JP3402311B2

JP3402311B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP3402311B2
Application number: JP2000148850A
Authority: JP
Inventors: 敬岩本; 義弘越戸
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: EP1158669A2; EP1158669A3; US20010052736A1; US6762533B2; JP2001332953A; DE60130286T2; EP1158669B1; EP1158669B8; DE60130286D1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波装置に
関し、特に帯域フィルタや共振器として用いられる弾性
表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、帯域フィルタや共振器として
弾性表面波装置が幅広く用いられており、この種の用途
に用いられる弾性表面波装置では、良好な周波数特性が
強く求められている。また、弾性波表面装置にインター
デジタルトランスデューサー（以下、ＩＤＴと表記）及
びリフレクタを成膜する場合、その膜厚が厚くなると成
膜時間が長くなると共に均一な膜厚にすることが困難に
なるので、ＩＤＴ及びリフレクタの膜厚は薄いことが望
まれる。

【０００３】そのため、ＳＨ波を用いた弾性表面波装置
では、ＩＤＴ及びリフレクタとして、密度の大きな金
属、例えばＡｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の金属が用いられる
ことが多い。ＩＤＴ及びリフレクタとして、Ａｕ等の密
度の大きな金属材料を用いることで、薄い膜厚のＩＤＴ
及びリフレクタによってＳＨ波を励振および反射させ易
くなり、ＩＤＴ及びリフレクタの膜厚を薄くすることが
できる。

【０００４】また、同一ウエハから複数個の弾性表面波
装置（特に、狭帯域フィルタなどに用いられる弾性表面
波装置）を作製する時、各弾性表面波装置間における中
心周波数のばらつきが、可能な限り小さいことが望まれ
る。そのため、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の密度の大きな
金属を用いたＩＤＴ及びリフレクタを有する弾性表面波
装置では、ＩＤＴやリフレクタなどの成膜時の膜厚をで
きるかぎり均一にすることにより、同一ウエハ内におけ
る各弾性表面装置の周波数ばらつきを抑えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩＤＴ及びリ
フレクタの膜厚を均一にする技術にも限界があるため、
同一ウエハ内に複数個の弾性表面波装置を一度に作製す
るときには、各弾性表面波装置間における周波数ばらつ
きが大きくなる。そのため、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の
密度が大きな金属材料を用いても、実際には製造された
弾性表面波装置を個別に周波数調整することが必要にな
る。

【０００６】従って、ＳＨ波を用いた弾性表面波装置の
ＩＤＴやリフレクタには、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の密
度が大きな金属材料を用いることが望ましいと考えられ
ているものの、個別に周波数調整を行う必要があるの
で、スループットの低下によるコストの増加を招いてい
る。

【０００７】また、弾性表面波装置の周波数を個別調整
する方法としては、イオンビームを用いてＩＤＴやリフ
レクタの表面をエッチングする方法、基板とＩＤＴやリ
フレクタとの間に絶縁物を成膜しておく方法、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）によって基板もしくはＩＤ
Ｔ及びリフレクタをエッチングする方法などが、一般的
に用いられている。そのため、イオンビーム等によって
周波数調整する際に、ＩＤＴ、リフレクタ及び基板がダ
メージを受け、弾性表面波装置の特性の劣化を招いてい
る。

【０００８】なお、同一ウエハから複数個の弾性表面波
装置を作製する場合、ＩＤＴ及びリフレクタとして、Ｎ
ｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ等の密度が小さい金属材料を用い
ることによって中心周波数のばらつきを小さくすること
ができる。しかし、Ｎｉ、Ａｌ等の金属材料は、ＳＨ波
を励振しにくく、また反射させにくいため良好な周波数
特性のフィルタや共振器を得るのが難しく、ＩＤＴおよ
びリフレクタ材料として適していない。

【０００９】本発明は上記の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、ＳＨ波の励
振を利用した弾性表面波装置において、中心周波数のば
らつきを小さくでき、ＩＤＴやリフレクタを製作した後
の周波数調整作業を不要にすることにある。

