JP2023004705A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
【課題】銅または銀のマイグレーション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、第１面の少なくとも一部が圧電層である第１基板１０と、圧電層の第１面に設けられた弾性波素子１２と、弾性波素子１２と空隙２８を介し設けられた第２基板２０と、第１面に設けられ、弾性波素子１２と導通可能に接続された第１金属層１４と、第２基板２０の第１基板１０側の第２面に設けられた第２金属層２４と、第１金属層１４と第２金属層２４とを接続し、第１金属層１４および第２金属層２４より厚く銅または銀を主成分とする第３金属層３０と、第３金属層３０の側面と、第１金属層１４に第３金属層３０が接合する領域５１を囲む領域５０における第１金属層１４の第２基板２０側の第３面と、覆い、第１金属層１４より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする第１導電層とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
基板上に弾性波素子が設けられ、弾性波素子上に蓋等の別の基板を配置し、基板と別の基板とを金属層を用い接続する弾性波デバイスが知られている（例えば特許文献１～４）。アンダーバンプメタル層において、金属層の側面および上面を覆うように別の金属層を設けることが知られている（例えば特許文献５、６）
圧電基板は帯電しやすく、基板と別の基板とを接続する金属層が銅または銀を主成分とする場合、銅または銀が弾性波素子にマイグレーションすることがある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、銅または銀のマイグレーションを抑制することを目的とする。
本発明は、第１面の少なくとも一部が圧電層である第１基板と、前記圧電層の前記第１面に設けられた弾性波素子と、前記弾性波素子と空隙を介し設けられた第２基板と、前記第１面に設けられ、前記弾性波素子と導通可能に接続された第１金属層と、前記第２基板の前記第１基板側の第２面に設けられた第２金属層と、前記第１金属層と前記第２金属層とを接続し、前記第１金属層および前記第２金属層より厚く銅または銀を主成分とする第３金属層と、前記第３金属層の側面と、前記第１金属層に前記第３金属層が接合する領域を囲む領域における前記第１金属層の前記第２基板側の第３面と、を覆い、前記第３金属層より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする第１導電層と、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３面を覆う前記第１導電層は、前記第３金属層の側面を覆う前記第１導電層より厚い構成とすることができる。
上記構成において、前記第１導電層は、前記第３金属層の前記第２基板側の面をさらに覆い、前記第２金属層と直接接合する構成とすることができる。
上記構成において、前記第１導電層は、前記第２金属層と直接接合する第２導電層と、前記第２金属層と前記第３金属層との間に設けられた第３導電層と、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２金属層における前記第２導電層と接合する領域は前記第２導電層の主成分と同じ主成分を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記第２導電層は、金またはアルミニウムを主成分とする構成とすることができる。
上記構成において、前記第３導電層は、チタン、クロム、タンタル、ニッケル、タングステンおよびルテニウムの少なくとも１つの元素、前記少なくとも１つの元素の窒化物を主成分とする構成とすることができる。
上記構成において、前記第３金属層を含む金属柱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基板は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた前記圧電層と、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２基板の前記第１基板側の面に設けられた素子を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記第２基板の前記第２面の少なくとも一部は別の圧電層であり、前記弾性波デバイスは、前記別の圧電層に設けられた別の弾性波素子と、前記第２金属層と前記第３金属層とを接続し、前記第１金属層および前記第２金属層より厚く銅または銀を主成分とする第４金属層と、前記第４金属層の側面と、前記第２金属層に前記第４金属層が接合する領域を囲む領域における前記第２金属層の前記第１基板側の第４面と、を覆い、前記第４金属層より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする第４導電層と、を備える構成とすることができる。
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明によれば、銅または銀のマイグレーションを抑制することができる。
