JP2024003636A - Acoustic wave device, filter, multiplexer, and wafer - Google Patents
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Abstract
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ウエハに関する。 The present invention relates to acoustic wave devices, filters, multiplexers, and wafers.
スマートフォン等の通信機器に弾性表面波共振器等の弾性波素子が用いられている。弾性波素子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(例えば特許文献1)。弾性表面波共振器において共振周波数と反共振周波数の周波数温度係数(TCF:Temperature Coefficients of Frequency)が異な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線膨張係数の差に起因した圧電層の上面の応力が大きくなると、共振周波数のTCFと反共振周波数のTCFとの差が大きくなることが知られている(例えば非特許文献1)。 Acoustic wave elements such as surface acoustic wave resonators are used in communication devices such as smartphones. It is known to bond a piezoelectric layer forming an acoustic wave element to a support substrate (for example, Patent Document 1). It is known that in a surface acoustic wave resonator, the resonant frequency and the anti-resonant frequency have different temperature coefficients of frequency (TCF) (for example, Patent Document 2). It is known that when the stress on the top surface of the piezoelectric layer due to the difference in linear expansion coefficient between the piezoelectric layer and the support substrate increases, the difference between the TCF of the resonant frequency and the TCF of the anti-resonant frequency increases (for example, Patent Document 1).
共振周波数と反共振周波数とのTCFの差を小さくすることが求められている。 There is a need to reduce the difference in TCF between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振周波数と反共振周波数とのTCFの差を小さくすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the difference in TCF between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられ、配列方向に配列する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板上に設けられ、上面に前記一対の櫛型電極が設けられ、前記配列方向における線膨張係数が前記支持基板の線膨張係数より大きく、ヤング率が前記支持基板のヤング率以下である圧電層と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記支持基板の線膨張係数より3ppm/℃以上大きい線膨張係数を有する中間層と、を備える弾性波デバイスである。 The present invention provides a supporting substrate, at least a pair of comb-shaped electrodes provided on the supporting substrate and having a plurality of electrode fingers arranged in an arrangement direction, and a pair of comb-shaped electrodes provided on the supporting substrate and having a plurality of comb-shaped electrodes arranged on an upper surface. a piezoelectric layer provided with an electrode, having a linear expansion coefficient greater than that of the support substrate in the arrangement direction and a Young's modulus equal to or less than the Young's modulus of the support substrate, and between the support substrate and the piezoelectric layer; and an intermediate layer having a linear expansion coefficient that is 3 ppm/°C or more larger than the linear expansion coefficient of the supporting substrate.
上記構成において、前記中間層の線膨張係数は前記圧電層の前記配列方向における線膨張係数より小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the linear expansion coefficient of the intermediate layer may be smaller than the linear expansion coefficient of the piezoelectric layer in the arrangement direction.
上記構成において、前記支持基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板またはスピネル基板であり、前記圧電層は、単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。 In the above configuration, the supporting substrate is a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, or a spinel substrate, and the piezoelectric layer is a single crystal rotating Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate or a single-crystal rotating Y-cut X-propagating lithium niobate substrate. It is possible to have a certain configuration.
上記構成において、前記中間層は金属層である構成とすることができる。 In the above structure, the intermediate layer may be a metal layer.
本発明は、サファイア基板、炭化シリコン基板またはスピネル基板である支持基板と、単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、前記支持基板上に設けられた圧電層と、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、銅、ニッケル、鉄、金、コバルト、パラジウムの少なくとも1つを主成分とする中間層と、を備える弾性波デバイスである。 The present invention provides a supporting substrate that is a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, or a spinel substrate, and a single crystal rotating Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate or a single-crystal rotating Y-cut X-propagating lithium niobate substrate; a piezoelectric layer provided on the piezoelectric layer; at least a pair of comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric layer and including a plurality of electrode fingers; , an intermediate layer containing at least one of cobalt and palladium as a main component.
上記構成において、前記中間層の厚さは前記支持基板の厚さの0.05倍以上かつ1倍以下である構成とすることができる。 In the above structure, the thickness of the intermediate layer may be 0.05 times or more and 1 times or less the thickness of the supporting substrate.
上記構成において、前記圧電層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの2倍以下である構成とすることができる。 In the above structure, the thickness of the piezoelectric layer may be twice or less the average pitch of the plurality of electrode fingers.
上記構成において、前記中間層と前記圧電層との間に絶縁層を備える構成とすることができる。 In the above structure, an insulating layer may be provided between the intermediate layer and the piezoelectric layer.