【００１０】

【発明の開示】本発明にかかる弾性表面波装置は、ＳＨ
波の励振を利用した弾性表面波装置であって、Ａｕ、
Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の、密度が１５ｇ／ｃｍ^３以上の金属
を主成分とする少なくとも２層以上の第１の層と、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の、密度が１２ｇ／ｃｍ
^３以下の金属を主成分とする少なくとも１層以上の第２
の層とを含めて合計少なくとも３層以上の金属層を積層
して圧電体基板の上にＩＤＴ又はリフレクタが形成さ
れ、当該第１の層の体積が、ＩＤＴ又はリフレクタの全
体積の２０％以上９５％以下を占めるものである。な
お、第１及び第２の層は、例えば蒸着またはスパッタに
よって形成される。

【００１１】本発明の弾性表面波装置は、ＳＨ波を利用
したフィルタや共振器等として用いられるものであり、
Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ等の、密度が１５ｇ／ｃｍ^３以上
の金属を主成分とする少なくとも２層以上の第１の層
と、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の、密度が１２ｇ
／ｃｍ^３以下の金属を主成分とする少なくとも１層以上
の第２の層を積層してＩＤＴ又はリフレクタを形成した
ものである。この第２の層は、圧電基板上の弾性表面波
の伝播速度を小さくする効果の小さい金属層であって、
第２の層を設けることにより、ＩＤＴ又はリフレクタの
膜厚ばらつきに対する周波数ばらつきを小さくすること
ができ、良好な共振器特性やフィルタ特性を得ることが
できる。

【００１２】従って、同一のウエハから複数の弾性表面
波装置を得る場合でも、個別の周波数調整が不要とな
り、スループットの向上によって弾性表面波装置のコス
トを低減することができる。また、イオンビームエッチ
ング等による周波数調整を不要にできるため、圧電体基
板やＩＤＴ、リフレクタのダメージを低減することがで
き、弾性表面波装置の良品率を向上させることができ
る。

【００１３】また、第１の層の体積は、ＩＤＴ又はリフ
レクタの全体積の２０％以上９５％以下であるが、ＩＤ
Ｔ又はリフレクタの膜厚を薄くするためには、第１の層
の割合が高いことが望ましい。このため、例えばＩＤＴ
又はリフレクタに第１の層が少なくとも２層以上含まれ
ている。

【００１４】本発明の弾性表面波装置においては、圧電
体基板の表面から測ってインターデジタルトランスデュ
ーサー又はリフレクタの全厚みの１／４までの層のうち
では、第１の層が５０％以上の体積を占めていることが
望ましい。さらに、圧電体基板の上に直接に形成される
金属層は、第１の層であるか、あるいは第２の層の場合
には、その第２の層は厚みの薄いものであることが望ま
しい。すなわち、ＩＤＴ又はリフレクタの厚みの１／２
０以上の厚さを有する層のうち、圧電体基板から最も近
い位置にある層は第１の層であることが望ましい。ま
た、ＩＤＴ又はリフレクタの最表面も第１の層であるこ
とが望ましい。

【００１５】特に、本発明の実施形態としては、第１の
層がＡｕを主体とした層であって、その体積が全体積の
４０％以上８０％以下であり、第２の層がＮｉを主体と
した層であって、その体積が全体積の２０％以上６０％
以下であるものが好ましい。

【００１６】また、本発明の別な実施形態としては、第
１の層がＡｕを主体とした層であって、その体積が全体
積の２０％以上５０％以下であり、第２の層がＡｌを主
体とした層であって、その体積が全体積の５０％以上８
０％以下であるものが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照することによ
り、本発明の弾性表面波装置の具体的な実施形態を説明
する。図１は、本発明の一実施形態による弾性表面波装
置１の概略平面図である。この弾性表面波装置１は、水
晶基板等の圧電体基板２の表面にＩＤＴ３が形成されて
いる。ＩＤＴ３は、一対のくし歯電極３ａ、３ｂによっ
て構成され、両くし歯状電極３ａ、３ｂの電極子どうし
は互いに噛み合うようにして交互に配置されている。ま
た、ＩＤＴ３の電極子は、表面波伝播方向と直交する方
向に延出されている。ＩＤＴ３の表面波伝搬方向におい
ては、その両側にリフレクタ４、５が配置されている。
リフレクタ４、５は、グレーティング型反射器であり、
複数本の電極子を両端で短絡した構造を有する。また、
この弾性表面波装置１は、表面波としてラブ波のような
ＳＨ波を利用した表面波共振子となっている。

