KR100681381B1 - 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자 - Google Patents

표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100681381B1
KR100681381B1 KR1020027009992A KR20027009992A KR100681381B1 KR 100681381 B1 KR100681381 B1 KR 100681381B1 KR 1020027009992 A KR1020027009992 A KR 1020027009992A KR 20027009992 A KR20027009992 A KR 20027009992A KR 100681381 B1 KR100681381 B1 KR 100681381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
acoustic wave
surface acoustic
intermediate layer
piezoelectric
Prior art date
Application number
KR1020027009992A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030022097A (ko
Inventor
나까하따히데아끼
하찌고아끼히로
다쯔미나쯔오
이마이다까히로
시까따신이찌
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세이코 엡슨 가부시키가이샤 filed Critical 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Publication of KR20030022097A publication Critical patent/KR20030022097A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100681381B1 publication Critical patent/KR100681381B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02582—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of diamond substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

압전체층의 결정 특성을 제어하기 위한 중간층과 다이아몬드층이 박리하기 어려운 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 표면 탄성파 소자용 기판(20) 및 표면 탄성파 소자(10)는, 다이아몬드층(22)과, 다이아몬드층(22) 위에 배치된 중간층(24)과, 중간층(24) 위에 배치된 압전체층(26)을 가지며, 압전체층(26)은 LiNbO3 또는 LiTaO3로 형성되고, 중간층(24)은 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
압전체, 다이아몬드, SAW 소자

Description

표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자{SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE AND SUBSTRATE THEREOF}
본 발명은 고주파 대역에서 사용 가능한 표면 탄성파 소자 및 이에 적합하게 이용되는 표면 탄성파 소자용 기판에 관한 것이다.
고체 표면을 전파하는 표면 탄성파(이하, 「SAW」(Surface Acoustic Wave)라고 함)를 이용한 표면 탄성파 소자(SAW 소자)는 소형이며 경량으로, 내진성·내충격성이 우수하고, 또한 회로의 무조정화를 도모할 수 있기 때문에 실장의 자동화, 간략화가 용이하다는 등의, 일렉트로 메카니컬 기능 부품에 요구되는 성질을 만족하고 있다.
또한, SAW 소자는 온도 안정성이 우수하고, 수명이 길고, 위상 특성이 우수하다는 등의 다양한 특징을 갖고 있기 때문에, 주파수 필터, 공진기, 지연 디바이스, 푸리에 변환기, 콘볼버, 상관기, 옵트로(optro) 일렉트로닉스용 기능 소자 등으로서, 폭넓게 이용되고 있다.
그런데, 최근에 있어서의 위성 통신이나 이동 통신 등을 비롯한 통신 분야에서의 멀티 채널화·고주파화에 수반하여, 고주파 대역(예를 들면 ㎓대)에서 사용 가능한 SAW 소자의 개발이 요청되기 시작하였다. 그리고, 이러한 고주파 대역에 있어서의 응용을 목적으로 한 SAW 소자로서, 다이아몬드와 압전체로 이루어지는 적층 구조를 갖는 것이 보급되고 있다. 이러한 SAW 소자를 제작하는데 있어서는 예를 들면, Si 등의 베이스막 위에 기상 합성에 의해 다이아몬드막을 형성하고, 해당 다이아몬드막의 표면을 연마하여 평활하게 한 후, 압전체층 및 빗형 전극(IDT: Inter-Digital Transducer)을 형성한다.
또한, 압전체층으로는 ZnO로 형성된 것이 주목받고 있었지만, 최근, LiNbO3나 LiTaO3로 형성된 압전체층이 주목받고 있다. 이들 LiNbO3 및 LiTaO3 로 형성된 압전체층은 ZnO로 형성된 압전체층과 비교하여 내산성이나 내알칼리성 등의 화학적 안정성이 우수하다고 하는 장점을 갖고 있으며, 특히 LiNbO3에 대해서는 SAW의 여기의 용이성의 기준이 되는 전기 기계 결합 계수(K2)가 높아, 휴대 전화 등의 광대역 필터로서 적합하게 이용되고 있다.
그런데, 기상 합성 다이아몬드층 위에, 단순히 LiNbO3이나 LiTaO3을 성막함으로써 얻어진 SAW 소자에 의해서는 양호한 특성을 얻을 수 없었다. 그리고, 이러한 문제를 해결한 SAW 소자를 개시한 문헌으로서, 특개평8-154033호 공보가 있다. 동(同) 공보의 SAW 소자는 상기 문제가 LiNbO3의 결정 특성이 적절하지 않아 발생되고 있는 것에 주목하여 이루어진 것으로, 다이아몬드층과 LiNbO3층 사이에, ZnO, Al2O3, MgO 등으로 이루어지는 중간층을 갖고 있다. 이 중간층에 의해, LiNbO3 층의 결정 특성(결정성, 결정 방향 등)을 컨트롤할 수 있어, SAW 소자의 특성은 양호하게 된다.
