JP5158092B2

JP5158092B2 - 弾性波装置

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Publication number: JP5158092B2
Application number: JP2009543728A
Authority: JP
Inventors: 努高井; 徳洋早川; 太郎西埜
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: US20100219717A1; DE112008003117T5; WO2009069421A1; CN101868915A; JP5408512B2; JP2013034230A; DE112008003117B4; JPWO2009069421A1; US8120230B2; CN101868915B

Description

本発明は、弾性波装置に関し、詳しくは、弾性波装置の保護膜に関する。

従来、半導体や、弾性表面波装置などの弾性波装置では、湿気による電極等の腐食を防止するための保護膜が設けられる。

例えば、図７の断面図に示した弾性表面波装置では、ベースプレート１０３に搭載された基板１０１が保護膜１０８で覆われる構成が開示されている。詳しくは、基板１０１には、ＩＤＴ電極等の導電構造（図示せず）が形成されている。基板１０１上の導電構造は、保護層１０８で密封されている。基板１０１は、ベースプレート１０３の導体路１０４にバンプ１０５を介して電気的に接続されている。基板１０１とベースプレート１０３との間には絶縁層１０６が配置され、基板１０１とベースプレート１０３との接続範囲には樹脂等で囲み枠１０７が形成されている。（例えば、特許文献１参照）。

保護膜には、例えば窒化シリコン膜が使用される。通常、窒化シリコン膜と呼ばれているのは、化学量論比Ｓｉ_３Ｎ_４に対応してＳｉとＮの組成比が３：４である膜であり、ＳｉＮ_Ｘで表すとＸ＝４／３＝１．３３のものである。
特表平１１−５１０６６６号公報

しかし、保護膜自体の湿気による酸化、吸湿のため、湿気進入を防止する機能が劣化していく。

特に、微量の水分で電極の腐食や材料定数の変化を引き起こす弾性表面波装置では、保護膜によりＩＤＴ電極の腐食をある程度抑制することができるが、保護膜にもＳＡＷエネルギーが分布しているために、保護膜自体の湿気による材料定数の変化により保護膜の音速が変化し、特性が劣化するという問題が出てきた。

本発明は、かかる実情に鑑み、特性を安定させることができる、保護膜を備えた弾性波装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した弾性波装置を提供する。

弾性波装置は、（ａ）基板にＩＤＴ電極が形成された弾性波素子と、（ｂ）前記弾性波素子を覆うように形成される保護膜とを備える。前記弾性波素子は、前記ＩＤＴ電極を含む前記基板上に形成されたＳｉＯ _２膜をさらに備え、前記保護膜が前記ＳｉＯ _２膜の上から形成されている。前記保護膜に、前記ＩＤＴ電極により励起される弾性波のエネルギーが分布している。前記保護膜は、珪素と窒素を主成分とする窒化シリコン膜であり、前記保護膜の音速の変化が抑制されるように、前記珪素と前記窒素との組成比を１：Ｘで表すとき、前記Ｘが１．１５以下である。

上記構成において、弾性波素子は、表面波（ＳＡＷ）、境界波などの弾性波を利用する素子である。弾性波装置は、少なくとも１個の弾性波素子を備えていればよく、共通基板に複数個の弾性波素子を備えたものや、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）に小型化されたものであってもよい。

上記構成によれば、保護膜の窒化シリコン膜はＳｉＮ_Ｘで表されたときＸ≦１．１５であり、Ｘ≒１．３３である通常の窒化シリコン膜と比べると、珪素の割合が相対的に大きく、窒素の割合が相対的に小さい。このようなシリコンリッチの窒化シリコン膜を用いると、湿度負荷による弾性波装置の特性劣化を小さくすることができる。

保護膜は、次のように種々の態様とすることができる。

好ましくは、前記弾性波素子を複数搭載する共通基板をさらに備える。前記保護膜が、前記共通基板上に搭載された複数の前記弾性波素子を覆うように形成されている。

好ましくは、前記Ｘが１．００を超える。

この場合、保護膜の窒化シリコン膜はＳｉＮ_Ｘで表されたとき、１．００＜Ｘ≦１．１５である。Ｘ＞１．００であれば、Ｘ≦１．００の場合よりも、弾性波装置の初期特性のばらつきが小さくなる。

