JPWO2016052129A1 - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

配線間の容量を小さくすることができ、寄生容量等による特性の劣化が生じ難い弾性波装置を提供する。支持基板２４上に圧電基板５が積層されており、圧電基板５上に、ＩＤＴ電極２１が設けられている弾性波装置１。圧電基板５上に、複数の配線部１６ｂ，１３が設けられている。少なくとも１つの配線部１６ｂ，１３の下方及び配線部間の領域の下方の少なくとも一方において、支持基板２４に第１の空洞部３１が設けられている。

Description

本発明は、弾性波共振子や弾性波フィルタなどの弾性波装置及びその製造方法に関する。

従来、共振子や帯域通過型フィルタとして、様々な弾性波装置が用いられている。下記の特許文献１には、板波としてのラム波を利用した弾性波装置が開示されている。特許文献１では、圧電基板上にＩＤＴ電極が形成されている。圧電基板の下面には、上方に開いた開口を有する補強基板が接合されている。この開口はＩＤＴ電極が設けられている部分の下方に位置している。この開口が圧電基板により閉成され、空洞部が形成されている。

特開２００７−２５１９１０号公報

弾性波装置では、ＩＤＴ電極だけでなくＩＤＴ電極に接続される複数の配線が設けられている。特許文献１では、このような配線について特に言及されていないが、実際に弾性波装置を作製した場合、配線間の寄生容量等により良好な特性が得られないことがあった。

本発明の目的は配線間の容量を小さくすることができ、寄生容量等による特性の劣化が生じ難い、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では、支持基板と、前記支持基板上に積層された圧電基板と、前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、前記圧電基板上に設けられており、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の配線部とを備え、前記複数の配線部のうち、少なくとも一つの配線部の下方及び前記配線部間の領域の下方の少なくとも一方において、前記圧電基板により覆われている第１の空洞部が前記支持基板に設けられている。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、弾性波として板波を利用しており、前記ＩＤＴ電極が形成されている領域の下方において、前記圧電基板で閉成されている励振用の第２の空洞部が前記支持基板に設けられている。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とが前記支持基板に設けられている仕切り壁により分離されている。この場合には、仕切り壁の存在により、機械的強度を高めることができる。

もっとも、本発明に係る弾性波装置では、前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とは連なっていてもよい。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、弾性波として板波を利用しており、前記ＩＤＴ電極の下方において、前記圧電基板の下面に積層されている音響反射膜がさらに備えられている。このように、ＩＤＴ電極の下方において、音響反射膜を設けることにより、板波を励振しても良い。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、弾性波としてリーキー波を利用している。

本発明の弾性波装置の製造方法は、本発明に従って構成されている弾性波装置の製造方法であり、前記支持基板を用意する工程と、前記支持基板の上面に開いた前記第１の空洞部を形成する工程と、前記支持基板上に前記圧電基板を積層する工程と、前記圧電基板上に前記ＩＤＴ電極及び前記複数の配線部を形成する工程とを備える。

本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、前記支持基板に、励振用の前記第２の空洞部を形成する工程がさらに備えられている。

本発明に係る弾性波装置の製造方法の別の特定の局面では、前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とを同時に形成する。この場合には、製造工程を増加させることなく、本発明の弾性波装置を提供することができる。

本発明に係る弾性波装置及びその製造方法によれば、配線部間の容量を小さくすることができ、従って寄生容量等による弾性波装置の特性の劣化を効果的に抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の説明をするための模式的平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の回路構成を示す図である。 図３は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の断面図であって、図１中のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の断面図であって、図１中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る弾性波装置の断面図である。 図７は、第２の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。 図８は、第３の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。 図９は、第４の実施形態の弾性波装置の略図的正面断面図である。 図１０は、第５の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。

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１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置１の模式的平面図であり、図２は該弾性波装置１の回路構成を示す図である。

図２に示すように、弾性波装置１は、ラダー型フィルタである。入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が設けられている。直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ１が設けられている。直列腕共振子Ｓ２と直列腕共振子Ｓ３との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ２が設けられている。直列腕共振子Ｓ３と直列腕共振子Ｓ４との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ３が設けられている。直列腕共振子Ｓ４の出力端３とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ４が設けられている。並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３のグラウンド電位側端部は接続点４において共通接続されている。