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の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の金属柱付近の拡大図である。基板１０の厚さ方向をＺ方向、基板１０の平面方向をＸ方向およびＹ方向とする。
図１（ａ）に示すように、基板１０は、支持基板１０ｂと支持基板１０ｂ上に設けられた圧電基板１０ａを備えている。支持基板１０ｂと圧電基板１０ａとの間には酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の１層または複数の絶縁膜が設けられていてもよい。圧電基板１０ａ上に弾性波素子１２および金属層１４が設けられている。弾性波素子１２は例えば弾性表面波素子である。金属層１４は、弾性波素子１２に電気的に接続された配線およびパッドとして機能する。基板１０の周縁部の圧電基板１０ａは除去されており、基板１０の周縁部における支持基板１０ｂ上に、弾性波素子１２を囲むように金属層１５が設けられている。基板１０を貫通するビア配線１６が設けられている。基板１０の下面に端子１８が設けられている。端子１８は、入力端子Ｔｉｎ、出力端子（不図示）およびグランド端子Ｔｇｎｄとして機能する。ビア配線１６は金属層１４と端子１８とを電気的に接続する。基板１０の上方に基板２０が設けられている。金属層１４上に金属柱３６（ピラー）が設けられている。金属層１５上に弾性波素子１２を囲むように環状金属層３８が設けられている。
圧電基板１０ａは、例えば単結晶タンタル酸リチウム基板、単結晶ニオブ酸リチウム基板または単結晶水晶基板等の圧電基板である。単結晶タンタル酸リチウム基板、単結晶ニオブ酸リチウム基板は、例えば回転ＹカットＸ伝搬基板である。支持基板１０ｂは、例えばサファイア基板、アルミナ基板、石英基板、水晶基板、スピネル基板、ＳｉＣ基板またはシリコン基板である。金属層１４、金属層１５、ビア配線１６および端子１８は、例えば銅層、金層、銀層、チタン層、ニッケル層、タングステン層等の金属層の単層またはこれらの層の積層である。
基板１０の上方に空隙２８を介し基板２０が設けられている。基板２０の下面に素子２１および金属層２４が設けられている。素子２１は例えばインダクタまたはキャパシタ等の受動素子である。金属柱３６は金属層１４と金属層２４とを接続する。環状金属層３８は金属層１５と２４とを接続する。環状金属層３８と基板１０および２０とにより、弾性波素子１２および素子２１が空隙２８に封止される。金属柱３６および環状金属層３８は、金属層３０と金属層３０を覆う金属層３３とを備えている。基板２０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、石英基板、水晶基板、スピネル基板、ＳｉＣ基板またはシリコン基板である。金属層２４は、例えば銅層、金層、銀層、チタン層、ニッケル層、タングステン層等の金属層の単層またはこれらの層の積層である。
図１（ｂ）に示すように、金属層３３は、金属層１４の表面の領域５０、金属層３０の上面および側面を覆う。領域５０は金属層３０が金属層１４に接合する接合領域５１を囲む領域である。金属層３３は、領域５０のうち少なくとも金属層３０と弾性波素子１２との間の領域に設けられていればよい。金属層３３は、領域５０、金属層３０の上面および側面に接触する金属層３２と、金属層３２を覆い金属層３２に接触する金属層３４を備えている。金属層３０は、銅または銀を主成分とする。金属層３４は、例えば金またはアルミニウムを主成分とする。金属層３２は銅または銀のマイグレーションを抑制するバリア層であり、例えばチタン、クロム、タンタル、ニッケル、タングステンおよびルテニウムの少なくとも１つの元素、前記少なくとも１つの元素の窒化物を主成分とする。
金属層２４は、金属層２４ａ～２４ｃを備えている。金属層２４ａは素子２１に電気的に接続されている。金属層２４ｃは金属層３４と直接接合する。金属層２４ｂは金属層２４ａと２４ｃとの間に設けられている。金属層２４ｃは金属層３４と直接接合するため、例えば金属層２４ｃと３４の主成分は同じである。金属層２４ｃは、例えば金またはアルミニウムを主成分とする。金属層２４ｂは、金属層２４ａと２４ｃとの間の拡散防止のバリア層であり、例えばチタン、クロム、タンタル、ニッケル、タングステンおよびルテニウムの少なくとも１つの元素、前記少なくとも１つの元素の窒化物を主成分とする。
金属層１４、２４および３０の厚さをそれぞれＴ１～Ｔ３とする。金属層３０の上面および側面を覆う金属層３２の厚さをそれぞれＴ４ｃおよびＴ４ａとし、金属層３２の上面および側面を覆う金属層３４の厚さをそれぞれＴ５ｃおよびＴ５ａとする。領域５０を覆う金属層３２の厚さをＴ４ｂとする。領域５０を覆う金属層３４を覆う厚さをＴ５ｂとする。
