JP6620813B2 - 弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電基板上に、複数の金属層を積層してなるＩＤＴ電極が設けられている、弾性波装置に関する。

下記の特許文献１に記載の弾性波装置では、ＩＤＴ電極が、積層金属膜からなる。この積層金属膜は、ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されている。積層金属膜では、ＬｉＮｂＯ_３基板側から、ＮｉＣｒ（密着層）／Ｐｔ（Ａｌよりも密度が高い第１の電極層）／Ｔｉ（拡散防止層）／ＡｌＣｕ（第１の電極層よりも密度が低い第２の電極層）の各金属膜がこの順序で積層されている。

特開２０１１−１３５４６９号公報

特許文献１に記載の弾性波装置では、密着層であるＮｉＣｒ膜が、ＩＤＴ電極をＬｉＮｂＯ_３などからなる圧電基板に密着させるために設けられている。しかしながら、密着層であるＮｉＣｒ膜は耐候性が十分でないという問題があった。そのため、湿度等により、密着層であるＮｉＣｒ膜が腐食しがちであった。その結果、密着層の電気的特性が低下してしまっていた。また、密着層の電気的特性が低下することにより、ＩＤＴ電極が破壊するおそれがあった。

本発明の目的は、上記密着層、第１の電極層、拡散防止層、第２の電極層の積層構造において、耐候性に優れた弾性波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、電極形成面を有する圧電基板と、前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、を備え、前記ＩＤＴ電極が、前記圧電基板の前記電極形成面に接するように設けられた密着層と、前記密着層上に設けられた、少なくとも２以上の電極層と、を含み、前記少なくとも２以上の電極層は、前記密着層上に設けられており、密度がＡｌよりも高い第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられており、前記第１の電極層よりも密度が低い、第２の電極層と、を含み、前記少なくとも２以上の電極層のうちの１つの電極層が、前記密着層より耐候性が高く、前記密着層の側面を覆うように設けられている。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記密着層の側面を覆うように形成された電極層が、前記第１の電極層である。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、前記密着層と、前記第１の電極層との間に設けられた第３の電極層をさらに有し、前記第１の電極層は、前記密着層及び前記第３の電極層の側面を覆っている。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、前記密着層と前記第１の電極層との間に設けられた第３の電極層をさらに有し、前記密着層の側面を覆うように形成された電極層が、前記第３の電極層である。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第１の電極層の側面が、前記密着層側から前記第２の電極層側にいくにつれて前記第１の電極層の中央側にいくように傾斜している。この場合には、ＩＤＴ電極を覆うように誘電体層を設けた場合、誘電体層とＩＤＴ電極との間に空隙が生じ難い。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第３の電極層の側面が、前記密着層側から前記第２の電極層側にいくにつれて前記第３の電極層の中央側にいくように傾斜している。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極を覆うように、前記圧電基板上に設けられた誘電体層がさらに備えられている。この場合には、耐候性をより一層高めることができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記密着層の側面が、前記圧電基板上から前記密着層の側面を覆うように形成された電極層側にいくにつれて前記密着層の中心に近づくように傾斜されている。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記密着層は、前記第１及び第２の電極層よりも薄い。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に、前記第１の電極層と前記第２の電極層間における金属拡散を防止する、拡散防止層を備える。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記拡散防止層は、前記第１及び第２の電極層よりも薄い。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記誘電体層が、酸化ケイ素からなる。この場合には、弾性波装置の周波数温度特性を改善することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記密着層が、ＮｉＣｒまたはＴｉからなる金属層を有する。この場合には、ＩＤＴ電極と圧電基板との密着性をより一層効果的に高めることができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記第２の電極層が、ＡｌまたはＡｌ合金からなる。この場合には、ＩＤＴ電極の電気抵抗をより効果的に低めることができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極層が、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ及びＭｏからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる。この場合には、レイリー波による応答を十分大きくすることができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記耐候性が高いとは、イオン化傾向が低い、又は、金属が不動態を作ることによって耐腐食性が向上することである。

本発明によれば、弾性波装置の耐候性を効果的に高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。 図４は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。 図６は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。

