JP4297137B2 - Surface acoustic wave device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、例えば共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性表面波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、IDT電極を被覆するように絶縁物層が形成されている構造を備えた弾性表面波装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave device used for, for example, a resonator and a bandpass filter, and a method for manufacturing the same, and more specifically, an elastic surface having a structure in which an insulator layer is formed so as to cover an IDT electrode. The present invention relates to a wave device and a manufacturing method thereof.
移動体通信システムに用いられるDPXやRFフィルタでは、広帯域かつ良好な温度特性の双方が満たされることが求められている。従来、DPXやRFフィルタに使用されてきた弾性表面波装置では、36°〜50°回転Y板X伝搬LiTaO3からなる圧電性基板が用いられている。この圧電性基板は、周波数温度係数が−40〜−30ppm/℃程度であった。温度特性を改善するために、圧電性基板上においてIDT電極を被覆するように正の周波数温度係数を有するSiO2膜を成膜する方法が知られている。図109にこの種の弾性表面波装置の製造方法の一例を示す。 A DPX or RF filter used in a mobile communication system is required to satisfy both a wide band and good temperature characteristics. Conventionally, in a surface acoustic wave device that has been used for DPX and RF filters, a piezoelectric substrate made of 36 ° -50 ° rotated Y-plate X-propagating LiTaO 3 is used. This piezoelectric substrate had a frequency temperature coefficient of about −40 to −30 ppm / ° C. In order to improve temperature characteristics, a method of forming a SiO 2 film having a positive frequency temperature coefficient so as to cover an IDT electrode on a piezoelectric substrate is known. FIG. 109 shows an example of a method for manufacturing this type of surface acoustic wave device.
図109(a)に示すように、圧電性基板51上に、IDT電極が形成される部分を除いてレジストパターン52が形成される。次に、図109(b)に示すように、全面にIDT電極を形成するための電極膜53が形成される。しかる後、レジスト剥離液を用いて、レジスト52及びレジスト52上に付着している金属膜が除去される。このようにして、図109(c)に示すように、IDT電極53Aが形成される。次に、図109(d)に示すように、IDT電極53Aを被覆するように、SiO2膜54が成膜される。 As shown in FIG. 109A, a resist pattern 52 is formed on the piezoelectric substrate 51 except for the portion where the IDT electrode is formed. Next, as shown in FIG. 109B, an electrode film 53 for forming IDT electrodes is formed on the entire surface. Thereafter, the resist 52 and the metal film adhering to the resist 52 are removed using a resist stripping solution. In this way, the IDT electrode 53A is formed as shown in FIG. 109 (c). Next, as shown in FIG. 109 (d), the SiO 2 film 54 is formed so as to cover the IDT electrode 53A.
他方、上記周波数温度特性の改善とは別の目的で、弾性表面波装置のIDT電極を被覆するように絶縁性または反導電性の保護膜が形成されている弾性表面波装置の製造方法が下記特許文献1に開示されている。図110は、この先行技術に記載の表面波装置を示す模式的断面図である。弾性表面波装置61では、圧電基板62上に、AlまたはAlを主成分とする合金からなるIDT電極63が形成されている。IDT電極63の設けられている領域以外の領域には、絶縁性または反導電性の電極指間膜64が形成されている。また、IDT電極63及び電極指間膜64を被覆するように、絶縁性または反導電性の保護膜65が形成されている。この先行技術に記載の弾性表面波装置61では、上記電極指間膜64及び保護膜65が、SiO2などの絶縁物やシリコーンなどの反導電性材料により構成される旨が記載されている。ここでは、上記電極指間膜63の形成により、圧電基板61の有する焦電性に起因する電極指間の放電による特性の劣化が抑制されるとされている。
On the other hand, a method for manufacturing a surface acoustic wave device in which an insulating or anticonductive protective film is formed so as to cover the IDT electrode of the surface acoustic wave device for the purpose different from the improvement of the frequency temperature characteristic is as follows. It is disclosed in
他方、下記の特許文献2には、水晶またはニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、アルミニウムや金などの金属からなる電極が形成されており、さらにSiO2膜を形成した後、該SiO2膜を平坦化してなる1ポート型弾性表面波伝共振子が開示されている。ここでは、平坦化により良好な共振特性が得られるとされている。
図109に示したように、従来の周波数温度特性を改善するためにSiO2膜を成膜してなる弾性表面波装置の製造方法では、IDT電極53Aが存在する部分と、存在しない部分とで、SiO2膜54の表面の高さが異なることになる。従って、上記SiO2膜54表面の凹凸の存在により、挿入損失が劣化するという問題があった。また、IDT電極の膜厚が大きくなるにつれて、この凹凸は大きくなる。従って、IDT電極の膜厚を厚くすることができなかった。 As shown in FIG. 109, in the conventional method for manufacturing a surface acoustic wave device in which a SiO 2 film is formed in order to improve the frequency temperature characteristics, there are a portion where the IDT electrode 53A is present and a portion where the IDT electrode 53A is not present. Therefore, the height of the surface of the SiO 2 film 54 is different. Therefore, there is a problem that the insertion loss is deteriorated due to the presence of irregularities on the surface of the SiO 2 film 54. Moreover, this unevenness | corrugation becomes large as the film thickness of an IDT electrode becomes large. Therefore, the film thickness of the IDT electrode could not be increased.
他方、文献1に記載の弾性表面波装置では、IDT電極63の電極指間に電極指間膜64が形成された後に、保護膜65が形成されている。従って、保護膜65の表面を平坦化することができる。
On the other hand, in the surface acoustic wave device described in
しかしながら、文献1に記載の構成では、IDT電極63はAlまたはAlを主成分とする合金により構成されていた。このIDT電極63に接するように電極指間膜64が形成されていたが、IDT電極63において十分な反射係数を得ることができなかった。そのため、例えば共振特性などにリップルが生じがちであるという問題があった。
However, in the configuration described in
さらに、文献1に記載の製造方法では、保護膜65を形成するに先だち、電極指間膜64上に形成されたレジストをレジスト剥離液を用いて除去しなければならないが、この際に、IDT電極63がレジスト剥離液で腐食される恐れがあった。従って、IDT電極を構成する金属として、腐食され易い金属を用いることができなかった。すなわち、IDT電極構成金属の種類に制約があった。
Furthermore, in the manufacturing method described in
他方、前述した特許文献2に記載の1ポート型弾性表面波共振子では、圧電基板として水晶またはニオブ酸リチウムを用いること、電極がアルミニウムまたは金などからなることが示されているものの、具体的な実施例では、水晶基板上にAlからなる電極を形成した例のみが示されている。すなわち、他の基板材料や他の金属材料を用いた弾性表面波装置については特に言及されていない。
On the other hand, the 1-port surface acoustic wave resonator described in
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、IDT電極の電極指間及びIDT電極上に絶縁物層が形成されている弾性表面波装置及びその製造方法であって、IDT電極の反射係数が十分に大きく、共振特性などに表れるリップルによる特性の劣化が生じ難く、従って、良好な共振特性やフィルタ特性を有する弾性表面波装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device in which an insulating layer is formed between electrode fingers of an IDT electrode and on the IDT electrode, and a method for manufacturing the same, in view of the above-described state of the prior art, and the reflection of the IDT electrode Accordingly, it is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave device having a sufficiently large coefficient and hardly causing deterioration of characteristics due to ripples appearing in resonance characteristics and the like, and a method for manufacturing the same.
本発明の他の目的は、IDT電極の反射係数が十分に大きく良好な特性を有するだけでなく、IDT電極を構成する金属材料の選択の制約が少なく、IDT電極の腐食による悪影響が生じ難い弾性表面波装置及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is that not only the reflection coefficient of the IDT electrode is sufficiently large and has good characteristics, but also there are few restrictions on the selection of the metal material constituting the IDT electrode, and the elasticity that does not easily cause adverse effects due to corrosion of the IDT electrode. The object is to provide a surface acoustic wave device and a method of manufacturing the same.
本発明のさらに他の目的は、IDT電極の反射係数が十分に大きく、良好な特性を有し、かつIDT電極の腐食による特性の劣化が生じ難いだけでなく、さらに周波数温度特性が良好な弾性表面波装置及びその製造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is that the IDT electrode has a sufficiently large reflection coefficient, good characteristics, and is not only susceptible to deterioration of characteristics due to corrosion of the IDT electrode, but also has excellent frequency temperature characteristics. The object is to provide a surface acoustic wave device and a method of manufacturing the same.
上述したように、特許文献2では、SiO2膜を平坦化することにより良好な共振特性が得られることが示されている。そこで、本願発明者らは、広帯域のフィルタを得るべく、圧電基板として、電気機械結合係数が大きなLiTaO3基板を用い、その他は特許文献2に記載の構造と同様にして1ポート型弾性表面波共振子を作製し、特性を調査した。すなわち、LiTaO3基板上に、Alからなる電極を形成し、SiO2膜を形成し、該SiO2膜の表面を平坦化した。しかしながら、SiO2膜を形成した後に、特性が大きく劣化し、実用し得るものではないことを見出した。
As described above,
電気機械結合係数が水晶に比べて大きいLiTaO3基板やLiNbO3基板を用いると、比帯域幅は格段に大きくなる。しかしながら、本願発明者らが詳細な検討を行った結果、図2及び図3に示すように、LiTaO3基板上にAlからなる電極を形成し、さらにSiO2膜を形成した場合、SiO2膜の表面を平坦化することにより、反射係数が0.02程度まで激減することがわかった。なお、図2及び図3は、オイラー角(0°,126°,0°)のLiTaO3基板上にアルミニウム、金または白金からなるIDT電極を種々の厚みで形成し、さらにSiO2膜を形成してなる弾性表面波装置の電極膜厚H/λと、反射係数との関係を示す図である。なお、図2及び図3における実線はSiO2膜の表面を図2及び図3中に模式的に示すように平坦化していない場合の反射係数の変化を示し、破線はSiO2膜の表面を平坦化した場合の反射係数の変化を示す。 When a LiTaO 3 substrate or a LiNbO 3 substrate having a larger electromechanical coupling coefficient than quartz is used, the specific bandwidth is remarkably increased. However, as a result of the present inventors have made a detailed study, as shown in FIGS. 2 and 3, to form an electrode made of Al in the LiTaO 3 substrate, may further the formation of the SiO 2 film, a SiO 2 film It was found that the reflection coefficient drastically decreased to about 0.02 by flattening the surface of the film. 2 and 3, IDT electrodes made of aluminum, gold, or platinum are formed in various thicknesses on a LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 126 °, 0 °), and an SiO 2 film is further formed. It is a figure which shows the relationship between the electrode film thickness H / (lambda) of a surface acoustic wave apparatus formed, and a reflection coefficient. Note that the solid lines in FIGS. 2 and 3 shows the change in the reflection coefficient if not flattened as shown schematically the surface of the SiO 2 film in FIGS. 2 and 3, a broken line indicates a surface of the SiO 2 film The change in reflection coefficient when flattened is shown.
図2及び図3から明らかなように、従来のAlからなる電極を用いた場合には、SiO2膜の表面を平坦化することにより、電極膜厚の如何に関わらず反射係数は0.02程度まで激減することがわかる。このため、十分なストップバンドが得られなくなり、反共振周波数近傍に鋭いリップルが生じると考えられる。 As is apparent from FIGS. 2 and 3, when a conventional electrode made of Al is used, the reflection coefficient is 0.02 regardless of the electrode film thickness by flattening the surface of the SiO 2 film. It can be seen that it drastically decreases to the extent. For this reason, it is considered that a sufficient stop band cannot be obtained, and a sharp ripple is generated in the vicinity of the anti-resonance frequency.
また、従来、反射係数は電極膜厚が増大するにつれて大きくなることが知られている。しかしながら、図2及び図3から明らかなように、Alからなる電極を用いた場合には、電極の膜厚を大きくしたとしても、SiO2膜の表面が平坦化された場合には、反射係数は増大しないことがわかる。 Conventionally, it is known that the reflection coefficient increases as the electrode film thickness increases. However, as is apparent from FIGS. 2 and 3, when an electrode made of Al is used, even if the film thickness of the electrode is increased, the reflection coefficient is reduced when the surface of the SiO 2 film is flattened. It can be seen that does not increase.
これに対して、図2及び図3から明らかなように、AuやPtからなる電極を形成した場合には、SiO2膜の弾性表面波を平坦化した場合においても、電極の膜厚が増大するにつれて、反射係数が大きくなることがわかる。本願発明者らは、このような知見に基づき、種々検討した結果、本発明をなすに至ったものである。 On the other hand, as is apparent from FIGS. 2 and 3, when an electrode made of Au or Pt is formed, the thickness of the electrode increases even when the surface acoustic wave of the SiO 2 film is flattened. It can be seen that the reflection coefficient increases with time. As a result of various studies based on such knowledge, the inventors of the present application have made the present invention.
本願の第1の発明によれば、圧電性基板と、前記圧電性基板上に形成されており、Alよりも高密度の金属または該金属を主成分とする合金からなる少なくとも1つのIDT電極と、前記少なくとも1つのIDT電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記IDT電極と略等しい膜厚に形成された第1絶縁物層と、前記IDT電極及び第1絶縁物層を被覆するように形成された第2絶縁物層とを備え、上記IDT電極の密度が、第1絶縁物層の密度の1.5倍以上とされている弾性表面波装置が提供される。第1の発明では、共振特性やフィルタ特性などに表れるリップルが帯域外に移動されると共に、リップルが抑圧される。従って、良好な特性を実現することができる。 According to the first invention of the present application, a piezoelectric substrate, and at least one IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of a metal having a higher density than Al or an alloy containing the metal as a main component; In the remaining region excluding the region where the at least one IDT electrode is formed, a first insulator layer formed with a film thickness substantially equal to the IDT electrode, and the IDT electrode and the first insulator layer are provided. There is provided a surface acoustic wave device including a second insulator layer formed so as to cover the IDT electrode and having a density of 1.5 times or more that of the first insulator layer. In the first invention, ripples appearing in the resonance characteristics and filter characteristics are moved out of the band, and the ripples are suppressed. Therefore, good characteristics can be realized.
本願の第2の発明の広い局面によれば、圧電性基板と、前記圧電性基板上に形成された少なくとも1つのIDT電極と、前記IDT電極上に形成されており、かつIDT電極を構成する金属もしくは合金よりも耐腐食性に優れた金属もしくは合金からなる保護金属膜と、前記少なくとも1つのIDT電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記IDT電極と保護金属膜との合計の膜厚と略等しい膜厚を有するように形成された第1絶縁物層と、前記保護金属膜及び第1絶縁物層を被覆するように形成された第2絶縁物層とを備える、弾性表面波装置が提供される。 According to a broad aspect of the second invention of the present application, a piezoelectric substrate, at least one IDT electrode formed on the piezoelectric substrate, and formed on the IDT electrode and constitutes an IDT electrode In the remaining region excluding the region where the at least one IDT electrode is formed, a protective metal film made of a metal or alloy having a higher corrosion resistance than the metal or alloy, and the IDT electrode and the protective metal film A first insulator layer formed to have a film thickness substantially equal to the total film thickness; and a second insulator layer formed to cover the protective metal film and the first insulator layer. A surface acoustic wave device is provided.
第2の発明のある特定の局面では、上記IDT電極及び保護金属膜からなる積層構造の平均密度が、第1絶縁物層の密度の1.5倍以上とされており、それによって共振特性やフィルタ特性上に表れる不要リップルが帯域外にシフトされ、かつ共振される。 In a specific aspect of the second invention, the average density of the laminated structure composed of the IDT electrode and the protective metal film is 1.5 times or more the density of the first insulator layer, whereby resonance characteristics and Unnecessary ripples appearing on the filter characteristics are shifted out of band and resonated.
第1,第2の発明の他の特定の局面では、第1,第2の絶縁物層が同じ材料により形成される。また、好ましくは、第2の絶縁物層がSiO2により形成されている。 In another specific aspect of the first and second inventions, the first and second insulator layers are formed of the same material. Also, preferably, the second insulator layer is formed by SiO 2.
第1,第2の発明に係る弾性表面波装置は、好ましくは、弾性表面波の反射を利用した弾性表面波装置である。弾性表面波の反射を利用する構造としては、特に限定されず、圧電性基板の対向2端面の反射を利用した端面反射型弾性表面波装置が構成されてもよく、あるいはIDTの弾性表面波伝搬方向外側に反射器を設けた弾性表面波装置であってもよい。 The surface acoustic wave device according to the first and second inventions is preferably a surface acoustic wave device using reflection of surface acoustic waves. The structure using the surface acoustic wave reflection is not particularly limited, and an end surface reflection type surface acoustic wave device using the reflection of the two opposing end surfaces of the piezoelectric substrate may be configured, or the surface acoustic wave propagation of the IDT. A surface acoustic wave device provided with a reflector on the outside in the direction may be used.
第1,第2の発明に係る弾性表面波装置は、様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタに用いることができる。このような弾性表面波共振子は、1ポート型共振子であってもよく、2ポート型共振子であってもよく、また弾性表面波フィルタは、2ポート型共振子フィルタであってもよく、ラダー型フィルタまたはラチス型フィルタなどであってもよい。 The surface acoustic wave devices according to the first and second inventions can be used for various surface acoustic wave resonators and surface acoustic wave filters. Such a surface acoustic wave resonator may be a one-port resonator or a two-port resonator, and the surface acoustic wave filter may be a two-port resonator filter. A ladder type filter or a lattice type filter may be used.
第1,第2の発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、上記電極がIDT電極である。IDT電極は、一方向性電極であってもよく、それによって挿入損失を低減することができる。 On the specific situation with the surface acoustic wave apparatus concerning the 1st, 2nd invention, the said electrode is an IDT electrode. The IDT electrode may be a unidirectional electrode, thereby reducing insertion loss.
また、上記電極は反射器であってもよい。 The electrode may be a reflector.
第1,第2の発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、上記電極が、IDT電極及び反射器電極である。 On the specific situation with the surface acoustic wave apparatus concerning the 1st, 2nd invention, the said electrode is an IDT electrode and a reflector electrode.
第1の発明に係る弾性表面波装置では、IDT電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、IDT電極と略等しい膜厚に形成された第1の絶縁物層が設けられており、IDT電極及び第1絶縁物層を被覆するように第2絶縁物層が設けられている構成において、IDT電極が第1絶縁物層の密度よりも高密度の金属または該金属を主成分とする合金からなるため、IDT電極の反射係数を十分な大きさとすることができる。従って、所望でないリップルによる特性の劣化が生じ難い、周波数温度特性の良好な弾性表面波装置を提供することができる。 In the surface acoustic wave device according to the first aspect of the present invention, the first insulator layer formed to have a film thickness substantially equal to the IDT electrode is provided in the remaining region except the region where the IDT electrode is formed. In the configuration in which the second insulator layer is provided so as to cover the IDT electrode and the first insulator layer, the IDT electrode has a metal having a higher density than the density of the first insulator layer or the metal as a main component. Therefore, the reflection coefficient of the IDT electrode can be made sufficiently large. Therefore, it is possible to provide a surface acoustic wave device with good frequency temperature characteristics in which characteristics are not easily deteriorated due to undesired ripples.
加えて、IDT電極と第1絶縁物層が略等しい膜厚とされており、IDT電極及び第1絶縁物層を被覆するように第2絶縁物層が積層されているため、第2絶縁物層の外表面を平坦化することができ、それによって第2絶縁物層表面の凹凸による特性の劣化も生じ難い。 In addition, since the IDT electrode and the first insulator layer have substantially the same thickness, and the second insulator layer is laminated so as to cover the IDT electrode and the first insulator layer, the second insulator The outer surface of the layer can be flattened, whereby the deterioration of the characteristics due to the unevenness of the surface of the second insulator layer hardly occurs.