本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。 The present invention is a filter including the above elastic wave device.
本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer including the above filter.
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられ、線膨張係数が前記支持基板の線膨張係数より大きく、ヤング率が前記支持基板のヤング率以下である圧電層と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記支持基板の線膨張係数より3ppm/℃以上大きい線膨張係数を有する中間層と、を備えるウエハである。 The present invention provides a support substrate, a piezoelectric layer provided on the support substrate and having a coefficient of linear expansion larger than that of the support substrate and a Young's modulus equal to or less than the Young's modulus of the support substrate; The wafer is provided with an intermediate layer provided between the piezoelectric layer and having a coefficient of linear expansion that is 3 ppm/°C or more larger than a coefficient of linear expansion of the support substrate.
本発明によれば、共振周波数と反共振周波数とのTCFの差を小さくすることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the difference in TCF between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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、実施例1に係る弾性波デバイスの断面図である。電極指の配列方向をX方向、電極指の延伸方向をY方向、支持基板及び圧電層の積層方向をZ方向とする。X方向、Y方向、及びZ方向は、圧電層の結晶方位のX軸方向及び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。 FIG. 1(a) is a plan view of an acoustic wave device according to Example 1, and FIG. 1(b) is a cross-sectional view of the acoustic wave device according to Example 1. The direction in which the electrode fingers are arranged is the X direction, the direction in which the electrode fingers extend is the Y direction, and the direction in which the supporting substrate and the piezoelectric layer are laminated is the Z direction. The X direction, Y direction, and Z direction do not necessarily correspond to the X-axis direction and Y-axis direction of the crystal orientation of the piezoelectric layer. When the piezoelectric layer is a rotating Y-cut X-propagation substrate, the X direction is the X-axis direction of the crystal orientation.
図1(a)および図1(b)に示すように、実施例1の弾性波デバイスでは、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の間に応力緩和層12が設けられている。支持基板10、応力緩和層12および圧電層14の厚さはそれぞれT0、T2およびT4である。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上に設けられた金属膜16により形成される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the acoustic wave device of Example 1, a
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1本毎に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。
The IDT 22 includes a pair of comb-
圧電層14は、例えば単結晶タンタル酸リチウム(LiTaO3)基板または単結晶ニオブ酸リチウム(LiNbO3)基板であり、例えば回転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X伝搬ニオブ酸リチウム基板である。一対の櫛型電極20が主に励振する弾性波がSH(Shear Horizontal)波であるとき、圧電層14は、36°以上かつ50°以下回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板である。圧電層14の厚さT4は、スプリアスおよび損失を抑制する観点から1λ以下が好ましく、0.5λ以下がより好ましい。圧電層14が薄くなりすぎると弾性波が励振されにくくなることから、厚さT4は、0.1λ以上が好ましい。
The
支持基板10は、例えばサファイア基板、スピネル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Al2O3基板であり、スピネル基板は多結晶または非晶質MgAl2O4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TCFを小さくできる。また、支持基板10のヤング率は圧電層14のヤング率より大きい。これにより、支持基板10は、圧電層14を支持する基板として機能し、強度を大きくできる。
応力緩和層12は、例えば銅層、ニッケル層、鉄層、金層、コバルト層またはパラジウム層等の金属層である。応力緩和層12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く、支持基板10の線膨張係数より大きい。これにより、共振周波数のTCFと反共振周波数のTCFの差を小さくできる。
The
[比較例1]
図2は、比較例1に係る弾性波デバイスの断面図である。図2に示すように、比較例1では、支持基板10と圧電層14との間に応力緩和層12が設けられていない。その他の構成は実施例1と同じである。
[Comparative example 1]
FIG. 2 is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 2, in Comparative Example 1, the
[実験]
比較例1における共振周波数frのTCF@frと反共振周波数faのTCF@faとの差ΔTCFと圧電層14の厚さとの関係を調べた。実験条件は以下である。
支持基板10:厚さT0が125μm~148.7μmの単結晶サファイア基板
圧電層14:厚さT4が1.3μm~25μmの42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指18のピッチの2倍λ:略4μm
T0+T4は150μmで一定である。
[experiment]
The relationship between the difference ΔTCF between TCF@fr at the resonant frequency fr and TCF@fa at the anti-resonant frequency fa in Comparative Example 1 and the thickness of the
Support substrate 10: Single crystal sapphire substrate with a thickness T0 of 125 μm to 148.7 μm Piezoelectric layer 14: 42° rotated Y cut X propagation lithium tantalate substrate with a thickness T4 of 1.3 μm to 25 μm 2 of the pitch of the
T0+T4 is constant at 150 μm.
