JP3926919B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタ、弾性表面波共振子などの弾性表面波装置に関し、特に圧電性基板として表面保護膜を有する四硼酸リチウム（ＬＢＯ：Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ）基板を用いた弾性表面波装置の構造及び保護膜の構成材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波装置は圧電性基板上に配設された櫛歯型電極（ＩＤＴ：ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｓｅｒ）により電気信号を弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｈｏｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）に変換し、圧電性基板上に配設されたＩＤＴによりＳＡＷを受信し、電気信号とＳＡＷとの変換にかかわる周波数特性を利用するデバイスである。
【０００３】
近年携帯電話には、薄型であり小型化ができるというメリットにより弾性表面波装置が広く用いられるようになってきている。このなかでごく最近普及の始まった日本の簡易携帯電話システム（ＰＨＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は中間周波数ＩＦ段（約２４０ＭＨｚ）には０．１％程度の比帯域を持つ怠峻な帯域外減衰特性を持つフィルタが要求されている。このような用途において周波数温度特性の１次係数が０で比較的電気機械結合係数ｋ2 が１％程度と大きく、ＩＤＴ１本当たりのＳＡＷの反射係数が約３％と大きい４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板（４５°Ｘ−Ｚ ＬＢＯ）（例えば特公平７−１６１４１）を利用することが有望視されている。この基板を用いると、水晶基板（周波数温度特性の１次係数＝０、ｋ2 ＝０．１５％、ＩＤＴ１本当たりのＳＡＷの反射係数＝０．７％）を利用した場合に比べて弾性表面波装置のチップサイズを小型化できるというメリットがある。
【０００４】
しかしながらＬＢＯ基板は酸にも水にも溶解しやすいという特性を持つため、例えばＡｌなどからなる電極を形成するプロセスにおいて酸及び水から基板を保護するため、あるいは完成した弾性表面波装置を大気中の湿気の影響から保護するために、基板上に保護膜としての誘電体膜を形成して用いられる。
例えばＬＢＯからなる基板上に、保護膜として形成されたＳｉＯ2 等の材料から成る誘電体膜が配設され、この誘電体膜上にＡｌ等の金属材料から成る櫛歯型電極を配設すれば、誘電体膜により基板上に形成する櫛歯型電極を加工する時に用いられるエッチング液、洗浄液などから基板を保護することができる。
【０００５】
また櫛歯型電極を基板上に直接配設し、誘電体膜を櫛歯型電極を含めて基板の主面全体を覆うように配設すれば、誘電体膜により基板及び櫛歯型電極を大気中に含まれる湿気等の影響から保護することができる。である。誘電体膜も上述のようにスパッタ法等により形成することができる。
さらに誘電体膜を櫛歯型電極の上下に配設するようにすれば、さらに安定な弾性表面波装置を得ることができる。
【０００６】
図５はＬＢＯ基板の保護膜として用いられる誘電体膜と、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷ位相速度との関係を実験的に求めた結果を示したものである。
【０００７】
誘電体材料にＴａ2 Ｏ5 を用いた場合には、誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷの位相速度Ｖs は低下する傾向があり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs(0)＝−０．５、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷの波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は０．５％減少する。
２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約１ＭＨｚの周波数低下が生じてしまうことになる。同様に誘電体膜の構成材料にＳｉＯ2 を用いた場合には誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷの位相速度Ｖs は上昇する傾向があり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs(0)＝１．２、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は１．２％上昇する。
２００ＭＨｚで動作するＳＡＷテバィスの場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約２．４ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【０００８】
さらに誘電体材料にＳｉ3 Ｎ4 を用いた場合には、誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷ位相速度Ｖs は上昇する傾向はＳｉＯ2 を用いた場合よりも顕著であり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs （0)＝３．０、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は３．０％上昇する。
２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約６．０ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【０００９】
