WO2002045262A1 - Dispositif a ondes sonores - Google Patents

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Description

明 細 書 弾性波装置 技術分野

この発明は、 通信機器や電子機器などの回路で使用され、 弾性波を伝搬する弾 性波装置に関するものである。 - 背景技術

これまで、 弾性波装置の基板には、 圧電体基板として電気機械結合係数 K2の 大きいニオブ酸リチウム (以下 L iNb03という)、 電気機械結合係数 K2は L iNb03よりも小さいが'、 L iNb03よりも温度特性の良いタンタル酸リ チウム.(以下 L iTa03という) 、 零温度特性を持つ水晶、 電気機械結合係数 K 2と温度特性が L i T a 03と水晶の中間程度の値を持つ四ホウ酸リチウム ( 以下 Li2B407) などが用いられ、 また、 ガラス、 サファイア、 シリコン (S i)、 ガリウムヒ素 (GaAs) 、 ダイヤモンドなどの非圧電基板あるいは非圧 電薄膜上に酸化亜鉛 (ZriO)、 窒化アルミ (A1N)、 硫ィ匕カドミウム (Cd S) などの圧電体薄膜を堆積させたものも用いられている。 また、 最近、 新しい 圧電体材料として、 弾性表面波の電気機械結合係数 K2が非常に大きいカツト角 を持つニオブ酸カリウム (KNb03)、 I Fフィル夕用基板として期待されて いる、 いねゆるランガサイ トファミリ一のランガサイ ト (La3Ga5Si014 ) 、 ランガナイ ト (La3Ga5Nb014)、 ランガティ ト (La3Ga5TaO 14) などが注目を集めている。 しかし、 本願では、 これらを特に区別する場合 を除き、 総称して圧電基板と称することにする。

これら圧電基板上にフォトリソグラフィー技術を用いて、 A 1あるいは A 1を 主成分とする合金からなるすだれ状電極 (interdigital transducer)や反射電 極、 すだれ状電極に電力を入力あるいは出力するためのワイヤあるいはバンプを 接続する引き出し電極、 各電極間を接続する引き回し電極 (バスバ一電極とも呼 ぶ) などを形成して弾性波装置は構成される。 さらに、 この弾性波装置をセラミ ックパッケージなどに封止することで、 実際の製品となる。

上記のように、 圧電基板上にすだれ状電極を含む電極パターンを形成して弾性 波装置は構成されるが、 この電極パターンを形成した圧電基板上に薄膜を堆積さ せることで、 弾性波装置の温度特性改善、 すだれ状電極および反射電極などの機 械的損傷からの保護、 電極指の焦電破壊防止、 電気機械結合係数 κ 2の増大、 電 極指の耐電力性向上、 電極の耐湿性向上、 電極指間のショート防止など、 弾性波 装置の特性を向上させる試みがこれまで数多く行われてきた。 :

通常、 弾性波装置は圧電基板上にすだれ状電極を含む電極ノ、'夕 ンが形成され 、 基板表面の電極パターンが保護されない剥き出しのままパッケージ内に封止さ れる。

近年、 弾性波装置が用いられる移動体無線通信の通信周波数帯は G H z帯にま で高周波ィ匕しており、 G H z.帯においては、 弾性波装置のすだれ状電極あるいは 反射電極め寸法はサブミク口ンめオーダ一にまで微細化される。 このように、 す だれ状電極や反射電極における隣り合う電極指間が非常に狭くなることにより、 これまでに問題とならなかつた微細な金属屑でも電極間がショートする可能性が 強まっている。 また、 弾性表面波は圧電基板の表面を伝搬するため、 圧電基板表 面の状態に非常に敏感であり、 'もしパッケージ内に湿気が混入し結露により水分 が圧電基板表面に付着するなどした場合には、 弾性波装置の特性が劣化してしま う。 さらに、 湿気がパッケージ内に混入した場合には、 湿気に弱い A 1あるいは A 1を主成分とする合金による電極は腐食してしまい、 弾性波装置の特性が劣化 してしまう。 このようなことから、 前述のように弾性波装置外部からの影響を避 けるために弾性波装置はパッケージ内に高気密封止されている。

しかし、 パッケージ内に弾性波装置を高気密封止するとしても、 弾性波装置の 製造工程中に微細な金属屑や湿気がパッケージ内に混入する可能性が依然として あるため、 何らかの形で電極を保護することが必要となる。 この目的のため、 す だれ状電極上に電極保護膜を堆積させる構造が考えられる。

特開昭 6 1 - 1 3 6 3 1 2号公報 (以下先行技術 1という) では、 弾性表面波 素子、 すなわち、 すだれ状電極およびその他の電極が形成された圧電基板上に、 すだれ状電極部分を被覆するように S i 0 等の酸化物、 S i N 2等の窒化物あ るいはこれらの複合体からなる絶縁膜を堆積し、 この絶縁膜表面を平坦化するこ とで、 電極の機械的損傷および汚染の防止をすると同時に、 電極腐食の防止を達 成する弾性表面波素子を提案している。