図3は、実験1におけるT4/T0に対するΔTCFを示す図である。ドットは測定点を示し、直線は近似直線を示す。図3に示すように、支持基板10の厚さT0に対する圧電層14の厚さT4の比T4/T0が大きくなるとΔTCFが小さくなる。これは、非特許文献1に記載されているように、厚さT4が大きくなると、支持基板10と圧電層14との線膨張係数に起因した圧電層14の上面における応力が小さくなるためと考えられる。
FIG. 3 is a diagram showing ΔTCF versus T4/T0 in
[シミュレーション1]
比較例1において、支持基板10のヤング率を変え、圧電層14の上面における熱応力を、2次元有限要素法を用いシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
支持基板10
厚さT0:100μm
線膨張係数α0:7ppm/℃
ヤング率:E0
圧電層14:
材料:42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板
厚さT4:3μm
X軸方向線膨張係数α4x:16.1ppm/℃
Z軸方向線膨張係数α4z:10.7ppm/℃
ヤング率E4:230GPa
電極指18は設けられていない
幅:1000μm
温度差:60℃
[Simulation 1]
In Comparative Example 1, the Young's modulus of the
Thickness T0: 100μm
Linear expansion coefficient α0: 7ppm/℃
Young's modulus: E0
Piezoelectric layer 14:
Material: 42° rotation Y cut X propagation lithium tantalate substrate Thickness T4: 3μm
X-axis linear expansion coefficient α4x: 16.1 ppm/°C
Z-axis linear expansion coefficient α4z: 10.7ppm/℃
Young's modulus E4: 230GPa
No
Temperature difference: 60℃
図4は、シミュレーション1における支持基板10のヤング率E0に対する圧電層14の上面の規格化応力を示す図である。ドットは測定点を示す。縦軸は、E0=470GPaのときの圧電層14の上面の応力で規格化した規格化応力である。応力は負になっている。これは応力が圧縮応力であることを示している。図4に示すように、支持基板10のヤング率E0が200GPa以上では圧電層14の上面における応力はほとんど変わらず-1である。ヤング率E0が200GPaより小さくなると応力の絶対値は小さくなる。以上のように、支持基板10のヤング率E0が大きい場合、圧電層14の表面の応力が大きくなりΔTCFが大きくなる。
FIG. 4 is a diagram showing the normalized stress on the upper surface of the
以上の比較例1の問題点をまとめる。圧電層14のX方向(電極指18の配列方向)の線膨張係数α4xより小さい線膨張係数を有する支持基板10を設けることで、温度が変化したときの、圧電層14の上面における線膨張を小さくできる。これによりTCFを小さくできる。しかし、圧電層14の厚さT4が小さくなると、圧電層14の上面における熱応力は大きくなる。これにより、ΔTCFが大きくなる。ΔTCFが大きくなると、共振周波数におけるTCF@Trと反共振周波数におけるTCF@faとの両方を小さくすることが難しくなる。支持基板10は、圧電層14を支持する機能から圧電層14のヤング率以上のヤング率を有する。このため、図4のように、圧電層14の上面における応力が大きくなる。よって、ΔTCFが大きくなる。例えばラダー型フィルタでは、通過帯域の高周波端は直列共振器の反共振周波数により形成され、通過帯域の低周波端は並列共振器の共振周波数により形成される。このため、ΔTCFが大きいと通過帯域の温度特性が悪くなる。よって、ΔTCFの小さな弾性波デバイスが求められる。
The problems of the above comparative example 1 are summarized. By providing the supporting
[シミュレーション2]
そこで、実施例1において、支持基板10の厚さT0に対する応力緩和層12の厚さT2の比T2/T0と、応力緩和層12の線膨張係数α2と支持基板10の線膨張係数α0の差Δα=α2-α0と、を変えて、圧電層14の上面における応力と、支持基板10の反りと、を2次元有限要素法を用いシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
支持基板10
厚さT0:100μm
線膨張係数α0:7ppm/℃
ヤング率E0:470GPa
応力緩和層12
厚さT2:0μm~50μm
線膨張係数α2:2ppm/℃~22ppm/℃
ヤング率E2:200GPa
圧電層14:
材料:42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板
厚さT4:0.5μm
X軸方向における線膨張係数α4x:16.1ppm/℃
Z軸方向における線膨張係数α4z:10.7ppm/℃
ヤング率E4:230GPa
電極指18は設けられていない
幅:1000μm
温度差:60℃
α0を7ppm/℃に固定し、α2を変化させている。
[Simulation 2]
Therefore, in Example 1, the ratio T2/T0 of the thickness T2 of the
Thickness T0: 100μm
Linear expansion coefficient α0: 7ppm/℃
Young's modulus E0: 470GPa
Thickness T2: 0μm to 50μm
Linear expansion coefficient α2: 2ppm/°C to 22ppm/°C
Young's modulus E2: 200GPa
Piezoelectric layer 14:
Material: 42° rotation Y cut X propagation lithium tantalate substrate Thickness T4: 0.5 μm
Linear expansion coefficient α4x in the X-axis direction: 16.1 ppm/°C
Linear expansion coefficient α4z in Z-axis direction: 10.7 ppm/°C
Young's modulus E4: 230GPa
No
Temperature difference: 60℃
α0 is fixed at 7 ppm/°C, and α2 is varied.