直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ弾性波共振子からなる。図１に示すように、弾性波装置１は、圧電基板５を有する。圧電基板５は、本実施形態では、ＬｉＴａＯ_３またはＬｉＮｂＯ_３などの圧電単結晶からなる。

圧電基板５上に、模式的に示す電極構造が形成されている。より詳細には、圧電基板５上に、入力端子２、出力端子３及びグラウンド端子６，７が設けられている。入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕を構成するために、配線部１１〜１５が形成されている。配線部１１の一端が入力端子２に、他端が直列腕共振子Ｓ１に接続されている。なお、図１においては、直列腕共振子Ｓ１が構成されている部分を矩形の形状で模式的に示している。実際にはＩＤＴ電極と、ＩＤＴ電極の弾性波伝搬方向両側に配置された反射器とを形成することにより、１ポート型の弾性波共振子が構成されている。この１ポート型の弾性波共振子が構成されている部分を矩形枠状の形状で示している。また、この矩形枠状の内側の破線Ｘは、後述するように、圧電基板５の下方に励振用の第２の空洞部が設けられている部分を示す。第２の空洞部を平面視した場合、その外縁が破線Ｘで示される。

他の直列腕共振子Ｓ２〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４についても、同様の矩形枠状の形状で略図的に示し、第２の空洞部が設けられている領域を破線で示す。

配線部１２は、直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２とを接続している。配線部１３は、直列腕共振子Ｓ２と直列腕共振子Ｓ３とを接続している。配線部１４は直列腕共振子Ｓ３と直列腕共振子Ｓ４とを接続している。配線部１５は、直列腕共振子Ｓ４と出力端子３とを接続している。

他方、並列腕共振子Ｐ１の直列腕共振子Ｓ１と接続されている側とは反対側の端部に配線部１６が接続されている。配線部１６は、第１，第２の分岐配線部１６ａ，１６ｂに分岐されている。第１の分岐配線部１６ａがグラウンド端子６に接続されている。第２の分岐配線部１６ｂは、並列腕共振子Ｐ２及び並列腕共振子Ｐ３のグラウンド電位側端部に接続されている。従って、上記配線部１６により前述した接続点４が構成されている。

並列腕共振子Ｐ４は、配線部１７に接続されている。配線部１７は配線部１５と共通接続され、直列腕共振子Ｓ４に接続されている。また、並列腕共振子Ｐ４のグラウンド電位側端部に配線部１８が接続されている。配線部１８はグラウンド端子７に接続されている。上記のようにして、圧電基板５上に図２に示したラダー型回路が構成されている。

上記入力端子２、出力端子３、グラウンド端子６，７及び配線部１１〜１８は、金属からなる。このような金属としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ合金などの適宜の金属もしくは合金を用いることができる。また、単一の金属膜を用いてもよく、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜を用いてもよい。

直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４における各ＩＤＴ電極及び反射器についても上記と同様の金属により形成することができる。

ところで、弾性波装置１では、上記圧電基板５に設けられた弾性波共振子の振動を妨げないために、前述した破線Ｘで示す第２の空洞部が設けられている。これを、図３の断面図を参照して説明する。

図３は、図１中の破線Ａ−Ａ線に沿う部分の断面図である。圧電基板５上において、並列腕共振子Ｐ２を構成するＩＤＴ電極２１及び反射器２２，２３が設けられている。この反射器２２，２３の弾性表面波伝搬方向外側には、前述した分岐配線部１６ｂと、配線部１３とが位置している。

本実施形態の弾性波装置１では、弾性波として板波を利用している。従って、圧電基板５のＩＤＴ電極２１が形成されている部分全体が振動する。圧電基板５の厚みは、薄いため、圧電基板５の下面に支持基板２４が積層されている。すなわち、支持基板２４により、圧電基板５を保持している。

ＩＤＴ電極２１において弾性波を励振するために、ＩＤＴ電極２１及び反射器２２，２３が設けられている領域の下方には、励振用の第２の空洞部３２が設けられている。また、励振用の第２の空洞部３２の両側には、次に述べる第１の空洞部３１，３１が連ねられている。

第１の空洞部３１，３１及び第２の空洞部３２は、いずれも、支持基板２４において上面に開いた開口部を圧電基板５で覆うことにより形成されている。

支持基板２４は、適宜の絶縁性材料、半導体材料、または圧電体により形成することができる。

本実施形態の弾性波装置１の特徴は、第１の空洞部３１，３１が設けられていることにある。

図３では、第１の空洞部３１，３１は一点鎖線Ｙを介して内側の第２の空洞部３２と連ねられて、一体化されている。

この第１の空洞部３１，３１は、それぞれ第２の分岐配線部１６ｂ及び配線部１３が設けられている部分の下方に位置している。

本実施形態では、第２の分岐配線部１６ｂと配線部１３との下方に第１の空洞部３１がそれぞれ設けられているため、第２の分岐配線部１６ｂと配線部１３との間の寄生容量を小さくすることが可能とされている。それによって、特性の劣化が抑制されている。

弾性波装置１では、上記のように、薄い圧電基板５を用いており、第２の空洞部３２を有するだけでなく、図１に一点鎖線Ｙで囲む部分に、同様の第１の空洞部が設けられている。

図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿う部分に相当する断面図である。ここでは、配線部１１の下方及び配線部１５の下方に、それぞれ第１の空洞部３１，３１が設けられている。従って、図１に示した入力端子２に接続されている配線部１１と出力端子３に接続されている配線部１５との間の寄生容量を小さくすることができる。このように、第１の空洞部３１，３１は、間にＩＤＴ電極が設けられていない配線部１１，１５間の寄生容量を小さくするために設けられていても良い。

上記のように、図１において、一点鎖線Ｙで示す部分に、それぞれ第１の空洞部を設けることにより、配線部間の寄生容量を効果的に小さくし得ることがわかる。なお、図４では、配線部１１と、配線部１１から、かなり隔てられた配線部１５との間の寄生容量を小さくするために、配線部１１，１５の下方に第１の空洞部３１，３１が設けられていた。

これに対して、図５に断面図で示す変形例のように、圧電基板５上において近接している配線部３３，３４の各下方に第１の空洞部３１を設けても良い。本変形例では、第１の空洞部３１と第１の空洞部３１とが隣接しているものの、間に仕切り壁２４ａが設けられている。従って、圧電基板５の第１の空洞部３１側への変形を抑制することができる。よって、第１の空洞部３１同士を連ねた構成に比べ、機械的強度を高めることができる。

もっとも、図６に示す第２の変形例のように、配線部３３の下方の第１の空洞部３１と配線部３４の下方の第１の空洞部３１とを一体化しても良い。

なお、配線部１１と配線部１５のように、ホット側の配線同士間の寄生容量を小さくすることが望ましい。例えば配線部１１と配線部１５との間の寄生容量が小さくなれば、ラダー型フィルタの減衰量を十分に大きくすることができる。従って、このようにホット側の配線部とホット側の配線部との間において、配線部の下方または配線部間の領域の下方の少なくとも一方において第１の空洞部３１が設けられていることが望ましい。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり，第１の実施形態について示した図３に相当する図である。第２の実施形態の弾性波装置４１は、第１の空洞部３１と第２の空洞部３２とが仕切り壁２４ａを介して隔てられていることを除いては、第１の実施形態と同様である。

図３と図７とを対比すれば明らかなように、第２の実施形態では、分岐配線部１６ｂの下方の第１の空洞部３１と、ＩＤＴ電極２１の下方の第２の空洞部３２とが、仕切り壁２４ａによって隔てられている。同様に、配線部１３の下方の第１の空洞部３１も、仕切り壁２４ａを介して、第２の空洞部３２から隔てられている。よって、図３に示した構造に比べ、図７に示した第２の実施形態の構造によれば、機械的強度をより効果的に高めることができる。

なお、本発明においては、第１の空洞部は、配線部間の寄生容量を小さくするために設けられている。従って、第１の空洞部は、配線部の下方に設けられていれば良いが、配線部間において設けられていても良い。すなわち、少なくとも１つの配線部の下方及び配線部間の領域の下方の少なくとも１つにおいて、第１の空洞部３１が設けられておればよい。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置５１の正面断面図である。弾性波装置５１は、第２の空洞部３２が設けられておらず、代わりに音響反射膜５２が設けられていることを除いては、図３に示した第１の実施形態と同様である。従って、異なる部分のみを説明することとする。

音響反射膜５２は、音響インピーダンスが相対的に低い音響反射膜層５２ａ，５２ｃ，５２ｅと、音響インピーダンスが相対的に高い音響反射膜層５２ｂ，５２ｄとを交互に積層した構造を有する。従って、弾性波が音響反射膜５２により反射され、圧電基板５に閉じ込められることになる。よって、第２の空洞部３２を設けずとも、薄い圧電基板５を用いて弾性波を効果的に励振させることができる。なお、音響反射膜層は上記構成に限られるものではなく、音響インピーダンスが相対的に低い層と音響インピーダンスが相対的に高い層が交互に積層されておればよい。

次に、上記第１の実施形態の弾性波装置１の製造方法の一例を示す。

先ず板状の支持基板２４を用意する。

次に、支持基板２４に、エッチング等により第１の空洞部３１，３１及び第２の空洞部３２が構成される部分に開口部を形成する。この開口部、すなわち支持基板２４の上面に開いた開口部に、犠牲層を充填する。それによって、支持基板２４の上面を平坦化する。

上記犠牲層は、後工程で溶剤処理により除去し得る材料からなる。

上記犠牲層を形成した後、支持基板２４の上面に圧電基板５を積層する。しかる後、圧電基板５上に、フォトリソグラフィー法により、ＩＤＴ電極２１，反射器２２，２３及び複数の配線部１１〜１８、並びに入力端子２、出力端子３、グラウンド端子６，７を形成する。次に、圧電基板５に、エッチングにより、犠牲層に連なる貫通孔を形成する。最後に、上記貫通孔から溶剤を注入し、上記犠牲層を除去する。

本実施形態の製造方法によれば、第１の空洞部３１と第２の空洞部３２とを同時に形成することができる。従って、製造工程の煩雑さを避けることができる。もっとも、本発明においては、第２の空洞部３２は必ずしも設けられずともよい。すなわち、配線部または配線部間の下方に設けられている第１の空洞部が少なくとも１つが設けられておれば、本発明に従って、配線部間の寄生容量を小さくすることができる。それによって、ラダー型フィルタでは、通過帯域外における減衰量を大きくすることができ、特性を改善することができる。

なお、上記実施形態では、板波を用いているため、圧電基板５の厚みが薄い。従って、圧電基板５におけるエッチング用ホールを容易に作製することができる。従って、上記犠牲層をエッチングにより容易に除去することができる。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る板波デバイスを説明するための略図的正面断面図である。第４の実施形態の弾性波装置６１では、支持基板２４に設けられている第１，第２の空洞部３１，３２が支持基板２４の下面に開口している。第１，第２の空洞部３１，３２は図３の場合と同様に連なっている。そして、この第１，第２の空洞部３１，３２の上方開口を覆うように、圧電基板５が支持基板２４上に積層されている。圧電基板５上に、ＩＤＴ電極２１が設けられている。このようにして、支持基板２４に設けられている第１，第２の空洞部３１，３２は、下方が開口していてもよい。

また、配線部または配線部間の下方に設けられている第１の空洞部３１においても、第４の実施形態の第２の空洞部３２のように、下方が開口している構造としてもよい。

上記第４の実施形態の製造方法の一例を説明する。圧電基板を支持基板２４の表面に積層した後、圧電基板を薄化する。このようにして所定厚みの圧電基板５を形成する。次に、圧電基板５の所定位置にＩＤＴ電極２１を形成する。その後、支持基板２４に第１，第２の空洞部３１，３２を形成する。

上記実施形態では、板波を用いたが、板波以外の弾性波を用いてもよい。このような弾性波としては、弾性表面波、リーキー波、バルク波などを挙げることができる。

図１０は、第５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７１は、第２の空洞部及び音響反射膜を有しない。本実施形態の圧電基板５は、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）からなる。弾性波装置７１は、リーキー波を利用している。もっとも、圧電基板５はＬｉＴａＯ_３以外の圧電単結晶からなっていてもよい。また、リーキー波以外の弾性波を用いてもよい。

本実施形態においても第１の空洞部３１を有するため、配線部間の寄生容量を小さくすることができる。

なお、圧電基板と支持基板との間には、音響反射膜が設けられていてもよい。それによって、圧電基板に弾性波を閉じ込めることができる。よって、エネルギー効率を効果的に高めることができる。

あるいは、支持基板上に高音速膜が積層されており、高音速膜上に低音速膜が積層されており、低音速膜上に圧電基板が積層されていてもよい。ここで、高音速膜とは、伝搬するバルク波の速度が圧電基板を伝搬する弾性波よりも高速の膜である。低音速膜とは、伝搬するバルク波の速度が圧電基板を伝搬するバルク波よりも低速の膜である。この場合においても、圧電基板に弾性波を閉じ込めることができる。

また、高音速膜と支持基板とが一体となった、高音速支持基板が用いられていてもよい。高音速支持基板の材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）が挙げられる。

また、第１の実施形態では、ラダー型フィルタにつき説明したが、本発明の弾性波装置は、縦結合共振子型弾性波フィルタなどの他のフィルタ構造を有するものであってもよい。また、フィルタに限らず、配線部間の寄生容量の低減が求められる様々な弾性波装置に本発明を適用することができる。

１…弾性波装置
２…入力端子
３…出力端子
４…接続点
５…圧電基板
６，７…グラウンド端子
１１〜１８…配線部
１６ａ，１６ｂ…第１，第２の分岐配線部
２１…ＩＤＴ電極
２２，２３…反射器
２４…支持基板
２４ａ…仕切り壁
３１…第１の空洞部
３２…第２の空洞部
３３，３４…配線部
４１，５１，６１，７１…弾性波装置
５２…音響反射膜
５２ａ〜５２ｅ…音響反射膜層
Ｐ１〜Ｐ４…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子

図２に示すように、弾性波装置１は、ラダー型フィルタである。入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が設けられている。直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ１が設けられている。直列腕共振子Ｓ２と直列腕共振子Ｓ３との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ２が設けられている。直列腕共振子Ｓ３と直列腕共振子Ｓ４との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ３が設けられている。直列腕共振子Ｓ４と出力端子３との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ並列腕に、並列腕共振子Ｐ４が設けられている。並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３のグラウンド電位側端部は接続点４において共通接続されている。

Claims (9)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に積層された圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板上に設けられており、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の配線部とを備え、
   前記複数の配線部のうち、少なくとも一つの配線部の下方及び前記配線部間の領域の下方の少なくとも一方において、前記圧電基板により覆われている第１の空洞部が前記支持基板に設けられている、弾性波装置。
2. 弾性波として板波を利用しており、前記ＩＤＴ電極が形成されている領域の下方において、前記圧電基板で閉成されている励振用の第２の空洞部が前記支持基板に設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とが前記支持基板に設けられている仕切り壁により分離されている、請求項２に記載の弾性波装置。
4. 前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とが連なっている、請求項２に記載の弾性波装置。
5. 弾性波として板波を利用しており、前記ＩＤＴ電極の下方において、前記圧電基板の下面に積層されている音響反射膜をさらに備える、請求項１に記載の弾性波装置。
6. 弾性波としてリーキー波を利用している、請求項１に記載の弾性波装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の弾性波装置の製造方法であって、
   前記支持基板を用意する工程と、
   前記支持基板の上面に開いた前記第１の空洞部を形成する工程と、
   前記支持基板上に前記圧電基板を積層する工程と、
   前記圧電基板上に前記ＩＤＴ電極及び前記複数の配線部を形成する工程とを備える、弾性波装置の製造方法。
8. 前記支持基板に、励振用の前記第２の空洞部を形成する工程をさらに備える、請求項７に記載の弾性波装置の製造方法。
9. 前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とを同時に形成する、請求項８に記載の弾性波装置の製造方法。

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