JP5766457B2 - 弾性波デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
いずれの場合においても、電気機械結合係数は、圧電基板110上の全ての領域においてほぼ均一である。
このため、図1(a)〜図1(c)に示される構成では、電気機械結合係数の異なる弾性波デバイス(例えば、比帯域幅の異なる2つ以上の共振子或いはフィルタ)を、1つの圧電基板上に形成することが難しい。
この例では、10種類(Band1〜Band10)の周波数帯域が存在し、それぞれ送信周波数(Tx)、受信周波数(Rx)、帯域幅(MHz)、及び比帯域幅(Rx)が異なっている。ここで、比帯域幅とは、中心周波数に対する帯域幅の割合を意味し、その値はBandごと異なる。そこで、比帯域幅に応じて、弾性波デバイスの電気機械結合係数を最適化することが望ましい。
第1送信フィルタ52はBand2の送信端子Tx(Band2)に、第2送信フィルタ54はBand3の送信端子Tx(Band3)に接続され、一方、第1受信フィルタ62はBand2の受信端子Rx(Band2)に、第2受信フィルタ64はBand3の受信端子Rx(Band3)にそれぞれ接続されている。
また、第1送信フィルタ52及び第1受信フィルタ62は、共にBand2の共通のアンテナ端子Ant(Band2)に接続されており、一方、第2送信フィルタ54及び第2受信フィルタ64は、共にBand3の共通のアンテナ端子Ant(Band3)に接続されている。
各共振器(80〜88)は、対向する1組の櫛形電極と、その両端に設けられた2つの反射電極から構成されている。直列共振器82の一端はアンテナ端子Ant(Band2)に接続され、直列共振器86の一端は送信回路の端子Tx(Band2)に接続されている。並列共振器84及び88の一端は、共に接地電位(GND)に接続されている。
各共振器(90〜98)は、対向する1組の櫛形電極と、その両端に設けられた2つの反射電極から構成されている。直列共振器92の一端はアンテナ端子Ant(Band3)に接続され、直列共振器96の一端は送信回路の端子Tx(Band3)に接続されている。並列共振器94及び98の一端は、共に接地電位(GND)に接続されている。
圧電基板10としては、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いることができ、誘電体層12としては、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)を用いることができる。また、圧電基板10の厚みは例えば200〜350μmとすることができ、誘電体層12の厚みは例えば3〜20nmとすることができる。誘電体層12は、例えばスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等により形成することができる。
エッチング処理後、フォト・レジスト層14はアッシング除去される。かかる誘電体層12に対する選択的エッチング処理の結果、その厚さが減じられていない領域を12aと、厚さが減じられた領域を12bとする。
第1絶縁層16としては、例えば酸化シリコン(SiO2)を用いることができ、その厚さは例えば80~400nmとすることができる。
かかるエッチング処理により、第1絶縁層16が選択的に除去されて表出された誘電体層12領域には、以下の工程に於いて共振器を構成する櫛形電極の電極指ならびに反射電極が形成される(電極指の本数は省略して図示している。以降の図においても同様)。
尚、このとき、誘電体層12がオーバー・エッチングされないように、誘電体層12と第1絶縁層16(本実施例では酸化アルミニウムと酸化シリコン)との選択比が高くなるエッチングプロセスを採用することが好ましい。
金属層20としては、例えば銅(Cu)を用いることができ、その厚さは例えば80nm〜400nm(例えば、第1絶縁層16と同程度の厚さ)とすることができる。金属層20の被着方法としては、例えばスパッタリング法を適用することができる。
これにより、誘電体層12の第1領域12a上に被着されている金属層20をもって第1櫛形電極22aが、また第2領域12b上に被着されている金属層20をもって第2櫛形電極22bがそれぞれ形成される。(図6(c)参照)
そして、かかる第1櫛形電極22aならびに第2櫛形電極22bの周囲には、第1絶縁層16が配設されている。
第2絶縁層24としては、例えば酸化シリコン(SiO2)を用いることができ、その厚さは例えば300nm〜1500nmとすることができる。
