KR20100041843A - 탄성파 소자, 통신 모듈, 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 탄성파 소자는, 압전 기판(14)과, 압전 기판(14) 상에 형성된 빗살형의 전극(13)과, 전극(13)을 피복하도록 형성된 SiO2막(12)을 구비한 탄성파 소자로서, SiO2막(12) 상에 형성된 변위 조정막(11)을 구비하고, 변위 조정막(11)은, SiO2막(12)을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 것이다. 이 구성에 의해, 불요파를 억제할 수 있음과 함께, 온도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 탄성파 소자를 통신 모듈 및 통신 장치에 탑재함으로써, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 휴대 전화 단말기, PHS(Personal Handy-phone System) 단말기, 무선 LAN 시스템 등의 이동체 통신 기기(고주파 무선 통신 기기)에 탑재되는 탄성파 소자에 관한 것이다. 특히, 압전 기판 상에 인터디지털 전극(이하, IDT 전극이라고 칭함. IDT : Interdigital Transducer)이 형성되어 있고, 그 인터디지털 전극을 덮도록 절연층이 형성된 탄성 표면파 장치의 온도 특성과 불요파 억제 방법의 양립에 관한 것이다. 또한, 그와 같은 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈, 및 통신 장치에 관한 것이다.
이동체 통신 시스템에 이용되는 듀플렉서나 RF 필터에서는, 광대역이면서 양호한 온도 특성의 쌍방이 만족되는 것이 요구되고 있다. 종래, 듀플렉서나 RF 필터에 사용되어 온 탄성 표면파 장치에서는, 36°∼50°회전 Y판 X전파 탄탈산리튬(LiTaO3)으로 구성된 압전 기판이 이용되고 있다. 이 압전 기판은, 주파수 온도 계수(TCF : Temperature coefficient of frequency)가 -40∼-30ppm/℃ 정도이었다. 또한, 온도 특성을 개선하기 위해서, 압전 기판 상에서 IDT 전극을 피복하도록 TCF가 플러스인 산화실리콘(SiO2)막을 성막하는 방법이 알려져 있다.
한편, 상기 주파수 온도 계수의 개선과는 다른 목적으로, 탄성 표면파 장치의 IDT 전극을 피복하도록 절연성 또는 반도전성의 보호막이 형성되어 있는 탄성 표면파 장치의 제조 방법이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 도 15는, 특허 문헌 1에 기재된 탄성 표면파 장치를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 15에서, 탄성 표면파 장치(100)에서는, 압전 기판(101) 상에, 알루미늄(Al) 또는 Al을 주성분으로 하는 합금으로 구성된 IDT 전극(102)이 형성되어 있다. IDT 전극(102)이 형성되어 있는 영역 이외의 영역에는, 절연성 또는 반도전성의 전극 지간막(103)이 형성되어 있다. 또한, IDT 전극(102) 및 전극 지간막(103)을 피복하도록, 절연성 또는 반도전성의 보호막(104)이 형성되어 있다. 특허 문헌 1에는, 전극 지간막(103) 및 보호막(104)이, SiO2 등의 절연물이나 실리콘 등의 반도전성 물질에 의해 구성된다는 취지가 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 개시되어 있는 구성에 의하면, 전극 지간막(103)을 형성함으로서, 압전 기판(101)이 갖는 초전성(焦電性)에 기인하는 전극 핑거간의 방전에 의한 특성의 열화가 억제된다.
또한, 특허 문헌 2에는, 수정 또는 니오븀산리튬(LiNbO3)으로 이루어지는 압전 기판 상에, 알루미늄이나 금 등의 금속으로 이루어지는 전극이 형성되어 있고, 또한 SiO2막을 형성한 후, 그 SiO2막을 평탄화하여 구성된 1포트형 탄성 표면파 공진자가 개시되어 있다. 이와 같이 SiO2막을 평탄화함으로써, 양호한 공진 특성이 얻어진다.
