WO2011132443A1 - 弾性表面波装置及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a surface acoustic wave device and a manufacturing method thereof.
- the present invention relates to a surface acoustic wave device including an insulating film formed so as to cover an IDT electrode and a manufacturing method thereof.
- the surface acoustic wave device includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate.
- the acoustic wave excited by the IDT electrode propagates as a surface acoustic wave on the surface of the piezoelectric substrate.
- an insulating film may be formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode for the purpose of improving frequency temperature characteristics, the purpose of protecting the surface of the piezoelectric substrate, or the like. is there.
- Patent Document 1 describes forming an insulating layer on a piezoelectric substrate made of LiNbO 3 so as to cover the IDT electrode.
- Patent Document 1 describes that the reflection coefficient of the IDT electrode is increased by increasing the density of the IDT electrode. As the reflection coefficient increases, the frequency position of the ripple generated by forming the insulating layer shifts outside the resonance frequency-antiresonance frequency band. Therefore, the frequency characteristic can be improved.
- a bias sputtering method as described in Patent Document 2 above can be cited. According to the bias sputtering method, a gap is hardly generated between the IDT electrode and the insulating film. For this reason, a highly reliable surface acoustic wave device can be produced.
- the present invention has been made in view of such points, and is a surface acoustic wave device in which an insulating film is formed on a piezoelectric substrate so as to cover an IDT electrode, and has a frequency such as resonance characteristics and filter characteristics.
- An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device having good characteristics.
- the surface acoustic wave device includes a piezoelectric substrate, an IDT electrode, and an insulating film.
- the IDT electrode is formed on the piezoelectric substrate.
- the IDT electrode includes a pair of comb-like electrodes that are interleaved with each other. Each of the pair of comb-like electrodes has a plurality of electrode fingers.
- the insulating film is formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode. A plurality of convex portions having a shape corresponding to the shape of the plurality of electrode fingers are formed on the surface of the insulating film.
- the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the convex portion formed on the surface of the insulating film differs from the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the electrode finger corresponding to the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction. ing.
- a frequency adjusting film formed on the insulating film is further provided.
- the surface acoustic wave device includes a ladder-type surface acoustic wave filter including a plurality of surface acoustic wave resonators each including a piezoelectric substrate, an IDT electrode, an insulating film, and a frequency adjustment film. It is. In this case, the power durability of the surface acoustic wave filter can be improved.
- X is the surface acoustic wave between the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the convex portion formed on the surface of the insulating film and the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the electrode finger corresponding to the convex portion. It is the distance in the propagation direction.
- P is the pitch of the plurality of electrode fingers.
- each of the insulating film and the frequency adjusting film is made of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, titanium oxide, diamond, or diamond-like carbon. Become.
- the insulating film is made of SiO 2 and the frequency adjusting film is made of SiN. According to this configuration, the frequency-temperature characteristics of the surface acoustic wave device can be improved, and the moisture resistance of the surface acoustic wave device can be improved.
- the piezoelectric substrate is composed of a 120 ° to 135 ° rotated Y-cut X-propagating LiNbO 3 substrate, and the surface acoustic wave device uses a Rayleigh wave as a main component. It is a mode. In this case, the spurious attributed to the SH wave can be suppressed, and good frequency characteristics can be obtained.
- the method for manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention relates to the method for manufacturing the surface acoustic wave device according to the present invention.
- the insulating film is formed by bias sputtering. For this reason, it is difficult to produce a gap between the IDT electrode and the insulating film, and a highly reliable surface acoustic wave device can be manufactured.
- a plurality of IDT electrodes, an insulating film, and a frequency adjustment film are formed on one surface of a wafer made of a piezoelectric material, and then the wafer is divided into a plurality of pieces.
- the surface acoustic wave device is manufactured.
- the IDT electrode is formed so that the resonance frequency is higher than the set resonance frequency.
- the insulating film is formed by a bias sputtering method in a state where the wafer is arranged so that the center of the target does not coincide with the center of the wafer.
- the thickness of the frequency adjustment film is adjusted so that the resonance frequency of the IDT electrode approaches the set resonance frequency for each region to be a plurality of precursor surface acoustic wave devices. According to this method, a surface acoustic wave device having a resonance frequency substantially equal to the set resonance frequency can be produced from any part of the wafer.
- the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the convex portion formed on the surface of the insulating film and the center position in the surface acoustic wave propagation direction of the electrode finger corresponding to the convex portion are the surface acoustic wave. Different in the propagation direction, and a frequency adjustment film is formed on the insulating film. For this reason, it is possible to suppress deterioration of the frequency characteristics due to unnecessary waves, and to obtain good frequency characteristics.
- FIG. 1 is a schematic plan view of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in which a part of the surface acoustic wave device according to the first embodiment is enlarged.
- FIG. 3 shows X (distance between the center position of the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position of the electrode finger corresponding to the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D) / P (of the electrode finger). It is a graph showing the relationship between a pitch) and the resonant frequency of the Rayleigh wave of a surface acoustic wave apparatus.
- FIG. 1 is a schematic plan view of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in which a part of the surface acoustic wave device according to the first embodiment is enlarged.
- FIG. 3 shows X (distance between the center
- FIG. 4 shows X (distance between the center position of the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position in the surface acoustic wave propagation direction D of the electrode finger corresponding to the convex portion) / P (electrode finger position). Pitch) and the amount of change ( ⁇ Fr) in the resonance frequency (Fr (Rayleigh wave)) of the Rayleigh wave of the surface acoustic wave device when the center position of the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D changes by 1 nm. It is a graph to represent.
- FIG. 5 shows X (distance between the center position of the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position of the electrode finger corresponding to the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D) / P (of the electrode finger). It is a graph showing the relationship between a pitch) and the anti-resonance frequency (Fa (Rayleigh wave)) of the Rayleigh wave of a surface acoustic wave apparatus.
- FIG. 6 shows X (distance between the center position of the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position of the electrode finger corresponding to the convex portion in the surface acoustic wave propagation direction D) / P (of the electrode finger).
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between X / P and the frequency of the ripple of the SH wave (F (SH)).
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between X / P and F (SH) / Fr (Rayleigh wave).
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between X / P and F (SH) / Fa (Rayleigh wave).
- FIG. 10 is a schematic diagram of a sputtering apparatus.
- FIG. 11 is a schematic plan view of a turntable on which a plurality of wafers are fixed.
- FIG. 12 is a schematic plan view of a wafer.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the wafer after the film thickness adjustment of the frequency adjustment film.
- FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a surface acoustic wave device according to the second embodiment.
- FIG. 15 is a graph showing filter characteristics of the transmission-side filter unit in the example and the comparative example. In FIG. 15, a graph indicated by a dashed line is a graph according to the example, and a graph indicated by a solid line is a graph according to the comparative example.