図5(a)は、シミュレーション2における厚さ比T2/T0に対する圧電層の上面の規格化応力を示す図、図5(b)は、厚さ比T2/T0に対する支持基板の反りを示す図である。Δαはα2-α0である。規格化応力は、圧電層14の上面における応力を、応力緩和層12を設けないときの応力で規格化している。規格化応力は負になっている。これは圧縮応力であることを示している。反りは、幅1000μmのチップの最小二乗平面を基準とした最大値と最小値との差である。
FIG. 5(a) is a diagram showing the normalized stress on the top surface of the piezoelectric layer with respect to the thickness ratio T2/T0 in simulation 2, and FIG. 5(b) is a diagram showing the warpage of the support substrate with respect to the thickness ratio T2/T0. It is. Δα is α2−α0. The normalized stress is the stress on the upper surface of the
図5(a)に示すように、Δα=0のときは、厚さ比T2/T0が変わっても規格化応力は-1であり変わらない。Δαが正のとき、厚さ比T2/T0が大きくなると規格化応力は-1から正側に変化する。Δα=+15ppm/℃では厚さ比T2/T0が0.43付近で規格化応力が0となる。Δαが+10ppm/℃のとき規格化応力はαが+15ppm/℃のときより負側となる。Δαが+5ppm/℃のとき規格化応力はΔαが+10ppm/℃のときと0のときとの間となる。Δαが負になると、規格化応力の絶対値は大きくなる。以上より、規格化応力を0に近づけるためには、Δαを正に大きくし、厚さ比T2/T0を大きくすることが好ましい。 As shown in FIG. 5(a), when Δα=0, the normalized stress remains -1 even if the thickness ratio T2/T0 changes. When Δα is positive, as the thickness ratio T2/T0 increases, the normalized stress changes from −1 to the positive side. At Δα=+15 ppm/° C., the normalized stress becomes 0 when the thickness ratio T2/T0 is around 0.43. When Δα is +10 ppm/°C, the normalized stress becomes more negative than when α is +15 ppm/°C. When Δα is +5 ppm/°C, the normalized stress is between when Δα is +10 ppm/°C and when Δα is 0. When Δα becomes negative, the absolute value of the normalized stress increases. From the above, in order to bring the normalized stress close to 0, it is preferable to increase Δα positively and increase the thickness ratio T2/T0.
図5(b)に示すように、Δα=0のときは、厚さ比T2/T0が変わっても反りは0であり変わらない。Δαが正のとき、厚さ比T2/T0が大きくなると反りは大きくなる。Δαが大きくなると、同じ厚さ比T2/T0における反りが大きくなる。Δαが負のとき、厚さ比T2/T0が大きくなると反りは大きくなる。Δα=+5ppm/℃とΔα=-5ppm/℃のときとで反りは同程度である。以上より、Δαの絶対値を大きくし、厚さ比T2/T0を大きくすると反りが大きくなる。反りが大きくなると、例えば製造装置においてウエハが吸着できないなどの問題が生じる。反りの観点からはΔαの絶対値は小さく、厚さ比T2/T0は小さいことが好ましい。 As shown in FIG. 5(b), when Δα=0, the warpage is 0 and does not change even if the thickness ratio T2/T0 changes. When Δα is positive, the warpage increases as the thickness ratio T2/T0 increases. As Δα increases, the warpage at the same thickness ratio T2/T0 increases. When Δα is negative, the warpage increases as the thickness ratio T2/T0 increases. The warpage is about the same when Δα=+5 ppm/°C and when Δα=−5 ppm/°C. From the above, when the absolute value of Δα is increased and the thickness ratio T2/T0 is increased, the warpage increases. If the warpage increases, problems arise, such as the wafer not being able to be picked up in manufacturing equipment, for example. From the viewpoint of warpage, it is preferable that the absolute value of Δα is small and the thickness ratio T2/T0 is small.