すだれ状電極や反射器電極上に薄膜を堆積させた場合、 実際には第 8図のよう に表面は凹凸状態になる。 なお、 このような状態では、 電極側面の平滑化の影響 を受け、 電極間短絡現象の防止効果が弱められる。 このため、 先行技術 1では、 すだれ状電極の段差を埋めるように絶縁膜を堆積させ、 すなわち、 第 9図のよう に絶縁膜 8の表面を平坦にすることで、 充分な絶縁性を得ることができると:して いる。 なお、 第 8図および第 9図において、' 1は圧電基板、 2は電極指、 4は電 極指 2により形成された、 電気一弾性表面波のエネルギー変換を行う入力側すだ れ状電極である。 なお、 弾性表面波—電気のエネルギー変換を行う出力側すだれ 状電極も、 この入力側すだれ状電極 4と同様に構成されている。

また、 先行技術 1では、 絶縁膜の厚さが 5 0 O A未満となると、 電極間短絡現 象の防止効果が十分に得られにくくなり、 一方、 絶縁膜の厚さが 3 0ひ O Aを超 えると、 弾性表面波素子の共振抵抗が増加し、 弾性表面波素子の特性が劣化して しまうので、 すだれ状電極上に堆積させる絶縁膜の好ましい厚さは 5 0 0〜 3 0 0 0 Aの範囲であるとしている。 '

先行技術 1のような圧電基板上に薄膜を堆積させる構造の弾性波装置では、 酸 化シリコンが絶縁膜として用いられることが多い。

また、 酸ィ匕シリコンは、 通常、 弾性波装置に用いられる基板と逆符号の温度特 性係数を有しており、 基板上に薄膜として堆積させることにより、 温度特性の改 善を計る試みがされてきた。

しかし、 このとき必要となる酸ィ匕シリコン膜の厚さは、 弾性表面波の波長に対 して 2倍程度と非常に厚くなければならない。仮に、 弾性表面波の速度を 4 0 0 0 m/ s、 弾性波装置の動作周波数を 2 G H zとすると、 酸ィ匕シリコン膜の 厚さは 0 . 4 imとなる。 しかし、 この厚さの酸化シリコン膜を弾性波装置上に 堆積させると、 弾性波装置の共振抵抗が増大し特性が劣化してしまうため、 酸ィ匕 シリコン膜を弾性波装置上に堆積させることで、 温度特性を改善した弾性波装置 は、 実際にはこれまで実現していない。 圧電基板上に形成される電極パターンは、 A 1あるいは A 1を主成分とする合 金からなるが、 湿度に弱い。 また、 電極保護膜として良く用いられる酸ィ匕シリコ ン膜も耐湿性には乏しい。 なお、 一般に A 1の腐食を防止するための保護膜とし て窒化シリコン膜が知られている。 しかし、 この窒ィ匕シリコン膜を直接圧電基板 上に堆積させた場合、 圧電基板と窒化シリコン膜との線膨張係数が異なるため、 窒化シリコン膜がある一定の厚み以上になると、 窒ィ匕シリコン膜にクラヅクが生 じてしまうという問題があった。 ' ■■ · ' ·· ■· 上記の問題を改善するため、 特開平 8— 9 7 6 7 1号公報 '(以下先行技術 2と いう) では、すだれ状電極を形成した基板上に酸ィ匕シリコンからなる内側保護膜 と、 窒化シリコンからなる外側保護膜との 2層の保護膜を堆積させる構造を提案 している。 これは酸化シリコンを圧電基板と窒化シリユンの中間層として挿入す ることで、 基板から外側保護膜へ線膨張係数をなだ.ちかに変化させ、 外側保護膜 にクラヅクが生じるごどを防止'じたものである。 そして、 先行技術 2.では、 'この.' 構造を採用することで、 耐湿性の優れた弾性波装置が実現できるとしている。 このように、 酸化シリコン膜は耐湿性に乏しいため、 酸化シリコン膜のみで耐 湿性に優れた弾性波装置を実現することが困難であると考えられていた。

弾性波装置は、 移動体通信機器に用いられるため、 小型で かつ、 軽量である ことが求められている。 弾性波装置の大きさは、 使用される基板の最小のものが l mm 1 . 5 mm程度の大きさであるにもかかわらず、 基板を弾性波装置の パッケージに入れる.必要があるため、 最終完成の姿では最小のものでも 2 mm 2 . 5 mmとなっており、 また、 最も多く生産されているものでは 3 mm四 方程度の大きさとなってしまっている。

ここで、 上記先行技術についての問題点を整理すると次のようになる。

先行技術 1においては、 圧電基板上にすだれ状電極および反射器を含む電極パ 夕一ンを形成した弾性波装置上に堆積させる絶縁膜の好ましい厚さを 5 0 0から 3 0 0 O Aであるとしている。 しかし、 近年、 弾性波装置が用いられる G H z帯 においては、 先行技術 1における絶縁膜の厚さの範囲では、 中心周波数の変動お よび共振抵抗の増加が大きく、 弾性波装置の特性が劣化してしまうという問題が ある。 また、 上記の先行技術 1においては、 すだれ状電極上にのみ絶縁膜を堆積させ ているが、 反射器電極もまた、 すだれ状電極とほぼ同じ電極指幅であり、 剥き出 しのままの状態であれば、 微細な金属屑による電極指間ショートや、 湿気による 電極指の腐食の可能性がある。