- FIG. 16 is a graph illustrating the filter characteristics of the transmission-side filter unit in the example and the comparative example. In FIG. 16, a graph indicated by a dashed line is a graph according to the example, and a graph indicated by a solid line is a graph according to the comparative example.
- the surface acoustic wave device 1 shown in FIG. 1 is merely an example.
- the surface acoustic wave device according to the present invention is not limited to the surface acoustic wave device 1.
- FIG. 1 is a schematic plan view of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in which a part of the surface acoustic wave device according to the first embodiment is enlarged.
- drawing of the insulating film 16 and the frequency adjustment film 17 is omitted for convenience of explanation.
- a surface acoustic wave device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a surface acoustic wave resonator using surface acoustic waves.
- the surface acoustic wave device 1 uses a Rayleigh wave (P wave + SV wave) as a main mode. For this reason, in the surface acoustic wave device 1, the SH wave is an unnecessary wave.
- the surface acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 10.
- the piezoelectric substrate 10 can be formed of an appropriate piezoelectric body.
- the piezoelectric substrate 10 can be composed of, for example, a LiNbO 3 substrate, a LiTaO 3 substrate, a quartz substrate, or the like.
- the piezoelectric substrate 10 is configured by a 120 ° to 135 ° rotated Y-cut X-propagating LiNbO 3 substrate will be described.
- an IDT electrode 11 and a pair of reflectors 14 and 15 located on both sides of the surface acoustic wave propagation direction D of the IDT electrode 11 are formed on the piezoelectric substrate 10.
- the IDT electrode 11 includes a pair of comb-like electrodes 12 and 13 that are interleaved with each other.
- the comb-like electrodes 12 and 13 have a plurality of electrode fingers 12a and 13a extending perpendicularly to the surface acoustic wave propagation direction D.
- the IDT electrode 11 can be formed of an appropriate conductive material.
- the IDT electrode 11 is made of, for example, a metal selected from the group consisting of Al, Pt, Au, Ag, Cu, Ti, Ni, Cr, and Pd, or Al, Pt, Au, Ag, Cu, Ti, Ni, Cr, and It can be composed of an alloy containing one or more metals selected from the group consisting of Pd.
- the IDT electrode 11 can also be comprised by the laminated body of the some electrically conductive film formed with the said metal and alloy.
- the IDT electrode 11 is weighted by cross width, but in the present invention, the configuration of the IDT electrode is not particularly limited.
- the IDT electrode may be, for example, a regular IDT electrode that is not weighted in the cross width.
- an insulating film 16 is formed on the piezoelectric substrate 10 so as to cover the IDT electrode 11.
- the insulating film 16 may be, for example, a frequency temperature characteristic improving film formed to improve frequency temperature characteristics, or formed to protect the surface of the piezoelectric substrate 10 on which surface acoustic waves propagate. It may be a protective film.
- the insulating film 16 is a frequency temperature characteristic improving film
- the insulating film 16 is formed of a material having a frequency temperature coefficient (TCF) having a positive / negative sign different from that of the piezoelectric substrate 10, or is positive / negative with respect to the piezoelectric substrate 10. It is preferable to use a material having the same sign and an absolute value of TCF smaller than the absolute value of TCF of the piezoelectric substrate 10.
- TCF frequency temperature coefficient
- the insulating film 16 is made of, for example, silicon oxide such as SiO 2 , silicon nitride such as SiN, aluminum oxide such as Al 2 O 3 , aluminum nitride such as AlN, tantalum oxide such as Ta 2 O 5 , TiO 2. It can be formed of titanium oxide such as 2 , diamond or diamond-like carbon.
- the thickness of the insulating film 16 is such that the elastic wave excited by the IDT electrode 11 becomes a surface acoustic wave, that is, as long as the elastic wave has an energy distribution on the surface of the insulating film 16 as well, It is not limited.
- the thickness of the insulating film 16 can be, for example, not less than the thickness of the IDT electrode 11 and not more than 60% of the surface acoustic wave wavelength.
- a frequency adjustment film 17 is formed on the insulating film 16 so as to cover the insulating film 16.
- the frequency adjustment film 17 is a film for adjusting the frequency characteristics of the surface acoustic wave device 1 by adjusting the thickness of the frequency adjustment film 17. For this reason, the thickness of the frequency adjustment film 17 can be appropriately set according to the frequency characteristics of the surface acoustic wave in a state where the frequency adjustment film 17 is not formed and the predetermined set frequency characteristics.
- the material of the frequency adjusting film 17 is not particularly limited as long as the frequency can be adjusted.
- the frequency adjustment film 17 is made of, for example, silicon oxide such as SiO 2 , silicon nitride such as SiN, aluminum oxide such as Al 2 O 3 , aluminum nitride such as AlN, tantalum oxide such as Ta 2 O 5 , and oxidation such as TiO 2. It can be formed of titanium, diamond or diamond-like carbon.
- the frequency adjusting film 17 may be a film made of the same material as the insulating film 16 or a film made of a different material.
- the insulating film 16 may be formed of SiO 2 and the frequency adjustment film 17 may be formed of SiN.
- the frequency adjustment film 17 is made of SiN having high moisture resistance, the moisture resistance of the surface acoustic wave device 1 can be improved.
- the insulating film 16 made of SiO 2 is formed on the piezoelectric substrate 10, the frequency temperature characteristics of the surface acoustic wave device can be improved.
- a plurality of convex portions 16a1 corresponding to the shapes of the plurality of electrode fingers 12a and 13a are formed on the surface 16a of the insulating film 16 opposite to the piezoelectric substrate 10.
- the center position in the surface acoustic wave propagation direction D of the convex portion 16a1 and the center position in the surface acoustic wave propagation direction D of the electrode fingers 12a and 13a corresponding to the convex portion 16a1 are surface acoustic waves. It differs in the propagation direction D. For this reason, the ripple resulting from the SH wave which is an unnecessary wave can be located outside the frequency band between the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the Rayleigh wave which is the main mode. Therefore, it is possible to realize a high frequency characteristic in which the influence of the ripple caused by the SH wave is suppressed.
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between X / P and the resonance frequency of the Rayleigh wave of the surface acoustic wave device 1.
- FIG. 4 shows the relationship between X / P and the amount of change ( ⁇ Fr) in the resonant frequency of the Rayleigh wave of the surface acoustic wave device 1 when the center position of the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D changes by 1 nm. It is a graph to represent.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between X / P and the anti-resonance frequency of the Rayleigh wave of the surface acoustic wave device 1.
- X distance between the center position of the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position of the electrode fingers 12a and 13a corresponding to the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D (see FIG. 2)
- P pitch of the electrode fingers 12a and 13a of the IDT electrode 11 (1/2 of the wavelength of the surface acoustic wave).
- the expressions and graphs described in FIGS. 3 to 6 are approximate expressions calculated by the least square method and their graphs.
