JP5796639B2 - 弾性境界波装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電体上に、ＩＤＴ電極、第１の誘電体層及び第２の誘電体層がこの順序で積層されている、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置及びその製造方法に関し、特に、ＩＤＴ電極に連なる配線電極が第１，第２の電極層を積層した構造を有する弾性境界波装置及びその製造方法に関する。

従来、２つの媒質層の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置が開示されている。この弾性境界波装置の製造に際しては、圧電体上にＩＤＴ電極と、ＩＤＴ電極に連なる配線電極とを形成する。次に、ＩＤＴ電極を覆うように第１の誘電体層を形成する。次に、第１の誘電体層をエッチングしてその厚みを調整する。それによって、周波数調整を行う。周波数調整後に、第１の誘電体層上に第２の誘電体層を形成する。

また、下記の特許文献２には、ＩＤＴ電極に連なる配線電極が２層の電極層を積層してなる構造とされている弾性境界波装置が開示されている。すなわち、圧電体上に第１の電極層を形成する。この第１の電極層は、ＩＤＴ電極構成部分と、ＩＤＴ電極に連なる配線電極構成部分に至るように形成される。しかるに、配線電極構成部分においてのみ、第１の電極層上に第２の電極層を積層する。第２の電極層を相対的に低い電気抵抗の金属により形成することにより、配線抵抗の低減が図られている。

ＷＯ２００５／０９３９４９ 特開２０１０−１３００３１号公報

特許文献２に記載のような、第１の誘電体層及び第２の電極層を形成した構造の弾性境界波装置において周波数を調整するために、特許文献１に記載の方法を用いることが考えられる。すなわち、第１の誘電体層を形成した後に、第１の誘電体層をエッチングする弾性境界波装置の製造方法を用いることが考えられる。特許文献２の構造においては、配線電極のうち外部と電気的に接続される部分を露出させるために、第１の誘電体層は配線電極を覆わないように形成される。従って、周波数を調整するために、該第１の誘電体層をエッチングした場合、第１の誘電体層が形成されていない部分において、露出している電極部分がエッチングされるおそれがある。特に、第１の誘電体層に比べ、ＩＤＴ電極を形成するための金属層は薄いため、エッチングによりＩＤＴ電極に連なる配線電極部分において断線するおそれがある。

また、露出している電極部分がエッチングされるのを防ぐために、第１の誘電体層が形成されていない部分に第２の電極層を形成した場合にも、特許文献２のように形成する場合には、第１の誘電体層と第２の電極層との間の領域や両者の境界部分において下方の第１の電極層がエッチングされるおそれがある。従って、やはり、ＩＤＴ電極と配線電極との間で断線するおそれがある。

本発明の目的は、第１の誘電体層をエッチングすることにより周波数調整が行われたとしても第１の電極層の断線が生じ難い、弾性境界波装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る弾性境界波装置は、圧電体と、前記圧電体上に形成されており少なくともＩＤＴ電極を形成している第１の電極層と、前記第１の電極層上に部分的に積層された第２の電極層とを備える。本発明では、第１の電極層が、ＩＤＴ電極構成部分と、前記ＩＤＴ電極構成部分に連なる配線電極構成部分に至るように形成されており、前記第２の電極層が前記配線電極構成部分において前記第１の電極層に積層されている。本発明の弾性境界波装置は、さらに、前記ＩＤＴ電極を覆い、前記配線電極構成部分を覆わないように設けられている第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上に積層された第２の誘電体層とを備え、前記第２の電極層が、前記配線電極構成部分から該配線電極構成部分に近い側の第１の誘電体層の端部の上面に至るように形成されている。

本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、第１及び第２のバスバーと、第１のバスバーに接続された複数本の第１の電極指と、第２のバスバーに接続されている複数本の第２の電極指とを有し、複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っている部分が電極指交叉部を構成している。そして、前記第２の電極層の前記第１の誘電体層上に至っている部分が、前記ＩＤＴ電極の前記電極指交叉部の上方には至らず、前記第１または第２のバスバーの上方部分に至っている。この場合、第２の電極層がＩＤＴ電極指交叉部に至っていないため、弾性境界波装置を確実に動作させることができる。