第2の発明に係る弾性表面波装置では、IDT電極が形成されている領域を除いた残りの領域にIDT電極とほぼ等しい膜厚の第1絶縁物層が設けられており、IDT電極上に、IDT電極を構成する金属もしくは合金よりも耐腐食性に優れた金属もしくは合金からなる保護金属膜が設けられており、保護金属膜及び第1絶縁物層上を被覆するように第2絶縁物層が形成されている。従って、IDT電極が保護金属層及び第1絶縁物層により覆われているため、フォトリソグラフィー技術によりレジストを剥離する際のレジスト剥離液によるIDT電極の腐食が生じ難い。よって、Cuなどのレジスト剥離液により腐食され易いが、密度がAlに比べて十分大きな金属もしくは合金を用いて、IDT電極を構成することができ、弾性表面波装置の特性の劣化を効果的に抑制することができる。 In the surface acoustic wave device according to the second aspect of the invention, the first insulator layer having a film thickness substantially equal to the IDT electrode is provided in the remaining region except for the region where the IDT electrode is formed. And a protective metal film made of a metal or alloy having better corrosion resistance than the metal or alloy constituting the IDT electrode, and the second insulator so as to cover the protective metal film and the first insulator layer. A layer is formed. Therefore, since the IDT electrode is covered with the protective metal layer and the first insulator layer, the IDT electrode is hardly corroded by the resist stripping solution when the resist is stripped by the photolithography technique. Therefore, it is easily corroded by a resist stripping solution such as Cu, but an IDT electrode can be formed using a metal or alloy having a sufficiently large density compared to Al, effectively reducing the characteristics of the surface acoustic wave device. Can be suppressed.
IDT電極がCuまたはCuを主成分とする合金からなる場合には、従来から弾性表面波装置の電極材料として汎用されてきたAlに比べて密度が大きいため、第1,第2の発明に従った弾性表面波装置を容易に構成することができ、かつ十分な反射係数のIDT電極を容易に形成することができる。 When the IDT electrode is made of Cu or an alloy containing Cu as a main component, the density is higher than that of Al, which has been widely used as an electrode material for a surface acoustic wave device, so the first and second inventions are followed. The surface acoustic wave device can be easily constructed, and an IDT electrode having a sufficient reflection coefficient can be easily formed.
第3の発明に係る製造方法では、圧電性基板2に第1絶縁物層を形成した後に、レジストパターンを用いてIDT電極が形成される部分の絶縁物層が除去され、残りの領域に第1絶縁物層とレジストとの積層構造が残留され、次に、第1絶縁物層が除去されている領域にAlよりも高密度の金属または該金属を主成分とする電極膜を形成することによりIDT電極が形成され、しかる後、第1絶縁物層上に残留しているレジストが除去される。そして、第1絶縁物層及びIDT電極上を被覆するように第2絶縁物層が形成されるため、第2絶縁物層上面の凹凸が生じ難い。従って、第2の絶縁物層表面の凹凸による特性の劣化が生じ難い。加えて、IDT電極がAlよりも高密度の金属または該金属を主成分とする合金からなるため、IDT電極の反射係数が高められ、所望でないリップルによる特性の劣化を抑制することができる。
In the manufacturing method according to the third invention, after the first insulator layer is formed on the
また、第4の発明によれば、IDT電極を形成した後に、IDT電極を構成する金属もしくは合金よりも耐腐食性に優れた金属もしくは合金からなる保護金属膜が形成され、しかる後、第1絶縁物層上のレジスト及び該レジスト上に積層されている保護金属膜が除去される。従って、レジスト剥離液によりこの除去工程を行うに際し、IDT電極の側面が第1絶縁物層により、上面が保護金属層により覆われているため、IDT電極の腐食が生じ難い。 According to the fourth invention, after the IDT electrode is formed, a protective metal film made of a metal or alloy having higher corrosion resistance than the metal or alloy constituting the IDT electrode is formed. The resist on the insulating layer and the protective metal film laminated on the resist are removed. Therefore, when this removal step is performed with the resist stripping solution, the side surface of the IDT electrode is covered with the first insulator layer and the upper surface is covered with the protective metal layer, and therefore the IDT electrode is hardly corroded.
従って、IDT電極の腐食を引き起こすことなく、第2の発明に係る弾性表面波装置を提供することが可能となる。 Therefore, it is possible to provide the surface acoustic wave device according to the second invention without causing corrosion of the IDT electrode.
第5の発明によれば、圧電基板上に電極を形成し、該電極を覆うように絶縁物層を形成した後に、電極が存在する部分と存在しない部分の上方における絶縁物層の表面の凹凸が平坦化される。従って、第1の発明と同様に、絶縁物層表面の凹凸による特性の劣化が生じ難い。 According to the fifth invention, after forming the electrode on the piezoelectric substrate and forming the insulating layer so as to cover the electrode, the surface roughness of the insulating layer above the portion where the electrode is present and the portion where the electrode is not present Is flattened. Therefore, as in the first invention, the deterioration of the characteristics due to the unevenness on the surface of the insulating layer hardly occurs.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1及び図6を参照して、本発明の第1の実施例に係る弾性表面波装置の製造方法を説明する。 A method for manufacturing a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1(a)に示すように、まず、圧電性基板として、LiTaO3基板1を用意する。本実施例では、36°Y板X伝搬、オイラー角で(0°,126°,0°)のLiTaO3基板が用いられる。もっとも、圧電性基板としては、他の結晶方位のLiTaO3基板を用いてもよく、あるいは他の圧電単結晶からなるものを用いてもよい。また、絶縁性基板上に圧電性薄膜を積層してなる圧電性基板を用いてもよい。なお、オイラー角(φ,θ,ψ)のθ=カット角+90°の関係がある。 As shown in FIG. 1A, first, a LiTaO 3 substrate 1 is prepared as a piezoelectric substrate. In this embodiment, a LiTaO 3 substrate of 36 ° Y-plate X propagation and Euler angles (0 °, 126 °, 0 °) is used. However, as the piezoelectric substrate, a LiTaO 3 substrate having another crystal orientation may be used, or a substrate made of another piezoelectric single crystal may be used. Alternatively, a piezoelectric substrate formed by laminating a piezoelectric thin film on an insulating substrate may be used. Note that there is a relation of Euler angles (φ, θ, ψ) θ = cut angle + 90 °.
LiTaO3基板1上に、全面に第1絶縁物層2を形成する。本実施例では、第1絶縁物層2は、SiO2膜により形成されている。
A
第1絶縁物層2の形成方法は、印刷、蒸着、またはスパッタリングなどの適宜の方法により行われ得る。また、第1絶縁物層2の厚みは、後で形成されるIDT電極の厚みと等しくされている。
The formation method of the
次に、図1(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、レジストパターン3を形成する。レジストパターン3では、IDTが形成される領域を除いてレジストが位置するようにレジストパターン3が構成されている。
Next, as shown in FIG. 1B, a resist
次に、図1(c)に矢印で示すようにイオンビームを照射する反応性イオンエッチング法(RIE)などにより、第1絶縁物層2の内、レジスト3の下方に位置している部分を除いた残りの部分を除去する。
Next, as shown by an arrow in FIG. 1C, a portion of the
フッ素系のガスによるRIEによってSiO2をエッチングした場合、重合反応により残渣が生じる場合がある。この場合、RIEを行った後、BHF(バッファードフッ酸)等により処理することで対応できる。 When SiO 2 is etched by RIE using a fluorine-based gas, a residue may be generated due to a polymerization reaction. In this case, after performing RIE, it can respond by processing with BHF (buffered hydrofluoric acid) etc.
しかる後、Cu膜とTi膜を、第1絶縁物層2と等しい厚みに成膜する。図1(d)に示すように、第1絶縁物層2が除去されている領域、すなわちIDTが形成される領域にCu膜4が付与され、同時にレジストパターン3上にもCu膜4が付与される。次に、全面保護金属膜としてTi膜5を形成する。図1(e)に示すように、Ti膜5は、IDT電極4Aの上面と、レジストパターン3上のCu膜4上に付与されることになる。従って、IDT電極4Aは、側面が第1絶縁物層2で被覆され、上面がTi膜5により被覆されている。このようにして、IDT電極4Aと保護金属膜とが形成され、IDT電極4Aの厚みと保護金属膜としてのTi膜5の厚みの合計の厚みと第1絶縁物層2の厚みとが同じ厚みを有するように構成される。
Thereafter, a Cu film and a Ti film are formed to a thickness equal to that of the
しかる後、レジスト剥離液を用い、レジストパターン3を除去する。このようにして、図1(f)に示すように、第1絶縁物層2が設けられている領域を除いた残りの領域にIDT電極4Aが形成されており、IDT電極4Aの上面がTi膜5により被覆されている構造が得られる。
Thereafter, the resist
しかる後、図1(g)に示すように、全面に第2絶縁物層6としてSiO2膜を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1G, a SiO 2 film is formed as a
このようにして、図6に示す1ポート型の弾性表面波共振子11を得た。 Thus, the 1-port surface acoustic wave resonator 11 shown in FIG. 6 was obtained.
なお、図1(a)〜(g)では、IDT電極4Aが形成されている部分のみが抜き出されて説明された。しかしながら、図6に示されているように、弾性表面波共振子11は、IDT電極4Aの弾性表面波伝搬方向両側に反射器12,13を備えている。反射器12,13もまた、IDT電極4Aと同じ工程により形成される。
In FIGS. 1A to 1G, only the portion where the
上記実施例では、1ポート型弾性表面波共振子11が構成されているため、LiTaO3基板1上に、1個のIDT電極4Aが形成されていたが、弾性表面波装置の用途に応じて、複数のIDT電極が形成されてもよく、また上記のように反射器がIDTと同一工程により形成されてもよく、反射器が設けられずともよい。
In the above embodiment, since the 1-port surface acoustic wave resonator 11 is configured, one
比較のために、図109に示した従来のSiO2膜を有する弾性表面波装置の製造方法に準じて、1ポート型弾性表面波共振子を作製した。もっとも、この比較例においても、基板材料としては、36°回転Y板X伝搬(オイラー角で(0°,126°,0°))のLiTaO3基板を用い、IDT電極はCuにより形成した。図109に示した製造方法から明らかなように、IDT電極53Aが形成された後に、SiO2膜54が形成されるため、SiO2膜54の表面に凹凸が生じざるを得なかった。比較例において、CuからなるIDT電極の規格化膜厚h/λ(hはIDT電極の厚み、λは弾性表面波の波長)を0.042とし、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ(HsはSiO2膜の厚み)を、0.11、0.22及び0.33とした場合のインピーダンス特性及び位相特性を図4に示す。図4から明らかなように、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λが大きくなるにつれて、反共振点におけるインピーダンスと共振点におけるインピーダンスとの比であるインピーダンス比が小さくなることがわかる。 For comparison, a 1-port surface acoustic wave resonator was manufactured in accordance with the conventional method for manufacturing a surface acoustic wave device having a SiO 2 film shown in FIG. However, also in this comparative example, as a substrate material, a LiTaO 3 substrate of 36 ° rotation Y-plate X propagation (Euler angles (0 °, 126 °, 0 °)) was used, and the IDT electrode was formed of Cu. As is apparent from the manufacturing method shown in FIG. 109, after the IDT electrode 53A is formed, since the SiO 2 film 54 is formed, irregularities on the surface of the SiO 2 film 54 was forced to occur. In the comparative example, the normalized film thickness h / λ of the IDT electrode made of Cu is 0.042, where h is the thickness of the IDT electrode and λ is the wavelength of the surface acoustic wave, and the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film. FIG. 4 shows impedance characteristics and phase characteristics when (Hs is the thickness of the SiO 2 film) is 0.11, 0.22, and 0.33. As is apparent from FIG. 4, as the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film increases, the impedance ratio, which is the ratio between the impedance at the antiresonance point and the impedance at the resonance point, decreases.
また、図5は、比較例で製作された弾性表面波共振子のSiO2膜の規格化膜厚Hs/λと、共振子のMF(Figure of Merit)との関係を示す。図5から明らかなように、SiO2膜の膜厚が厚くなるにつれて、MFが低下することがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film of the surface acoustic wave resonator manufactured in the comparative example and the MF (Figure of Merit) of the resonator. As can be seen from FIG. 5, the MF decreases as the thickness of the SiO 2 film increases.
すなわち、図109に示した従来法に準じて、IDT電極及びSiO2膜を形成した場合、たとえCuによりIDT電極を形成したとしても、SiO2膜の膜厚が厚くなるにつれて、特性が大きく劣化した。これは、SiO2膜表面に前述した凹凸が生じざるを得ないことによると考えられる。 That is, when the IDT electrode and the SiO 2 film are formed according to the conventional method shown in FIG. 109, even if the IDT electrode is formed of Cu, the characteristics greatly deteriorate as the thickness of the SiO 2 film increases. did. This is considered to be due to the fact that the above-mentioned unevenness must be generated on the surface of the SiO 2 film.
これに対して、本実施例の製造方法によれば、SiO2膜の膜厚を増加させた場合でも特性の劣化が生じ難いこと、図7〜9に示す。 On the other hand, according to the manufacturing method of the present embodiment, even when the thickness of the SiO 2 film is increased, the characteristics are hardly deteriorated, as shown in FIGS.
図7は、上記実施例に従って弾性表面波共振子11を得た場合のSiO2膜の厚み、すなわち、第2絶縁物層6の厚みを変化させた場合のインピーダンス特性及び位相特性の変化示す図である。また、図8及び図9の破線は、それぞれ、実施例においてSiO2膜の膜厚Hs/λを変化させた場合の共振子のγ及びMFの変化を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing changes in impedance characteristics and phase characteristics when the thickness of the SiO 2 film when the surface acoustic wave resonator 11 is obtained according to the above-described embodiment, that is, the thickness of the
なお、図8及び図9においては、上記比較例の結果を、実線で示す。 8 and 9, the result of the comparative example is shown by a solid line.
図7を、図4と比較すれば明らかなように、上記実施例では、比較例の場合に比べて、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λを増加させても、インピーダンスの低下が生じ難いことがわかる。 As is clear from comparison of FIG. 7 with FIG. 4, in the above-described embodiment, the impedance is lowered even when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is increased, compared with the comparative example. I find it difficult.
また、図8及び図9の結果から明らかなように、比較例に比べて、実施例の製造方法によれば、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λの増加に伴う特性の劣化が抑制されることがわかる。 Further, as is apparent from the results of FIGS. 8 and 9, compared with the comparative example, the manufacturing method of the example suppresses the deterioration of the characteristics due to the increase in the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film. You can see that
すなわち、本実施例の製造方法によれば、上記のようにSiO2膜の膜厚を増加させた場合であっても、インピーダンス比の低下が生じ難く、特性の劣化を抑制することができる。 That is, according to the manufacturing method of the present embodiment, even when the thickness of the SiO 2 film is increased as described above, the impedance ratio is hardly lowered and the deterioration of the characteristics can be suppressed.
他方、図10は、SiO2膜の膜厚と、比較例及び実施例の製造方法で得られた弾性表面波共振子の周波数温度特性TCFとの関係を示す図である。 On the other hand, FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the SiO 2 film and the frequency temperature characteristics TCF of the surface acoustic wave resonators obtained by the manufacturing methods of the comparative example and the example.
図10において、実線が比較例、破線が実施例の結果を示す。 In FIG. 10, the solid line indicates the result of the comparative example, and the broken line indicates the result of the example.
図10から明らかなように、実施例の製造方法によれば、SiO2膜の膜厚を増加させた場合に、周波数温度特性TCFを膜厚増に応じて理想的に改善し得ることがわかる。 As is apparent from FIG. 10, according to the manufacturing method of the example, when the film thickness of the SiO 2 film is increased, the frequency temperature characteristic TCF can be ideally improved as the film thickness increases. .
従って、上記実施例の製造方法を採用することにより、特性の劣化が生じ難く、温度特性を効果的に改善し得る弾性表面波共振子を提供し得ることがわかる。 Therefore, it can be seen that by adopting the manufacturing method of the above embodiment, it is possible to provide a surface acoustic wave resonator capable of effectively improving the temperature characteristic without causing the characteristic deterioration.
加えて、本実施例の製造方法では、IDT電極は、Alよりも高密度のCuにより構成されている。従って、IDT電極4Aは十分な反射係数を有し、共振特性上に表れる所望でないリップルを抑制することができる。これを、以下において説明する。
In addition, in the manufacturing method of the present embodiment, the IDT electrode is made of Cu having a higher density than Al. Therefore, the
Cuに代えてAl膜を用いたことを除いては、上記実施例と同様にして第2の比較例の弾性表面波共振子を作製した。但し、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λは0.08とした。すなわち、第1の絶縁物層の厚みの規格化膜厚を0.08とした。このようにして得られた弾性表面波共振子のインピーダンス及び位相特性を図11に実線で示す。 A surface acoustic wave resonator of a second comparative example was fabricated in the same manner as in the above example except that an Al film was used instead of Cu. However, the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film was 0.08. That is, the normalized film thickness of the first insulator layer was set to 0.08. The impedance and phase characteristics of the surface acoustic wave resonator thus obtained are shown by solid lines in FIG.
また、SiO2膜を形成しなかったことを除いては、第2の比較例と同様にして構成された弾性表面波共振子のインピーダンス及び位相特性を図11に破線で示す。 Further, the impedance and phase characteristics of the surface acoustic wave resonator configured in the same manner as in the second comparative example except that the SiO 2 film is not formed are shown by broken lines in FIG.
図11の実線から明らかなように、上記実施例の製造方法に従ったとしても、IDT電極をAlで形成し、かつSiO2膜を形成した場合には、図11の矢印Aで示す大きなリップルが共振点と反共振点との間において表れることがわかる。また、このようなリップルは、SiO2を有しない弾性表面波共振子では表れていないことがわかる。 As is clear from the solid line in FIG. 11, even if the manufacturing method of the above embodiment is followed, when the IDT electrode is formed of Al and the SiO 2 film is formed, a large ripple indicated by an arrow A in FIG. Can be seen between the resonance point and the antiresonance point. Further, it can be seen that such ripple does not appear in the surface acoustic wave resonator having no SiO 2 .
従って、SiO2膜の形成により周波数温度特性の改善等を図ろうとしても、AlによりIDT電極を形成した場合には、上記リップルAが表れ、特性の劣化を引き起こすことがわかる。本願発明者は、この点につきさらに検討した結果、IDT電極として、Alよりも高密度の金属を用いれば、IDT電極の反射係数を高めることができ、それによって上記リップルAを抑制し得ることを見出した。 Therefore, it can be seen that even if the frequency temperature characteristic is improved by forming the SiO 2 film, when the IDT electrode is formed of Al, the ripple A appears and the characteristic is deteriorated. As a result of further study on this point, the present inventor has found that if a metal having a higher density than Al is used as the IDT electrode, the reflection coefficient of the IDT electrode can be increased, thereby suppressing the ripple A. I found it.
