WO2022071605A1 - 弾性波装置及び弾性波装置の製造方法 - Google Patents

弾性波装置及び弾性波装置の製造方法 Download PDF

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和則 井上
直弘 野竹
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present disclosure relates to an elastic wave device and a method for manufacturing an elastic wave device.
  • Patent Document 1 describes an elastic wave device.
  • Patent Document 1 when an inorganic insulating layer (hereinafter referred to as an inorganic film) is provided between the support substrate and the piezoelectric layer 2, the residue of the inorganic film is left in the region overlapping the cavity in a plan view in the thickness direction. If there is, the filter characteristics may deteriorate. Therefore, it is required to suppress deterioration of filter characteristics due to the residue of the inorganic film.
  • an inorganic insulating layer hereinafter referred to as an inorganic film
  • the present disclosure is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an elastic wave device and a method for manufacturing an elastic wave device that suppresses deterioration of filter characteristics due to a residue of an inorganic film.
  • the elastic wave apparatus of the present disclosure includes a support substrate, an inorganic film provided on the support substrate, a piezoelectric layer provided on the inorganic film, and an electrode provided on the piezoelectric layer.
  • the cavity is provided in a part of the support substrate, and the cavity overlaps with at least a part of the electrodes in the thickness direction of the support substrate to form the cavity.
  • the inner wall of the inorganic film is located at a position farther from the cavity than the position closest to the piezoelectric layer side.
  • the method for manufacturing an elastic wave device of the present disclosure includes a step of roughening a support substrate for roughening the first surface of a support substrate having a first surface and a second surface, and an inorganic film on the first surface.
  • deterioration of filter characteristics due to the residue of the inorganic film can be suppressed.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1A along line II-II.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining the bulk wave of the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1A along line
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 6 shows d / 2p as a resonator in the elastic wave apparatus of the first embodiment, where p is the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes and d is the average thickness of the piezoelectric layer. It is explanatory drawing which shows the relationship with the specific band of.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which a pair of electrodes is provided in the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1B along the IX-IX line in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method for manufacturing an elastic wave device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a case where etching is insufficient in the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band in the elastic wave device of the second embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a map of a specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible in the elastic wave device of the third embodiment. ..
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3 .
  • the piezoelectric layer 2 may be made of LiTaO 3 .
  • the cut angle of LiNbO 3 and LiTaO 3 is a Z cut in the first embodiment.
  • the cut angle of LiNbO 3 or LiTaO 3 may be a rotary Y cut or an X cut. Propagation directions of Y propagation and X propagation ⁇ 30 ° are preferable.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less in order to effectively excite the thickness slip primary mode.
  • the piezoelectric layer 2 has a first surface 2a and a second surface 2b facing each other in the Z direction.
  • the electrode 3 and the electrode 4 are provided on the first surface 2a.
  • the electrode 3 is an example of the "first electrode”
  • the electrode 4 is an example of the "second electrode”.
  • a plurality of electrodes 3 are connected to the first bus bar electrode 5.
  • the plurality of electrodes 4 are connected to the second bus bar electrode 6.
  • the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other.
  • the electrode 3 and the electrode 4 have a rectangular shape and have a length direction.
  • the electrode 3 and the electrode 4 adjacent to the electrode 3 face each other in a direction orthogonal to the length direction.
  • the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 are all directions intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Therefore, it can be said that the electrode 3 and the electrode 4 adjacent to the electrode 3 face each other in a direction intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the thickness direction of the piezoelectric layer 2 is the Z direction (or the first direction)
  • the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 is the X direction (or the second direction)
  • the electrode 3 and the electrode The length direction of 4 may be described as the Y direction (or the third direction).
  • the length directions of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the directions orthogonal to the length directions of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 1A and 1B. That is, in FIGS. 1A and 1B, the electrodes 3 and 4 may be extended in the direction in which the first bus bar electrode 5 and the second bus bar electrode 6 are extended. In that case, the first bus bar electrode 5 and the second bus bar electrode 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 1A and 1B. Then, a pair of structures in which the electrode 3 connected to one potential and the electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a plurality of pairs in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4. ing.
  • the case where the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other does not mean that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be spaced apart from each other. Point to. Further, when the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other, the electrode connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrode 3 and the electrode 4, is not arranged between the electrode 3 and the electrode 4. This logarithm does not have to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
  • the distance between the centers between the electrode 3 and the electrode 4, that is, the pitch is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the center-to-center distance between the electrode 3 and the electrode 4 is the center of the width dimension of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4. It is the distance connecting the center of the width dimension of.
  • the electrodes 3 and 4 when there are a plurality of at least one of the electrodes 3 and 4 (when the electrodes 3 and 4 are a pair of electrodes and there are 1.5 or more pairs of electrodes), the electrodes 3 and 4
  • the center-to-center distance refers to the average value of the center-to-center distances of 1.5 pairs or more of the electrodes 3, the adjacent electrodes 3 and the electrodes 4.
  • the width of the electrode 3 and the electrode 4, that is, the dimensions of the electrode 3 and the electrode 4 in the facing direction are preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
  • the center-to-center distance between the electrode 3 and the electrode 4 is a direction orthogonal to the center of the dimension (width dimension) of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the length direction of the electrode 4. It is the distance connected to the center of the dimension (width dimension) of the electrode 4 in.
  • the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer 2. This does not apply when a piezoelectric material having another cut angle is used as the piezoelectric layer 2.
  • “orthogonal” is not limited to the case of being strictly orthogonal, and is substantially orthogonal (the angle formed by the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is, for example, 90 ° ⁇ 10 °). ) May be.
  • the support substrate 8 is laminated on the second surface 2b side of the piezoelectric layer 2 via the intermediate layer 7.
  • the intermediate layer 7 and the support substrate 8 have a frame-like shape and have openings 7a and 8a as shown in FIG. As a result, the cavity 9 (air gap) 9 is formed.