実施例1によれば、支持基板10の線膨張係数α0を圧電層14のX方向(電極指18が配列する配列方法)における線膨張係数α4xより小さくする。これにより、圧電層14の上面における電極指18のピッチDの温度依存性が小さくなり、TCFの絶対値が小さくなる。また、支持基板10のヤング率E0を圧電層14のヤング率E4以上にする。これにより、支持基板10は圧電層14を支持する機能をより発揮できる。例えば、支持基板10のヤング率が小さい場合、支持基板10と圧電層14との熱応力に起因した支持基板10の反りが大きくなってしまう。ヤング率E0をE4以上とすることで、熱応力に起因する支持基板10の反りを抑制できる。しかし、圧電層14の上面において、支持基板10と圧電層14との線膨張係数の差に起因する熱応力が大きくなる。特に、支持基板10のヤング率が圧電層14のヤング率以上の場合には、図4のように、圧電層14の上面における熱応力が大きい。このため、ΔTCFが大きくなる。そこで、支持基板10と圧電層14との間に応力緩和層12(中間層)を設ける。応力緩和層12の線膨張係数α2を支持基板10の線膨張係数α0より3ppm/℃以上大きくする。すなわち、線膨張係数α2はα0より大きく、α2とα0との差は3ppm/℃以上である。これにより、図5(a)のように、圧電層14の上面における熱応力が小さくなる。よって、ΔTCFを小さくできる。
According to the first embodiment, the linear expansion coefficient α0 of the
TCFの絶対値を小さくする観点から支持基板10の線膨張係数α0は、圧電層14のX方向における線膨張係数α4xの2/3以下が好ましく、1/2以下がより好ましい。線膨張係数α0とα4xとの差は5ppm/℃以上が好ましく、10ppm/℃以上がより好ましい。支持基板10が圧電層14を支持する観点から支持基板10のヤング率E0は圧電層14のヤング率E4の1.2倍以上が好ましく、1.5倍以上がより好ましい。ヤング率E0とE4との差は50GPa以上が好ましく、100GPa以上がより好ましい。ヤング率E0は200GPa以上が好ましく、300GPa以上がより好ましく、400GPa以上がさらに好ましい。
From the viewpoint of reducing the absolute value of TCF, the linear expansion coefficient α0 of the
圧電層14の上面における応力を小さくする観点から、応力緩和層12の線膨張係数α2は支持基板10の線膨張係数α0より5ppm/℃以上大きくすることが好ましい。また、応力緩和層12の線膨張係数α2は支持基板10の線膨張係数α0の1.2倍以上が好ましく、1.5倍以上がより好ましく、2倍以上がさらに好ましい。応力緩和層12の線膨張係数α2が大きすぎると、圧電層14の上面における電極指18のピッチDの温度依存性が大きくなり、TCFの絶対値が大きくなる。この観点から、応力緩和層12の線膨張係数α2は圧電層14のX方向における線膨張係数α4xより小さいことが好ましい。線膨張係数α2はα4xの0.9倍以下がより好ましい。線膨張係数α2は、α4より1ppm/℃以上小さいことが好ましく、2ppm/℃以上小さいことがより好ましい。
From the viewpoint of reducing stress on the upper surface of the
図5(a)のように、圧電層14の上面の応力を小さくするためには、応力緩和層12の厚さT2は支持基板10の厚さT0の0.05倍以上が好ましく、0.1倍以上がより好ましい。図5(b)のように、支持基板10の反りを小さくする観点から、応力緩和層12の厚さT2は支持基板10の厚さT0の0.5倍以下が好ましく、0.3倍以下がより好ましい。支持基板10の厚さT0は例えば50μm~200μmであり、応力緩和層12の厚さT2は例えば0.5μm~100μmである。
As shown in FIG. 5A, in order to reduce the stress on the upper surface of the
スプリアスおよび損失を抑制するために、圧電層14の厚さT4を複数の電極指18の平均ピッチDの2倍以下とする。この場合、図3のようにΔTCFが大きくなる。よって、応力緩和層12を設けることが好ましい。圧電層14の厚さT4は複数の電極指18の平均ピッチDの1.6倍以下がより好ましく、1.2倍以下がさらに好ましい。弾性表面波が圧電層14に励振する観点から、圧電層14の厚さT4は複数の電極指18の平均ピッチDの0.1倍以上が好ましく、0.2倍以上がより好ましい。電極指18の平均ピッチDは、交差領域25のX方向における長さを電極指18の本数で除することにより算出できる。
In order to suppress spurious noise and loss, the thickness T4 of the
表1は、各部材の例を示す表である。
表1のように、圧電層14として単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板を用いると、圧電層14の電極指18の配列するX方向の線膨張係数は16.1ppm/℃または15.4ppm/℃である。圧電層14より線膨張係数の小さい支持基板10の材料としては、サファイア基板、炭化シリコン基板、スピネル基板、石英基板、アルミナ基板またはシリコン基板がある。圧電層14よりヤング率の高い支持基板10としては、サファイア基板、炭化シリコン基板またはスピネル基板である。
As shown in Table 1, when a single-crystal rotating Y-cut, X-propagating lithium tantalate substrate or a single-crystal rotating Y-cut, The coefficient of linear expansion is 16.1 ppm/°C or 15.4 ppm/°C. Materials for the