金属層１４および２４の厚さＴ１およびＴ２は例えば０．１μｍ～５μｍである。金属層３０の厚さＴ３は例えば１０μｍ～１００μｍである。金属層１４および２４は、平面方向に延伸する配線として機能するため厚さＴ１およびＴ２は比較的薄い。金属層３０は、基板１０と２０とを接続し、かつ空隙２８のＺ方向の幅を大きくするため厚さＴ３は比較的厚い。厚さＴ３は、例えば厚さＴ１＋Ｔ２の２倍以上であり、５倍以上である。金属層３０の厚さＴ３は、例えば基板１０と２０との間のＺ方向の高さＨ１の１／２以上であり、４／５以上である。金属層３０の幅Ｗ１は例えば２０μｍ～２００μｍである。幅Ｗ１が大きくなるとチップ平面面積が大きくなる。このため、アスペクト比Ｔ３／Ｗ１は０．４以上であり、好ましくは０．６以上、より好ましくは１．０以上である。厚さＴ４ａ～Ｔ４ｃおよびＴ５ａ～Ｔ５ｃは各々２０ｎｍ～２００ｎｍである。厚さＴ４ａおよびＴ４ｃに比べ厚さＴ４ｂは小さく、厚さＴ５ａおよびＴ５ｃに比べ厚さＴ５ｂは小さい。例えばＴ４ａ：Ｔ４ｂ＝Ｔ５ａ：Ｔ５ｂ＝２：５である。金属層３３を金属層３０の側面に被覆させるため、金属層３０の断面形状は例えば台形状であり、側面のテーパー角は例えば７０°以上かつ９０°未満である。
図２は、実施例１における弾性波素子の平面図である。図２に示すように、弾性波素子１２は弾性表面波共振器またはＬａｍｂ波共振器である。圧電基板１０ａ上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）４０と反射器４２が形成されている。ＩＤＴ４０は、互いに対向する１対の櫛型電極４０ａを有する。櫛型電極４０ａは、複数の電極指４０ｂと複数の電極指４０ｂを接続するバスバー４０ｃとを有する。反射器４２は、ＩＤＴ４０の両側に設けられている。ＩＤＴ４０が圧電基板である基板１０に弾性表面波を励振する。弾性波の波長は一対の櫛型電極４０ａの一方の櫛型電極４０ａの電極指４０ｂのピッチにほぼ等しい。すなわち、弾性波の波長は一対の櫛型電極４０ａの電極指４０ｂのピッチの２倍にほぼ等しい。ＩＤＴ４０および反射器４２は例えばアルミニウム膜、銅膜またはモリブデン膜により形成される。圧電基板１０ａ上にＩＤＴ４０および反射器４２を覆うように保護膜または温度補償膜が設けられていてもよい。弾性波素子１２は、弾性波を励振する電極を含む。このため、弾性波を制限しないように、弾性波素子１２は空隙２８に覆われている。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図３（ａ）は基板１０の上面の平面図であり、図３（ｂ）は基板１０の下面を上方から透視した平面図である。図３（ａ）に示すように、基板１０の周縁部の圧電基板１０ａが除去され、環状金属層３８は基板１０の周縁部に設けられている。環状金属層３８はビア配線１６を介し基板１０の下面に設けられたグランド端子に接続される。圧電基板１０ａ上に弾性波素子１２および金属層１４が設けられている。弾性波素子１２は、弾性波共振器であり、ＩＤＴ４０と反射器４２を備えている。金属層１４は弾性波素子１２を接続する配線およびビア配線１６が接続されるパッドとして機能する。弾性波素子１２は直列共振器Ｓ１およびＳ２と並列共振器Ｐ１を含む。金属層１４は入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧｎｄとして機能する。入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧｎｄは、基板１０の下面に設けられた入力端子、出力端子およびグランド端子に、ビア配線１６を介し電気的に接続される。入力パッドＩｎ上に金属柱３６が設けられている。直列共振器Ｓ１およびＳ２は、入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔのとの間に直列に接続され、並列共振器Ｐ１は入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔのとの間に直列に接続される。
図３（ｂ）に示すように、基板２０の周縁部に環状金属層３８が設けられている。金属層２４により素子２１としてインダクタが形成されている。素子２１の一端は金属柱３６を介し図３（ａ）の入力パッドＩｎに電気的に接続される。素子２１の他端は金属層２４により環状金属層３８に接続され、図３（ａ）のビア配線１６を介しグランド端子に接続されている。これにより、インダクタが入力端子Ｔｉｎとグランド端子Ｔｇｎｄとの間に接続される。
図４（ａ）から図５（ｂ）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４（ａ）に示すように、支持基板１０ｂの上面に圧電基板１０ａが接合された基板１０の周縁部の圧電基板１０ａを除去する。基板１０に穴を形成し穴内にビア配線１６を形成する。ビア配線１６は基板１０を貫通していない。基板１０上に弾性波素子１２、金属層１４および１５を形成する。
図４（ｂ）に示すように、金属層１４および１５上に金属層３０を形成する。金属層３０の形成にはめっき法を用いる。めっきのマスクとなるフォトレジストの開口の側面を逆テーパー状（開口の上部の幅が開口の下部の幅より小さい）とすることで、金属層３０の側面はテーパー状（金属層３０の上部の幅が金属層３０の下部の幅より小さい）となる。圧電基板１０ａ上に設けられた金属層３０と、圧電基板１０ａが除去された支持基板１０ｂ上に設けられた金属層３０と、では、支持基板１０ｂから金属層３０の上面までの距離が異なる。
図４（ｃ）に示すように、金属層３０の上面を研削する。これにより、支持基板１０ｂから金属層３０の上面までの距離が互いに同じとなる。金属層３０の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。これにより、金属層３０の上面の算術平均粗さを例えば１ｎｍ以下とする。