圧電基板10上に、厚さの異なる誘電体層(第1領域12a及び第2領域12b)が形成されている。第1領域12a及び第2領域12bの上には、それぞれ櫛形電極(第1櫛形電極22a及び第2櫛形電極22b)が形成されている。櫛形電極(22a、22b)の側面及び上面は、共に絶縁層(第1絶縁層16及び第2絶縁層24)により覆われている。
本構成は、IDT上に厚い誘電体層を形成した弾性波デバイスの例であり、櫛形電極櫛形電極(22a、22b)により励起された振動は、第2絶縁層24から圧電基板10表面までを使って伝達する。
この様に、第1領域12aに於ける誘電体層12の厚さと第2領域12bに於ける誘電体層12の厚さが異なっているため、第1領域12aと第2領域12bに形成される弾性波デバイスとは、互いに電気機械結合係数が異なる。
このため、同じ圧電基板上に、電気機械結合係数の異なる複数の弾性波デバイス(例えば、比帯域幅の異なるフィルタ)を容易に形成することができる。
本変形例にあっては、櫛形電極(22a、22b)の側面及び上面に絶縁層が配設されていない他は、図7に示される構成と同様の構成を有する。
本変形例は、弾性表面波(SAW)を用いた弾性波デバイスの例であり、櫛形電極(22a、22b)により励起された振動は、誘電体層(12a、12b)の表面を伝搬する。
このように、実施例1に係る構成は、圧電基板10上の誘電体層12上に櫛形電極が形成された、任意の弾性波デバイスに対して適用することができる。
前記実施例1と同様に、圧電基板10としては、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)を、また誘電体層12としては例えば酸化アルミニウム(Al2O3)を適用することができる。そして、第1絶縁層としては、例えば酸化シリコン(SiO2)を用いることができる。
かかる誘電体層12に於いて、その厚さが減じられた部位は、後述する如く、櫛形電極が配設される溝(凹部)を構成する。
金属層31としては、例えば銅(Cu)を用いることができ、その厚さは例えば、第1絶縁層16の上面と同程度の厚さとすることができる。かかる金属層31の被着方法としては、例えばスパッタリング法を適用することができる。
これにより、誘電体層12に於いて、その厚さが減じられた部位である溝(凹部)内に、第1絶縁層16の上面に至るとほぼ同等の厚さをもって櫛形電極22bが形成される。(図10(a)参照)
かかる櫛形電極22bの周囲には、第1絶縁層16が配設されている。
ここでは、かかるフォト・レジスト層34に於いて、前記櫛形電極22b部上には開口部を有していない。
尚、このとき、誘電体層12がオーバー・エッチングされないように、誘電体層12と第1絶縁層16(本実施例では酸化アルミニウムと酸化シリコン)との選択比が高くなるエッチングプロセスを採用することが好ましい。
かかる第1絶縁層16に於いて、除去された部位は、後述する如く、櫛形電極22aが配設される溝(凹部)を構成する。
金属層36としては、例えば銅(Cu)を用いることができ、その厚さは例えば、第1絶縁層16の上面と同程度の厚さとすることができる。金属層31の被着方法としては、前述の如く、例えばスパッタリング法を適用することができる。
これにより、誘電体層12に於いて、その厚さが減じられた部位である溝(凹部)内に、第1絶縁層16の上面に至るとほぼ同等の厚さをもって櫛形電極22aが形成される。(図11(a)参照)
そして、かかる櫛形電極22aの周囲には、第1絶縁層16が配設されている。
第2絶縁層24には、例えば酸化シリコン(SiO2)を用いることができ、その厚さは例えば300nm〜1500nmとすることができる。
尚、第2絶縁層24を被着する前に、下地層となる絶縁層(例えば、窒化シリコン(SiN)或いは炭化シリコン(SiC))を形成し、その上に酸化シリコン層を形成してもよい。かかる下地層の配設により、電極材料の拡散を防止・抑制することができる。
図示するように、誘電体層12の凹部32には第2櫛形電極22bが形成され、誘電体層12のうち凹部32以外の領域に第1櫛形電極22aが形成されている。櫛形電極(22a、22b)の側面及び上面は、共に絶縁層(第1絶縁層16及び第2絶縁層24)により覆われている。
本構成は、IDT上に厚い誘電体層を形成した弾性波デバイスの例であり、櫛形電極櫛形電極(22a、22b)により励起された振動は、第2絶縁層24から圧電基板10表面までを使って伝達する。
本構成によれば、実施例1と同様に、電気機械結合係数の異なる複数の弾性波デバイスを1チップ上に形成することができる。このため、同じ圧電体基板上に、電気機械結合係数の異なる複数の弾性波デバイス(例えば、比帯域幅の異なるフィルタ)を容易に形成することができる。