一般に誘電体膜をスパッタ等により成膜する場合、均一な膜厚を有するように成膜することは困難であり、基板上に成膜された誘電体膜には膜厚のばらつきが生じる。また成膜バッチ間でも誘電体膜の厚みにばらつきが生ずる。このようなばらつきの大きさは一般的におおよそ±５％程度である。
膜厚が±５％程度ばらついたとき生ずる周波数変動は、２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．０１λとすると、誘電体膜材料がＴａ2 Ｏ5 、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 でそれぞれ±０．０５ＭＨｚ、±０．１２ＭＨｚ、±０．３０ＭＨｚとなる。
【００１０】
このような周波数変動は弾性表面波装置の信頼性を低下させる原因となる。また設計が繁雑になったり、チューニングが必要になったりして生産性を低下させることから製造上の大きな障害となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。すなわち本発明の弾性表面波装置は、周波数変動が小さく、生産性の高い構造を有する弾性表面波装置を提供することを目的とする。
また本発明は、周波数変動を生じることなく基板を保護することのできる構造を有する弾性表面波装置に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明の弾性表面波装置は以下のような構成を備えている。
【００１３】
本発明の弾性表面波装置は、四硼酸リチウムからなる基板と、前記基板上に配設された誘電体膜と、前記誘電体膜上に配設された櫛歯型電極とをを具備し、前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の弾性表面波装置は、四硼酸リチウムからなる基板と、前記基板上に配設された櫛歯型電極と、前記櫛歯型電極の上側から前記基板上に配設された誘電体膜とを具備し、前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする。
前記誘電体膜は前記櫛歯型電極の上にも配設されていてもよい。すなわち、厚電性基板上に誘電体膜を配設し、この上に櫛歯型電極、反射器などの電極パターンを配設し、さらに電極パターンの上側から圧電性基板を覆うように誘電体膜を配設するようにしてもよい。
【００１５】
このような構成を採用することにより、例えばＬＢＯ基板上形成した誘電体膜の膜厚に不均一に起因する周波数変動が低減する。したがって動作周波数のばらつきの小さな弾性表面波装置を高い生産性で提供することができる。
【００１６】
また、前記誘電体膜を構成する前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との混合組成比は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度の前記誘電体膜の膜厚依存性がほぼ零になるように設定することが好ましい。このような構成を採用することにより、例えばＬＢＯ基板上形成した誘電体膜の膜厚に不均一に起因する周波数変動がなくなる。
【００１７】
すなわち本発明の弾性表面波装置はＬＢＯ基板上に形成する誘電体膜を、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有する誘電体により構成し、その組成比率をＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性を零とするよう組み合わせて構成したものである。
【００１８】
したがってＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができ、スパッタ等により形成する誘電体膜の膜厚が変動した場合にも弾性表面波装置の周波数変動を生じさせなくすることができる。このため生産性を向上することができる。
【００１９】
第１の誘電体材料としては例えばＴａ2 Ｏ5 を用いるようにしてもよい。
また第２の誘電体材料としては例えばＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を用いるようにしてもよい。混合組成比は体積比、重量比、あるいはモル比など製造上の必要などに応じて用いるようにすればよい。またこのような第１の誘電体材料と第２の誘電体材料とからなる誘電体膜は均一な組成比を有するように形成することが好ましく、例えばスパッタ法などにより成膜するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１は本発明の弾性表面波装置の構造の例を概略的に示す図である。また図２は誘電体膜を有する弾性表面波装置の構造の例を概略的に示す図である。
【００２２】
図２（ａ）の弾性表面波装置では、ＬＢＯからなる基板１上に、保護膜として形成されたＳｉＯ2 等の材料から成る誘電体膜２が配設され、この誘電体膜２上にＡｌ等の金属材料から成る櫛歯型電極３が配設されている。誘電体膜２は、ＬＢＯ基板１上にスパッタ法等により形成することができる。この場合誘電体膜２は基板上１に形成する櫛歯型電極３を加工する時に用いられるエッチング液、洗浄液などから基板を保護する役割を果たすものである。図２（ａ）は図１に例示したような弾性表面波装置の断面構造に対応する。
【００２３】
図２（ｂ）の弾性表面波装置では、櫛歯型電極３は基板１上に直接配設され、誘電体膜２は櫛歯型電極３を含めて基板１の主面全体を覆うように形成されている。この場合誘電体膜２は基板１及び櫛歯型電極３を大気中に含まれる湿気等の影響から保護する役割を果たすものである。誘電体膜２も上述のようにスパッタ法等により形成することができる。
【００２４】
図２（ｃ）の弾性表面波装置は、図２（ａ）と図２（ｂ）とを組み合わせたもので、誘電体膜２が櫛歯型電極３の上下に配設されている。
