JPWO2011145449A1

JPWO2011145449A1 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JPWO2011145449A1
Application number: JP2012515808A
Authority: JP
Inventors: 木村　哲也; 哲也木村; 康之伊田; 真理佐治
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-07-22
Also published as: CN102893521B; WO2011145449A1; US20130069481A1; US9368712B2; CN102893521A

Abstract

圧電基板の上に、ＩＤＴ電極を覆うように形成された誘電体膜を備える弾性表面波装置において、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性の改善を図る。本発明に係る弾性表面波装置１は、表面に溝１０ａが形成されている圧電基板１０と、ＩＤＴ電極１１と、誘電体膜１２とを備えている。ＩＤＴ電極１１は、溝１０ａ内に位置している第１の電極層１１ａと、溝１０ａ外に位置している第２の電極層１１ｂとを有する。誘電体膜１２は、圧電基板１０の上に、ＩＤＴ電極１１を覆うように形成されている。第２の電極層１１ｂは、圧電基板１０とは反対側に向かって先細っている。

Description

本発明は、弾性表面波装置に関する。特に、本発明は、圧電基板の上に形成された溝にＩＤＴ電極の一部が埋め込まれており、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている誘電体膜を有する弾性表面波装置に関する。

近年、例えば弾性表面波を利用した弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタなどの弾性表面波装置が広く用いられるようになってきている。

弾性表面波装置は、圧電基板と、圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを備えている。弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極において励振された弾性波が圧電基板の表面上を弾性表面波として伝搬する。

弾性表面波装置において、圧電基板としては、ＬｉＮｂＯ_３基板やＬｉＴａＯ_３基板などが一般的に用いられている。これらＬｉＮｂＯ_３基板やＬｉＴａＯ_３基板は、負の周波数温度係数（ＴＣＦ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する。このため、ＬｉＮｂＯ_３基板やＬｉＴａＯ_３基板を圧電基板として用いた場合、温度変化に伴って弾性表面波装置の周波数特性が変化してしまう。このことに鑑み、例えば、下記の特許文献１には、圧電基板の上に形成された溝にＩＤＴ電極の一部が埋め込まれており、さらにＩＤＴ電極を覆うように、正のＴＣＦを有するＳｉＯ_２膜を形成することにより、弾性表面波装置の周波数特性の温度依存性を低減することが記載されている。

また、弾性表面波装置では、上述のような周波数温度特性改善とは異なり、耐電圧性を向上することなどを目的として、圧電基板の上に、ＩＤＴ電極を覆うように誘電体膜を形成することがある。

ＷＯ２０１０／０１６１９２Ａ１号公報

しかしながら、圧電基板の上に、ＩＤＴ電極を覆うように誘電体膜を形成した場合、良好な周波数特性が得られなくなる場合がある。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板の上に、ＩＤＴ電極を覆うように形成された誘電体膜を備える弾性表面波装置において、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性の改善を図ることにある。

本発明者らは、鋭意研究の結果、誘電体膜を形成した場合に周波数特性が劣化する原因が、誘電体膜とＩＤＴ電極との間に隙間が形成されてしまうことにあることを見出し、その結果、本発明を成すに至った。

本発明に係る弾性表面波装置は、圧電基板と、ＩＤＴ電極と、誘電体膜とを備えている。圧電基板の表面には、溝が形成されている。ＩＤＴ電極は、溝内に位置している第１の電極層と、溝外に位置している第２の電極層とを有する。誘電体膜は、圧電基板の上に、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている。第２の電極層は、圧電基板とは反対側に向かって先細っている。

本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、第１の電極層は、圧電基板側に向かって先細っている。

本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、第２の電極層の横断面形状は、台形状である。第２の電極層の横断面における下底の長さ（Ｒ）に対する上底の長さ（Ｔ）の比（Ｔ／Ｒ）は、０．８〜０．９９の範囲内にある。この構成によれば、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性をさらに改善することができる。