本発明によれば、保護膜に用いる窒化シリコン膜をシリコンリッチにすることで、保護膜の機能低下を防ぎ、弾性波装置の特性を安定させることができる。

弾性波装置の断面図である。（実施例１）弾性波装置の断面図である。（参考例１）弾性波装置の断面図である。（参考例２）湿度負荷による周波数の変動量と組成比との関係を示すグラフである。（実施例１）湿度負荷による周波数の変動量のσと組成比との関係を示すグラフである。（実施例１）初期周波数のばらつきと組成比の関係を示すグラフである。（実施例１）弾性波装置の断面図である。（従来例）

符号の説明

１０弾性波装置
１０ａ電子部品
１１弾性波装置
１２基板
１２ａ下面
１２ｂ側面
１５保護膜
１８保護膜
２０，２１ＩＤＴ電極
３０弾性波装置
３４保護膜

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

＜実施例１＞実施例１の弾性波装置１１について、図１を参照しながら説明する。

図１は、実施例１の弾性波装置１１の断面図である。

図１に示すように、弾性波装置１１は、基板１２の下面１２ａに、櫛歯状のＩＤＴ電極２１、パッド２３、配線パターン（図示せず）を含む導電パターンが形成された弾性波素子を備えている。弾性波装置１１は、例えば弾性表面波装置（ＳＡＷデバイス）であり、基板１２には、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３などの圧電基板を用い、弾性波素子は弾性表面波素子を形成する。

圧電基板１２の下面１２ａ全体には、ＩＤＴ電極２１を含め、ＳｉＯ_２膜１３で覆われている。このＳｉＯ_２膜は、温度特性を調整するため形成されている。ＳｉＯ_２膜１３の外側には、保護膜１５が形成されている。ＩＤＴ電極２１は、保護膜１５によって保護されている。弾性波装置１１が弾性表面波装置（ＳＡＷデバイス）の場合、保護膜１５の厚みを調整することで周波数特性を調整することができる。

保護膜１５は、プラズマＣＶＤ法等による成膜時の成膜条件を調整することにより、シリコンリッチとなるように形成された窒化シリコン膜である。

通常、「窒化シリコン膜」と呼ばれているのは、化学量論比Ｓｉ_３Ｎ_４に対応してＳｉとＮの組成比が３：４である膜であり、ＳｉとＮの組成比を１：Ｘで表すとき、すなわちＳｉＮ_Ｘで表すとき、実質的に、Ｘ＝４／３≒１．３３となるものである。

これに対し、弾性波装置１１の保護膜１５は、シリコンリッチの窒化シリコン膜であり、通常の組成比の窒化シリコン膜に比べると、珪素成分の割合が相対的に大きく、窒素成分の割合が相対的に小さい。すなわち、保護膜１５は、通常の成膜条件で形成された窒化シリコン膜（Ｘ≒１．３３）に比べて明らかにＸが小さくなるように、例えばＸ≦１．１５となるように、シリコンリッチの窒化シリコン膜を形成する。

通常の組成比の窒化シリコン膜と比べると、保護膜１５に用いるシリコンリッチの窒化シリコン膜は、湿中雰囲気中での保護膜１５の酸化が抑制され、透湿を抑制する効果が高い。透湿を抑制する効果が高いため、保護膜１５の内部に形成されたＩＤＴ電極２１等の湿気による変化を抑制する効果が高い。また、保護膜１５自体の酸化が抑制され、保護膜機能の経時変化が小さい。弾性波装置１１が弾性表面波装置（ＳＡＷデバイス）である場合には、保護膜１５自体の酸化が抑制されるため、保護膜１５の音速変化が小さく、特性の経時変化が小さい。

したがって、弾性波装置１１の特性を安定させることができる。

＜作製例＞次に、弾性波装置１１の作製例について、図４〜図６を参照しながら説明する。

圧電基板上に金属膜をパターニングして弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタを形成し、保護膜１５として、シリコンリッチの窒化シリコン膜を、プラズマＣＶＤ法により、成膜温度１５０℃で形成した。窒素と珪素の組成比１：Ｘが異なるものを作製し、湿度負荷試験を行った。窒素と珪素の組成比１：Ｘは、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ；Rutherford back scattering method）により、元素の濃度を測定して求めた。

保護膜１５の窒化シリコン膜の窒素と珪素の組成比が異なる試料について、湿度負荷試験の前後に周波数を計測した。湿度負荷試験の条件は、温度８５℃、相対湿度８５％とした。