このような構造では、図２（ａ）及び図２（ｂ）の構造よりもさらに安定な弾性表面波装置を得ることができる。そして本発明の弾性表面波装置においては誘電体膜２は、ＬＢＯ基板１上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、ＬＢＯ基板１上に櫛歯型電極３を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、ＬＢＯ基板１上に櫛歯型電極３を直接配設したときの第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成で構成されている。
さらにこの誘電体膜２を構成する前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との混合組成比は、ＬＢＯ基板１上を伝搬する弾性表面波の位相速度の誘電体膜２の膜厚依存性がほぼ零になるように設定されている。
【００２５】
図３はＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 とからなる誘電体膜を用いて弾性表面波装置を形成した場合に、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性を示す図である。
プロファイルＡは、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３５対６５とした場合であり、プロファイルＢはＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３０対７０とした場合であり、プロファイルＣはＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を２５対７５とした場合である。なお誘電体膜の膜厚は弾性表面波の波長λで規格化した値（ｈ／λ）として示している。
【００２６】
図３から、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３０対７０とした場合に、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができることがわかる。
【００２７】
ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３５対６５とした場合（Ａ）、誘電体膜の膜厚の増加とともにＳＡＷ位相速度Ｖs も増加する。ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs (0) ＝０．０９のとき、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの約１％の場合、ＳＡＷ位相速度は約０．０９％増大してしまうことがわかる。２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合には、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）とすると約０．１８ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【００２８】
ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を２５対７５とした場合（Ｃ）、誘電体膜の膜厚の増加とともにＳＡＷ位相速度Ｖs は低下する。ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs (0) ＝−０．０８のとき、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの約１％の場合、ＳＡＷ位相速度は約０．０８％低下してしまうことがわかる。２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合には、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）とすると約０．１６ＭＨｚの周波数低下が生じてしまうことになる。
【００２９】
前述のように、一般に誘電体膜をスパッタ等により成膜する場合、均一な膜厚を有するように成膜することは困難であり、基板上に成膜された誘電体膜には膜厚のばらつきが生じる。また成膜バッチ間でも誘電体膜の厚みにばらつきが生ずる。このようなばらつきの大きさは一般的におおよそ±５％程度である。
このとき生ずる周波数変動は２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜が厚み０．０１λ、誘電体膜材料のＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比（体積比）を３０対７０とした場合±０．０００９ＭＨｚとなる。この周波数変動量は図５を用いて説明した誘電体膜にＳｉＯ2 膜を用いた場合の周波数変動量のおおよそ１／１４０と非常に小さいものとなる。このように本発明によれば、弾性表面波装置の周波数ばらつきに起因する生産性の低下を低減することができ周波数特性の安定な弾性表面波装置を高い再現性で製造することができる。
【００３０】
（実施形態２）
つぎに、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を得る方法の例について説明する。
【００３１】
図４は本発明の弾性表面波装置の製造方法の例を説明するための図であり、ＬＢＯなどの水や酸に対して溶解するような圧電性材料からなるウエハ上に、基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有する誘電体膜を成膜する様子を模式的に示している。
【００３２】