なお、本発明において、「台形状」には、上底や下底、側辺の少なくとも一部が曲線により構成されているものや、角部が面取りまたはＲ面取り状である台形状も含まれるものとする。

本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、第２の電極層の横断面における下底の長さ（Ｒ）に対する高さ（ＨＴ）の比（ＨＴ／Ｒ）は、０．１〜０．２５の範囲内にある。この構成によれば、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性をさらに改善することができる。

本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、誘電体膜は、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる。

本発明では、ＩＤＴ電極のうち、溝外に位置している第２の電極層は、圧電基板とは反対側に向かって先細っている。このため、ＩＤＴ電極と誘電体膜との間に隙間が生じることを抑制することができる。従って、弾性表面波の散乱などを抑制することができる。また、誘電体膜を形成することによる耐電圧性や周波数温度特性の改善効果が十分に得られる。その結果、弾性表面波装置の高い周波数特性を実現することができる。

図１は、本発明を実施した一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図である。図２は、本発明を実施した一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。図３は、第１の変形例に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。図４は、比較例に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１及び図２に示す、弾性表面波共振子である弾性表面波装置１を例に挙げて説明する。但し、弾性表面波装置１は、単なる例示である。本発明に係る弾性表面波装置は、弾性表面波装置１に何ら限定されない。本発明に係る弾性表面波装置は、例えば弾性表面波フィルタ装置であってもよい。

図１は、本実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図である。図２は、本実施形態に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。なお、図１では、描画の便宜上、誘電体膜１２の描画は省略している。

図１及び図２に示すように、弾性表面波装置１は、圧電基板１０を備えている。圧電基板１０は、適宜の圧電材料により形成することができる。圧電基板１０は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＺｎＯ、水晶などにより形成することができる。

圧電基板１０の上には、互いに間挿し合っている一対のくし歯電極を有するＩＤＴ電極１１が形成されている。弾性表面波装置１では、このＩＤＴ電極１１において励振された弾性波が、圧電基板１０の表面を弾性表面波として伝搬することにより弾性表面波装置１の機能が実現されている。

圧電基板１０の上には、ＩＤＴ電極１１を覆うように、誘電体膜１２が形成されている。本実施形態では、この誘電体膜１２は、ＩＤＴ電極１１が形成されている圧電基板１０の表面の保護、弾性表面波装置１の耐電圧性や周波数温度特性の向上などを目的として形成されている。なお、周波数温度特性の向上を図る場合は、誘電体膜１２は、圧電基板１０と正負の異なるＴＣＦを有する材料または、圧電基板１０と正負が同じであるものの、絶対値が小さなＴＣＦを有する材料により形成されていることが好ましい。例えば、圧電基板１０がＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３などの負のＴＣＦを有する材料により形成されている場合は、誘電体膜１２は、ＳｉＯ_２などの酸化ケイ素、ＳｉＮなどの窒化ケイ素等により形成されていることが好ましい。

誘電体膜１２の厚みは、ＩＤＴ電極１１において励振される弾性波が弾性表面波となるような厚みである限りにおいて特に限定されない。誘電体膜１２の厚みは、例えば、０．０１λ〜０．３λ（但し、λは弾性表面波の波長）程度とすることができる。

また、誘電体膜１２は、複数の誘電体膜の積層体であってもよい。例えば、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との積層体であってもよい。

誘電体膜１２の形成方法は、特に限定されない。誘電体膜１２は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの適宜の薄膜形成法により形成することができる。

図２に示すように、本実施形態では、ＩＤＴ電極１１は、第１の電極層１１ａと、第２の電極層１１ｂとの積層体により構成されている。第１及び第２の電極層１１ａ、１１ｂのそれぞれは、適宜の導電材料により形成することができる。第１及び第２の電極層１１ａ、１１ｂのそれぞれは、例えば、Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｉ及びＰｄからなる群から選ばれた金属、もしくは、Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｉ及びＰｄからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金により形成することができる。また、第１及び第２の電極層１１ａ、１１ｂのそれぞれは、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。第１及び第２の電極層１１ａ、１１ｂは、同じ材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。

第１の電極層１１ａは、圧電基板１０の表面に形成された溝１０ａ内に形成されている。第１の電極層１１ａは、圧電基板１０側に向かって先細っている。具体的には、第１の電極層１１ａは、横断面台形状に形成されている。このため、例えば、第１の電極層１１ａを横断面矩形状に形成した場合と比較して、圧電基板１０と第１の電極層１１ａとの間に隙間が形成され難い。従って、例えば、弾性表面波の散乱を効果的に抑制できる。

第１の電極層１１ａの上底の長さＢの下底の長さＲに対する比（Ｂ／Ｒ）は、例えば、０．５〜０．９８程度であることが好ましく、０．５６〜０．９８であることがより好ましく、０．７〜０．９５であることがさらに好ましい。比（Ｂ／Ｒ）が大きすぎると、溝１０ａの側面と、第１の電極層１１ａとの間に隙間が発生する場合があり、比（Ｂ／Ｒ）が小さすぎると、ＩＤＴ電極１１を構成している電極指の断面積が小さくなるため電極指の抵抗が大きくなってしまう場合がある。第１の電極層１１ａの高さＨＢの下底の長さＲに対する比（ＨＢ／Ｒ）は、例えば、０．０２〜０．３程度であることが好ましく、０．０２〜０．２５程度であることがより好ましい。比（ＨＢ／Ｒ）が大きすぎると、溝１０ａの形成が困難になる場合があり、比（ＨＢ／Ｒ）が小さすぎると溝１０ａにＩＤＴ電極１１の一部を埋め込む効果が得られなくなる場合がある。

第２の電極層１１ｂは、第１の電極層１１ａの上に形成されている。第２の電極層１１ｂは、溝１０ａ外に位置している。第２の電極層１１ｂは、圧電基板１０とは反対側に向かって先細っている。具体的には、第２の電極層１１ｂは、横断面台形状に形成されている。

第２の電極層１１ｂの下底の長さは、第１の電極層１１ａの下底の長さと等しく、Ｒである。第２の電極層１１ｂの上底の長さＴの下底Ｒに対する比（Ｔ／Ｒ）は、例えば、０．８〜０．９９程度であることが好ましく、０．８６〜０．９８程度であることがより好ましい。比（Ｔ／Ｒ）が大きすぎると、第２の電極層１１ｂと、誘電体膜１２との間に隙間が発生する場合がある。比（Ｔ／Ｒ）が小さすぎると、ＩＤＴ電極１１を構成している電極指の断面積が小さくなるため、電極指の抵抗が大きくなりすぎる場合がある。第２の電極層１１ｂの高さＨＴの下底の長さＲに対する比（ＨＴ／Ｒ）は、０．１〜０．２５程度であることが好ましく、０．１〜０．２４程度であることがより好ましい。比（ＨＴ／Ｒ）が大きすぎると、ＩＤＴ電極１１の形成が困難になる場合がある。比（ＨＴ／Ｒ）が小さすぎると、ＩＤＴ電極１１の抵抗が大きくなってしまう場合がある。

なお、上記のような構成のＩＤＴ電極１１は、レジストマスクを用いたスパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。

ところで、図４に示すように、ＩＤＴ電極１１１のうち、第２の電極層１１１ｂが圧電基板とは反対側に向かって先細っておらず、第２の電極層１１１ｂの横断面形状が矩形状である場合は、第２の電極層１１１ｂと誘電体層１１２との間に隙間１００が形成されてしまう場合がある。

それに対して本実施形態では、ＩＤＴ電極１１の溝１０ａ外に形成されている部分、すなわち、第１の電極層１１ａが、圧電基板１０とは反対側に先細る形状に形成されている。このため、第１の電極層１１ａの頂角が９０°よりも大きい。よって、第１の電極層１１ａと誘電体膜１２との間に隙間が形成され難い。従って、弾性表面波の散乱を抑制することができる。また、誘電体膜１２を形成することによる耐電圧性や周波数温度特性の改善効果が十分に得られる。その結果、弾性表面波装置１の高い共振特性を実現することができる。

（実験例）
ＩＤＴ電極を形成するためのレジストマスク形成時の露光条件を種々異ならせることにより、下記の表１に示すようにＩＤＴ電極の寸法が種々異なる弾性表面波装置を作製した。作製した弾性表面波装置の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果、ＩＤＴ電極と誘電体膜との間に隙間が観察されなかったものを「Ｇ」とし、隙間が観察されたものを「ＮＧ」として評価した。

上記表１に示す結果から分かるように、Ｔ／Ｒを１未満とすることにより、ＩＤＴ電極と誘電体膜との間に隙間が形成されることを抑制できることが分かる。

以下、上記実施形態の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第１の変形例）
図３は、第１の変形例に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。

上記実施形態では、ＩＤＴ電極１１が第１及び第２の電極層１１ａ、１１ｂの積層体により構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図３に示すように、ＩＤＴ電極１１は、単一の導電層により構成されていてもよい。

１…弾性表面波装置
１０…圧電基板
１０ａ…溝
１１…ＩＤＴ電極
１１ａ…第１の電極層
１１ｂ…第２の電極層
１２…誘電体膜

第２の電極層１１ｂの下底の長さは、第１の電極層１１ａの下底の長さと等しく、Ｒである。第２の電極層１１ｂの上底の長さＴの下底の長さＲに対する比（Ｔ／Ｒ）は、例えば、０．８〜０．９９程度であることが好ましく、０．８６〜０．９８程度であることがより好ましい。比（Ｔ／Ｒ）が大きすぎると、第２の電極層１１ｂと、誘電体膜１２との間に隙間が発生する場合がある。比（Ｔ／Ｒ）が小さすぎると、ＩＤＴ電極１１を構成している電極指の断面積が小さくなるため、電極指の抵抗が大きくなりすぎる場合がある。第２の電極層１１ｂの高さＨＴの下底の長さＲに対する比（ＨＴ／Ｒ）は、０．１〜０．２５程度であることが好ましく、０．１〜０．２４程度であることがより好ましい。比（ＨＴ／Ｒ）が大きすぎると、ＩＤＴ電極１１の形成が困難になる場合がある。比（ＨＴ／Ｒ）が小さすぎると、ＩＤＴ電極１１の抵抗が大きくなってしまう場合がある。

それに対して本実施形態では、ＩＤＴ電極１１の溝１０ａ外に形成されている部分、すなわち、第２の電極層１１ｂが、圧電基板１０とは反対側に先細る形状に形成されている。このため、第２の電極層１１ｂの頂角が９０°よりも大きい。よって、第２の電極層１１ｂと誘電体膜１２との間に隙間が形成され難い。従って、弾性表面波の散乱を抑制することができる。また、誘電体膜１２を形成することによる耐電圧性や周波数温度特性の改善効果が十分に得られる。その結果、弾性表面波装置１の高い共振特性を実現することができる。

Claims

表面に溝が形成されている圧電基板と、
前記溝内に位置している第１の電極層と、前記溝外に位置している第２の電極層とを有するＩＤＴ電極と、
前記圧電基板の上に、前記ＩＤＴ電極を覆うように形成されている誘電体膜と、
を備え、
前記第２の電極層は、前記圧電基板とは反対側に向かって先細っている、弾性表面波装置。
前記第１の電極層は、前記圧電基板側に向かって先細っている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記第２の電極層の横断面形状は、台形状であり、
前記第２の電極層の横断面における下底の長さ（Ｒ）に対する上底の長さ（Ｔ）の比（Ｔ／Ｒ）は、０．８〜０．９９の範囲内にある、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
前記第２の電極層の横断面における下底の長さ（Ｒ）に対する高さ（ＨＴ）の比（ＨＴ／Ｒ）は、０．１〜０．２５の範囲内にある、請求項３に記載の弾性表面波装置。
前記誘電体膜は、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性表面波装置。