또한, 특허 문헌 3에는, 전기 기계 결합 계수(k2)가 0.025 이상인 LiNbO3로 구성된 압전 기판과, 압전 기판 상에 형성되며 Al보다도 밀도가 큰 금속 혹은 그 금속을 주성분으로 하는 합금 또는 Al보다도 밀도가 큰 금속 혹은 그 금속을 주성분으로 하는 합금과 다른 금속으로 구성된 적층막으로 이루어지는 적어도 1개의 전극과, 상기 적어도 1개의 전극이 형성되어 있는 영역을 제외한 나머지 영역에서, 전극과 대략 동일한 막 두께로 형성된 제1 절연물층과, 전극 및 제1 절연물층을 피복하도록 형성된 제2 절연물층을 구비하고, 전극의 밀도가 제1 절연물층의 1.5배 이상이고, 제2 절연물층의 두께가 표면파의 파장을 λ로 하였을 때에 0.18λ∼0.34λ의 범위에 있고, 제2 절연물층의 표면의 볼록부의 돌출 높이가, 표면파의 파장을 λ로 하였을 때에, 0.03λ 이하인 구성이 개시되어 있다. 특허 문헌 3에 개시되어 있는 구성에서는, IDT 전극의 반사 계수가 충분히 커서, 공진 특성 등에 나타나는 리플에 의한 특성의 열화가 생기기 어렵게 된다.
그러나 각 특허 문헌에 개시된 구성에서는, 탄성파 소자의 어드미턴스(S계수)의 절대값의 주파수 응답에서, 도 16에 도시하는 바와 같이, 목적으로 하는 주응답 A보다도 높은 주파수에서 불요파 B가 발생한다고 하는 결점이 있었다. 도 16에 도시하는 특성은, 도 17에 도시하는 바와 같이 압전 기판(203) 상에 주기 λ가 2㎛인 IDT 전극(202)을 구비하고, 또한 IDT 전극(202)을 덮도록 SiO2막(201)을 구비한 탄성파 소자(200)에서, 표 1에 나타내는 물성값을 이용하여 유한 요소법(FEM : Finite Element Method)에 의해 시뮬레이션을 행한 결과이다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 불요 응답(불요파 B)이 존재하면, 탄성파 소자를 이용하여 필터를 형성하였을 때에, 통과 대역 밖에서의 억제가 나빠진다고 하는 문제가 생긴다.
불요파의 크기와 SiO2막의 막 두께는 도 18에 도시하는 관계가 있고, 불요파의 억제를 위해서 SiO2막의 막 두께를 박막화하면 되지만, SiO2막의 막 두께를 박막화하면 도 19에 도시하는 바와 같이 온도 특성이 열화된다고 하는 문제가 생긴다. 또한, 도 19는, SiO2막의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시한다.
본 발명의 목적은, 불요파를 억제할 수 있음과 함께, 온도 특성을 향상시킬 수 있는 탄성파 소자를 실현하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 신뢰성이 높은 통신 모듈, 통신 장치를 실현하는 것이다.
본 발명의 탄성파 소자는, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과, 상기 전극을 피복하도록 형성된 절연층을 구비한 탄성파 소자로서, 상기 절연층 상에 형성된 변위 조정막을 구비하고, 상기 변위 조정막은, 상기 절연층을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 것이다.
본 발명에 따르면, 불요파를 억제할 수 있음과 함께, 온도 특성을 향상시킬 수 있는 탄성파 소자를 실현할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 통신 모듈, 통신 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 실시 형태에서의 탄성파 소자의 단면도.
도 2a는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 2b는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 2c는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3a는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3b는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3c는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4a는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4b는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4c는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 5는 SiO2막의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시하는 특성도.
도 6은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, SiO2막의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시하는 특성도.
도 7은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, 공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시하는 특성도.
도 8은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, 반공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시하는 특성도.
도 9는 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 막 두께와 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 10은 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 음속과 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 11은 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 막 두께와 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 12a는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12b는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12c는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12d는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12e는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12f는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 13은 실시 형태의 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈의 구성을 도시하는 블록도.
도 14는 실시 형태의 탄성파 소자 또는 통신 모듈을 구비한 통신 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 15는 특허 문헌 1에 기재된 표면파 장치를 도시하는 모식적 단면도.
도 16은 종래의 탄성파 소자의 주파수 응답 특성을 도시하는 특성도.