図４（ａ）において、４１はスパッタ装置のチャンバ４０内に設置した第１のスパッタ・ターゲットであり、スパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 からなる第１の誘電体２１が張り付けられている。４２は第２のスパッタ・ターゲットでスパッタ母材としてＳｉＯ2 からなる第２の誘電体２２が張り付けられている。第１のスパッタ・ターゲット２１及び第２のスパッタ・ターゲット２２には個別に高周波電源が接続されており、それぞれ独立に放電電力を制御できるように構成されている。このような装置構成により第１及の誘電体２１、第２の誘電体２２を同時にスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜２を形成することができる。ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比は第１及び第２のスパッタ・ターゲットに印加する高周波電力の大きさを個別に制御することにより調整することができる。
【００３３】
図４（ｂ）において、４はスパッタ・ターゲットで、このターゲットは、スパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 からなる第１の誘電体２１とＳｉＯ2 からなる第２の誘電体２２とが組み合わされて張り付けられている。
このような装置構成により第１及び第２の誘電体を同時にスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を形成することができる。この時スパッタ・ターゲット４に組み合わせて張り付ける第１の誘電体２１と第２の誘電体２２とのターゲット面内の面積比率を調整することにより、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比を調整することができる。
【００３４】
図４（ｃ）において４３はスパッタ・ターゲットで、このターゲット内にはスパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 とＳｉＯ2 が混合され焼結された混合誘電体２３が張り付けられている。このような装置構成によりスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を形成することができる。この時スパッタ・ターゲット４３の混合誘電体２３のＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比率を調整することによりＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比を調整することができる。
【００３５】
なお上述の説明では、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の、ＬＢＯ基板上に配設する誘電体膜の膜厚への依存性をほぼ零とすることのできる誘電体材料として、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成からなる誘電体を例にとって説明したが、本発明はＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有するように誘電体膜を構成することにより同様の効果を得ることができる。また、少なくとも１種の誘電体のＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚への依存係数が異なる３種以上の誘電体を混合して誘電体膜を構成することによっても、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができる。その一つの例としては、例えばＳｉ3 Ｎ4 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成からなる誘電体膜があげられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の弾性表面波装置によれば、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の、ＬＢＯ基板上に配設する誘電体膜の膜厚への依存性をほぼ零とすることができる。したがっＬＢＯ基板上に配設した誘電体膜の膜厚にばらつきがあっても、弾性表面波装置の動作周波数のばらつきを均一に保つことができる。したがって動作周波数をばらつかせることなくＬＢＯ基板を保護することができ生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波装置の構造を概略的に示す図。
【図２】本発明の弾性表面波装置の断面構造を概略的に示す図。
【図３】本発明の弾性表面波装置のＳＡＷの伝搬速度と誘電体膜の膜厚との関係を示す図。
【図４】本発明の弾性表面波装置の製造方法の例を説明するための図。
【図５】弾性表面波装置のＳＡＷの伝搬速度と誘電体膜厚との関係を示す図。
【符号の説明】
１…………圧電性基板
１ｗ………ウエハ
２…………誘電体膜
３…………櫛歯型電極
２１………第１の誘電体
２２………第２の誘電体
２３………混合誘電体
４０………チャンバ
４１………第１のスパッタ・ターゲット
４２………第２のスパッタ・ターゲット
４３………第３のスパッタ・ターゲット
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタ、弾性表面波共振子などの弾性表面波装置に関し、特に圧電性基板として表面保護膜を有する四硼酸リチウム（ＬＢＯ：Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ）基板を用いた弾性表面波装置の構造及び保護膜の構成材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波装置は圧電性基板上に配設された櫛歯型電極（ＩＤＴ：ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｓｅｒ）により電気信号を弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｈｏｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）に変換し、圧電性基板上に配設されたＩＤＴによりＳＡＷを受信し、電気信号とＳＡＷとの変換にかかわる周波数特性を利用するデバイスである。
