JPH10270978A

JPH10270978A - 表面弾性波素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10270978A
Application number: JP10052824A
Authority: JP
Inventors: L Dreyfus David; デイビッド・エル・ドレイファス; S Holmes Joseph; ジョセフ・エス・ホームズ
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1998-10-09
Also published as: US5838089A

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電層の特性を向上させることができ、これ
により、優れた音響特性を有する表面弾性波素子を容易
に得ることができる表面弾性波素子及びその製造方法を
提供する。【解決手段】基板２上に表面弾性波を伝播するダイヤ
モンド層１が形成されており、このダイヤモンド層１上
には櫛形トランスデューサ電極４が形成されている。そ
して、ダイヤモンド層１とトランスデューサ電極４を覆
うように、極めて薄い厚さのＳｉＯ₂からなる中間層３
が形成されており、この中間層３上に圧電層５が形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド層を有
する表面弾性波素子及びその製造方法に関し、特に、優
れた特性の圧電層を有する表面弾性波素子及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、弾性波素子の材料とし
て好適な材料である。これは、ダイヤモンド材が従来の
弾性波素子の材料よりも優れた特性を有しており、ダイ
ヤモンド材を使用した表面弾性波（ＳＡＷ）素子はマイ
クロエレクトロニクスと圧電体との結合を促進するから
である。

【０００３】また、ダイヤモンドは、熱膨張係数が低
く、機械的硬度、熱伝導率及びヤング率等が高いという
特徴を有しているので、音響的な利用に適している。例
えば、ダイヤモンドダイヤフラムは、例えば、高温フィ
ラメントＣＶＤ反応器内において回転感受体及び曲線状
フィラメントを使用して生産される市販のオーディオス
ピーカーに使用されており、これによりスピーカーダイ
ヤフラムが形成されている。これらのダイヤモンドを利
用したダイヤフラムは、容易に入手することができ、従
来のダイヤフラムと比較して優れた周波数応答特性を示
している。

【０００４】ところで、情報システムの分野において
は、高周波用素子に対する要求が高まっている。しか
し、従来の表面弾性波素子においては、表面弾性波の伝
播速度ｖ_SAWによってその特性が規制されている。Ａｌ
ＰＯ₄、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＳｉＯ₂等の通常の
圧電体材料の表面弾性波速度は、３０００乃至４０００
ｍ／ｓの範囲である。この表面弾性波速度は、多層のＺ
ｎＯ／ダイヤモンド層と多層のＡｌＮ／ダイヤモンド層
からなる多層構造を構成することにより、高速化するこ
とができる。そこで、高速の表面弾性波伝播速度が得ら
れるこれらの新しい多層構造により、ＧＨｚ周波数帯に
おける熱安定性及び周波数特性を改善することができ
る。

【０００５】マイクロ弾性波の分野は１９６０年代後期
から開発が始まっており、広帯域信号の伝送を改善する
ための新しい技術分野となっている。そして、過去１０
年間において、多数の素子構造と応用が著しく成長して
いる。近時、通信機関で使用されている市販の素子とし
ては、１０ＭＨｚ乃至４．４ＧＨｚ用の遅延線及びフィ
ルタ（濾波器）、共振器、多重通信方式、二重電信アン
テナ、高調波素子、パルス圧縮のためのチャープフィル
タ、音響電荷運搬素子、発振器並びに周波数シンセサイ
ザ等がある。

【０００６】また、表面弾性波素子は表面近傍領域に高
密度の音響エネルギーを有しているので、この領域にお
いて物理的な特性の高感度試験用として使用することが
でき、例えば、ガス及び蒸気センサ、圧力センサ、熱セ
ンサ、化学センサ並びにフローセンサとして使用され
る。このような素子は、一般に、マイクロエレクトロニ
クス法により、シリコンを使用して作製され、比較的軽
量で小さく、機械的強度が高い。

【０００７】表面弾性波素子は、一般に、弾性波を発生
するための圧電媒体（圧電層）及び弾性波の伝幡媒体と
なる櫛形トランスデューサ（変換器）（ＩＤＴ;interdi
gital transducer）金属電極を有している。この伝播媒
体は圧電媒体自体から構成されてもよい。圧電現象は、
石英、リチウムニオべート、アルミニウム窒化物及び亜
鉛酸化物等の非中心対称性結晶における弾性ひずみと電
気分極との結合により発生する。表面弾性波の材料を選
択する重要な基準としては、圧電体結晶の配向及び切り
方、電気的機構又は圧電体結合係数ｋ²、表面弾性波伝
播速度ｖ_SAW、周波数熱係数ＦＴＣ並びに製造の容易性
等がある。これらの表面弾性波の伝播特性は、一般的に
は結晶の配向により決定される。例えば、ＬｉＮｂＯ₃
とＬｉＴａＯ₃は優れた圧電体結合を示すが、熱に敏感
である。また、石英は、周波数熱係数ＦＴＣの１次の次
数が０であるが、圧電体結合係数ｋ²の値は比較的小さ
い。