도 17은 종래의 탄성파 소자의 구성을 도시하는 단면도.
도 18은 불요파의 크기와 SiO2막의 막 두께와의 관계를 도시하는 특성도.
도 19는 SiO2막의 막 두께와 주파수 온도 계수와의 관계를 도시하는 특성도.
도 2a는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 2b는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 2c는 변위 조정막의 막 두께가 1㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3a는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3b는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 3c는 변위 조정막의 막 두께가 10㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4a는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4b는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 4c는 변위 조정막의 막 두께가 30㎚일 때의 불요파의 에너지 분포를 도시하는 분포도.
도 5는 SiO2막의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시하는 특성도.
도 6은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, SiO2막의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시하는 특성도.
도 7은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, 공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시하는 특성도.
도 8은 도 5에 도시하는 변위 조정막의 각 조건에서의, 반공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시하는 특성도.
도 9는 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 막 두께와 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 10은 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 음속과 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 11은 변위 조정막을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막의 막 두께와 불요파의 크기와의 관계를 도시하는 특성도.
도 12a는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12b는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12c는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12d는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12e는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12f는 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 13은 실시 형태의 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈의 구성을 도시하는 블록도.
도 14는 실시 형태의 탄성파 소자 또는 통신 모듈을 구비한 통신 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 15는 특허 문헌 1에 기재된 표면파 장치를 도시하는 모식적 단면도.
도 16은 종래의 탄성파 소자의 주파수 응답 특성을 도시하는 특성도.
도 17은 종래의 탄성파 소자의 구성을 도시하는 단면도.
도 18은 불요파의 크기와 SiO2막의 막 두께와의 관계를 도시하는 특성도.
도 19는 SiO2막의 막 두께와 주파수 온도 계수와의 관계를 도시하는 특성도.
본 발명의 탄성파 소자의 제1 구성은, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과, 상기 전극을 피복하도록 형성된 절연층을 구비한 탄성파 소자로서, 상기 절연층 상에 형성된 변위 조정막을 구비하고, 상기 변위 조정막은, 상기 절연층을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 것이다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 불요파를 억제할 수 있음과 함께, 온도 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 탄성파 소자는, 상기 구성을 기본으로 하여, 이하와 같은 다양한 양태를 취할 수 있다.
즉, 본 발명의 탄성파 소자에 있어서, 상기 전극은, 금속 혹은 그 금속을 주성분으로 하는 합금, 또는 금속과 다른 금속으로 구성된 적층막으로 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성파 소자는, 상기 절연층이 SiO2에 의해 형성되고, 상기 변위 조정막이 SiO2보다도 음속이 느린 물질의 단층, 또는 SiO2보다도 음속이 느린 물질 중 어느 하나의 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성파 소자에 있어서, 상기 변위 조정막은, Au, Ag, Pt, Ta, Cu, W, Ti, Ni의 단층, 또는 Au, Ag, Pt, Ta, Cu, W, Ti, Ni 중 어느 하나의 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성파 소자의 제2 구성은, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과, 상기 전극 사이에서, 상기 전극과 대략 동일한 막 두께로 형성된 제1 절연층과, 상기 전극 및 제1 절연층을 피복하도록 형성된 제2 절연층을 구비한 탄성파 소자로서, 상기 제2 절연층 상에 형성된 변위 조정막을 구비하고, 상기 변위 조정막은, 상기 제2 절연층을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 것이다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 불요파를 억제할 수 있음과 함께, 온도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제조 시에 연마 공정이 불필요하기 때문에, 제조가 용이함과 함께 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성파 소자의 제조 방법은, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과, 상기 전극을 피복하도록 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성되며, 상기 절연층보다도 음속이 느린 물질로 구성된 변위 조정막을 구비한 탄성파 소자의 제조 방법으로서, 상기 압전 기판 상에 상기 전극을 형성하는 공정과, 상기 압전 기판 상에, 상기 전극을 피복하도록 상기 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 상기 변위 조정막을 형성하는 공정을 포함하는 것이다. 이와 같은 방법에 의하면, 제조 시에 연마 공정이 불필요하기 때문에, 제조가 용이함과 함께 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 통신 모듈은, 상기 탄성파 소자를 구비한 것이다.