【０００３】
近年携帯電話には、薄型であり小型化ができるというメリットにより弾性表面波装置が広く用いられるようになってきている。このなかでごく最近普及の始まった日本の簡易携帯電話システム（ＰＨＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は中間周波数ＩＦ段（約２４０ＭＨｚ）には０．１％程度の比帯域を持つ怠峻な帯域外減衰特性を持つフィルタが要求されている。このような用途において周波数温度特性の１次係数が０で比較的電気機械結合係数ｋ2 が１％程度と大きく、ＩＤＴ１本当たりのＳＡＷの反射係数が約３％と大きい４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板（４５°Ｘ−Ｚ ＬＢＯ）（例えば特公平７−１６１４１）を利用することが有望視されている。この基板を用いると、水晶基板（周波数温度特性の１次係数＝０、ｋ2 ＝０．１５％、ＩＤＴ１本当たりのＳＡＷの反射係数＝０．７％）を利用した場合に比べて弾性表面波装置のチップサイズを小型化できるというメリットがある。
【０００４】
しかしながらＬＢＯ基板は酸にも水にも溶解しやすいという特性を持つため、例えばＡｌなどからなる電極を形成するプロセスにおいて酸及び水から基板を保護するため、あるいは完成した弾性表面波装置を大気中の湿気の影響から保護するために、基板上に保護膜としての誘電体膜を形成して用いられる。
例えばＬＢＯからなる基板上に、保護膜として形成されたＳｉＯ2 等の材料から成る誘電体膜が配設され、この誘電体膜上にＡｌ等の金属材料から成る櫛歯型電極を配設すれば、誘電体膜により基板上に形成する櫛歯型電極を加工する時に用いられるエッチング液、洗浄液などから基板を保護することができる。
【０００５】
また櫛歯型電極を基板上に直接配設し、誘電体膜を櫛歯型電極を含めて基板の主面全体を覆うように配設すれば、誘電体膜により基板及び櫛歯型電極を大気中に含まれる湿気等の影響から保護することができる。である。誘電体膜も上述のようにスパッタ法等により形成することができる。
さらに誘電体膜を櫛歯型電極の上下に配設するようにすれば、さらに安定な弾性表面波装置を得ることができる。
【０００６】
図５はＬＢＯ基板の保護膜として用いられる誘電体膜と、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷ位相速度との関係を実験的に求めた結果を示したものである。
【０００７】
誘電体材料にＴａ2 Ｏ5 を用いた場合には、誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷの位相速度Ｖs は低下する傾向があり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs(0)＝−０．５、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷの波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は０．５％減少する。
２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約１ＭＨｚの周波数低下が生じてしまうことになる。同様に誘電体膜の構成材料にＳｉＯ2 を用いた場合には誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷの位相速度Ｖs は上昇する傾向があり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs(0)＝１．２、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は１．２％上昇する。
２００ＭＨｚで動作するＳＡＷテバィスの場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約２．４ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【０００８】
さらに誘電体材料にＳｉ3 Ｎ4 を用いた場合には、誘電体膜の膜厚とともにＳＡＷ位相速度Ｖs は上昇する傾向はＳｉＯ2 を用いた場合よりも顕著であり、ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs （0)＝３．０、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの１％の場合ＳＡＷ位相速度は３．０％上昇する。
２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）に設定すると約６．０ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【０００９】
一般に誘電体膜をスパッタ等により成膜する場合、均一な膜厚を有するように成膜することは困難であり、基板上に成膜された誘電体膜には膜厚のばらつきが生じる。また成膜バッチ間でも誘電体膜の厚みにばらつきが生ずる。このようなばらつきの大きさは一般的におおよそ±５％程度である。
膜厚が±５％程度ばらついたとき生ずる周波数変動は、２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜の厚みを０．０１λとすると、誘電体膜材料がＴａ2 Ｏ5 、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 でそれぞれ±０．０５ＭＨｚ、±０．１２ＭＨｚ、±０．３０ＭＨｚとなる。
【００１０】