【０００８】従来の表面弾性波フィルタは、薄膜電圧励
起入出力ＩＤＴ金属電極を有している。この薄い金属電
極は圧電層の表面に接触して形成されている。そして、
隣接する電極間の電界が時間的に変化することにより、
入力電気信号が表面弾性波に変換される。出力信号を生
成するためには、実質的に同一の過程を逆に実施して、
濾波された信号を出力ＩＤＴ金属電極に誘導する。フィ
ルタの中心周波数は、対向するＩＤＴ金属電極の間隔と
ＩＤＴ金属電極の規則的な配列間隔とによって決定され
る。例えば、ＩＤＴ金属電極の配列間隔をλ₀／４（λ₀
は弾性波の波長）と設計することにより、そのフィルタ
の中心周波数ｆ₀は、ｆ₀＝ｖ_SAW／λ₀となる。この例に
おいて、約４０００ｍ／ｓのｖ_SAWを有するＬｉＮｂＯ₃
から製造される素子に対して５ＧＨｚの中心周波数を得
るためには、ＩＤＴ金属電極の間隔を０．４μｍとする
必要がある。

【０００９】種々の材料の特性及びその比較データを表
１に示す。下記表１において、ε_LFは材料の低周波浸透
性である。ε₀は自由空間の浸透性、ｖ_SAWは表面弾性波
の速度、ｋ²は電気-機械的結合係数、また、ＦＴＣは周
波数熱係数である。

【００１０】

【表１】全体のサイズが数百ミクロンとなるサブミクロンオーダ
ーの微細な櫛形金属電極は、素子中の回路の短絡（ショ
ート）の原因となるマイグレーションが発生するという
問題を有している。そこで、このようなサブミクロンオ
ーダーの表面弾性波素子においては、フィーチャサイズ
を０．４ミクロン以下とすることにより、長期的な信頼
性がより一層改善されると期待されている。また、高周
波動作を実行するために、高調波の利用が提案されてい
るが、高調波はフィルタの基本周波数と比較すると、信
号の大きさが大幅に減衰してしまう。従って、表面弾性
波素子の動作の上限周波数は、位相速度により決定され
ることになる。

【００１１】上記表１に示すように、ダイヤモンドは高
周波表面弾性波素子を製造する材料として最も好適なも
のである。即ち、ダイヤモンドは等軸晶系の材料であ
り、圧電効果を示さないが、層構造を用いて圧電材料と
カップリングすることにより、表面弾性波素子を形成す
ることができる。そして、ダイヤモンドを使用した表面
弾性波素子は、他のどの材料を使用した場合よりも速い
弾性波速度を示す。例えば、表面弾性波素子の材料の表
面配向が弾性波の伝播速度の絶対値に影響を与えるが、
ダイヤモンド膜を使用した表面弾性波素子の場合には、
平均して、縦方向弾性波が１８，０００ｍ／ｓ、せん断
波が１２，０００ｍ／ｓ、表面弾性波が１１，０００ｍ
／ｓの速度で伝播する。

【００１２】このように、ダイヤモンド膜を使用した表
面弾性波素子の表面弾性波の速度は、ＬｉＮｂＯ₃膜を
使用した表面弾性波素子の約３倍となっている。金属電
極の配列間隔がλ₀／４に設計される場合には、ダイヤ
モンド膜を有する２．５ＧＨｚ用弾性波素子は、１μｍ
の配線幅と間隔とを必要とする。従って、例えば、従来
の表面弾性波材料から製造された２．５ＧＨｚ用弾性波
素子のフィーチャサイズが０．２５乃至０．５μｍであ
るのに対し、ダイヤモンドを使用することにより、２．
５ＧＨｚを超える周波数で動作する素子をより一層大き
なフィーチャサイズで製造することができる。

【００１３】このように、ダイヤモンド膜を使用した弾
性波素子のフィーチャサイズは、他の材料を使用した弾
性波素子よりも大きくなる。従って、ダイヤモンド膜を
弾性波素子の材料として使用すると、現在のＩＤＴフィ
ーチャサイズを使用することができ、ダイヤモンド膜を
使用した弾性波素子を製造するために、微細加工に有利
なリソグラフィの道具を使用する必要がない。また、高
周波表面弾性波素子において、金属マイグレーションの
影響が最小限度に抑制することができる。サブミクロン
技術を使用することなく、１ＧＨｚを越える周波数帯で
動作することができる素子を高歩留まりで作製すること
ができ、素子の品質が向上すると共に、生産コストが低
減する。

【００１４】ところで、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ
素子は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deosition）ダイヤモ
ンド膜を使用して形成されており、近時の遠隔通信及び
将来的な個人情報システムの材料として最も期待されて
いる。素子を試作した結果、ＣＶＤダイヤモンド膜が表
面弾性波素子に好適であることが示される。ＡｌＮ、Ｇ
ａＮ、ＳｉＣ等のダイヤモンド以外の材料も、ダイヤモ
ンドと同様に期待される材料である。ＧａＡｓ膜を使用
した表面弾性波素子においては、表面弾性波速度が２８
００ｍ／ｓまでであり低速であるが、このＧａＡｓ膜
は、ＧａＡｓ膜を使用した集積化されたマイクロエレク
トロニクス、オプトエレクトロニクス、マイクロ弾性波
素子の製造に重要である。また、ＧａＡｓ及び他のIII
−Ｖ族の活性電子デバイスは、現在はギガヘルツ周波数
帯で使用されている。低コストで、大面積、十分に制御
された鏡のように滑らかな表面を得ることにより、ダイ
ヤモンド膜を使用した表面弾性波素子を有効に使用する
ことができる。