本変形例は、弾性表面波(SAW)を用いた弾性波デバイスの例であり、櫛形電極(22a、22b)により励起された振動は、誘電体層(12a、12b)の表面を伝搬する。
このように、実施例2に係る構成は、圧電基板10上の誘電体層12上に櫛形電極が形成された、任意の弾性波デバイスに対し適用することができる。
本実施例1では、誘電体層12は、第2櫛形電極22bの下に位置する領域が均一の厚さをもって形成されており、第2櫛形電極22bの電極指及び電極指間の領域は、いずれも第2領域12b上に位置する。
このとき、厚さの異なる誘電体層上に形成された2つの電極(第1櫛形電極及び第2櫛形電極)は、信号系統の異なる入出力端子に接続される。例えば、第1櫛形電極が第1入力端子または第1出力端子のいずれかに接続され、第2櫛形電極が第2入力端子または第2出力端子のいずれかに接続される。
12 誘電体層
16 第1絶縁層
22 電極
24 第2絶縁層
50 送信フィルタ
60 受信フィルタ
Claims (9)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された誘電体層と、
第1送信端子と第1アンテナ端子との間に接続され、前記誘電体層上に形成された第1櫛型電極を有する第1送信フィルタと、
第2送信端子と第2アンテナ端子との間に接続され、前記誘電体層上に形成された第2櫛型電極を有する第2送信フィルタと、
第1受信端子と前記第1アンテナ端子との間に接続された第1受信フィルタと、
第2受信端子と前記第2アンテナ端子との間に接続された第2受信フィルタと、
を備え、
前記第1櫛型電極と前記圧電基板との間における前記誘電体層の厚さは、前記第2櫛型電極と前記圧電基板との間における前記誘電体層の厚さと異なることを特徴とする弾性波デバイス。 - 前記第1送信フィルタおよび前記第2送信フィルタは、それぞれバンド1からバンド10のいずれか1つのバンドの送信フィルタであり、前記第1送信フィルタと前記第2送信フィルタの比帯域幅は異なることを特徴とする請求項1に記載の弾性波デバイス。
- 前記誘電体層は、
前記第1櫛型電極が形成された第1領域と、
前記第2櫛型電極が形成され、前記第1領域より小さい厚さを有する第2領域と、を含み、
前記第2櫛型電極の電極指及び電極指間の領域は、共に前記第2領域上に位置することを特徴とする請求項1または2に記載の弾性波デバイス。 - 前記誘電体層には、前記第2櫛型電極の電極指幅に対応した凹部が設けられ、
前記第2櫛型電極の電極指は、前記凹部内の前記誘電体層上に形成され、
前記第1櫛型電極は、前記凹部が形成されていない前記誘電体層上に形成され、
前記第1櫛型電極および前記第2櫛型電極は前記圧電基板と接触していないことを特徴とする請求項1または2に記載の弾性波デバイス。 - 前記誘電体層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波デバイス。
- 前記誘電体層、前記第1櫛型電極、及び前記第2櫛型電極を覆うように形成された絶縁層を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波デバイス。
- 前記絶縁層は、酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項6に記載の弾性波デバイス。
- 圧電基板上に、誘電体層を形成する工程と、
第1領域内の前記誘電体層の厚さを減じず、第2領域内の前記誘電体層の厚さを減じる工程と、
前記第1領域内の前記誘電体層上に第1櫛型電極を、前記第2領域内の前記誘電体層上に第2櫛型電極を同時に形成する工程と、
を備えることを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。 - 圧電基板上に、誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に絶縁体層を形成する工程と、
第1領域内の前記絶縁体層に前記誘電体層の上面に至る第1凹部を形成する工程と、
前記第1凹部内の前記誘電体層上に、電極指幅が前記第1凹部の幅に対応する第1櫛型電極を形成する工程と、
第2領域内に前記絶縁体層から前記誘電体層の途中に至る第2凹部を形成する工程と、
前記第2凹部内の前記誘電体層上に、電極指幅が前記第2凹部の幅に対応する第2櫛型電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
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