図４〜図６に、Ｘ≧０の測定結果のグラフを示す。いずれも成膜温度＝１５０℃での値（換算値）である。

図４は、湿度負荷による周波数特性の変動量（湿度負荷試験前後の周波数特性の差）を示すグラフである。図４において、横軸は窒化シリコン膜の窒素と珪素の組成比を１：ＸとしたときのＸ、縦軸は湿度負荷による周波数特性の変動量（湿度負荷試験前後の周波数特性の差）である。図中の『◆』は「湿度負荷による変動量の平均値」を示す。『□』は「（湿度負荷による変動量の平均値）＋３σ」を示す。『△』は「（湿度負荷による変動量の平均値）−３σ」を示す。σは標準偏差である。

ＳＡＷフィルタは耐電力や温度、湿度などの様々な環境負荷によって周波数が変動するが、その環境負荷を加えてもフィルタとしての目標特性を満足できる変動量から導出された値として、周波数特性の変動量の絶対値が３．５ＭＨｚ以下であることが望まれている。この条件を、ここでは「耐環境負荷条件」という。

図４から分かるように、Ｘ≦１．１５であれば、湿度負荷による周波数特性の変動量は、−３．５ＭＨｚ〜＋１．００ＭＨｚの範囲内であり、周波数特性の変動量の絶対値が３．５ＭＨｚ以下となるため、上記の耐環境負荷条件を満たす。

図５は、湿度負荷による周波数特性の変動量の標準偏差σを示すグラフである。図５において、横軸は図４と同様にＸ、縦軸は湿度負荷による周波数特性の変動量の標準偏差σである。図５から分かるように、Ｘが小さいほどσは小さくなる。Ｘ＜１．００であれば、Ｘ≧１．００の場合よりもσが小さくなり、湿度負荷による周波数特性の変動量が小さくなるので、好ましい。そして、Ｘが０．６０未満であれば、湿度負荷による周波数特性の変動量もその標準偏差σもさらに好ましい状態となる。

特に、Ｘ＝０であれば、σが最も小さくなり、湿度負荷による周波数特性の変動量が最も小さくすることができるので、より好ましい。なお、Ｘ＝０のとき、保護膜は広義には窒化シリコン膜であるが、狭義にはシリコン膜である。

図６は、初期特性（湿度負荷試験前の周波数特性）の測定値の標準偏差σを示すグラフである。図６において、横軸は図４と同様にＸ、縦軸は初期特性（湿度負荷試験前の周波数特性）の測定値の標準偏差σである。図６から分かるように、Ｘが大きいほどσは小さくなり、初期特性のばらつきが小さくなる。Ｘ＞１．００では、Ｘ≦１．００の場合よりも、初期特性のばらつきが小さいため好ましい。また、Ｘ＞１．００では、σが略一定であり、Ｘが多少変動しても初期特性のばらつきにほとんど影響がないため、製造が容易になる。

また、湿度負荷による周波数特性の変動量、その変動量の標準偏差σ、初期特性の測定値の標準偏差を総合的に勘案して、ある種の用途に対しては、Ｘが０．６０未満であり、かつ０．２を超えることが好ましい。

なお、成膜温度のみを、１５０℃から２２０℃、２６０℃、２９０℃に変えて、同様の試験を行った結果、周波数の変動量（標準偏差σ）は、成膜温度が１５０℃より高くなるほど、絶対値が小さくなった。したがって、（ａ）Ｘ≦１．１５であれば耐環境負荷条件を満たすので好ましく、（ｂ）Ｘ＜１．００であれば湿度負荷による周波数特性の変動量が小さくなるので好ましく、（ｃ）Ｘ＞１．００では初期特性のばらつきが小さくなるため好ましいことに、変わりはない。

＜参考例１＞参考例１の弾性波装置について、図２を参照しながら説明する。

図２は、参考例１の弾性波装置１０の断面図である。図２に示すように、弾性波装置１０は、基板１２の下面１２ａに、ＩＤＴ電極２０やパッド２２、不図示の配線パターンが、金属膜等により形成されている弾性波素子を備えている。