그러나, LiNbO3나 LiTaO3로 이루어지는 압전체층을 구비한 표면 탄성파 소자에는, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 특개평8-154033호 공보에 기재된 SAW 소자에 있어서는 다이아몬드층과 LiNbO3층 사이의 중간층은 ZnO, MgO 등의 산화물로 형성되어 있어, 중간층과 다이아몬드층이 박리하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 압전체층의 결정 특성을 제어하기 위한 중간층과 다이아몬드층이 박리하기 어려운 표면 탄성파 소자용 기판 및 이것을 구비한 표면 탄성파 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
〈발명의 개시〉
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명자들이 예의 연구를 거듭한 결과, 다이아몬드층과 중간층과의 밀착성을 높이기 위해서는 중간층을 AlN으로 하는 것이 매우 유효한 것이 발견되었다.
그래서, 본 발명의 표면 탄성파 소자용 기판은 다이아몬드층과, 다이아몬드층 위에 배치된 중간층과, 중간층 위에 배치된 압전체층과, 압전체층 위에 배치된 SiO2층을 갖고, 압전체층은 LiNbO3로 형성되고, 중간층은 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 압전체층 위에 SiO2층을 배치함으로써, 표면 탄성파 소자의 온도 특성을 안정화시켜, 중심 주파수의 변동을 방지할 수 있다. 이것은 SiO2의 온도 계수와 LiNbO3 및 다이아몬드의 온도 계수가 역 부호를 가지고 있어, 상쇄 효과가 있기 때문이다.
또한, 중간층은 C축 배향성의 AlN으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 중간층의 상층의 압전체층은 중간층의 결정 특성에 따르는 경향이 있기 때문에, 중간층을 C축 배향시킴으로써, 압전체층을 쉽게 C축 배향시키게 된다.
또한, 중간층은 두께가 5∼100㎚인 것이 바람직하다. 중간층이 이 범위의 하한보다 얇은 경우에는 압전체층의 결정 특성을 제어하는 기능이 불충분하게 되기 쉽고, 한편 이 범위의 상한보다 두꺼운 경우에는 하층의 다이아몬드층의 특성을 저해하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 압전체층은 C축 배향성의 LiNbO3로 형성되는 것이 바람직하다. C축 배향성의 LiNbO3로 압전체층을 형성함으로써, 압전 특성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 표면 탄성파 소자는 상기한 표면 탄성파 소자용 기판과, 표면 탄성파를 여진하기 위한 여진 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 탄성파 소자에서는 상술된 바와 같이 중간층을 AlN으로 함으로써 중간층과 다이아몬드층과의 밀착성이 높여진 표면 탄성파 소자용 기판을 이용하고 있기 때문에, 내진성, 내충격성이 높게 되어 있다.
또한, 본 발명자들은 LiNbO3과 마찬가지로 LiTaO3로 압전체층을 형성한 경우에 있어서도, 다이아몬드층과 중간층과의 밀착성을 높이기 위해서는 중간층을 AlN 으로 하는 것이 매우 유효하다는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명의 다른 표면 탄성파 소자용 기판은 다이아몬드층과, 다이아몬드층 위에 배치된 중간층과, 중간층 위에 배치된 압전체층과, 압전체층 위에 배치된 SiO2층을 갖고, 압전체층은 LiTaO3로 형성되고, 중간층은 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 압전체층 위에 SiO2층을 배치함으로써, 표면 탄성파 소자의 온도 특성을 안정화시켜, 중심 주파수의 변동을 방지할 수 있다. 이것은 SiO2층의 온도 계수와 LiTaO3 및 다이아몬드의 온도 계수가 역 부호를 갖고 있어, 상쇄 효과가 있기 때문이다.
또한, 중간층은 C축 배향성의 AlN으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 중간층의 상층의 압전체층은 중간층의 결정 특성에 따르는 경향이 있기 때문에, 중간층을 C축 배향시킴으로써, 압전체층을 쉽게 C축 배향시키게 된다.
또한, 중간층은 두께가 5∼100㎚인 것이 바람직하다. 중간층이 이 범위의 하한보다 얇은 경우에는 압전체층의 결정 특성을 제어하는 기능이 불충분하게 되기 쉽고, 한편 이 범위의 상한보다 두꺼운 경우에는 하층의 다이아몬드층의 특성을 저해하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 압전체층은 C축 배향성의 LiTaO3로 형성되어 있는 것이 바람직하다. C축 배향성의 LiTaO3로 압전체층을 형성함으로써, 압전 특성을 양호하게 할 수 있 다.
또한, 본 발명의 다른 표면 탄성파 소자는 상기한 표면 탄성파 소자용 기판과, 표면 탄성파를 여진하기 위한 여진 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른 표면 탄성파 소자에서는 상술된 바와 같이 중간층을 AlN으로 함으로써 중간층과 다이아몬드층과의 밀착성이 높여진 표면 탄성파 소자용 기판을 이용하고 있기 때문에, 내진성, 내충격성이 높게 되어 있다.
도 1은 표면 탄성파 소자의 일 형태를 도시하는 참고 단면도.
도 2는 도 5의 표면 탄성파 소자에 설치된 여진 전극(싱글 전극)의 평면도.