【００１８】このような弾性表面波装置１においては、
上記くし歯状電極３ａ、３ｂ間に電気信号を印加する
と、圧電体基板２のＩＤＴ３を形成された部分が励振さ
れて弾性表面波が発生する。そして、この弾性表面波
は、伝搬媒質として一様な圧電体基板２の表面上をＩＤ
Ｔ３の両側へ伝搬して各リフレクタ４、５に達する。リ
フレクタ４、５を形成された部分は、他の部分と伝搬定
数が異なっているため、リフレクタ４、５に達した弾性
表面波は、その一部が反射される。

【００１９】また、リフレクタ４、５の各電極子の間隔
λ／２に対して、弾性表面波が２倍の波長λである場合
に、各リフレクタ４、５の電極子からの反射波が互いに
強め合い強い反射波になる。

【００２０】そして、このように強められた反射波は、
各リフレクタ４、５間を往復伝搬し、これによって共振
作用が得られるようになっている。

【００２１】図２は、上記ＩＤＴ３（もしくは、くし歯
状電極３ａ、３ｂ）の膜構成を模式的に表した断面図で
ある。このＩＤＴ３にあっては、圧電体基板２の表面に
膜厚５ｎｍのＴｉ膜６（第２の層）を成膜し、その上に
膜厚１５０ｎｍのＡｕ膜７（第１の層）を成膜し、その
上に膜厚２００ｎｍのＮｉ膜８（第２の層）を成膜し、
さらにその上に膜厚５０ｎｍのＡｕ膜９（第１の層）を
成膜して４層構造としている。

【００２２】なお、図示しないが、リフレクタ４、５も
同じ膜構造となっている。ＩＤＴ３とリフレクタ４、５
を同じ膜構造とすることにより、ＩＤＴ３とリフレクタ
４、５を同時に製作することが可能になり、ＩＤＴ３及
びリフレクタ４、５の製造工程を簡略にすることができ
る。

【００２３】このような膜構成のＩＤＴ３及びリフレク
タ４、５は、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法とリフトオフプ
ロセスを用いて製作される。すなわち、圧電体基板（ウ
エハ）２の表面に感光性樹脂（フォトレジスト）を塗布
した後、感光性樹脂をパターニングして感光性樹脂にＩ
ＤＴ３及びリフレクタ４、５に対応した開口を形成す
る。ついで、この感光性樹脂の上から、ＥＢ蒸着法によ
ってＴｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｕを順次成膜してＴｉ層６、
Ａｕ層７、Ｎｉ層８、Ａｕ層９を形成する。この後、感
光性樹脂を剥離させると同時に不要領域の４層金属膜を
除去してＩＤＴ３及びリフレクタ４、５をパターニング
する。

【００２４】次に示す表１は、上記のような電極構造の
弾性表面波装置１を同一のウエハ１０内に複数個作製
し、ウエハ１０の内部における図３の各ポイントＰ１〜
Ｐ９で各弾性表面波装置１のインサーションロス（挿入
損）と中心周波数とを測定した結果を示している。ま
た、図１には、その測定値から求めた、インサーション
ロスの最大値（MAX）、最小値（MIN）、平均値（AVE）
と、中心周波数の偏差σを表している。

【００２５】また、表１には、同じウエハと同一の成膜
装置を用いて同一のウエハ内に従来例の弾性表面波装置
を複数個作製し、ウエハの内部における同じポイントＰ
１〜Ｐ９で従来例の弾性表面波装置のインサーションロ
スと中心周波数を測定した結果を示している。この従来
例の弾性表面波装置では、圧電体基板の表面に密着層と
してのＴｉ膜と電極主体としてのＡｕ膜とからなる２層
構造（Ａｕ／Ｔｉ）のＩＤＴ及びリフレクタを設けられ
ている。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から分かるように、本発明の弾性表面
波装置によれば、従来例の弾性表面波装置に比べて中心
周波数ばらつきσが小さく、かつインサーションロスも
小さく、良好な特性が得られることがわかる。本発明の
弾性表面波装置と従来例の弾性表面波装置とは、同じ成
膜装置を用いて成膜を行っているため膜厚分布は同等で
あるが、周波数ばらつきは改善されており、これらのデ
ータは本発明の電極構造の効果によって周波数ばらつき
が改善されたことを示している。よって成膜装置の面内
分布が十分に小さいとき、本発明に示すようなＩＤＴ及
びリフレクタの構造を採用することで、周波数調整を一
切行う必要のない作製プロセスとすることが可能であ
る。