また、 先行技術 2においては、 すだれ状電極および反射器を含む電極パターン を形成した圧電基板上に、 酸ィ匕シリコンと窒化シリコンの 2つの薄膜を堆積させ ることで耐湿性に優れた弾性波装置を実現できるとしている。'しかし、 压電基板 上に堆積させる薄膜が- 2層になることで、 薄膜が 1層の場合と比較して、 膜厚の 調整および膜質の均一化がさらに困難になる、 また、 生産コストが上昇するなど 問題点が多くなる。

そこで、 本発明は、 以上の問題を解決するためにな'されたもので、 圧電基板上 に、. 導体からなるすだれ状電極を含む電極を形成した弾性波装置において.、 上記 すだれ状電極および反射器上に酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜を堆積させるものであって; この誘電体薄膜の厚さを適切に設定したもので 'ある。 そして 、 誘電体薄膜の厚さを適切に設定することにより、 微細な金属屑から電極を保護 し、 また、 外部からの影響を回避するためにパッケージ内に気密封止することを 必要としない弹性波装置を得ることができるようにしたものである 発明の開示' . ' ·

本発明の弾性波装置は、 圧電基板上に、 導体からなるすだれ状電極を含む電極 を形成したものであって、 前記すだれ状電極上に、 厚みが 1 0 0から 1 0 0 O A の酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜を設けたものである。 このように構成 することにより、 被覆性を保持し、 弾性表面波 (Surface Acoustic Wave, 以下 S AWという) フィル夕の挿入損失の増加を抑制することができる。

また、 誘電体薄膜の厚みは、 1 0 0から 5 0 O Aとするのが好ましい。 このよ うな厚みに設定することにより、 S AWフィル夕としての元々の特性を再現する とともに、 中心周波数の変動を少なくすることができる。

また、 誘電体薄膜の厚みは、 2 0 0から 5 0 0 Aとするのがより好ましい。 こ のような厚みに設定することにより、 電極側面の被覆率が向上し、 耐湿性をより 一層向上させることができる。

また、 誘電体薄膜は C V D法、 スパヅ夕法何れの方法により成膜してもよい。 この場合、 両者の耐湿性能はほとんど変わらず、 コーティング法により作製した ものより優れたものとすることができる。 また、 C VD法とスパッ夕法との両者 を比較した場合 C V D法の方がコストを安く作製することができる。

また、 前記誘電体薄膜は、 前記圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備えた基板を スパッ夕ターゲットに対し斜めに配置し、 前記誘電体薄膜を基板表面鉛直方向に 対し傾いた方向からスパッ夕法により堆積させたものとすることができる。 この ように構成することにより、 電極側面への誘電体薄膜の付着率を向上させること ができる。

また、 前記すだれ状電極を含む電極を構成する導体からなる電極指は、 基板表 面鉛直方向に平行な面で、 かつ、 交差幅方向に垂直な方向での断面が台形とする のが好ましい。 このように構成することにより、 電極指の誘電体薄膜による被覆. 率を向上させ、 より耐湿性に優れた弾性波装置を実現することができる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明に係る S AWフィル夕の平面図である。 第 2図は、 第 1図の すだれ状電極部分の拡大断面図である。 第 3図は、 モード結合型の S AW共振器 フィル夕の一般的なパターンを示す図である。 第 4図は、 電極上の酸化シリコン 膜厚を変化した際の S AWフィル夕揷入損失の変化を測定した本発明の実験例 1 の結果を示す図である。 第 5図は、 電極上の酸化シリコン膜厚を変化した際の S AWフィル夕の周波数通過特性を測定した本発明の実験例 2の結果を示す図であ る。 第 6図は、 4つの品種について耐湿試験を行った実験例 3の結果を示す表で ある。 第 7図は、 本発明の実験例 6によるスパッ夕装置内に圧電基板をスパッ夕 夕一ゲッ卜に対して斜めに配置した状態を示す図である。 第 8図は、 特開昭 6 1 - 1 3 6 3 1 2号公報に示されたすだれ状電極上に絶縁膜を堆積させた場合の断 面図である。第 9図は、 第 8図に示されたすだれ状電極上に絶縁膜を表面が平坦 になるように堆積させた場合の断面図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に詳述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 まず、 電極部に誘電体薄膜を形成した部分の構造および製造方法について、 本 発明を S AWフィル夕に適用した例に基づき具体的に説明する。 第 1図は本発明 に係るトランスバーサル型 S AWフィル夕の構成を示す平面図であり、 第 2図は 第 1図のすだれ状電極部分の拡大断面図である。 また、 第 3図は、 後述する各実 験例に使用されるモード結合型 S AW共振器フィル夕の一般的な電極パターン図 である。 なお、 電極部に誘電体薄膜を形成した部分の構造および製造方法は、 第 1図および第 2図に示したトランスバーサル型 S AWフィル夕の場合と第 3図に 記載したモ一ド結合型 S AW共振器フィル夕とは基本的に同じでよいので、 以下 の説明は、 第 1図および第 2図に示したトランスバーサル型 S A Wフィル夕の場 合を中心に説明し、 第 3図のモ一ド結合型 S A W共振器フィル夕については一般 的な電極パターンを示すに留める。 なお、 第 1図〜第 3図において、 共通する部 分には同一の符号を付している。