도 3은 여진 전극의 변형예(더블 전극)를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자의 제1 실시예의 변형예를 도시하는 부분 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자의 제1 실시예를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자의 제2 실시예를 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자의 일 양태를 나타내는 모식 사시도.
〈부호의 설명〉
참조 부호(10)는 표면 탄성파 소자, 참조 부호(20)는 표면 탄성파 소자용 기판, 참조 부호(22)는 다이아몬드층, 참조 부호(24)는 중간층(AlN), 참조 부호(26)는 압전체층(LiNbO3, LiTaO3), 참조 부호(28)는 SiO2층, 참조 부호(30)는 여진 전 극, 참조 부호(32)는 수신 전극이다.
〈실시의 형태〉
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 동일 요소에는 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복 설명은 생략한다.
[제1 실시 형태]
도 5는 본 실시예의 표면 탄성파 소자(SAW 소자: 10)를 도시하는 단면도이다. SAW 소자(10)는 표면 탄성파 소자용 기판(20) 위에, 표면 탄성파(SAW)를 여진하기 위한 여진 전극(30)을 배치하여 구성되어 있다. 또한, 표면 탄성파 소자용 기판(20)은 다이아몬드층(22)과, 이 다이아몬드층(22) 위에 형성된 중간층(24)과, 이 중간층(24) 위에 형성된 LiNbO3로 이루어지는 압전체층(26)과, 이 압전체층(26) 위에 형성된 SiO2층(28)을 갖고 있다.
다이아몬드층(22)은 단결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드 중 어느 것이어도 된다. 또한, 다이아몬드층(22)의 면 방위는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 〈111〉, 〈100〉, 〈110〉 등의 어느 것이어도 되고, 또는 이들의 면방위가 혼재해도 된다. 다이아몬드층(22)의 두께는 표면 탄성파의 여진의 용이함을 고려하면, 5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 또한 20㎛ 이상인 것 또는 파장의 2배 이상인 것이 보다 적합하다. 또한, 도시는 생략하지만, 다이아몬드층(22)은 Si 등의 반도체, 금속, 유리, 세라믹스 등의 기판 위에 형성해도 된다.
다이아몬드층(22)을 형성하는 데 있어서는 다양한 방법을 이용할 수 있는데, 구체적으로는 CVD법(화학적 기상 성장법), 마이크로파 플라즈마 CVD법, PVD법(물리적 기상 성장법), 스퍼터법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 제트법, 화염법 및 열 필라멘트법 등이 있다.
또한, 이들 방법으로 형성한 다이아몬드층(22) 위에 그대로 중간층(24)을 형성해도 되지만, 다이아몬드층(22)의 표면의 평탄성, 평활성을 향상시키기 위해서, 해당 다이아몬드층(22)의 표면을, 예를 들면 전착 다이아몬드 지석 등에 의해 연마하는 것이 바람직하다.
중간층(24)은 상층의 압전체층(26)의 결정 특성을 컨트롤하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 AlN으로 형성되어 있다. 본 발명자들은, 이와 같이 중간층(24)을 AlN으로 형성함으로써, 다이아몬드층(22)과 중간층(24)과의 밀착성이 향상하는 것을 발견하였다.
또한, AlN으로 형성된 중간층(24)은 C축 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 중간층(24)의 상층의 압전체층(26)은 중간층(24)의 결정 특성에 따르는 경향이 있기 때문에, 중간층(24)을 C축 배향시킴으로써, 압전체층(26)을 C축 배향시키기 쉬워진다. 중간층(24)의 배향성은 예를 들면 θ-2θ법에 의해 평가할 수 있다. 이 θ-2θ법으로 배향성을 평가하기 위해서는 우선, 측정 시료를 X선 회절계의 시료 홀더에 수용한다. X선 회절 패턴법을 이용하여, θ-2θ법에 의해 시료의 X선 회절 피크를 측정한다. 이와 같이 하여 측정된 회절 피크 중, C축에 대응하는 면, 즉 〈00m〉면(m=1이상의 정수)에 대응하는 회절 피크 강도의 합계(IC) 및 모든 회절 피크 강도의 합계(IT)를 각각 구한다. 그리고, 상기 피크 강도의 비(IC/IT)는 80% 이상인 것이 바람직하고, 또한 95% 이상인 것이 적합하다.
또한, 중간층(24)의 두께는 하층의 다이아몬드층(22)의 종류, 사이즈, 사용 목적 등에 따라 적절하게 선택할 수 있는데, 5∼100㎚인 것이 바람직하다. 중간층(24)이 이 범위의 하한보다 얇은 경우에는 압전체층(26)의 결정 특성을 제어하는 기능이 불충분하게 되기 쉽고, 한편 이 범위의 상한보다 두꺼운 경우에는 전기 기계 결합 계수(K2)가 작아져 표면 탄성파를 여진하기 어렵게 되기 때문이다. 또한, 중간층(24)의 두께는 LiNbO3로 이루어지는 압전체층(26)이 C축 배향하기 쉽도록 선택하는 것이 바람직하다. 또, 중간층(24)의 두께는 표면 탄성파 소자용 기판(20)의 절단면을, 예를 들면 주사형 전자 현미경(SEM) 등의 막 두께 측정 장치로 관찰하여 구할 수 있다.