図４（ｄ）に示すように、金属層３０を覆うように金属層３３を形成する。金属層３３の形成には例えばスパッタリング法およびリフトオフ法を用いる。金属層３０の側面はテーパー状でなくてもよいが、テーパー状とすると、金属層３３の被覆性が向上する。また、金属層３３の成膜条件により、金属層１４上における金属層３３の厚さ（図１（ｂ）のＴ４ｂおよびＴ５ｂ）を、金属層３０の側面における金属層３３の厚さ（図１（ｂ）のＴ４ａおよびＴ５ａ）より厚くできる。
図５（ａ）に示すように、図４（ｄ）から上下を逆にし、基板２０上に基板１０を配置する。金属層３３の上面（すなわち金属層３２の上面）および金属層２４ｃの下面にアルゴン等の不活性ガスのビームを照射することにより、金属層３３の上面および金属層２４ｃの下面を活性化する。このとき、金属層３３の上面および金属層２４ｃの下面の算術平均粗さＲａは１ｎｍ以下である。その後、図５（ｂ）に示すように、金属層３０の上の金属層３３と金属層２４ｃ（図１（ｂ）参照）とを加圧することで接合する。このような表面活性化法は常温（例えば０℃以上１００℃以下）にて行う。金属層３３の上部と金属層２４ｃとの主成分を同じとすることで、金属層３３と２４ｃとの表面活性化法による常温での接合が容易となる。その後、支持基板１０ｂの下面をビア配線１６が露出するまで研磨する。支持基板１０ｂの下面に端子１８を形成する。以上により実施例１に係る弾性波デバイスが製造される。
［比較例１］
図６は、比較例１における金属柱付近の拡大図である。比較例１では、金属柱３６ｂと金属層２４とははんだ３７により接合されている。金属層２４は、金属層２４ａとはんだ３７との間に金属層２４ｄを備えている。金属層２４ｄははんだ濡れ性のよい層であり例えばニッケル層である。圧電基板１０ａは、温度および応力により帯電する。これにより、金属柱３６ｂに電界が加わる。電界が加わった状態で水分が供給されると金属柱３６の金属が移動するイオンマイグレーションが生じる。銅および銀はイオンマイグレーションが生じやすい元素である。同様に、はんだ３７内の錫はイオンマイグレーションが生じやすい元素である。矢印５２ａのように銅または銀、矢印５２ｂのように錫のイオンが弾性波素子１２に移動すると、弾性波素子１２が劣化する。例えば弾性波素子１２の電極指間が短絡する。弾性波デバイスを製造するとき、または弾性波デバイスを用いるときに温度が変化したり、応力が加わると、銅または銀のイオンマイグレーションが発生し、弾性波素子１２が劣化する。
図６は、比較例１における金属柱付近の拡大図である。比較例１では、金属柱３６ｂと金属層２４とははんだ３７により接合されている。金属層２４は、金属層２４ａとはんだ３７との間に金属層２４ｄを備えている。金属層２４ｄははんだ濡れ性のよい層であり例えばニッケル層である。圧電基板１０ａは、温度および応力により帯電する。これにより、金属柱３６ｂに電界が加わる。電界が加わった状態で水分が供給されると金属柱３６の金属が移動するイオンマイグレーションが生じる。銅および銀はイオンマイグレーションが生じやすい元素である。同様に、はんだ３７内の錫はイオンマイグレーションが生じやすい元素である。矢印５２ａのように銅または銀、矢印５２ｂのように錫のイオンが弾性波素子１２に移動すると、弾性波素子１２が劣化する。例えば弾性波素子１２の電極指間が短絡する。弾性波デバイスを製造するとき、または弾性波デバイスを用いるときに温度が変化したり、応力が加わると、銅または銀のイオンマイグレーションが発生し、弾性波素子１２が劣化する。
実施例１によれば、図１（ｂ）のように、基板１０（第１基板）の上面（第１面）の少なくとも一部は圧電基板１０ａ（圧電層）であり、圧電基板１０ａ上に弾性波素子１２が設けられている。基板２０（第２基板）は、弾性波素子１２と空隙２８を介し設けられている。金属層１４（第１金属層）は、基板１０の上面（基板２０側の第１面）に設けられ、弾性波素子１２と導通可能に接続されている。金属層２４（第２金属層）は基板２０の下面（基板１０側の第２面）に設けられている。金属層３０（第３金属層）は金属層１４と２４とを接続する。
このような構造において、金属柱３６を低抵抗化するため、金属層１４および２４より厚い金属層３０が銅または銀を主成分とする。金属層１４が帯電しやすい圧電基板１０ａ上に設けられた弾性波素子１２に導通可能であると、金属層３０に電界が加わる。これにより、比較例１のようにイオンマイグレーションにより金属層３０の銅または銀が弾性波素子１２に移動し、弾性波素子１２が劣化することが考えられる。
そこで、金属層３０の側面と、金属層１４に金属層３０が接合する接合領域５１を囲む領域５０における金属層３０の上面（第３面）と、を覆うように、金属層３０より薄く銅、銀および錫以外を主成分とする（すなわち銅、銀および錫を主成分としない）金属層３３（第１導電層）を設ける。これにより、金属層３３が図６の矢印５２ａのような銅または銀のマイグレーションのバリアとなる。よって、銅または銀が弾性波素子１２に移動するマイグレーションを抑制できる。なお、金属層３０は銅を主成分とすることが好ましい。これにより、金属層３０が銀を主成分とする場合に比べ金属層３０をめっき法により簡単に形成できる。