【００１５】そこで、近時、種々の構造を有しており、
ダイヤモンド膜上に堆積された種々の圧電体を有する表
面弾性波フィルタが開示されている。また、ダイヤモン
ド膜を使用した共振回路、コンバルバー、位相シフター
用等の他の構造も開示されている。特に、ダイヤモンド
結晶膜とＡｌＮ薄膜との間にＳｉＯ₂層を使用すると、
高い電気-機械結合係数と高位相速度の表面弾性波素子
を製造することができることが開示されている（山本，
「表面弾性波素子」，ＵＳＰ第５，２３５，２３３
号）。これによると、ＳｉＯ₂層の厚さは十分に薄いの
で、素子の表面弾性波特性に影響を与えることはない。
また、上記従来技術においては、ＳｉＯ₂層の厚さが、
圧電体ＡｌＮ層の厚さの０．０１乃至０．１倍であるこ
とが望ましいとしている。

【００１６】他に、シリコン基板、ダイヤモンド膜又は
ダイヤモンド状炭素層、ＺｎＯ圧電層及び櫛形電極を有
する表面弾性波素子が開示されている（中畑及び藤森
ら，「表面弾性波素子」，ＵＳＰ第５，１６０，８６９
号）。また、構成要素の相対的な配置構造が異なる４種
の表面弾性波素子が提案されている。これらの４種の表
面弾性波素子のうち、タイプＩとタイプIIは、ダイヤモ
ンド膜又はダイヤモンド状炭素層と圧電層との間に櫛形
電極が埋め込まれた構成を有するものである。

【００１７】更に、従来の表面弾性波よりも高周波で作
用し、挿入損失が少ない表面弾性波素子を製造する方法
が開示されている（中畑等，「表面弾性波素子の製造方
法」，米国特許第５，３２０，８６５号）。この表面弾
性波素子は、ダイヤモンド層とＺｎＯ層との間に埋め込
まれた櫛形電極を有している。

【００１８】更にまた、ダイヤモンド層と、圧電層と、
ダイヤモンド層の表面に形成された櫛形電極とを有する
表面弾性波素子が提案されている（今井等，「表面弾性
波素子とその製造方法」，米国特許第５，３２９，２０
８号）。この表面弾性波素子は、気相成長法によるダイ
ヤモンド層の形成に使用された基板に、ダイヤモンド層
の表面が接触している。また、ダイヤモンド層と圧電層
の間に埋め込まれた櫛形電極についても開示されてい
る。

【００１９】更にまた、ＩＤＴ構造と圧電層との組み合
わせについても、種々のものが開示されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、圧電層の特性を十分に向上させ
ることはできない。また、近時、より一層優れた特性を
有する表面弾性波素子の開発が要求されており、この特
性を満足する表面弾性波素子及びその製造方法は未だ得
られていない。

【００２１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、圧電層の特性を向上させることができ、こ
れにより、優れた音響特性を有する表面弾性波素子を容
易に得ることができる表面弾性波素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面弾性波
素子は、基板と、前記基板上に形成され表面弾性波を伝
播するダイヤモンド層と、このダイヤモンド層上に形成
され表面弾性波を発生する圧電層と、を有する表面弾性
波素子において、前記ダイヤモンド層と前記圧電層との
間に形成されダイヤモンド以外の材料からなる第１中間
層を有することを特徴とする。

【００２３】このダイヤモンド層と前記第１中間層との
間に電極又は地板が形成されていることが好ましく、こ
のとき、前記ダイヤモンド層と前記電極又は地板との間
にダイヤモンド以外の材料からなる第２中間層が形成さ
れていることが望ましい。また、電極は圧電層の上に形
成されていてもよく、これらの電極は櫛形トランスデュ
ーサ電極とすることができる。

【００２４】前記第１及び第２中間層は１０乃至１００
０Åの厚さを有することが好ましく、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓ
ｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₃、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ及びＢＮからなる群から選択された少なくと
も１種の材料からなることが望ましい。また、前記第１
及び第２中間層は、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ
₂、ａ−ＴｉＣ、ａ−Ｓｉ₃Ｎ₄、ａ−Ａｌ₂Ｏ₃、ａ−Ｔ
ｉＯ₃、ａ−ＡｌＮ、ａ−ＧａＮ、ａ−ＢＮ、ａ−Ｚｎ
Ｏ、ａ−Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,
Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−ＬｉＴａＯ₃、ａ−ＬｉＮｂＯ₃、ａ−Ｔ
ａ₂Ｏ₅、ａ−Ｎｂ₂Ｏ₅、ａ−ＢｅＯ、ａ−Ｌｉ₂Ｂ
₄Ｏ₇、ａ−ＫＮｂＯ₃、ａ−ＺｎＳ、ａ−ＡｌＮ、ａ−
ＺｎＳｅ及びａ−ＧａＡｓからなる群から選択された少
なくとも１種の材料からなるもの又はＳｉＯ₂からなる
ものであってもよい。

【００２５】前記圧電層は、ＺｎＯ、Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)
Ｏ₃、（Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｌｉ
ＮｂＯ₃、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢｅＯ、Ｌｉ
₂Ｂ₄Ｏ₇、ＫＮｂＯ₃、ＺｎＳ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＧ
ａＡｓからなる群から選択された少なくとも１種の材料
からなるものとすることができる。