중간층(24)의 저항율은 약 104Ω·㎝ 정도 이상의 절연성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 저항율이 이보다 낮으면, 도전성이 높아 전력 손실의 요인이 될 수 있기 때문이다.
중간층(24)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, CVD법, PVD법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등을 비롯한 공지의 다양한 기상 퇴적법을 이용할 수 있다.
압전체층(26)은 상술된 바와 같이 LiNbO3로 형성되어 있고, 단결정이어도 되고, 다결정이어도 된다. 또한, 압전체층(26)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 표 면 탄성파 소자용 기판(20) 또는 SAW 소자(10)의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
또한, SAW 소자(10)의 압전 특성을 양호하게 하기 위해서, 압전체층(26)은 C축 배향성의 LiNbO3로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 압전체층(26)의 결정 특성(결정성, 결정 방향 등)은 하층의 중간층(24)의 결정 특성에 따르는 경향이 있다. 즉, 중간층(24)에 의해 압전체층(26)의 결정 특성이 컨트롤되게 되어, 상술된 바와 같이 중간층(24)을 C축 배향시켜 둠으로써, 압전체층(26)을 쉽게 C축 배향시키게 된다.
C축 배향성의 압전체층(26)의 경우, 상기 θ-2θ법에 의해 구한 C축 배향면, 즉 〈00m〉면(m=1이상의 정수)에 대응하는 회절 피크 강도의 합계(IC)와, 모든 회절 피크 강도의 합계(IC)와의 비(IC/IT)가 80% 이상인 것이 바람직하고, 95% 이상인 것이 더욱 적합하다.
LiNbO3로 이루어지는 압전체층(26)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 스퍼터링, 증착법, CVD법, 레이저 어블레이션법(laser ablation), MOCVD법(유기 금속 기상 성장법), MBE법(분자선 에피택시법) 등을 비롯한 공지의 다양한 기상 퇴적법을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 2∼도 5를 참조하여, 여진 전극(30)에 대하여 설명한다. 도 2는 도 5에 도시한 SAW 소자(10)의 여진 전극의 평면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이 여진 전극(30)은, 소위 싱글형 빗형 전극으로 되어 있다. 여진 전극(30)을 형성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 가공성 및 비용 상의 관점에서는 Al, Al-Cu, Al-Si-Cu 등으로 형성하는 것이 바람직하다.
여진 전극(30)은 표면 탄성파를 여진시키는 기능을 발휘할 수 있는 범위이면 어떠한 두께로 해도 무방하지만, 10∼500㎚ 정도로 하는 것이 바람직하다. 두께를 이러한 범위로 하는 것은 여진 전극(30)이 10㎚ 미만인 경우에는 저항율이 높아져 손실이 증가하는 한편, 500㎚를 초과하는 경우에는 전극의 두께에 따른 SAW의 반사를 야기하는 질량 부가 효과가 현저히 되어, 목적으로 하는 SAW 특성을 저해할 가능성이 있기 때문이다.
또한, 상술된 바와 같이 본 실시예에서는 여진 전극(30)은 싱글형 빗형 전극으로 되어 있지만, 도 3에 도시한 바와 같은 소위 더블형 빗형 전극으로 해도 된다. 또한, 여진 전극(30)은 그 하층의 표면(예를 들면 압전체층(26)의 표면)에 매립하도록 배치해도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 압전체층(26)의 표면에 오목 홈을 형성하고, 여진 전극(30)을 구성하는 Al 등의 도전성 재료의 전부 또는 일부를 이와 같이 형성한 오목 홈 내에 매립한다. 이와 같이 여진 전극(30)의 전부 또는 일부를 하층에 매립함으로써, 여진 전극(30)의 높이와 이 여진 전극(30)을 형성해야 할 면의 높이를 대략 동등하게 할 수 있어, 여진 전극의 두께에 의한 SAW의 반사의 영향을 저감시킬 수 있다.
또한, 여진 전극(30)은 도 5에 도시한 바와 같이 SiO2층(28) 위에 형성하는 것 외에, 도 4에 도시한 바와 같이 다이아몬드층(22)과 중간층(24) 사이에 형성할 수 있고, 또한 중간층(24)과 압전체층(26) 사이(도시 생략)에 형성할 수 있다. 단, 중간층(24)에 의한 압전체층(26)의 결정 특성 컨트롤 기능을 저해하지 않는다는 관점에서는 여진 전극(30)은 도 5에 도시한 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 압전체층(26)의 퇴적 시의 기판 온도가 예를 들면 700℃ 정도까지 높아지는 것을 고려하면, 여진 전극(30)을 Al 등과 같이 비교적 융점이 낮은 금속으로 형성하는 경우에는 여진 전극(30)은 도 4에 도시한 다이아몬드층(22)과 중간층(24) 사이가 아니라, 도 5에 도시한 SiO2층(28) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 4에 도시한 위치에 여진 전극(30)을 형성하는 경우에는 여진 전극(30)의 두께는 중간층(24)보다 얇은 것이 바람직하고, 중간층(24)의 두께의 1/2 이하(특히 1/5 이하)로 하는 것이 더욱 적합하다.
