JP3402311B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/cm3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。
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/cm3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
/cm3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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
略平面図である。
造を模式的に表した断面図である。
測定ポイントを示す図である。
T) 4、5 リフレクタ
Claims (8)
- 【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/cm3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/cm3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/cm3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/cm3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。
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