  • the cavity 9 is provided so as not to interfere with the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2. Therefore, the support substrate 8 is laminated on the second surface 2b via the intermediate layer 7 at a position where it does not overlap with a portion where at least a pair of electrodes 3 and electrodes 4 are provided.
  • the intermediate layer 7 may not be provided. Therefore, the support substrate 8 can be directly or indirectly laminated on the second surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the intermediate layer 7 is an insulating layer and is made of silicon oxide.
  • the intermediate layer 7 is formed of an inorganic film.
  • the intermediate layer 7 can be formed of an insulating material of an appropriate inorganic film such as silicon nitride or alumina, in addition to silicon oxide.
  • the support substrate 8 is made of Si.
  • the plane orientation of Si on the surface of the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111).
  • high resistance Si having a resistivity of 4 k ⁇ or more is desirable.
  • the support substrate 8 can also be configured by using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • the material of the support substrate 8 include piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
  • the plurality of electrodes 3, the electrode 4, the first bus bar electrode 5, and the second bus bar electrode 6 are made of an appropriate metal or alloy such as Al or AlCu alloy.
  • the electrode 3, the electrode 4, the first bus bar electrode 5, and the second bus bar electrode 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film. An adhesive layer other than the Ti film may be used.
  • an AC voltage is applied between the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4. More specifically, an AC voltage is applied between the first bus bar electrode 5 and the second bus bar electrode 6. As a result, it is possible to obtain resonance characteristics using the bulk wave of the thickness slip primary mode excited in the piezoelectric layer 2.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 when the thickness of the piezoelectric layer 2 is d, the distance between the centers of the plurality of pairs of electrodes 3, the adjacent electrodes 3 of the electrodes 4, and the electrodes 4 is p, d / p is It is said to be 0.5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip primary mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained. More preferably, d / p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
  • the electrodes 3 and 4 are 1.5 pairs.
  • the distance p between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 is the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment has the above configuration, the Q value is unlikely to decrease even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to reduce the size. This is because it is a resonator that does not require reflectors on both sides and has little propagation loss. Further, the reason why the above reflector is not required is that the bulk wave of the thickness slip primary mode is used.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining the bulk wave of the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 3A is an elastic wave device as described in Patent Document 1, in which a ram wave propagates in a piezoelectric layer.
  • the wave propagates in the piezoelectric layer 201 as indicated by an arrow.
  • the piezoelectric layer 201 has a first surface 201a and a second surface 201b, and the thickness direction connecting the first surface 201a and the second surface 201b is the Z direction.
  • the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
  • the wave propagates in the X direction as shown in the figure.
  • the piezoelectric layer 201 vibrates as a whole because it is a plate wave, the wave propagates in the X direction, so reflectors are arranged on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, a wave propagation loss occurs, and the Q value decreases when the size is reduced, that is, when the logarithm of the electrode fingers is reduced.
  • the wave causes the first surface 2a and the second surface 2b of the piezoelectric layer 2 to be generated. It propagates almost in the connecting direction, that is, in the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. And since the resonance characteristic is obtained by the propagation of the wave in the Z direction, the reflector is not required. Therefore, there is no propagation loss when propagating to the reflector. Therefore, even if the logarithm of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
  • the amplitude directions of the bulk waves in the thickness slip primary mode are the first region 451 included in the excitation region C (see FIG. 1B) of the piezoelectric layer 2 and the first region 451 included in the excitation region C.
  • FIG. 4 schematically shows a bulk wave when a voltage at which the electrode 4 has a higher potential than that of the electrode 3 is applied between the electrode 3 and the electrode 4.
  • the first region 451 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and dividing the piezoelectric layer 2 into two, and the first surface 2a.
  • the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second surface 2b.
  • the elastic wave device 1 At least one pair of electrodes consisting of the electrode 3 and the electrode 4 is arranged, but since the wave is not propagated in the X direction, the logarithm of the electrode pair consisting of the electrode 3 and the electrode 4 Does not necessarily have to be multiple pairs. That is, it is only necessary to provide at least one pair of electrodes.
  • the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
  • the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
  • the electrode 3 may be connected to the ground potential and the electrode 4 may be connected to the hot potential.
  • at least one pair of electrodes is an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential as described above, and is not provided with a floating electrode.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of the first embodiment.
  • the design parameters of the elastic wave device 1 that has obtained the resonance characteristics shown in FIG. 5 are as follows.
  • Piezoelectric layer 2 LiNbO 3 with Euler angles (0 °, 0 °, 90 °) Thickness of piezoelectric layer 2: 400 nm.
  • Excitation region C (see FIG. 1B) length: 40 ⁇ m
  • Intermediate layer 7 1 ⁇ m thick silicon oxide film.
  • Support board 8 Si.
  • the excitation region C (see FIG. 1B) is a region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap when viewed in the X direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4.
  • the length of the excitation region C is a dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
  • the distance between the electrodes of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is the same for the plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 are arranged at equal pitches.
  • d / p is 0.5 or less, more preferably 0.24. It is as follows. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 shows d / 2p as a resonator in the elastic wave apparatus of the first embodiment, where p is the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes and d is the average thickness of the piezoelectric layer. It is explanatory drawing which shows the relationship with the specific band of.
  • the ratio band is less than 5% even if d / p is adjusted.
  • the specific band can be set to 5% or more by changing d / p within that range. That is, a resonator having a high coupling coefficient can be constructed.
  • the specific band can be increased to 7% or more.
  • a resonator having a wider specific band can be obtained, and a resonator having a higher coupling coefficient can be realized. Therefore, it can be seen that by setting d / p to 0.5 or less, a resonator having a high coupling coefficient can be configured by using the bulk wave of the thickness slip primary mode.
  • At least one pair of electrodes may be one pair, and in the case of a pair of electrodes, p is the distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4. In the case of 1.5 pairs or more of electrodes, the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 may be p. Further, as for the thickness d of the piezoelectric layer, when the piezoelectric layer 2 has a thickness variation, a value obtained by averaging the thickness may be adopted.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which a pair of electrodes is provided in the elastic wave device of the first embodiment.