본 실시예의 SAW 소자(10)에서는 압전체층(26) 위에 SiO2층(28)을 형성하고 있다. 이와 같이 압전체층(26) 위에 SiO2층(28)을 배치함으로써, 표면 탄성파 소자(10)의 온도 특성을 안정화시켜, 중심 주파수의 변동을 방지할 수 있다. 이것은 SiO2층(28)의 온도 계수와 압전체층(26)의 LiNbO3 및 다이아몬드층(22)의 온도 계수가 역 부호를 갖고 있어, 상쇄 효과가 있기 때문이다. 또, 이러한 온도 특성을 안정화시키기 위해서는 SiO2층(28)은 비정질막인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 SAW 소자(10)에 있어서는 필요에 따라 단락용 전극(도시 생략)을 배치해도 된다. 이 단락용 전극은 전계를 등전위로 함으로써 SAW 소자(10)의 SAW 특성을 변화시키기 위한 전극이다. 단락용 전극은, 예를 들면 여진 전극(30)과 대략 동등한 정도의 점유 면적을 가진 평면 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 단락용 전극은 Al, Au, Al-Cu, Al-Si-Cu 등의 금속막으로 형성하는 것이 바람직하다. 단락용 전극은 여진 전극(30)과는 다른 기능을 갖기 때문에, 여진 전극(30)과 다른 재료로 형성해도 된다.
또한, 단락용 전극은 여진 전극(30)과 마찬가지로, 압전체층(26) 위, 다이아몬드층(22)과 중간층(24) 사이 또는 중간층(24)과 압전체층(26) 사이의 어느 위치에 배치해도 되지만, 압전체층(26)에 관하여 여진 전극(30)과 반대측에, 즉 단락용 전극과 여진 전극(30) 사이에 압전체층(26)이 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 중간층(24)에 의한 압전체층(26)의 결정 특성 컨트롤 기능을 저해하지 않는다는 관점에서는 단락용 전극은 압전체층(26) 상, 또는 다이아몬드층(22)과 중간층(24) 사이에 배치하는 것이 바람직하다.
단락용 전극의 두께는 해당 전극의 기능을 발휘하는 한 특별히 한정되지는 않지만, 5∼300㎚ 정도로 하는 것이 바람직하다. 단락용 전극의 두께를 이러한 범위로 하는 것은 단락용 전극이 5㎚보다 얇으면, 등전위의 형성이 곤란하게 되고, 한편 300㎚를 초과하면 SAW의 반사에 영향을 주기 쉬워지기 때문이다.
이상과 같은 본 실시예의 표면 탄성파 소자(10)에 따르면, AlN으로 중간층(24)을 형성함으로써 다이아몬드층(22)과 중간층(24)과의 밀착성이 향상되어 있어, 표면 탄성파 소자(10)의 내진성, 내충격성이 높아져 있다.
[제2 실시 형태]
도 6은 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자용 기판(20) 및 표면 탄성파 소자(10)의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 것은 압전체층(26)이 LiNbO3이 아니고, LiTaO3로 형성되어 있다는 점이다. 압전체층(26) 이외의 다이아몬드층(22), 중간층(24), SiO2층(28) 및 여진 전극(30)의 형상, 크기, 재질, 배향성 등은 제1 실시 형태와 마찬가지로 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 압전체층(26)의 결정 특성은 하층의 중간층(24)의 결정 특성에 따라 정해지게 된다. 즉, 제1 실시예와 마찬가지로, 중간층(24)에 의해 LiTaO3로 이루어지는 압전체층(26)의 결정 특성이 컨트롤되게 된다.
압전체층(26)을 형성하는 LiTaO3은 단결정이어도 되고, 다결정이어도 되지만, SAW 소자(10)의 압전 특성을 양호하게 하기 위해서, 압전체층(26)은 C축 배향성의 LiTaO3로 형성하는 것이 바람직하다. C축 배향성의 압전체층(26)의 경우, 상기 θ-2θ법에 의해 구한 C축 배향면, 즉 〈00m〉면(m=1이상의 정수)에 대응하는 회절 피크 강도의 합계(IC)와, 모든 회절 피크 강도의 합계(IT)와의 비(IC/I T)가 80% 이상인 것이 바람직하고, 95% 이상인 것이 더욱 적합하다.
LiTaO3로 이루어지는 압전체층(26)의 형성 방법은 특별히 한정되지는 않고, 스퍼터링, 증착법, CVD법, 레이저 어블레이션법, MOCVD법(유기 금속 기상 성장법), MBE법(분자선 에피택시법) 등을 비롯한 공지의 다양한 기상 퇴적법을 이용할 수 있다.
또, 도시를 생략하고 있지만, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 압전체층(26) 위에는 SiO2층(28)을 형성하고 있다. 또한 적절한 장소에 단락용 전극을 형성할 수 있다.