- the graphs shown in FIGS. 3 to 6 are graphs when the surface acoustic wave device 1 has the following design parameters.
- Piezoelectric substrate 10 127 ° rotation Y-cut X propagation LiNbO 3 substrate
- IDT electrode 11 From the piezoelectric substrate 10 side, NiCr film (thickness: 10 nm) / Pt film (thickness: 33 nm) / Ti film (thickness: 10 nm) / AlCu film (Thickness: 130 nm) / Ti film (thickness: 10 nm) laminated film in this order
- Insulating film 16 SiO 2 film with a thickness of 620 nm
- Projection 16a1 height 38 nm
- Frequency adjustment film 17 SiN film with a thickness of 20 nm Pitch (P) of electrode fingers 12a and 13a in IDT electrode 11: 0.935 ⁇ m
- Duty of IDT electrode 11 0.475
- Logarithm of IDT electrode 11 180 Average crossing width of IDT electrode 11: 28 ⁇ m
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between X / P and the frequency of the ripple of the SH wave (F (SH)).
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between X / P and F (SH) / Fr (Rayleigh wave).
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between X / P and F (SH) / Fa (Rayleigh wave). Note that F (SH) is the frequency of the ripple of the SH wave. Fr (Rayleigh wave) is the resonance frequency of the Rayleigh wave. Fa (Rayleigh wave) This is the antiresonance frequency of the Rayleigh wave.
- the expressions and graphs described in FIGS. 8 and 9 are an approximate expression calculated by the least square method and its graph.
- the frequency of the ripple of the SH wave which is an unnecessary mode, also tends to shift to the lower frequency side as the X / P increases, like the resonant frequency and antiresonant frequency of the Rayleigh wave.
- the resonance frequency and anti-resonance frequency of the Rayleigh wave greatly shift to the lower frequency side as X / P decreases, whereas as shown in FIG.
- the amount of shift associated with a decrease in the wave ripple frequency X / P is small. Therefore, as shown in FIGS.
- the center of the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D is set to the electrode fingers 12a, 13a.
- the frequency of the ripple of the SH wave can be kept away from the resonance frequency and antiresonance frequency of the Rayleigh wave.
- the ripple frequency of the SH wave can be shifted outside the frequency band between the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the Rayleigh wave. As a result, good resonance characteristics can be realized.
- a wafer 20 made of a piezoelectric material is prepared.
- the wafer 20 is a base of the plurality of piezoelectric substrates 10.
- a plurality of piezoelectric substrates 10 are manufactured by dividing the wafer 20 into a plurality of parts in a later process.
- the method for forming the IDT electrode 11 is not particularly limited.
- the IDT electrode 11 can be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.
- the IDT electrode 11 is formed such that the resonance frequency in a state where the insulating film 16 and the frequency adjustment film 17 are not formed is higher than a preset target resonance frequency.
- the insulating film 16 is formed.
- the insulating film 16 is formed by a bias sputtering method. Specifically, first, as shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of wafers 20 on which a plurality of IDT electrodes 11 are formed are placed on a rotary table 21. Specifically, the plurality of wafers 20 are arranged around the central axis A of the turntable 21 along the circumferential direction. In addition, in FIG. 10, although the turntable 21 is drawn in flat form, the turntable 21 may be dome shape, for example.
- a turntable 21 on which a plurality of wafers 20 are installed is mounted in a chamber 23 of a sputtering apparatus 22.
- the sputtering apparatus 22 may be an RF sputtering apparatus, a DC sputtering apparatus, or a magnetron sputtering apparatus.
- bias sputtering is performed while applying a voltage between the target 24 and the rotary table 21 arranged to face the rotary table 21.
- the target 24 is arranged so that the central axis of the target 24 is positioned on the central axis A. For this reason, the center of the target 24 and the center of the wafer 20 do not coincide. Therefore, as viewed from the normal direction of the wafer 20, particles scattered in an oblique direction from the target 24 accumulate on the wafer 20. Therefore, as shown in FIG.
- the center position in the surface acoustic wave propagation direction D of the convex part 16a1 and the center position in the surface acoustic wave propagation direction D of the electrode fingers 12a and 13a corresponding to the convex part 16a1 are The insulating film 16 is formed so as to be different in the surface acoustic wave propagation direction D.
- the distance X between the center position of the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D and the center position of the electrode fingers 12a and 13a corresponding to the convex portion 16a1 in the surface acoustic wave propagation direction D is the wafer 20 Depends on the angle of incidence of the particles. Specifically, the distance X increases as the particle incident angle increases. For this reason, the distance X can be controlled by adjusting the incident angle of the particles on the wafer 20.
- a frequency adjustment film 17 is formed on the insulating film 16.
- the method for forming the frequency adjustment film 17 is not particularly limited.
- the frequency adjustment film 17 can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.
- the film thickness of the frequency adjustment film 17 is adjusted.
- the distance X depends on the incident angle of the particles. For this reason, as shown in FIG. 12, the distance X is different between the portion near the central axis A and the portion far from the central axis A in the wafer 20. Therefore, when the surface acoustic wave device 1 is manufactured by dividing the wafer 20 into a plurality of parts by cutting the wafer 20 with the cutting line L without adjusting the film thickness of the frequency adjustment film 17, the central axis A of the wafer 20 is obtained.
- the surface acoustic wave device 1 manufactured from a portion close to ⁇ and the surface acoustic wave device 1 manufactured from a portion far from the central axis A of the wafer 20 have different distances X and different frequency characteristics. Therefore, after the formation of the frequency adjustment film 17, the frequency of the IDT electrode 11 that has been set high in advance for each region of the plurality of surface acoustic wave devices 1 on the wafer 20 approaches the desired set resonance frequency. The thickness of the adjustment film 17 is adjusted. For this reason, as shown in FIGS. 12 and 13, for example, when the frequency adjustment film 17 is made of silicon nitride, the resonance frequency shifts to the lower frequency side when the film thickness is reduced.
- the range of the resonance frequency that can be adjusted by the frequency adjustment film 17 is 3 MHz.
- the distance X varies within a range of ⁇ 10 nm. For this reason, it is preferable that the distance X is in a range where the Rayleigh wave ⁇ Fa is 0.15 MHz or less.
- the Rayleigh wave ⁇ Fa is 0.15 MHz or less.
- the surface acoustic wave device may use, for example, an SH wave as a main mode.
- the SH wave When the SH wave is set to the main mode, the Rayleigh wave, which is an unnecessary wave, shifts to the lower frequency side with respect to the SH wave as X / P increases. Therefore, the ripple caused by the Rayleigh wave can be located outside the frequency band between the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the SH wave.
- FIGS. 1 and 2 are referred to in common with the first embodiment.
- FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a surface acoustic wave device 2 according to the second embodiment.
- the surface acoustic wave device is a surface acoustic wave resonator.