本発明に係る弾性境界波装置の製造方法は、上面にＩＤＴ電極構成部分と配線電極構成部分とを含む領域において第１の電極層が形成されている圧電体を用意する工程と、前記第１の電極層上に、ＩＤＴ電極構成部分の上方に第１の誘電体層を形成する工程と、前記第１の誘電体層の形成後に、第２の電極層を、前記配線電極構成部分から前記第１の誘電体層の上面の一部に至るように形成する工程と、前記第１の誘電体層をエッチングすることにより周波数調整を行う工程と、前記周波数調整後に、第１の誘電体層を覆うように第２の誘電体層を形成する工程とを備える。

本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のある特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、第１，第２のバスバーと、第１のバスバーに接続されている複数本の電極指と、第２のバスバーに接続されている複数本の電極指とを有し、複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っている電極指交叉部を有するようにＩＤＴ電極が形成されている。ここでは、前記第２の電極層の形成に際し、第２の電極層の前記第１の誘電体層上に至っている部分が、前記電極指交叉部の上方には至らず、前記第１または第２のバスバーの上方に至るように前記第２の電極層を形成する。この場合、第２の電極層がＩＤＴ電極指交叉部に至っていないため、弾性境界波装置を確実に動作させることができる。

本発明に係る弾性境界波装置及びその製造方法によれば、第２の電極層が、配線電極構成部分から配線電極構成部分に近い側の第１の誘電体層の端部の上面に至るように形成されているため、第１の誘電体層と第２の電極層との間及びそれらの境界において第１の電極層が露出し難い。従って、第１の誘電体層をエッチングして周波数調整を行ったとしても、第１の電極層の断線が生じ難い。

よって、弾性境界波装置の歩留まりを高め、かつ信頼性を高めることができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を説明するための模式的平面図及びその要部を示し、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う模式的正面断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明するための各略図的断面図である。 図３（ａ）は、本発明の一実施形態における電極構造を示す平面図、図３（ｂ）は周波数調整工程を説明するための正面断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置の要部を示す部分拡大正面図である。 図５は、従来の弾性境界波装置の製造方法を説明するための、模式的正面断面図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、従来の弾性境界波装置の略図的正面断面図及びその製造方法工程における問題点を説明するための模式的正面断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法及び弾性境界波装置を説明する。

本発明では、圧電体、ＩＤＴ電極、第１の誘電体層及び第２の誘電体層がこの順序で積層されている、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置を製造する。

まず、図２（ａ）に示すように、圧電体１を用意する。圧電体１としては、ＬｉＴａＯ_３及びＬｉＮｂＯ_３などの適宜の圧電単結晶または圧電セラミックスを用いることができる。

次に、圧電体１の上面に、第１の電極層２を形成する。第１の電極層２はＩＤＴ電極構成部分と、ＩＤＴ電極構成部分に連なる配線電極構成部分を有する。より具体的には、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔもしくはこれらを主体とする合金を圧電体１の上面において成膜し、パターニングする。それによって、図３（ａ）に示すＩＤＴ電極２Ａと、反射器２Ｂ，２Ｃと、配線電極下層部分２Ｄ，２Ｅとを構成する。ＩＤＴ電極２Ａは、弾性境界波伝搬方向において互いに平行に延びる第１のバスバー２Ａ１と第２のバスバー２Ａ２を有する。第１のバスバー２Ａ１に、複数本の第１の電極指２Ａ３が接続されている。第２のバスバー２Ａ２にも、複数本の第２の電極指２Ａ４が接続されている。複数本の第１の電極指２Ａ３と第２の電極指２Ａ４とは弾性境界波伝搬方向と直交する方向に延びており、かつ互いに間挿し合っている。第１の電極指２Ａ３と第２の電極指２Ａ４とが間挿し合っている部分、すなわち弾性波伝搬方向において電極指２Ａ３，２Ａ４が重なり合って見える部分が、電極指交叉部である。