サファイア基板、炭化シリコン基板またはスピネル基板より線膨張係数が3ppm/℃以上大きく、かつ回転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X伝搬ニオブ酸リチウム基板より線膨張係数が小さい材料を、応力緩和層12として用いる場合、応力緩和層12は例えば銅層、ニッケル層、鉄層、金層、コバルト層またはパラジウム層であり、銅、ニッケル、鉄、金、コバルトおよびパラジウムの少なくとも1つの金属元素を主成分とする合金である。なお、ある層がある元素を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを許容し、ある層内のある元素の濃度は例えば50原子%以上であり、80原子%以上であり、90原子%以上である。応力緩和層12としては、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを用いてもよい。例えば、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムの結晶方位を適宜選択し、応力緩和層12のX方向における線膨張係数α2が、支持基板10のX方向における線膨張係数α0より3ppm/℃以上大きく、かつ圧電層14のX方向における線膨張係数α4xより小さくなるようにしてもよい。
A material with a coefficient of linear expansion 3 ppm/℃ or more greater than that of a sapphire substrate, silicon carbide substrate, or spinel substrate, and a coefficient of linear expansion smaller than that of a rotating Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate or a rotating Y-cut X-propagating lithium niobate substrate is When used as the
[実施例1の変形例1]
図6(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である。図6(a)に示すように、実施例1の変形例1では、応力緩和層12と圧電層14との間に絶縁層13が設けられている。絶縁層13は、例えば酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、酸化アルミニウム層もしくは窒化アルミニウム層または、これらの積層である。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[
FIG. 6A is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to
応力緩和層12が金属層の場合、絶縁層13を設けることで、応力緩和層12を介して電流リークを抑制できる。また、応力緩和層12が誘電率の高い誘電体(例えばタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムとし、X方向をX軸方向以外とする)の場合、絶縁層13の誘電率を応力緩和層12の誘電率より小さくすることで、寄生容量を抑制し、誘電損を抑制できる。
When the
絶縁層13は、例えば温度補償膜である。この場合、絶縁層13の弾性定数の温度係数の符号は圧電層14の弾性定数の符号と反対である。温度補償膜として絶縁層13を設けることで、TCFを抑制できる。絶縁層13を温度補償膜とする場合、絶縁層13は酸化シリコンを主成分とする酸化シリコン層またはフッ素等を含有する酸化シリコン層である。圧電層14と絶縁層13の厚さの合計T3+T4は、例えば電極指18の平均ピッチDの4倍以下であり、3倍以下である。
The insulating
絶縁層13は、例えば高音速膜である。この場合、絶縁層13のバルクの音速は圧電層14のバルクの音速より速い。これにより、弾性波を圧電層14内に閉じ込めることができる。また、応力緩和層12のバルクの音速が圧電層14のバルクの音速より遅い場合、弾性波が応力緩和層12に伝搬しやすくなる。そこで、高音速膜として絶縁層13を設けることで、弾性波を圧電層14に閉じ込めることができる。絶縁層13を高音速膜とする場合、絶縁層13は例えば酸化アルミニウ膜または窒化酸化アルミニウム膜である。
The insulating
[実施例1の変形例2]
図6(b)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6(b)に示すように、実施例1の変形例2では、絶縁層13として、応力緩和層12上に絶縁層13aが設けられ、絶縁層13a上に絶縁層13bが設けられている。絶縁層13aは、例えば高音速膜であり、酸化アルミニウ膜または窒化酸化アルミニウム膜である。絶縁層13bは、例えば温度補償膜であり、酸化シリコン膜である。その他の構成は実施例1の変形例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 2 of Example 1]
FIG. 6(b) is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to a second modification of the first embodiment. As shown in FIG. 6(b), in the second modification of the first embodiment, as the insulating
実施例1の変形例1および2のように、応力緩和層12と圧電層14との間に絶縁層13が設けられていてもよい。絶縁層13の厚さT3が大きいと、応力緩和層12が圧電層14の上面の応力を緩和させる機能が低下する。この観点から、絶縁層13の厚さT3は、例えば応力緩和層12の厚さT2以下が好ましく、厚さT2の1/2倍以下がより好ましく、1/10以下がさらに好ましい。
As in
[実施例1の変形例3]
図7(a)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7(a)に示すように、実施例1の変形例3では、支持基板10と応力緩和層12との界面30が粗面である。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 3 of Example 1]
FIG. 7A is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to Modification Example 3 of Example 1. As shown in FIG. 7A, in the third modification of the first embodiment, the
[実施例1の変形例4]
図7(b)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7(b)に示すように、実施例1の変形例4では、応力緩和層12と絶縁層13との界面32が粗面である。その他の構成は実施例1の変形例1と同じであり説明を省略する。