또한, 본 발명의 통신 장치는, 상기 통신 모듈을 구비한 것이다.
<실시 형태>
〔1. 탄성파 소자의 구성〕
도 1은 실시 형태 1에서의 탄성파 소자의 구성을 도시한다. 도 1에서, 탄성파 소자(1)는, 압전 기판(14) 상에 빗형의 IDT 전극(13)이 형성되고, 또한 IDT 전극(13)을 덮도록 SiO2막(12)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 또한 SiO2막(12)의 상부에 변위 조정막(11)이 형성되어 있다. 변위 조정막(11)은, SiO2막(12)을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질의 단층막이나, SiO2막(12)을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, 변위 조정막(11)은, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 단층막이나, 어느 하나의 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 특히, Ta 및 W는, SiO2의 음속에 가까운 음속을 갖기 때문에, 공진 주파수의 변동이 적어 바람직하다. 또한, Ti는, SiO2와의 밀착성이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, SiO2막(12)은, 절연층의 일례이다.
통상의 물질의 선팽창 계수는 플러스이고, 일반적인 제조 방법을 이용하여 탄성파 소자를 형성하면, 그 탄성파 소자의 TCF는 마이너스로 되어, 소자의 온도가 변화되면 특성이 변동되게 된다. 그 때문에, TCF가 플러스인 SiO2와 조합하여 TCF를 0에 가깝게 되도록 하고 있다. 그런데, TCF를 개선하기 위해서 SiO2막의 막 두께를 두껍게 하면, 전술한 도 18에 도시하는 바와 같이 불요파의 레벨이 커진다. 즉, TCF와 불요파의 레벨 사이에는, 트레이드 오프의 관계가 있다.
도 2a는, 변위 조정막(11)이 Au로 형성되고, 그 두께를 1㎚로 하였을 때의 주응답의 공진 주파수의 에너지의 분포를 도시한다. 도 2b는 마찬가지의 구성에서의 반공진 주파수의 에너지 분포를 도시한다. 도 2c는 마찬가지의 구성에서의 불요파의 공진 주파수에서의 에너지 분포를 도시한다. 도 3a∼도 3c는, 변위 조정막(11)의 막 두께를 10㎚로 하였을 때의 주응답의 공진 주파수(도 3a), 반공진 주파수(도 3b), 불요파의 공진 주파수(도 3c)에서의 에너지 분포를 도시한다. 도 4a∼도 4c는, 변위 조정막(11)의 막 두께를 30㎚로 하였을 때의 주응답의 공진 주파수(도 4a), 반공진 주파수(도 4b), 불요파의 공진 주파수(도 4c)에서의 에너지 분포를 도시한다. 각 도면에서, 영역(21)은 변위 조정막(11)에서의 에너지 분포, 영역(22)은 SiO2막(12)에서의 에너지 분포, 영역(23)은 IDT 전극(13)에서의 에너지 분포, 영역(24)은 압전 기판(14)에서의 에너지 분포를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 변위 조정막(11)이 얇은 경우에는, 주응답의 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 에너지가 높은 영역이, SiO2막(12)의 영역(22)과 압전 기판(14)의 영역(24)의 계면 근방까지 도달하고 있지만, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 변위 조정막(11)이 두꺼운 경우에는, 주응답의 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 에너지가 높은 영역이, 탄성파 소자(1)의 표면(변위 조정막(11)의 영역(21))에 집중된다. 이것은, SiO2의 음속보다도 Au의 음속 쪽이 느리기 때문이다. 예를 들면, 실리콘 카바이트(SiC)와 같이, SiO2의 음속보다도 음속이 빠른 물질로 변위 조정막(11)을 형성한 경우에는, 반대로 에너지가 높은 영역이 압전 기판(14)의 내부측으로 이동하여, 압전 기판(14)의 선팽창 계수의 영향도가 높아져, TCF가 열화된다. 도 5에 도시하는 바와 같이, Au를 10㎚의 막 두께로 형성한 경우와 SiC를 10㎚의 막 두께로 형성한 경우를 비교하면, Au를 형성한 쪽이 TCF가 개선된다. 즉, 변위 조정막(11)을 Au로 형성한 경우, 응답 시의 공진 주파수 및 반공진 주파수의 에너지가 높은 영역이 탄성파 소자(1)의 표면에 집중되기 때문에, 압전 기판(14)의 선팽창 계수의 영향도가 낮아져, TCF가 개선된다.