第 1図〜第 3図において、 1は圧電基板、 2は電極指、 3はすだれ状電極 4、 5に電力を供給する引き出し電極、 4は電気—弾性表面波のエネルギー変換を行 う入力側すだれ状電極、 5は弾性表面波一電気のエネルギー変換を行う出力側す だれ状電極、 6は入力端子、 7は出力端子、 8は誘電体薄膜である。 また、 第 3 図において、 9はグレーティング反射器である。

以下、 本発明の弾性波装置の製造工程を追いながら、 第 1図の S AWフィル夕 に係る電極部の構造をより具体的に説明する。 まず、 フォトリソグラフィ一技術 を用いて、 圧電基板 1上にすだれ状電極 4、 5を含む電極パターン (第 3図に示 すようなモード結合型 S A W共振器フィル夕の場合はグレーティング反射器 9を も含む) を形成する。 電極指幅および電極指間隔、 電極膜厚は弾性波装置の動作 周波数帯に合わせ、 適宜調節する。 そして、 電極パターン上に酸ィ匕シリコンから なる誘電体薄膜 8を形成する。

次いで、 電力を入力あるいは出力するための引き出し電極上部の誘電体薄膜の みをフォトリソグラフィ一で除去し、 電力を入力あるいは出力するためのワイヤ を引き出し電極 3およびパッケージの電極に接続することで弾性波装置が形成さ れる。

以上のように第 l図の弾性波装置は構成されるが、 場合によっては、 すだれ状 電極 4、 5を含む電極パターン (第 3図に示すようなモード結合型 S AW共振器 フィル夕の場合はグレーティング反射器 9をも含む) を形成した後、 電極間を接 続するバスバー電極上部および電力を入力あるいは出力するワイヤを接続する引 き出し電極 3の部分にのみ、 さらに A 1あるいは A 1を主成分とする合金かちな る電極を形成する工程が付加される場合もある。 この工程を付加することで、 ノヽ' スバ一電極および引き出じ電極 3の厚みが増加し、 バスバー電極部では電気抵抗- が低減され、 さらに低損失な弾性波装置を得ることができ、 また、 電極パヅド部 では電力を入力あるいは出力するワイヤをボンディングすることがより容易にな る。 ' . - - - . . · 因みに、 この第 1図の S AWフィル夕は、 次のように動作する。 ' · - - 入力端子 6に印加された.電気信:号は、 入力側すだれ状電極 4.め交差部に電界を-. 作る。 このとき、 基板 1'が压電体であるため、 上記電界によって歪みが生じる。 また、 この S AWフィルタでは、 誘電体薄膜 8が、 すだれ状電極 4および 5の上 部に堆積された構造になっているため、 すだれ状電極 4および 5に印加された電 界は圧電基板 1および誘電体薄膜 8に到達し弾性表面波が励振および受信される 。 入力信号が周波数 fの場合、 生じる歪みも周波数: fで振動し -これが S AWと なって、 電極指 2に平行な方向に伝搬する。 また、 出力すだれ状電極 5では、: S AWが再び電気信号に変換される。 電気信号から S AWに変換される場合と、 S AWから電気信号に変換される場合 1ま、 互いに可逆な過程である。 · 本発明に係る S AWフィル夕は以上のように構成されるが、 S A Wは基板表面 に沿って伝搬するため、 基板表面の状態に大きく影響を受ける。例えば、 電極が 存在した場合、 電極の質量付加効果および電界短絡効果など様々な効果の影響を 受け、 S AWの特性は大きく変化する。基板表面上に薄膜などが堆積されている 場合についても、 同様に S AWの特性は変化し、 結果、 弾性波装置の特性も変化 する。

このように、 圧電基板 1上にすだれ状電極 4、 5を含む電極を形成した弾性波 装置においては、 この電極上に絶縁膜 8を堆積させることで、 微細な金属屑から 電極を保護し、 また、 外部からの影響を避けるためにパッケージ内に気密封止す る必要のなレ、弾性波装置を得ることができる。 次に、 上記誘電体薄膜の厚さについて検討した実験例について説明する。 実験例 1 .

