極指５４のうち２つ以上の電極指５４の直下にわたって設けられていてもよい。図１１（ｂ）では、凹部２２はＹ方向の断面視にて略長方形状をしているが、図９（ａ）に示した実施例１の変形例２と同様に、凹部２２はＹ方向の断面視にて深い位置ほど幅が狭くなる形状をしていてもよいし、図９（ｂ）に示した実施例１の変形例３と同様に、底面が湾曲形状をしていてもよい。また、実施例３においても、櫛型電極５３は、実施例２と同様に、複数の電極指５４と、複数のダミー電極指５６と、複数の電極指５４と複数のダミー電極指５６が接続するバスバー５５と、を備えていてもよい。

図１３は、実施例４に係るフィルタ４００の回路図である。図１３に示すように、フィルタ４００は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続され、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つに実施例１から実施例３の弾性波デバイスを用いることができる。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、実施例５に係るデュプレクサ５００のブロック図である。図１４に示すように、デュプレクサ５００は、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ６０が接続され、共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ６２が接続されている。送信フィルタ６０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６２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６０および受信フィルタ６２の少なくとも一方を実施例４に係るフィルタ４００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示したが、トリプレクサまたはクワッドプレクサ等でもよい。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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
１２ 境界層
１４ 温度補償層
１６ 接合層
１７ 圧電基板
１８ 圧電層
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 凹部
２２ 凹部
３０ 交差領域
３１ 中央領域
３２ エッジ領域
３３ ギャップ領域
３４ バスバー領域
３５ ダミー領域
５０ 弾性波共振器
５１ ＩＤＴ
５２ 反射器
５３ 櫛型電極
５４ 電極指
５５ バスバー
５６ ダミー電極指
５７ 金属膜
６０ 送信フィルタ
６２ 受信フィルタ
７０ アライメントマーカー
８０ マスク層
８２、８４ 開口
８６ マスク層
８８ 開口
９０ フォトマスク
９２ アライメントマーカー
９４ 凹部
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、２００、３００、１０００ 弾性波デバイス
４００ フィルタ
５００ デュプレクサ

Claims (11)

1. 圧電層と、
   前記圧電層の一方の面に設けられ、複数の電極指と前記複数の電極指が接続するバスバーとを有する一対の櫛型電極と、
   前記圧電層の他方の面側に設けられ、前記一対の櫛型電極の前記複数の電極指が交差する領域である交差領域のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域において前記複数の電極指に重なる凹部を有する第１絶縁層と、
   前記圧電層と前記第１絶縁層の間に前記凹部を埋め込んで設けられ、前記エッジ領域での前記複数の電極指と重なる位置における厚さが前記交差領域のうち前記エッジ領域より内側に位置する中央領域での前記複数の電極指と重なる位置おける厚さよりも厚く、前記圧電層および前記第１絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が遅い第２絶縁層と、を備える弾性波デバイス。
2. 前記第２絶縁層の前記第１絶縁層側の面と前記圧電層の前記一方の面との間の距離は、前記一対の櫛型電極の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１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記圧電層の前記他方の面は平坦面である、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の線膨張係数の差は、前記圧電層と前記第２絶縁層の線膨張係数の差の最大値より小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 前記圧電層は、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り、
   前記第２絶縁層は、酸化シリコンを主成分とする層である、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. 前記凹部は、前記第１絶縁層を貫通している、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. 前記第１絶縁層の前記第２絶縁層とは反対側の面に、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板、または炭化シリコン基板からなる支持基板を備える、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. 前記第１絶縁層は、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板、または炭化シリコン基板からなる支持基板である、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。
9. 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含むフィルタ。
10. 請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
11. 第１絶縁層に凹部とアライメントマーカーを同時に形成する工程と、
    前記第１絶縁層上に、前記凹部を埋め込んで、前記第１絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が遅い第２絶縁層を形成する工程と、
    前記第２絶縁層上に前記第２絶縁層よりも伝搬する弾性波の音速が速い圧電層を形成する工程と、
    前記圧電層上に、前記アライメントマーカーを用いて、各々の複数の電極指が交差する領域である交差領域のうち両端に位置する領域である一対のエッジ領域において前記複数の電極指が前記凹部に重なるように、前記複数の電極指を有する一対の櫛型電極を形成する工程と、を備える弾性波デバイスの製造方法。
    

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