【００２６】本発明に係る表面弾性波素子の製造方法
は、基板上に表面弾性波を伝播するダイヤモンド層を形
成する工程と、前記ダイヤモンド層上にダイヤモンド以
外の材料からなる第１中間層を形成する工程と、前記第
１中間層上に表面弾性波を発生する圧電層を形成する工
程と、を有することを特徴とする。また、前記ダイヤモ
ンド層を形成する工程と前記第１中間層を形成する工程
との間に、前記ダイヤモンド層の上に電極又は地板を形
成する工程を有していてもよく、前記ダイヤモンド層を
形成する工程と前記電極又は地板を形成する工程との間
に、前記ダイヤモンド層の上にダイヤモンド以外の材料
からなる第２中間層を形成する工程を有することが好ま
しい。更に、圧電層の上に電極を形成する工程を有して
いてもよい。

【００２７】従来の技術において、櫛形トランスデュー
サ電極を覆う膜又はこれを埋設する膜を有する表面弾性
波素子は開示されているが、これらのいずれの従来技術
においても、この電極を覆うか又は埋設するＳｉＯ₂層
（中間層）が形成された表面弾性波素子については開示
されておらず、電極を覆う層が有する効果についても明
らかにされていない。

【００２８】本発明においては、ダイヤモンド層と圧電
層との間にダイヤモンド以外の材料からなる第１中間層
を形成しているので、ダイヤモンド層の上に直接圧電層
を形成した場合と比較して、この第１中間層上に形成さ
れた圧電層の結晶粒子構造を均一化することができる。
また、ダイヤモンド層上に電極又は地板等を形成した場
合であっても、この電極又は地板等を第１中間層で覆う
構造となるので、第１中間層上に形成された圧電層は均
一な粒子構造を有するものとなる。このように、均一な
粒子構造を有する圧電層を形成すると、圧電層の伝播損
失が低下して、優れた特性を有する圧電層を得ることが
でき、その結果、表面弾性波素子として優れた音響効果
を得ることができる。また、ダイヤモンド層上にダイヤ
モンド以外の材料からなる下側中間層（第２中間層）を
形成し、電極又は地板を形成した後、更に、上側中間層
（第１中間層）を形成して、電極又は地板が実質的に第
１及び第２中間層に埋設されるように構成すると、電極
又は地板のダイヤモンド層への固着性を高めることがで
きると共に、圧電層の電気-機械結合係数を高めること
ができる。

【００２９】なお、本発明において、ダイヤモンド層と
は、Ｃ（炭素）原子のみの結晶からなるダイヤモンド構
造の層の他に、Ｃ原子及びＨ（水素）原子の非晶質体か
らなるダイヤモンド状炭素層も含んでいる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る表面
弾性波素子について、添付の図面を参照して具体的に説
明する。

【００３１】図１は本発明の第１の実施例に係る表面弾
性波素子の構造を示す断面図である。図１に示すよう
に、シリコン基板２上にはダイヤモンド層１が形成され
ている。このダイヤモンド層１は、水素で希釈されたメ
タン等のガスを含む炭素ガスを、グロー放電で分解する
ことにより形成される。また、ダイヤモンド層１の上に
は、櫛形トランスデューサ電極（ＩＤＴ電極）４が形成
されている。この櫛形トランスデューサ電極４は、ダイ
ヤモンド層１の上に、アルミニウム膜等の金属膜を堆積
した後、通常のフォトリソグラフィ工程により金属膜が
パターニングされることにより形成される。

【００３２】更に、化学的蒸着法又はスパッタリング法
により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）からなる極めて薄
い中間層（第１中間層）３がダイヤモンド層１及び櫛形
トランスデューサ電極４の上に形成されている。なお、
中間層３は、櫛形トランスデューサ電極４がダイヤモン
ド層１と中間層３の間に実質的に埋め込まれるように、
櫛形トランスデューサー電極４を覆っている。このと
き、櫛形トランスデューサ電極の電気的な接続点は、ダ
イヤモンド層１と中間層３との間に埋め込まれていな
い。

【００３３】更にまた、ＺｎＯターゲットを使用した高
周波マグネトロンスパッタリングにより、中間層３の上
にＺｎＯからなる圧電層５が形成されている。この圧電
層５は、直流パルススパッタリング又は化学的蒸着法等
の他の手法を使用して形成されたものであってもよい。
圧電層５が圧電作用を示すためには、スパッタリングさ
れたＺｎＯ膜（圧電層５）が、各結晶粒子のｃ軸が互い
に実質的に平行となるように結晶構造又は多結晶構造が
構成されている必要がある。このようにして、表面波を
伝播する弾性波素子が構成されている。

【００３４】このように構成された弾性波構造（音響構
造）を有する表面弾性波素子においては、ダイヤモンド
層１中を表面弾性波が伝播されるようになっている。こ
のとき、ダイヤモンド層１と圧電層５との間に中間層３
が形成されており、この中間層３により圧電層５の粒子
構造の均一性を高めているので、圧電層５の圧電作用を
より一層高めることができる。なお、中間層３の厚さが
１０乃至１００００Åである場合、望ましくは、５０乃
至１００Åである場合には、中間層３はＳＡＷ素子の弾
性波特性に影響することはない。また、薄い中間層３
は、非晶質又は非圧電材料からなるものとすることがで
きる。但し、その材料が単結晶又は多結晶であるか、又
は各結晶粒子のｃ軸が互いに平行となるように構成され
ているものであれば、圧電作用を示すＺｎＯのような材
料からなる極めて薄い膜であっても中間層３の材料とし
て使用することができる。

