JPH0810812B2

JPH0810812B2 - 弾性表面波コンボルバ

Info

Publication number: JPH0810812B2
Application number: JP29329486A
Authority: JP
Inventors: 猛岡本; 照夫新妻; 昭一皆川
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63144610A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は圧電膜と半導体で構成されるモノリシック弾
性表面波（以下本明細書においてはSAWと略記する。）
コンボルバの構造に関する。

B.発明の概要半導体基板上に圧電膜を形成し、その圧電膜上に矩形
状の出力ゲート電極の両側それぞれに少なくとも２個の
同じSAWトランスデューサ（以下本明細書においてはIDT
と略記する。）を設ける。それらの複数個のIDTのうち
出力ゲート電極を挟さむ任意の１対を入力トランスデュ
ーサとする。

本発明の有利な実施の態様においては、上記複数個の
IDTは少なくとも３個であって、IDTの電極対数をＮに設
計した場合には、複数の同じ電極対数をN/2とし、それ
らのIDTの電極周期が連続となるようにする。それらのI
DTのうち隣接する２個のIDTを連結して一体化し、それ
らの一体化した入力IDTがゲートを挟んで１対存在す
る。

C.従来の技術従来、SAW素子は水晶、ニオブ酸リチウム、等の単結
晶基板や、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、等の圧電体膜
を非圧電体のガラス、シリコン、等の基板上に形成して
構成されている。SAW素子は、これらの材料を用いて、
フィルタ、共振器、遅延線、等と組み合せて、小型、無
調整というSAWの特徴を利用して、広く実用化されてい
る。

しかし、無調整とは言っても、生産工程においては、
結晶基板の面方位軸の精度、工程上のSAW伝播方向と結
晶軸の間の誤差、IDTの金属膜厚の誤差および分布やIDT
の電極幅、等により中心周波数や遅延時間にばらつきが
生じる。したがって、SAW素子の動作状態においてのト
リミングが必要になる。

このトリミングの方法はSAW素子表面に種々の誘電膜
を形成し、SAWの伝播速度を可変にする方法や、IDT電極
等にレーザ光を照射し、電極金属を熔断する方法が考察
されている。

しかし、これらの方法は素子自体を加工するため、素
子に損傷を与える危険性がある。特にSAWと半導体を組
み合わせた素子においては、半導体に損傷を与える危険
性が大きい。

また、上述のトリミング方法においては、蒸着機、ス
パッタ装置、またはレーザ装置を用いるので、高価であ
り、さらに大きな空間が必要になる欠点がある。さら
に、圧電体膜をスパッタリング法や蒸着法により非圧電
体基板上に形成した層状構造のSAW素子においては、圧
電体膜の膜厚の目標値からのずれまたはウェハ内の膜厚
分布が特性のばらつきを生じさせる。例えば、第11図に
示すように、圧電体である酸化亜鉛膜７を非圧電体であ
るシリコン９上に形成した層状構造において、酸化亜鉛
膜の膜厚ｈに対するSAWの速度ｖ（m/s）の関係の一例を
第12図に示す。図中、λはSAWの波長であり、１はレー
リー波は、２はセザワ波についての速度分散曲線であ
る。酸化亜鉛膜の膜厚ｈとSAWの波長λの間には一定の
関係があり、圧電体７の膜厚ｈにより速度が大きく変化
することがわかる。

第13図は第11図に示す素子の平面図およびSAWコンボ
ルバとして用いる時の電気的構成を示す。図中、３は層
状構造からなる基板であり、コンボルバの出力ゲート６
は入力IDT4,5間に設けられている。13,14は入力IDT用整
合回路、15は出力ゲート用整合回路であり、それぞれは
端子10,10′;11,11′；および12を介して接続されてい
る。

例えば、第11図および第13図に示すコンボルバをスペ
クトラム拡散通信（Spread Spectrum Communication）
（以下本明細書においてはSSCと略記する。）受信機と
して用いる場合には、端子16に目的信号を、端子17に参
照信号を入力し、端子18からそれぞれの入力信号の相関
出力が得られる。