領域５０を覆う金属層３３の厚さＴ４ｂ＋Ｔ５ｂは、金属層３０の側面を覆う金属層３３の厚さＴ４ａ＋Ｔ５ａより厚い。これにより、領域５０における金属層３３が金属層３０から弾性波素子１２への銅または銀のマイグレーションをより抑制する。
金属層３３は、金属層３０の上面（基板２０側の面）をさらに覆い、金属層２４と直接接合する。金属層３３は錫を主成分としないことにより、比較例１のように、はんだ３７を用いなくてもよい。このため、矢印５２ｂのように錫が弾性波素子１２にマイグレーションすることを抑制できる。
金属層３４（第２導電層）は、金属層２４と接合し、金属層３２（第３導電層）は、金属層３４と３０との間に設けられている。これにより、金属層３４は金属層２４と接合しやすい材料を用い、金属層３２は銅または銀のバリアとなりやすい材料を用いることができる。
金属層２４のうち金属層３４と接合する領域の金属層２４ｃは金属層３４の主成分と同じ主成分を有する。これにより、金属層２４ｃと３４との間に金属間化合物が生成されることを抑制できる。よって、金属層２４ｃと３４との接合品質を向上できる。
圧電基板１０ａは高温になると応力等により帯電しやすくなる。また、高温になるとめっき法により形成した金属層３０等から水分が空隙２８に放出される。空隙２８内の水分により、金属層３０における銅または銀のイオンマイグレーションが生じやすくなる。金属層３４と２４との接合を高温で行うと、上記のように銅または銀のマイグレーションが生じやすくなる。そこで、表面活性化法を用い、金属層２４と３４とを常温において接合する。これにより、マイグレーションを抑制できる。
金属層３４は、金またはアルミニウムを主成分とする。これにより、金属層２４と３０との直接接合が容易となる。金属層３４は金を主成分とすることが好ましい。これにより、金属層２４と３０との直接接合がより容易となる。また、金およびアルミニウムは銅または銀よりイオンマイグレーションが生じにくい。
金属層３２は、チタン、クロム、タンタル、ニッケル、タングステンおよびルテニウムの少なくとも１つの元素、これらの元素の窒化物を主成分とする。これにより、これらの元素または窒化物は銅または銀のイオンマイグレーションのバリアとして機能する。よって、マイグレーションをより抑制できる。
金属層３０を含む金属柱３６は、基板１０と２０とを接続する。このように、金属柱３６は基板１０と２０とを電気的に接続するため銅または銀を主成分とすることが好ましい。よって、マイグレーションを抑制する金属層３３を設けることが好ましい。なお、環状金属層３８の金属層３０から銅または銀が弾性波素子１２に移動する可能性もある。よって、環状金属層３８に金属層３３を設けることが好ましい。
基板１０は、支持基板１０ｂと、支持基板１０ｂ上に設けられた圧電基板１０ａと、を備える。支持基板１０ｂの熱膨張係数を圧電基板１０ａの弾性波の伝搬方向の熱膨張係数より小さくする。これにより、弾性波素子１２の温度変化を抑制できる。しかし、圧電基板１０ａに熱応力が加わるため、圧電基板１０ａが帯電しやすくなる。よって、金属層３０における電界が大きくなりイオンマイグレーションが生じやすくなる。よって、マイグレーションを抑制する金属層３３を設けることが好ましい。
圧電基板１０ａ上に金属層３０が設けられている場合、金属層３０から圧電基板１０ａに加わる応力により圧電基板１０ａが帯電し、金属層３０の加わる電界が大きくなりやすい。これにより、金属層３０の銅または銀のマイグレーションが生じやすくなる。よって、金属層３３を設けることが好ましい。
基板２０には、素子が設けられておらず、単なるリッドでもよい。しかし、基板２０に、受動素子等が設けられている場合、素子２１と弾性波素子１２を電気的に接続するため、金属層３０は銅または銀を主成分とすることが好ましい。よって、マイグレーションを抑制する金属層３３を設けることが好ましい。
基板１０と２０との間には錫を含むはんだ層は設けられていない。これにより、図６の矢印５２ｂのように、錫のイオンマイグレーションを抑制できる。
ある金属層がある元素または化合物を主成分とするとは、ある金属層に意図せずまたは意図的に不純物が含有することを含み、例えば金属層におけるある元素または化合物濃度は５０原子％以上であり、８０原子％以上であり、９０原子％以上である。
［実施例１の変形例１］
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の金属柱付近の拡大図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、金属柱３６下の圧電基板１０ａが除去されている。金属柱３６は圧電基板１０ａが除去された支持基板１０ｂ上に設けられている。実施例１の変形例１のように、金属柱３６は圧電基板１０ａ上に設けられていない場合にも、弾性波素子１２と金属層３０とが金属層１４を介し電気的に接続されていれば、圧電基板１０ａの帯電により金属層３０に電界が加わる。よって、金属層３０の銅または銀のマイグレーションが生じる可能性がある。よって、金属層３３を設けることが好ましい。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の金属柱付近の拡大図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、金属柱３６下の圧電基板１０ａが除去されている。金属柱３６は圧電基板１０ａが除去された支持基板１０ｂ上に設けられている。実施例１の変形例１のように、金属柱３６は圧電基板１０ａ上に設けられていない場合にも、弾性波素子１２と金属層３０とが金属層１４を介し電気的に接続されていれば、圧電基板１０ａの帯電により金属層３０に電界が加わる。よって、金属層３０の銅または銀のマイグレーションが生じる可能性がある。よって、金属層３３を設けることが好ましい。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。