  • a pair of electrodes having an electrode 3 and an electrode 4 is provided on the first surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • K in FIG. 7 is an intersection width.
  • the logarithm of the electrodes may be one pair. Even in this case, if the d / p is 0.5 or less, the bulk wave in the thickness slip primary mode can be effectively excited.
  • the elastic wave devices 1 and 31 bulk waves in the thickness slip primary mode are used. Further, in the elastic wave devices 1 and 31, a cavity 9 is provided so as not to interfere with the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2. As a result, the Q value can be increased even if the elastic wave device is miniaturized.
  • the support substrate 8 is made of silicon.
  • the support substrate 8 has a first surface and a second surface facing each other in the Z direction. It is desirable that the support substrate 8 is laminated on the second surface 2b of the piezoelectric layer 2 via the intermediate layer 7 at a position where it does not overlap with at least a pair of electrodes 3 and a portion where the electrodes 4 are provided.
  • the first surface of the support substrate 8 may be described as being the surface on the second surface 2b side of the piezoelectric layer 2, that is, the surface on the side on which the intermediate layer 7 is laminated.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1B along the IX-IX line in the first embodiment.
  • the inner wall of the opening 7a and the surface of the first surface of the support substrate 8 shown in FIG. 8 are shown in an enlarged size to facilitate understanding.
  • the support substrate 8 is a rough surface at least in the X direction with respect to the first surface of the support substrate 8.
  • the surface roughness is more preferably coarser than the surface roughness of the piezoelectric layer 2, and more preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less (corresponding to 5 nm or more and 100 nm or less in PV) in Ra.
  • Ra on the surface of the first surface of the support substrate 8 is a value measured from an STEM image when observed by STEM (Scanning Transmission Electron Microscope), and the magnification at the time of measurement is, for example, 80,000 times.
  • the opening 8a penetrates the support substrate 8. That is, as shown in FIG. 8, the cavity 9 penetrates the support substrate 8.
  • the inner wall of the opening 7a is located closest to the piezoelectric layer 2 side and is located farther from the cavity 9 than the position of the inner wall of the opening 8a. That is, the inner wall of the opening 7a is the hollow portion 9 with respect to the plane 8aX which is the closest position to the piezoelectric layer 2 side and is parallel to the YZ plane including the inner wall of the opening 8a on the first surface of the support substrate 8. Is located on the outside.
  • the void 10 is provided so as to communicate with the cavity 9.
  • the gap 10 is a space surrounded by the inner wall of the opening 7a, the second surface 2b of the piezoelectric layer 2, and the first surface of the support substrate 8.
  • the formation of the voids 10 suppresses the residue of the inorganic film of the intermediate layer 7.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of the elastic wave device of the first embodiment.
  • the piezoelectric layer 2 is made of lithium niobate or lithium tantalate and the intermediate layer 7 is made of silicon oxide, light can be transmitted.
  • the range where the intermediate layer 7 and the support substrate 8 are separated from each other the range of the gap 10) and the range where the intermediate layer 7 and the support substrate 8 are adhered to each other in a plan view in the Z direction. And, a contrast difference occurs.
  • the void 10 has a recess 10a.
  • the recess 10a is a void generated due to the rough surface of the support substrate 8.
  • the recess 10a extends outward from the inner wall of the opening 8a in a plan view in the Z direction, and becomes narrower as the distance from the inner wall of the opening 8a increases.
  • the maximum length of the recess 10a is 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the length of the recess 10a refers to the length from the tip 10b of the recess 10a to the plane 8aX in a plan view in the Z direction.
  • the tip 10b of the recess 10a refers to the apex of an acute angle formed by narrowing the width of the recess 10a in a plan view in the Z direction, and can be said to be the end point of the recess 10a.
  • the elastic wave device is provided on the support substrate 8, the intermediate layer 7 provided on the support substrate 8, the piezoelectric layer 2 provided on the intermediate layer 7, and the piezoelectric layer 2.
  • the provided electrodes 3 and 4 are provided, and a cavity 9 is provided in a part of the support substrate 8, and the cavity 9 is provided with at least a part of the electrode 3 and the electrode 4 in the Z direction.
  • the inner wall of the intermediate layer 7 is located at a position farther from the position closest to the piezoelectric layer 2 side.
  • the inner wall of the intermediate layer 7, the piezoelectric layer 2, and the void 10 of the intermediate layer 7 surrounded by the support substrate 8 communicate with the cavity 9 of the support substrate 8.
  • the void 10 of the intermediate layer 7 has at least two or more recesses 10a.
  • the residue of the intermediate layer 7 in the region overlapping the cavity 9 of the support substrate 8 is suppressed in a plan view in the Z direction, so that deterioration of the filter characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 can be suppressed. ..
  • the maximum length of the recess 10a is 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. This makes it easy to confirm that the residue of the intermediate layer 7 in the region overlapping the cavity 9 of the support substrate 8 is suppressed in a plan view in the Z direction, so that the filter by the residue of the intermediate layer 7 is suppressed. Deterioration of characteristics can be suppressed.
  • the surface roughness of the surface of the support substrate 8 on which the intermediate layer 7 is laminated is coarser than the surface roughness of the piezoelectric layer 2. As a result, spurious is suppressed, so that deterioration of filter characteristics can be suppressed.
  • the surface roughness of the surface of the support substrate 8 on which the intermediate layer 7 is laminated is Ra, which is 0.5 nm or more and 10 nm or less. As a result, spurious is suppressed, so that deterioration of filter characteristics can be suppressed.
  • the intermediate layer 7 is made of silicon oxide. As a result, the intermediate layer 7 becomes translucent, and the appearance inspection of the residue of the intermediate layer 7 can be performed in a plan view in the Z direction. Therefore, deterioration of the filter characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 can be suppressed. can.
  • the cavity 9 of the support substrate 8 penetrates the support substrate 8.
  • the residue of the intermediate layer 7 in the region overlapping the cavity 9 of the support substrate 8 in a plan view in the Z direction is suppressed, so that deterioration of the filter characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 can be suppressed.