또한, 도 5는, 변위 조정막(11)을 막 두께 5㎚의 Au로 형성한 경우, 막 두께 10㎚의 Au로 형성한 경우, 막 두께 20㎚의 Au로 형성한 경우, 막 두께 10㎚의 SiC로 형성한 경우, 변위 조정막(11)을 형성하지 않은 경우(종래 공지예)의, SiO2막(12)의 막 두께와 TCF와의 관계를 도시한다. 도 5에 도시하는 그래프에서, 횡축은 SiO2막(12)의 막 두께이다.
그런데, 도 6에 도시하는 바와 같이, SiO2막(12)의 막 두께를 동일하게 하여 불요파의 레벨을 비교한 경우, SiO2막(12) 상에 변위 조정막(11)을 형성함으로써 불요파의 레벨이 커지게 된다. 이것은, 에너지가 높은 영역이 탄성파 소자(1)의 표면으로 이동하여, 불요파가 발생하기 쉬워지기 때문이다. 또한, 도 6은, 도 5에 도시하는 변위 조정막(11)의 각 조건에서의, SiO2막(12)의 막 두께와 불요파와의 관계를 도시한다.
그러나, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 동일한 TCF에서 비교하면, SiO2막(12)의 막 두께를 박막화할 수 있으므로, 불요파는 개선되는 것을 알 수 있다. 도시한 예에서는, TCF가 제로에 가까울수록 좋으므로, Au를 막 두께 10㎚로 형성하는 구성이 가장 좋다. 또한, 도 7은, 도 5에 도시하는 변위 조정막(11)의 각 조건에서의, 공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시한다. 또한, 도 8은, 도 5에 도시하는 변위 조정막(11)의 각 조건에서의, 반공진 주파수의 TCF와 불요파의 레벨과의 관계를 도시한다.
또한, 변위 조정막(11)의 막 두께를 10㎚로 하고, 변위 조정막의 영율과 밀도를 표 2에 나타내는 조건에서 변화시켜, 불요파의 크기를 측정하였다. 공진 주파수의 TCF가 0ppm/℃일 때의 불요파의 크기는, 도 9∼도 11에 도시하는 바와 같은 분포로 되어, 변위 조정막(11)을 음속이 느린 물질로 형성할수록 불요파가 억제되는 것을 알 수 있다. 또한, 변위 조정막(11)의 막 두께는, 최적값이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 9 및 도 11은, 변위 조정막(11)을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막(11)의 막 두께와 불요파의 크기와의 관계를 도시한다. 도 10은, 변위 조정막(11)을 다양한 물질로 형성한 경우의, 변위 조정막(11)의 음속과 불요파의 크기와의 관계를 도시한다. 도 9 및 도 10에 도시하는 측정 결과가 얻어진 측정에 이용한 물질은, WSST 레지스트, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티탄(Ti)이다. 도 9에 도시하는 측정 결과가 얻어진 측정에서는, 상기물질 외에 Au와 밀착층(Ti1, Ti2, Ti3)의 적층막에 대해서도 측정을 행하였다. 또한, 도 11에 도시하는 측정 결과가 얻어진 측정에 이용한 물질은, Au, Ti, Au와 Ti의 적층막이다. 또한, 니켈(Ni)에 대해서도 측정을 행하여, 표 2에 나타내는 바와 같이 SiO2보다도 음속이 느린 것을 확인하였다(도 9 및 도 11에의 플롯은 생략).