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

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、ＬｉＮｂＯ_３からなる。圧電基板２は、ＬｉＴａＯ_３などの他の圧電単結晶や、圧電セラミックスなどの他の圧電材料からなるものであってもよい。

圧電基板２は、電極形成面としての第１の主面２ａと、第１の主面２ａと対向している第２の主面２ｂとを有する。第１の主面２ａ上に、ＩＤＴ電極３と、反射器４，５とが設けられている。それによって、１ポート型弾性波共振子が構成されている。もっとも、弾性波装置１における電極構造は、弾性波共振子を構成するものに限らない。弾性波フィルタなどの様々な弾性波装置を構成する電極構造を用いることができる。なお、電極構造は、少なくとも１つのＩＤＴ電極を有しておればよい。

ＩＤＴ電極３及び反射器４，５を覆うように、圧電基板２上に、酸化ケイ素膜からなる誘電体層６が設けられている。誘電体層が酸化ケイ素からなるため、弾性波装置１では、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。すなわち、周波数温度特性を改善することができる。もっとも、誘電体層６を構成する材料としては、酸化ケイ素に限らず、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の無機誘電体材料を用いることができる。誘電体層６を設けることにより、耐候性をより一層高めることができる。

図１は、図２に示した弾性波装置１の要部の部分切欠き拡大正面断面図であり、図２の電極指３ａが設けられている部分に相当する。

図１に示すように、ＩＤＴ電極３は、複数の電極層を積層した構造を有する。圧電基板２側から順に、密着層１１、第１の電極層１２、第４の電極層としての拡散防止層１３及び第２の電極層１４がこの順序で積層されている。本実施形態では、密着層１１は、ＮｉＣｒからなる。第１の電極層１２は、Ｐｔからなり、密着層１１の直上に位置している。拡散防止層１３はＴｉからなる。第２の電極層１４はＡｌからなる。

弾性波装置１は、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電基板２を伝搬するレイリー波を利用している。レイリー波の応答を十分大きくするために、ＩＤＴ電極３では、密度がＡｌよりも高いＰｔからなる第１の電極層１２が用いられている。また、ＩＤＴ電極３と圧電基板２との密着性を高めるために、ＮｉＣｒからなる密着層１１が用いられている。密着層１１はこのような作用を果たすものであるため、圧電基板２に接している電極層である。密着層１１は、第１の主面１１ａ、第２の主面１１ｂ及び側面１１ｃを有する。第２の主面１１ｂ側から、密着層１１は圧電基板２に設けられている。

さらに、Ｐｔからなる第１の電極層１２に比べて、導電性が高いＡｌからなる第２の電極層１４を用いることにより、損失の低減が図られている。また、Ｐｔからなる第１の電極層１２と、Ａｌからなる第２の電極層１４との間の金属の拡散を防止するために、拡散防止層１３が設けられている。

前述したように、従来の弾性波装置では、ＮｉＣｒからなる密着層の耐候性が十分でないという問題があった。本実施形態では、図１に示すように、密着層１１の第１の主面１１ａだけでなく、側面１１ｃも、第１の電極層１２により覆われている。第１の電極層１２は、密着層１１よりも耐候性に優れた金属もしくは合金からなる。ここで、耐候性が優れているとは、金属のイオン化傾向が相対的に小さい、又は、金属が不動態を作ることによって耐腐食性が向上することを意味する。なお、合金の場合には、合金を構成している全ての金属のイオン化傾向を基準とすればよい。例えば、ＮｉＣｒとＰｔとを比較すると、Ｐｔのイオン化傾向が、Ｎｉのイオン化傾向及びＣｒのイオン化傾向のいずれよりも小さいため、Ｐｔは、ＮｉＣｒよりも耐候性に優れている。また、ＴｉはＮｉＣｒよりもイオン化傾向は高いが、Ｔｉは金属表面に腐食作用に抵抗する酸化被膜である不動態を作るため、ＮｉＣｒよりも耐候性に優れている。

弾性波装置１では、耐候性に優れている第１の電極層１２により、密着層１１が覆われているため、耐候性を高めることができる。より詳細には、空気中の湿気等が誘電体層６を透過してきたとしても、ＮｉＣｒの腐食が生じ難いため、弾性波装置１では、耐候性を効果的に高めることができる。よって、弾性波装置１の特性の低下等が生じ難い。