  • the electrodes include a plurality of first electrodes 3, a first bus bar electrode 5 to which the plurality of first electrodes 3 are connected, a plurality of second electrodes 4, and a plurality of second electrodes. It has a second bus bar electrode 6 to which two electrodes 4 are connected. This makes it possible to provide an elastic wave device that can obtain good resonance characteristics.
  • the thickness d of the piezoelectric layer 2 is set to the center-to-center distance between the adjacent first electrode 3 and the second electrode 4 among the plurality of first electrodes 3 and the plurality of second electrodes 4. In some cases, it is 2p or less. As a result, the elastic wave device can be miniaturized and the Q value can be increased.
  • the piezoelectric layer 2 contains lithium niobate or lithium tantalate. As a result, the piezoelectric layer 2 becomes translucent, and the appearance of the residue of the intermediate layer 7 can be inspected in a plan view in the Z direction. Therefore, deterioration of the filter characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 can be suppressed. can.
  • it is configured to make it possible to use plate waves. This makes it possible to provide an elastic wave device that can obtain good resonance characteristics.
  • the bulk wave in the thickness slip mode is configured to be available. This makes it possible to provide an elastic wave device in which the coupling coefficient is increased and good resonance characteristics can be obtained.
  • the electrodes include at least one pair of electrodes facing each other, and d / p is when the thickness of the piezoelectric layer 2 is d and the distance between the centers of the first electrode 3 and the second electrode 4 is p. It is 0.5 or less. As a result, the elastic wave device can be miniaturized and the Q value can be increased.
  • d / p is 0.24 or less.
  • the elastic wave device can be miniaturized and the Q value can be increased.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method for manufacturing an elastic wave device according to the first embodiment.
  • the first surface of the support substrate 8 is roughened by machining, for example, the sandblasting method (step S10). At this time, the first surface of the support substrate 8 is roughened at least in the X direction.
  • silicon oxide of the intermediate layer 7 is formed on the first surface of the support substrate 8 by sputtering or the like (step S20). At this time, the surface of the intermediate layer 7 on the side where the piezoelectric layer 2 is formed is flattened by polishing.
  • the piezoelectric layer 2 is formed on the intermediate layer 7 (step S30).
  • silicon oxide is deposited on the second surface 2b of the piezoelectric layer 2 by ALD (Atomic Layer Deposition), sputtering, or the like, and then bonded to the intermediate layer 7 to be laminated.
  • the piezoelectric layer 2 may be directly bonded to the intermediate layer 7.
  • the first surface 2a of the piezoelectric layer 2 is thinned (step S40).
  • the first surface 2a of the piezoelectric layer 2 is polished to a desired thickness by an arbitrary method such as mechanical polishing or CMP.
  • the electrode 3, the electrode 4, the first bus bar electrode 5, and the second bus bar electrode 6 are formed on the first surface 2a of the piezoelectric layer 2 (step S50).
  • the metal film is formed by sputtering, vapor deposition, or the like, but the forming method may be arbitrary. Further, if necessary, a protective film such as silicon oxide may be formed on the electrodes by any method.
  • first etching a part of the support substrate 8 is etched (first etching) to form the cavity 9 (step S60).
  • the first etching is, for example, dry etching or reactive ion etching.
  • the cavity 9 is formed so as to penetrate the support substrate 8.
  • the intermediate layer 7 serves as a stopper against etching, the piezoelectric layer 2 can be protected from etching.
  • the intermediate layer 7 exposed to the cavity 9 is etched (second etching) (step S70).
  • the second etching is, for example, wet etching.
  • the etchant of the intermediate layer 7 easily permeates and the etching state can be stabilized.
  • the cavity 9 is formed so that the inner wall of the opening 7a is separated from the position of the inner wall of the opening 8a. That is, a gap 10 is also formed along the inner wall of the opening 8a.
  • a visual inspection is performed to determine whether the void 10 is formed in a zigzag pattern (step S80).
  • the visual inspection is performed based on the contrast difference generated between the range of the gap 10 and the range where the intermediate layer 7 and the support substrate 8 are adhered in a plan view.
  • the second etching is completed.
  • the zigzag of the gap 10 means a state in which two or more recesses 10a are formed in the gap 10 along the inner wall of the opening 7a when viewed in a plan view.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a case where etching is insufficient in the elastic wave device of the first embodiment.
  • step S80 No
  • the second etching is performed again.
  • the intermediate layer 7 is sufficiently removed by etching, so that deterioration of the filter characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 can be suppressed.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment can be manufactured.
  • the method for manufacturing the elastic wave device 1 described above is merely an example and can be appropriately changed.
  • the step of forming the electrodes 3 and 4 may be performed after the step of forming the cavity 9 (steps S60 to S80).
  • the method for manufacturing the elastic wave device includes a roughening step of the support substrate 8 for roughening the first surface of the support substrate 8 having a first surface and a second surface, and a roughening step of the first surface.
  • the surface roughness of the first surface of the support substrate 8 is Ra, which is 0.5 nm or more and 10 nm or less. As a result, spurious emission is suppressed, so that deterioration of filter characteristics can be suppressed.
  • a gap 10 of the intermediate layer 7 surrounded by the inner wall of the intermediate layer 7, the piezoelectric layer 2, and the support substrate 8 is formed, and is viewed in a plan view in the Z direction.
  • the second etching step is completed in a state where the voids 10 of the intermediate layer 7 are formed in a zigzag pattern along the inner wall of the support substrate 8.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band in the elastic wave device of the second embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • various elastic wave devices 1 having different MRs from d / 2p were configured, and the specific band was measured.
  • the portion shown with hatching on the right side of the broken line D in FIG. 12 is a region having a specific band of 17% or less.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a map of a specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible in the elastic wave device of the third embodiment. ..
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the portion shown with hatching in FIG. 13 is a region where a specific band of at least 5% or more can be obtained. When the range of the region is approximated, it becomes the range represented by the following equations (1), (2) and (3).