この動作において、例えば両入力拡散信号が端子16お
よび17に入力されてから端子18が相関出力が発生するま
での時間は第14図に示す出力ゲート６のSAW伝播方向の
長さｌに依存する。第14図の19は第13図のIDT4から右方
向に伝播するSAWを示し、20はIDT5から左方向に伝播す
るSAWを示す。例えば、両入力信号が同時に端子16およ
び17に入力された場合には、第14図に示すように、ゲー
ト６上に丁度両入力信号が重なった時刻において相関出
力が得られる。

すなわち、信号が入力されてから相関出力が発生する
までの時間Ｔはゲート長ｌだけSAWが伝播した後であ
る。たゞし、端子16から端子10,10′までの時間、端子1
7から端子11,11′までの時間は、一般に、ゲート長ｌに
対応する遅延時間に対して無視できるので、ｖをSAWの
速度とすれば、Ｔは（１）式で表わされる。

（１）式で表わされるSAWの速度ｖは、上述したよう
に、酸化亜鉛膜の膜厚ｈによりばらつく。したがって、
SSC受信機において、入力信号が印加されてから相関出
力を得るまでの時間にばらつきが生じる。

このような圧電膜のウェハ内における膜厚分布および
目標の膜厚からのずれは作製方法および作製装置に依存
するが、一般に生じる問題である。そして、ある膜厚範
囲または遅延時間範囲を満足する部分をウェハから選択
すればよいが、この場合には歩留りが低下する。

D.発明が解決しようとする問題点本発明の目的は、層状構造のSAWコンボルバにおい
て、遅延時間を調整するに当り、素子に損傷を与えず
に、容易に調整を可能にする、安価なSAWコンボルバを
提供することである。

E.問題点を解決するための手段上記目的を達成するために、本願の第１の発明による
SAWコンボルバは、半導体基板と、該半導体基板の上に
設けられた圧電膜と、該圧電膜の上に設けられ出力端子
に接続されたゲート電極と、上記圧電膜上であって、上
記ゲート電極の両側に設けられていて、該ゲート電極の
少なくとも一方の側の弾性表面波の共通伝搬路上に複数
個並設された各々同等な弾性表面波入力トランスデュー
サと、を含み、上記ゲート電極の各々の側で目的とする
遅延時間を有する入力トランスデューサが少なくとも１
つずつ選択され夫々入力端子に接続されたことを要旨と
する。

本願の第２の発明によるSAWコンボルバは、半導体基
板と、該半導体基板の上に設けられた圧電膜と、該圧電
膜の上に設けられ出力端子に接続されたゲート電極、お
よび、上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の一方の
側の弾性表面波の共通伝搬路上に並設された同等の少な
くとも３個以上の弾性表面波トランスデューサを、また
他方の側で少なくとも１個の弾性表面波トランスデュー
サを、含み、上記３個以上のトランスデューサは夫々の
電極周期が連続となるように配置され、かつ上記３個以
上のトランスデューサのうちから選択された２つの隣接
するトランスデューサの各１対のボンディングパッド部
同士が連結され、該連結されたボンディングパッド部が
夫々一方の１対の入力端子に接続されていることを要旨
とする。

F.作用本発明のSAWコンボルバでは、ゲード電極の少なくと
も一方の側で、１つ又は複数個の電極が選択されて接続
され、所望の遅延時間を得ている。

G.実施例第１図及び第２図は本発明によるSAWコンボルバの一
実施例の平面図及び断面図で、図中、26は圧電体膜、27
は半導体、21,22,23,24は夫々入力IDT、25は出力ゲート
電極、28,28′,29,29′は入力IDT用端子、30,31は入力
端子、32,33は入力整合回路、34は出力端子、34′は出
力整合回路である。

第２図に示す断面図のように、半導体として例えばシ
リコン27を、そしてその上に圧電体膜例えば酸化亜鉛膜
26をスパッタリング法等により形成する。そして酸化亜
鉛膜26上に金属から成る複数個の入力IDT21〜24、矩形
状の出力ゲート25を形成する。

第１図に示すように、入力IDT21〜24は出力ゲート25
の左右の両端に、そしてSAWの伝播路状に複数個配置す
る。そして、第１図では左右に２個づゝのIDTを設けて
あるが、例えばゲートの左端のIDT21,22のうちいずれか
一方を入力IDT用端子28,28′に接続する。また、同様
に、ゲートの右端のIDT23,24のうちいずれか一方を入力
IDT用端子29,29′に接続する。