反射器２Ｂ，２Ｃは、周知のグレーティング型反射器である。

配線電極構成部分は、ＩＤＴ電極２Ａに連ねられている。本実施形態では、配線電極構成部分において、上記第１の電極層２により、配線電極下層部分２Ｄ，２Ｅが構成されている。この配線電極下層部分は、外部と電気的に接続するための電極パッドとされている。

上記第１の電極層２の厚みは、弾性境界波の波長λとしたとき、０．１λ程度である。例えば２ＧＨｚ帯の弾性境界波装置の場合、λは約２．０μｍである。従って、ＩＤＴ電極２Ａの厚み、すなわち第１の電極層の厚みは２００ｎｍ程度である。もっとも、この厚みは、弾性境界波装置の使用する周波数帯によって変更してもよい。

なお、圧電体１上に上記のような電極構造を有する第１の電極層２の形成は、周知のフォトリソグラフィー法により行い得る。

次に、上記のようにして、第１の電極層２が上面に形成された圧電体１上において、第１の誘電体層３を形成する。第１の誘電体層３を構成する材料としては適宜の誘電体を用いることができる。本実施形態では、第１の誘電体層３は酸化珪素からなる。第１の誘電体層３の厚みは、最終的には０．３λ〜０．５λ程度である。例えば２ＧＨｚ帯の弾性境界波装置の場合には、６００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度となる。

もっとも、第１の誘電体層３を形成するに際しては、予め、最終的な第１の誘電体層３の厚みよりも厚く第１の誘電体層３を形成する。これは、次に行う周波数調整のためである。通常、２ＧＨｚ帯の弾性境界波装置では、最終的な誘電体層の厚みの中心値に対し、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度厚くしておけば良い。

次に、図２（ｃ）に示すように、上記第１の誘電体層３をパターニングする。すなわち、ＩＤＴ電極２Ａが形成されている部分を覆うが、配線電極構成部分を覆わないように第１の誘電体層３をパターニングする。

次に、上記第１の誘電体層３が除去された領域内の第１の電極層２の直上に、第２の電極層４を形成する。従って、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の電極層４は配線電極構成部分を覆うが、ＩＤＴ電極２Ａを覆わないように形成する。

特に、本実施形態では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の電極層４のＩＤＴ電極２Ａ側の端部４ａ，４ｂが、第１の誘電体層３の端部上面に至るように形成する。それによって第２の電極層４と第１の誘電体層３との境界において、第１の電極層２が露出しない。

上記第２の電極層４を構成する材料としては適宜の金属材料を用いることができる。第２の電極層４を配線電極構成部分において第１の電極層２に積層することにより、配線電極の低抵抗化を図ることができる。好ましくは、第２の電極層４は、ＡｌやＣｕ，Ａｕのような電気抵抗の低い金属もしくはこれらを主体とする合金を用いて形成することが望ましい。すなわち、第２の電極層４は、第１の電極層２よりも低抵抗の金属で構成されることが好ましい。それによって、配線電極の電気抵抗をより一層低めることができる。

上記第２の電極層４の厚みは特に限定されないが、低抵抗化を図る上では、０．５μｍ〜３μｍ程度とすれば良い。

上記第２の電極層４の形成に際しては、第１の電極層２と同様に、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすれば良い。

上記第２の電極層４を形成した後に、周波数特性を測定する。その結果に基づき、次に、第１の誘電体層３をエッチングし、周波数調整を行う。この周波数調整についてのエッチングは、ＲＩＥやイオンミリングなどの適宜の方法により行い得る。エッチングする部分は、ＩＤＴ電極２Ａの電極指交叉部上に位置している第１の誘電体層３部分である。もっとも、この部分のみを選択的にエッチングすることはできないため、同時に図３（ｂ）の矢印Ａで示すように、配線電極構成部分もエッチングされることとなる。

しかしながら、本実施形態では、第２の電極層４と第１の誘電体層３との境界において第１の電極層２が上方に露出していない。従って、エッチングによる第１の電極層２の断線を確実に防止することができる。