  • Equation (1) (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, 0 ° to 60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ) or (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, [180] ° -60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ] to 180 °).
  • Equation (2) (0 ° ⁇ 10 °, [180 ° -30 ° (1- ( ⁇ -90) 2/8100) 1/2 ] to 180 °, arbitrary ⁇ ).
  • the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.

Abstract

無機膜の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制する。弾性波装置は、支持基板と、支持基板の上に設けられた無機膜と、無機膜の上に設けられた圧電層と、圧電層の上に設けられた電極と、を備えている。支持基板の一部には、空洞部が設けられている。空洞部は、支持基板の厚み方向において、電極の少なくとも一部と重なっている。空洞部を形成する支持基板の内壁のうち、圧電層側に最も近い位置と比べて、無機膜の内壁が、空洞部から離れた位置にある。

Description

弾性波装置及び弾性波装置の製造方法
　本開示は、弾性波装置及び弾性波装置の製造方法に関する。
　特許文献１には、弾性波装置が記載されている。
特開２０１２－２５７０１９号公報
　特許文献１において、支持基板と圧電層２との間に無機の絶縁層（以下、無機膜という）を設けた場合に、厚み方向に平面視して空洞部と重なる領域に無機膜の残渣があるとフィルタ特性が劣化する可能性がある。そのため、無機膜の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することが求められる。
　本開示は、上述した課題を解決するものであり、無機膜の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制する弾性波装置及び弾性波装置の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板の上に設けられた無機膜と、前記無機膜の上に設けられた圧電層と、前記圧電層の上に設けられた電極と、を備え、前記支持基板の一部に、空洞部が設けられており、前記空洞部は、前記支持基板の厚み方向において、前記電極の少なくとも一部と重なっており、前記空洞部を形成する前記支持基板の内壁のうち、前記圧電層側に最も近い位置と比べて、前記無機膜の内壁が、前記空洞部から離れた位置にある。
　本開示の弾性波装置の製造方法は、第１面と第２面とを有する支持基板の第１面を粗面化する支持基板の粗面化工程と、前記第１面の上に無機膜を形成する無機膜形成工程と、前記無機膜の上に、圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層を薄化する圧電層薄化工程と、前記圧電層の上に電極を形成する電極形成工程と、前記支持基板の一部に空洞部を形成する第１エッチング工程と、前記空洞部に露出する前記無機膜をエッチングする第２エッチング工程と、を有する。
　本開示によれば、無機膜の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
図１Ａは、第１実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。 図１Ｂは、第１実施形態の電極構造を示す平面図である。 図２は、図１ＡのＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の断面図である。 図３Ａは、比較例の圧電層を伝播するラム波を説明するための模式的な断面図である。 図３Ｂは、第１実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り１次モードのバルク波を説明するための模式的な断面図である。 図４は、第１実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向を説明するための模式的な断面図である。 図５は、第１実施形態の弾性波装置の共振特性の例を示す説明図である。 図６は、第１実施形態の弾性波装置において、隣り合う電極の中心間距離または中心間距離の平均距離をｐ、圧電層の平均厚みをｄとした場合、ｄ／２ｐと、共振子としての比帯域との関係を示す説明図である。 図７は、第１実施形態の弾性波装置において、１対の電極が設けられている例を示す平面図である。 図８は、第１実施形態において、図１ＢのＩＸ－ＩＸ線に沿う部分の断面図である。 図９は、第１実施形態の弾性波装置の一例を示す平面図である。 図１０は、第１実施形態に係る弾性波装置の製造方法のフローチャートである。 図１１は、第１実施形態の弾性波装置において、エッチングが不十分な場合の一例を示す平面図である。 図１２は、第２実施形態の弾性波装置において、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す説明図である。 図１３は、第３実施形態の弾性波装置において、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°、θ、ψ）に対する比帯域のマップを示す説明図である。
　以下に、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではない。
（第１実施形態）
　図１Ａは、第１実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。図１Ｂは、第１実施形態の電極構造を示す平面図である。
　第１実施形態の弾性波装置１は、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電層２を有する。圧電層２は、ＬｉＴａＯ３からなるものであってもよい。ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３のカット角は、第１実施形態では、Ｚカットである。ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３のカット角は、回転ＹカットやＸカットであってもよい。好ましくは、Ｙ伝搬及びＸ伝搬±３０°の伝搬方位が好ましい。
　圧電層２の厚みは、特に限定されないが、厚み滑り１次モードを効果的に励振するには、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下が好ましい。
　圧電層２は、Ｚ方向に対向し合う第１面２ａと、第２面２ｂとを有する。第１面２ａ上に、電極３及び電極４が設けられている。
　ここで電極３が「第１電極」の一例であり、電極４が「第２電極」の一例である。図１Ａ及び図１Ｂでは、複数の電極３が、第１のバスバー電極５に接続されている。複数の電極４は、第２のバスバー電極６に接続されている。複数の電極３及び複数の電極４は、互いに間挿し合っている。
　電極３及び電極４は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極３と、電極３と隣接する電極４とが対向している。電極３、電極４の長さ方向、及び、電極３、電極４の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層２の厚み方向に交差する方向である。このため、電極３と、電極３と隣接する電極４とは、圧電層２の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。以下の説明では、圧電層２の厚み方向をＺ方向（又は第１方向）とし、電極３、電極４の長さ方向と直交する方向をＸ方向（又は第２方向）とし、電極３、電極４の長さ方向をＹ方向（又は第３方向）として、説明することがある。