弾性波装置１におけるＩＤＴ電極３の各電極層の形成方法及び膜厚は特に限定されないが、本実施形態では、真空蒸着法により各電極層を形成する。それによって、ＩＤＴ電極３を容易に得ることができる。

真空蒸着法により、ＩＤＴ電極３を形成する場合、２層目の第１の電極層１２用のＰｔ膜を成膜する際に、チャンバー内にガスを導入し、真空度を低める。それによって、蒸着粒子の垂直入射性が低下する。従って、下層のＮｉＣｒからなる密着層１１の側面１１ｃに、Ｐｔの蒸着粒子が回り込んで付着する。それによって、Ｐｔからなる第１の電極層１２を、密着層１１の側面１１ｃを覆うように形成することができる。

なお、チャンバー内に導入するガスとしては、Ａｒを好適に用いることができる。また、拡散防止層１３を構成するＴｉの成膜時及び第２の電極層１４を構成しているＡｌの成膜時には、チャンバー内の真空度を再度高める。それによって、蒸着粒子の垂直入射性を高める。よって、拡散防止層１３及び第２の電極層１４を図１に示すように成膜することができる。

なお、上記ＩＤＴ電極３の各層の厚みは特に限定されないが、本実施形態では、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＮｉＣｒ＝１５０／１０／８０／１０（単位はｎｍ）とした。なお、Ｐｔからなる第１の電極層１２の厚みは、十分な質量を圧電基板２に加えてレイリー波の反射係数を高めるために、ある程度厚いことが好ましい。また、Ａｌからなる第２の電極層１４の厚みについても、１５０ｎｍと比較的厚くする。それによって、導電性を十分に高めることができ、損失を低減することができる。拡散防止層１３は、相互拡散を防止するために設けられているものであるため、厚みは、第１の電極層１２及び第２の電極層１４よりも薄くされていることが好ましい。密着層１１についても、密着性を高めるために設けられているものであるため、厚みは第１の電極層１２や第２の電極層１４よりも薄くされていることが好ましい。なぜならば、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値は、誘電体層ＳｉＯ_２と電極全体の厚み比率における電極全体の比率が小さくなるほど小さくなる。よって電気特性と周波数温度係数ＴＣＦを両立させるためには、ＰｔとＡｌ以外の電極層は薄くされていることが望ましい。そのため、密着層の厚みはＰｔやＡｌよりも薄くされていることが好ましいからである。

なお、本実施形態では、第１の電極層１２がＰｔからなり、ＮｉＣｒからなる密着層１１上に直接設けられている。ＰｔとＮｉＣｒとは相互拡散が生じ難い。従って、相互拡散による問題は生じ難い。

また、ＮｉＣｒからなる密着層１１が、第１の電極層１２で被覆されているため、拡散防止層１３や第２の電極層１４などの第１の電極層１２よりも上方の電極層を構成している材料は、ＮｉＣｒとの相互拡散性等を考慮することなく選択することができる。

なお、密着層１１は、ＮｉＣｒに限らず、Ｔｉにより形成されていてもよい。すなわち、密着層を構成する金属は、圧電基板に対する密着性が第１の電極層１２よりも高い金属材料であれば適宜の金属を用いることができる。このような金属としては、ＮｉＣｒやＴｉが挙げられ、ＮｉＣｒが好ましい。

また、第１の電極層１２は、レイリー波による応答を十分に大きくするには、Ａｌよりも密度の高い金属であることが必要である。Ａｌよりも密度が高い金属としては、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕまたはＭｏなどが挙げられる。第１の電極層１２は、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ及びＭｏからなる群から選択した１種であることが望ましい。それによって、レイリー波の応答を十分大きくすることができる。

また、第４の電極層としての拡散防止層１３は必須ではないが、両側の電極層間における金属の拡散を防止し得る適宜の金属からなる。このような金属または金属化合物としては、Ｔｉ、ＴｉＮ，ＴｉＯｘなどを好適に用いることができる。もっとも、第１の電極層１２がＡｕである場合、Ａｕよりも電気抵抗が高いＡｌにより第２の電極層１４を形成してもよい。