이상과 같이, SiO2막(12) 상에, SiO2막(12)의 음속보다도 느린 음속을 갖는 변위 조정막(11)을 형성한 것에 의해, 에너지가 탄성파 소자(1)의 표면에 집중되게 된다. 따라서, 압전 기판(14)의 선팽창 계수의 영향이 적어져, TCF를 개선할 수 있다. 또한, SiO2막(12)을 얇게 할 수 있으므로, 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, SiO2막(12)은 단층으로 하였지만, IDT 전극(13)과 대략 동일한 막 두께로 형성된 제1 절연층(예를 들면 SiO2막)과, 제1 절연층을 피복하도록 형성된 제2 절연층(예를 들면 제1 절연층과 동일한 SiO2막)의 적층 구조로 하여도, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이와 같이 구성함으로써, 제조 시의 연마 공정이 불필요하게 되기 때문에, 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
〔2. 탄성파 소자의 제조 방법〕
도 12a∼도 12f는 본 실시 형태의 탄성파 소자의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 도 12a∼도 12f에 도시하는 제조 공정에서 이용한 변위 조정막(11)은, Au와 Ti의 적층막이다.
우선, 도 12a에 도시하는 압전 기판(14)을 준비한다.
다음으로, 도 12b에 도시하는 바와 같이, 압전 기판(14)의 표면 상에 밀착층인 Ti막(13a)을 개재하여, Ti막(13a) 상에 Cu막(13b)을 형성한다. 또한, 본 실시 형태에서는, Ti막(13a)의 막 두께는 20㎚로 하고, Cu막(13b)의 막 두께는 100㎚로 하였다.
다음으로, 도 12c에 도시하는 바와 같이, Ti막(13a) 및 Cu막(13b) 상에 전극 패터닝용의 포토레지스트를 형성하고, 포토리소그래피에 의한 패터닝을 행한다. 다음으로, Ti막(13a) 및 Cu막(13b)을 에칭 처리하고, 포토레지스트를 제거하여, IDT 전극(13)을 형성한다.
다음으로, 도 12d에 도시하는 바와 같이, Ti막(13a) 및 Cu막(13b)을 덮도록, 압전 기판(11) 상에 SiO2막(12)을 형성한다. 본 실시 형태에서는, SiO2막(12)은 CVD법(화학 증착법)을 이용하여, 막 두께가 550㎚로 될 때까지 성장시켜 성막하였다. 성막 후의 SiO2막(12)은, IDT 전극(12)의 상부 위치에 돌기부(12a)가 형성된다.
다음으로, 도 12e에 도시하는 바와 같이, SiO2막(12)의 돌기부(12a)를 제거하여, SiO2막(12)의 표면을 평탄화한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 평탄화 처리에는 CMP법(화학 기계 연마법)을 이용하였다.
다음으로, 도 12f에 도시하는 바와 같이, SiO2막(12)의 표면에 밀착층인 Ti막(11b)을 형성하고, Ti막(11b) 상에 Au막(11a)을 증착 처리에 의해 성장시켜, 변위 조정막(11)을 형성한다. 또한, 본 실시 형태에서는, Au막(11a)의 막 두께를 15㎚, Ti막(11b)의 막 두께를 5㎚로 하였다.
또한, SiO2막(12)의 막 두께가 0.3㎛ 이상일 때에는, 변위 조정막(11)의 전위의 영향이 적으므로, Au/Ti의 적층막으로 구성된 변위 조정막(11)은 어스 또는 플로팅 중 어느 것이라도 특성에 차는 보이지 않는다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, Au 대신에 Ag, Pt, Ta, Cu, W, Ti, WSST 레지스트, Ni 등을 이용하는 구성이어도, 본 실시 형태와 마찬가지의 제조 방법으로 제조할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, Au/Ti의 적층막으로 구성된 변위 조정막(11)을 형성하는 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 단층의 변위 조정막(11)을 형성하는 경우도 마찬가지의 제조 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, SiO2막(12)은 단층으로 하였지만, IDT 전극(13)과 대략 동일한 막 두께로 형성된 제1 절연층(예를 들면 SiO2막)과, 제1 절연층을 피복하도록 형성된 제2 절연층(예를 들면 제1 절연층과 동일한 SiO2막)의 적층 구조로 하여도 된다. 그 경우의 제조 방법은, 도 12c에 도시하는 IDT 전극(13)을 형성한 후, IDT 전극(13) 사이에 IDT 전극(13)의 막 두께와 대략 동일한 제1 절연층을 형성한다. 이 때, IDT 전극(13) 및 제1 절연층의 표면은 대략 평면이다. 다음으로, IDT 전극(13) 및 제1 절연층을 피복하도록 제2 절연층을 형성한다. 이와 같이 제조함으로써, 도 12d에 도시하는 바와 같은 돌기부(12a)가 형성되지 않기 때문에 , 돌기부(12a)의 제거 공정이 불필요하게 된다. 따라서, 연마 작업이 불필요하게 되기 때문에, 제조가 용이해짐과 함께 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
〔3. 통신 모듈의 구성〕
도 13은 본 실시 형태의 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈의 일례를 도시한다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 듀플렉서(52)는, 수신 필터(54)와 송신 필터(55)를 구비하고 있다. 또한, 수신 필터(54)에는, 예를 들면 밸런스 출력에 대응한 수신 단자(62a 및 62b)가 접속되어 있다. 또한, 송신 필터(55)에는, 파워 앰프(63)가 접속되어 있다. 여기서, 수신 필터(54) 및 송신 필터(55)에는, 본 실시 형태에서의 탄성파 소자(1)가 포함되어 있다.