　また、電極３、電極４の長さ方向が図１Ａ及び図１Ｂに示す電極３、電極４の長さ方向に直交する方向と入れ替わっても良い。すなわち、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６が延びている方向に電極３、電極４を延ばしてもよい。その場合、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６は、図１Ａ及び図１Ｂにおいて電極３、電極４が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極３と、他方電位に接続される電極４とが隣り合う１対の構造が、上記電極３、電極４の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。
　ここで電極３と電極４とが隣り合うとは、電極３と電極４とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極３と電極４とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極３と電極４とが隣り合う場合、電極３と電極４との間には、他の電極３、電極４を含む、ホット電極やグラウンド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、１．５対や２．５対などであってもよい。
　電極３と電極４との間の中心間距離すなわちピッチは、１μｍ以上、１０μｍ以下の範囲が好ましい。また、電極３と電極４との間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の幅寸法の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。
　さらに、電極３、電極４の少なくとも一方が複数本ある場合（電極３、電極４を一対の電極組とした場合に、１．５対以上の電極組がある場合）、電極３、電極４の中心間距離は、１．５対以上の電極３、電極４のうち隣り合う電極３、電極４それぞれの中心間距離の平均値を指す。
　また、電極３、電極４の幅、すなわち電極３、電極４の対向方向の寸法は、１５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲が好ましい。なお、電極３と電極４との間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の寸法（幅寸法）の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の寸法（幅寸法）の中心とを結んだ距離となる。
　また、第１実施形態では、Ｚカットの圧電層を用いているため、電極３、電極４の長さ方向と直交する方向は、圧電層２の分極方向に直交する方向となる。圧電層２として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交（電極３、電極４の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば９０°±１０°）でもよい。
　圧電層２の第２面２ｂ側には、中間層７を介して支持基板８が積層されている。中間層７及び支持基板８は、枠状の形状を有し、図２に示すように、開口部７ａ、８ａを有する。それによって、空洞部（エアギャップ）９が形成されている。
　空洞部９は、圧電層２の励振領域Ｃの振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持基板８は、少なくとも１対の電極３、電極４が設けられている部分と重ならない位置において、第２面２ｂに中間層７を介して積層されている。なお、中間層７は設けられずともよい。従って、支持基板８は、圧電層２の第２面２ｂに直接または間接に積層され得る。
　中間層７は、絶縁層であり、酸化ケイ素で形成されている。中間層７は、無機膜で形成されている。もっとも、中間層７は、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の無機膜の絶縁性材料で形成することができる。
　支持基板８は、Ｓｉにより形成されている。Ｓｉの圧電層２側の面における面方位は（１００）や（１１０）であってもよく、（１１１）であってもよい。好ましくは、抵抗率４ｋΩ以上の高抵抗のＳｉが望ましい。もっとも、支持基板８についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。支持基板８の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
　上記複数の電極３、電極４及び第１のバスバー電極５、第２のバスバー電極６は、Ａｌ、ＡｌＣｕ合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。第１実施形態では、電極３、電極４及び第１のバスバー電極５、第２のバスバー電極６は、Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層した構造を有する。なお、Ｔｉ膜以外の密着層を用いてもよい。
　駆動に際しては、複数の電極３と、複数の電極４との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第１のバスバー電極５と第２のバスバー電極６との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層２において励振される厚み滑り１次モードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。
　また、弾性波装置１では、圧電層２の厚みをｄ、複数対の電極３、電極４のうちいずれかの隣り合う電極３、電極４の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐは０．５以下とされている。そのため、上記厚み滑り１次モードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、ｄ／ｐは０．２４以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。
　なお、第１実施形態のように電極３、電極４の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極３、電極４を１対の電極組とした場合に電極３、電極４が１．５対以上ある場合、隣り合う電極３、電極４の中心間距離ｐは、各隣り合う電極３、電極４の中心間距離の平均距離となる。
　第１実施形態の弾性波装置１では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極３、電極４の対数を小さくしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。これは、両側に反射器を必要としない共振器であり、伝搬ロスが少ないためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑り１次モードのバルク波を利用していることによる。
　図３Ａは、比較例の圧電層を伝播するラム波を説明するための模式的な断面図である。図３Ｂは、第１実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り１次モードのバルク波を説明するための模式的な断面図である。図４は、第１実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向を説明するための模式的な断面図である。
　図３Ａでは、特許文献１に記載のような弾性波装置であり、圧電層をラム波が伝搬する。図３Ａに示すように、圧電層２０１中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電層２０１には、第１面２０１ａと、第２面２０１ｂとがあり、第１面２０１ａと第２面２０１ｂとを結ぶ厚み方向がＺ方向である。Ｘ方向は、ＩＤＴ電極の電極指が並んでいる方向である。図３Ａに示すように、ラム波では、波が図示のように、Ｘ方向に伝搬していく。板波であるため、圧電層２０１が全体として振動するものの、波はＸ方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Ｑ値が低下する。