- the surface acoustic wave device according to the present invention is not limited to the surface acoustic wave resonator.
- the present invention can be suitably applied to, for example, a surface acoustic wave filter or a surface acoustic wave duplexer other than the surface acoustic wave resonator.
- a surface acoustic wave device 2 according to this embodiment shown in FIG. 14 is a surface acoustic wave duplexer including a surface acoustic wave filter unit in which the present invention is implemented.
- the surface acoustic wave device 2 of the present embodiment is a UMTS-Band 2 duplexer.
- the surface acoustic wave device 2 includes an antenna terminal 30 connected to an antenna 34, a transmission-side signal terminal 31, and first and second reception-side balanced signal terminals 32a and 32b. Between the antenna terminal 30 and the first and second reception-side balanced signal terminals 32a and 32b, a so-called balanced reception-side filter unit 33 having a balance-unbalance conversion function is connected.
- the configuration of the reception filter unit 33 is not particularly limited.
- the reception-side filter unit 33 can be configured by, for example, a longitudinally coupled resonator type elastic wave filter unit using an elastic wave such as a surface acoustic wave or a boundary acoustic wave.
- a transmission side filter unit 40 is connected between the antenna terminal 30 and the transmission side signal terminal 31.
- the transmission-side filter unit 40 includes a series arm 41 that connects the antenna terminal 30 and the transmission-side signal terminal 31.
- a plurality of series arm resonators S1 to S3 are connected to the series arm 41 in series.
- a plurality of parallel arms 42a to 42c are connected between the series arm 41 and the ground potential.
- Parallel arm resonators P1 to P3 are connected to the parallel arms 42a to 42c, respectively.
- At least one of the series arm resonators S1 to S3 is formed so that the anti-resonance frequency is located on the high pass band side of the transmission filter unit 40.
- the series arm resonator in which the anti-resonance frequency is located on the high pass band side of the transmission side filter unit 40 Will be referred to as “a steepness improving series arm resonator”).
- the steepness improving series arm resonator is constituted by the surface acoustic wave resonator including the surface acoustic wave device 1 described in the first embodiment.
- the anti-resonance frequency of the series arm resonator is located outside the passband. For this reason, the ripple generated in the series arm resonator having the antiresonance point located outside the passband is generated in the vicinity of the antiresonance frequency, and thus has little influence on the filter characteristics.
- the anti-resonance frequency is located on the high pass band side of the transmission-side filter unit 40. It is located in the transitional band between and the attenuation band.
- the power durability tends to be weak in the transient band. Further, if the ripple is located in this transition band, the power durability tends to be further weakened.
- the steepness improving series arm resonator is constituted by the surface acoustic wave resonator including the surface acoustic wave device 1 described in the first embodiment. For this reason, the frequency position of the ripple caused by the SH wave which is an unnecessary wave can be moved away from the anti-resonance frequency to the high frequency side. Therefore, high power durability can be realized.
- FIGS. 15 and 16 are graphs showing the filter characteristics of the transmission-side filter unit in the example and the comparative example.
- a graph indicated by a dashed line is a graph according to the example, and a graph indicated by a solid line is a graph according to the comparative example.
- the distance X 0 nm in all the resonators S1 to S3 and P1 to P3.
- a large ripple R1 is generated in the vicinity of 1918 MHz.