이상과 같은 본 실시예의 표면 탄성파 소자(10)에 의해서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 AlN으로 중간층(24)을 형성함으로써 다이아몬드층(22)과 중간층(24)과의 밀착성이 향상되어 있어, 표면 탄성파 소자(10)의 내진성, 내충격성이 높아져 있다.
〈실시예〉
다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
Si 기판 위에, 메탄 농도 2%의 수소 가스를 이용한 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해, 두께 약 35㎛의 다이아몬드막을 성장시켰다. 이 때의 성장 조건은 다음과 같다.
마이크로파 파워: 150W
반응 가스: CH4:H2=2:100
가스 압력: 5.33×105Pa
성막 온도: 800℃
이 다이아몬드막을 전착 다이아몬드 지석을 이용하여 기계 연마하여, 다이아몬드막의 막 두께가 20㎛의 다이아몬드/Si 기판을 얻었다.
계속해서, 상기 다이아몬드/Si 기판 위에, RF 마그네트론 스퍼터에 의해 AlN 으로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 또한, 중간층의 두께는 5∼100㎚로 하였다. 이 때의 성장 조건은 다음과 같다.
RF 파워: 200W
성막 온도: 450℃
타깃: Al
분위기 가스: N2
가스 압력: 1Pa
막 두께: 5∼100㎚
상기한 AlN 중간층의 두께는 SEM에 의해 측정하였다. 또한, 중간층의 배향성을 θ-2θ법에 의해 평가한 바, 〈00m〉면(m=1이상의 정수)에 대응하는 회절 피크 강도의 합계(IC)와 모든 회절 피크 강도의 합계(IT)와의 비(IC/IT )는 95∼100%이지만, 두께 5㎚ 이하의 경우에는 피크는 보이지 않았다.
계속해서, 이와 같이 하여 얻어진 AlN 중간층/다이아몬드막/Si 기판 위에, LiNbO3 압전막을 스퍼터링법으로 형성하고, 본 발명의 표면 탄성파 소자용 기판을 얻었다. 이 때, LiNbO3의 막 두께는 상기 AlN 중간층과의 막 두께의 합계가 670㎚가 되도록 조정하였다. LiNbO3로 이루어지는 압전체층의 성장 조건을 다음과 같이 나타낸다.
RF 파워: 150W
스퍼터 가스: Ar:O2=50:50
가스 압력: 1Pa
성막 온도: 500℃
타깃: LiNbO3
LiNbO3로 이루어지는 압전막의 두께는 SEM에 의해 측정하였다. 이 압전체층의 배향성을 θ-2θ법에 의해 평가한 바, 두께가 5㎚ 이상의 AlN 중간층 위에 성장시킨 압전체층에서는 〈00m〉면(m=1이상의 정수)에 대응하는 회절 피크 강도의 합계(IC)와 모든 회절 피크 강도의 합계(IT)와의 비(IC/IT)는 80∼100%이고, LiNbO3 압전체층은 전부 C축 배향성을 갖는 막인 것이 확인되었다. 이것은 하층의 AlN 중간층에 의해 압전체층의 결정 특성이 컨트롤되어 있음에 의한 것으로 생각된다.
이에 대하여, 두께가 3㎚의 AlN 중간층 위에 LiNbO3 압전체층을 성장시킨 경우에는 압전체층은 무배향성을 나타내었다.
계속해서, LiNbO3 압전체층 위에, 비정질 SiO2층을 형성하였다.
계속해서, 상술된 바와 같이 하여 얻어진 표면 탄성파 소자용 기판(SiO2층/LiNbO3 압전체층/AlN 중간층/다이아몬드막/Si 기판) 위에, 또한 저항 가열 증착에 의해 5㎚/초의 퇴적 속도로, 두께 50㎚의 Al층을 형성하였다(기판 온도: 실온).
또한, 이와 같이 하여 형성한 Al층을 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여, 도 2에 도시한 바와 같은 싱글형(전극 폭 d=1.5㎛, 전극 간격=1.5㎛, 주기=6㎛)의 Al 빗형 전극을 형성하고, 도 7에 도시한 SAW 소자를 완성시켰다. 또, Al의 전극 으로서, SAW를 여진하기 위한 여진 전극(30)과 SAW의 수신용 수신 전극(32)을 형성하였다. 여진 전극(30) 및 수신 전극(32)의 전극 쌍의 수를 40으로 하고, 각 전극의 중심 사이의 거리 X는 600㎛로 하였다. 또한, 여진 전극(30) 및 수신 전극(32)에는 패드를 통해 Al선(직경 30㎛)의 와이어 본딩을 실시하였다.