　これに対して、図３Ｂに示すように、第１実施形態の弾性波装置では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層２の第１面２ａと第２面２ｂとを結ぶ方向、すなわちＺ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のＸ方向成分がＺ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このＺ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器を必要としない。よって、反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、小型化を進めようとして、電極３、電極４からなる電極対の対数を減らしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。
　なお、厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向は、図４に示すように、圧電層２の励振領域Ｃ（図１Ｂ参照）に含まれる第１領域４５１と、励振領域Ｃに含まれる第２領域４５２とで逆になる。図４では、電極３と電極４との間に、電極４が電極３よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第１領域４５１は、励振領域Ｃのうち、圧電層２の厚み方向に直交し圧電層２を２分する仮想平面ＶＰ１と、第１面２ａとの間の領域である。第２領域４５２は、励振領域Ｃのうち、仮想平面ＶＰ１と、第２面２ｂとの間の領域である。
　弾性波装置１では、電極３と電極４とからなる少なくとも１対の電極が配置されているが、Ｘ方向に波を伝搬させるものではないため、この電極３、電極４からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。すなわち、少なくとも１対の電極が設けられてさえおればよい。
　例えば、上記電極３がホット電位に接続される電極であり、電極４がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極３がグラウンド電位に、電極４がホット電位に接続されてもよい。第１実施形態では、少なくとも１対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグラウンド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
　図５は、第１実施形態の弾性波装置の共振特性の例を示す説明図である。なお、図５に示す共振特性を得た弾性波装置１の設計パラメータは以下の通りである。
　圧電層２：オイラー角（０°，０°，９０°）のＬｉＮｂＯ３
　圧電層２の厚み：４００ｎｍ。
　励振領域Ｃ（図１Ｂ参照）の長さ：４０μｍ
　電極３、電極４からなる電極の対数：２１対
　電極３と電極４との間の中心間距離（ピッチ）：３μｍ
　電極３、電極４の幅：５００ｎｍ
　ｄ／ｐ：０．１３３
　中間層７：１μｍの厚みの酸化ケイ素膜。
　支持基板８：Ｓｉ。
　なお、励振領域Ｃ（図１Ｂ参照）とは、電極３と電極４の長さ方向と直交するＸ方向に視たときに、電極３と電極４とが重なっている領域である。励振領域Ｃの長さとは、励振領域Ｃの電極３、電極４の長さ方向に沿う寸法である。
　第１実施形態では、電極３、電極４からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極３と電極４とを等ピッチで配置した。
　図５から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、比帯域が１２．５％である良好な共振特性が得られている。
　ところで、上記圧電層２の厚みをｄ、電極３と電極４との電極の中心間距離をｐとした場合、第１実施形態では、ｄ／ｐは０．５以下、より好ましくは０．２４以下である。これを、図６を参照して説明する。
　図５に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しｄ／２ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図６は、第１実施形態の弾性波装置において、隣り合う電極の中心間距離または中心間距離の平均距離をｐ、圧電層の平均厚みをｄとした場合、ｄ／２ｐと、共振子としての比帯域との関係を示す説明図である。
　図６に示すように、ｄ／２ｐが０．２５を超えると、すなわちｄ／ｐ＞０．５では、ｄ／ｐを調整しても、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄ／２ｐ≦０．２５、すなわちｄ／ｐ≦０．５の場合には、その範囲内でｄ／ｐを変化させれば、比帯域を５％以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、ｄ／２ｐが０．１２以下の場合、すなわちｄ／ｐが０．２４以下の場合には、比帯域を７％以上と高めることができる。加えて、ｄ／ｐをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、上記厚み滑り１次モードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
　なお、少なくとも１対の電極は、１対でもよく、上記ｐは、１対の電極の場合、隣り合う電極３、電極４の中心間距離とする。また、１．５対以上の電極の場合には、隣り合う電極３、電極４の中心間距離の平均距離をｐとすればよい。また、圧電層の厚みｄについても、圧電層２が厚みばらつきを有する場合、その厚みを平均化した値を採用すればよい。
　図７は、第１実施形態の弾性波装置において、１対の電極が設けられている例を示す平面図である。弾性波装置３１では、圧電層２の第１面２ａ上において、電極３と電極４とを有する１対の電極が設けられている。なお、図７中のＫが交差幅となる。前述したように、本開示の弾性波装置では、電極の対数は１対であってもよい。この場合においても、上記ｄ／ｐが０．５以下であれば、厚み滑り１次モードのバルク波を効果的に励振することができる。
　以上説明したように、弾性波装置１、３１では、厚み滑り１次モードのバルク波が利用されている。また、弾性波装置１、３１では、圧電層２の励振領域Ｃの振動を妨げないために空洞部９が設けられている。これにより、弾性波装置が小型化しても、Ｑ値を高めることができる。
　弾性波装置１、３１では、支持基板８がケイ素で形成されている。支持基板８は、Ｚ方向に対向しあう第１面と、第２面とを有する。支持基板８は、少なくとも１対の電極３、電極４が設けられている部分と重ならない位置において、圧電層２の第２面２ｂに中間層７を介して積層されていることが望ましい。以下、支持基板８の第１面は、圧電層２の第２面２ｂ側の面、すなわち中間層７が積層される側の面であるとして、説明することがある。
　図８は、第１実施形態において、図１ＢのＩＸ－ＩＸ線に沿う部分の断面図である。図８に示す開口部７ａの内壁及び支持基板８の第１面の表面は、理解を容易にするため、実際よりも拡大して記載されている。支持基板８は、図８に示すように、支持基板８の第１面について、少なくともＸ方向で粗面である。その表面粗さは、圧電層２の表面粗さよりも粗いことがより好ましく、Ｒａで、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下（ＰＶで５ｎｍ以上１００ｎｍ以下に相当）の粗さであることがより好ましい。支持基板８の第１面の表面のＲａは、ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察したときのＳＴＥＭ像から測定した値であり、測定時の倍率は、例えば、８００００倍である。