[Modification 4 of Example 1]
FIG. 7(b) is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to a fourth modification of the first embodiment. As shown in FIG. 7B, in the fourth modification of the first embodiment, the
[実施例1の変形例5]
図8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8に示すように、実施例1の変形例5では、絶縁層13は絶縁層13aと13bとを備えている。支持基板10と応力緩和層12との界面30と、応力緩和層12と絶縁層13との界面32はいずれも粗面である。その他の構成は実施例1の変形例2と同じであり説明を省略する。
[
FIG. 8 is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to a fifth modification of the first embodiment. As shown in FIG. 8, in the fifth modification of the first embodiment, the insulating
実施例1の変形例3から5のように、支持基板10と応力緩和層12との界面30、および/または応力緩和層12と絶縁層13との界面32は粗面でもよい。これにより、不要波が界面30および32において散乱されるため、不要波に起因したスプリアスを抑制できる。実施例1およびその変形例1、2のように、界面30および/または32は平坦面でもよい。界面30および32が粗面の場合、界面30および32の算術平均粗さRaは例えば0.1μm以上である。界面30および32が平坦面の場合、界面30および32の算術平均粗さRaは例えば0.01μm以下である。
As in Modifications 3 to 5 of Example 1, the
弾性波デバイスとして、主に弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave) デバイスを例に説明したが、弾性波デバイスはBAW(Bulk Acoustic Wave)デバイスまたはラム(Lamb Wave)波デバイスでもよい。 Although a surface acoustic wave (SAW) device has been mainly described as an example of an acoustic wave device, the acoustic wave device may be a bulk acoustic wave (BAW) device or a lamb wave device.
[実施例1の変形例6]
図9(a)および図9(b)は、実施例1の変形例6に係るウエハを示す平面図および断面図である。図9(a)に示すように、ウエハ35の平面形状は略円形状であり、結晶方位を示すオリエンテーション・フラットが設けられている。図9(b)に示すように、ウエハの断面は、圧電層14上に弾性波共振器が設けられていない以外は実施例1の図1(b)と同じである。実施例1の変形例6のウエハの圧電層14上にIDT22および反射器24等の金属膜16を形成することで、ウエハ35上に弾性波共振器を形成する。その後、ウエハ35を切断することで実施例1の弾性波デバイスが製造できる。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。ウエハは、実施例1の変形例1から5に対応するウエハでもよい。
[Modification 6 of Example 1]
9(a) and 9(b) are a plan view and a cross-sectional view showing a wafer according to a sixth modification of the first embodiment. As shown in FIG. 9(a), the planar shape of the
図10(a)は、実施例2に係るフィルタの回路図である。図10(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S3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およびP2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S3および1または複数の並列共振器P1およびP2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、一対の櫛型電極を2対以上有する多重モード型フィルタでもよい。 FIG. 10(a) is a circuit diagram of a filter according to the second embodiment. As shown in FIG. 10(a), one or more series resonators S1 to S3 are connected in series between the input terminal Tin and the output terminal Tout. One or more parallel resonators P1 and P2 are connected in parallel between the input terminal Tin and the output terminal Tout. The elastic wave resonator of Example 1 and its modifications can be used for at least one of the one or more series resonators S1 to S3 and the one or more parallel resonators P1 and P2. The number of resonators of the ladder filter can be set as appropriate. The filter may be a multimode filter having two or more pairs of comb-shaped electrodes.