［実施例１の変形例２］
図８（ａ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）に示すように、基板１０は圧電基板であり、金属柱３６および環状金属層３８は圧電基板上に設けられている。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。
図８（ａ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）に示すように、基板１０は圧電基板であり、金属柱３６および環状金属層３８は圧電基板上に設けられている。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。
［実施例１の変形例３］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）に示すように、基板２０は、支持基板２０ｂと支持基板２０ｂ下に設けられた圧電基板２０ａとを備えている。圧電基板２０ａの下面に弾性波素子２２および金属層２４が設けられている。圧電基板２０ａ、支持基板２０ｂ、弾性波素子２２および金属層２４は、圧電基板１０ａ、支持基板１０ｂ、弾性波素子１２および金属層１４と同じ構成であり説明を省略する。金属層２４下に金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａが設けられている。金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａは、金属層３０ａおよび３３ａを備えている。金属層３０ａおよび３３ａは金属層３０および３３と同じ構成であり説明を省略する。金属柱３６の上面の金属層３３と金属柱３６ａの下面の金属層３３ａが直接接合され、環状金属層３８の上面の金属層３３と環状金属層３８ａの下面の金属層３３ａが直接接合されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図８（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）に示すように、基板２０は、支持基板２０ｂと支持基板２０ｂ下に設けられた圧電基板２０ａとを備えている。圧電基板２０ａの下面に弾性波素子２２および金属層２４が設けられている。圧電基板２０ａ、支持基板２０ｂ、弾性波素子２２および金属層２４は、圧電基板１０ａ、支持基板１０ｂ、弾性波素子１２および金属層１４と同じ構成であり説明を省略する。金属層２４下に金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａが設けられている。金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａは、金属層３０ａおよび３３ａを備えている。金属層３０ａおよび３３ａは金属層３０および３３と同じ構成であり説明を省略する。金属柱３６の上面の金属層３３と金属柱３６ａの下面の金属層３３ａが直接接合され、環状金属層３８の上面の金属層３３と環状金属層３８ａの下面の金属層３３ａが直接接合されている。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４］
図９は、実施例１の変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９に示すように、基板２０の下に弾性波素子２２として圧電薄膜共振器が設けられている。
図９は、実施例１の変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９に示すように、基板２０の下に弾性波素子２２として圧電薄膜共振器が設けられている。
図１０は、実施例１の変形例４における弾性波素子の断面図である。図１０に示すように、圧電薄膜共振器である弾性波素子２２では、基板２０上に圧電膜４６が設けられている。圧電膜４６を挟むように下部電極４４および上部電極４８が設けられている。下部電極４４と基板１０との間に空隙４５が形成されている。圧電膜４６の少なくとも一部を挟み下部電極４４と上部電極４８とが対向する領域が共振領域４７である。共振領域４７において、下部電極４４および上部電極４８は圧電膜４６内に、厚み縦振動モードの弾性波を励振する。下部電極４４および上部電極４８は例えばルテニウム膜等の金属膜である。圧電膜４６は例えば窒化アルミニウム膜である。空隙４５の代わりに弾性波を反射する音響反射膜が設けられていてもよい。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。