このように、入力IDT21,22および23,24が重ならない
ようにすることにより、入力端子30,31に入力信号を印
加すれば、IDT21,22のどちらか一方とIDT23,24のどちら
か一方からSAWが発生し、それぞれのIDTと出力ゲート25
の間の距離および出力ゲート25の長さ、SAWの速度から
決まる遅延時間の後に相関出力が端子34より発生する。

したがって、一方の入力IDTを２個以上、そして同様
に他方のIDTを２個以上出力ゲートの両端に設けて、目
的の遅延時間範囲になるようなIDTを選択し、入力IDT用
端子28,28′と29,29′に接続することにより、入力信号
が印加されてから相関出力を得るまでの遅延時間を調整
することができる。

こゝで、入力IDT用端子に無接続となるIDTが存在する
が、一般に、コンボルバは広帯域信号を取り扱うため
に、IDTの電極対数は少ない。したがって、これらの無
接続IDTがSAW伝播路上に存在していても、反射波等の不
要波レベルは非常に小さいために、無視できる。もしこ
れらのIDTによる機械的反射を軽減しなければならない
ときは、IDTをダブル電極構造にすればよい。

第１図の複数個のIDTは目的のIDTインピーダンス、帯
域幅から決定する電極対数Ｎを持った、全て同様なIDT
である。

第３図に示すように、例えば出力ゲート25の左側のID
T部について、IDT21,22の中心間距離がl₁だけ離れてい
るとすると、IDT21と22による遅延時間差ΔＴは（２）
式になり、そして、IDT21,22が重ならない条件（３）が要求され
る。

l₁＞Ｎλ （３）ここでλはSAWの波長である。

（２）および（３）式から第１図および第３図ではそれぞれ２個のIDTがゲート
の左側と右側に設けられているが、２個以上設けられて
いる場合にも、同様に（４）式のようにΔＴだけ離散的
な遅延時間差になる。このΔＴを小さくできれば、遅延
時間に対してより細かな調整が可能となる。以下にこの
方法について説明する。

第４図は出力ゲート25の左側のIDTについての構造を
示す。ここで入力IDTの電極対数をＮとなるように設計
した場合には、IDT35〜37の電極対数はN/2であり、そし
て、それぞれの電極周期が連続になるように３個の同等
なIDTをSAWの伝播方向に沿って配置する。ここで、3
5′,36′,37′はIDT35〜37のボンディングパッド部であ
る。

ここで、例えばIDT36,37のボンディングパッド36′,3
7′の隣合うものどうしをボンディングワイヤ等により
接続した、入力IDT用端子に接続すれば、IDT36と37を一
体とするIDTが入力IDTとなる。また、同様にIDT35,36の
ボンディングパッド35′,36′を接続し、入力IDT用端子
に接続すれば、IDT35,36を一体とするIDTが入力IDTとな
る。

それぞれの35′,36′,37′の電極対数はN/2であり、
電極周期が連続となっているので、一体化した入力IDT
は設計したＮの電極対数となる。

この場合の遅延時間差ΔＴは第５図より（７）式にな
る。

（５）および（６）式からこのように（４）式に較べ少なくとも1/2になる。し
たがってより細かな遅延時間調整となる。

以上第４図および第５図では、ゲートの左側のIDTに
ついて述べたが、ゲート25の右側のIDTについても同様
に構成する。

また、第４図および第５図では、電極対数N/2を持っ
た３個のIDTについて述べたが、３以上のN/2対を持った
複数の同等なIDTを構成し、隣り合った２個のIDTをボン
ディングワイヤ等により連結して、一つの電極対数Ｎを
持つ入力IDTとすることにより、より広い遅延時間調整
が可能となる。

なお、第２図に示す酸化亜鉛膜26とシリコン27の間
に、第６図に示すように、シリコン表面の保護膜として
シリコン酸化膜38を形成してもよい。また、第１図から
第６図までのSAWコンボルバにおいて、SAWとしてセザワ
波を用いることにより、大きな電気−機械結合を得るこ
とができるので、効率が高いコンボルバを得ることがで
きる。さらに、文献日本音響学会講演論文集昭57年10月
第591頁から第592頁に掲載されている浅井、その他の論
文に詳細にまとめられているように、シリコン27として
（100）面でSAWの伝播方向を［110］方向および（110）
面で［100］方向の伝播の場合において特に電気−機械
結合係数が大きい。したがって、コンボルバにおいて広
帯域化が可能であり、また効率も大きくなる特徴があ
る。