このような周波数変動は弾性表面波装置の信頼性を低下させる原因となる。また設計が繁雑になったり、チューニングが必要になったりして生産性を低下させることから製造上の大きな障害となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。すなわち本発明の弾性表面波装置は、周波数変動が小さく、生産性の高い構造を有する弾性表面波装置を提供することを目的とする。
また本発明は、周波数変動を生じることなく基板を保護することのできる構造を有する弾性表面波装置に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明の弾性表面波装置は以下のような構成を備えている。
【００１３】
本発明の弾性表面波装置は、四硼酸リチウムからなる基板と、前記基板上に配設された誘電体膜と、前記誘電体膜上に配設された櫛歯型電極とをを具備し、前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の弾性表面波装置は、四硼酸リチウムからなる基板と、前記基板上に配設された櫛歯型電極と、前記櫛歯型電極の上側から前記基板上に配設された誘電体膜とを具備し、前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする。
前記誘電体膜は前記櫛歯型電極の上にも配設されていてもよい。すなわち、厚電性基板上に誘電体膜を配設し、この上に櫛歯型電極、反射器などの電極パターンを配設し、さらに電極パターンの上側から圧電性基板を覆うように誘電体膜を配設するようにしてもよい。
【００１５】
このような構成を採用することにより、例えばＬＢＯ基板上形成した誘電体膜の膜厚に不均一に起因する周波数変動が低減する。したがって動作周波数のばらつきの小さな弾性表面波装置を高い生産性で提供することができる。
【００１６】
また、前記誘電体膜を構成する前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との混合組成比は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度の前記誘電体膜の膜厚依存性がほぼ零になるように設定することが好ましい。このような構成を採用することにより、例えばＬＢＯ基板上形成した誘電体膜の膜厚に不均一に起因する周波数変動がなくなる。
【００１７】
すなわち本発明の弾性表面波装置はＬＢＯ基板上に形成する誘電体膜を、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有する誘電体により構成し、その組成比率をＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性を零とするよう組み合わせて構成したものである。
【００１８】
したがってＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができ、スパッタ等により形成する誘電体膜の膜厚が変動した場合にも弾性表面波装置の周波数変動を生じさせなくすることができる。このため生産性を向上することができる。
【００１９】
第１の誘電体材料としては例えばＴａ2 Ｏ5 を用いるようにしてもよい。
また第２の誘電体材料としては例えばＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を用いるようにしてもよい。混合組成比は体積比、重量比、あるいはモル比など製造上の必要などに応じて用いるようにすればよい。またこのような第１の誘電体材料と第２の誘電体材料とからなる誘電体膜は均一な組成比を有するように形成することが好ましく、例えばスパッタ法などにより成膜するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１は本発明の弾性表面波装置の構造の例を概略的に示す図である。また図２は誘電体膜を有する弾性表面波装置の構造の例を概略的に示す図である。
【００２２】
図２（ａ）の弾性表面波装置では、ＬＢＯからなる基板１上に、保護膜として形成されたＳｉＯ2 等の材料から成る誘電体膜２が配設され、この誘電体膜２上にＡｌ等の金属材料から成る櫛歯型電極３が配設されている。誘電体膜２は、ＬＢＯ基板１上にスパッタ法等により形成することができる。この場合誘電体膜２は基板上１に形成する櫛歯型電極３を加工する時に用いられるエッチング液、洗浄液などから基板を保護する役割を果たすものである。図２（ａ）は図１に例示したような弾性表面波装置の断面構造に対応する。
【００２３】
図２（ｂ）の弾性表面波装置では、櫛歯型電極３は基板１上に直接配設され、誘電体膜２は櫛歯型電極３を含めて基板１の主面全体を覆うように形成されている。この場合誘電体膜２は基板１及び櫛歯型電極３を大気中に含まれる湿気等の影響から保護する役割を果たすものである。誘電体膜２も上述のようにスパッタ法等により形成することができる。
【００２４】
図２（ｃ）の弾性表面波装置は、図２（ａ）と図２（ｂ）とを組み合わせたもので、誘電体膜２が櫛歯型電極３の上下に配設されている。
このような構造では、図２（ａ）及び図２（ｂ）の構造よりもさらに安定な弾性表面波装置を得ることができる。そして本発明の弾性表面波装置においては誘電体膜２は、ＬＢＯ基板１上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、ＬＢＯ基板１上に櫛歯型電極３を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、ＬＢＯ基板１上に櫛歯型電極３を直接配設したときの第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成で構成されている。
さらにこの誘電体膜２を構成する前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との混合組成比は、ＬＢＯ基板１上を伝搬する弾性表面波の位相速度の誘電体膜２の膜厚依存性がほぼ零になるように設定されている。
【００２５】
図３はＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 とからなる誘電体膜を用いて弾性表面波装置を形成した場合に、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性を示す図である。
プロファイルＡは、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３５対６５とした場合であり、プロファイルＢはＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３０対７０とした場合であり、プロファイルＣはＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を２５対７５とした場合である。なお誘電体膜の膜厚は弾性表面波の波長λで規格化した値（ｈ／λ）として示している。
【００２６】
図３から、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３０対７０とした場合に、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができることがわかる。
【００２７】
ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を３５対６５とした場合（Ａ）、誘電体膜の膜厚の増加とともにＳＡＷ位相速度Ｖs も増加する。ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs (0) ＝０．０９のとき、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの約１％の場合、ＳＡＷ位相速度は約０．０９％増大してしまうことがわかる。２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合には、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）とすると約０．１８ＭＨｚの周波数上昇が生じてしまうことになる。
【００２８】
ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比を２５対７５とした場合（Ｃ）、誘電体膜の膜厚の増加とともにＳＡＷ位相速度Ｖs は低下する。ΔＶs （ｈ／λ）／Ｖs (0) ＝−０．０８のとき、すなわち誘電体膜の膜厚ｈがＳＡＷ波長λの約１％の場合、ＳＡＷ位相速度は約０．０８％低下してしまうことがわかる。２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合には、誘電体膜の厚みを０．１７μｍ（０．０１λ）とすると約０．１６ＭＨｚの周波数低下が生じてしまうことになる。
【００２９】
前述のように、一般に誘電体膜をスパッタ等により成膜する場合、均一な膜厚を有するように成膜することは困難であり、基板上に成膜された誘電体膜には膜厚のばらつきが生じる。また成膜バッチ間でも誘電体膜の厚みにばらつきが生ずる。このようなばらつきの大きさは一般的におおよそ±５％程度である。
このとき生ずる周波数変動は２００ＭＨｚで動作する弾性表面波装置の場合、誘電体膜が厚み０．０１λ、誘電体膜材料のＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比（体積比）を３０対７０とした場合±０．０００９ＭＨｚとなる。この周波数変動量は図５を用いて説明した誘電体膜にＳｉＯ2 膜を用いた場合の周波数変動量のおおよそ１／１４０と非常に小さいものとなる。このように本発明によれば、弾性表面波装置の周波数ばらつきに起因する生産性の低下を低減することができ周波数特性の安定な弾性表面波装置を高い再現性で製造することができる。
【００３０】
（実施形態２）
つぎに、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を得る方法の例について説明する。
【００３１】
図４は本発明の弾性表面波装置の製造方法の例を説明するための図であり、ＬＢＯなどの水や酸に対して溶解するような圧電性材料からなるウエハ上に、基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有する誘電体膜を成膜する様子を模式的に示している。
【００３２】
図４（ａ）において、４１はスパッタ装置のチャンバ４０内に設置した第１のスパッタ・ターゲットであり、スパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 からなる第１の誘電体２１が張り付けられている。４２は第２のスパッタ・ターゲットでスパッタ母材としてＳｉＯ2 からなる第２の誘電体２２が張り付けられている。第１のスパッタ・ターゲット２１及び第２のスパッタ・ターゲット２２には個別に高周波電源が接続されており、それぞれ独立に放電電力を制御できるように構成されている。このような装置構成により第１及の誘電体２１、第２の誘電体２２を同時にスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜２を形成することができる。ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比は第１及び第２のスパッタ・ターゲットに印加する高周波電力の大きさを個別に制御することにより調整することができる。
【００３３】
図４（ｂ）において、４はスパッタ・ターゲットで、このターゲットは、スパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 からなる第１の誘電体２１とＳｉＯ2 からなる第２の誘電体２２とが組み合わされて張り付けられている。
このような装置構成により第１及び第２の誘電体を同時にスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を形成することができる。この時スパッタ・ターゲット４に組み合わせて張り付ける第１の誘電体２１と第２の誘電体２２とのターゲット面内の面積比率を調整することにより、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比を調整することができる。
【００３４】
図４（ｃ）において４３はスパッタ・ターゲットで、このターゲット内にはスパッタ母材としてＴａ2 Ｏ5 とＳｉＯ2 が混合され焼結された混合誘電体２３が張り付けられている。このような装置構成によりスパッタし、スパッタ装置のチャンバ４０内に設置したＬＢＯ基板からなるウエハ１ｗにＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成から成る誘電体膜を形成することができる。この時スパッタ・ターゲット４３の混合誘電体２３のＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の体積混合比率を調整することによりＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成比を調整することができる。
【００３５】
なお上述の説明では、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の、ＬＢＯ基板上に配設する誘電体膜の膜厚への依存性をほぼ零とすることのできる誘電体材料として、ＳｉＯ2 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成からなる誘電体を例にとって説明したが、本発明はＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を低下させる第１の誘電体とＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度を上昇させる第２の誘電体の混合組成を有するように誘電体膜を構成することにより同様の効果を得ることができる。また、少なくとも１種の誘電体のＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚への依存係数が異なる３種以上の誘電体を混合して誘電体膜を構成することによっても、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の誘電体膜厚依存性をほぼ零とすることができる。その一つの例としては、例えばＳｉ3 Ｎ4 とＴａ2 Ｏ5 の混合組成からなる誘電体膜があげられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の弾性表面波装置によれば、ＬＢＯ基板上を伝搬するＳＡＷの位相速度の、ＬＢＯ基板上に配設する誘電体膜の膜厚への依存性をほぼ零とすることができる。したがっＬＢＯ基板上に配設した誘電体膜の膜厚にばらつきがあっても、弾性表面波装置の動作周波数のばらつきを均一に保つことができる。したがって動作周波数をばらつかせることなくＬＢＯ基板を保護することができ生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波装置の構造を概略的に示す図。
【図２】本発明の弾性表面波装置の断面構造を概略的に示す図。
【図３】本発明の弾性表面波装置のＳＡＷの伝搬速度と誘電体膜の膜厚との関係を示す図。
【図４】本発明の弾性表面波装置の製造方法の例を説明するための図。
【図５】弾性表面波装置のＳＡＷの伝搬速度と誘電体膜厚との関係を示す図。
【符号の説明】
１…………圧電性基板
１ｗ………ウエハ
２…………誘電体膜
３…………櫛歯型電極
２１………第１の誘電体
２２………第２の誘電体
２３………混合誘電体
４０………チャンバ
４１………第１のスパッタ・ターゲット
４２………第２のスパッタ・ターゲット
４３………第３のスパッタ・ターゲット
Claims (6)
- 四硼酸リチウムからなる基板と、
前記基板上に配設された誘電体膜と、
前記誘電体膜上に配設された櫛歯型電極とを具備し、
前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする弾性表面波装置。 - 四硼酸リチウムからなる基板と、
前記基板上に配設された櫛歯型電極と、
前記櫛歯型電極の上側から前記基板を覆うように配設された誘電体膜とを具備し、
前記誘電体膜は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度が、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの第１の位相速度よりも小さくなるような第１の誘電体材料と、前記基板上に前記櫛歯型電極を直接配設したときの前記第１の位相速度よりも大きくなるような第２の誘電体材料との混合組成を有することを特徴とする弾性表面波装置。 - 前記誘電体膜は前記前記櫛歯型電極の上にも配設されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
- 前記誘電体膜を構成する前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との混合組成比は、前記基板上を伝搬する弾性表面波の位相速度の前記誘電体膜の膜厚依存性がほぼ零になるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波装置。
- 前記第１の誘電体材料はＴａ2 Ｏ5 であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性表面波装置。
- 前記第１の誘電体材料はＳｉＯ2 であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の弾性表面波装置。
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