【００２８】さらに、中心周波数ばらつきを小さくする
必要が生じた時には、良好な共振器特性やフィルタ特性
を得られる範囲で、ＮｉやＡｌなどの、質量が小さくて
音速の速い金属の割合を増やしてやればよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、密度が大きく圧電体基
板上の弾性表面波の伝播速度を小さくする効果の大きい
２層以上の第１の層と、密度が小さく圧電体基板上の弾
性表面波の伝播速度を小さくする効果の小さい、すなわ
ち膜厚ばらつきに対して周波数ばらつきを小さくするこ
とができる第２の層とを積層構造にすることにより、良
好な共振器特性やフィルタ特性を得ることができ、か
つ、同一ウエハ内で作製された複数個の弾性表面波装置
間における中心周波数のばらつきを小さくすることが可
能である。

【００３０】それにより、従来、必要であった個別の周
波数調整を行う必要がなくなり、スループットの大幅な
向上を実現でき、ひいてはコストの低減が可能となる。
また、周波数調整を行うことによる圧電体基板のダメー
ジや異物の付着がないため、特性的にも有利であり、良
品率の向上にもつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による弾性表面波装置の概
略平面図である。

【図２】同上の弾性表面波装置に形成されたＩＤＴの構
造を模式的に表した断面図である。

【図３】表１のデータを得るための、ウエハ上における
測定ポイントを示す図である。

【符号の説明】

１弾性表面波装置２圧電体基板３インターデジタルトランスデューサー（ＩＤ
Ｔ）４、５リフレクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/145

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＨ波の励振を利用した弾性表面波装置
であって、密度が１５ｇ／ｃｍ^３以上の金属を主成分とする少なく
とも２層以上の第１の層と、密度が１２ｇ／ｃｍ^３以下
の金属を主成分とする少なくとも１層以上の第２の層と
を含めて合計少なくとも３層以上の金属層を積層して圧
電体基板の上にインターデジタルトランスデューサー又
はリフレクタが形成され、当該第１の層の体積が、イン
ターデジタルトランスデューサー又はリフレクタの全体
積の２０％以上９５％以下を占めることを特徴とする弾
性表面波装置。
【請求項２】前記第１の層を構成する主成分となる、
密度が１５ｇ／ｃｍ^３以上の金属は、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ又
はＰｔであることを特徴とする、請求項１に記載の弾性
表面波装置。
【請求項３】前記第２の層を構成する主成分となる、
密度が１２ｇ／ｃｍ^３以下の金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ａｌ又はＴｉであることを特徴とする、請求項１又
は２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】前記インターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタを構成する金属層において、圧電体基
板の表面から測ってインターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタの全厚みの１／４までの層のうち、前
記第１の層が５０％以上の体積を占めていることを特徴
とする、請求項１、２又は３に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】前記インターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタを構成する金属層において、インター
デジタルトランスデューサー又はリフレクタの全厚みの
１／２０以上の厚さを有する層のうち、圧電体基板から
最も近い位置にある層は、前記第１の層であることを特
徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の弾性表面波
装置。
【請求項６】前記インターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタの最表面には、前記第１の層が配置さ
れていることを特徴とする、請求項１、２、３、４又は
５に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】前記インターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタにおいて、Ａｕを主体とした層の体積
が全体積の４０％以上８０％以下であり、Ｎｉを主体と
した層の体積が全体積の２０％以上６０％以下であるこ
とを特徴とする、請求項１、２、３、４、５又は６に記
載の弾性表面波装置。
【請求項８】前記インターデジタルトランスデューサ
ー又はリフレクタにおいて、Ａｕを主体とした層の体積
が全体積の２０％以上５０％以下であり、Ｎｉを主体と
した層の体積が全体積の５０％以上８０％以下であるこ
とを特徴とする、請求項１、２、３、４、５又は６に記
載の弾性表面波装置。