実験例:1は、 誘電体薄膜の厚さについて、 S AWフィル夕の挿入損失の観点か ら検討したものである。 + · . ' - すなわち、 圧電体上にすだれ状電極を含む電極パターンを形成した後、 C VD (Chemical Vapor Deposit ion:化学気層成長) 法により酸化シリコン膜を上部 に堆積させた S AWフィル夕において、 酸化シリコンからなる誘電体薄膜 8の厚 さを変化'させたときの挿入損失の測定値を測定した。具体的には、.誘電体薄膜 8 の膜厚を 2 0 0、 -5 0 0 , . 1 0.0 0、 2 0 0 0 Aと変化させた場合の S AWフィ V ル夕の挿入損失を測定した。 また、 S AWフィル夕としては、 第 3図に示したモ'' —ド結合型 S AW共振器フィル夕の電極パターンを持ったものを使用した。 なお 、 この第 3図について、 2:つの出力側すだれ状電極 4、 5は電気的に並列接続さ れている。 また、 前述のよ'うに 9はグレーティング反射器である :。 … ' · この実験結果を第 4図に示す。 この結果から分かるように、 誘電体薄膜 8の膜 厚の増加に伴ない、 S AWフィル夕の挿入損失が増加している。 この挿入損失は 、 第 4図においては、 通過電力量 (d B ) の減少量により算出される。 誘電体薄 膜 8の膜厚が 2 0 0 0 Aの場合は誘電体薄膜 8がない場合に比べて挿入損失が 1 d Bほど増加しており、 この損失増加分は無視できない。 損失増加分は 0 . 5 d B程度までが許容できる範囲の限界であるため、 S AWフィルタ上に堆積する誘 電体薄膜 8の膜厚は 1 0 0 O Aが限界であると判断できる。 これは、 誘電体薄膜 8の が 1 0 0 0 Aを超えて厚くなると弾性表面波の伝搬減衰が大きくなるた めであると考えられる。 また、 この測定に用いた S AWフィル夕は誘電体薄膜 8 がな t、場合に最も特性が良くなるように設計されたフィル夕であるため、 誘電体 薄膜 8が圧電基板 1の表面に堆積されることによって電極パターンが必ずしも最 適設計条件とはなっていないことも挿入損失の増加につながっていると思われる 。 このように、 誘電体薄膜 8の膜厚は 1 0 0 O A程度までの厚さであれば元々の 弾性波装置の特性にほとんど影響を与えないことが実験的に確認された。

なお、 この電極上に形成する誘電体薄膜 8の厚さが 1 0 0 Aよりも薄過ぎると 、 誘電体薄膜 8によるすだれ状電極 4、 5や反射電極などの電極の被覆性が悪く なる。

したがって、 誘電体薄膜 8の厚さは、 実験例 1の結果から 1 0 O Aから 1 0 0 O Aの間が適当であるといえる。 .' 以上のように、 この実験例 1によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備え た圧電基板 1上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電 極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 5および反射器 9上に 、 厚みが 1 0 0から 1 0 0 O Aの酸ィ匕シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8を形 成する場合には、 挿入損失が少なく、 従来のこの種の弾性波装置よりも耐湿性に 優れ、 'かつ、.低コストな弾性波装置を実現することができる。 実験例 2 .

実験例 2は · ·圧電基板上に、 すだれ状電極 4、 5を含む電極パターンを形成し た弾性波装置において、 電極パターン上に酸ィ匕シリコンを主成分とする誘電体薄 膜 8を堆積させ^この誘電体薄膜 8の厚さを変化させた場合の弾性波装置の特性 変化を測定したものである。 ここでも第 3図におけるモード結合型 S AW共振器 フィル夕を用いて測定を行った。

第 5図は、 この実験例 2の結果を示すものである。 "

第 5図において、 誘電体薄膜 8の厚さを大きくするにつれ、 フィル夕特性の通 過域の中心周波数は次第に低くなつた。 また、 挿入損失も増加し、 帯域幅も減少 した。 誘電体薄膜 8の厚さが 1 0 0 0 A程度までは、 S AWフィルタを最適設計 した元々の弾性波装置の特性をほぼ再現することが可能である。 しかし、 誘電体 薄膜の厚さが 2 0 0 0 Aともなると、 移動体無線通信に用いられる G H z帯での 弾性波装置の共振抵抗が増加してしまう。 このため、 誘電体薄膜 8を弾性波装置 上に堆積させることで劣化した弾性波装置の特性を、 設計により回復することは 難しい。 また、 できることならば中心周波数の変動は少ない方が良いので、 中心 周波数変動は 5 M H z程度までが好ましい。 よって、 誘電体薄膜 8の厚さは 5 0 O Aまでであることが望まれる。

なお、 中心周波数変動はより少ないほうが好ましいので、 この観点からは酸ィ匕 シリコンの誘電体薄膜 8は薄いほうが良い。 しかし、 薄くしすぎると酸ィ匕シリコ ン膜による電極パターンの被覆率が悪くなり耐湿性向上の効果が十分に得られな くなる。 したがって、 前述のように酸化シリコンの誘電体薄膜 8は 1 0 O A以上. であることが必要である。

以上のように、 この実験例 2によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備え た圧電基板 1上に、'導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電 極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、, 5および反射器 ·9上に 、 厚みが 1 0 0から 5 0 0 Αの酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8を形成 した場合には、 中心周波数変動が少なく、 従来のこの種め弾性波装置よりも耐湿. 性に優れ、 低コストな弾性波装置を実現することができる。. - . - - : 実験例 3 .