수신 동작을 행할 때, 수신 필터(54)는, 안테나 단자(61)를 통하여 입력되는 수신 신호 중, 소정의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜, 수신 단자(62a 및 62b)로부터 외부로 출력한다. 또한, 송신 동작을 행할 때, 송신 필터(55)는, 송신 단자(64)로부터 입력되어 파워 앰프(63)에서 증폭된 송신 신호 중, 소정의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜, 안테나 단자(61)로부터 외부로 출력한다.
또한, 도 13에 도시하는 통신 모듈의 구성은 일례이며, 다른 형태의 통신 모듈에 본 발명의 탄성파 소자 혹은 듀플렉서를 탑재하여도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
〔4. 통신 장치의 구성〕
도 14는, 본 실시 형태의 탄성파 소자를 구비한 통신 장치의 일례로서, 휴대 전화 단말기의 RF 블록을 도시한다. 또한, 도 14에 도시하는 구성은, GSM(Global System for Mobile Communications) 통신 방식 및 W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신 방식에 대응한 휴대 전화 단말기의 구성을 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에서의 GSM 통신 방식은, 850㎒대, 950㎒대, 1.8㎓대, 1.9㎓대에 대응하고 있다. 또한, 휴대 전화 단말기는, 도 14에 도시하는 구성 이외에 마이크로폰, 스피커, 액정 디스플레이 등을 구비하고 있지만, 본 실시 형태에서의 설명에서는 불필요하기 때문에 도시를 생략하였다. 여기서, 수신 필터(54, 76, 77, 78, 79), 송신 필터(55)에는, 본 실시 형태에서의 탄성파 소자(1)가 포함되어 있다.
우선, 안테나(71)를 통하여 입력되는 수신 신호는, 그 통신 방식이 W-CDMA인지 GSM인지에 따라서 안테나 스위치 회로(72)에서, 동작의 대상으로 하는 LSI를 선택한다. 입력되는 수신 신호가 W-CDMA 통신 방식에 대응하고 있는 경우에는, 수신 신호를 듀플렉서(52)에 출력하도록 절환한다. 듀플렉서(52)에 입력되는 수신 신호는, 수신 필터(54)에서 소정의 주파수 대역으로 제한되어, 밸런스형의 수신 신호가 LNA(73)에 출력된다. LNA(73)는, 입력되는 수신 신호를 증폭하여, LSI(75)에 출력한다. LSI(75)에서는, 입력되는 수신 신호에 기초하여 음성 신호로의 복조 처리를 행하거나, 휴대 전화 단말기 내의 각 부를 동작 제어한다.
한편, 신호를 송신하는 경우는, LSI(75)는 송신 신호를 생성한다. 생성된 송신 신호는, 파워 앰프(74)에서 증폭되어 송신 필터(55)에 입력된다. 송신 필터(55)는, 입력되는 송신 신호 중 소정의 주파수 대역의 신호만을 통과시킨다. 송신 필터(55)로부터 출력되는 송신 신호는, 안테나 스위치 회로(72)를 통하여 안테나(71)로부터 외부에 출력된다.