【００３５】図２はダイヤモンド層及び櫛形トランスデ
ューサ電極上に高周波マグネトロンスパッタリングによ
り直接堆積されたＺｎＯ層を３００００倍の倍率で撮影
した走査型電子顕微鏡写真である。また、図３はダイヤ
モンド層及び櫛形トランスデューサ電極上に高周波マグ
ネトロンスパッタリングにより直接堆積されたＺｎＯ層
を撮影した他の走査型電子顕微鏡写真である。図２にお
いて中央部から上部に向けて観察されるＶ字状の領域、
及び図３において中央部に観察される帯状の領域は、ダ
イヤモンド層と櫛形トランスデューサ電極との境界領域
に形成されたＺｎＯ層を示し、このＺｎＯ層の粒子構造
は他の領域よりも大きい粒子構造を有している。また、
Ｖ字状領域又は帯状領域よりも上部の領域は、櫛形トラ
ンスデューサ電極（アルミニウム層）の上に形成された
ＺｎＯ層を示しており、Ｖ字状領域又は帯状領域よりも
下部の領域は、ダイヤモンド層上に直接形成されたＺｎ
Ｏ層を示している。このように、ダイヤモンド層と櫛形
トランスデューサ電極との境界領域上に形成されたＺｎ
Ｏ層の結晶粒子の構造は、他の領域に形成されたＺｎＯ
層の結晶粒子の構造と根本的に異なっている。また、ダ
イヤモンド層上に形成されたＺｎＯ層は、比較的均一な
小さい結晶粒子と、不均一に分布した大きい結晶粒子と
により構成された構造を有している。

【００３６】図４はダイヤモンド層及びトランスデュー
サ電極の表面を覆う中間層上に高周波マグネトロンスパ
ッタリングにより堆積されたＺｎＯ層を３００００倍の
倍率で撮影した走査型電子顕微鏡写真である。なお、こ
の中間層はＳｉＯ₂からなるものであり、約５００Åの
厚さを有している。また、図５はダイヤモンド層及びト
ランスデューサ電極の表面を覆う中間層上に高周波マグ
ネトロンスパッタリングにより堆積されたＺｎＯ層を撮
影した他の走査型電子顕微鏡写真である。なお、図４に
おいて中央部から上部に向けて観察されるＶ字状の領
域、及び図５において中央部に観察される帯状の領域
は、ダイヤモンド層と櫛形トランスデューサ電極との境
界領域の上の中間層上に形成されたＺｎＯ層を示す。ま
た、Ｖ字状領域又は帯状領域よりも上部の領域は、櫛形
トランスデューサ電極（アルミニウム層）の上の中間層
上に形成されたＺｎＯ層を示し、Ｖ字状領域又は帯状領
域よりも下部の領域は、ダイヤモンド層の上の中間層上
に形成されたＺｎＯ層を示している。

【００３７】図２乃至５に示すように、アルミニウム層
とダイヤモンド層の境界領域の上の中間層上に形成され
たＺｎＯ層は、この境界領域に直接形成されたＺｎＯ層
と比較すると、均一で微細な粒子構造を有している。ま
た、トランスデューサ電極及びダイヤモンド層の上の中
間層上に形成されたＺｎＯ層についても、極めて優れた
均一な微細構造を有している。

【００３８】図４及び図５を図２及び図３と比較した結
果、ダイヤモンド層及びトランスデューサ電極の上にダ
イヤモンド以外の材料からなる薄い中間層を形成し、こ
の中間層の上にＺｎＯ圧電層を形成すると、全ての位置
におけるＺｎＯ圧電層の結晶粒子構造をより一層均一化
できる。

【００３９】なお、本発明において、圧電層の材料とし
てＺｎＯの他に、Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚ
ｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、ＳｉＯ₂、Ｔ
ａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢｅＯ、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＫＮｂＯ₃、
ＺｎＳ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＧａＡｓ等を使用するこ
とができる。また、圧電層の材料としては、フッ化物、
ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオ
ロエチレンとの共重合体、ナイロン７及びナイロン１１
等の有機圧電体材料を使用してもよい。

【００４０】また、中間層３を形成する材料として、Ｓ
ｉＯ₂の他に、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｓｉ₃
Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₃、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＢＮ等を
使用することができる。更に、中間層３を形成する材料
として、非晶質（アモルファス）の材料を使用すること
もできる。このような非晶質の中間層材料としては、ａ
−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ₂、ａ−ＴｉＣ、ａ−
Ｓｉ₃Ｎ₄、ａ−Ａｌ₂Ｏ₃、ａ−ＴｉＯ₃、ａ−ＡｌＮ、
ａ−ＧａＮ、ａ−ＢＮ、ａ−ＺｎＯ、ａ−Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔ
ｉ)Ｏ₃、ａ−(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−ＬｉＴ
ａＯ₃、ａ−ＬｉＮｂＯ₃、ａ−Ｔａ₂Ｏ₅、ａ−Ｎｂ
₂Ｏ₅、ａ−ＢｅＯ、ａ−Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ａ−ＫＮｂＯ₃、
ａ−ＺｎＳ、ａ−ＡｌＮ、ａ−ＺｎＳｅ及びａ−ＧａＡ
ｓ等がある。これらの材料においては、非晶質の材料で
あることを、ａ−と表示している。例えば、ａ−Ｓｉと
は、非晶質シリコンを示している。