- the distance X 200 nm in the series arm resonator S2-1 having the longest wavelength, so that the position of the ripple R2 is higher than the ripple R1 in the comparative example. It is in the band side and the magnitude of the ripple is small.
- the frequency position of the ripple is higher than 10 MHz in comparison with the comparative example.
- the position of the ripple can be kept away from the transient band that greatly affects the power durability.
- heat generation due to an increase in insertion loss caused by ripples can be suppressed. Therefore, high power durability can be obtained.
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Abstract
圧電基板の上にIDT電極を覆うように絶縁膜が形成されている弾性表面波装置であって、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性が良好な弾性表面波装置を提供する。 弾性表面波装置1は、圧電基板10と、IDT電極11と、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絶縁膜16と、絶縁膜16の上に形成されている周波数調整膜17とを備えている。絶縁膜16の表面16aには、複数の電極指12a、13aの形状に対応した形状の複数の凸部16a1が形成されている。絶縁膜16の表面16aに形成された凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、当該凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置とは、弾性表面波伝搬方向Dにおいて異なっている。
Description
本発明は、弾性表面波装置及びその製造方法に関する。特には、本発明は、IDT電極を覆うように形成されている絶縁膜を備える弾性表面波装置及びその製造方法に関する。
近年、共振子や帯域フィルタなどに弾性表面波装置が多用さ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ているIDT電極とを備えている。弾性表面波装置では、IDT電極により励振された弾性波は、圧電基板の表面を、弾性表面波として伝搬する。
この弾性表面波装置においては、例えば、圧電基板の上に、周波数温度特性を改善する目的や、圧電基板の表面を保護する目的などのため、IDT電極を覆うように絶縁膜を形成することがある。
例えば、下記の特許文献1には、LiNbO3からなる圧電基板の上に、IDT電極を覆うように絶縁層を形成することが記載されている。また、特許文献1には、IDT電極の密度を大きくすることでIDT電極の反射係数を大きくすることが記載されている。反射係数が大きくなることで、絶縁層を形成することにより発生するリップルの周波数位置が、共振周波数-反共振周波数の帯域外にシフトする。そのため、周波数特性を改善することができる。
上述のような絶縁膜の形成方法としては、例えば、上記の特許文献2に記載のようなバイアススパッタリング法が挙げられる。バイアススパッタリング法によれば、IDT電極と絶縁膜との間に隙間が生じ難い。このため、信頼性の高い弾性表面波装置を作製することができる。
しかしながら、バイアススパッタリング法により絶縁膜を形成した場合、絶縁膜の表面に、IDT電極の形状に対応した形状の凹凸が形成される。そのため、上記の特許文献1にも記載のように、IDT電極の密度を大きくしたとしても、十分に大きな反射係数を得ることができないという問題があった。具体的には、特許文献1の図40から明らかなように、絶縁膜の表面に凹凸が形成されている場合は、CuやAgなどの密度が大きな材料によりIDT電極を形成したとしても、密度が小さいAlによりIDT電極を形成した場合よりも反射係数が小さくなる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、圧電基板の上にIDT電極を覆うように絶縁膜が形成されている弾性表面波装置であって、共振特性やフィルタ特性などの周波数特性が良好な弾性表面波装置を提供することにある。
本発明に係る弾性表面波装置は、圧電基板と、IDT電極と、絶縁膜とを備えている。IDT電極は、圧電基板の上に形成されている。IDT電極は、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極を備えている。一対のくし歯状電極のそれぞれは、複数の電極指を有する。絶縁膜は、圧電基板の上に、IDT電極を覆うように形成されている。絶縁膜の表面には、複数の電極指の形状に対応した形状の複数の凸部が形成されている。絶縁膜の表面に形成された凸部の弾性表面波伝搬方向における中心の位置と、当該凸部に対応する電極指の弾性表面波伝搬方向における中心の位置とは、弾性表面波伝搬方向において異なっている。絶縁膜の上に形成されている周波数調整膜をさらに備えている。
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、弾性表面波装置は、圧電基板、IDT電極、絶縁膜及び周波数調整膜を有する弾性表面波共振子を複数備えるラダー型の弾性表面波フィルタである。この場合、弾性表面波フィルタの耐電力性を向上することができる。
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、0<X/P≦0.29である。但し、Xは、絶縁膜の表面に形成された凸部の弾性表面波伝搬方向における中心の位置と、当該凸部に対応する電極指の弾性表面波伝搬方向における中心の位置との弾性表面波伝搬方向における距離である。Pは、複数の電極指のピッチである。この場合、周波数調整膜の膜厚を調整することにより容易に周波数調整を行い得るため、より良好な周波数特性を得ることができる。
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、絶縁膜及び周波数調整膜のそれぞれは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボンからなる。
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、絶縁膜が、SiO2からなり、周波数調整膜がSiNからなる。この構成によれば、弾性表面波装置の周波数温度特性を改善することができると共に、弾性表面波装置の耐湿性を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別の特定の局面では、圧電基板は、120°~135°回転YカットX伝搬LiNbO3基板により構成されており、弾性表面波装置は、レイリー波をメインモードとするものである。この場合、SH波に起因するスプリアスを抑圧することができ、良好な周波数特性を得ることができる。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、上記本発明に係る弾性表面波装置の製造方法に関する。本発明に係る弾性表面波装置の製造方法では、絶縁膜をバイアススパッタリング法により形成する。このため、IDT電極と絶縁膜との間に隙間が生じ難く、信頼性の高い弾性表面波装置を製造することができる。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法では、圧電体からなるウエハの一方の表面の上に、複数のIDT電極、絶縁膜及び周波数調整膜を形成した後に、ウエハを複数に分割して複数の弾性表面波装置を作製する。IDT電極は、共振周波数が設定共振周波数よりも高くなるように形成する。絶縁膜は、ターゲットの中心と、ウエハの中心とが一致しないようにウエハを配置した状態でバイアススパッタリング法により形成する。周波数調整膜を形成した後に、前駆複数の弾性表面波装置となる領域毎に、IDT電極の共振周波数が設定共振周波数に近づくように周波数調整膜の厚みを調整する。この方法によれば、ウエハのいずれの部分からも弾性表面波装置も設定共振周波数と実質的に等しい共振周波数を有する弾性表面波装置を作製することができる。
本発明では、絶縁膜の表面に形成された凸部の弾性表面波伝搬方向における中心の位置と、当該凸部に対応する電極指の弾性表面波伝搬方向における中心の位置とは、弾性表面波伝搬方向において異なっており、かつ、絶縁膜の上に周波数調整膜が形成されている。このため、不要波に起因する周波数特性の劣化を抑制でき、良好な周波数特性を得ることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図1に示す弾性表面波装置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。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る弾性表面波装置の略図的平面図である。図2は、第1の実施形態に係る弾性表面波装置の一部分を拡大した略図的断面図である。なお、図1においては、説明の便宜上、絶縁膜16及び周波数調整膜17の描画を省略している。