ラダー型フィルタでは、通過帯域の高周波端は主に直列共振器S1からS3の反共振周波数により形成され、通過帯域の低周波端は主に並列共振器P1およびP2により形成される。よって、直列共振器S1からS3、並列共振器P1およびP2を実施例1およびその変形例の弾性波共振器とすることで、温度変化による通過帯域の特性変化を抑制できる。 In the ladder filter, the high frequency end of the passband is mainly formed by the anti-resonant frequencies of the series resonators S1 to S3, and the low frequency end of the passband is mainly formed by the parallel resonators P1 and P2. Therefore, by using the series resonators S1 to S3 and the parallel resonators P1 and P2 as the elastic wave resonators of the first embodiment and its modified examples, it is possible to suppress changes in passband characteristics due to temperature changes.
[実施例2の変形例1]
図10(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10(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。
[
FIG. 10(b) is a circuit diagram of a duplexer according to a first modification of the second embodiment. As shown in FIG. 10(b), a
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。 Although a duplexer has been described as an example of a multiplexer, a triplexer or a quadplexer may also be used.
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.
10 支持基板
12 応力緩和層
13、13a、13b 絶縁層
14 圧電層
16 金属膜
18 電極指
20 櫛型電極
26 弾性波共振器
30、32 界面
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
10
Claims (11)
前記支持基板上に設けられ、配列方向に配列する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記支持基板上に設けられ、上面に前記一対の櫛型電極が設けられ、前記配列方向における線膨張係数が前記支持基板の線膨張係数より大きく、ヤング率が前記支持基板のヤング率以下である圧電層と、
前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記支持基板の線膨張係数より3ppm/℃以上大きい線膨張係数を有する中間層と、
を備える弾性波デバイス。 a support substrate;
at least a pair of comb-shaped electrodes provided on the support substrate and including a plurality of electrode fingers arranged in the arrangement direction;
provided on the support substrate, the pair of comb-shaped electrodes are provided on the upper surface, the coefficient of linear expansion in the arrangement direction is greater than the coefficient of linear expansion of the support substrate, and the Young's modulus is equal to or less than the Young's modulus of the support substrate. a piezoelectric layer;
an intermediate layer provided between the support substrate and the piezoelectric layer and having a linear expansion coefficient that is 3 ppm/°C or more larger than the linear expansion coefficient of the support substrate;
An elastic wave device equipped with
前記圧電層は、単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板である請求項1または2に記載の弾性波デバイス。 The supporting substrate is a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, or a spinel substrate,
3. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is a single-crystal rotating Y-cut, X-propagating lithium tantalate substrate or a single-crystal rotating Y-cut, X-propagating lithium niobate substrate.
単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、前記支持基板上に設けられた圧電層と、
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、銅、ニッケル、鉄、金、コバルト、パラジウムの少なくとも1つを主成分とする中間層と、
を備える弾性波デバイス。 a support substrate which is a sapphire substrate, a silicon carbide substrate or a spinel substrate;
a single crystal rotating Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate or a single-crystal rotating Y-cut X-propagating lithium niobate substrate, a piezoelectric layer provided on the support substrate;
at least a pair of comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric layer and including a plurality of electrode fingers;
an intermediate layer provided between the support substrate and the piezoelectric layer and containing at least one of copper, nickel, iron, gold, cobalt, and palladium as a main component;
An elastic wave device equipped with
前記支持基板上に設けられ、線膨張係数が前記支持基板の線膨張係数より大きく、ヤング率が前記支持基板のヤング率以下である圧電層と、
前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記支持基板の線膨張係数より3ppm/℃以上大きい線膨張係数を有する中間層と、
を備えるウエハ。 a support substrate;
a piezoelectric layer provided on the support substrate, having a linear expansion coefficient greater than that of the support substrate and a Young's modulus less than or equal to the Young's modulus of the support substrate;
an intermediate layer provided between the support substrate and the piezoelectric layer and having a linear expansion coefficient that is 3 ppm/°C or more larger than the linear expansion coefficient of the support substrate;
A wafer comprising:
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