【００４１】図６は本発明の第２の実施例に係る表面弾
性波素子の構造を示す断面図である。図６に示す第２の
実施例において、図１に示す第１の実施例と同一物には
同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図６に
示すように、シリコン基板２の上にダイヤモンド層１が
形成されており、このダイヤモンド層１の上には、アル
ミニウム等の金属薄膜からなる地板６が選択的に形成さ
れている。また、この地板６上には、通常、１ミクロン
以下の厚さである極めて薄い中間層３が形成されてお
り、この中間層３上には圧電層５が形成されている。更
に、圧電層５上には、櫛形トランスデューサ電極（ＩＤ
Ｔ電極）４が選択的に形成されている。これにより、ト
ランスデューサ電極４は、中間層３上に形成された圧電
層５によって地板６から分離されている。即ち、薄膜構
造の地板６は、ダイヤモンド層１と中間層３との間に埋
め込まれた構造となっている。なお、地板とは、接地さ
れた導体板をいう。

【００４２】このように構成された第２の実施例に係る
表面弾性波素子においては、地板６を覆う中間層３が形
成されているので、第１の実施例と同様に、地板６上に
形成された圧電層５の粒子構造を均一化する効果を得る
ことができる。なお、本実施例において、中間層３の材
料としては、例えば、ＳｉＯ₂を使用することが好まし
いが、第１の実施例において示した種々の材料を使用す
ることもできる。

【００４３】本実施例において、地板６上に中間層３が
形成されていると、特に、地板６の周端部に近い領域に
おける圧電層５の粒子構造の均一化に効果的である。し
かし、地板６の上に中間層３を形成することなく圧電層
５を形成する場合と比較すると、圧電層５の粒子構造の
均一性は、地板６の周端部から離れた領域であっても向
上する。

【００４４】第１及び第２の実施例に示すように、ダイ
ヤモンド層と圧電層との間に中間層を形成すると、トラ
ンスデューサ電極４又は地板６がダイヤモンド層又はダ
イヤモンド状炭素層の上に形成されておらず、圧電層５
が直接ダイヤモンド層１又はダイヤモンド状炭素層の上
に形成される場合でも、圧電層５の粒子構造の均一性を
向上させることができる。このとき、図２及び図３に示
すように、ダイヤモンド層１の上に直接形成されたＺｎ
Ｏ層（圧電層）の粒子構造は、比較的均一な小さい結晶
粒子と、不均一に広く分布している結晶粒子との両方か
ら構成されている。一方、図４及び図５に示すように、
薄い中間層３上に圧電層５を形成すると、この圧電層５
の粒子構造は、ダイヤモンド層の上に直接形成された圧
電層の粒子構造と比較して、均一性が向上している。即
ち、トランスデューサ電極が圧電層の上に形成される場
合であっても、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素
層と、圧電層との間に中間層を形成すると、圧電層の粒
子構造の均一性を向上させることができる。

【００４５】図７は本発明の第３の実施例に係る表面弾
性波素子の構造を示す断面図である。図７に示す第３の
実施例において、図１に示す第１の実施例と同一物には
同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図７に
示すように、シリコン基板２上にはダイヤモンド層１が
形成されており、このダイヤモンド層１上には下側中間
層７が、例えば１μｍよりも薄い膜厚で形成されてい
る。また、下側中間層７の上には、櫛形トランスデュー
サ電極（ＩＤＴ電極）４が選択的に形成されており、こ
のトランスデューサ電極４は中間層７により、ダイヤモ
ンド層１と分離されている。更に、トランスデューサ電
極４及びこの電極４が形成されていない領域における下
側中間層７の上には、上側中間層３が形成されており、
これにより、トランスデューサ電極４は下側中間層７と
上側中間層３との間に埋め込まれている。更にまた、上
側中間層３の上には圧電層５が形成されている。

【００４６】このように構成された第３の実施例におい
ては、ダイヤモンド層１と圧電層５との間に中間層７及
び３が形成されているので、第１及び第２の実施例と同
様に、圧電層の粒子構造の均一性を高めることができ
る。また、電気的な接続が必要となる部分を除いて、ト
ランスデューサ電極４全体が中間層に埋め込まれている
ので、トランスデューサ電極４のダイヤモンド層１への
固着性を高めることができる。

【００４７】図８は本発明の第４の実施例に係る表面弾
性波素子の構造を示す断面図である。図８に示すよう
に、図８に示す第４の実施例において、図６及び７に示
す第２及び第３の実施例と同一物には同一符号を付し
て、その詳細な説明は省略する。図８に示すように、ダ
イヤモンド層１上には下側中間層７が形成されており、
この下側中間層７上には地板６が選択的に形成されてい
る。また、地板６及びこの地板６が形成されていない領
域における下側中間層７上には、上側中間層３が形成さ
れており、その上には圧電層５が形成されている。更
に、圧電層５の上には、櫛形トランスデューサ電極（Ｉ
ＤＴ電極）４が選択的に形成されている。

【００４８】このように構成された第４の実施例におい
ても、ダイヤモンド層１と圧電層５との間に中間層７及
び３が形成されているので、第１乃至第３の実施例と同
様に、圧電層の結晶構造を均一化することができる。

【００４９】なお、第３及び第４の実施例においては、
第１及び第２の実施例と同様に、中間層７及び３はＳｉ
Ｏ₂からなるものとすることが好ましく、例えば、結晶
性のＳｉＯ₂又は非晶質ＳｉＯ₂(ａ−ＳｉＯ₂)を中間層
７及び３の材料として使用することが望ましい。この中
間層７及び３の材料としては、ＳｉＯ₂の他に、Ｓｉ、
ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔｉ
Ｏ₃、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＢＮ等を使用することができ
る。また、特に、非晶質の材料からなる中間層を形成す
ることが望ましく、その材料としては例えば、ａ−Ｓ
ｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ₂、ａ−ＴｉＣ、ａ−Ｓｉ₃
Ｎ₄、ａ−Ａｌ₂Ｏ₃、ａ−ＴｉＯ₃、ａ−ＡｌＮ、ａ−Ｇ
ａＮ、ａ−ＢＮ、ａ−ＺｎＯ、ａ−Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)
Ｏ₃、ａ−(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−ＬｉＴａＯ
₃、ａ−ＬｉＮｂＯ₃、ａ−Ｔａ₂Ｏ₅、ａ−Ｎｂ₂Ｏ₅、ａ
−ＢｅＯ、ａ−Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ａ−ＫＮｂＯ₃、ａ−Ｚｎ
Ｓ、ａ−ＡｌＮ、ａ−ＺｎＳｅ及びａ−ＧａＡｓ等を使
用することができる。これらの材料においても、非晶質
の材料であることを、ａ−と表示している。

【００５０】なお、本発明は、上述の第１乃至第４の実
施例に限定されるものではなく、種々の形態及び態様で
実現することができる。また、種々の層の厚さについて
も特に限定されない。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ダイヤモンド層と圧電層との間に中間層を形成している
ので、中間層上に圧電層を形成した場合に、均一な粒子
構造を有する圧電層を得ることができ、これにより、圧
電層の伝播損失が低下して、優れた特性を有する圧電層
を得ることができ、表面弾性波素子として優れた音響効
果を得ることができる。また、電極又は地板が実質的に
中間層に埋設されるように構成すると、電極又は地板の
ダイヤモンド層への固着性を高めることができると共
に、圧電層の電気−機械結合係数を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。

【図２】ダイヤモンド層及び櫛形トランスデューサ電極
上に高周波マグネトロンスパッタリングにより直接堆積
されたＺｎＯ層を３００００倍の倍率で撮影した走査型
電子顕微鏡写真である。

【図３】ダイヤモンド層及び櫛形トランスデューサ電極
上に高周波マグネトロンスパッタリングにより直接堆積
されたＺｎＯ層を撮影した他の走査型電子顕微鏡写真で
ある。

【図４】ダイヤモンド層及びトランスデューサ電極の表
面を覆う中間層上に高周波マグネトロンスパッタリング
により堆積されたＺｎＯ層を３００００倍の倍率で撮影
した走査型電子顕微鏡写真である。

【図５】ダイヤモンド層及びトランスデューサ電極の表
面を覆う中間層上に高周波マグネトロンスパッタリング
により堆積されたＺｎＯ層を撮影した他の走査型電子顕
微鏡写真である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係る表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係る表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１；ダイヤモンド層２；基板３、７；中間層４；トランスデューサ電極５；圧電層６；地板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョセフ・エス・ホームズアメリカ合衆国，ノースカロライナ州 27709，リサーチトライアングルパーク，ピー．オー．ボックス 13608，ティー．ダブリュ．，アレクサンダードライブ 79，4401ビルディング，コウベステイールユーエスエイインク，エレクトロニックマテリアルズセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成され表面弾性
波を伝播するダイヤモンド層と、このダイヤモンド層上
に形成され表面弾性波を発生する圧電層と、を有する表
面弾性波素子において、前記ダイヤモンド層と前記圧電
層との間に形成されダイヤモンド以外の材料からなる第
１中間層を有することを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２】前記ダイヤモンド層と前記第１中間層と
の間に形成された電極を有することを特徴とする請求項
１に記載の表面弾性波素子。
【請求項３】前記ダイヤモンド層と前記電極との間に
形成されダイヤモンド以外の材料からなる第２中間層を
有することを特徴とする請求項２に記載の表面弾性波素
子。
【請求項４】前記圧電層の上に形成された電極を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波素子。
【請求項５】前記ダイヤモンド層と前記第１中間層と
の間に形成された地板を有することを特徴とする請求項
１に記載の表面弾性波素子。
【請求項６】前記ダイヤモンド層と前記地板との間に
形成されダイヤモンド以外の材料からなる第２中間層を
有することを特徴とする請求項５に記載の表面弾性波素
子。
【請求項７】前記圧電層の上に形成された電極を有す
ることを特徴とする請求項５又は６に記載の表面弾性波
素子。
【請求項８】前記電極は櫛形トランスデューサ電極で
あることを特徴とする請求項２、３、４及び７のいずれ
か１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項９】前記第１中間層は１０乃至１０００Åの
厚さを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
か１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項１０】前記第１中間層は、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓ
ｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₃、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ及びＢＮからなる群から選択された少なくと
も１種の材料からなることを特徴とする請求項１乃至９
のいずれか１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項１１】前記第１中間層は、ａ−Ｓｉ、ａ−Ｓ
ｉＣ、ａ−ＳｉＯ₂、ａ−ＴｉＣ、ａ−Ｓｉ₃Ｎ₄、ａ−
Ａｌ₂Ｏ₃、ａ−ＴｉＯ₃、ａ−ＡｌＮ、ａ−ＧａＮ、ａ
−ＢＮ、ａ−ＺｎＯ、ａ−Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−
(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−ＬｉＴａＯ₃、ａ−Ｌ
ｉＮｂＯ₃、ａ−Ｔａ₂Ｏ₅、ａ−Ｎｂ₂Ｏ₅、ａ−Ｂｅ
Ｏ、ａ−Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ａ−ＫＮｂＯ₃、ａ−ＺｎＳ、ａ
−ＡｌＮ、ａ−ＺｎＳｅ及びａ−ＧａＡｓからなる群か
ら選択された少なくとも１種の材料からなることを特徴
とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表面弾性
波素子。
【請求項１２】前記第１中間層はＳｉＯ₂からなるこ
とを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の
表面弾性波素子。
【請求項１３】前記圧電層は、ＺｎＯ、Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔ
ｉ)Ｏ₃、（Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ₃、ＬｉＴａＯ₃、
ＬｉＮｂＯ₃、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢｅＯ、
Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＫＮｂＯ₃、ＺｎＳ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及
びＧａＡｓからなる群から選択された少なくとも１種の
材料からなることを特徴とする請求項１乃至１２のいず
れか１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項１４】前記圧電層はＺｎＯからなることを特
徴とする請求項１３に記載の表面弾性波素子。
【請求項１５】前記第２中間層は１０乃至１０００Å
の厚さを有することを特徴とする請求項３及び６乃至１
４のいずれか１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項１６】前記第２中間層は、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓ
ｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₃、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ及びＢＮからなる群から選択された少なくと
も１種の材料からなることを特徴とする請求項３及び６
乃至１５のいずれか１項に記載の表面弾性波素子。
【請求項１７】前記第２中間層は、ａ−Ｓｉ、ａ−Ｓ
ｉＣ、ａ−ＳｉＯ₂、ａ−ＴｉＣ、ａ−Ｓｉ₃Ｎ₄、ａ−
Ａｌ₂Ｏ₃、ａ−ＴｉＯ₃、ａ−ＡｌＮ、ａ−ＧａＮ、ａ
−ＢＮ、ａ−ＺｎＯ、ａ−Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−
(Ｐｂ、Ｌａ)(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ₃、ａ−ＬｉＴａＯ₃、ａ−
ＬｉＮｂＯ₃、ａ−Ｔａ₂Ｏ₅、ａ−Ｎｂ₂Ｏ₅、ａ−Ｂｅ
Ｏ、ａ−Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ａ−ＫＮｂＯ₃、ａ−ＺｎＳ、ａ
−ＡｌＮ、ａ−ＺｎＳｅ及びａ−ＧａＡｓからなる群か
ら選択された少なくとも１種の材料からなることを特徴
とする請求項３及び６乃至１５のいずれか１項に記載の
表面弾性波素子。
【請求項１８】前記第２中間層はＳｉＯ₂からなるこ
とを特徴とする請求項３及び６乃至１５のいずれか１項
に記載の表面弾性波素子。
【請求項１９】基板上に表面弾性波を伝播するダイヤ
モンド層を形成する工程と、前記ダイヤモンド層上にダ
イヤモンド層以外の材料からなる第１中間層を形成する
工程と、前記第１中間層上に表面弾性波を発生する圧電
層を形成する工程と、を有することを特徴とする表面弾
性波素子の製造方法。
【請求項２０】前記ダイヤモンド層を形成する工程と
前記第１中間層を形成する工程との間に、前記ダイヤモ
ンド層の上に電極を形成する工程を有することを特徴と
する請求項１９に記載の表面弾性波素子の製造方法。
【請求項２１】前記ダイヤモンド層を形成する工程と
前記電極を形成する工程との間に、前記ダイヤモンド層
の上にダイヤモンド以外の材料からなる第２中間層を形
成する工程を有することを特徴とする請求項２０に記載
の表面弾性波素子の製造方法。
【請求項２２】前記圧電層を形成する工程の後に、前
記圧電層の上に電極を形成することを特徴とする請求項
１９に記載の表面弾性波素子の製造方法。
【請求項２３】前記ダイヤモンド層を形成する工程と
前記第１中間層を形成する工程との間に、前記ダイヤモ
ンド層の上に地板を形成する工程を有することを特徴と
する請求項１９に記載の表面弾性波素子の製造方法。
【請求項２４】前記ダイヤモンド層を形成する工程と
前記地板を形成する工程との間に、前記ダイヤモンド層
の上にダイヤモンド以外の材料からなる第２中間層を形
成する工程を有することを特徴とする請求項２３に記載
の表面弾性波素子の製造方法。
【請求項２５】前記圧電層を形成する工程の後に、前
記圧電層の上に電極を形成する工程を有することを特徴
とする請求項２３又は２４に記載の表面弾性波素子の製
造方法。