実験例 3は、. 圧電基板上にすだれ状電極を含む電極ノ ターンを形成した弾性波 装置に、 電極パターン上に酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8を C VD法' により堆積させた場合においで、,電極断面形状および 膜の厚さ、 誘電体薄膜 の厚さを変化させた S A Wフィルタの 4つの品種の耐湿試験を行ったものである 。 S AWフィル夕には第 3図のフィルタを用いた。

品種 1は密着露光機およびウエットエッチングにより電極を形成した。 品種 1 以外の品種は、 縮小露光機およびドライエッチングにより電極を形成した。 ここ で、 密着露光機とは、 フォトリソグラフィ一技術において、 電極パターンを描画 してあるマスクを圧電基板ウェハに直接密着させて露光を行う装置のことをいう 。 一方、 ここで縮小露光機とは電極パターンを描画してあるマスクを圧電基板ゥ ェハと、 ある一定の距離だけ離して配置し、 マスクに描画されているパターンを 1 / 5、 1 / 1 0などに大きさを縮小し露光する装置をいう。

また、 材質がセラミックではない簡易型のパッケージにこの弾性波装置を入れ 、 パッケージの蓋は水分を透過させる性質の樹脂で封止した状態で、 温度 8 5 °C 、 湿度 8 5 %の環境中に弾性波装置を設置し、 一定時間経過後のフィル夕特性を 測定した。

第 6図は、 この 4つの品種の耐湿試験を行った実験例 3の結果を示した表であ る。

第 6図の結果から明らかなように、 この 4つの品種の中で最も良い結果を出し たのは品種 1.であった。 一方、 最も悪い結果を出したのは品種 4であった。 電極 パターン上部に誘電体薄膜 8がない品種 4の場合は、 1 0 0時間程度で弾性波装 置の特性が劣化し始めた。.電極パターン上に誘電体薄膜 8がある他の 3品種の場 '合には、 1 0 0時間程度では弾性波装置の特性に劣化は見られなかった。 品種 Γ と品種 2においては、 誘電体薄膜 8の厚さはどちらも 2 0 O Aと等しいが、,電極 の形状が異なる。 すなわち、. 電極の断面を比較すると、 品種 1では台形に、.品種 . 2では矩形になうている。.まお、 '品種 1.と品種 2について電極断面形状を走査型- 電子顕微鏡 (Scanning Electron Microscope^ 以下 S EMという)'で観察したと. ころ、 品種 1の電極断面形状が台形の場合には、 電極指 2は誘電体薄膜 8によつ て一様な厚さで被覆されていたが、 品種 2の電極断面形状が矩形の場合には、 電 極指 2側面での誘電体薄膜 8による被覆状態が一様ではないものが幾つか見受け られた。 この誘電体薄膜 8による被覆状態の差が品種 1と品種' 2の試験結果の差 に現れた 考えられる.。,また、 品種 3における誘電体薄膜 8の厚さが 1 0: 0'Ό A の場合には、 試験結果に個体差が現れた。 S E Mによる観察で確認したところ、 電極パターンが誘電体薄膜 8によって一様な厚さで被覆されているものは試験結 果も良く、 方、 電極指 2の誘電体薄膜' 8による被覆状態が一様でないものは試 験結果もあまり良くない結果になった。 しかし、 誘電体薄膜 8の厚さが 1 0 0 0: Aの場合でも、 誘電体薄膜の被覆状態が良好なものも得られることが判明したた め、 誘電体薄膜 8の成膜条件を適切にすることにより、 電極指 2は誘電体薄膜 8 により一様に被覆され、 耐湿性の向上が計れるものと考えられる。

上記の試験結果より、 圧電基板 1上にすだれ状電極 4、 5を含む電極パターン を形成した弾性波装置において、 電極パターン上に酸ィ匕シリコンを主成分とする 誘電体薄膜 8を堆積させた場合、 誘電体薄膜 8の厚さは 2 0 0から 1 0 0 O Aの 場合に弾性波装置の特性に影響を与えることなく耐湿性が向上することが明らか になった。

なお、 誘電体薄膜 8の厚さは 2 0 O A以上の場合についてのみ耐湿試験を行つ たが、 誘電体薄膜が 2 0 O Aよりも薄い膜厚であっても、 誘電体薄膜がなく、 電 極膜が剥き出しの場合に比べて、 耐湿性向上の効果が得られると考えられる。

しかしながら、 誘電体薄膜の厚さが 2 0 O A以下の場合には、 誘電体薄膜 8が ない電極剥き出しの弾性波装置と比較して、 耐湿性は向上するものの電極側面の 被覆率が悪くなり、 必ずしも十分な耐湿性を得られるとは限らない。 したがって s 誘電体薄膜め厚さが 2 0 0から · 5 0 O Aの範囲にあることが最も好ましいと考 えられる。

以上のように、 この実験例 3.によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備え た圧電基板 1·上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電 極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 . 5および'反射器 9上に 、 厚みが' 2 0 0から 5 0 0 Aの.酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜を形成し' た場合には、 従来のこの種の弾性波装置よりも耐湿性に優れ低コス卜な弾性波装 置を実現することができる。.