実施例１の変形例３および４のように、基板２０の下面（第２面）の少なくとも一部は圧電基板２０ａ（別の圧電層）であり、圧電基板２０ａに弾性波素子２２（別の弾性波素子）が設けられている。金属層３０ａ（第４金属層）は金属層２４と３０とを接続し、金属層１４および２４より厚く銅または銀を主成分とする。金属層３３ａ（第４導電層）は、金属層３０ａの側面と、金属層２４に金属層３０ａが接合する領域を囲む領域における金属層２４の下面（第４面）と、覆い、金属層２４より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする。これにより、金属層３０ａの銅または銀が弾性波素子２２にマイグレーションすることを抑制できる。環状金属層３８と３８ａを接合しているため、強度が弱くなりやすい。よって、環状金属層３８と３８ａの幅を実施例１の環状金属層３８の幅より大きくすることが好ましい。
［実施例１の変形例５］
図１１は、実施例１の変形例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１に示すように、基板２０における圧電基板２０ａは、支持基板２０ｂの上面に設けられている。基板２０の下面には金属層２７ａおよび２７ｂが設けられている。金属柱３６および環状金属層３８はそれぞれ金属層２７ａおよび２７ｂに接合されている。金属層２７ａはシールドとして機能する。基板２０上にリッド５４が設けられている。リッド５４の下面には金属層５５が設けられている。リッド５４を貫通するビア配線５６が設けられている。リッド５４上に金属層５８が設けられている。ビア配線５６は金属層５５と５８とを接続する。金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａは金属層５５に接合する。リッド５４および環状金属層３８ａは弾性波素子２２を空隙２８ａに封止する。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例５のように、基板２０上に素子が設けられていてもよい。
図１１は、実施例１の変形例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１に示すように、基板２０における圧電基板２０ａは、支持基板２０ｂの上面に設けられている。基板２０の下面には金属層２７ａおよび２７ｂが設けられている。金属柱３６および環状金属層３８はそれぞれ金属層２７ａおよび２７ｂに接合されている。金属層２７ａはシールドとして機能する。基板２０上にリッド５４が設けられている。リッド５４の下面には金属層５５が設けられている。リッド５４を貫通するビア配線５６が設けられている。リッド５４上に金属層５８が設けられている。ビア配線５６は金属層５５と５８とを接続する。金属柱３６ａおよび環状金属層３８ａは金属層５５に接合する。リッド５４および環状金属層３８ａは弾性波素子２２を空隙２８ａに封止する。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例５のように、基板２０上に素子が設けられていてもよい。
実施例１およびその変形例では、素子２１としてインダクタおよび弾性波素子２２（圧電薄膜共振器または弾性表面波共振器）の例を説明したが、素子２１は、インダクタまたはキャパシタ等の受動素子、トランジスタを含む能動素子、またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子でもよい。
図１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１２（ａ）に示すように、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が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。実施例２のフィルタを弾性波素子１２で形成してもよい。直列共振器および並列共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モード型フィルタでもよい。
図１２（ｂ）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１２（ｂ）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６０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 基板
１２、２２ 弾性波素子
１４、１５、２４、２４ａ～２４ｃ、３０、３２、３３、３３ａ、３４、５５、５８ 金属層
１６ ビア配線
１８ 端子
２８、２８ａ 空隙
３６、３６ａ 金属柱
３８、３８ａ 環状金属層
６０ 送信フィルタ
６２ 受信フィルタ
１２、２２ 弾性波素子
１４、１５、２４、２４ａ～２４ｃ、３０、３２、３３、３３ａ、３４、５５、５８ 金属層
１６ ビア配線
１８ 端子
２８、２８ａ 空隙
３６、３６ａ 金属柱
３８、３８ａ 環状金属層
６０ 送信フィルタ
６２ 受信フィルタ
上記構成において、前記第１導電層は、前記第２金属層と直接接合する第２導電層と、前記第２導電層と前記第３金属層との間に設けられた第３導電層と、を備える構成とすることができる。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図３（ａ）は基板１０の上面の平面図であり、図３（ｂ）は基板１０の下面を上方から透視した平面図である。図３（ａ）に示すように、基板１０の周縁部の圧電基板１０ａが除去され、環状金属層３８は基板１０の周縁部に設けられている。環状金属層３８はビア配線１６を介し基板１０の下面に設けられたグランド端子に接続される。圧電基板１０ａ上に弾性波素子１２および金属層１４が設けられている。弾性波素子１２は、弾性波共振器であり、ＩＤＴ４０と反射器４２を備えている。金属層１４は弾性波素子１２を接続する配線およびビア配線１６が接続されるパッドとして機能する。弾性波素子１２は直列共振器Ｓ１およびＳ２と並列共振器Ｐ１を含む。金属層１４は入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧｎｄとして機能する。入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧｎｄは、基板１０の下面に設けられた入力端子、出力端子およびグランド端子に、ビア配線１６を介し電気的に接続される。入力パッドＩｎ上に金属柱３６が設けられている。直列共振器Ｓ１およびＳ２は、入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔのとの間に直列に接続され、並列共振器Ｐ１は入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔのとの間に並列に接続される。
Claims (13)
- 第１面の少なくとも一部が圧電層である第１基板と、
前記圧電層の前記第１面に設けられた弾性波素子と、
前記弾性波素子と空隙を介し設けられた第２基板と、
前記第１面に設けられ、前記弾性波素子と導通可能に接続された第１金属層と、
前記第２基板の前記第１基板側の第２面に設けられた第２金属層と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを接続し、前記第１金属層および前記第２金属層より厚く銅または銀を主成分とする第３金属層と、
前記第３金属層の側面と、前記第１金属層に前記第３金属層が接合する領域を囲む領域における前記第１金属層の前記第２基板側の第３面と、を覆い、前記第３金属層より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする第１導電層と、
を備える弾性波デバイス。 - 前記第３面を覆う前記第１導電層は、前記第３金属層の側面を覆う前記第１導電層より厚い請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記第１導電層は、前記第３金属層の前記第２基板側の面をさらに覆い、前記第２金属層と直接接合する請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 前記第１導電層は、前記第２金属層と直接接合する第２導電層と、前記第２金属層と前記第３金属層との間に設けられた第３導電層と、を備える請求項３に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２金属層における前記第２導電層と接合する領域は前記第２導電層の主成分と同じ主成分を有する請求項４に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２導電層は、金またはアルミニウムを主成分とする請求項４または５に記載の弾性波デバイス。
- 前記第３導電層は、チタン、クロム、タンタル、ニッケル、タングステンおよびルテニウムの少なくとも１つの元素、前記少なくとも１つの元素の窒化物を主成分とする請求項４から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第３金属層を含む金属柱を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第1基板は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた前記圧電層と、を備える請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２基板の前記第１基板側の面に設けられた素子を含む請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２基板の前記第２面の少なくとも一部は別の圧電層であり、
前記弾性波デバイスは、
前記別の圧電層に設けられた別の弾性波素子と、
前記第２金属層と前記第３金属層とを接続し、前記第１金属層および前記第２金属層より厚く銅または銀を主成分とする第４金属層と、
前記第４金属層の側面と、前記第２金属層に前記第４金属層が接合する領域を囲む領域における前記第２金属層の前記第１基板側の第４面と、を覆い、前記第４金属層より薄く、銅、銀および錫以外を主成分とする第４導電層と、
を備える請求項１または２に記載の弾性波デバイス。 - 請求項１０または１１に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
- 請求項１２に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
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