すなわち、上記実施例と同様の製造方法に従って、但し、IDT電極4を構成する金属の密度を種々異ならせ、上記実施例と同様にして弾性表面波共振子を作製した。このようにして得られた弾性表面波共振子のインピーダンス特性を図12(a)〜(e)に示す。図12(a)〜(e)は、それぞれ、IDT電極及び保護金属膜の積層構造の平均密度ρ1の第1絶縁物層の密度ρ2に対する比ρ1/ρ2が、2.5、2.0、1.5、1.2及び1.0の場合の結果を示す。
That is, according to the same manufacturing method as in the above example, the surface acoustic wave resonator was manufactured in the same manner as in the above example by varying the density of the metal constituting the
図12(a)〜(e)から明らかなように、図12(a)〜(c)では、上記リップルAが帯域外にシフトされ、さらに図12(a)では、上記リップルAが著しく抑圧されていることがわかる。 12A to 12E, the ripple A is shifted out of the band in FIGS. 12A to 12C, and the ripple A is remarkably suppressed in FIG. 12A. You can see that
従って、図12の結果から、IDT電極及び保護金属膜の積層構造の第1絶縁物層に対する密度比を1.5倍以上とすれば、上記リップルAを共振周波数−反共振周波数の帯域の外側にシフトさせ、良好な特性の得られることがわかる。また、より好ましくは、上記密度比を2.5倍以上とすれば、リップル自体を小さくし得ることがわかる。 Therefore, from the result of FIG. 12, if the density ratio of the laminated structure of the IDT electrode and the protective metal film to the first insulator layer is 1.5 times or more, the ripple A is outside the resonance frequency-antiresonance frequency band. It can be seen that good characteristics can be obtained. More preferably, it can be seen that if the density ratio is 2.5 times or more, the ripple itself can be reduced.
図12(a)〜(e)では、上記実施例に従って、IDT電極4A上に、Ti膜が積層されていたため、上記平均密度が用いられたが、本発明においては、IDT電極4A上に、保護金属膜が設けられずともよい。その場合には、IDT電極4Aの厚みを第1の絶縁物層の厚みと同じにして、IDT電極の密度の第1絶縁物層の密度に対する比を1.5倍以上とすることが好ましく、より好ましくは2.5倍以上とすればよく、上記と同様の効果の得られることが確かめられた。
In FIGS. 12A to 12E, the Ti film was laminated on the
従って、SiO2膜によりIDT電極を被覆してなる弾性表面波共振子において、IDT電極の密度あるいはIDT電極と保護金属膜との積層体の平均密度を、IDT電極の側方に位置する第1絶縁物層の密度よりも大きくすれば、IDT電極の反射係数を高めることができ、それによって共振点−反共振点間に表れる特性の劣化を抑制し得ることがわかる。 Therefore, in the surface acoustic wave resonator in which the IDT electrode is covered with the SiO 2 film, the density of the IDT electrode or the average density of the stacked body of the IDT electrode and the protective metal film is the first located on the side of the IDT electrode. It can be seen that if the density is higher than the density of the insulator layer, the reflection coefficient of the IDT electrode can be increased, thereby suppressing the deterioration of the characteristics appearing between the resonance point and the antiresonance point.
なお、Alより高密度の金属もしくは合金としては、Cuの他、Ag,Auなどやこれらを主体とする合金が挙げられる。 Examples of metals or alloys having a higher density than Al include Cu, Ag, Au, and alloys mainly composed of these.
また、好ましくは、上記実施例のように、IDT電極上に、保護金属膜を積層した構造とすれば、図1(a)〜(g)に示した製造方法から明らかなように、レジストパターン3を剥離する際に、IDT電極4Aの側面が第1絶縁物層2により覆われており、かつ上面が保護金属膜6により覆われているため、IDT電極4Aの腐食を防止することができる。よって、より一層良好な特性を有する弾性表面波共振子を提供し得ることがわかる。
Further, preferably, if the protective metal film is laminated on the IDT electrode as in the above embodiment, a resist pattern is obtained as apparent from the manufacturing method shown in FIGS. When peeling 3, the side surface of the
さらに、SiO2以外のSiOxNyなどの他の温度特性改善効果のある絶縁性材料により第1,第2の絶縁物層を形成してもよい。また、第1,第2の絶縁物層は異なる絶縁性材料で構成されてもよく、上記のように等しい材料で構成されてもよい。 Further, the first and second insulator layers may be formed of other insulating materials having an effect of improving temperature characteristics such as SiO x N y other than SiO 2 . The first and second insulator layers may be made of different insulating materials, or may be made of the same material as described above.
図13は、オイラー角(0°,126°,0°)のLiTaO3基板上に、様々な厚みで様々な金属を用いてIDT電極を形成した場合のIDTの規格化膜厚H/λと、電気機械結合係数の関係を示す図である。 FIG. 13 shows the normalized thickness H / λ of IDT when IDT electrodes are formed using various metals with various thicknesses on a LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 126 °, 0 °). It is a figure which shows the relationship of an electromechanical coupling coefficient.
図13から得られる、Alに比べて電気機械結合係数が大きくなる電極の規格化膜厚を各金属について調べたところ、図14に示す結果が得られた。すなわち、図14は、上記LiTaO3基板上に、様々な密度の金属からなるIDT電極を形成した場合に、上述したようにAlからなるIDT電極を形成した場合に比べて電気機械結合係数が大きくなる電極膜厚範囲を示す図である。 When the normalized film thickness of the electrode obtained from FIG. 13 and having an electromechanical coupling coefficient larger than that of Al was examined for each metal, the result shown in FIG. 14 was obtained. That is, FIG. 14 shows that when an IDT electrode made of metal of various densities is formed on the LiTaO 3 substrate, the electromechanical coupling coefficient is larger than that when an IDT electrode made of Al is formed as described above. It is a figure which shows the electrode film thickness range which becomes.
図14において、各金属からなる電極の膜厚範囲のうち上限が、Alよりも電気機械結合係数が大きくなる範囲の限界値であり、各金属の電極膜厚範囲の下限は作製限界を示す。電気機械結合係数の大きな電極膜厚の範囲をy、密度をxとして上限を二次式で近似すると、y=0.00025x2−0.01056x+0.16473となる。 In FIG. 14, the upper limit of the film thickness range of the electrodes made of each metal is the limit value in the range where the electromechanical coupling coefficient is larger than that of Al, and the lower limit of the electrode film thickness range of each metal indicates the production limit. When the electrode film thickness range with a large electromechanical coupling coefficient is y, the density is x, and the upper limit is approximated by a quadratic equation, y = 0.00025x 2 −0.01056x + 0.16473.
従って、後述の各電極材料別の具体的な実施例の説明から明らかなように、14°〜50°回転Y板X伝搬(オイラー角で(0°,104°〜140°,0°))のLiTaO3からなる圧電基板上に電極が形成されており、さらにSiO2膜は規格化膜厚Hs/λ0.03〜0.45の範囲で形成されている構造において、電極の規格化膜厚H/λが、
0.005≦H/λ≦0.00025×ρ2−0.01056×ρ+0.16473 …式(1)
を満たす場合、図14の結果から明らかなように電気機械結合係数を高めることができる。なお、ρは電極の平均密度を示す。
Therefore, as will be apparent from the description of specific examples of each electrode material described later, the 14 ° -50 ° rotated Y-plate X propagation (Euler angle (0 °, 104 ° -140 °, 0 °)) In the structure in which the electrode is formed on the piezoelectric substrate made of LiTaO 3 and the SiO 2 film is formed in the range of the normalized film thickness Hs / λ 0.03 to 0.45, the normalized film thickness of the electrode H / λ is
0.005 ≦ H / λ ≦ 0.00025 × ρ 2 −0.01056 × ρ + 0.16473 Formula (1)
When satisfying, the electromechanical coupling coefficient can be increased as is apparent from the results of FIG. Note that ρ represents the average density of the electrodes.
本発明においては、電極は、上述したアルミニウムよりも密度の高い金属を用いて構成されていることを特徴とする。この場合、電極は、アルミニウムよりも密度の高い金属から構成されていてもよく、あるいはアルミニウムを主体とする合金で構成されていてもよい。また、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金からなる主たる金属膜と、該金属膜と異なる金属からなる従たる金属膜の積層構造で構成されていてもよい。積層膜により電極が構成されている場合、電極の平均密度をρ、主たる電極層の金属の密度をρ0とした場合、ρ0×0.7≦ρ≦ρ0×1.3を満足する平均密度であればよい。 In the present invention, the electrode is formed using a metal having a higher density than the above-described aluminum. In this case, the electrode may be made of a metal having a higher density than aluminum, or may be made of an alloy mainly composed of aluminum. Moreover, you may be comprised by the laminated structure of the main metal film which consists of aluminum or the alloy which has aluminum as a main component, and the subordinate metal film which consists of a metal different from this metal film. When the electrode is composed of a laminated film, when the average density of the electrode is ρ and the density of the metal of the main electrode layer is ρ0, the average density satisfying ρ0 × 0.7 ≦ ρ ≦ ρ0 × 1.3 I just need it.
また、本発明においては、上記のように第2絶縁物層の表面が平坦化されるが、この平坦化とは、電極の膜厚の30%以下の凹凸を有するものであればよい。30%を超えると、平坦化による効果が十分に得られないことがある。 In the present invention, the surface of the second insulator layer is flattened as described above, and this flattening may be any as long as it has irregularities of 30% or less of the film thickness of the electrode. If it exceeds 30%, the effect of planarization may not be sufficiently obtained.
さらに、上記のように第2絶縁物層の平坦化は、様々な方法で行われる。例えば、エッチバックによる平坦化方法、逆スパッタ効果による斜入射効果を利用した平坦化方法、絶縁物層表面を研磨する方法、あるいは電極を研磨する方法などが挙げられる。これらの方法は2種以上が併用されてもよい。これらの方法の詳細を、図102〜図105を説明する。 Furthermore, as described above, the planarization of the second insulator layer is performed by various methods. For example, a flattening method by etch back, a flattening method using an oblique incidence effect by a reverse sputtering effect, a method for polishing the surface of the insulating layer, a method for polishing an electrode, and the like can be given. Two or more of these methods may be used in combination. Details of these methods will be described with reference to FIGS.
図102(a)〜(c)は、エッチバック方法により絶縁物層表面を平坦化する方法である。まず、図102(a)に示すように、圧電性基板41上に、電極42が形成され、しかる後絶縁物層43が形成される。図102(b)に示すように、絶縁物層43上にレジスト44がスピンコーティング等により形成される。レジスト44の表面は平坦である。従って、この状態から、反応性イオンエッチングによりエッチングすることにより、すなわちエッチバックにより、SiO2などからなる絶縁物層43の表面を平坦化することができる(図102(c))。
102A to 102C show a method of planarizing the surface of the insulator layer by an etch back method. First, as shown in FIG. 102A, an
図103(a)〜(d)は、逆スパッタ法を説明するための各模式的断面図である。ここでは、圧電性基板41上に電極42が形成され、しかる後絶縁物層43が形成される。そして、アルゴンイオンなどをスパッタリングにより絶縁物層43の表面に照射する。このイオンは、基板41をスパッタするために用いられている。イオンが基板に衝突し、スパッタリングを行う場合、平坦な面に入射するよりも、斜めの面に入射する場合の方が大きなスパッタ効果が得られる。これは、斜入射効果として知られている。この効果により、絶縁物層43の表面が、図103(b)〜(d)に示すように、スパッタリングを進めるに従って平坦化される。
103A to 103D are schematic cross-sectional views for explaining the reverse sputtering method. Here, the
図104(a)及び(b)は、絶縁物層を研磨することにより平坦化する方法を説明するための模式的断面図である。図104(a)に示すように、基板41上に、電極42及び絶縁物層43を形成した後、機械的または化学的に研磨することにより、絶縁物層43の表面を平坦化することができる。
104 (a) and 104 (b) are schematic cross-sectional views for explaining a method for planarizing an insulating layer by polishing. As shown in FIG. 104A, after the
図105(a)〜(c)は、電極を研磨することにより平坦化を図る方法である。ここでは、図105(a)に示すように、基板41上に、第1絶縁物層45を形成した後、電極材料からなる金属膜42Aを全面に蒸着等により形成される。しかる後、図105(b)に示すように、金属膜42Aを機械的または化学的に研磨することにより、電極42と、電極42が設けられている領域の周囲の領域に形成された第1絶縁物層45を形成する。このようにして、第1絶縁物層45及び電極42の上面が面一とされ、平坦化される。しかる後、図105(c)に示すように、第2絶縁物46を形成することにより、表面が平坦な絶縁物層を形成することができる。
105 (a) to 105 (c) show a method of flattening by polishing the electrode. Here, as shown in FIG. 105A, after the
本発明は、様々な弾性表面波装置に適用することができる。このような弾性表面波装置の例を、図106(a),(b)〜図108に示す。図106(a)及び(b)は、それぞれ、1ポート型弾性表面波共振子47及び2ポート型弾性表面波共振子48の電極構造を示す模式的平面図である。また、図106(b)に示す2ポート型弾性表面波共振子48と同じ電極構造を用いて2ポート型弾性表面波共振子フィルタを構成してもよい。
The present invention can be applied to various surface acoustic wave devices. Examples of such surface acoustic wave devices are shown in FIGS. 106 (a) and (b) to FIG. FIGS. 106A and 106B are schematic plan views showing the electrode structures of the 1-port surface
さらに、図107及び図108は、それぞれ、ラダー型フィルタ及びラチス型フィルタの電極構造を示す模式的平面図である。図107及び図108に示すラダー型フィルタ49a及びラチス型フィルタ49bのような電極構造を圧電性基板上に形成することにより、本発明に従ってラダー型フィルタ及びラチス型フィルタを構成することができる。
Further, FIGS. 107 and 108 are schematic plan views showing electrode structures of a ladder type filter and a lattice type filter, respectively. By forming an electrode structure such as the
もっとも、本発明は、図106及び図107に示した電極構造を有する弾性表面波装置に限らず、様々な弾性表面波装置に適用することができる。 However, the present invention is not limited to the surface acoustic wave device having the electrode structure shown in FIGS. 106 and 107 but can be applied to various surface acoustic wave devices.
また、本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、漏洩弾性波を用いた弾性表面波装置が構成される。特開平6−164306号公報には、Auなどの重い金属からなる電極を有する弾性表面波装置であって、伝搬減衰がないラブ波を用いた弾性表面波装置が開示されている。ここでは、重い金属を電極として用いることにより、伝搬する弾性表面波の音速が基板の遅い横波バルク波よりも遅くされ、それによって漏洩成分がなくなり、非漏洩の弾性表面波としてのラブ波が利用されている。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, preferably, a surface acoustic wave device using a leaky acoustic wave is configured. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-164306 discloses a surface acoustic wave device having a electrode made of a heavy metal such as Au and using a Love wave having no propagation attenuation. Here, by using heavy metal as an electrode, the sound velocity of the propagated surface acoustic wave is made slower than the slow transverse wave bulk wave of the substrate, thereby eliminating leakage components and using love waves as non-leakage surface acoustic waves. Has been.
しかしながら、上記ラブ波では、音速が必然的に遅くなり、それに伴ってIDTのピッチが小さくならざるを得ない。従って、加工の難易度が高くなり、加工精度が劣化する。加えて、IDTの線幅も小さくなり、抵抗による損失も増大する。従って、損失が大きくならざるを得ない。 However, in the Love wave, the speed of sound is inevitably slow, and the IDT pitch must be reduced accordingly. Therefore, the difficulty of processing increases and the processing accuracy deteriorates. In addition, the line width of the IDT is reduced and the loss due to resistance is also increased. Therefore, the loss must be large.
これに対して、本発明では、上記のようなラブ波を用いた弾性表面波装置とは異なり、Alよりも重い金属からなる電極を用いているにも関わらず、音速の速い漏洩弾性表面波を好適に利用することができ、その場合であっても伝搬損失の低減を図ることができる。従って、低損失の弾性表面波装置を構成することができる。 In contrast, in the present invention, unlike a surface acoustic wave device using a love wave as described above, a leaky surface acoustic wave having a high sound velocity is used despite the use of an electrode made of a metal heavier than Al. In this case, it is possible to reduce the propagation loss. Therefore, a low-loss surface acoustic wave device can be configured.
以下、上述した結果をふまえて、電極をAlよりも密度の大きい金属で構成した場合の個々の例につき、金属材料ごとに説明を行うこととする。 Hereinafter, based on the above-described results, individual examples in the case where the electrode is made of a metal having a density higher than that of Al will be described for each metal material.
なお、本発明で用いられるAlよりも密度の大きい金属とは、(1)密度15000〜23000kg/m3及びヤング率0.5×1011〜1.0×1011N/m2あるいは横波音速が1000〜2000m/sである金属、例えばAu、(2)密度5000〜15000kg/m3及びヤング率0.5×1011〜1.0×1011N/m2あるいは横波音速が1000〜2000m/sである金属、例えばAg、(3)密度5000〜15000kg/m3及びヤング率1.0×1011〜2.05×1011N/m2あるいは横波音速が2000〜2800m/sである金属、例えばCu、(4)密度15000〜23000kg/m3及びヤング率2.0×1011〜4.5×1011N/m2あるいは横波音速が2800〜3500m/sである金属、例えばタングステン、(5)密度15000〜23000kg/m3及びヤング率1.0×1011〜2.0×1011N/m2あるいは横波音速が2000〜2800m/sである金属、例えばタンタル、(6)密度15000〜23000kg/m3及びヤング率1.0×1011〜2.0×1011N/m2あるいは横波音速が1000〜2000m/sである金属、例えば白金、(7)密度5000〜15000kg/m3及びヤング率2.0×1011〜4.5×1011N/m2あるいは横波音速が2800〜3500m/sである金属、例えばNi,Moが挙げられる。 The metal having a density higher than that of Al used in the present invention is (1) a density of 15000 to 23000 kg / m 3 and a Young's modulus of 0.5 × 10 11 to 1.0 × 10 11 N / m 2 or a shear wave velocity. Is a metal having 1000 to 2000 m / s, for example, Au, (2) density 5000 to 15000 kg / m 3 and Young's modulus 0.5 × 10 11 to 1.0 × 10 11 N / m 2 or shear wave speed of 1000 to 2000 m / 3, for example, Ag, (3) density 5000-15000 kg / m 3 and Young's modulus 1.0 × 10 11 -2.05 × 10 11 N / m 2 or shear wave velocity is 2000-2800 m / s Metal such as Cu, (4) Metal having a density of 15000 to 23000 kg / m 3 and Young's modulus of 2.0 × 10 11 to 4.5 × 10 11 N / m 2 or a shear wave speed of 2800 to 3500 m / s For example, tungsten, (5) a metal having a density of 15000 to 23000 kg / m 3 and a Young's modulus of 1.0 × 10 11 to 2.0 × 10 11 N / m 2 or a shear wave velocity of 2000 to 2800 m / s, such as tantalum, (6) A metal having a density of 15000 to 23000 kg / m 3 and a Young's modulus of 1.0 × 10 11 to 2.0 × 10 11 N / m 2 or a shear wave velocity of 1000 to 2000 m / s, such as platinum, (7) density Examples thereof include metals having a Young's modulus of 5,000 to 15000 kg / m 3 and a Young's modulus of 2.0 × 10 11 to 4.5 × 10 11 N / m 2 or a shear wave velocity of 2800 to 3500 m / s, such as Ni and Mo.
〔電極がAuを主体とする実施例〕
図15は、本発明の他の実施例に係る弾性表面波装置としての縦結合共振子フィルタを説明するための平面図である。
[Example where the electrode is mainly Au]
FIG. 15 is a plan view for explaining a longitudinally coupled resonator filter as a surface acoustic wave device according to another embodiment of the present invention.
弾性表面波装置21は、LiTaO3基板22の上面に、IDT23a,23b及び反射器24a,24bを形成した構造を有する。また、IDT23a,23b及び反射器24a,24bを覆うようにSiO2膜15が形成されている。なお、LiTaO3基板22としては、25°〜58°回転Y板X伝搬(オイラー角(0°,115°〜148°,0°))LiTaO3基板が用いられる。この範囲外のカット角の回転Y板X伝搬LiTaO3基板では、減衰定数が大きく、TCFも悪化する。
The surface
IDT23a,23b及び反射器24a,24bは、Alに比べて密度の高い金属により構成される。このような金属としては、Au、Pt、W、Ta、Ag、Mo、Cu、Ni、Co、Cr、Fe、Mn、Zn及びTiからなる群から選択された少なくとも1種の金属または該少なくともその1種を主成分とする合金が挙げられる。
The
上記のように、Alに比べて密度の高い金属によりIDT23a,23b及び反射器24a,24bが構成されているため、IDT23a,23b及び反射器24a,24bの膜厚をAlを用いた場合に比べて薄くした場合であっても、図16、図17に示すように、電気機械結合係数及び反射係数を高めることができる。
As described above, since the
そして、上記のように電極膜厚を薄くすることができる。SiO2膜25の厚みについては、後述の実験例から明らかなように、弾性表面波の波長で規格化された膜厚Hs/λが0.03〜0.45の範囲であることが好ましい。なお、Hsは第1,第2絶縁物層をSiO2で構成した場合の合計の厚み、λは弾性表面波の波長を示す。この範囲にすることで、SiO2膜がない場合より減衰定数を大幅に小さくすることができ、低ロス化が可能となる。 As described above, the electrode film thickness can be reduced. Regarding the thickness of the SiO 2 film 25, it is preferable that the film thickness Hs / λ normalized by the wavelength of the surface acoustic wave is in the range of 0.03 to 0.45, as will be apparent from experimental examples described later. Hs represents the total thickness when the first and second insulating layers are made of SiO 2 , and λ represents the surface acoustic wave wavelength. By setting it within this range, the attenuation constant can be made much smaller than when there is no SiO 2 film, and the loss can be reduced.
IDTを構成する材料によっても異なるが、例えばAu膜からなる場合、IDT23a,23bの弾性表面波の波長で規格化された膜厚は0.013〜0.030が好ましい。Au膜が薄いと、IDTが引き回り抵抗をもつので、より好ましくは0.021〜0.03が好ましい。
Although it differs depending on the material constituting the IDT, for example, when it is made of an Au film, the film thickness standardized with the surface acoustic wave wavelengths of the
本発明の係る弾性表面波装置では、上記のように、LiTaO3基板22上にAlよりも密度の大きい金属によりIDT23a,23bが構成されており、該IDT23a,23bの電極膜厚を薄くすることができる。よって、良好な特性を有し、かつSiO2膜25の形成により良好な周波数温度特性が実現される。これを、具体的な例に基づき説明する。
In the surface acoustic wave device according to the present invention, as described above, the
36°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,126°,0°)のLiTaO3基板上に、AlからなるIDTを形成した場合、及びAu、Ta、Ag、Cr、W、Cu、Zn、Mo、NiからなるIDTの種々の膜厚で形成した場合の電気機械結合係数Ksaw及び減衰定数(α)と反射係数|ref|の変化を図16,図18及び図17にそれぞれ示す。なお、数値計算はJ.J.Champbell and W.R.Jones:IEEE Trans.Sonic&Ultrason.SU-15.p209(1968)の方法に従い、電極は全面一様として計算を行った。 When an IDT made of Al is formed on a LiTaO 3 substrate of 36 ° rotation Y plate X propagation, Euler angles (0 °, 126 °, 0 °), and Au, Ta, Ag, Cr, W, Cu, FIGS. 16, 18 and 17 show changes in the electromechanical coupling coefficient K saw, the attenuation constant (α), and the reflection coefficient | ref | when the IDTs made of Zn, Mo, and Ni are formed in various film thicknesses. . The numerical calculation was performed according to the method of JJ Champbell and WR Jones: IEEE Trans. Sonic & Ultrason. SU-15.p209 (1968), assuming that the electrodes were uniform over the entire surface.
図16から明らかなように、AlからなるIDTにおいて、規格化された膜厚H/λが0.10の場合、電気機械結合係数Ksawは約0.27である。なお、Hは厚み、λは弾性表面波の波長を示す。これに対して、Au、Ta、Ag、Cr、W、Cu、Zn、Mo、NiからなるIDTではH/λを0.013〜0.035の範囲とした場合、より大きな電気機械結合係数Ksawを実現することができる。しかしながら、図18から明らかなように、膜厚H/λの如何に関わらず、AlからなるIDTでは減衰定数αがほぼ0であるのに対し、Au、Ta、Ag、Cr、W、Cu、Zn、Mo、NiからなるIDTでは、減衰定数が非常に大きくなる。 As is clear from FIG. 16, in the IDT made of Al, when the normalized film thickness H / λ is 0.10, the electromechanical coupling coefficient K saw is about 0.27. H represents thickness, and λ represents the surface acoustic wave wavelength. On the other hand, in an IDT composed of Au, Ta, Ag, Cr, W, Cu, Zn, Mo, and Ni, when H / λ is in the range of 0.013 to 0.035, a larger electromechanical coupling coefficient K Saw can be realized. However, as is apparent from FIG. 18, the attenuation constant α is almost 0 in the IDT made of Al regardless of the film thickness H / λ, whereas Au, Ta, Ag, Cr, W, Cu, In the IDT composed of Zn, Mo, and Ni, the attenuation constant becomes very large.
図25は、オイラー角で(0°,θ,0°)のLiTaO3基板上に、AuからなるIDT及びSiO2膜を形成した構造における、θと、電気機械結合係数との関係を示す図である。ここでは、AuからなるIDTの規格化膜厚を、0.022、0.025及び0.030とした場合、並びにSiO2膜の規格化膜厚Hs/λを、0.00(SiO2膜を成膜せず)、0.10、0.20、0.30及び0.45と変化させた。 FIG. 25 is a diagram showing a relationship between θ and an electromechanical coupling coefficient in a structure in which an IDT and SiO 2 film made of Au is formed on a LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, θ, 0 °). It is. Here, the normalized thickness of the IDT composed of Au, when the 0.022,0.025 and 0.030, and the normalized thickness Hs / lambda of the SiO 2 film, 0.00 (SiO 2 film ), 0.10, 0.20, 0.30, and 0.45.
図25から明らかなように、SiO2膜が厚くなるに連れて、電気機械結合係数Ksawが小さくなることがわかる。また、後述するように、SiO2膜による特性の劣化を抑制するために、IDTの膜厚を薄くした場合を考えてみる。前述の図16から明らかなように、従来のAlからなるIDTにおいて規格化膜厚を0.04まで薄くした場合、SiO2膜が形成されていない場合でも、電気機械結合係数Ksawは0.245と小さくなる。また、AlからなるIDTの規格化膜厚を0.04とし、SiO2膜を形成した場合には、電気機械結合係数Ksawはさらに小さくなり、実用上広帯域化が困難となる。 As can be seen from FIG. 25, as the SiO 2 film becomes thicker, the electromechanical coupling coefficient K saw becomes smaller. As will be described later, let us consider a case where the film thickness of the IDT is reduced in order to suppress the deterioration of characteristics due to the SiO 2 film. As is apparent from FIG. 16 described above, when the standardized film thickness is reduced to 0.04 in the conventional IDT made of Al, the electromechanical coupling coefficient K saw is 0. Even when the SiO 2 film is not formed. It becomes 245 and becomes small. Further, when the standardized film thickness of IDT made of Al is set to 0.04 and the SiO 2 film is formed, the electromechanical coupling coefficient K saw is further reduced, and it is difficult to increase the bandwidth practically.
これに対して、図25から明らかなように、AuからなるIDTを形成し、SiO2膜を形成した構造では、オイラー角のθを128.5°以下とすることにより、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λを0.45程度とした場合であっても、電気機械結合係数Ksawは0.245以上となることがわかる。また、規格化膜厚が0.30程度のSiO2膜を形成した場合には、オイラー角のθを132°以下とすることにより、電気機械結合係数Ksawを0.245以上とすることができる。なお、後述するように、オイラー角のθが115°よりも小さい場合には、減衰定数が大きくなり、実用的ではない。従って、25°〜42°回転Y板X伝搬(オイラー角で(0±3°,115°〜132°,0±3°))、より好ましくは25°〜38.5°回転Y板X伝搬(オイラー角で(0±3°,115°〜128.5°,0±3°))のLiTaO3基板を用いることが好適であることがわかる。 On the other hand, as is apparent from FIG. 25, in the structure in which the IDT made of Au is formed and the SiO 2 film is formed, the Euler angle θ is set to 128.5 ° or less, so that the specification of the SiO 2 film can be obtained. It can be seen that even when the chemical thickness Hs / λ is about 0.45, the electromechanical coupling coefficient K saw is 0.245 or more. Further, when an SiO 2 film having a normalized film thickness of about 0.30 is formed, the electromechanical coupling coefficient K saw can be set to 0.245 or more by setting the Euler angle θ to 132 ° or less. it can. As will be described later, when the Euler angle θ is smaller than 115 °, the damping constant increases, which is not practical. Accordingly, the Y plate X propagation at 25 ° to 42 ° rotation (Eulerian angle (0 ± 3 °, 115 ° to 132 °, 0 ± 3 °)), more preferably the 25 ° to 38.5 ° rotation Y plate X propagation. It can be seen that it is preferable to use a LiTaO 3 substrate (Euler angle (0 ± 3 °, 115 ° -128.5 °, 0 ± 3 °)).
他方、36°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,126°,0°)のLiTaO3基板の周波数温度特性(TCF)は−30〜−40ppm/℃であり、十分ではない。この周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、36°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,126°,0°)のLiTaO3基板上に、AuからなるIDTを形成し、さらにSiO2膜を種々の膜厚で形成した場合の周波数温度特性の変化を図19に示す。なお、図19において、○は理論値を示し、×は実験値を示す。ここでは、AuからなるIDTの規格化膜厚はH/λ=0.020である。 On the other hand, the frequency temperature characteristic (TCF) of the LiTaO 3 substrate with a 36 ° rotation Y plate X propagation and Euler angles (0 °, 126 °, 0 °) is −30 to −40 ppm / ° C., which is not sufficient. In order to improve the frequency temperature characteristic TCF to be within a range of ± 20 ppm / ° C., on a LiTaO 3 substrate of 36 ° rotation Y plate X propagation, Euler angles (0 °, 126 °, 0 °), FIG. 19 shows changes in frequency temperature characteristics when an IDT made of Au is formed and SiO 2 films are formed in various thicknesses. In FIG. 19, ◯ represents a theoretical value, and x represents an experimental value. Here, the normalized film thickness of the IDT made of Au is H / λ = 0.020.
図19から明らかなように、SiO2膜の形成により、周波数温度特性が改善されることがわかる。特に、SiO2膜の規格化された膜厚Hs/λが0.25の近傍の場合、TCFが0となり好ましいことがわかる。 As is apparent from FIG. 19, it can be seen that the formation of the SiO 2 film improves the frequency temperature characteristics. In particular, it can be seen that when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in the vicinity of 0.25, the TCF is 0.
また、回転Y板X伝搬LiTaO3基板として、カット角が36°(オイラー角で(0°,126°,0°))及び38°(オイラー角で(0°,128°,0°))の2種類のオイラー角のLiTaO3基板を用い、AuからなるIDTの膜厚及びSiO2膜の膜厚を種々変化させた場合の減衰定数αの変化を数値解析した。結果を図20及び図21に示す。なお、図20及び図21のAuの膜厚値はH/λである。図20及び図21から明らかなように、AuからなるIDTの膜厚の如何に関わらず、SiO2膜の膜厚を選択すれば、減衰定数αを小さくし得ることがわかる。すなわち、図20及び図21から明らかなように、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.03〜0.45、より好ましくは0.10〜0.35の範囲とすれば、いずれかのオイラー角のLiTaO3基板及びいずれの膜厚のAuからなるIDTを形成した場合においても、減衰定数αが非常に小さくされ得ることがわかる。 Further, as the rotating Y plate X propagation LiTaO 3 substrate, the cut angles are 36 ° (Euler angles (0 °, 126 °, 0 °)) and 38 ° (Euler angles (0 °, 128 °, 0 °)). Using the two types of Euler angle LiTaO 3 substrates, numerically analyzed the change in the attenuation constant α when the thickness of the IDT made of Au and the thickness of the SiO 2 film were variously changed. The results are shown in FIGS. Note that the film thickness value of Au in FIGS. 20 and 21 is H / λ. As is apparent from FIGS. 20 and 21, it can be seen that the attenuation constant α can be reduced by selecting the thickness of the SiO 2 film regardless of the thickness of the IDT made of Au. That is, as apparent from FIG. 20 and FIG. 21, if the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.03 to 0.45, more preferably 0.10 to 0.35, It can be seen that the attenuation constant α can be made extremely small even when an IDT made of an Euler angle LiTaO 3 substrate and any film thickness of Au is formed.
さらに、図17により、AuからなるIDTを用いると、薄い膜厚でもAlに比べて十分大きな反射係数が得られていることがわかる。 Furthermore, it can be seen from FIG. 17 that when using IDT made of Au, a sufficiently large reflection coefficient is obtained even with a thin film thickness as compared with Al.
従って、上記図16〜図21の結果から、LiTaO3基板上に膜厚H/λが0.013〜0.030のAuからなるIDTを形成した場合、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.03〜0.45の範囲とすれば、大きな電気機械結合係数が得られるだけでなく、減衰定数αを非常に小さくし、かつ、十分な反射係数を得ることができることができる。 Accordingly, from the results shown in FIGS. 16 to 21, when an IDT made of Au having a film thickness H / λ of 0.013 to 0.030 is formed on the LiTaO 3 substrate, the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is If the range is 0.03 to 0.45, not only a large electromechanical coupling coefficient can be obtained, but also the attenuation constant α can be made very small and a sufficient reflection coefficient can be obtained.
上述した実施例において、カット角36°(オイラー角で(0°,126°,0°))のLiTaO3基板上に、H/λ=0.020の規格化膜厚のAuからなるIDTを形成し、さらに規格化膜厚Hs/λ=0.1のSiO2膜を形成してなる実施例の弾性表面波装置11の減衰量−周波数特性を図22に破線で示す。また、比較のために、該弾性表面波フィルタにおいて、SiO2膜を形成する前の構造の減衰量周波数特性を実線で示す。 In the embodiment described above, an IDT made of Au having a normalized film thickness of H / λ = 0.020 is formed on a LiTaO 3 substrate having a cut angle of 36 ° (Euler angles (0 °, 126 °, 0 °)). The attenuation-frequency characteristics of the surface acoustic wave device 11 of the example formed by further forming the SiO 2 film having the normalized film thickness Hs / λ = 0.1 are shown by broken lines in FIG. For comparison, in the surface acoustic wave filter, the attenuation frequency characteristic of the structure before forming the SiO 2 film is shown by a solid line.
図22から明らかなように、SiO2膜の形成により電気機械結合係数が0.30から0.28に若干小さくなるにもかかわらず、挿入損失が改善されていることがわかる。従って、図22から明らかなように、SiO2膜を上記特定の範囲の厚みとすれば、減衰定数αが小さくなることが裏付けられる。 As is apparent from FIG. 22, the insertion loss is improved although the electromechanical coupling coefficient is slightly reduced from 0.30 to 0.28 by the formation of the SiO 2 film. Therefore, as is clear from FIG. 22, it is confirmed that the attenuation constant α is reduced if the thickness of the SiO 2 film is in the specific range.
本願発明者は、上述した知見に基づき、様々なオイラー角の回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に、規格化膜厚が0.02であるAuからなるIDTを形成し、さらに様々な厚みのSiO2膜を形成して1ポート型弾性表面波共振子を試作した。この場合、SiO2膜の規格化膜厚は、0.10、0.20、0.30及び0.45とした。このようにして得られた各1ポート型弾性表面波共振子のQ値を測定した。結果を図26に示す。 The inventor of the present application forms IDT made of Au with a normalized film thickness of 0.02 on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate with various Euler angles based on the above-described knowledge, and further with various thicknesses. A one-port surface acoustic wave resonator was fabricated by forming a SiO 2 film. In this case, the normalized film thickness of the SiO 2 film was 0.10, 0.20, 0.30, and 0.45. The Q value of each 1-port surface acoustic wave resonator thus obtained was measured. The results are shown in FIG.
一般に、共振子のQ値が大きい程、フィルタとして用いた場合の通過帯域から減衰域にかけてのフィルタ特性の急峻性が高められる。従って、急峻なフィルタを必要とするときには、Q値は大きい方が望ましい。図26から明らかなように、SiO2膜の膜厚の如何に関わらず、カット角が48°回転Y板、オイラー角で(0°,138°,0°)付近でQ値が最大となり、カット角42°〜58°(オイラー角で(0°,132°〜148°,0°))の範囲でQ値が比較的大きいことがわかる。 In general, the larger the Q value of the resonator, the higher the steepness of the filter characteristics from the pass band to the attenuation band when used as a filter. Therefore, when a steep filter is required, a larger Q value is desirable. As is clear from FIG. 26, the Q value is maximized in the vicinity of (0 °, 138 °, 0 °) when the cut angle is 48 ° rotated Y plate and Euler angles regardless of the thickness of the SiO 2 film. It can be seen that the Q value is relatively large in the range of cut angles of 42 ° to 58 ° (Euler angles (0 °, 132 ° to 148 °, 0 °)).
従って、図26から明らかなように、カット角42°〜58°回転Y板(オイラー角で(0°,132°〜148°,0°))のLiTaO3基板を用い、該LiTaO3基板上に、Auよりも密度の高い金属からなる少なくとも1つのIDTを形成し、さらにSiO2膜をIDTを覆うようにLiTaO3基板上に形成した構造とすることにより、大きなQ値を得ることができることがわかる。好ましくは、図26から明らかなように、カット角は46.5°〜53°回転Y板(オイラー角で(0°,136.5°〜143°,0°))とされる。
Accordingly, as is clear from FIG. 26, a
なお、本発明においては、IDTの上面に密着層が形成されてもよい。すなわち、図27(a)に示すように、LiTaO3基板32上に、IDT33が形成されており、IDT33の上面に、密着層34が作製されていてもよい。密着層34は、IDT33とSiO2膜35との間に配置されている。密着層34は、SiO2膜35のIDT33に対する密着強度を高めるために設けられている。このような密着層34を構成する材料としては、PdまたはAl、あるいはこれらの合金が好適に用いられる。また、金属に限らず、ZnOなどの圧電材料や、Ta2O3もしくはAl2O3などの他のセラミックスを用いて密着層34を構成してもよい。密着層34の形成により、Alよりも密度が高い金属からなるIDT33とSiO2膜35との密着強度が高められ、それによってSiO2膜の膜剥がれが抑制される。
In the present invention, an adhesion layer may be formed on the upper surface of the IDT. That is, as shown in FIG. 27A, the
密着層34の厚みは、弾性表面波全般への影響を与えないためには、弾性表面波の波長の1%程度以下の厚みとすることが望ましい。また、図27(a)では、IDT33の上面に密着層34が形成されていたが、図27(b)に示すように、LiTaO3基板上にSiO2膜35との界面にも密着層34Aを形成してもよい。さらに図27(c)に示すように、密着層34は、IDT33の上面だけでなく側面をも覆うように形成されてもよい。
The thickness of the
また、SiO2膜の密着強度を改善する他の構成として、IDT以外のバスバーや外部との接続用パッドを含む複数の電極において、該複数の電極を、それぞれ、IDTと同じ材料からなる下地金属層と、下地金属層上に積層されており、AlもしくはAl合金からなる上層金属層からなるものを用いてもよい。すなわち、例えば図15に示した反射器24a,24bを構成する電極膜として、IDT23a,23bと同じ材料からなる下地金属層と、該下地金属層上に、Al膜を積層してもよい。このように、AlやAl合金からなる上層金属層を設けることにより、SiO2膜との密着強度が高められる。また、電極コストを低減することもでき、さらにAlウェッジボンド性を高めることもできる。
As another configuration for improving the adhesion strength of the SiO 2 film, in a plurality of electrodes including a bus bar other than IDT and a pad for connection to the outside, each of the plurality of electrodes is a base metal made of the same material as IDT. A layer and an upper metal layer made of Al or an Al alloy may be used. That is, for example, as an electrode film constituting the
なお、上記IDT以外の電極としては、反射器、バスバー、外部との電極的接続用パッドだけでなく、必要に応じて形成される引き回し電極などが挙げられる。また、上記Al合金としては、特に限定されないが、Al−Ti合金、Al−Ni−Cr合金などが挙げられる。 Examples of electrodes other than the IDT include not only reflectors, bus bars, and external electrode connection pads, but also lead electrodes formed as necessary. The Al alloy is not particularly limited, and examples thereof include an Al—Ti alloy and an Al—Ni—Cr alloy.
なお、上述した実験例の場合以外のオイラー角の回転Y板X伝搬LiTaO3基板を用いた場合においても、AuからなるIDTを形成した場合において、減衰定数αを最小とするSiO2膜の膜厚が存在することが本願発明者等により確かめられている。すなわち、SiO2膜の膜厚Hs/λを特定の範囲とすれば、上記実験例の場合と同様に、減衰定数αを小さくすることができる。一方、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.45としたときのオイラー角とαの関係を図28〜36に示す。これらの図からSiO2膜の膜厚が厚くなるに従い、αが極小となるオイラー角のθが小さくなることも明らかとなった。従って、他のオイラー角の回転Y板X伝搬LiTaO3基板を用いた場合であっても、AuからなるIDTを形成し、SiO2膜を積層した構造において、SiO2膜の厚みを選択することにより、従来の弾性表面波装置に比べて、周波数温度特性TCFが半分以下と良好であり、電気機械結合係数が大きく、かつ反射係数が大きな弾性表面波装置を構成することができる。このような効果を発現し得るLiTaO3基板のオイラー角と、AuからなるIDTの電極膜厚と、SiO2膜の膜厚の好ましい組み合わせは、以下の表16及び表17で示される通りであることが確かめられている。 Even when an Euler angle rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate other than the experimental example described above is used, when an IDT made of Au is formed, the SiO 2 film that minimizes the attenuation constant α is formed. The present inventors have confirmed that there is a thickness. That is, if the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in a specific range, the attenuation constant α can be reduced as in the case of the experimental example. On the other hand, FIGS. 28 to 36 show the relationship between Euler angles and α when the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.1 to 0.45. From these figures, it became clear that the Euler angle θ at which α is minimized decreases as the thickness of the SiO 2 film increases. Therefore, even when a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate having another Euler angle is used, the thickness of the SiO 2 film is selected in the structure in which the IDT made of Au is formed and the SiO 2 film is laminated. Thus, a surface acoustic wave device having a frequency temperature characteristic TCF as good as half or less, a large electromechanical coupling coefficient, and a large reflection coefficient can be formed as compared with the conventional surface acoustic wave device. Preferred combinations of the Euler angle of the LiTaO 3 substrate capable of exhibiting such an effect, the electrode thickness of the IDT made of Au, and the thickness of the SiO 2 film are as shown in Tables 16 and 17 below. It has been confirmed.
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
本発明に係る弾性表面波装置の製造に際しては、回転Y板X伝搬LiTaO3基板上にAuを主成分とする金属からなるIDTを形成した後、その状態において周波数調整を行ない、しかる後減衰定数αを小さくし得る範囲の膜厚のSiO2膜を成膜することが望ましい。これを、図23及び図24を参照して説明する。図23は、36°回転Y板X伝搬(オイラー角で(0°,126°,0°))LiTaO3基板上に、種々の膜厚のAuからなるIDT及び種々の膜厚のSiO2膜を形成した場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。また、図24は、同じオイラー角のLiTaO3基板上に、種々の膜厚のAuからなるIDTを形成した場合、その上に形成されるSiO2膜の規格化膜厚を変化させた場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。図23と図24を比較すれば明らかなように、Auの膜厚を変化させた場合の方が、SiO2膜の膜厚を変化させた場合よりも弾性表面波の音速の変化がはるかに大きい。従って、SiO2膜の形成に先立ち、周波数調整が、行われることが望ましく、例えば、レーザーエッチングやイオンエッチングなどによりAuからなるIDTを形成した後に周波数調整を行うことが望ましい。特に好ましくは、Auの規格化膜厚が、0.015〜0.03の範囲であれば、SiO2膜による音速の変化が小さくなり、SiO2膜のばらつきによる周波数変動を小さくすることができる。 In manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention, after an IDT made of a metal mainly composed of Au is formed on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate, the frequency is adjusted in that state, and then the attenuation constant is set. It is desirable to form a SiO 2 film having a thickness within a range where α can be reduced. This will be described with reference to FIGS. FIG. 23 shows a 36 ° rotated Y-plate X propagation (Euler angle (0 °, 126 °, 0 °)) LiTaO 3 substrate, an IDT made of various thicknesses of Au, and various thicknesses of SiO 2 films. The change of the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when forming is shown. FIG. 24 shows a case where IDTs made of various thicknesses of Au are formed on a LiTaO 3 substrate having the same Euler angle, and the normalized film thickness of the SiO 2 film formed thereon is changed. Changes in the sound velocity of leaky surface acoustic waves are shown. As is clear from comparison between FIG. 23 and FIG. 24, the change in the sound velocity of the surface acoustic wave is much greater when the film thickness of Au is changed than when the film thickness of the SiO 2 film is changed. large. Therefore, it is desirable to adjust the frequency prior to the formation of the SiO 2 film. For example, it is desirable to adjust the frequency after forming an IDT made of Au by laser etching or ion etching. Particularly preferably, when the normalized film thickness of Au is in the range of 0.015 to 0.03, the change in the sound speed due to the SiO 2 film is reduced, and the frequency fluctuation due to variations in the SiO 2 film can be reduced. .
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
〔電極材料がAgの実施例〕
本実施例の弾性表面波装置は、前述した図15に示した弾性表面波装置21と同様である。もっとも、本実施例では、IDT23a,23bがAgにより構成されている。
[Example where the electrode material is Ag]
The surface acoustic wave device of this embodiment is the same as the surface
後述するように、IDT23a,23bがAgからなる場合には、IDT23a,23bの弾性表面波の波長で規格化された膜厚H/λは0.01〜0.08が好ましい。
As will be described later, when the
本発明の係る弾性表面波装置では、上記のように、LiTaO3基板22上にAgによりIDT23a,23bが構成されており、該IDT23a,23bの電極膜厚を薄くすることができる。オイラー角のLiTaO3基板を用いるため減衰定数を大幅に小さくすることができ、低ロス化が可能となる。また、SiO2膜25の形成により、良好な周波数温度特性が実現される。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
In the surface acoustic wave device according to the present invention, as described above, the
LiTaO3基板を伝わる弾性表面波には、レイリー波の他に漏洩弾性表面波(LSAW)がある。漏洩弾性表面波は、レイリー波に比べて音速が早く、電気機械結合係数が大きいが、エネルギーを基板内に放射しつつ伝搬する。従って、漏洩弾性表面波は、伝搬ロスの原因となる減衰定数を有する。 The surface acoustic wave transmitted through the LiTaO 3 substrate includes a leaky surface acoustic wave (LSAW) in addition to the Rayleigh wave. The leaky surface acoustic wave has a faster sound speed and a larger electromechanical coupling coefficient than the Rayleigh wave, but propagates while radiating energy into the substrate. Therefore, the leaky surface acoustic wave has an attenuation constant that causes a propagation loss.
図36は、36°回転Y板X伝搬LiTaO3基板(オイラー角で(0°,126°,0°))上に、AgからなるIDTを形成した場合のAg膜の規格化膜厚H/λと、電気機械結合係数Ksawとの関係を示す。なお、λは、弾性表面波装置の中心周波数における波長を示すものとする。 FIG. 36 shows the normalized film thickness H / of the Ag film when an IDT made of Ag is formed on a 36 ° rotated Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate (Euler angles (0 °, 126 °, 0 °)). The relationship between λ and the electromechanical coupling coefficient K saw is shown. Note that λ represents the wavelength at the center frequency of the surface acoustic wave device.
図36から明らかなように、Ag膜の膜厚H/λが0.01〜0.08の範囲において、電気機械結合係数Ksawが、Ag膜が形成されていない場合(H/λ=0)に比べて1.5倍以上となることがわかる。また、Ag膜の膜厚がH/λ=0.02〜0.06の範囲では、Ag膜が形成されていない場合に比べて、電気機械結合係数Ksawは1.7倍以上の値となり、Ag膜の膜厚H/λが0.03〜0.05の範囲では、Ag膜が形成されていない場合の1.8倍以上の値となることがわかる。 As is apparent from FIG. 36, when the thickness H / λ of the Ag film is in the range of 0.01 to 0.08, the electromechanical coupling coefficient K saw has no Ag film (H / λ = 0). It can be seen that it is 1.5 times or more. Further, when the thickness of the Ag film is in the range of H / λ = 0.02 to 0.06, the electromechanical coupling coefficient K saw is 1.7 times or more compared to the case where the Ag film is not formed. It can be seen that when the film thickness H / λ of the Ag film is in the range of 0.03 to 0.05, the value is 1.8 times or more that when the Ag film is not formed.
Ag膜の規格化膜厚H/λが0.08を超えると、Ag膜からなるIDTの作製が困難となる。従って、大きな電気機械結合係数を得ることができ、かつIDTの作製が容易であるため、Ag膜からなるIDTの厚みは、0.01〜0.08の範囲であることが望ましく、より好ましくは0.02〜0.06、さらに好ましくは0.03〜0.05の範囲とされる。 When the normalized film thickness H / λ of the Ag film exceeds 0.08, it is difficult to produce an IDT made of the Ag film. Therefore, since a large electromechanical coupling coefficient can be obtained and the IDT can be easily manufactured, the thickness of the IDT made of the Ag film is desirably in the range of 0.01 to 0.08, and more preferably The range is 0.02 to 0.06, more preferably 0.03 to 0.05.
次に、LiTaO3基板上に、SiO2膜を成膜した場合の周波数温度係数TCFの変化を図37に示す。図37は、オイラー角(0°,113°,0°)、(0°,126°,0°)及び(0°,129°,0°)の3種類のLiTaO3基板上にSiO2膜が形成されている場合のSiO2膜の規格化膜厚Hs/λとTCFとの関係を示す。なお、ここでは電極は形成されていない。 Next, FIG. 37 shows changes in the frequency temperature coefficient TCF when an SiO 2 film is formed on a LiTaO 3 substrate. FIG. 37 shows SiO 2 films on three types of LiTaO 3 substrates with Euler angles (0 °, 113 °, 0 °), (0 °, 126 °, 0 °) and (0 °, 129 °, 0 °). The relationship between the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and TCF in the case where is formed is shown. Here, no electrode is formed.
図37から明らかなように、θが113°、126°及び129°のいずれの場合においても、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λが0.15〜0.45の範囲において、TCFが−20〜+20ppm/℃の範囲となることがわかる。もっとも、SiO2膜の成膜には時間を要するため、SiO2膜の膜厚Hs/λは0.15〜0.40が望ましい。 As is apparent from FIG. 37, the TCF is within the range of the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film of 0.15 to 0.45 regardless of whether θ is 113 °, 126 °, or 129 °. It can be seen that the range is from -20 to +20 ppm / ° C. However, since the formation of the SiO 2 film takes time, the film thickness Hs / lambda of the SiO 2 film 0.15 to 0.40 is desirable.
LiTaO3基板上にSiO2膜を成膜することにより、レイリー波などのTCFが改善されることは知られていたが、LiTaO3基板上に、Agからなる電極を形成し、さらにSiO2膜を積層した構造において、実際に、Agからなる電極の膜厚、SiO2の膜厚、オイラー角、及び漏洩弾性波の減衰定数を考慮して実験された報告はない。 By depositing SiO 2 film on the LiTaO 3 substrate, but it has been known that TCF such Rayleigh waves is improved, the LiTaO 3 substrate, and forming an electrode made of Ag, further SiO 2 film In the structure in which the layers are laminated, there has been no report actually tested in consideration of the film thickness of the electrode made of Ag, the film thickness of SiO 2 , the Euler angle, and the damping constant of the leaky elastic wave.
図38は、オイラー角(0°,120°,0°)のLiTaO3基板上に規格化膜厚H/λが0.10以下のAgからなる電極と、規格化膜厚Hs/λが0〜0.5のSiO2膜を形成した場合における減衰定数αの変化を示す。図38から明らかなように、SiO2膜の膜厚Hs/λが0.2〜0.40、Ag膜の膜厚H/λが0.01〜0.10である場合に減衰定数αが小さくなっていることがわかる。 FIG. 38 shows an electrode made of Ag having a normalized film thickness H / λ of 0.10 or less on a LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 120 °, 0 °), and a normalized film thickness Hs / λ of 0. The change of the attenuation constant α when an SiO 2 film of ˜0.5 is formed is shown. As apparent from FIG. 38, when the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.2 to 0.40 and the film thickness H / λ of the Ag film is 0.01 to 0.10, the attenuation constant α is You can see that it is getting smaller.
他方、図39は、(0°,140°,0°)のオイラー角のLiTaO3基板上には、規格化膜厚H/λが0〜0.10のAg膜を形成し、さらに、規格化膜厚Hs/λが0〜0.5のSiO2膜を形成した場合の減衰定数αの変化を示す。 On the other hand, FIG. 39 shows a case where an Ag film having a normalized film thickness H / λ of 0 to 0.10 is formed on a LiTaO 3 substrate having an Euler angle of (0 °, 140 °, 0 °). A change in the attenuation constant α when a SiO 2 film having a chemical thickness Hs / λ of 0 to 0.5 is formed is shown.
図39から明らかなように、オイラー角でθ=140°のLiTaO3基板を用いた場合には、Ag膜の膜厚が0.06以下においてSiO2膜の膜厚を上記のように変化させたとしても、減衰定数αは大きいことがわかる。 As is apparent from FIG. 39, when a LiTaO 3 substrate with Euler angle θ = 140 ° is used, the thickness of the SiO 2 film is changed as described above when the thickness of the Ag film is 0.06 or less. Even so, it can be seen that the attenuation constant α is large.
すなわち、良好なTCF、大きな電気機械結合係数及び小さな減衰定数を実現するには、LiTaO3基板のカット角すなわちオイラー角と、SiO2膜の膜厚と、Agからなる電極の膜厚とをそれぞれ最適なように組み合わせることが必要となることがわかる。 That is, in order to realize a good TCF, a large electromechanical coupling coefficient, and a small attenuation constant, the cut angle of the LiTaO 3 substrate, that is, the Euler angle, the film thickness of the SiO 2 film, and the film thickness of the electrode made of Ag, respectively. It can be seen that it is necessary to combine them optimally.
図40〜図47は、それぞれ、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λが、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4または0.45であり、規格化膜厚H/λが0.1以下のAg膜をLiTaO3基板上に形成した場合のθと減衰定数αとの関係を示す。 40 to 47, the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4 or The relationship between θ and the attenuation constant α when an Ag film having a normalized film thickness H / λ of 0.1 or less on a LiTaO 3 substrate is 0.45 is shown.
図40〜図47から明らかなように、Ag膜の厚みH/λを0.01〜0.08とした場合、SiO2膜の厚みと、オイラー角のθとが、下記の表18に示すいずれかの組み合わせとなるように選択されれば、周波数温度特性TCFが良好であり、電気機械結合係数が大きく、かつ減衰定数αを効果的に抑制し得ることがわかる。望ましくは、下記の表18の右側のより好ましいオイラー角を選択することにより、より一層良好な特性を得ることができる。 As apparent from FIGS. 40 to 47, when the thickness H / λ of the Ag film is 0.01 to 0.08, the thickness of the SiO 2 film and the Euler angle θ are shown in Table 18 below. It can be seen that if any combination is selected, the frequency temperature characteristic TCF is good, the electromechanical coupling coefficient is large, and the attenuation constant α can be effectively suppressed. Desirably, even better characteristics can be obtained by selecting a more preferred Euler angle on the right side of Table 18 below.
また、より好ましくは、Ag膜の規格化膜厚が0.02〜0.06の場合には、SiO2膜の厚みと、オイラー角のθとが、下記の表19に示すいずれかの組み合わせとなるように選択されれば、より一層好ましく、さらに望ましくは、下記の表19の右側のより好ましいオイラー角を選択することにより、より一層良好な特性を得ることができる。 More preferably, when the normalized film thickness of the Ag film is 0.02 to 0.06, the thickness of the SiO 2 film and the Euler angle θ are any combination shown in Table 19 below. It is even more preferable that it is selected, and more desirably, by selecting a more preferable Euler angle on the right side of Table 19 below, even better characteristics can be obtained.
さらに好ましくは、Ag膜の規格化膜厚が0.03〜0.05のときに、SiO2膜の厚みと、オイラー角のθとが、下記の表20に示すいずれかの組み合わせとなるように選択されれば、より一層良好な特性を得ることができる。この場合においても、下記の表20の右側に示すより好ましいオイラー角を選択することにより、特性をより一層改善することができる。 More preferably, when the normalized film thickness of the Ag film is 0.03 to 0.05, the thickness of the SiO 2 film and the Euler angle θ are any combination shown in Table 20 below. If it is selected, better characteristics can be obtained. Even in this case, the characteristics can be further improved by selecting a more preferable Euler angle shown on the right side of Table 20 below.
なお、本発明では、IDTはAgのみから構成されてもよいが、Agを主体とする限り、Ag合金やAgと他の金属との積層体で構成されてもよい。Agを主体とするIDTとは、IDTの全体の80重量%以上がAgであればよい。従って、Agの下地にAl薄膜やTi薄膜が形成されていてもよく、この場合においても、下地の薄膜とAgとの合計のうち80重量%以上がAgで構成されていればよい。 In the present invention, the IDT may be composed only of Ag, but may be composed of an Ag alloy or a laminate of Ag and another metal as long as Ag is mainly used. The IDT mainly composed of Ag may be 80% by weight or more of the entire IDT. Therefore, an Al thin film or a Ti thin film may be formed on the Ag base, and in this case as well, 80% by weight or more of the total of the base thin film and Ag may be composed of Ag.
上記実験では、オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO3基板が用いられたが、基板材料のオイラー角において、φ及びψには0±3°のばらつきが通常発生する。このようなばらつきの範囲内、すなわち(0±3°,113°〜142°,0±3°)のLiTaO3基板においても、本発明の効果は得られる。 In the above experiment, a LiTaO 3 substrate having Euler angles (0 °, θ, 0 °) was used. However, in the Euler angles of the substrate material, variations of 0 ± 3 ° usually occur in φ and ψ. The effect of the present invention can be obtained even in a LiTaO 3 substrate within such a variation range, that is, (0 ± 3 °, 113 ° to 142 °, 0 ± 3 °).
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
〔Cuを電極材料として用いた場合の実施例〕
Cuにより電極を形成したことを除いては、Auを用いた場合と同様に図15に示した弾性表面波装置を構成した。Alに比べて密度の高いCuにより電極が構成されているため、電気機械結合係数及び反射係数を高めることができる。
[Examples when Cu is used as an electrode material]
The surface acoustic wave device shown in FIG. 15 was configured in the same manner as in the case of using Au except that the electrode was formed of Cu. Since the electrode is made of Cu having a higher density than Al, the electromechanical coupling coefficient and the reflection coefficient can be increased.
図58は、SiO2膜の規格化膜厚が0.20の場合のCu電極とAl電極の電極膜一本あたりの反射率と、電極膜厚との関係を示す図である。 FIG. 58 is a diagram showing the relationship between the electrode film thickness and the reflectance per one electrode film of the Cu electrode and the Al electrode when the normalized film thickness of the SiO 2 film is 0.20.
図58に示すように、従来用いられているAlからなる電極に比べて、Cuからなる電極を用いた場合、電極指1本あたりの反射率が高められるため、反射器における電極指の本数も低減することができる。従って、反射器の小型化、ひいては弾性表面波装置の小型化を図ることができる。 As shown in FIG. 58, when the electrode made of Cu is used as compared with the conventionally used electrode made of Al, the reflectance per electrode finger is increased, so the number of electrode fingers in the reflector is also increased. Can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the reflector, and hence the surface acoustic wave device.
後述するように、IDT23a,23bの弾性表面波の波長で規格化された膜厚H/λは0.01〜0.08が好ましい。
As will be described later, the film thickness H / λ normalized by the surface acoustic wave wavelengths of the
図48は、オイラー角(0°,120°,0°)のLiTaO3基板上に規格化膜厚H/λが0.10以下のCuからなる電極と、規格化膜厚Hs/λが0〜0.5のSiO2膜を形成した場合における減衰定数αの変化を示す。図48から明らかなように、SiO2膜の膜厚Hs/λが0.2〜0.40、Cu膜の膜厚H/λが0.01〜0.10である場合に減衰定数αが小さくなっていることがわかる。 FIG. 48 shows an electrode made of Cu having a normalized film thickness H / λ of 0.10 or less on a LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 120 °, 0 °), and a normalized film thickness Hs / λ of 0. The change of the attenuation constant α when an SiO 2 film of ˜0.5 is formed is shown. As apparent from FIG. 48, when the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.2 to 0.40 and the film thickness H / λ of the Cu film is 0.01 to 0.10, the attenuation constant α is You can see that it is getting smaller.
他方、図49は、(0°,135°,0°)のオイラー角のLiTaO3基板上には、規格化膜厚H/λが0〜0.10のCu膜を形成し、さらに、規格化膜厚Hs/λが0〜0.5のSiO2膜を形成した場合の減衰定数αの変化を示す。 On the other hand, FIG. 49 shows a case where a Cu film having a normalized film thickness H / λ of 0 to 0.10 is formed on a LiTaO 3 substrate having an Euler angle of (0 °, 135 °, 0 °). A change in the attenuation constant α when a SiO 2 film having a chemical thickness Hs / λ of 0 to 0.5 is formed is shown.
図49から明らかなように、θ=135°のLiTaO3基板を用いた場合には、Cu膜の膜厚及びSiO2膜の膜厚を上記のように変化させたとしても、減衰定数αは大きいことがわかる。 As is clear from FIG. 49, when the LiTaO 3 substrate of θ = 135 ° is used, even if the film thickness of the Cu film and the film thickness of the SiO 2 film are changed as described above, the attenuation constant α is You can see that it ’s big.
すなわち、良好なTCF、大きな電気機械結合係数及び小さな減衰定数を実現するには、LiTaO3基板のカット角すなわちオイラー角と、SiO2膜の膜厚と、Cuからなる電極の膜厚とをそれぞれ最適なように組み合わせることが必要となることがわかる。 That is, in order to realize a good TCF, a large electromechanical coupling coefficient, and a small attenuation constant, the cut angle of the LiTaO 3 substrate, that is, the Euler angle, the film thickness of the SiO 2 film, and the film thickness of the electrode made of Cu, respectively. It can be seen that it is necessary to combine them optimally.
図50〜図57は、それぞれ、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λが、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4または0.45であり、規格化膜厚H/λが0.08以下のCu膜をLiTaO3基板上に形成した場合のθと減衰定数αとの関係を示す。 50 to 57, the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4 or The relationship between θ and the attenuation constant α when a Cu film having a normalized film thickness H / λ of 0.08 or less is formed on a LiTaO 3 substrate is 0.45.
図50〜図57から明らかなように、Cu膜の厚みH/λを0.01〜0.08とした場合、SiO2膜の厚みと、オイラー角のθとが、下記の表21に示すように選択されれば、周波数温度特性TCFが±20ppm/℃の範囲内とされて良好であり、電気機械結合係数が大きく、かつ減衰定数αを効果的に抑制し得ることがわかる。望ましくは、下記の表21の右側のより好ましいオイラー角を選択することにより、より一層良好な特性を得ることができる。 As apparent from FIGS. 50 to 57, when the thickness H / λ of the Cu film is 0.01 to 0.08, the thickness of the SiO 2 film and the Euler angle θ are shown in Table 21 below. If it is selected in this way, the frequency temperature characteristic TCF is good within the range of ± 20 ppm / ° C., the electromechanical coupling coefficient is large, and the attenuation constant α can be effectively suppressed. Desirably, even better characteristics can be obtained by selecting a more preferable Euler angle on the right side of Table 21 below.
また、Auについての図25から推測されるように、オイラー角のθが125°以下になると、電気機械結合係数Ksawが著しく大きくなることがわかる。従って、より好ましくは、下記の表22に示すSiO2膜の規格化膜厚Hs/λとオイラー角との組み合わせが望ましいことがわかる。 Further, as estimated from FIG. 25 for Au, it can be seen that when the Euler angle θ is 125 ° or less, the electromechanical coupling coefficient K saw is remarkably increased. Therefore, more preferably, the combination of the normalized film thickness Hs / λ and the Euler angle of the SiO 2 film shown in Table 22 below is desirable.
さらに、図48〜図56に示した結果から、減衰定数が0もしくは最小となるオイラー角、すなわちθminを、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及びCu膜の規格化膜厚H/λに対して求めた結果を、図59に示す。 Further, from the results shown in FIGS. 48 to 56, the Euler angle at which the attenuation constant is 0 or the minimum, that is, θ min is determined based on the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / of the Cu film. The results obtained for λ are shown in FIG.
Cu膜の規格化膜厚H/λが、0、0.02、0.04、0.06及び0.08の場合の図59に示す各曲線を三次式で近似することにより、下記の式A〜Eが得られる。
(a)0<H/λ≦0.01のとき
θmin=−139.713×Hs3+43.07132×Hs2
−20.568011×Hs+125.8314…式A
(b)0.01<H/λ≦0.03のとき
θmin=−139.660×Hs3+46.02985×Hs2
−21.141500×hs+127.4181…式B
(c)0.03<H/λ≦0.05のとき
θmin=−139.607×Hs3+48.98838×Hs2
−21.714900×Hs+129.0048…式C
(d)0.05<H/λ≦0.07のとき
θmin=−112.068×Hs3+39.60355×Hs2
−21.186000×Hs+129.9397…式D
(e)0.07<H/λ≦0.09のとき
θmin=−126.954×Hs3+67.40488×Hs2
−29.432000×Hs+131.5686…式E
従って、好ましくは、オイラー角(0±3°,θ,0±3°)のθは、上述した式A〜式Eで示されるθminとされることが望ましいが、θmin−2°<θ≦θmin+2°であれば、減衰定数を効果的に小さくすることができる。
By approximating the curves shown in FIG. 59 when the normalized film thickness H / λ of the Cu film is 0, 0.02, 0.04, 0.06, and 0.08 by a cubic equation, A to E are obtained.
(A) When 0 <H / λ ≦ 0.01 θ min = −139.713 × Hs 3 + 43.07132 × Hs 2
-20.568011 × Hs + 125.8314 ... Formula A
(B) When 0.01 <H / λ ≦ 0.03 θ min = −139.660 × Hs 3 + 46.002985 × Hs 2
-21.141500 × hs + 127.4181 ... Formula B
(C) When 0.03 <H / λ ≦ 0.05 θ min = −139.607 × Hs 3 + 48.988838 × Hs 2
-21.714900 × Hs + 129.0048 ... Formula C
(D) When 0.05 <H / λ ≦ 0.07 θ min = −112.068 × Hs 3 + 39.660355 × Hs 2
-21.186000 × Hs + 1299.9397 Formula D
(E) When 0.07 <H / λ ≦ 0.09 θ min = −126.995 × Hs 3 + 67.4040488 × Hs 2
−29.432000 × Hs + 131.5686 Formula E
Therefore, it is preferable that the Euler angle (0 ± 3 °, θ, 0 ± 3 °) θ is set to θ min represented by the above-described expressions A to E, but θ min −2 ° < If θ ≦ θ min + 2 °, the attenuation constant can be effectively reduced.
なお、本発明ではIDTはCuのみから構成されてもよいが、Cuを主体とする限り、Cu合金やCuと他の金属との積層体で構成されてもよい。Cuを主体とするIDTとは、電極の平均密度をρ(平均)とすると
ρ(Cu)×0.7≦ρ(平均)≦ρ(Cu)×1.3
すなわち、
6.25g/cm3≦ρ(平均)≦11.6g/cm3
を満足するものであればよい。なお、Cuの上あるいは下に電極全体のρ(平均)が上記範囲となるように、Alよりも密度の大きいW、Ta、Au、Pt、AgまたはCrなどの金属からなる電極を積層してもよい。その場合にも、Cu電極単層の場合と同様の効果が得られる。
In the present invention, the IDT may be composed only of Cu, but may be composed of a Cu alloy or a laminate of Cu and another metal as long as it is mainly composed of Cu. The IDT mainly composed of Cu is defined as ρ (Cu) × 0.7 ≦ ρ (average) ≦ ρ (Cu) × 1.3 when the average density of the electrode is ρ (average).
That is,
6.25 g / cm 3 ≦ ρ (average) ≦ 11.6 g / cm 3
As long as the above is satisfied. In addition, an electrode made of a metal such as W, Ta, Au, Pt, Ag, or Cr having a density higher than that of Al is laminated so that ρ (average) of the entire electrode is in the above range on or below Cu. Also good. Even in this case, the same effect as in the case of the Cu electrode single layer can be obtained.
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
〔電極材料としてタングステンを用いた実施例〕
前述した実施例と同様に、図15に示した弾性表面波装置を構成した。但し、IDT及び反射器をタングステンにより構成した。IDTの規格化膜厚H/λは0.0025〜0.06の範囲とした。
[Examples using tungsten as an electrode material]
The surface acoustic wave device shown in FIG. 15 was configured in the same manner as in the previous embodiment. However, the IDT and the reflector were made of tungsten. The normalized film thickness H / λ of IDT was in the range of 0.0025 to 0.06.
また、LiTaO3基板としては、22°〜48°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,112°〜138°,0°)のLiTaO3基板を用いた。 As the LiTaO 3 substrate, 22 ° to 48 ° rotation Y plate X propagation, at Euler angles (0 °, 112 ° ~138 ° , 0 °) was used LiTaO 3 substrate.
本実施例では上記のように、22°〜48°回転Y板X伝搬LiTaO3からなる圧電基板22と、H/λ=0.0025〜0.06であるタングステンよりなるIDT3a,3bと、Hs/λ=0.10〜0.40の範囲にあるSiO2膜4とを用いているため、周波数温度係数TCFが小さく、電気機械結合係数Ksawが大きく、かつ伝搬損失が小さい弾性表面波装置を提供することができる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
In the present embodiment, as described above, the
図60及び図61は、オイラー角(0°,120°,0°)と、(0°,140°,0°)の各LiTaO3基板上に、種々の膜厚のタングステンからなるIDTと、種々の膜厚のSiO2膜とを形成した場合の減衰定数を示す図である。 FIG. 60 and FIG. 61 show that an IDT made of tungsten having various thicknesses on each LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 120 °, 0 °) and (0 °, 140 °, 0 °), is a diagram illustrating the attenuation constant in the case of forming a SiO 2 film of various thickness.
図60から明らかなように、θ=120°では、SiO2の膜厚Hs/λが0.1〜0.40かつタングステンよりなる電極の規格化膜厚H/λが0.0〜0.10の範囲において、減衰定数が小さいことがわかる。他方、図61から明らかなように、θ=140°では、タングステンからなる電極の規格化膜厚H/λが0.0〜0.10の範囲では、SiO2膜の膜厚の如何に係わらず、減衰定数が大きくなっていることがわかる。 As is apparent from FIG. 60, when θ = 120 °, the SiO 2 film thickness Hs / λ is 0.1 to 0.40 and the normalized film thickness H / λ of tungsten is 0.0 to 0.00. It can be seen that in the range of 10, the attenuation constant is small. On the other hand, as is apparent from FIG. 61, when θ = 140 °, the normalized film thickness H / λ of the tungsten electrode is in the range of 0.0 to 0.10 regardless of the film thickness of the SiO 2 film. It can be seen that the damping constant is increased.
すなわち、TCFを±20ppm/℃と小さくし、大きな電気機械結合係数を得、かつ減衰定数を小さくするには、LiTaO3基板のオイラー角、SiO2膜の厚み及びタングステンからなる電極の膜厚の3つの条件を考慮しなければならないことがわかる。 That is, in order to reduce the TCF as ± 20 ppm / ° C., obtain a large electromechanical coupling coefficient, and reduce the attenuation constant, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate, the thickness of the SiO 2 film, and the thickness of the electrode made of tungsten It can be seen that three conditions must be considered.
図62〜図65は、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及びタングステンからなる電極膜の規格化膜厚H/λを変化させた場合の、θ(度)と減衰定数との関係を示す。 62 to 65 show the relationship between θ (degrees) and the attenuation constant when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / λ of the electrode film made of tungsten are changed. Show.
図62〜図65から明らかなように、タングステンからなる電極の規格化膜厚H/λが0.012〜0.053及び0.015〜0.042において、SiO2膜の膜厚と、最適なθとの関係は、下記の表23及び表24に示す通りとなる。なお、この最適θは、タングステン電極の電極指幅のばらつきや単結晶基板のばらつきにより−2°〜+4°程度ばらつくことがある。なお、図中、図示していない膜厚は比例配分による。 As apparent from FIGS. 62 to 65, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of tungsten is 0.012 to 0.053 and 0.015 to 0.042, the film thickness of the SiO 2 film and the optimum The relationship with θ is as shown in Table 23 and Table 24 below. The optimum θ may vary by about −2 ° to + 4 ° due to variations in the electrode finger width of the tungsten electrode and variations in the single crystal substrate. In the figure, the film thickness not shown is based on proportional distribution.
すなわち、表23及び表24から明らかなように、タングステンよりなる電極の膜厚H/λが、0.012〜0.053の場合、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合、LiTaO3のオイラー角におけるθは、112°〜138°の範囲、すなわち、回転角で20°〜50°の範囲、より好ましくは、表23に示すオイラー角を選択すればよいことがわかる。 That is, as is clear from Tables 23 and 24, when the film thickness H / λ of the electrode made of tungsten is 0.012 to 0.053, the frequency temperature characteristic TCF is in the range of ± 20 ppm / ° C. When the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, θ in the Euler angle of LiTaO 3 is in the range of 112 ° to 138 °, that is, the rotation angle. It can be seen that the Euler angles shown in Table 23 may be selected in the range of 20 ° to 50 °.
同様に、表24から明らかなように、タングステン膜からなる電極の規格化膜厚が0.015〜0.042であり、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合には、LiTaO3基板のオイラー角は112°〜138°の範囲とすればよく、より好ましくはSiO2膜の膜厚に応じて表24のオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, as apparent from Table 24, the normalized film thickness of the electrode made of tungsten film is 0.015 to 0.042, and the frequency temperature characteristic TCF is improved to be within a range of ± 20 ppm / ° C. Therefore, when the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate may be in the range of 112 ° to 138 °, and more preferably It can be seen that the Euler angles in Table 24 may be selected according to the thickness of the SiO 2 film.
ここで、表23及び表24における「LiTaO3のオイラー角」の範囲は、減衰定数が0.05以下の範囲を規定したものである。また、表23及び表24におけるLiTaO3のオイラー角の「より好ましい」範囲は、減衰定数が0.025以下に規定したものである。また、タングステンからなる電極膜の規格化膜厚が0.012、0.015、0.042、0.053である場合のSiO2膜の膜厚Hs/λとオイラー角の関係は、図62〜図65に示すタングステンからなる電極膜の規格化膜厚から換算して求めたものであり、それによって、表23及び表24のSiO2膜の膜厚とオイラー角の値を求めている。 Here, the range of “LiTaO 3 Euler angle” in Table 23 and Table 24 defines a range where the attenuation constant is 0.05 or less. Further, the “more preferable” range of the Euler angles of LiTaO 3 in Table 23 and Table 24 is that in which the attenuation constant is specified to be 0.025 or less. Further, the relationship between the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the Euler angle when the normalized film thickness of the electrode film made of tungsten is 0.012, 0.015, 0.042, 0.053 is shown in FIG. 65 is obtained by conversion from the normalized film thickness of the electrode film made of tungsten shown in FIG. 65, and thereby the values of the film thickness and Euler angle of the SiO 2 film in Tables 23 and 24 are obtained.
本発明に係る弾性表面波装置の製造に際しては、回転Y板X伝搬LiTaO3基板上にタングステンを主成分とする金属からなるIDTを形成した後、その状態において周波数調整を行い、しかる後減衰定数αを小さくし得る範囲の膜厚のSiO2膜を成膜することが望ましい。これを、図66及び図67を参照して説明する。図66は、オイラー角(0°,126°,0°)の回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に、種々の厚みH/λのタングステンからなるIDT及び種々の膜厚Hs/λのSiO2膜を形成した場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。また、図67は、同じオイラー角のLiTaO3基板上に、種々の膜厚H/λのタングステンからなるIDTを形成した場合、その上に形成されるSiO2膜の規格化膜厚Hs/λを変化させた場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。図66と図67を比較すれば明らかなように、タングステンの膜厚を変化させた場合の方が、SiO2膜の膜厚を変化させた場合よりも弾性表面波の音速の変化がはるかに大きい。従って、SiO2膜の形成に先立ち、周波数調整が、行われることが望ましく、例えば、レーザーエッチングやイオンエッチングなどによりタングステン(W)からなるIDTを形成した後に周波数調整を行うことが望ましい。 In manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention, after an IDT made of a metal containing tungsten as a main component is formed on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate, the frequency is adjusted in that state, and then the attenuation constant is set. It is desirable to form a SiO 2 film having a thickness within a range where α can be reduced. This will be described with reference to FIGS. 66 and 67. FIG. FIG. 66 shows an IDT made of tungsten with various thicknesses H / λ and SiO 2 with various thicknesses Hs / λ on a rotating Y plate X-propagating LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 126 °, 0 °). The change of the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when a film is formed is shown. FIG. 67 shows the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film formed on an IDT made of tungsten having various film thicknesses H / λ on a LiTaO 3 substrate having the same Euler angle. The change of the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when changing is shown. As is apparent from a comparison between FIGS. 66 and 67, the change in the sound velocity of the surface acoustic wave is much greater when the film thickness of tungsten is changed than when the film thickness of the SiO 2 film is changed. large. Therefore, it is desirable to adjust the frequency prior to the formation of the SiO 2 film. For example, it is desirable to adjust the frequency after forming an IDT made of tungsten (W) by laser etching or ion etching.
なお、本発明は、上記のように、22°〜48°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,112°〜138°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板、H/λ=0.0025〜0.06であるタングステンよりなるIDTと、Hs/λ=0.10〜0.40であるSiO2膜とを有することを特徴とするものであり、従って、IDTの数及び構造等については特に限定されない。すなわち、本発明は、図15に示した弾性表面波装置だけでなく、上記条件を満たす限り、様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタ等に適用することができる。
In addition, as described above, the present invention is a piezoelectric substrate made of
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
〔電極材料としてTaを用いた場合の実施例〕
図15に示した弾性表面波装置を構成した。但し、14°〜58°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜148°,0°)のLiTaO3からなる基板を圧電性基板22として用い、かつIDTはタンタル(Ta)により構成し、その規格化膜厚H/λは0.004〜0.055の範囲とした。
[Example when Ta is used as an electrode material]
The surface acoustic wave device shown in FIG. 15 was constructed. However, a substrate made of LiTaO 3 with 14 ° to 58 ° rotated Y-plate X propagation and Euler angles (0 °, 104 ° to 148 °, 0 °) is used as the
本実施例では上記のように、14°〜58°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜148°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板2と、H/λ=0.004〜0.055であるタンタルよりなるIDT3a,3bと、Hs/λ=0.10〜0.40の範囲にあるSiO2膜4とを用いているため、周波数温度係数TCFが小さく、電気機械結合係数Ksawが大きく、かつ伝搬損失が小さい弾性表面波装置を提供することができる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
In the present embodiment, as described above, the
図68及び図69は、オイラー角(0°,120°,0°)と、(0°,140°,0°)の各LiTaO3基板上に、種々の膜厚のタンタルからなるIDTと、種々の膜厚のSiO2膜とを形成した場合の減衰定数を示す図である。 68 and 69 show an Euler angle (0 °, 120 °, 0 °) and IDT made of tantalum having various thicknesses on each LiTaO 3 substrate of (0 °, 140 °, 0 °), is a diagram illustrating the attenuation constant in the case of forming a SiO 2 film of various thickness.
図68から明らかなように、θ=120°では、SiO2の膜厚Hs/λが0.1〜0.40かつタンタルよりなる電極の規格化膜厚H/λが0.0〜0.10の範囲において、減衰定数が小さいことがわかる。他方、図69から明らかなように、θ=140°では、タンタルからなる電極の規格化膜厚H/λが0.0〜0.06の範囲では、SiO2膜の膜厚の如何に係わらず、減衰定数が大きくなっていることがわかる。 As is apparent from FIG. 68, when θ = 120 °, the SiO 2 film thickness Hs / λ is 0.1 to 0.40, and the normalized film thickness H / λ of the tantalum electrode is 0.0 to 0.00. It can be seen that in the range of 10, the attenuation constant is small. On the other hand, as is apparent from FIG. 69, when θ = 140 °, the normalized film thickness H / λ of the electrode made of tantalum is in the range of 0.0 to 0.06 regardless of the film thickness of the SiO 2 film. It can be seen that the damping constant is increased.
すなわち、TCFの絶対値を小さくし、大きな電気機械結合係数を得、かつ減衰定数を小さくするには、LiTaO3基板のオイラー角、SiO2膜の厚み及びタンタルからなる電極の膜厚の3つの条件を考慮しなければならないことがわかる。 That is, in order to reduce the absolute value of TCF, obtain a large electromechanical coupling coefficient, and reduce the attenuation constant, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate, the thickness of the SiO 2 film, and the film thickness of the electrode made of tantalum It can be seen that the conditions must be taken into account.
図70〜図73は、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及びタンタルからなる電極膜の規格化膜厚H/λを変化させた場合の、θと減衰定数との関係を示す。 70 to 73 show the relationship between θ and the attenuation constant when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / λ of the electrode film made of tantalum are changed.
図70〜図73から明らかなように、タンタルからなる電極の規格化膜厚H/λが0.01〜0.055及び0.016〜0.045において、SiO2膜の膜厚と、最適なθとの関係は、下記の表25及び表26に示す通りとなる。なお、この最適θは、タンタル電極の電極指幅のばらつきや単結晶基板のばらつきにより−2°〜+4°程度ばらつくことがある。 As is apparent from FIGS. 70 to 73, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of tantalum is 0.01 to 0.055 and 0.016 to 0.045, the film thickness of the SiO 2 film is optimal. The relationship with θ is as shown in Table 25 and Table 26 below. Note that this optimum θ may vary by about −2 ° to + 4 ° due to variations in the electrode finger width of the tantalum electrode and variations in the single crystal substrate.
すなわち、表25及び表26から明らかなように、タンタルよりなる電極の膜厚H/λが、0.01〜0.055の場合、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内とするように改善するために、SiO2膜の規格化膜厚を0.1〜0.4の範囲とした場合、LiTaO3のオイラー角におけるθは、104°〜148°の範囲、すなわち、回転角で14°〜58°の範囲、より好ましくは、SiO2の膜厚Hs/λに応じて表25に示すオイラー角を選択すればよいことがわかる。 That is, as apparent from Table 25 and Table 26, when the film thickness H / λ of the electrode made of tantalum is 0.01 to 0.055, the frequency temperature characteristic TCF is set within a range of ± 20 ppm / ° C. When the normalized film thickness of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, θ at the Euler angle of LiTaO 3 is in the range of 104 ° to 148 °, that is, the rotation angle. It can be seen that the Euler angles shown in Table 25 may be selected in the range of 14 ° to 58 °, more preferably, according to the SiO 2 film thickness Hs / λ.
同様に、表26から明らかなように、タンタル膜からなる電極の規格化膜厚が0.016〜0.045であり、周波数温度特性TCFを改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合には、LiTaO3基板のオイラー角は107°〜144°の範囲とすればよく、より好ましくはSiO2膜の膜厚Hs/λに応じて表26のオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, as apparent from Table 26, the normalized film thickness of electrodes made of tantalum film is from 0.016 to 0.045, in order to improve the frequency temperature characteristic TCF, of the SiO 2 film thickness Hs / When λ is in the range of 0.1 to 0.4, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate may be in the range of 107 ° to 144 °, and more preferably according to the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film. It can be seen that the Euler angles in Table 26 should be selected.
LiTaO3のオイラー角の範囲は、減衰定数が0.05以下の範囲を規定したものである。また、表25及び表26におけるLiTaO3のオイラー角のより好ましい範囲は、減衰定数が0.025以下に規定したものである。また、タンタルからなる電極膜の規格化膜厚が0.012、0.015、0.042、0.053である場合のSiO2膜の膜厚Hs/λとオイラー角の関係は、図70〜図73に示すタンタルからなる電極膜の規格化膜厚から換算して求めて、表25及び表26のSiO2膜の膜厚Hs/λとオイラー角の値を求めている。 The range of Euler angles of LiTaO 3 defines a range where the attenuation constant is 0.05 or less. Further, the more preferable range of the Euler angles of LiTaO 3 in Table 25 and Table 26 is that in which the attenuation constant is specified to be 0.025 or less. The relationship between the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the Euler angle when the normalized film thickness of the electrode film made of tantalum is 0.012, 0.015, 0.042, 0.053 is shown in FIG. The values of the film thickness Hs / λ and Euler angles of the SiO 2 films in Table 25 and Table 26 are obtained by conversion from the normalized film thickness of the electrode film made of tantalum shown in FIG.
本発明に係る弾性表面波装置の製造に際しては、回転Y板X伝搬LiTaO3基板上にタンタルを主成分とする金属からなるIDTを形成した後、その状態において周波数調整を行い、しかる後減衰定数αを小さくし得る範囲の膜厚のSiO2膜を成膜することが望ましい。これを、図74及び図75を参照して説明する。図74は、オイラー角(0°,126°,0°)の回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に、タンタルからなるIDT及びSiO2膜を形成した場合の、タンタルの規格化膜厚H/λと、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λと、漏洩弾性表面波の音速との関係を示す。また、図75は、同じオイラー角のLiTaO3基板上に、種々の膜厚のタンタルからなるIDTを形成し、その上に形成されるSiO2膜の規格化膜厚を変化させた場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。図74と図75を比較すれば明らかなように、タンタルの膜厚を変化させた場合の方が、SiO2膜の膜厚を変化させた場合よりも弾性表面波の音速の変化がはるかに大きい。従って、SiO2膜の形成に先立ち、周波数調整が、行われることが望ましく、例えば、レーザーエッチングやイオンエッチングなどによりタンタルからなるIDTを形成した後に周波数調整を行うことが望ましい。 In manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention, an IDT made of a metal containing tantalum as a main component is formed on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate, and then the frequency is adjusted in that state, and then the damping constant is set. It is desirable to form a SiO 2 film having a thickness within a range where α can be reduced. This will be described with reference to FIGS. 74 and 75. FIG. FIG. 74 shows the normalized film thickness H / of tantalum when an IDT and SiO 2 film made of tantalum is formed on a rotating Y plate X-propagating LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 126 °, 0 °). The relationship between λ, the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film, and the sound velocity of the leaky surface acoustic wave is shown. Further, FIG. 75 shows leakage when an IDT made of tantalum having various film thicknesses is formed on a LiTaO 3 substrate having the same Euler angle and the normalized film thickness of the SiO 2 film formed thereon is changed. Changes in the speed of sound of surface acoustic waves are shown. As is clear from a comparison of FIGS. 74 and 75, the change in the sound velocity of the surface acoustic wave is much greater when the tantalum film thickness is changed than when the SiO 2 film thickness is changed. large. Therefore, it is desirable to adjust the frequency prior to the formation of the SiO 2 film. For example, it is desirable to adjust the frequency after forming an IDT made of tantalum by laser etching or ion etching.
なお、本発明は、上記のように、14°〜58°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜148°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板、H/λ=0.004〜0.055であるタンタルよりなるIDTと、Hs/λ=0.10〜0.40であるSiO2膜とを有することを特徴とするものであり、従って、IDTの数及び構造等については特に限定されない。すなわち、本発明は、図15に示した弾性表面波装置だけでなく、上記条件を満たす限り、様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタ等に適用することができる。
In the present invention, as described above, the piezoelectric substrate made of
なお、オイラー角のθが所望の角度から−2°〜+4°ずれることがある。このずれは本願明細書における計算結果が基板の全面に金属膜を形成したものから計算されたものであるため、実際の弾性表面波装置では上記の範囲で誤差が発生することもある。 The Euler angle θ may deviate from −2 ° to + 4 ° from a desired angle. This deviation is calculated from the result of calculation in the present specification based on the metal film formed on the entire surface of the substrate. Therefore, an error may occur in the above range in an actual surface acoustic wave device.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
〔電極材料として白金を用いた実施例〕
図15に示した弾性表面波装置を、0°〜79°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,90°〜169°,0°)のLiTaO3基板からなる圧電基板と、H/λ=0.005〜0.054である白金よりなるIDTを用いて構成した。その他の点は前述した実施例と同様である。
[Examples using platinum as an electrode material]
The surface acoustic wave device shown in FIG. 15 has a piezoelectric substrate composed of a LiTaO 3 substrate with 0 ° to 79 ° rotated Y-plate X propagation and Euler angles (0 °, 90 ° to 169 °, 0 °), and H / An IDT made of platinum with λ = 0.005 to 0.054 was used. The other points are the same as in the above-described embodiment.
本実施例においても、上記構成を備えるため、周波数温度係数TCFが小さく、電気機械結合係数Ksawが大きく、かつ伝搬損失が小さい弾性表面波装置を提供することができる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。 Also in this embodiment, since the above configuration is provided, it is possible to provide a surface acoustic wave device having a small frequency temperature coefficient TCF, a large electromechanical coupling coefficient K saw and a small propagation loss. This will be described based on the following specific experimental example.
図76及び図77は、オイラー角(0°,125°,0°)と、(0°,140°,0°)の各LiTaO3基板上に、種々の膜厚の白金からなるIDTと、種々の膜厚のSiO2膜とを形成した場合の減衰定数を示す図である。 76 and 77, an IDT made of platinum with various thicknesses on each LiTaO 3 substrate of Euler angles (0 °, 125 °, 0 °) and (0 °, 140 °, 0 °), is a diagram illustrating the attenuation constant in the case of forming a SiO 2 film of various thickness.
図76から明らかなように、θ=125°では、SiO2の膜厚Hs/λが0.1〜0.40かつ白金よりなる電極の規格化膜厚H/λが0.005〜0.06の範囲において、減衰定数が小さいことがわかる。他方、図77から明らかなように、θ=140°では、白金からなる電極の規格化膜厚H/λが0.005〜0.06の範囲では、SiO2膜の膜厚Hs/λの如何に係わらず、減衰定数が大きくなっていることがわかる。 As is clear from FIG. 76, when θ = 125 °, the SiO 2 film thickness Hs / λ is 0.1 to 0.40, and the normalized film thickness H / λ of the platinum electrode is 0.005 to 0.00. It can be seen that the attenuation constant is small in the range of 06. On the other hand, as is apparent from FIG. 77, at θ = 140 °, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of platinum is in the range of 0.005 to 0.06, the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is In any case, it can be seen that the attenuation constant increases.
すなわち、TCFの絶対値を小さくし、大きな電気機械結合係数を得、かつ減衰定数を小さくするには、LiTaO3基板のオイラー角、SiO2膜の厚み及び白金からなる電極の膜厚の3つの条件を考慮しなければならないことがわかる。 That is, in order to reduce the absolute value of TCF, obtain a large electromechanical coupling coefficient, and reduce the attenuation constant, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate, the thickness of the SiO 2 film, and the film thickness of the electrode made of platinum It can be seen that the conditions must be taken into account.
図78〜図83は、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及び白金からなる電極膜の規格化膜厚H/λを変化させた場合の、オイラー角のθ(度)と減衰定数との関係を示す。 78 to 83 show the Euler angle θ (degree) and the attenuation constant when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / λ of the electrode film made of platinum are changed. The relationship is shown.
図78〜図83から明らかなように、白金からなる電極の規格化膜厚H/λが0.005〜0.054では、θは90°〜169°の範囲とすることが望ましいことがわかる。また、白金からなる電極の規格化膜厚H/λが0.01〜0.04及び0.013〜0.033においては、SiO2膜の膜厚Hs/λと、最適なθとの関係は、減衰定数αを低下させることも考慮すると、下記の表27及び表28に示す通りとなる。ここで、表27及び表28における「LiTaO3のオイラー角」の範囲は、減衰定数が0.05dB/λ以下の範囲を規定したものである。また、表27及び表28におけるLiTaO3のオイラー角の「より好ましい」範囲は、減衰定数が0.025dB/λ以下の範囲を規定したものである。なお、この最適θは、白金電極の電極指幅のばらつきや単結晶基板のばらつきにより−2°〜+4°程度ばらつくことがある。 As is apparent from FIGS. 78 to 83, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of platinum is 0.005 to 0.054, θ is preferably in the range of 90 ° to 169 °. . Further, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of platinum is 0.01 to 0.04 and 0.013 to 0.033, the relationship between the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the optimum θ. Considering the reduction of the attenuation constant α, the results are as shown in Table 27 and Table 28 below. Here, the range of “LiTaO 3 Euler angle” in Table 27 and Table 28 defines a range where the attenuation constant is 0.05 dB / λ or less. Further, the “more preferable” range of the Euler angles of LiTaO 3 in Tables 27 and 28 defines a range in which the attenuation constant is 0.025 dB / λ or less. Note that the optimum θ may vary by about −2 ° to + 4 ° due to variations in the electrode finger width of the platinum electrode and variations in the single crystal substrate.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
すなわち、表27及び表28から明らかなように、白金よりなる電極の膜厚H/λが、0.01〜0.04の場合、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合、LiTaO3のオイラー角におけるθは、90°〜169°の範囲、すなわち、回転角で0°〜79°の範囲を選択すればよいことがわかる。 That is, as is clear from Tables 27 and 28, when the film thickness H / λ of the electrode made of platinum is 0.01 to 0.04, the frequency temperature characteristic TCF is in the range of ± 20 ppm / ° C. When the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, θ in the Euler angle of LiTaO 3 is in the range of 90 ° to 169 °, that is, the rotation angle. It can be seen that a range of 0 ° to 79 ° may be selected.
同様に、表27から明らかなように、白金膜からなる電極の規格化膜厚が0.01〜0.04であり、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合には、LiTaO3基板のオイラー角のθは90°〜169°の範囲とすればよく、より好ましくはSiO2膜の膜厚に応じて表27のオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, as apparent from Table 27, the normalized film thickness of the electrode made of platinum is 0.01 to 0.04, and the frequency temperature characteristic TCF is improved to be within a range of ± 20 ppm / ° C. Therefore, when the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, the Euler angle θ of the LiTaO 3 substrate may be in the range of 90 ° to 169 °. It can be seen that the Euler angles shown in Table 27 may be selected according to the thickness of the SiO 2 film.
同様に、白金膜からなる電極の規格化膜厚が0.013〜0.033であり、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲となるように改善するために、SiO2膜の膜厚Hs/λを0.1〜0.4の範囲とした場合には、LiTaO3基板のオイラー角のθは、102°〜150°の範囲とすればよく、より好ましくは、SiO2膜の膜厚Hs/λに応じて表28のオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, the normalized film thickness of an electrode made of a platinum film is 0.013 to 0.033, and in order to improve the frequency temperature characteristic TCF to be in the range of ± 20 ppm / ° C., the film thickness of the SiO 2 film When Hs / λ is in the range of 0.1 to 0.4, the Euler angle θ of the LiTaO 3 substrate may be in the range of 102 ° to 150 °, and more preferably a film of SiO 2 film. It can be seen that the Euler angles in Table 28 may be selected according to the thickness Hs / λ.
また、白金からなる電極膜の規格化膜厚が0.013〜0.033である場合のSiO2膜の膜厚とオイラー角の関係は、図78〜図83に示す白金からなる電極膜の規格化膜厚から換算して求めたものであり、それによって、表27及び表28のSiO2膜の膜厚Hs/λとオイラー角の値を求めている。 In addition, when the normalized film thickness of the electrode film made of platinum is 0.013 to 0.033, the relationship between the film thickness of the SiO 2 film and the Euler angle is the same as that of the electrode film made of platinum shown in FIGS. It is calculated from the normalized film thickness, and the values of the film thickness Hs / λ and the Euler angle of the SiO 2 film in Tables 27 and 28 are obtained.
本発明に係る弾性表面波装置の製造に際しては、回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に白金を主成分とする金属からなるIDTを形成した後、その状態において周波数調整を行い、しかる後減衰定数αを小さくし得る範囲の膜厚Hs/λのSiO2膜を成膜することが望ましい。これを、図84及び図85を参照して説明する。図84は、オイラー角(0°,126°,0°)の回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に、種々の厚みH/λの白金からなるIDT及び種々の膜厚Hs/λのSiO2膜を形成した場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。また、図85は、同じオイラー角のLiTaO3基板上に、種々の膜厚H/λの白金からなるIDTを形成した場合、その上に形成されるSiO2膜の規格化膜厚Hs/λを変化させた場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。図84と図85を比較すれば明らかなように、白金の膜厚を変化させた場合の方が、SiO2膜の膜厚を変化させた場合よりも弾性表面波の音速の変化がはるかに大きい。従って、SiO2膜の形成に先立ち、周波数調整が、行われることが望ましく、例えば、レーザーエッチングやイオンエッチングなどにより白金からなるIDTを形成した後に周波数調整を行うことが望ましい。 In the production of the surface acoustic wave device according to the present invention, after an IDT made of a metal whose main component is platinum is formed on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate, the frequency is adjusted in that state, and then the damping constant is obtained. It is desirable to form a SiO 2 film having a thickness Hs / λ within a range where α can be reduced. This will be described with reference to FIGS. 84 and 85. FIG. FIG. 84 shows an IDT made of platinum with various thicknesses H / λ and SiO 2 with various thicknesses Hs / λ on a rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate with Euler angles (0 °, 126 °, 0 °). The change of the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when a film is formed is shown. FIG. 85 shows the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film formed on an IDT made of platinum having various film thicknesses H / λ on a LiTaO 3 substrate having the same Euler angle. The change of the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when changing is shown. As is clear from comparison between FIG. 84 and FIG. 85, the change in the sound velocity of the surface acoustic wave is much greater when the thickness of the platinum film is changed than when the thickness of the SiO 2 film is changed. large. Therefore, it is desirable to adjust the frequency prior to the formation of the SiO 2 film. For example, it is desirable to adjust the frequency after forming an IDT made of platinum by laser etching or ion etching.
なお、本発明は、上記のように、0°〜79°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,90°〜169°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板、H/λ=0.005〜0.054である白金よりなるIDTと、Hs/λ=0.10〜0.40であるSiO2膜とを有することを特徴とするものであり、従って、IDTの数及び構造等については特に限定されない。すなわち、本発明は、図1に示した弾性表面波装置だけでなく、上記条件を満たす限り、様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタ等に適用することができる。
In the present invention, as described above, the piezoelectric substrate made of
〔ニッケル及びモリブデンを電極材料として用いた実施例〕
図15に示した弾性表面波装置を構成した。電極材料としてニッケルまたはモリブデンを用いた。また、圧電性基板として、14°〜50°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜140°,0°)のLiTaO3基板を用いた。その他の点は同様である。
[Examples using nickel and molybdenum as electrode materials]
The surface acoustic wave device shown in FIG. 15 was constructed. Nickel or molybdenum was used as the electrode material. Further, as the piezoelectric substrate, a LiTaO 3 substrate having a 14 ° -50 ° rotated Y-plate X propagation and Euler angles (0 °, 104 ° -140 °, 0 °) was used. The other points are the same.
IDT23a,23b及び反射器25a,25bは、密度が8700〜10300kg〜m3、ヤング率が1.8×1011〜4×1011N/m2及び横波音速が3170〜3290m/秒である金属により構成されている。このような金属としては、ニッケルやモリブデンまたはこれらを主体とする合金が挙げられる。
The
IDT23a,23bの規格化膜厚H/λ(HはIDTの厚み、λは中心周波数における波長を示す)は0.008〜0.06の範囲とされている。
The normalized film thickness H / λ (H is the IDT thickness, and λ is the wavelength at the center frequency) of the
本実施例では上記のように、14°〜50°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜140°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板22と、H/λ=0.008〜0.06であり、上記特定の金属よりなるIDT23a,23bと、Hs/λ=0.10〜0.40の範囲にあるSiO2膜24とを用いているため、周波数温度係数TCFが±20ppm/℃の範囲内となるように小さくされており、電気機械結合係数Ksawが大きく、かつ伝搬損失が小さい弾性表面波装置を提供することができる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
In the present embodiment, as described above, the
図86及び図87は、オイラー角(0°,120°,0°)と、(0°,140°,0°)の各LiTaO3基板上に、種々の膜厚のNiからなるIDTと、種々の膜厚Hs/λのSiO2膜とを形成した場合の減衰定数を示す図である。 86 and 87, an IDT made of Ni of various thicknesses on each LiTaO 3 substrate of Euler angles (0 °, 120 °, 0 °) and (0 °, 140 °, 0 °), is a diagram illustrating the attenuation constant in the case of forming a SiO 2 film of various thickness Hs / lambda.
図86から明らかなように、θ=120°では、SiO2の膜厚Hs/λが0.1〜0.40かつNiよりなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.08の範囲において、減衰定数が小さいことがわかる。他方、図87から明らかなように、θ=140°では、Niからなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.08の範囲では、SiO2膜の膜厚の如何に係わらず、減衰定数が大きくなっていることがわかる。 As is apparent from FIG. 86, when θ = 120 °, the SiO 2 film thickness Hs / λ is 0.1 to 0.40, and the normalized film thickness H / λ of Ni is 0.008 to 0.00. It can be seen that the attenuation constant is small in the range of 08. On the other hand, as is apparent from FIG. 87, when θ = 140 °, the normalized film thickness H / λ of the electrode made of Ni is in the range of 0.008 to 0.08 regardless of the film thickness of the SiO 2 film. It can be seen that the damping constant is increased.
図88及び図89は、オイラー角(0°,120°,0°)と(0°,140°,0°)の各LiTaO3基板上に、種々の膜厚のMoからなるIDTと、種々の膜厚Hs/λのSiO2膜とを形成した場合の減衰定数の変化を示す図である。 88 and 89 show various examples of IDTs composed of Mo having various thicknesses on LiTaO 3 substrates having Euler angles (0 °, 120 °, 0 °) and (0 °, 140 °, 0 °). is a graph showing changes in attenuation constant when the forming a SiO 2 film with a thickness Hs / lambda.
図88から明らかなように、θ=120°では、SiO2の膜厚Hs/λが0.1〜0.40かつMoよりなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.08の範囲において、減衰定数が小さいことがわかる。他方、図89から明らかなように、θ=140°では、Moからなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.08の範囲では、SiO2膜の膜厚Hs/λの如何に係わらず、減衰定数が大きくなっていることがわかる。 As is apparent from FIG. 88, when θ = 120 °, the SiO 2 film thickness Hs / λ is 0.1 to 0.40, and the normalized film thickness H / λ of Mo is 0.008 to 0.00. It can be seen that the attenuation constant is small in the range of 08. On the other hand, as is apparent from FIG. 89, when θ = 140 °, the normalized film thickness H / λ of the electrode made of Mo is within the range of 0.008 to 0.08, and the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film is In any case, it can be seen that the attenuation constant increases.
すなわち、TCFの絶対値を小さくし、大きな電気機械結合係数を得、かつ減衰定数を小さくするには、LiTaO3基板のオイラー角、SiO2膜の厚みHs/λ及び上記特定の密度、ヤング率及び横波音速範囲の金属からなる電極の膜厚の3つの条件を考慮しなければならないことがわかる。 That is, in order to reduce the absolute value of TCF, obtain a large electromechanical coupling coefficient, and reduce the damping constant, the Euler angle of the LiTaO 3 substrate, the thickness Hs / λ of the SiO 2 film, the specific density, and the Young's modulus. It can also be seen that three conditions must be taken into consideration: the film thickness of the electrode made of metal in the shear wave velocity range.
図90〜図93は、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及びNiからなる電極膜の規格化膜厚H/λを変化させた場合の、θ(度)と減衰定数との関係を示す。 90 to 93 show the relationship between θ (degrees) and the attenuation constant when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / λ of the electrode film made of Ni are changed. Show.
図94〜図97は、SiO2膜の規格化膜厚Hs/λ及びMoからなる電極膜の規格化膜厚H/λを変化させた場合の、θ(度)と減衰定数との関係を示す。 94 to 97 show the relationship between θ (degrees) and the attenuation constant when the normalized film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the normalized film thickness H / λ of the electrode film made of Mo are changed. Show.
図90〜図97から明らかなように、NiまたはMoからなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.06、0.017〜0.06及び0.023〜0.06において、SiO2膜の膜厚と、最適なθとの関係は、下記の表29に示す通りとなる。なお、この最適θは、電極の電極指幅のばらつきや単結晶基板のばらつきにより−2°〜+4°程度ばらつくことがある。 As is apparent from FIGS. 90 to 97, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of Ni or Mo is 0.008 to 0.06, 0.017 to 0.06, and 0.023 to 0.06. The relationship between the thickness of the SiO 2 film and the optimum θ is as shown in Table 29 below. Note that this optimum θ may vary by about −2 ° to + 4 ° due to variations in the electrode finger width of the electrodes and variations in the single crystal substrate.
また、製造の際、オイラー角のφとψは0°から±3°ばらつくが、特性は0°のものとほぼ同じ特性が得られた。 In addition, during manufacture, Euler angles φ and ψ varied from 0 ° to ± 3 °, but almost the same characteristics as those of 0 ° were obtained.
また、図90〜図93で示したNiからなる電極の最適膜厚H/λ=0.008〜0.06、0.02〜0.06及び0.027〜0.06におけるSiO2膜の膜厚と最適なθとの関係は下記の表30に示す通りとなる。 Further, the SiO 2 film at the optimum film thickness H / λ = 0.008~0.06,0.02~0.06 and 0.027 to 0.06 of an electrode made of Ni shown in FIG. 90 view 93 The relationship between the film thickness and the optimum θ is as shown in Table 30 below.
また、図94〜図97に示したMoからなる電極の最適膜厚H/λ=0.008〜0.06、0.017〜0.06及び0.023〜0.06におけるSiO2膜の膜厚と、最適なθとの関係は下記の表31に示す通りとなる。 Further, the SiO 2 film at the optimum film thickness H / λ = 0.008~0.06,0.017~0.06 and 0.023 to 0.06 of an electrode made of Mo as shown in FIGS. 94-97 The relationship between the film thickness and the optimum θ is as shown in Table 31 below.
すなわち、表29から明らかなように、上記特定の密度、ヤング率及び横波音速範囲の金属からなる電極の膜厚H/λが、0.008〜0.06、0.017〜0.06及び0.023〜0.06で、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、SiO2膜の膜厚を0.1〜0.4の範囲とした場合、LiTaO3のオイラー角におけるθは、104°〜140°の範囲、すなわち、回転角で14°〜50°の範囲、より好ましくは、表29に示すオイラー角を選択すればよいことがわかる。 That is, as is clear from Table 29, the film thickness H / λ of the electrode made of a metal having the specific density, Young's modulus, and transverse wave speed is 0.008 to 0.06, 0.017 to 0.06, and In order to improve the frequency temperature characteristic TCF to be within the range of ± 20 ppm / ° C. at 0.023 to 0.06, when the film thickness of the SiO 2 film is in the range of 0.1 to 0.4, It can be seen that θ in the Euler angle of LiTaO 3 is in the range of 104 ° to 140 °, that is, the rotation angle is in the range of 14 ° to 50 °, and more preferably, the Euler angle shown in Table 29 is selected.
同様に、Ni膜からなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.06、0.02〜0.06及び0.027〜0.06の場合において、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、Hs/λが0.1〜0.4のSiO2膜の膜厚Hs/λに応じて、LiTaO3基板のオイラー角におけるθは104°〜140°の範囲とすればよく、より好ましくはSiO2膜の膜厚Hs/λに応じて表30に示したオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of Ni is 0.008 to 0.06, 0.02 to 0.06, and 0.027 to 0.06, the frequency temperature characteristic TCF is ± In order to improve it to be within the range of 20 ppm / ° C., θ at the Euler angle of the LiTaO 3 substrate is 104 according to the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film with Hs / λ of 0.1 to 0.4. It can be determined that the angle is in the range of ° to 140 °, and more preferably, the Euler angles shown in Table 30 may be selected according to the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film.
同様に、Mo膜からなる電極の規格化膜厚H/λが0.008〜0.06、0.02〜0.06及び0.027〜0.06の場合において、周波数温度特性TCFを±20ppm/℃の範囲内となるように改善するために、Hs/λが0.1〜0.4のSiO2膜の膜厚Hs/λに応じて、LiTaO3基板のオイラー角におけるθは104°〜141°の範囲とすればよく、より好ましくはSiO2膜の膜厚Hs/λに応じて表31に示したオイラー角を選択すればよいことがわかる。 Similarly, when the normalized film thickness H / λ of the electrode made of Mo is 0.008 to 0.06, 0.02 to 0.06, and 0.027 to 0.06, the frequency temperature characteristic TCF is ± In order to improve it to be within the range of 20 ppm / ° C., θ at the Euler angle of the LiTaO 3 substrate is 104 according to the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film with Hs / λ of 0.1 to 0.4. It can be determined that the angle is in the range of ° to 141 °, and more preferably, the Euler angles shown in Table 31 may be selected according to the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film.
ここで、表29〜表31における「LiTaO3のオイラー角」の範囲は、減衰定数αが0.1dB/λ以下の範囲を規定したものである。また、表29〜表31におけるLiTaO3のオイラー角の「より好ましい」範囲は、減衰定数が0.05dB/λ以下の範囲を規定したものである。また、上記電極膜の規格化膜厚が0.095、0.017、0.023である場合のSiO2膜の膜厚Hs/λとオイラー角の関係は、図90〜図97に示すNiもしくはMoからなる電極膜の規格化膜厚から換算して求めたものであり、それによって、表29〜表31のSiO2膜の膜厚とオイラー角の値を求めている。 Here, the range of “LiTaO 3 Euler angle” in Table 29 to Table 31 defines the range where the attenuation constant α is 0.1 dB / λ or less. Moreover, the “more preferable” range of the Euler angles of LiTaO 3 in Tables 29 to 31 defines a range in which the attenuation constant is 0.05 dB / λ or less. The relationship between the film thickness Hs / λ of the SiO 2 film and the Euler angles when the normalized film thicknesses of the electrode films are 0.095, 0.017, and 0.023 are shown in FIGS. 90 to 97. or are those obtained by converting the normalized thickness of the electrode film made of Mo, thereby seeking the value of the SiO 2 film thickness of the film and the Euler angles of the table 29 to table 31.
本発明に係る弾性表面波装置の製造に際しては、回転Y板X伝搬LiTaO3基板上にNiやMoなどの上記特定の金属からなるIDTを形成した後、その状態において周波数調整を行い、しかる後減衰定数αを小さくし得る範囲の膜厚のSiO2膜を成膜することが望ましい。これを、図98〜図101を参照して説明する。図98及び図100は、オイラー角(0°,126°,0°)の回転Y板X伝搬LiTaO3基板上に、種々の厚みH/λのNiまたはMoからなるIDT及び種々の膜厚Hs/λのSiO2膜を形成した場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。また、図99及び図101は、同じオイラー角のLiTaO3基板上に、種々の膜厚H/λのNiまたはMoからなるIDTを形成した場合、その上に形成されるSiO2膜の規格化膜厚Hs/λを変化させた場合の漏洩弾性表面波の音速の変化を示す。図98と図99、及び図100と図101とを比較すれば明らかなように、電極の膜厚を変化させた場合の方が、SiO2膜の膜厚を変化させた場合よりも弾性表面波の音速の変化がはるかに大きい。従って、SiO2膜の形成に先立ち、周波数調整が、行われることが望ましく、例えば、レーザーエッチングやイオンエッチングなどによりNiやMoからなるIDTを形成した後に周波数調整を行うことが望ましい。 In manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention, after the IDT made of the specific metal such as Ni or Mo is formed on the rotating Y-plate X-propagating LiTaO 3 substrate, the frequency is adjusted in that state, and then It is desirable to form a SiO 2 film having a film thickness that can reduce the attenuation constant α. This will be described with reference to FIGS. FIGS. 98 and 100 show an IDT made of Ni or Mo having various thicknesses H / λ and various film thicknesses Hs on a rotating Y plate X-propagating LiTaO 3 substrate having Euler angles (0 °, 126 °, 0 °). 6 shows a change in sound velocity of a leaky surface acoustic wave when a / λ SiO 2 film is formed. 99 and 101 show the standardization of the SiO 2 film formed on an IDT made of Ni or Mo having various thicknesses H / λ on a LiTaO 3 substrate having the same Euler angle. The change in the sound velocity of the leaky surface acoustic wave when the film thickness Hs / λ is changed is shown. As is apparent from a comparison between FIGS. 98 and 99, and FIGS. 100 and 101, the elastic surface is greater when the thickness of the electrode is changed than when the thickness of the SiO 2 film is changed. The change in sound speed of the waves is much greater. Therefore, it is desirable to adjust the frequency prior to the formation of the SiO 2 film. For example, it is desirable to adjust the frequency after forming an IDT made of Ni or Mo by laser etching or ion etching.
なお、本発明は、上記のように、14°〜50°回転Y板X伝搬、オイラー角で(0°,104°〜140°,0°)のLiTaO3からなる圧電基板、H/λ=0.008〜0.06であるNiやMoなどの上記特定の密度、ヤング率及び横波音速範囲の金属よりなるIDTと、Hs/λ=0.10〜0.40であるSiO2膜とを有することを特徴とするものであり、従って、IDTの数及び構造等については特に限定されない。すなわち、本発明は、図15に示した弾性表面波装置だけでなく、上記条件を満たす限り、様々な弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタ等に適用することができる。
In the present invention, as described above, the piezoelectric substrate made of
1…LiTaO3基板
2…第1絶縁物層
3…レジストパターン
4…金属膜
4A…IDT電極
5…保護金属膜としてのTi膜
6…第2絶縁物層
11…弾性表面波共振子
12,13…反射器
21…弾性表面波装置
22…LiTaO3基板
23a,23b…IDT
25…SiO2膜
1 ... LiTaO 3 substrate 2 ... first insulating
25 ... SiO 2 film
Claims (9)
前記圧電性基板上に形成されており、Alよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金、またはAlよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金と他の金属とからなる積層膜からなる少なくとも1つの電極と、
前記少なくとも1つの電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と略等しい膜厚に形成された第1絶縁物層と、
前記電極及び第1絶縁物層を被覆するように形成された第2絶縁物層とを備え、
前記電極の密度が、前記第1絶縁物層の1.5倍以上である、弾性表面波装置。 A piezoelectric substrate made of LiTaO 3 or LiNbO 3 having an electromechanical coupling coefficient of 15% or more;
A metal having a density higher than Al or an alloy containing the metal as a main component, or a metal having a density higher than Al or an alloy containing the metal as a main component and another metal formed on the piezoelectric substrate. At least one electrode comprising a laminated film comprising:
A first insulator layer formed in a film thickness substantially equal to the electrode in the remaining region excluding the region where the at least one electrode is formed;
A second insulator layer formed to cover the electrode and the first insulator layer;
A surface acoustic wave device in which a density of the electrode is 1.5 times or more that of the first insulator layer.
前記圧電性基板上に形成された少なくとも1つの電極と、
前記電極上に形成されており、かつ電極を構成する金属もしくは合金よりも耐腐食性に優れた金属もしくは合金からなる保護金属膜と、
前記少なくとも1つの電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と保護金属膜との合計の膜厚と略等しい膜厚を有するように形成された第1絶縁物層と、
前記保護金属膜及び第1絶縁物層を被覆するように形成された第2絶縁物層とを備える、弾性表面波装置。 A piezoelectric substrate;
At least one electrode formed on the piezoelectric substrate;
A protective metal film made of a metal or alloy that is formed on the electrode and has better corrosion resistance than the metal or alloy constituting the electrode;
A first insulator layer formed so as to have a film thickness substantially equal to the total film thickness of the electrode and the protective metal film in the remaining region excluding the region where the at least one electrode is formed;
A surface acoustic wave device comprising: the protective metal film and a second insulator layer formed so as to cover the first insulator layer.
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