図５及び図６に示す従来法と対比して本実施形態の効果をより具体的に説明する。

特許文献１に記載の周波数調整方法を特許文献２の構造に適用する場合、図５に矢印Ｂで示す方向からエッチングを行う。すなわち、圧電体１００１上にＩＤＴ電極及び配線電極構成部分に設けられた第１の電極層１００２が積層されている。この第１の電極層１００２上に、第１の誘電体層１００３及び第２の電極層１００４が積層されている。ここでは、第１の誘電体層１００３が、ＩＤＴ電極構成部分を被覆している。第２の電極層１００４は配線電極構成部分において第１の電極層１００２に積層されている。

もっとも、第１の誘電体層１００３と、第２の電極層１００４との間に隙間Ｃが存在する。従って、反応性イオンエッチングやイオンミリングなどによりエッチングして第１の誘電体層１００３の厚みを薄くしようとすると、第１の電極層１００２がエッチングされ断線するおそれがあった。

また、特許文献２の図３では、図６（ａ）に示すように、第１の誘電体層１０１３と第２の電極層１０１４との間に隙間がないように第１の誘電体層１０１３及び第２の電極層１０１４が形成されているように図示されている。なお、図６（ａ）においては、圧電体１０１１及び第１の電極層１０１２上に、上記第１の誘電体層１０１３及び第２の電極層１０１４が積層されている。さらに、第１の誘電体層１０１３を覆うように第２の誘電体層１０１５が積層されている。しかしながら、このような構造をフォトリソグラフィー法により得ようとした場合、実際には、図６（ｂ）に示すように、第１の誘電体層１０１３の側面が傾斜する。同様に、第２の電極層１０１４の側面も傾斜する。

すなわち、第１の誘電体層１０１３及び第２の電極層１０１４の端部を正確に垂直方向にパターニングすることはできず、図示の矢印Ｄで示すような隙間が生じざるを得ない。そのため、第２の誘電体層１０１５の形成に先立ち矢印Ｅで示すようにエッチングなどを施した場合、やはり、第１の電極層１０１２の断線が生じるという問題があった。

上記のように、前述した特許文献２に記載の構成に特許文献１に記載の製造方法を用いた場合、第１の電極層の断線が避けられ難い。

これに対して、本実施形態では、図３（ｂ）に示したように、第２の電極層４の端部４ａ，４ｂが、第１の誘電体層３の上面に乗り上げており、両者の間に隙間が生じない。よって、第１の電極層２が上方に露出していない。そのため、反応性イオンエッチングやイオンミリングなどによりエッチングを施したとしても、第１の電極層２の断線を確実に防止することができる。

本実施形態の製造方法では、上記周波数調整を行った後に、図１（ｂ）に示したように、第２の誘電体層５を積層する。第２の誘電体層５としては、第１の誘電体層３よりも横波音速が速い適宜の誘電体材料、例えば窒化珪素、珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いることができる。

このようにして、図１（ｂ）に示す弾性境界波装置６を得ることができる。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

なお、上記弾性境界波装置６では、第２の電極層４の端部４ａ，４ｂが第１の誘電体層３の上面に至るように形成されている。

ここで、端部４ａ，４ｂは、ＩＤＴ電極２Ａの第１，第２のバスバー２Ａ１，２Ａ２の上方に至っており、電極指交叉部には至っていないことが望ましい。第２の電極層４がＩＤＴ電極指交叉部に至っていると、弾性境界波の励振が妨げられる。そのため、弾性境界波装置の動作が確実に得られない場合がある。また、第１の電極層２の断線が生じるのは、第１，第２のバスバー２Ａ１，２Ａ２と配線電極との接続部分近傍であるため、第１，第２のバスバー２Ａ１，２Ａ２の上方に至るように第２の電極層４が形成されておれば、第１の電極層２の断線を確実に防止することができる。

図４に示すＩＤＴ電極の電極指交叉部の端部と第１の誘電体層３の端部との間の距離をａ、第２の電極層４の端部４ａと第１の誘電体層３の端部との間の距離をｂとする。本発明では、上記ｂ＞０である。そして、好ましくは、ａ≧ｂである。それによって、上記のように、第２の電極層４の端部４ａが、バスバーの上方に位置することとなる。

上記配線電極構成部分とＩＤＴ電極２Ａの間の電気抵抗は、第１の誘電体層３の形成範囲が広いほど、すなわち距離ａが大きいほど、大きくなる。そのため、弾性境界波装置６の損失が大きくなる。

他方、距離ａの値が小さすぎると、製造ばらつきにより、電極指交叉部上に第１の誘電体層３が形成されず、第２の電極層４が位置するおそれがある。

さらに、第１の誘電体層３と第２の電極層４の重なり部分の幅ｂが小さすぎると、製造ばらつきにより、第２の電極層４が第１の誘電体層３の上方に重なる部分がなくなるおそれがある。その場合には、第１の電極層２が露出するおそれがある。加えて、第２の電極層４の端部４ａと電極指交叉部との距離である（ａ−ｂ）が小さくなると、第２の電極層４が電極指交叉の上方に至ることになる。

上記のような種々の点を検討したところ、２ＧＨｚ帯の弾性境界波装置を得る場合、ａ＜１０μｍ，ｂ＞２μｍ，（ａ−ｂ）＞２μｍとすれば、上記のような不具合が発生し難いと見いだした。

上記ａ，ｂ及び（ａ−ｂ）の寸法については、使用する弾性境界波装置の周波数帯によってすなわちλの値によって変化するが、上記のとおり、ａ≧ｂであることが好ましい。

上述した実施形態の弾性境界波装置及びその製造方法では、ＩＤＴ電極２Ａ及び反射器２Ｂ，２Ｃを有する弾性境界波装置につき説明したが、本発明において、ＩＤＴ電極及び反射器の形態は、目的とする機能において適宜変形され得る。

１…圧電体
２…第１の電極層
３…第１の誘電体層
４…第２の電極層
５…第２の誘電体層
６…弾性境界波装置

Claims (2)

1. 圧電体と、
   前記圧電体上に形成されており少なくともＩＤＴ電極を形成している第１の電極層と、
   前記第１の電極層上に部分的に積層された第２の電極層とを備え、
   前記第１の電極層が、ＩＤＴ電極構成部分と、前記ＩＤＴ電極構成部分に連なる配線電極構成部分に至るように形成されており、前記第２の電極層が前記配線電極構成部分において前記第１の電極層に積層されており、
   前記ＩＤＴ電極を覆い、前記配線電極構成部分を覆わないように設けられている第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層上に積層された第２の誘電体層とをさらに備え、
   前記第２の電極層が、前記配線電極構成部分から該配線電極構成部分に近い側の前記第１の誘電体層の端部の上面に至るように形成されており、
   前記ＩＤＴ電極が、第１及び第２のバスバーと、第１のバスバーに接続された複数本の第１の電極指と、第２のバスバーに接続されている複数本の第２の電極指とを有し、複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っている部分が電極指交叉部を構成しており、
   前記第２の電極層の前記第１の誘電体層上に至っている部分が、前記ＩＤＴ電極の前記電極指交叉部の上方には至らず、前記第１または第２のバスバーの上方部分に至っている、弾性境界波装置。
2. 請求項１に記載の弾性境界波装置の製造方法であって、
   上面にＩＤＴ電極構成部分と配線電極構成部分とを含む領域において第１の電極層が形成されている圧電体を用意する工程と、
   前記第１の電極層上に、ＩＤＴ電極構成部分の上方に第１の誘電体層を形成する工程と、
   前記第１の誘電体層の形成後に、第２の電極層を、前記配線電極構成部分から前記第１の誘電体層の上面の一部に至るように形成する工程と、
   前記第１の誘電体層をエッチングすることにより周波数調整を行う工程と、
   前記周波数調整後に、前記第１の誘電体層を覆うように第２の誘電体層を形成する工程とを備え、
   前記ＩＤＴ電極が、第１，第２のバスバーと、第１のバスバーに接続されている複数本の電極指と、第２のバスバーに接続されている複数本の電極指とを有し、複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っている電極指交叉部を有するようにＩＤＴ電極が形成されており、前記第２の電極層の形成に際し、前記第２の電極層の前記第１の誘電体層上に至っている部分が、前記電極指交叉部の上方には至らず、前記第１または第２のバスバーの上方に至るように前記第２の電極層を形成する、弾性境界波装置の製造方法。

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