上記の通り、密着層、第１の電極層及び第２の電極層を構成する材料の組み合わせは特に限定されない。例えば、第１の実施形態では、圧電基板とは反対側から順に、ＡｌＣｕまたはＡｕ／Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕまたはＭｏ／ＮｉＣｒや、ＡｌＣｕまたはＡｌ／ＰｔまたはＡｕ／Ｔｉなどの組み合わせが好適に用いられる。

また、上記第１の実施形態では、ＩＤＴ電極３を構成している各金属膜の形成に際し真空蒸着法を用いたが、スパッタリング法などの他の堆積法を用いてもよい。

図３は、第２の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。第２の実施形態の弾性波装置２１は、前述した誘電体層６を有していないこと、並びに密着層１１上に第３の電極層１５が設けられていることを除いては、弾性波装置１と同様に構成されている。

弾性波装置２１のように、誘電体層６を有しておらずともよい。この理由としては、誘電体層６を有していないことで電気機械結合係数が大きくなり、弾性波装置の通過帯域を広くすることができるからである。

この場合、空気中の湿気がＩＤＴ電極３に直接接触し得る。しかしながら、密着層１１の側面１１ｃが、第１の電極層１２により覆われているため、弾性波装置２１においても耐候性を効果的に高めることができる。

本実施形態のように、密着層１１上に、第３の電極層１５を介して第１の電極層１２が間接的に設けられていてもよい。第３の電極層１５は、Ｔｉからなる。この理由としては、密着層１１の上にＴｉからなる第３の電極層１５を設けることで、第３の電極層１５の直上の電極層の結晶配向性が高まり、弾性波装置の耐電力性を向上させることができるからである。

また、Ｔｉからなる第３の電極層１５の側面１５ａと、密着層１１の側面１１ｃとが、第１の電極層１２により覆われている。

弾性波装置２１のように、密着層１１の側面１１ｃは、密着層１１の直上ではなく、直上の第３の電極層１５よりも上方に位置している第１の電極層１２により覆われていてもよい。

第１の電極層１２は、第１の実施形態と同様にＰｔからなるため、ＮｉＣｒやＴｉよりもイオン化傾向が小さく、耐候性に優れている。よって、ＩＤＴ電極３の耐候性が効果的に高められている。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。弾性波装置３１では、ＮｉＣｒからなる密着層１１の側面１１ｃが、Ｔｉからなる第３の電極層１５により覆われている。すなわち、密着層１１の側面１１ｃは、密着層１１の直上の第３の電極層１５により覆われている。第３の電極層１５の側面が、密着層１１側から第２の電極層１４側にいくにつれて第３の電極層１５の中央側にいくように傾斜している。この場合、Ｔｉが金属表面に腐食作用に抵抗する酸化被膜である不動態を作るため、ＮｉＣｒよりも耐候性に優れている。そのため、第３の実施形態においても、耐候性を効果的に高めることができる。

図５は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。弾性波装置４１では、第１の電極層１２にテーパーが設けられている。すなわち、第１の電極層１２の側面１２ａが、密着層１１側から第２の電極層１４側に向かうにつれて、すなわち図５において上方に向かうにつれて第１の電極層１２の中央側にいくように傾斜している。その他の点は、弾性波装置４１は、弾性波装置１と同様である。

本実施形態のように、第１の電極層１２にテーパーが設けられていると、誘電体層６をスパッタリングなどの堆積法により成膜した場合、誘電体層６と第１の電極層１２との間に空隙が生じ難い。従って、耐候性をより効果的に高めることができる。

弾性波装置４１は、その他の構造は弾性波装置１と同様であるため、弾性波装置１と同様の作用効果を奏する。

図６は、第５の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き拡大正面断面図である。

弾性波装置５１では、密着層１１にテーパーが付与されている。すなわち、密着層１１の側面１１ｆが、圧電基板２側から第１の電極層１２側に向かうにつれて、すなわち上方にいくにつれて、密着層１１の中央側にいくように傾斜されている。このように、密着層１１の側面１１ｆが傾斜されて、密着層１１にテーパーが付与されていてもよい。この場合には、密着層１１の側面１１ｆを確実に覆うように、第１の電極層１２を容易に形成することができる。さらに、この場合には、側面１１ｆを覆っている第１の電極層１２部分もまた、傾斜面である側面１２ａとなる。従って、弾性波装置４１の場合と同様に、誘電体層６と第１の電極層１２との間の空隙が生じ難い。