また、 弾性波装置の耐湿性が向土することにより、 パッケージ <内に弾性波装置 を高気密封止する必要がなくなり、'セラミックパッケージではなく簡易型のパヅ - ケージを使用できるため、 生産コストを削減することができる。' ' . ; また、 この実験例 3によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備えた圧電基 板 1上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電極を形成 した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 5および反射器 9·上に、 酸化シ リコンを主成分とする誘電体薄膜 8を有する場合、 すだれ状電極 4、 5および反 射器 9を構成する導体からなる電極指 2は、 基板表面鉛直方向に平行な面で、 か つ、 交差幅方向に垂直な方向での断面を台形とすることで、 従来のこの種の弾性 波装置よりも、 電極指 2の誘電体薄膜 8による被覆率を向上することができ、 耐 湿性に優れた低コストな弾性波装置を実現することができる。 実験例 4 .

実験例 4は、 誘電体薄膜 8の製法による差を検討したものである。 具体的には、 上記の耐湿試験を C V D法によって作製した誘電体薄膜 8につい てだけではなく、 スパッ夕法、 コーティング法によって作製した誘電体薄膜 8に ついても実験を行った。 その結果、 スパッ夕法による誘電体薄膜の場合には、 C VD法による誘電体薄 J3莫の場合とさほど変わらない試験結果が得られた。 しかし 、 コーティング法の場合には、 電極に対する酸ィ匕シリコン膜の被覆状態が悪く、 試験結果はあまり良好ではなかった。

以上のように、 この実験例 4によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備え た圧電基板 1上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電 極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 5および反射器 9上に 、 厚みが 1 0 0から 1 0 0 O Aの酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8を有 する場合、 上記誘電体薄膜 8を C VD法またはスパッ夕法により作製することで 、 従来のこの種の弾性波装置よりも耐湿性に優れ、 低コストな弾性波装置を実現 することができる。 また、 スパッ夕法による酸ィ匕シリコン膜も十分に耐湿性を備 えていることが明らかになった。 実験例 5 .

実験例 5は、 電極の断面形状が矩形の場合について、 スパッ夕法による作製方 法の改良に関するものである。

第 6図の耐湿試験の結果より、 電極の断面形状が矩形の場合には、 断面形状が 台形の場合と比較して、 電極側面への誘電体薄膜の付着率が低下することがわか つた。 これは、 スパヅ夕法のような薄膜作製法では、 薄膜材料のスパヅ夕原子が 進行方向、 すなわち、 圧電基板方向に対して大きな運動エネルギーを持ち、 基板 に対して、 ほとんど基板表面の鉛直方向から入射する。 この場合、 基板表面に垂 直な面、 すなわち電極の側面には、 直接的には簿膜分子が到達しない。基板温度 が適切に制御されている場合には、 電極上面あるいは圧電基板 1の表面に到達し た薄膜分子が、 圧電基板 1から熱エネルギーを受け取り、 電極側面に移動し付着 することができるが、 常に、 どの電極においても側面が薄膜分子に十分に被覆さ れるとは限らない。

そこで、 圧電基板をスパッ夕原子夕ーゲッ卜に対して垂直に配置させる通常の スパッ夕法においては上記のような問題があるため、 第 7図のようにすだれ状電 極 4、 5を含む電極パターンを形成した圧電基板 1をスパッ夕装置に配置する場 合に、 圧電基板 1をスパッ夕ターゲット 1 0に対し傾けて配置し、 圧電基板 1を スパッ夕夕—ゲヅト 1 0に対して傾かせたまま回転させることで、 誘電体薄膜 8 を堆積させづらい電極側面への誘電体薄膜の付着率を向上させることができた。 なお、 第 7図において、 1 1はイオン化された粒子を示し、 実線矢印によりスパ ヅ夕粒子 1 1の放射される方向を示'している。 ·

以上のように、 この実験例 5によれば、 圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備え た圧電基板 1上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5あるいは反射器 9を含む電 極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 5および反射器 9上に 、 酸化シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8をスパッ夕法により作製する場合、 上記圧電基板 1をスパヅ夕夕一ゲット 1 0に対し斜めに配置し、 上記基板をスパ 'ッ夕ターゲット 1 0に対して傾かせたまま回転させ、 上記誘電体薄膜 8.を基板表. 面鉛直方向から傾いた方向から堆積させることで、 従来のこの種の弾性波装置よ りも耐湿性に優れ低コストな弾性波装置を実現することができる。 以上のごとく、 本発明は、 圧電基板 1上に、 導体からなるすだれ状電極 4、 5 を含む電極を形成した弾性波装置において、 上記すだれ状電極 4、 5および反射 器 9上に酸ィ匕シリコンを主成分とする誘電体薄膜 8を堆積させるものであって、 この誘電体薄膜 8の厚さを適切に設定したものであるが、 各実験例に基づき誘電 体簿膜 8の厚さを適切に設定した場合は、 湿気から電極を保護するために、 従来 の弾性波装置で一般に必要とされていたパッケージを不要とすることもできるた め、 生産コストを低減でき、 また、 半導体素子との一体ィ匕も可能となる。