또한, 입력되는 수신 신호가 GSM 통신 방식에 대응한 신호인 경우에는, 안테나 스위치 회로(72)는, 주파수 대역에 따라서 수신 필터(76∼79) 중 어느 하나를 선택하고, 수신 신호를 출력한다. 수신 필터(76∼79) 중 어느 하나에서 대역 제한된 수신 신호는, LSI(82)에 입력된다. LSI(82)는, 입력되는 수신 신호에 기초하여 음성 신호로의 복조 처리를 행하거나, 휴대 전화 단말기 내의 각 부를 동작 제어한다. 한편, 신호를 송신하는 경우는, LSI(82)는 송신 신호를 생성한다. 생성된 송신 신호는, 파워 앰프(80 또는 81)에서 증폭되어, 안테나 스위치 회로(72)를 통하여 안테나(71)로부터 외부에 출력된다.
〔5. 실시 형태의 효과, 기타〕
본 실시 형태에 따르면, SiO2막(12) 상에, SiO2막(12)을 형성하고 있는 물질보다도 음속이 느린 물질로 구성된 변위 조정막(11)을 형성함으로써, 불요파의 발생을 억제할 수 있음과 함께, TCF를 향상시킬 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높은 탄성파 소자, 통신 모듈, 통신 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성파 소자 또는 그것을 구비한 통신 모듈을 적용 가능한 통신 장치는, 휴대 전화 단말기, PHS 단말기 등이 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명은, 탄성파를 응용한 디바이스의 하나로서 탄성 표면파 소자(SAW 디바이스 : Surface Acoustic Wave Device) 등의 탄성파 소자에 유용하다. 또한, 그와 같은 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈, 통신 장치에 유용하다.
Claims (8)
- 압전 기판과,
상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과,
상기 전극을 피복하도록 형성된 절연층을 구비한 탄성파 소자로서,
상기 절연층 상에 형성된 변위 조정막을 구비하고,
상기 변위 조정막은, 상기 절연층을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 전극은,
금속 혹은 그 금속을 주성분으로 하는 합금, 또는 금속과 다른 금속으로 구성된 적층막으로 구성된 탄성파 소자. - 제2항에 있어서,
상기 절연층이 SiO2에 의해 형성되고,
상기 변위 조정막은, SiO2보다도 음속이 느린 물질의 단층막, 또는 SiO2보다도 음속이 느린 물질 중 어느 하나의 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있는 탄성파 소자. - 제3항에 있어서,
상기 변위 조정막은,
Au, Ag, Pt, Ta, Cu, W, Ti, Ni 중 어느 하나의 단층막, 또는 Au, Ag, Pt, Ta, Cu, W, Ti, Ni 중 어느 하나의 물질을 주성분으로 하는 적층막에 의해 형성되어 있는 탄성파 소자. - 압전 기판과,
상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과,
상기 전극 사이에서, 상기 전극과 대략 동일한 막 두께로 형성된 제1 절연층과,
상기 전극 및 제1 절연층을 피복하도록 형성된 제2 절연층을 구비한 탄성파 소자로서,
상기 제2 절연층 상에 형성된 변위 조정막을 구비하고,
상기 변위 조정막은, 상기 제2 절연층을 형성하는 물질보다도 음속이 느린 물질로 형성된 탄성파 소자. - 압전 기판과,
상기 압전 기판 상에 형성된 빗살형의 전극과,
상기 전극을 피복하도록 형성된 절연층과,
상기 절연층 상에 형성되며, 상기 절연층보다도 음속이 느린 물질로 구성된 변위 조정막을 구비한 탄성파 소자의 제조 방법으로서,
상기 압전 기판 상에 상기 전극을 형성하는 공정과,
상기 압전 기판 상에, 상기 전극을 피복하도록 상기 절연층을 형성하는 공정과,
상기 절연층 상에 상기 변위 조정막을 형성하는 공정을 포함하는 탄성파 소자의 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 탄성파 소자를 구비한 통신 모듈.
- 제7항의 통신 모듈을 구비한 통신 장치.
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