弾性波装置５１は、その他の構成は弾性波装置１と同様であるため、弾性波装置１と同様の作用効果を奏する。

１…弾性波装置
２…圧電基板
２ａ，２ｂ…第１，第２の主面
３…ＩＤＴ電極
３ａ…電極指
４，５…反射器
６…誘電体層
１１…密着層
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１１ｃ…側面
１１ｆ…側面
１２…第１の電極層
１２ａ…側面
１３…拡散防止層
１４…第２の電極層
１５…第３の電極層
１５ａ…側面
２１，３１，４１，５１…弾性波装置

Claims (14)

1. 電極形成面を有する圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、
   を備え、
   前記ＩＤＴ電極が、
   前記圧電基板の前記電極形成面に接するように設けられた密着層と、
   前記密着層上に設けられた、少なくとも２以上の電極層と、
   を含み、
   前記少なくとも２以上の電極層は、
   前記密着層上に設けられており、密度がＡｌよりも高い第１の電極層と、
   前記第１の電極層上に設けられており、前記第１の電極層よりも密度が低く、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第２の電極層と、を含み、
   前記少なくとも２以上の電極層のうちの１つの電極層が、前記密着層より耐候性が高く、前記密着層の側面を覆うように設けられており、前記密着層の側面を覆うように形成された電極層が、前記第１の電極層である、弾性波装置。
2. 電極形成面を有する圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、
   を備え、
   前記ＩＤＴ電極が、
   前記圧電基板の前記電極形成面に接するように設けられた密着層と、
   前記密着層上に設けられた、少なくとも２以上の電極層と、
   を含み、
   前記少なくとも２以上の電極層は、
   前記密着層上に設けられており、密度がＡｌよりも高い第１の電極層と、
   前記第１の電極層上に設けられており、前記第１の電極層よりも密度が低く、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第２の電極層と、を含み、
   前記少なくとも２以上の電極層のうちの１つの電極層が、前記密着層より耐候性が高く、前記密着層の側面を覆うように設けられており、前記ＩＤＴ電極が、前記密着層と前記第１の電極層との間に設けられた第３の電極層をさらに有し、
   前記密着層の側面を覆うように形成された電極層が、前記第３の電極層である、弾性波装置。
3. 前記ＩＤＴ電極が、前記密着層と前記第１の電極層との間に設けられた第３の電極層をさらに有し、
   前記第１の電極層は、前記密着層及び前記第３の電極層の側面を覆っている、請求項１に記載の弾性波装置。
4. 前記第１の電極層の側面が、前記密着層側から前記第２の電極層側にいくにつれて前記第１の電極層の中央側にいくように傾斜している、請求項１または３に記載の弾性波装置。
5. 前記第３の電極層の側面が、前記密着層側から前記第２の電極層側にいくにつれて前記第３の電極層の中央側にいくように傾斜している、請求項２に記載の弾性波装置。
6. 前記ＩＤＴ電極を覆うように、前記圧電基板上に設けられた誘電体層をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
7. 前記密着層の側面が、前記圧電基板上から前記密着層の側面を覆うように形成された電極層側にいくにつれて前記密着層の中心に近づくように傾斜されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
8. 前記密着層は、前記第１及び第２の電極層よりも薄い、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
9. 前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に、前記第１の電極層と前記第２の電極層間における金属拡散を防止する、拡散防止層を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
10. 前記拡散防止層は、前記第１及び第２の電極層よりも薄い、請求項９に記載の弾性波装置。
11. 前記誘電体層が、酸化ケイ素からなる、請求項６に記載の弾性波装置。
12. 前記密着層が、ＮｉＣｒまたはＴｉからなる金属層を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
13. 前記第１の電極層が、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ及びＭｏからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
14. 前記耐候性が高いとは、イオン化傾向が低い、又は、金属が不動態を作ることによって耐腐食性が向上することである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。

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