第４図および第５図においては、ボンディングパッド
間をボンディングワイヤで接続したが、第７図に示すよ
うに、それぞれのIDTからの端子のうち例えば40と41、4
0′と41′、42と43、42′と43′のように隣接する端子
を接続してそれぞれ入力IDTとすることができる。

また、第８図に示すように、IDTに対向するシリコン
酸化膜38上に金属膜45を形成すれば、IDTでの電気−機
械結合係数は増大するためにより有効である。（上記文
献参照）第８図においてシリコン酸化膜38が薄い場合には、金
属膜45はシリコン酸化膜38の上ではなくて、第９図に示
すように、シリコン酸化膜38とシリコン27の間に配置し
ても同等な効果を得ることができる。

第８図の構成においては、IDT部では金属膜45上に酸
化亜鉛膜26が形成され、出力ゲート電極部25ではシリコ
ン酸化膜38上に酸化亜鉛膜26が形成される。しかし、第
９図においては、IDT部と出力ゲート電極の両者の領域
でシリコン酸化膜上に酸化亜鉛膜が形成されるので、酸
化亜鉛膜の膜質が均一になる特徴を有している。さら
に、第９図においては、IDTに対向するシリコン方面に
金属層45を形成することはイオン注入により高不純物密
度領域を形成することに等しい。

さらに、IDTはゲート電極部25の両側に必ずしも複数
個設けられる必要はなく、第10図に示すように、片側で
は単数であっても類似の効果が得られることは明らかで
ある。

H.発明の効果以上説明した通り、本発明によれば、SAWコンボルバ
において、信号が入力してから相関出力を得るまでの遅
延時間調整を容易で、安価で素子に損傷を与えずに行な
うことができる。また、この調整方法および構造により
遅延時間に多少のばらつきがあっても調整可能なために
歩留りが向上する。

また、コンボルバは一般に広帯域信号を取り扱うか
ら、入力IDTの電極対数は小さいので、この部分を複数
個設けても必要な面積はそれほど大きくはならない。

さらにこれらの複数個のIDTを設けるための工程は出
力ゲート電極等と一体化して作製するので、何ら従来の
工程に対して増すものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるSAWコンボルバの平面図、第２図
はその断面図、第３図から第５図までは本発明を説明す
るためのIDTとゲート電極の上面図、第６図および第８
図から第10図までは本発明の四つの異なった実施の態様
によるSAWコンボルバの断面図、第７図は本発明の一実
施の態様によるSAWコンボルバの上面図、第11図はSAWコ
ンボルバの一般的構成を示す断面図、第12図は波長とSA
W伝播速度の関係を示すグラフ、第13図は従来のSAWコン
ボルバの上面図、第14図はSAW伝播方向を説明するため
の概念図である。 26……圧電体膜、27……半導体、21,22,23,24……入力I
DT、25……出力ゲート、28,28′,29,29′……入力IDT用
端子、30,31……入力端子、34は出力端子、32,33……入
力整合回路、34′……出力整合回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）半導体基板、（ｂ）該半導体基板の上に設けられた圧電膜、（ｃ）該圧電膜の上に設けられ出力端子に接続されたゲ
ート電極、および（ｄ）上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の両側に
設けられていて、該ゲート電極の少なくとも一方の側の
弾性表面波の共通伝搬路上に複数個並設された各々同等
な弾性表面波入力トランスデューサと、を含み、上記ゲ
ート電極の各々の側で目的とする遅延時間を有する入力
トランスデューサが少なくとも１つずつ選択され夫々入
力端子に接続されたことを特徴とする弾性表面波コンボ
ルバ。
【請求項２】上記圧電膜が酸化亜鉛膜であり、上記半導
体がシリコンであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項３】さらに、上記酸化亜鉛膜とシリコンの間に
シリコン酸化膜を有することを特徴とする特許請求の範
囲第２項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項４】弾性表面波としてセザワ波を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項に記載の
弾性表面波コンボルバ。
【請求項５】シリコンのカット面が（100）であり、弾
性表面波の伝播方向が［110］であることを特徴とする
特許請求の範囲第４項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項６】シリコンのカット面が（110）であり、弾
性表面波の伝播方向が［100］であることを特徴とする
特許請求の範囲第４項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項７】上記酸化亜鉛膜とシリコン酸化膜の間の弾
性表面波トランスデューサに対向する領域に金属膜を有
することを特徴とする特許請求の範囲第５項または第６
項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項８】上記シリコン表面の弾性表面波トランスデ
ューサに対向する領域に高不純物密度層を有することを
特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項に記載の
弾性表面波コンボルバ。
【請求項９】上記弾性表面波トランスデューサがダブル
電極構造を持つことを特徴とする特許請求の範囲第７項
または第８項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１０】（ａ）半導体基板、（ｂ）該半導体基板の上に設けられた圧電膜、（ｃ）該圧電膜の上に設けられ出力端子に接続されたゲ
ート電極、および（ｄ）上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の一方の
側で弾性表面波の共通伝搬路上に並設された同等の少な
くとも３個以上の弾性表面波トランスデューサを、また
他方の側で少なくとも１個の弾性表面波トランスデュー
サを、含み、上記３個以上のトランスデューサは夫々の
電極周期が連続となるように配置され、かつ上記３個以
上のトランスデューサのうちから選択された２つの隣接
するトランスデューサの各１対のボンディングパッド部
同士が連結され、該連結されたボンディングパッド部が
夫々一方の１対の入力端子に接続されていることを特徴
とする弾性表面波コンボルバ。
【請求項１１】上記複数のトランスデューサの隣接する
２個のトランスデューサの連結が夫々のトランスデュー
サのボンディングパッド部をワイヤボンディングで接続
することで行われたことを特徴とする特許請求の範囲第
10項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１２】上記圧電膜が酸化亜鉛膜であり、上記半
導体がシリコンであることを特徴とする特許請求の範囲
第10項又は第11項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１３】さらに、上記酸化亜鉛膜とシリコンの間
にシリコン酸化膜を有することを特徴とする特許請求の
範囲第12項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１４】弾性表面波としてセザワ波を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第12項または第13項に記載
の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１５】シリコンのカット面が（100）であり、
弾性表面波の伝播方向が［110］であることを特徴とす
る特許請求の範囲第14項に記載の弾性表面波コンボル
バ。
【請求項１６】シリコンのカット面が（110）であり、
弾性表面波の伝播方向が［100］であることを特徴とす
る特許請求の範囲第14項に記載の弾性表面波コンボル
バ。
【請求項１７】上記酸化亜鉛膜とシリコン酸化膜の間の
弾性表面波トランスデューサに対向する領域に金属膜を
有することを特徴とする特許請求の範囲第15項又は第16
項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項１８】上記シリコン表面の弾性表面波トランス
デューサに対向する領域に高不純物密度層を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の弾性表面波
コンボルバ。
【請求項１９】弾性表面波としてセザワ波を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第12項又は第13項に記載の
弾性表面波コンボルバ。
【請求項２０】シリコンのカット面が（100）であり、
弾性表面波の伝播方向が［110］であることを特徴とす
る特許請求の範囲第19項に記載の弾性表面波コンボル
バ。
【請求項２１】シリコンのカット面が（110）であり、
弾性表面波の伝播方向が［100］であることを特徴とす
る特許請求の範囲第19項に記載の弾性表面波コンボル
バ。
【請求項２２】上記酸化亜鉛膜とシリコン酸化膜の間の
弾性表面波トランスデューサに対向する領域に金属膜を
有することを特徴とする特許請求の範囲第20項または第
21項に記載の弾性表面波コンボルバ。
【請求項２３】上記シリコン表面の弾性表面波トランス
デューサに対向する領域に高不純物密度層を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第20項又は第21項に記載の
弾性表面波コンボルバ。
【請求項２４】上記弾性表面波トランスデューサがダブ
ル電極構造を持つことを特徴とする特許請求の範囲第22
項又は第23項に記載の弾性表面波コンボルバ。