그리고, 이상과 같이 하여 얻어진 중간층이 AlN인 SAW 소자와, 별도 제작한 중간층이 ZnO인 비교용 SAW 소자를 이용하여, 각 SAW 소자의 강도를 비교하였다. 자세히는 각 SAW 소자의 여진 전극의 패드에 접속된 와이어를 풀 테스터로 인장(tension), 파괴 모드와 강도를 비교하였다. 그 결과, ZnO 중간층을 갖는 비교용 SAW 소자에서는 인장 강도가 약 2kgf∼약 4kgf일 때, 패드 부분의 다이아몬드층과 ZnO 중간층과의 계면에서 박리가 생겼다. 한편, AlN 중간층을 갖는 SAW 소자에서는 인장 강도가 약 5kgf∼약 8kgf일 때, 와이어의 네크부가 절단되었다. 이들 결과로부터, 중간층을 AlN으로 형성한 SAW 소자가 다이아몬드층에 대한 밀착성이 우수한 것이 판명되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 압전체층이 LiTaO3로 형성된 SAW 소자를 제작하였다. 이하에, LiTaO3 압전체층의 성장 조건을 나타낸다. 또, 다이아몬드층, AlN 중간층, SiO2층 및 압전체층 위의 여진 전극은 실시예 1과 동일한 조건으로 형성하였기 때문에, 설명을 생략한다.
RF 파워: 150W
스퍼터 가스: Ar:O2=80:20
가스 압력: 1Pa
성막 온도 : 700℃
타깃: LiTaO3
그리고, 이와 같이 하여 얻어진 LiTaO3 압전체층 및 AlN 중간층을 갖는 SAW 소자와, 별도 제작한 중간층이 ZnO인 비교용 SAW 소자를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 와이어를 풀 테스터로 인장함으로써 각 SAW 소자의 강도를 비교하였다. 그 결과, ZnO 중간층을 갖는 비교용 SAW 소자에서는 인장 강도가 약 2kgf∼약 4kgf일 때, 패드 부분의 다이아몬드층과 ZnO 중간층과의 계면에서 박리가 생겼다. 한편, AlN 중간층을 갖는 SAW 소자에서는 인장 강도가 약 5kgf∼약 8kgf일 때, 와이어의 네크부가 절단되었다. 이들 결과로부터, 중간층을 AlN으로 형성한 SAW 소자가 다이아몬드층에 대한 밀착성이 우수한 것이 판명되었다.
이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 각 실시예에 한정되는 것이 아니다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자에 따르면, AlN으로 중간층을 형성함으로써 다이아몬드층과 중간층과의 밀착성이 향상되어, 다이아몬드층과 중간층이 박리되기 어려워진다.

Claims (12)

  1. 다이아몬드층과, 상기 다이아몬드층 위에 배치된 중간층과, 상기 중간층 위에 배치된 압전체층과, 상기 압전체층 위에 배치된 SiO2층을 가지며, 상기 압전체층은 LiNbO3로 형성되고, 상기 중간층은 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 C축 배향성의 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중간층은 두께가 5∼100㎚인 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 압전체층은 C축 배향성의 LiNbO3로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  6. 제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 기재된 표면 탄성파 소자용 기판과, 표면 탄성파를 여진하기 위한 여진 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.
  7. 다이아몬드층과, 상기 다이아몬드층 위에 배치된 중간층과, 상기 중간층 위에 배치된 압전체층과, 상기 압전체층 위에 배치된 SiO2층을 가지며, 상기 압전체층은 LiTaO3로 형성되고, 상기 중간층은 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 중간층은 C축 배향성의 AlN으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간층은 두께가 5∼100㎚인 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 압전체층은 C축 배향성의 LiTaO3로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자용 기판.
  12. 제7항, 및 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 기재된 표면 탄성파 소자용 기판과, 표면 탄성파를 여진하기 위한 여진 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.
KR1020027009992A 2000-08-09 2001-05-25 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자 KR100681381B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000241468A JP2002057549A (ja) 2000-08-09 2000-08-09 表面弾性波素子用基板及び表面弾性波素子
JPJP-P-2000-00241468 2000-08-09
PCT/JP2001/004431 WO2002013381A1 (fr) 2000-08-09 2001-05-25 Dispositif a onde acoustique de surface et son substrat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030022097A KR20030022097A (ko) 2003-03-15
KR100681381B1 true KR100681381B1 (ko) 2007-02-15

Family

ID=18732649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020027009992A KR100681381B1 (ko) 2000-08-09 2001-05-25 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6710513B2 (ko)
EP (1) EP1309085A4 (ko)
JP (1) JP2002057549A (ko)
KR (1) KR100681381B1 (ko)
CA (1) CA2399412A1 (ko)
WO (1) WO2002013381A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7132309B2 (en) 2003-04-22 2006-11-07 Chien-Min Sung Semiconductor-on-diamond devices and methods of forming
US7011134B2 (en) * 2000-10-13 2006-03-14 Chien-Min Sung Casting method for producing surface acoustic wave devices
US6814130B2 (en) * 2000-10-13 2004-11-09 Chien-Min Sung Methods of making diamond tools using reverse casting of chemical vapor deposition
JP4385607B2 (ja) * 2003-01-29 2009-12-16 セイコーエプソン株式会社 表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路並びに電子機器
JP2004297359A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Seiko Epson Corp 表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器
JP4609096B2 (ja) * 2005-02-08 2011-01-12 セイコーエプソン株式会社 弾性表面波素子
US7846767B1 (en) 2007-09-06 2010-12-07 Chien-Min Sung Semiconductor-on-diamond devices and associated methods
JP5569537B2 (ja) * 2009-11-26 2014-08-13 株式会社村田製作所 圧電デバイスの製造方法
JP2015032889A (ja) * 2013-07-31 2015-02-16 日本電波工業株式会社 弾性表面波素子、発振器及び電子部品