図1は、第1の実施形態に係る弾性表面波装置の略図的平面図である。図2は、第1の実施形態に係る弾性表面波装置の一部分を拡大した略図的断面図である。なお、図1においては、説明の便宜上、絶縁膜16及び周波数調整膜17の描画を省略している。
図1及び図2に示す弾性表面波装置1は、弾性表面波を利用した弾性表面波共振子である。弾性表面波装置1は、レイリー波(P波+SV波)をメインモードとして利用するものである。このため、弾性表面波装置1においては、SH波は不要波である。
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、適宜の圧電体により形成することができる。圧電基板10は、例えば、LiNbO3基板、LiTaO3基板、水晶基板などにより構成することができる。なお、本実施形態では、圧電基板10は、120°~135°回転YカットX伝搬LiNbO3基板により構成されている例について説明する。
図1に示すように、圧電基板10の上には、IDT電極11と、IDT電極11の弾性表面波伝搬方向Dの両側に位置する一対の反射器14,15とが形成されている。図1に示すように、IDT電極11は、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極12,13を備えている。くし歯状電極12,13は、弾性表面波伝搬方向Dに対して垂直に延びる複数の電極指12a、13aを有する。
IDT電極11は、適宜の導電材料により形成することができる。IDT電極11は、例えば、Al、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Ni、Cr及びPdからなる群から選ばれた金属、またはAl、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Ni、Cr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構成することができる。また、IDT電極11は、上記金属や合金により形成された複数の導電膜の積層体により構成することもできる。
なお、本実施形態では、IDT電極11は、交差幅重み付けされたものであるが、本発明において、IDT電極の構成は、特に限定されない。IDT電極は、例えば、交差幅重み付けされていない正規型のIDT電極であってもよい。
図2に示すように、圧電基板10の上には、IDT電極11を覆うように、絶縁膜16が形成されている。この絶縁膜16は、例えば、周波数温度特性を改善するために形成された周波数温度特性改善膜であってもよいし、弾性表面波が伝搬する圧電基板10の表面を保護するために形成された保護膜であってもよい。絶縁膜16が周波数温度特性改善膜である場合は、絶縁膜16は、圧電基板10と正負の符号が異なる周波数温度係数(TCF)を有する材料により形成するか、または、圧電基板10と正負の符号が等しく、TCFの絶対値が圧電基板10のTCFの絶対値よりも小さい材料により形成することが好ましい。
具体的には、絶縁膜16は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、Al2O3などの酸化アルミニウム、AlNなどの窒化アルミニウム、Ta2O5などの酸化タンタル、TiO2などの酸化チタン、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボンにより形成することができる。
絶縁膜16の厚みは、IDT電極11により励振された弾性波が弾性表面波となるような厚み、すなわち、弾性波が絶縁膜16の表面にもエネルギー分布を持つような厚みである限りにおいて特に限定されない。絶縁膜16の厚みは、例えば、IDT電極11の厚み以上、弾性表面波の波長の60%以下とすることができる。
絶縁膜16の上には、絶縁膜16を覆うように周波数調整膜17が形成されている。この周波数調整膜17は、周波数調整膜17の厚みを調整することにより、弾性表面波装置1の周波数特性を調整するための膜である。このため、周波数調整膜17の厚みは、周波数調整膜17が形成されていない状態における弾性表面波の周波数特性と、予め定められた設定周波数特性とに応じて適宜設定することができる。
周波数調整膜17の材質は、周波数調整が行えるものである限りにおいて特に限定されない。周波数調整膜17は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、Al2O3などの酸化アルミニウム、AlNなどの窒化アルミニウム、Ta2O5などの酸化タンタル、TiO2などの酸化チタン、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボンにより形成することができる。周波数調整膜17は、例えば、上記絶縁膜16と同一材料からなる膜であってもよいし、異なる材料からなる膜であってもよい。例えば、絶縁膜16を、SiO2により形成し、周波数調整膜17をSiNにより形成してもよい。この場合、周波数調整膜17が耐湿性の高いSiNにより形成されているため、弾性表面波装置1の耐湿性を向上することができる。また、SiO2からなる絶縁膜16が圧電基板10の上に形成されているため、弾性表面波装置の周波数温度特性を向上することができる。
図2に示すように、絶縁膜16の圧電基板10とは反対側の表面16aには、複数の電極指12a、13aの形状に対応した複数の凸部16a1が形成されている。本実施形態においては、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、その凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置とが弾性表面波伝搬方向Dにおいて異なっている。このため、不要波であるSH波に起因するリップルを、メインモードであるレイリー波の共振周波数と反共振周波数との間の周波数帯域の外側に位置させ得る。従って、SH波に起因するリップルの影響が抑制された、高い周波数特性を実現することができる。
以下、この効果について、実際の実験例に基づいて詳細に説明する。
図3は、X/Pと、弾性表面波装置1のレイリー波の共振周波数との関係を表すグラフである。図4は、X/Pと、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置が1nm変化したときの弾性表面波装置1のレイリー波の共振周波数の変化量(ΔFr)との関係を表すグラフである。図5は、X/Pと、弾性表面波装置1のレイリー波の反共振周波数との関係を表すグラフである。図6は、X/Pと、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置が1nm変化したときの弾性表面波装置1のレイリー波の反共振周波数の変化量(ΔFa)との関係を表すグラフである。
なお、
X:凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、その凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置との距離(図2を参照)、
P:IDT電極11の電極指12a、13aのピッチ(弾性表面波の波長の1/2)、である。
X:凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、その凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置との距離(図2を参照)、
P:IDT電極11の電極指12a、13aのピッチ(弾性表面波の波長の1/2)、である。
図3~図6に記載の式及びグラフは、最小二乗法により算出した近似式及びそのグラフである。
図3~図6に示すグラフは、弾性表面波装置1が下記の設計パラメータを有するときのグラフである。
圧電基板10:127°回転YカットX伝搬LiNbO3基板
IDT電極11:圧電基板10側から、NiCr膜(厚み:10nm)/Pt膜(厚み:33nm)/Ti膜(厚み:10nm)/AlCu膜(厚み:130nm)/Ti膜(厚み:10nm)がこの順番で積層された積層膜 絶縁膜16:厚み620nmのSiO2膜
凸部16a1の高さ:38nm
周波数調整膜17:厚み20nmのSiN膜
IDT電極11における電極指12a、13aのピッチ(P):0.935μm
IDT電極11のデューティー:0.475
IDT電極11の対数:180
IDT電極11の平均交差幅:28μm
IDT電極11:圧電基板10側から、NiCr膜(厚み:10nm)/Pt膜(厚み:33nm)/Ti膜(厚み:10nm)/AlCu膜(厚み:130nm)/Ti膜(厚み:10nm)がこの順番で積層された積層膜 絶縁膜16:厚み620nmのSiO2膜
凸部16a1の高さ:38nm
周波数調整膜17:厚み20nmのSiN膜
IDT電極11における電極指12a、13aのピッチ(P):0.935μm
IDT電極11のデューティー:0.475
IDT電極11の対数:180
IDT電極11の平均交差幅:28μm
図3~図6に示すように、X/Pが大きくなるに従って、メインモードであるレイリー波の共振周波数と反共振周波数とのそれぞれが低周波数側にシフトしていくことが分かる。
図7は、X/Pと、SH波のリップルの周波数(F(SH))との関係を表すグラフである。図8は、X/Pと、F(SH)/Fr(レイリー波)との関係を表すグラフである。図9は、X/Pと、F(SH)/Fa(レイリー波)との関係を表すグラフである。なお、F(SH)は、SH波のリップルの周波数である。Fr(レイリー波)は、レイリー波の共振周波数である。Fa(レイリー波)レイリー波の反共振周波数である。図8及び図9に記載の式及びグラフは、最小二乗法により算出した近似式及びそのグラフである。
図7に示すように、不要モードであるSH波のリップルの周波数も、レイリー波の共振周波数や反共振周波数と同様に、X/Pの増大と共に低周波数側にシフトする傾向にある。しかしながら、図4及び図6に示すように、レイリー波の共振周波数や反共振周波数は、X/Pが減少するにつれて大きく低周波数側にシフトするのに対して、図7に示すように、SH波のリップルの周波数のX/Pの減少に伴うシフト量は小さい。従って、図8及び図9に示すように、X/Pを大きくすることにより、すなわち、弾性表面波伝搬方向Dにおいて、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心を、電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心からずらしていくことによって、SH波のリップルの周波数を、レイリー波の共振周波数や反共振周波数から遠ざけることができる。例えば、SH波のリップルの周波数を、レイリー波の共振周波数と反共振周波数との間の周波数帯域外にシフトさせることができる。その結果、良好な共振特性を実現することができる。
次に、本実施形態の弾性表面波装置1の製造方法の一例について、主として図10~図13を参照しながら説明する。
まず、圧電体からなるウエハ20(図10を参照)を用意する。このウエハ20は、複数の圧電基板10の基となるものである。ウエハ20が後の工程において複数に分割されることにより複数の圧電基板10(図1,2を参照)が作製される。
次に、ウエハ20の上に、複数のIDT電極11を形成する。IDT電極11の形成方法は、特に限定されない。IDT電極11は、例えば、スパッタリング法や、蒸着法などにより形成することができる。このIDT電極11の形成工程において、IDT電極11は、絶縁膜16や周波数調整膜17を形成しない状態における共振周波数が、予め設定された狙いの設定共振周波数よりも高くなるように形成する。
次に、絶縁膜16を形成する。本実施形態では、絶縁膜16は、バイアススパッタリング法により形成する。具体的には、まず、図10及び図11に示すように、複数のIDT電極11が形成された複数のウエハ20を、回転テーブル21に設置する。詳細には、複数のウエハ20は、回転テーブル21の中心軸A回りに、周方向に沿って配列する。なお、図10では、回転テーブル21を平板状に描画しているが、回転テーブル21は、例えば、ドーム状であってもよい。
次に、図10に示すように、複数のウエハ20を設置した回転テーブル21をスパッタリング装置22のチャンバ23内に取り付ける。なお、このスパッタリング装置22は、RFスパッタリング装置であってもよいし、DCスパッタリング装置であってもよいし、マグネトロンスパッタリング装置であってもよい。
次に、回転テーブル21を中心軸A回りに回転させつつ、回転テーブル21に対向するように配置されたターゲット24と回転テーブル21との間に電圧を印加しながら、バイアススパッタリングを行う。ここで、ターゲット24は、ターゲット24の中心軸が中心軸A上に位置するように配置する。このため、ターゲット24の中心とウエハ20の中心とは一致していない。従って、ウエハ20の法線方向から視て、ターゲット24から斜め方向に飛散した粒子がウエハ20上に堆積していく。従って、図2に示すように、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、その凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置とが弾性表面波伝搬方向Dにおいて異なるように絶縁膜16が形成される。ここで、凸部16a1の弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置と、その凸部16a1に対応する電極指12a、13aの弾性表面波伝搬方向Dにおける中心の位置との距離Xは、ウエハ20に対する粒子の入射角に依存している。具体的には、粒子の入射角が大きくなるほど、距離Xが大きくなる。このため、距離Xは、ウエハ20への粒子の入射角を調整することにより制御することができる。
次に、絶縁膜16の上に、周波数調整膜17を形成する。周波数調整膜17の形成方法は特に限定されない。周波数調整膜17は、例えば、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。
次に、周波数調整膜17の膜厚の調整を行う。上述のように、距離Xは、粒子の入射角に依存している。このため、図12に示すように、ウエハ20のうち、中心軸Aに近い部分と中心軸Aから遠い部分とでは、距離Xが異なっている。このため、周波数調整膜17の膜厚を調整せずに、ウエハ20をカッティングラインLでカッティングすることにより複数に分割して複数の弾性表面波装置1を作製した場合、ウエハ20の中心軸Aに近い部分から作製された弾性表面波装置1と、ウエハ20の中心軸Aから遠い部分から作製された弾性表面波装置1とで、距離Xがばらつき、周波数特性が異なることとなる。従って、周波数調整膜17の形成後に、ウエハ20の複数の弾性表面波装置1となる領域毎に、予め高く設定されていたIDT電極11の共振周波数が、所望する設定共振周波数に近づくように周波数調整膜17の厚みを調整する。このため、図12及び図13に示すように、例えば、周波数調整膜17が窒化ケイ素からなる場合は、膜厚を薄くした方が共振周波数が低周波数側にシフトするため、ウエハ20のうち、中心軸Aに近い領域は大きくエッチングされ、周波数調整膜17が薄くなる。一方、ウエハ20のうち、中心軸Aから遠い領域は、あまりエッチングされず、周波数調整膜17が厚くなる。このようにすることにより、製造される弾性表面波装置1の周波数特性のばらつきを小さくすることができる。
しかしながら、周波数調整膜17の膜厚を調整することにより調整することができる共振周波数の大きさには上限がある。通常、周波数調整膜17により調整できる共振周波数の範囲は、3MHzである。また、距離Xは、±10nmの範囲でばらつく。このため、距離Xが、レイリー波のΔFaが0.15MHz以下となるような範囲内とすることが好ましい。ここで、図6より、レイリー波のΔFaが0.15MHz以下とするためには、X/Pを0.29以下とする必要がある。このため、0<X/P≦0.29であることが好ましい。
なお、上記第1の実施形態では、レイリー波をメインモードとして利用し、SH波を不要モードとす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。本発明に係る弾性表面波装置は、例えば、SH波をメインモードとして利用するものであってもよい。SH波をメインモードとした場合、不要波であるレイリー波はX/Pの増大と共にSH波に対して低周波数側にシフトする。そのため、レイリー波に起因するリップルをSH波の共振周波数と反共振周波数との間の周波数帯域の外側に位置させ得る。
以下、本発明の好ましい形態の他の例について説明する。なお、以下の説明において、上記第1の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。また、下記の第2の実施形態において、図1及び図2を上記第1の実施形態と共通に参照する。
(第2の実施形態)
図14は、第2の実施形態に係る弾性表面波装置2の模式的構成図である。
図14は、第2の実施形態に係る弾性表面波装置2の模式的構成図である。
上記第1の実施形態では、弾性表面波装置が弾性表面波共振子である例について説明した。但し、本発明に係る弾性表面波装置は、弾性表面波共振子に限定されない。本発明は、弾性表面波共振子以外の、例えば弾性表面波フィルタや弾性表面波分波器などにも好適に適用することができる。
図14に示す本実施形態の弾性表面波装置2は、本発明が実施された弾性表面波フィルタ部を備える弾性表面波分波器である。具体的には、本実施形態の弾性表面波装置2は、UMTS-Band2のデュプレクサである。
弾性表面波装置2は、アンテナ34に接続されるアンテナ端子30と、送信側信号端子31と、第1及び第2の受信側平衡信号端子32a、32bとを備えている。アンテナ端子30と、第1及び第2の受信側平衡信号端子32a、32bとの間には、平衡-不平衡変換機能を有する所謂バランス型の受信側フィルタ部33が接続されている。受信側フィルタ部33の構成は、特に限定されない。受信側フィルタ部33は、例えば、弾性表面波や弾性境界波などの弾性波を利用した縦結合共振子型弾性波フィルタ部により構成することができる。
一方、アンテナ端子30と、送信側信号端子31との間には、送信側フィルタ部40が接続されている。この送信側フィルタ部40は、アンテナ端子30と送信側信号端子31とを接続している直列腕41を備えている。直列腕41には、複数の直列腕共振子S1~S3が直列接続されている。また、直列腕41とグラウンド電位との間には、複数の並列腕42a~42cが接続されている。各並列腕42a~42cには、並列腕共振子P1~P3がそれぞれ接続されている。
本実施形態では、直列腕共振子S1~S3のうちの少なくとも一つが、反共振周波数が送信側フィルタ部40の通過帯域高域側に位置するように、形成されている。このような直列腕共振子を設けることにより、フィルタ特性の急峻性が高められている(以下、この反共振周波数が送信側フィルタ部40の通過帯域高域側に位置している直列腕共振子を、「急峻性向上用直列腕共振子」と称呼することとする。)。
そして、本実施形態では、この急峻性向上用直列腕共振子が、上記第1の実施形態で説明した弾性表面波装置1からなる弾性表面波共振子により構成されている。
通常、直列腕共振子の反共振周波数は、通過帯域外に位置している。このため、通過帯域外に位置する反共振点を有する直列腕共振子において生じるリップルは、反共振周波数付近に発生するため、フィルタ特性に及ぼす影響が少ない。
それに対して、急峻性向上用直列腕共振子では、反共振周波数が送信側フィルタ部40の通過帯域高域側に位置しているため、急峻性向上用直列腕共振子において生じるリップルが通過帯域と減衰帯域との間の過渡帯域に位置することとなる。
ここで、通常、弾性表面波を利用した送信側フィルタ部40においては、過渡帯域において耐電力性が弱くなる傾向にある。また、この過渡帯域にリップルが位置していると、耐電力性がさらに弱くなる傾向にある。
しかしながら、本実施形態では、上述のように、急峻性向上用直列腕共振子が上記第1の実施形態で説明した弾性表面波装置1からなる弾性表面波共振子により構成されている。このため、不要波であるSH波に起因するリップルの周波数位置を反共振周波数から高周波数側に遠ざけることができる。従って、高い耐電力性を実現することができる。
この効果を実際の実験例に基づいてさらに詳細に説明する。
図15及び図16は、実施例及び比較例における送信側フィルタ部のフィルタ特性を表すグラフである。なお、図15及び図16において、一点破線で示すグラフが実施例に係るグラフで、実線で示すグラフが比較例に係るグラフである。
図15及び図16に示す実施例及び比較例における設計パラメータは以下の通りである。
直列腕共振子S1;対数:168,交差幅:30μm、波長:1.89μm、デューティー:0.49
並列腕共振子P1;対数:141,交差幅:58μm、波長:1.97μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S2-1;対数:230,交差幅:42μm、波長:1.91μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S2-2;対数:208,交差幅:38μm、波長:1.90μm、デューティー:0.45
並列腕共振子P2;対数:120,交差幅:49μm、波長:1.96μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S3;対数:168,交差幅:30μm、波長:1.89μm、デューティー:0.48
並列腕共振子P3;対数:104,交差幅:43μm、波長:1.96μm、デューティー:0.52
並列腕共振子P1;対数:141,交差幅:58μm、波長:1.97μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S2-1;対数:230,交差幅:42μm、波長:1.91μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S2-2;対数:208,交差幅:38μm、波長:1.90μm、デューティー:0.45
並列腕共振子P2;対数:120,交差幅:49μm、波長:1.96μm、デューティー:0.48
直列腕共振子S3;対数:168,交差幅:30μm、波長:1.89μm、デューティー:0.48
並列腕共振子P3;対数:104,交差幅:43μm、波長:1.96μm、デューティー:0.52
比較例においては、全ての共振子S1~S3,P1~P3において、距離X=0nmである。
実施例においては、最も長い波長を有する直列腕共振子S2-1以外の共振子において距離X=0nmであり、直列腕共振子S2-1において距離X=200nmである。
図15及び図16に示すように、実線で示す比較例においては、1918MHz付近に大きなリップルR1が発生している。それに対して、一点破線で示す実施例においては、最も長い波長を有する直列腕共振子S2-1において距離X=200nmとされているため、リップルR2の位置が、比較例のリップルR1よりも高域側となり、かつ、リップルの大きさが小さくなっている。具体的には、比較例よりも実施例の方が、リップルの周波数位置が10MHz以上高域側となっている。このように、本発明が適用された実施例では、リップルの位置を、耐電力性に大きく影響する過渡帯域から遠ざけることができる。また、リップルが発生することで挿入損失が大きくなることに起因する発熱も抑制できる。従って、高い耐電力性を得ることができる。
1,2…弾性表面波装置
10…圧電基板
11…IDT電極
12,13…くし歯状電極
12a、13a…電極指
14,15…反射器
16…絶縁膜
16a…表面
16a1…凸部
17…周波数調整膜
20…ウエハ
21…回転テーブル
22…スパッタリング装置
23…チャンバ
24…ターゲット
30…アンテナ端子
31…送信側信号端子
32a、32b…受信側平衡信号端子
33…受信側フィルタ部
34…アンテナ
40…送信側フィルタ部
41…直列腕
42a~42c…並列腕
P1~P3…並列腕共振子
S1~S3…直列腕共振子
10…圧電基板
11…IDT電極
12,13…くし歯状電極
12a、13a…電極指
14,15…反射器
16…絶縁膜
16a…表面
16a1…凸部
17…周波数調整膜
20…ウエハ
21…回転テーブル
22…スパッタリング装置
23…チャンバ
24…ターゲット
30…アンテナ端子
31…送信側信号端子
32a、32b…受信側平衡信号端子
33…受信側フィルタ部
34…アンテナ
40…送信側フィルタ部
41…直列腕
42a~42c…並列腕
P1~P3…並列腕共振子
S1~S3…直列腕共振子
Claims (8)
- 圧電基板と、
前記圧電基板の上に形成されており、それぞれ複数の電極指を有し、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極を備える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絶縁膜と備え、
前記絶縁膜の表面に、前記複数の電極指の形状に対応した形状の複数の凸部が形成されている弾性表面波装置であって、
前記絶縁膜の表面に形成された凸部の弾性表面波伝搬方向における中心の位置と、当該凸部に対応する電極指の弾性表面波伝搬方向における中心の位置とは、弾性表面波伝搬方向において異なっており、
前記絶縁膜の上に形成されている周波数調整膜をさらに備える、弾性表面波装置。 - 前記圧電基板、前記IDT電極、前記絶縁膜及び前記周波数調整膜を有する弾性表面波共振子を複数備えるラダー型の弾性表面波フィルタである、請求項1に記載の弾性表面波装置。
- 前記絶縁膜の表面に形成された凸部の弾性表面波伝搬方向における中心の位置と、当該凸部に対応する電極指の弾性表面波伝搬方向における中心の位置との弾性表面波伝搬方向における距離をXとし、前記複数の電極指のピッチをPとしたときに、
0<X/P≦0.29である、請求項1または2に記載の弾性表面波装置。 - 前記絶縁膜及び前記周波数調整膜のそれぞれは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボンからなる、請求項1~3のいずれか一項に記載の弾性表面波装置。
- 前記絶縁膜が、SiO2からなり、前記周波数調整膜がSiNからなる、請求項4に記載の弾性表面波装置。
- 前記圧電基板は、120°~135°回転YカットX伝搬LiNbO3基板により構成されており、レイリー波をメインモードとする、請求項1~5のいずれか一項に記載の弾性表面波装置。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の弾性表面波装置の製造方法であって、
前記絶縁膜をバイアススパッタリング法により形成する、弾性表面波装置の製造方法。 - 圧電体からなるウエハの一方の表面の上に、複数の前記IDT電極、前記絶縁膜及び前記周波数調整膜を形成した後に、前記ウエハを複数に分断して複数の弾性表面波装置を作製し、
前記IDT電極は、共振周波数が設定共振周波数よりも高くなるように形成し、
前記絶縁膜は、ターゲットの中心と、前記ウエハの中心とが一致しないように前記ウエハを配置した状態でバイアススパッタリング法により形成し、
前記周波数調整膜を形成した後に、前駆複数の弾性表面波装置となる領域毎に、前記IDT電極の共振周波数が前記設定共振周波数に近づくように前記周波数調整膜の厚みを調整する、請求項7に記載の弾性表面波装置の製造方法。
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