JP4049195B2 - 弾性表面波デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)や、特公昭62−016050号公報等に開示されたSAWデバイスがある。このSAWデバイスは、図20(a)に示すように回転Yカット水晶基板のカット角θを結晶軸Zより反時計方向に−50°回転(回転後の基板の軸をそれぞれX、Y’、Z’軸とする)し、X軸に対して垂直な方向(Z'軸
方向)に伝搬するSH波を利用して構成したSH波型SAWデバイスである。なお、このカット角をオイラー角で表示すると(0°,θ+90°,90°)=(0°,40°,90°)と表示できる。図20(b)は、回転Yカット水晶基板81の主表面上にZ’軸に沿ってIDT電極82と、その両側にグレーティング反射器83a、83bとを配置して構成したSH波型SAW共振子である。このSH波型SAW共振子は、圧電基板81の表面直下を伝搬するSH波型表面波をIDT電極82によって励起し、その振動エネルギーを電極(82、83a、83b)直下に閉じ込めて、共振子を構成するものである。一般に、SH波型SAW共振子の周波数温度特性は、広温度範囲でみると3次曲線を呈し、良好な周波数温度特性が得られる。
この問題を解決すべく、特公平01−034411号公報(特許文献2)では、図21に示すようにカット角θが−50°である回転Yカット水晶基板81上を、Z’軸方向に伝搬するSH波型表面波を用いたSAW共振子が開示されている。IDT電極84を800対±200対とし、グレーティング反射器を用いることなく、IDT電極84の電極指からの反射だけでSH波型表面波の振動エネルギーを閉じ込め、高Q化を図った所謂多対IDT電極型SAW共振子である。
測定解析技術の進歩により、従来、単結晶と理解されていたアルミニウム膜の解釈が少し変化しているものと思われる。この公報の開示によると、アルミニウムの層は多結晶であり、結晶粒界が双晶粒界(隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にある結晶粒界)となっている。これによりSAW共振子は長期間使用しても周波数が変化しにくいという。その理由として、アルミニウムの層が多結晶であると、粒界エネルギーが生じる。従来のアルミニウム膜のように、多結晶で構成されており、且つこの多結晶を構成する各結晶の配向がランダムであると、粒界エネルギーが大きくなる。粒界エネルギーが大きくなると電極膜に振動が加えられた場合に、結晶が少しずつ移動することになる。このため、このような電極膜に長時間振動が加わると、電極膜が経時劣化し、周波数が変動すると考えられるという。
SAW共振子の断面の観察としては、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いてアルミニウム膜の粒界の界面が双晶粒界であることを確認したと記している。また、電子線回折で写した写真により双晶を確認したという。
また本発明は、このSH波型SAWデバイスの製造方法を提供するとともに、このSH波型SAWデバイスを用いたモジュール装置および発振回路を提供することを目的とする。
×10−4×θ3−2.34969×10−2×θ2−1.37506×θ−26.7895<H/λ<−1.02586×10−4×θ3−1.73238×10−2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴としたSH波型弾性表面波デバイスである。
×θ2−0.825038×θ−16.0737<(H/λ)×mr<−6.15517×10−5×θ3−1.03943×10−2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴としたSH波型弾性表面
波デバイスである。
×10−4×θ3−2.50690×10−2×θ2−1.45086×θ−27.9464<H/λ<−9.87591×10−5×θ3−1.70304×10−2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴としたSH波型弾性表面波デバイスである。
×θ2−0.870514×θ−16.7678<(H/λ)×mr<−5.92554×10−5×θ3−1.02183×10−2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴としたSH波型弾性表面
波デバイスである。
波型弾性表面波デバイスである。
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでウエットエッチングする工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記IDT電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
ることができ、エッチングが短時間で終わる。
転Yカット90°X伝搬水晶基板(オイラー角表示では(0°,39°,90°))を用い、共振周波数を315MHz、電極膜厚H/λを0.06、IDT電極2の対数を100対、グレーティング反射器3a、3bの本数を各々100本として構成したSH波型SAW共振子の周波数温度特性(実線)を示した図である。また、比較の為に、圧電基板の大きさを同一にしたSTカット水晶SAW共振子の周波数温度特性を破線で示し、重ね書きした。
Tp(H/λ)=−41825×(H/λ)2+2855.4×(H/λ)−26.42 ・・・(1)また、−50°近
傍のカット角においても切片を除けばおおよそ(1)式が適用できる。
Tp(θ)=−43.5372×θ−2197.14 ・・・(2)
Tp(H/λ,θ)=Tp(H/λ)+Tp(θ)=−41825×(H/λ)2+2855.4×(H/λ)−43.5372×θ−2223.56 ・・・(3)
式(3)より、頂点温度Tpを使用温度範囲(−50〜+125℃)に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚H/λ及びカット角θを設定すれば良い。
0.9613≦−18.498×(H/λ)2+1.2629×(H/λ)−0.019255×θ≦1.0387 ・・・(4)
0.9845≦−18.518×(H/λ)2+1.2643×(H/λ)−0.019277×θ≦1.0155 ・・・(5)
Tp=−50(℃):H/λ≒−1.02586×10−4×θ3 −1.73238×10−2×θ2−0.977607×θ−18.3420
Tp=0(℃):H/λ≒−9.87591×10−5×θ3−1.70304×10−2×θ2−0.981173×θ−18.7946
Tp=+70(℃):H/λ≒−1.44605×10−4×θ3−2.50690×10−2×θ2−1.45086
×θ−27.9464
Tp=+125(℃):H/λ≒−1.34082×10−4×θ3−2.34969×10−2×θ2−1.37506×θ−26.7895
×10−4×θ3−2.34969×10−2×θ2−1.37506×θ−26.7895<H/λ<−1.02586×10−4×θ3−1.73238×10−2×θ2−0.977607×θ−18.3420となるようにカット角θ及び電極膜厚H/λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚H/λの範囲は、従来のSTカット水晶デバイスより優れた特性が得られる0.04<H/λ<0.12とし、カット角θの範囲は図6の点Aから点Bに示す範囲の−64.0<θ<−49.3とする必要がある。
×10−5×θ3−1.70304×10−2×θ2−0.981173×θ−18.7946となるようにカット角θ及び電極膜厚H/λを設定すれば良い。また、電極膜厚H/λはQ値が20,000以上得られる0.05<H/λ<0.10の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Tp(℃)を0≦Tp≦+70の範囲内に設定するには、カット角θを図6の点Cから点Dに示す範囲の−61.4<θ<−51.1に設定する必要がある。
Tp=−50(℃):H/λ×mr≒−6.15517×10−5×θ3−1.03943×10−2×θ2−0.586564×θ−11.0052
Tp=0(℃):H/λ×mr≒−5.92554×10−5×θ3−1.02183×10−2×θ2−0.588704×θ−11.2768
Tp=+70(℃):H/λ×mr≒−8.67632×10−5×θ3−1.50414×10−2×θ2−0.870514×θ−16.7678
Tp=+125(℃):H/λ×mr≒−8.04489×10−5×θ3−1.40981×10−2×θ2−0.825038×θ−16.0737
×10−5×θ3−1.40981×10−2×θ2−0.825038×θ−16.0737<H/λ×mr<−6.15517×10−5×θ3−1.03943×10−2×θ2−0.586564×θ−11.0052となるようにカット角θ
及び電極膜厚とライン占有率の積H/λ×mrを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚H/λの範囲は従来のSTカット水晶デバイスより優れた特性が得られる0.04<H/λ<0.12とし、カット角θの範囲は−64.0<θ<−49.3とする必要がある。
図9は圧電基板11上にSAWの伝搬方向に沿ってIDT電極12、13を配置し、その両側にグレーティング反射器14a、14bを配置した2ポートSH波型SAW共振子を示しており、1ポートSH波型SAW共振子と同じく高いQ値を実現できる。
51の両端に吸音材55を塗布する場合がある。トランスバーサル型SAWフィルタは、振幅特性と位相特性とを別々に設計可能であり、帯域外抑圧度が高いためIF用フィルタとして多用されている。
たトランスバーサル型SAWフィルタがある。表面波の励振が一方向性となるので低損失なフィルタ特性が得られる。また、他の構造として、IDTの励振電極間にグレーティング反射器を配置した所謂反射バンク型トランスバーサル型SAWフィルタ等がある。
配線基板を不要としたWLCSP(Wafer Level Chip Size Package)構造等にしても良
い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したAQP(All Quartz Package)構造としても良い。前記AQP構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。
はSH波型表面波の波長)、ライン占有率mr(電極指幅Lとスペース幅Sとの和に対する電極指幅Lの比)等は、前述した特願2004−310452号に基づくものとする。
果的に取り除くことができ、エージング特性が極めて良好であることがわかる。また図14に示した測定の結果から、特に水晶基板のエッチング量を0.0025μmとしたときであっても、350時間後のエージングが−1.0ppmから−8.5ppmであることから、水晶基板のエッチング量を0.002μmとしたときであっても350時間後のエージングが数ppmであると考えられる。
2、12、13、22、32、42、52、53、62、63、72 IDT電極
3a、3b、14a、14b、73a、73b グレーティング反射器
54 シールド電極
55 吸音材
λ SH波型弾性表面波の波長
Claims (16)
- 圧電基板と、該圧電基板上に形成されAl又はAlを主成分とする合金からなるIDT電極とを備え、励振波をSH波とした弾性表面波デバイスであり、
前記圧電基板は、回転Yカット水晶基板のカット角θを結晶Z軸より反時計方向に−64.0°<θ<−49.3°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶X軸に対し90°±5°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記IDT電極の波長で基準化した電極膜厚H/λを0.04<H/λ<0.12とし、
前記IDT電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているSH波型弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでウエットエッチングする工程と、
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記IDT電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。 - 圧電基板と、該圧電基板上に形成されAl又はAlを主成分とする合金からなるIDT電極とを備え、励振波をSH波とした弾性表面波デバイスであり、
前記圧電基板は、回転Yカット水晶基板のカット角θを結晶Z軸より反時計方向に−64.0°<θ<−49.3°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶X軸に対し90°±5°とした水晶平板であり、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記IDT電極の波長で基準化した電極膜厚H/λを0.04<H/λ<0.12とし、
前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでエッチングした表面に、前記IDT電極が形成されたSH波型弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでウエットエッチングする工程と、
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記IDT電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。 - 前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚H/λの関係が、−1.34082×10 −4 ×θ 3 −2.34969×10 −2 ×θ 2 −1.37506×θ−26.7895<H/λ<−1.02586×10 −4 ×θ 3 −1.73238×10 −2 ×θ 2 −0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴とする請求項1または2に記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記IDT電極を構成する電極指の電極指幅/(電極指幅+電極指間のスペース)をライン占有率mrとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積H/λ×mrの関係が、−8.04489×10 −5 ×θ 3 −1.40981×10 −2 ×θ 2 −0.825038×θ−16.0737<(H/λ)×mr<−6.15517×10 −5 ×θ 3 −1.03943×10 −2 ×θ 2 −0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴とする請求項1または2に記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 圧電基板と、該圧電基板上に形成されAl又はAlを主成分とする合金からなるIDT電極とを備え、励振波をSH波とした弾性表面波デバイスであり、
前記圧電基板は、回転Yカット水晶基板のカット角θを結晶Z軸より反時計方向に−61.4°<θ<−51.1°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶X軸に対し90°±5°とした水晶平板であり、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記IDT電極の波長で基準化した電極膜厚H/λを0.05<H/λ<0.10とし、
前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでエッチングした表面に、前記IDT電極が形成されたSH波型弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記圧電基板の主表面を0.0025μm以上0.1μm未満の厚さでウエットエッチングする工程と、
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記IDT電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。 - 前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚H/λの関係が、−1.44605×10 −4 ×θ 3 −2.50690×10 −2 ×θ 2 −1.45086×θ−27.9464<H/λ<−9.87591×10 −5 ×θ 3 −1.70304×10 −2 ×θ 2 −0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴とする請求項5に記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記IDT電極を構成する電極指の電極指幅/(電極指幅+電極指間のスペース)をライン占有率mrとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積(H/λ)×mrの関係が、−8.67632×10 −5 ×θ 3 −1.50414×10 −2 ×θ 2 −0.870514×θ−16.7678<(H/λ)×mr<−5.92554×10 −5 ×θ 3 −1.02183×10 −2 ×θ 2 −0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴とする請求項5に記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にIDT電極を少なくとも1個配置した1ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってIDT電極を少なくとも2個配置した2ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のIDT電極からなる2ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のSH波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるIDT電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルSAWフィルタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるIDT電極を少なくとも1つ配置したトランスバーサルSAWフィルタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記弾性表面波デバイスは、IDT電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載のSH波型弾性表面波デバイスの製造方法。
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