CN106209003B (zh) * 2016-07-06 2019-03-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 利用薄膜转移技术制备薄膜体声波器件的方法
JP6772711B2 (ja) * 2016-09-20 2020-10-21 住友電気工業株式会社 半導体積層構造体および半導体デバイス
US10658564B2 (en) * 2016-11-24 2020-05-19 Huawei Technologies Co., Ltd. Surface acoustic wave device
US20210234527A1 (en) * 2017-09-22 2021-07-29 Anhui Anuki Technologies Co., Ltd. Manufacturing Method for Piezoelectric Resonator and Piezoelectric Resonator
US11545960B2 (en) * 2018-11-16 2023-01-03 Skyworks Solutions, Inc. Multi-mode surface acoustic wave filter with slanted acoustic reflectors
CN109975926B (zh) * 2019-03-20 2021-01-01 山东大学 一种二氧化硅加载条型波导及其制作方法
CN114342256A (zh) * 2019-09-18 2022-04-12 福瑞斯恩系统 声波器件的换能器结构
CN113141165A (zh) 2020-01-17 2021-07-20 中芯集成电路（宁波）有限公司 一种复合基板及其制造方法、表声波谐振器及其制造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0537284A (ja) 1991-07-30 1993-02-12 Tdk Corp 表面弾性波素子用電極
JP3170819B2 (ja) * 1991-09-24 2001-05-28 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
US5440189A (en) * 1991-09-30 1995-08-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Surface acoustic wave device
JP3205976B2 (ja) * 1992-09-14 2001-09-04 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
JP3163606B2 (ja) * 1993-01-29 2001-05-08 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
EP0930702B1 (en) 1994-03-25 2003-07-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Orientational material and surface acoustic wave device
JP3318920B2 (ja) * 1994-05-10 2002-08-26 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
JP3282645B2 (ja) * 1994-06-16 2002-05-20 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
JP3374557B2 (ja) 1994-11-29 2003-02-04 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド基材および表面弾性波素子
JP3204290B2 (ja) 1995-02-09 2001-09-04 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
JP3205981B2 (ja) * 1995-09-29 2001-09-04 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子
US5838089A (en) * 1997-02-18 1998-11-17 Kobe Steel Usa Inc. Acoustic wave devices on diamond with an interlayer
US20030022412A1 (en) * 2001-07-25 2003-01-30 Motorola, Inc. Monolithic semiconductor-piezoelectric device structures and electroacoustic charge transport devices

Also Published As

Publication number Publication date
US20030011280A1 (en) 2003-01-16
EP1309085A1 (en) 2003-05-07
JP2002057549A (ja) 2002-02-22
KR20030022097A (ko) 2003-03-15
EP1309085A4 (en) 2009-04-01
CA2399412A1 (en) 2002-02-14
US6710513B2 (en) 2004-03-23
WO2002013381A1 (fr) 2002-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100681381B1 (ko) 표면 탄성파 소자용 기판 및 표면 탄성파 소자
US20200336127A1 (en) Hybrid structure for a surface acoustic wave device
US6828713B2 (en) Resonator with seed layer
KR100737088B1 (ko) 음향 공진기 배치 처리 방법
EP0616426B1 (en) Surface acoustic wave device having a lamination structure
EP1729414B1 (en) Surface acoustic wave device and method of manufacturing the same
KR100486045B1 (ko) 표면음파장치
JP2002094356A (ja) 表面弾性波フィルター及びその製造方法
US11949400B2 (en) Multiple layer system, method of manufacture and saw device formed on the multiple layer system
US20040021529A1 (en) Resonator with protective layer
US7094678B2 (en) Electrostatic discharge protection of thin-film resonators
JP2010521114A (ja) 指向性バルク超音波連動素子
US5838090A (en) Surface acoustic wave device
JPH0865088A (ja) 表面弾性波素子
JPH10270978A (ja) 表面弾性波素子及びその製造方法
TWI735913B (zh) 電極界定共振器
EP0689285B1 (en) Surface acoustic wave device and diamond base material for the same
JP2001168675A (ja) 圧電共振子およびこれを用いた圧電発振器並びに圧電共振子の製造方法
US6222299B1 (en) Surface acoustic wave devices comprising large-grained diamonds and methods for making
JP3374557B2 (ja) ダイヤモンド基材および表面弾性波素子
CN115514340A (zh) 带有声子晶体的横向激励体声波谐振器及制备方法
KR20020074484A (ko) 탄성파 장치
TW202103346A (zh) 電極界定未懸掛之聲波共振器
CN116961615A (zh) 一种接合基板、弹性波装置及模组
CN115360998A (zh) 具有高功率容量的薄膜体声波谐振器、制备方法及滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130118

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140117

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150120

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160119

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee