WO2019124127A1 - 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Download PDF

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誠 澤村
誠二 甲斐
諭卓 岸本
勇蔵 岸
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device having a silicon supporting substrate and a silicon cover layer, a high frequency front end circuit, and a communication device.
  • Patent Document 1 discloses an elastic wave device having a package structure in which a hollow space is provided.
  • a functional electrode is provided on a silicon substrate.
  • An adhesive layer is provided on the silicon substrate so as to surround the functional electrode. Then, the sealing member made of silicon is joined by the adhesive layer so as to face the silicon substrate. The functional electrode is thereby located in the hollow space formed.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device, a high frequency front end circuit, and a communication device, which are less likely to cause electrostatic breakdown due to charging.
  • a silicon supporting substrate a piezoelectric body directly or indirectly laminated on the silicon supporting substrate, a functional electrode provided on the piezoelectric body, and a direct or indirect lamination on the silicon supporting substrate
  • a support layer made of an insulator, and a silicon cover layer laminated on the support layer, provided on the outer side of the functional electrode in plan view, and the silicon support substrate A space surrounded by the support layer and the silicon cover layer is formed, and the electrical resistance of the silicon support substrate is higher than the electrical resistance of the silicon cover layer.
  • a high frequency front end circuit according to the present invention comprises an elastic wave device configured according to the present invention and a power amplifier.
  • a communication device comprises a high frequency front end circuit configured according to the present invention and an RF signal processing circuit.
  • an elastic wave device it is possible to provide an elastic wave device, a high frequency front end circuit, and a communication device in which electrostatic breakdown of functional electrodes is less likely to occur.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view of an elastic wave device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front sectional view of an elastic wave device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a communication device having a high frequency front end circuit.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • the elastic wave device 1 has a silicon support substrate 2.
  • a support layer 3 made of resin is provided on a silicon support substrate 2.
  • the support layer 3 has a frame shape in plan view.
  • a silicon cover layer 4 is provided on the support layer 3 so as to seal the upper opening of the support layer 3.
  • the low sound velocity film 5 is stacked on the silicon support substrate 2.
  • the piezoelectric body 6 is stacked on the low sound velocity film 5.
  • An IDT electrode 7 as a functional electrode is provided on the piezoelectric body 6. Therefore, the piezoelectric body 6 is disposed in a portion surrounded by the support layer 3.
  • the thickness of the piezoelectric body 6 is 3.5 ⁇ or less.
  • the support layer 3 is provided directly on the silicon support substrate 2, and the support layer 3 is not located on the piezoelectric body 6. Therefore, the piezoelectric body 6 is less likely to be damaged by the stress of the support layer 3 in the manufacturing process and at the time of use.
  • Connection electrodes 8 and 9 are provided to be electrically connected to the IDT electrode 7.
  • a dielectric film 10 is provided to cover the IDT electrode 7.
  • the upper ends of the through via electrodes 11 and 12 are connected to the connection electrodes 8 and 9.
  • the through via electrodes 11 and 12 are provided to penetrate the silicon support substrate 2, the low sound velocity film 5, and the piezoelectric body 6. Therefore, the connection electrodes 8 and 9 are not in direct contact with the silicon support substrate 2. Therefore, the current flowing through the connection electrodes 8 and 9 hardly leaks to the side of the silicon supporting substrate 2 which is a semiconductor. Therefore, deterioration of the characteristics is also less likely to occur.
  • the lower ends of the through via electrodes 11 and 12 reach the second main surface 2 b of the silicon support substrate 2.
  • the second main surface 2 b is a main surface on the side opposite to the side on which the piezoelectric body 6 is provided in the silicon support substrate 2.
  • Terminal electrodes 13 and 14 are provided on the second main surface 2b. The terminal electrodes 13 and 14 are connected to the lower ends of the through via electrodes 11 and 12.
  • the feature of the elastic wave device 1 is that the electrical resistance of the silicon support substrate 2 is higher than the electrical resistance of the silicon cover layer 4. Therefore, when the elastic wave device 1 is charged, charges flow from the side of the silicon supporting substrate 2 to the side of the silicon cover layer 4 having a low electric resistance. Accordingly, electrostatic breakdown of the IDT electrode 7 as a functional electrode is unlikely to occur.
  • the elastic wave device 1 since the IDT electrode 7 is provided on the piezoelectric body 6, by applying an alternating electric field to the IDT electrode 7, the elastic wave can be excited in the piezoelectric body 6.
  • the low sound velocity film 5 is made of a low sound velocity material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is slower than the sound velocity of the bulk wave propagating through the piezoelectric body 6.
  • a low sound velocity material an appropriate material satisfying the sound velocity relationship between the silicon supporting substrate 2 and the piezoelectric body 6 can be used.
  • a medium containing the above material as a main component such as silicon oxide, glass, silicon oxynitride or tantalum oxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon or boron to silicon oxide, may be used it can.
  • the thickness of the piezoelectric body 6 is usually considerably thinner than that of a piezoelectric single crystal substrate in an elastic wave device using a piezoelectric single crystal substrate.
  • the thickness of the piezoelectric body 6 is preferably 3.5 ⁇ or less.
  • the piezoelectric body 6 is thin, electrostatic breakdown easily occurs not only in the IDT electrode 7 but also in the functional portion on which the IDT electrode 7 and the piezoelectric body 6 are stacked.
  • the elastic wave device 1 of the present embodiment since the electrical resistance of the silicon cover layer 4 is lower than the electrical resistance of the silicon supporting substrate 2, the generated charges are promptly applied to the silicon cover layer 4. It is made to flow, and it is made possible to control electrostatic breakdown of a function part.
  • the piezoelectric body 6 is indirectly stacked on the silicon support substrate 2 via the low sound velocity film 5, but the piezoelectric body 6 may be directly stacked on the silicon support substrate 2. . Also in this case, the energy of the elastic wave can be effectively confined in the piezoelectric body 6, and the electrostatic breakdown of the IDT electrode 7 hardly occurs.
  • the support layer 3 is made of a synthetic resin such as polyimide, but may be made of an insulator other than the synthetic resin, for example, an inorganic insulator.
  • the support layer 3 is made of a photosensitive polyimide resin such as a photosensitive thermosetting polyimide. In that case, the cost of the support layer 3 can be reduced and the process can be simplified.
  • the silicon cover layer be made of a p-type semiconductor and the silicon support substrate 2 be made of an n-type semiconductor.
  • the resin becomes negative when charged. Therefore, when the silicon support substrate 2 is made of an n-type semiconductor and the silicon cover layer 4 is made of a p-type semiconductor, charges generated on the silicon support substrate 2 side will flow to the silicon cover layer 4 more quickly. Therefore, operation failure or damage due to electrostatic discharge is less likely to occur.
  • the conductivity type of the semiconductor of the silicon support substrate 2 and the silicon cover layer 4 is not limited to the above combination. Both may be made of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor.
  • the dielectric film 10 is provided to cover the IDT electrode 7. Therefore, frequency adjustment can be performed by adjusting the thickness and material of the dielectric film 10. Further, by providing the dielectric film 10, the IDT electrode 7 can be protected from the periphery.
  • the material of the dielectric film 10 is not particularly limited, but inorganic dielectric materials such as silicon oxide and silicon oxynitride can be suitably used.
  • the space A be sealed. As a result, the influence of moisture in the air is less likely to occur, so that the variation of the characteristics of the elastic wave device 1 is less likely to occur.
  • the through via electrodes 11 and 12 are preferably located in a region surrounded by the support layer 3 in a plan view.
  • the connection electrodes 8 and 9 and the through via electrodes 11 and 12 can be connected in the region (space A) surrounded by the support layer 3, the connection electrodes 8 and 9 are surrounded by the support layer 3. It can be sealed in the area. Therefore, the connection electrodes 8 and 9 are less susceptible to the moisture in the air.
  • the low sound velocity film 5 is located in the region surrounded by the support layer 3.
  • the low sound velocity film 5 may extend to the lower surface of the support layer 3 and the outside of the support layer 3.
  • the support layer 3 is indirectly laminated on the first major surface 2 a of the silicon support substrate 2.
  • the support layer 3 is preferably laminated directly on the first major surface 2a.
  • the support layer 3 has a frame-like shape, but is not limited to the frame-like shape as long as it can surround the functional part having the piezoelectric body 6 and the IDT electrode 7. Therefore, the space A is not limited to the sealed space.
  • the IDT electrodes 7, the connection electrodes 8 and 9, the through via electrodes 11 and 12, and the terminal electrodes 13 and 14 are made of appropriate metals or alloys, and the material constituting them is not particularly limited.
  • the electrode structure of the functional electrode having the IDT electrode 7 is not particularly limited, either, and the electrode structure including the IDT electrode 7 may be modified to constitute various functional units such as an elastic wave resonator or an elastic wave filter. Can.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment of the present invention.
  • the metal film 22 is provided on the lower surface of the silicon cover layer 4, that is, the entire main surface on the side facing the silicon support substrate 2. Except for this point, the elastic wave device 21 is configured in the same manner as the elastic wave device 1. Therefore, the description of the elastic wave device 1 will be incorporated by giving the same reference numerals to the same parts.
  • the metal film 22 is made of an appropriate metal or alloy such as Cu or Al.
  • the electrical resistance of the metal film 22 is even lower than the electrical resistance of the silicon cover layer 4. Therefore, even if the functional part on the silicon support substrate 2 side is charged, the charge moves from the silicon support substrate 2 to the silicon cover layer 4 side more quickly. Therefore, electrostatic breakdown of the IDT electrode 7 and the piezoelectric body 6 in the functional part can be more effectively suppressed.
  • the metal film 22 may not necessarily be formed on the entire main surface of the silicon cover layer 4. It may be provided at least on the bonding surface of the support layer 3 and the silicon cover layer 4. However, it is preferable that the metal film 22 be provided on the entire surface as shown in FIG. Thereby, charge transfer can be performed more quickly. Therefore, operation failure or damage due to electrostatic discharge is less likely to occur.
  • the metal film 22 may extend to the side surface or the upper surface of the silicon cover layer 4.
  • FIG. 3 is a front sectional view of an elastic wave device according to a third embodiment of the present invention.
  • a high sound velocity film 32 is provided on the silicon support substrate 2.
  • the low sound velocity film 5 and the piezoelectric body 6 are stacked on the high sound velocity film 32. That is, the elastic wave device 31 is configured the same as the elastic wave device 1 except that the high sound velocity film 32 is provided.
  • the high sound velocity film 32 is made of a high sound velocity material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is faster than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 6.
  • high sound velocity materials aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, quartz, alumina, zirconia, cordierite, mullite, steatite, foliate
  • materials such as stellite, magnesia, DLC (diamond like carbon) or diamond, a medium containing the above material as a main component, or a medium containing a mixture of the above materials as a main component can be used.
  • the film thickness of the high sound speed film 32 is preferably as large as possible, and 0.5 or more times the wavelength ⁇ of the elastic wave. It is desirable that it is 5 times or more.
  • the energy of elastic waves can be effectively confined in the piezoelectric body 6. Also in the elastic wave device 31, since the electrical resistance of the silicon cover layer 4 is relatively low, electric charges flow quickly from the silicon supporting substrate 2 side to the silicon cover layer 4. Therefore, as in the first embodiment, electrostatic breakdown of the IDT electrode 7 and the piezoelectric body 6 in the functional portion can be suppressed.
  • FIG. 4 is a front sectional view of an elastic wave device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • an acoustic reflection film is laminated between the silicon support substrate 2 and the piezoelectric body 6.
  • the elastic wave device 40 does not have a low sound velocity film and a high sound velocity film.
  • the other configurations of the elastic wave device 40 are the same as those of the elastic wave device 31.
  • the acoustic reflection film has a high acoustic impedance layer 41 having a relatively high acoustic impedance and a low acoustic impedance layer 42 having a relatively low acoustic impedance.
  • two high acoustic impedance layers 41 and two low acoustic impedance layers 42 are alternately stacked from the side of the first main surface 2 a of the silicon support substrate 2.
  • the number of stacked high acoustic impedance layers 41 and low acoustic impedance layers 42 in the acoustic reflection film is not limited to this.
  • Materials constituting the high acoustic impedance layer 41 and the low acoustic impedance layer 42 are not particularly limited as long as the relative relationship of the acoustic impedance is as described above.
  • an inorganic material such as a metal, a semiconductor or a ceramic may be used, or an organic material such as a synthetic resin may be used.
  • metals or ceramics having high acoustic impedance, which have relatively high acoustic impedance are preferably used.
  • ceramics, a resin material or the like having a relatively low acoustic impedance can be suitably used.
  • a metal having a high acoustic impedance such as Ag may be used for the high acoustic impedance layer 41, and a metal having a low acoustic impedance such as Pb may be used for the low acoustic impedance layer 42. That is, as long as the relative relationship of the said acoustic impedance is satisfy
  • the high acoustic impedance layer 41 be stacked on the side farther from the piezoelectric body 6 than the low acoustic impedance layer 42. Also in the elastic wave device 40 having such an acoustic reflection film, the energy of the elastic wave can be effectively confined in the piezoelectric body 6. Further, also in the elastic wave device 40, the electric resistance of the silicon cover layer 4 is relatively low, so that the charges flow quickly from the silicon supporting substrate 2 side to the silicon cover layer 4. Therefore, also in the fourth embodiment, electrostatic breakdown of the IDT electrode 7 and the piezoelectric body 6 in the functional portion can be suppressed.
  • the elastic wave device of each of the above embodiments can be used as a duplexer of a high frequency front end circuit or the like. An example of this is described below.
  • FIG. 5 is a block diagram of a communication device and a high frequency front end circuit. Note that, in the same drawing, each component connected to the high frequency front end circuit 230, for example, the antenna element 202 and the RF signal processing circuit (RFIC) 203 are also illustrated.
  • the high frequency front end circuit 230 and the RF signal processing circuit 203 constitute a communication device 240.
  • the communication device 240 may include a power supply, a CPU, and a display.
  • the high frequency front end circuit 230 includes a switch 225, duplexers 201A and 201B, low noise amplifier circuits 214 and 224, and power amplifier circuits 234a, 234b, 244a and 244b.
  • the high frequency front end circuit 230 and the communication device 240 in FIG. 5 are an example of the high frequency front end circuit and the communication device, and the present invention is not limited to this configuration.
  • the duplexer 201A has filters 211 and 212.
  • the duplexer 201B includes filters 221 and 222.
  • the duplexers 201A and 201B are connected to the antenna element 202 via the switch 225.
  • the elastic wave device may be a duplexer 201A or 201B, or may be a filter 211, 212, 221 or 222.
  • the elastic wave device is also applied to a multiplexer including three or more filters, for example, a triplexer in which antenna terminals of three filters are shared, a hexaplexer in which antenna terminals of six filters are shared. Can.
  • the elastic wave device includes an elastic wave resonator, a filter, a duplexer, and a multiplexer including three or more filters.
  • the multiplexer is not limited to the configuration including both the transmission filter and the reception filter, and may be configured to include only the transmission filter or only the reception filter.
  • the switch 225 connects the antenna element 202 and a signal path corresponding to a predetermined band in accordance with a control signal from a control unit (not shown), and is formed of, for example, a single pole double throw (SPDT) type switch .
  • SPDT single pole double throw
  • the number of signal paths connected to the antenna element 202 is not limited to one, and may be plural. That is, the high frequency front end circuit 230 may support carrier aggregation.
  • the low noise amplifier circuit 214 is a reception amplifier circuit that amplifies a high frequency signal (here, a high frequency received signal) that has passed through the antenna element 202, the switch 225, and the duplexer 201A, and outputs the amplified signal to the RF signal processing circuit 203.
  • the low noise amplifier circuit 224 is a reception amplifier circuit that amplifies a high frequency signal (here, a high frequency received signal) that has passed through the antenna element 202, the switch 225, and the duplexer 201B, and outputs the amplified signal to the RF signal processing circuit 203.
  • the power amplifier circuits 234 a and 234 b are transmission amplifier circuits that amplify a high frequency signal (here, a high frequency transmission signal) output from the RF signal processing circuit 203 and output the amplified high frequency signal to the antenna element 202 via the duplexer 201 A and the switch 225.
  • the power amplifier circuits 244 a and 244 b are transmission amplifier circuits that amplify a high frequency signal (here, a high frequency transmission signal) output from the RF signal processing circuit 203 and output the amplified high frequency signal to the antenna element 202 via the duplexer 201 B and the switch 225. .
  • the RF signal processing circuit 203 performs signal processing on the high frequency reception signal input from the antenna element 202 via the reception signal path by down conversion or the like, and outputs the reception signal generated by the signal processing. Further, the RF signal processing circuit 203 performs signal processing of the input transmission signal by up conversion or the like, and outputs a high frequency transmission signal generated by the signal processing to the power amplifier circuits 234 b and 244 b.
  • the RF signal processing circuit 203 is, for example, an RFIC.
  • the communication device may include a BB (baseband) IC. In this case, the BBIC processes the received signal processed by the RFIC. Also, the BBIC processes the transmission signal and outputs it to the RFIC.
  • the reception signal processed by the BBIC or the transmission signal before the signal processing by the BBIC is, for example, an image signal or an audio signal.
  • the high-frequency front end circuit 230 may include a duplexer according to a modification of the duplexers 201A and 201B instead of the duplexers 201A and 201B.
  • the filters 231 and 232 in the communication device 240 are connected between the RF signal processing circuit 203 and the switch 225 without passing through the low noise amplifier circuits 214 and 224 and the power amplifier circuits 234a, 234b, 244a and 244b.
  • the filters 231 and 232 are also connected to the antenna element 202 via the switch 225 in the same manner as the duplexers 201A and 201B.
  • the elastic wave device, the high frequency front end circuit, and the communication device according to the embodiments of the present invention have been described above by taking the embodiments, the present invention can be realized by combining any of the components in the embodiments.
  • various modifications which can be obtained by applying various modifications to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention with respect to the above embodiment, and various kinds of high frequency front end circuits and communication devices according to the present invention. Devices are also included in the present invention.
  • the present invention is widely applicable to communication devices such as mobile phones as filters, multiplexers applicable to multi-band systems, front end circuits, and communication devices.

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Abstract

帯電による静電破壊が生じ難い、弾性波装置を提供する。　シリコン支持基板２に直接または間接に圧電体６が積層されており、圧電体６上に機能電極が設けられており、シリコン支持基板２上に直接または間接に支持層３が設けられており、平面視した場合に、支持層３は、機能電極の外側に設けられており、絶縁物からなる支持層３上に、シリコンカバー層４が設けられており、シリコン支持基板２と、支持層３と、シリコンカバー層４とにより囲まれた空間Ａが形成されており、シリコン支持基板２の電気抵抗が、シリコンカバー層４の電気抵抗よりも高い、弾性波装置１。

Description

弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置
　本発明は、シリコン支持基板と、シリコンカバー層とを有する弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
　下記の特許文献１には、中空空間が設けられているパッケージ構造を有する弾性波装置が開示されている。シリコン基板上に、機能電極が設けられている。シリコン基板上において、機能電極を囲むように、接着剤層が設けられている。そして、この接着剤層により、シリコン基板と対向するように、シリコンからなる封止部材が接合されている。それによって、形成された中空空間内に機能電極が位置している。
特表２００４－５０３１６４号公報
　シリコンからなる支持基板と、シリコンからなる封止部材を用いた特許文献１に記載の弾性波装置では、帯電すると、シリコンからなる支持基板に電荷が流れることがある。その結果、シリコンからなる支持基板上に形成された機能電極において、静電破壊による動作不良や破損が生じるおそれがあった。
　本発明の目的は、帯電による静電破壊が生じ難い、弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。
　本発明は、シリコン支持基板と、前記シリコン支持基板上に直接または間接に積層された圧電体と、前記圧電体上に設けられた機能電極と、前記シリコン支持基板上に直接または間接に積層されており、かつ平面視した場合に、前記機能電極の外側に設けられており、絶縁物からなる支持層と、前記支持層上に積層されたシリコンカバー層と、を備え、前記シリコン支持基板と、前記支持層と、前記シリコンカバー層とにより囲まれた空間が形成されており、前記シリコン支持基板の電気抵抗が、前記シリコンカバー層の電気抵抗よりも高い、弾性波装置である。
　本発明に係る高周波フロントエンド回路は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプとを備える。
　本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成された高周波フロントエンド回路と、ＲＦ信号処理回路とを備える。
　本発明によれば、機能電極の静電破壊が生じ難い、弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図３は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図４は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図５は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置１は、シリコン支持基板２を有する。シリコン支持基板２上に樹脂からなる支持層３が設けられている。支持層３は、平面視において枠状の形状を有している。支持層３上に、支持層３の上方開口を封止するようにシリコンカバー層４が設けられている。
　それによって、シリコン支持基板２と、支持層３と、シリコンカバー層４とで囲まれた空間Ａが設けられている。
　空間Ａにおいては、シリコン支持基板２上に低音速膜５が積層されている。この低音速膜５上に、圧電体６が積層されている。圧電体６上に、機能電極としてのＩＤＴ電極７が設けられている。従って、圧電体６は、支持層３で囲まれた部分に配置されている。
　なお、好ましくは、ＩＤＴ電極７の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、圧電体６の厚みは、３．５λ以下である。
　支持層３はシリコン支持基板２上に直接設けられており、圧電体６上に支持層３が位置していない。したがって、製造工程において、並びに使用時において、支持層３の応力により圧電体６が破損し難い。
　ＩＤＴ電極７に電気的に接続されるように接続電極８，９が設けられている。
　上記ＩＤＴ電極７を覆うように、誘電体膜１０が設けられている。
　接続電極８，９には、貫通ビア電極１１，１２の上端が接続されている。貫通ビア電極１１，１２は、シリコン支持基板２、低音速膜５及び圧電体６を貫通するように設けられている。したがって、接続電極８，９が直接シリコン支持基板２に接していない。よって、接続電極８，９を流れる電流が半導体であるシリコン支持基板２側にリークし難い。よって、特性の劣化も生じ難い。貫通ビア電極１１，１２の下端は、シリコン支持基板２の第２の主面２ｂに至っている。第２の主面２ｂは、シリコン支持基板２において、圧電体６が設けられている側とは反対側の主面である。第２の主面２ｂ上には、端子電極１３，１４が設けられている。端子電極１３，１４は、貫通ビア電極１１，１２の下端に接続されている。
　弾性波装置１の特徴は、シリコン支持基板２の電気抵抗が、シリコンカバー層４の電気抵抗よりも高いことにある。従って、弾性波装置１が帯電した場合、シリコン支持基板２側から電気抵抗が低いシリコンカバー層４側に電荷が流れることとなる。従って、機能電極としてのＩＤＴ電極７の静電破壊が生じ難い。
　なお、弾性波装置１では、圧電体６上にＩＤＴ電極７が設けられているため、ＩＤＴ電極７に交流電界を印加することにより、圧電体６において弾性波を励振させることができる。
　また、低音速膜５は、圧電体６を伝搬するバルク波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である低音速材料からなる。上記低音速材料としては、シリコン支持基板２及び圧電体６との間で上記音速関係を満たす適宜の材料を用いることができる。このような低音速材料としては、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、もしくは酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物など、上記材料を主成分とした媒質を用いることができる。
　シリコン支持基板２を伝搬するバルク波の音速は、圧電体６を伝搬する弾性波の音速よりも高速である。従って、高音速支持基板としてのシリコン支持基板２、低音速膜５及び圧電体６が積層されている構造を有するため、励振された弾性波のエネルギーを圧電体６に効果的に閉じ込めることが可能とされている。このような積層構造を有する場合、圧電体６の厚みは、通常圧電単結晶基板を用いた弾性波装置における圧電単結晶基板よりもかなり薄い。好ましくはＩＤＴ電極７における電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、圧電体６の厚みは、３．５λ以下とすることが望ましい。それによって、Ｑ値を高めることができる。
　上記のように圧電体６の厚みが薄い場合、前述した帯電により、ＩＤＴ電極７だけでなく、ＩＤＴ電極７及び圧電体６が積層されている機能部において静電破壊が生じ易くなる。しかしながら、本実施形態の弾性波装置１では、上記のように、シリコンカバー層４の電気抵抗が、シリコン支持基板２の電気抵抗よりも低いため、発生した電荷が、シリコンカバー層４に速やかに流されることになり、機能部の静電破壊を抑制することが可能とされている。なお、本実施形態では、シリコン支持基板２上に低音速膜５を介して間接的に圧電体６が積層されているが、シリコン支持基板２上に圧電体６が直接積層されていてもよい。この場合においても、弾性波のエネルギーを圧電体６に効果的に閉じ込めることができ、かつＩＤＴ電極７の静電破壊が生じ難い。
　支持層３は、ポリイミドなどの合成樹脂からなるが、合成樹脂以外の絶縁物、例えば無機絶縁物からなるものであってもよい。好ましくは、支持層３は感光性熱硬化ポリイミドなどの感光性ポリイミド系樹脂からなる。その場合には、支持層３のコストを低減し、プロセスの簡略化を果たし得る。
　より好ましくは、支持層３が樹脂からなる場合、シリコンカバー層がｐ型半導体からなり、シリコン支持基板２がｎ型半導体からなることが望ましい。樹脂は、帯電した場合、負極性となる。そのため、シリコン支持基板２がｎ型半導体からなり、シリコンカバー層４がｐ型半導体からなる場合、シリコン支持基板２側で発生した電荷がより一層速やかにシリコンカバー層４に流れることになる。したがって、静電気放電による動作不良や破損が一層生じ難い。
　もっとも、シリコン支持基板２及びシリコンカバー層４の半導体の導電形式は上記組み合わせに限定されるものではない。双方ともがｎ型半導体またはｐ型半導体からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜１０は、ＩＤＴ電極７を覆うように設けられている。従って、誘電体膜１０の厚みや材料を調整することにより、周波数調整を行うことができる。また、誘電体膜１０を設けることにより、ＩＤＴ電極７を周囲から保護することができる。
　上記誘電体膜１０の材料は特に限定されないが、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素などの無機誘電体材料を好適に用いることができる。
　空間Ａは封止されていることが望ましい。それによって、空気中の水分の影響を受けにくくなるため、弾性波装置１の特性のばらつきが生じ難い。
　図１に示すように、貫通ビア電極１１，１２は平面視において、支持層３で囲まれた領域内に位置していることが好ましい。それによって、接続電極８，９と貫通ビア電極１１，１２を支持層３で囲まれた領域（空間Ａ）内で接続することができるため、接続電極８，９を支持層３で囲まれた領域内で封止することができる。従って、接続電極８，９が空気中の水分の影響を受けにくくなる。貫通ビア電極１１，１２を有することにより、シリコン支持基板２の機能部において帯電が生じたとしても、電荷が上記シリコンカバー層４側に速やかに流れるだけでなく、シリコン支持基板２の第２の主面２ｂ側にも貫通ビア電極１１，１２を経て端子電極１３，１４側に逃がすことができる。従って、端子電極１３，１４が接合されている実装基板上の電極ランド等に電荷を速やかに逃がすことができる。それによっても、機能部におけるＩＤＴ電極７及び圧電体６の静電破壊が生じ難い。
　なお、弾性波装置１では、低音速膜５が支持層３で囲まれた領域内に位置している。もっとも、低音速膜５は、支持層３の下面及び支持層３の外側に至っていてもよい。その場合には、支持層３は、シリコン支持基板２の第１の主面２ａ上に間接に積層されることになる。もっとも、好ましくは、図１に示すように、支持層３は、第１の主面２ａ上に直接積層されていることが望ましい。それによって、工程の簡略化を図ることができる。
　また、支持層３は枠状の形状を有していたが、上記圧電体６及びＩＤＴ電極７を有する機能部を囲み得る限り、枠状の形状に限定されない。従って、空間Ａは封止空間に限定されない。
　なお、ＩＤＴ電極７、接続電極８，９、貫通ビア電極１１，１２及び端子電極１３，１４は、適宜の金属もしくは合金からなり、これらを構成する材料については特に限定されない。
　また、ＩＤＴ電極７を有する機能電極の電極構造についても特に限定されず、弾性波共振子や弾性波フィルタなどの様々な機能部を構成するように、ＩＤＴ電極７を含む電極構造を変形することができる。
　図２は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
　第２の実施形態の弾性波装置２１では、シリコンカバー層４の下面、すなわちシリコン支持基板２と対向している側の主面の全面に金属膜２２が設けられている。この点を除いては、弾性波装置２１は弾性波装置１と同様に構成されている。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、弾性波装置１の説明を援用することとする。
　金属膜２２は、Ｃｕ、Ａｌなど適宜の金属もしくは合金からなる。金属膜２２の電気抵抗は、シリコンカバー層４の電気抵抗よりもさらに低い。従って、シリコン支持基板２側の機能部が帯電したとしても、電荷は、上記シリコン支持基板２からシリコンカバー層４側により一層速やかに移動する。従って、機能部におけるＩＤＴ電極７や圧電体６の静電破壊をより一層効果的に抑制することができる。
　なお、金属膜２２は、シリコンカバー層４の主面の全面に必ずしも形成されていなくともよい。支持層３とシリコンカバー層４との接合面に少なくとも設けられておればよい。もっとも、好ましくは、図２に示すように全面に金属膜２２が設けられていることが望ましい。それによって、電荷の移動がより速やかに行われ得る。したがって、静電気放電による動作不良や破損が一層生じ難い。
　また、金属膜２２は、シリコンカバー層４の側面や上面に至っていてもよい。
　図３は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置３１では、シリコン支持基板２上に、高音速膜３２が設けられている。この高音速膜３２上に、低音速膜５及び圧電体６が積層されている。すなわち、高音速膜３２が設けられていることを除いては、弾性波装置３１は、弾性波装置１と同様に構成されている。ここで、高音速膜３２は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体６を伝搬する弾性波の音速よりも高速である高音速材料からなる。このような高音速材料としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ－ジライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、または上記材料の混合物を主成分とする媒質等の様々な材料を用いることができる。弾性波を圧電体６及び低音速膜５が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速膜３２の膜厚は厚いほど望ましく、弾性波の波長λの０．５倍以上、さらには１．５倍以上であることが望ましい。
　このように、高音速膜３２が設けられている場合においても、圧電体６内に、弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。弾性波装置３１においても、シリコンカバー層４の電気抵抗が相対的に低いため、シリコン支持基板２側から、シリコンカバー層４に電荷が速やかに流れる。従って、第１の実施形態と同様に、機能部におけるＩＤＴ電極７や圧電体６の静電破壊を抑制することができる。
　図４は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。第４の実施形態の弾性波装置４０では、シリコン支持基板２と、圧電体６との間に音響反射膜が積層されている。なお、弾性波装置４０は、低音速膜及び高音速膜を有しない。その他の構成は、弾性波装置４０は、弾性波装置３１と同様に構成されている。音響反射膜は、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層４１と、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層４２とを有する。図４では、２層の高音響インピーダンス層４１と２層の低音響インピーダンス層４２とがシリコン支持基板２の第１の主面２ａ側から交互に積層されている。もっとも、音響反射膜における高音響インピーダンス層４１及び低音響インピーダンス層４２の積層数はこれに限定されるものではない。
　高音響インピーダンス層４１及び低音響インピーダンス層４２を構成する材料は、音響インピーダンスの相対的関係が上記のとおりである限り特に限定されない。例えば、金属、半導体またはセラミックスのような無機材料を用いてもよく、合成樹脂などの有機材料を用いてもよい。高音響インピーダンス層４１には、音響インピーダンスが比較的高い、金属や音響インピーダンスの高いセラミックスが好適に用いられる。低音響インピーダンス層４２には、音響インピーダンスが比較的低いセラミックスや樹脂材料などを好適に用いることができる。もっとも、高音響インピーダンス層４１にＡｇなどの音響インピーダンスの高い金属を用い、低音響インピーダンス層４２にＰｂなどの音響インピーダンスが低い金属を用いてもよい。すなわち、上記音響インピーダンスの相対的関係を満たす限り、金属材料同士の組み合わせあってもよく、セラミックス材料の組み合わせであってもよい。
　低音響インピーダンス層４２よりも圧電体６から遠い側に高音響インピーダンス層４１が積層されておりさえすればよい。このような音響反射膜を有する弾性波装置４０においても、圧電体６内に、弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。また、弾性波装置４０においても、シリコンカバー層４の電気抵抗が相対的に低いため、シリコン支持基板２側から、シリコンカバー層４に電荷が速やかに流れる。よって、第４の実施形態においても、機能部におけるＩＤＴ電極７や圧電体６の静電破壊を抑制することができる。
　上記各実施形態の弾性波装置は、高周波フロントエンド回路のデュプレクサなどとして用いることができる。この例を下記において説明する。
　図５は、通信装置及び高周波フロントエンド回路の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路２３０と接続される各構成要素、例えば、アンテナ素子２０２やＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）２０３も併せて図示されている。高周波フロントエンド回路２３０及びＲＦ信号処理回路２０３は、通信装置２４０を構成している。なお、通信装置２４０は、電源、ＣＰＵやディスプレイを含んでいてもよい。
　高周波フロントエンド回路２３０は、スイッチ２２５と、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと、ローノイズアンプ回路２１４，２２４と、パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂとを備える。なお、図５の高周波フロントエンド回路２３０及び通信装置２４０は、高周波フロントエンド回路及び通信装置の一例であって、この構成に限定されるものではない。
　デュプレクサ２０１Ａは、フィルタ２１１，２１２を有する。デュプレクサ２０１Ｂは、フィルタ２２１，２２２を有する。デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂは、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。なお、上記弾性波装置は、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂであってもよいし、フィルタ２１１，２１２，２２１，２２２であってもよい。
　さらに、上記弾性波装置は、例えば、３つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、６つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサなど、３以上のフィルタを備えるマルチプレクサについても適用することができる。
　すなわち、上記弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、３以上のフィルタを備えるマルチプレクサを含む。そして、該マルチプレクサは、送信フィルタ及び受信フィルタの双方を備える構成に限らず、送信フィルタのみ、または、受信フィルタのみを備える構成であってもかまわない。
　スイッチ２２５は、制御部（図示せず）からの制御信号に従って、アンテナ素子２０２と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏｌｅ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチによって構成される。なお、アンテナ素子２０２と接続される信号経路は１つに限らず、複数であってもよい。つまり、高周波フロントエンド回路２３０は、キャリアアグリゲーションに対応していてもよい。
　ローノイズアンプ回路２１４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ａを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。ローノイズアンプ回路２２４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ｂを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。
　パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ａ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。パワーアンプ回路２４４ａ，２４４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ｂ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。
　ＲＦ信号処理回路２０３は、アンテナ素子２０２から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号を出力する。また、ＲＦ信号処理回路２０３は、入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をパワーアンプ回路２３４ｂ，２４４ｂへ出力する。ＲＦ信号処理回路２０３は、例えば、ＲＦＩＣである。なお、通信装置は、ＢＢ（ベースバンド）ＩＣを含んでいてもよい。この場合、ＢＢＩＣは、ＲＦＩＣで処理された受信信号を信号処理する。また、ＢＢＩＣは、送信信号を信号処理し、ＲＦＩＣに出力する。ＢＢＩＣで処理された受信信号や、ＢＢＩＣが信号処理する前の送信信号は、例えば、画像信号や音声信号である。
　なお、高周波フロントエンド回路２３０は、上記デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂに代わり、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂの変形例に係るデュプレクサを備えていてもよい。
　他方、通信装置２４０におけるフィルタ２３１，２３２は、ローノイズアンプ回路２１４，２２４及びパワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂを介さず、ＲＦ信号処理回路２０３とスイッチ２２５との間に接続されている。フィルタ２３１，２３２も、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと同様に、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。
　以上、本発明の実施形態に係る弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、実施形態を挙げて説明したが、本発明は、上記実施形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、上記実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
　本発明は、フィルタ、マルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
１…弾性波装置
２…シリコン支持基板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
３…支持層
４…シリコンカバー層
５…低音速膜
６…圧電体
７…ＩＤＴ電極
８，９…接続電極
１０…誘電体膜
１１，１２…貫通ビア電極
１３，１４…端子電極
２１…弾性波装置
２２…金属膜
３１…弾性波装置
３２…高音速膜
４０…弾性波装置
４１…高音響インピーダンス層
４２…低音響インピーダンス層
２０１Ａ，２０１Ｂ…デュプレクサ
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１１，２１２…フィルタ
２１４…ローノイズアンプ回路
２２１，２２２…フィルタ
２２４…ローノイズアンプ回路
２２５…スイッチ
２３０…高周波フロントエンド回路
２３１，２３２…フィルタ
２３４ａ，２３４ｂ…パワーアンプ回路
２４０…通信装置
２４４ａ，２４４ｂ…パワーアンプ回路

Claims (17)

  1. 　シリコン支持基板と、
    　前記シリコン支持基板上に直接または間接に積層された圧電体と、
    　前記圧電体上に設けられた機能電極と、
    　前記シリコン支持基板上に直接または間接に積層されており、かつ平面視した場合に、前記機能電極の外側に設けられており、絶縁物からなる支持層と、
    　前記支持層上に積層されたシリコンカバー層と、
    　を備え、
    　前記シリコン支持基板と、前記支持層と、前記シリコンカバー層とにより囲まれた空間が形成されており、
    　前記シリコン支持基板の電気抵抗が、前記シリコンカバー層の電気抵抗よりも高い、弾性波装置。
  2. 　前記支持層が感光性ポリイミド系樹脂からなる、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記シリコンカバー層が、ｐ型半導体からなり、
    　前記シリコン支持基板がｎ型半導体からなる、請求項２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記シリコンカバー層の前記支持層が接合されている接合面に金属膜が設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 　前記金属膜が、前記シリコンカバー層の前記支持層が接合されている側の面全体に設けられている、請求項４に記載の弾性波装置。
  6. 　前記支持層が、前記機能電極を囲む枠状の形状を有し、
    　前記圧電体が、前記支持層で囲まれた部分に配置されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記機能電極が、ＩＤＴ電極である、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記圧電体の厚みが３．５λ以下である、請求項７に記載の弾性波装置。
  9. 　前記シリコン支持基板上に前記圧電体が直接積層されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記シリコン支持基板と、前記圧電体との間に積層されており、前記圧電体を伝搬するバルク波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である低音速材料からなる低音速膜をさらに備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  11. 　前記シリコン支持基板と、前記低音速膜との間に積層されており、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が高速である高音速材料からなる高音速膜をさらに備える、請求項１０に記載の弾性波装置。
  12. 　前記シリコン支持基板と、前記圧電体との間に積層されており、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層と、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層とを有する音響反射膜をさらに備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  13. 　前記機能電極を覆うように設けられた誘電体膜をさらに備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  14. 　前記シリコン支持基板を貫通している複数の貫通ビア電極をさらに備え、
    　前記貫通ビア電極の一端が、前記機能電極に電気的に接続されており、他端が前記シリコン支持基板の前記圧電体が積層されている側とは反対側の面に至っており、
    　前記貫通ビア電極が、平面視において、前記支持層で囲まれた領域内に位置している、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  15. 　前記支持層が前記シリコン支持基板上に直接形成されている、請求項１～１４に記載の弾性波装置。
  16. 　請求項１～１５のいずれか１項に記載の弾性波装置と、
    　パワーアンプと、
    を備える、高周波フロントエンド回路。
  17. 　請求項１６に記載の高周波フロントエンド回路と、
    　ＲＦ信号処理回路と、
    を備える、通信装置。
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