また、 酸ィ匕シリコン薄膜を基板上に堆積することで、 弾性波装置の温度係数を 零にすることができることが知られているが、 その場合、 酸ィ匕シリコン薄膜の膜 厚は電極指の間隔と比較して、 かなり厚くしなければならず、 伝搬損失が増加し てしまうため、 未だ製品としては実現されていないかった。 しかし、 本発明の実 験例で述べた程度の厚さの誘電体薄膜 8でも、 わずかながらではあるが温度特性 が改善される。 また、 誘電体薄膜 8を圧電基板 1上に堆積することで電機機械結合係数 K 2の 向上も期待することができる。

さらに、 誘電体薄膜 8を圧電基板 1上に堆積することで、 電極の周りが囲まれ ることになるので、 耐電力性の向上も期待できる。

また、 従来から言われているように、 圧電材料は焦電効果を有しており、 これ により圧電材料表面に電荷が誘起される。 そして、 この電荷は電極指 2間、 .およ び反射器 9と電極指 2との間で放電し、 これにより電極を破壊したり、 放電され る際に雑音となるなど弾性波装置の特性を劣化させることがある。 しかしながら' 、 本発明においては、 誘電体薄膜 8が電極上に堆積する構造となっており、 焦電 効果により圧電基板 1表面上に誘起される電荷が、 圧電基板 1表面の一定の場所 に局在することなく外部に放射され、 上述のような放電を回避することができる なお、 以上の説明では、.第 1図のトランスバーサル型フィル夕および第 3図の S AW共振器フィル夕を例に説明したが、 この発明はこれに限らず、 多電極構造. のフィル夕、 S AW共振器を多段接続したラダー型フィル夕、 はしご型フィル夕 に適用しても上述の各効果は同じである。

さらに、 すだれ状電極- 4および 5の電極指 2の配列周期が全て同じ場合のみだ けでなく、 部分的あるいは全体的に上記配列周期が変化する場合でも効果は同じ である。また、 すだれ状電極 4、 5内に浮き電極を有したり、 あるいはすだれ状 電極 4、 5内の異なる部位に存在する浮き電極どうしが電気的に接続された形状 の場合でも上述の各効果は同じである。 '

また、 反射器電極 9の配列周期が全て同じ場合について示したが、 部分的ある いは全体的に上記配列周期が変化する場合でも効果は同じである。 また、 反射器 電極 9内に浮き電極を有したり、 あるいは反射器電極 9内の異なる部位に存在す る浮き電極どうしが電気的に接続された形状の場合でも上述の各効果は同じであ る。

さらに、 この発明は、 S AWフィル夕だけでなく、 1端子対 S AW共振器や、 .S AW遅延線、 S AW分散型遅延線や、 S AWコンボルバ等の電気信号と S AW との変換機能を有するすだれ状電極を形成する他の S AWデバイス全てに対して 効果がある。 また、 これらの SAWデバイスを用いた弾性波装置全てに対しても 効果がある。 産業状の利用可能性

以上のように本発明に係る弾性波装置は、 テレビ受像機用映像中間フィル夕 ( PIF)、 テレビ放送機用残留側波帯フィル夕 (VSBF) 、 VTRの R'Fコシ'. バ一ダ用共振子、 CATV受信機の周波数コンバータ用共振子など多方面に活甩 される.のに適している。

Claims

請求 の範 囲
1 . 圧電基板上に、 導体からなるすだれ状電極を含む電極を形成した弾性波装置 において、 前記すだれ状電極上に、 厚みが 1 0 0から 1 0 0 O Aの酸化シリコン を主成分とする誘電体薄膜を有する弾性波装置。
2 . 圧電基板上に、 導体からなるすだれ状電極を含む電極を形成した弾性波装置 において、 前記すだれ状電極上に、 厚みが 1 Q 0から 5 0 0 Aの酸化シリコンを 主成分とする誘電体薄膜を有する弾性波装置。
3 . 圧電基板上に、 導体からなるすだれ状電極を含む電極を形成した弾性波装置 において、 記すだれ状電極上に、 厚みが 2 0 0から 5 0 O Aの酸化シリコンを 主成分とする誘電体薄膜を有する弾性波装置。 . . · ' . —
4 . 前記誘電体薄膜は、 C VD法により作製されることを特徴とする請求の範囲 第 1項、 第 2項または第 3項記載の弾性波装置。
5 .■前記誘電体薄膜は、 スパッ夕法により作製されることを特徴とする請求の範 囲第 1項、 第 2項または第 3項記載の弾性波装置。
6 . 前記誘電体薄膜は、 前記圧電体基板あるいは圧電体薄膜を備えた基板をスパ ッ夕夕一ゲットに対し斜めに配置し、 前記誘電体薄膜を基板表面鉛直方向に対し 傾いた方向からスパッ夕法により堆積させたものであることを特徴とする請求の 範囲第 5項の弾性波装置。
7 . 前記すだれ状電極を含む電極を構成する導体からなる電極指は、 基板表面鉛 直方向に平行な面で、 かつ、 交差幅方向に垂直な方向での断面が台形であること を特徴とする請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の弾性波装置。
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