基板１２の下面１２ａは、ＩＤＴ電極２０の周囲に絶縁材で形成された支持層１４を介して、絶縁膜等のシート１６で覆われている。

シート１６の外側には、保護膜１８が形成されている。保護膜１８は、シート１６上から基板１２の側面１２ｂまで連続的に延在するように形成されている。すなわち、ウェハ状態の集合基板から分割された個片に、保護膜１８が成膜される。この保護膜１８により、弾性波素子のＩＤＴ電極２０は密封されている。

保護膜１８の外側には、はんだ等によりバンプ２６が形成されている。バンプ２６は、支持層１４、シート１６及び保護膜１８に形成された貫通孔内に配置されたビア導体２４を介して、パッド２２と電気的に接続されている。

保護膜１８は、実施例１と同様に、シリコンリッチとなるように形成された窒化シリコン膜である。すなわち、保護膜１８は、ＳｉとＮの組成比を１：Ｘで表すとき、例えばＸ≦１．１５となる。

通常の組成比の窒化シリコン膜と比べると、保護膜１８に用いるシリコンリッチの窒化シリコン膜は、湿中雰囲気中での保護膜１８の酸化が抑制され、透湿を抑制する効果が高い。透湿を抑制する効果が高いため、保護膜１８の内部に形成されたＩＤＴ電極２０等の湿気による変化を抑制する効果が高い。また、保護膜１８自体の酸化が抑制され、保護膜機能の経時変化が小さい。

したがって、弾性波装置１０の特性を安定させることができる。

＜参考例２＞参考例２の弾性波装置３０について、図３を参照しながら説明する。

図３の断面図に示すように、参考例２の弾性波装置３０は、共通基板４０にはんだ等の導電部材３６を介して電子部品１０ａが実装されている。電子部品１０ａは、保護樹脂３２で取り囲まれている。例えば、エポキシ等の半硬化シートの保護樹脂３２に、電子部品１０ａを埋め込む。

保護樹脂３２の外表面全体に、保護膜３４としてシリコンリッチの窒化シリコン膜が形成されている。保護膜３４は、保護樹脂３２上から共通基板４０の側面４１まで連続的に延在している。

共通基板４０に実装されている電子部品１０ａは、参考例１の弾性波装置１０と略同様に構成することができるが、電子部品１０ａは保護膜３４で密封されるため、電子部品１０ａ自体に、参考例１の弾性波装置１０のような保護膜１８を設けなくてもよい。

共通基板４０は、例えば、複数層が積層された積層基板であり、一方主面に導電パターン４２とレジストパターン４３が形成され、他方主面に外部電極４６が形成されている。共通基板４０の内部には、各層を貫通して層間を接続する層間接続導体４４や、層間に配置された内部配線パターン４５などが形成されている。

弾性波装置３０の保護膜３４に用いるシリコンリッチの窒化シリコン膜は、通常の組成比の窒化シリコン膜と比べると、湿中雰囲気中での保護膜３４の酸化が抑制され、透湿を抑制する効果が高い。透湿を抑制する効果が高いため、保護膜３４の内部の湿気による変化を抑制する効果が高い。また、保護膜３４自体の酸化が抑制され、保護膜機能の経時変化が小さい。

したがって、保護膜３４の内部に配置された電子部品１０ａ等について、湿気による変化を抑制する効果が高い。

＜まとめ＞以上に説明したように、弾性波装置の保護膜に用いる窒化シリコン膜をシリコンリッチとすることで、保護膜の機能低下を防ぎ、弾性波装置の特性を安定させることができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

Claims

基板にＩＤＴ電極が形成された弾性波素子と、
前記弾性波素子を覆うように形成される保護膜と、
を備え、
前記弾性波素子は、前記ＩＤＴ電極を含む前記基板上に形成されたＳｉＯ _２膜をさらに備え、
前記保護膜が前記ＳｉＯ _２膜の上から形成されており、
前記保護膜に、前記ＩＤＴ電極により励起される弾性波のエネルギーが分布しており、
前記保護膜は、珪素と窒素を主成分とする窒化シリコン膜であり、前記保護膜の音速の変化が抑制されるように、前記珪素と前記窒素との組成比を１：Ｘで表すとき、前記Ｘが１．１５以下であることを特徴とする、弾性波装置。
前記弾性波素子を複数搭載する共通基板をさらに備え、
前記保護膜が、前記共通基板上に搭載された複数の前記弾性波素子を覆うように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の弾性波装置。
前記Ｘが１．００を超えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弾性波装置。