　開口部８ａは、支持基板８を貫通している。すなわち、空洞部９は、図８に示すように、支持基板８を貫通している。開口部７ａの内壁は、圧電層２側に最も近い位置であって、かつ開口部８ａの内壁の位置と比べて、空洞部９から離れている位置にある。すなわち、圧電層２側に最も近い位置であって、支持基板８の第１面における開口部８ａの内壁を含むＹＺ平面に平行な平面８ａＸに対して、開口部７ａの内壁は、空洞部９について外側に位置している。この構造により、空洞部９に連通して空隙１０が設けられる。空隙１０は、開口部７ａの内壁と、圧電層２の第２面２ｂと、支持基板８の第１面とで囲まれる空間である。空隙１０が形成されていることで、中間層７の無機膜の残渣が抑制される。
　図９は、第１実施形態の弾性波装置の一例を示す平面図である。第１実施形態では、圧電層２はニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、中間層７は酸化ケイ素からなるため、光を透過することができる。これにより、図９のように、Ｚ方向に平面視して、中間層７と支持基板８が離れている範囲（空隙１０の範囲）と、中間層７と支持基板８が接着している範囲と、でコントラスト差が生じる。
　図９に示すように、空隙１０は凹部１０ａを有する。凹部１０ａは、支持基板８の粗面に起因して発生する空隙である。凹部１０ａは、Ｚ方向に平面視して、開口部８ａの内壁から外側に向かって延び、開口部８ａの内壁から遠くなるにつれて幅が細くなる。中間層７の残渣をより少なくするため、凹部１０ａは、開口部８ａの内壁の一辺に沿って、２つ以上有することが好ましい。ここで、凹部１０ａの最大長さは、１μｍ以上５０μｍ以下である。なお、凹部１０ａの長さとは、Ｚ方向に平面視して、凹部１０ａの先端１０ｂから、平面８ａＸまでの長さを指す。ここで、凹部１０ａの先端１０ｂとは、Ｚ方向に平面視して、凹部１０ａの幅が細くなることにより、形成される鋭角の頂点を指し、凹部１０ａの終端点であるともいえる。
　以上説明したように、弾性波装置は、支持基板８と、支持基板８の上に設けられた中間層７と、中間層７の上に設けられた圧電層２と、圧電層２の上に設けられた電極３、電極４と、を備え、支持基板８の一部には、空洞部９が設けられており、空洞部９は、Ｚ方向において、電極３、電極４の少なくとも一部と重なっており、空洞部９を形成する支持基板８の内壁のうち、圧電層２側に最も近い位置と比べて、中間層７の内壁が離れている位置にある。
　第１実施形態のように、中間層７の内壁と、圧電層２と、支持基板８とで囲まれる中間層７の空隙１０は、支持基板８の空洞部９と連通している。
　第１実施形態のように、そして、Ｚ方向に平面視して、中間層７の空隙１０は、少なくとも２つ以上の凹部１０ａを有している。
　これにより、Ｚ方向に平面視して、支持基板８の空洞部９と重なる領域の中間層７の残渣が抑制されているため、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　第１実施形態のように、凹部１０ａの最大長さは、１μｍ以上５０μｍ以下である。これにより、Ｚ方向に平面視して、支持基板８の空洞部９と重なる領域の中間層７の残渣が抑制されていることを確認することが容易になるので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　弾性波装置１、３１では、弾性波装置は、中間層７が積層される支持基板８の面の表面粗さは、圧電層２の表面粗さよりも粗い。これにより、スプリアスが抑制されるので、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　望ましい態様として、中間層７が積層される支持基板８の面の表面粗さは、Ｒａで、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。これにより、スプリアスが抑制されるので、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　弾性波装置１、３１では、中間層７は、酸化ケイ素で形成されている。これにより、中間層７が透光性となり、Ｚ方向に平面視して中間層７の残渣に係る外観検査を行うことができるので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　弾性波装置１、３１では、支持基板８の空洞部９は、支持基板８を貫通している。これにより、Ｚ方向に平面視して支持基板８の空洞部９と重なる領域の中間層７の残渣が抑制されているため、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　また、弾性波装置１、３１では、電極は、複数の第１電極３と、複数の第１電極３が接続された第１のバスバー電極５と、複数の第２電極４と、複数の第２電極４が接続された第２のバスバー電極６と、を有する。これにより、良好な共振特性が得られる弾性波装置を提供することができる。
　望ましい態様として、圧電層２の厚みｄは、複数の第１電極３と複数の第２電極４のうち、隣り合う第１電極３と第２電極４との間の中心間距離をｐとした場合に２ｐ以下である。これにより、弾性波装置を小型化でき、かつＱ値を高めることができる。
　また、弾性波装置１、３１では、圧電層２は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含む。これにより、圧電層２が透光性となり、Ｚ方向に平面視して中間層７の残渣に係る外観検査を行うことができるので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　望ましい態様として、板波を利用可能に構成されている。これにより、良好な共振特性が得られる弾性波装置を提供することができる。
　望ましい態様として、厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている。これにより、結合係数が高まり、良好な共振特性が得られる弾性波装置を提供することができる。
　望ましい態様として、電極は、互いに対向し合う少なくとも１対の電極を含み、圧電層２の厚みをｄ、第１電極３及び第２電極４の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である。これにより、弾性波装置を小型化でき、かつＱ値を高めることができる。
　さらに望ましい態様として、ｄ／ｐは０．２４以下である。これにより、弾性波装置を小型化でき、かつＱ値を高めることができる。
（弾性波装置の製造方法）
　次に、第１実施形態に係る弾性波装置１の製造方法について説明する。図１０は、第１実施形態に係る弾性波装置の製造方法のフローチャートである。
　支持基板８の第１面を、例えばサンドブラスト法などの機械加工により粗面とする（ステップＳ１０）。このとき、支持基板８の第１面は、少なくともＸ方向について粗面化される。
　次に、支持基板８の第１面にスパッタリングなどにより中間層７の酸化ケイ素を形成する（ステップＳ２０）。このとき、中間層７の、圧電層２が形成される側の面は、研磨により平坦化される。
　次に、中間層７上に圧電層２を形成する（ステップＳ３０）。第１実施形態では、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリング等により圧電層２の第２面２ｂに酸化ケイ素を堆積させたのちに、中間層７に接合させることで積層させるが、積層方法はこれに限られず、例えば、圧電層２が中間層７に直接接合されてもよい。
　次に、圧電層２の第１面２ａを薄化する（ステップＳ４０）。このとき、圧電層２の第１面２ａは、機械的な研磨やＣＭＰ等の、任意の方法により所望の厚みに研磨される。
　次に、圧電層２の第１面２ａに電極３、電極４、第１のバスバー電極５、第２のバスバー電極６を形成する（ステップＳ５０）。第１実施形態では、スパッタリングや蒸着等により金属膜を形成させることによって行われるが、形成方法は任意であってよい。また、必要に応じて、電極の上に酸化ケイ素などの保護膜を任意の方法で形成してもよい。
　次に、支持基板８の一部にエッチング（第１エッチング）を行い、空洞部９を形成する（ステップＳ６０）。第１エッチングは、例えば、ドライエッチングや反応性イオンエッチングである。このとき、空洞部９が支持基板８を貫通するよう形成される。また、中間層７は、エッチングに対するストッパーとなるので、圧電層２をエッチングから保護することができる。
　次に、空洞部９に露出する中間層７をエッチング（第２エッチング）する（ステップＳ７０）。第２エッチングは、例えば、ウェットエッチングである。このとき、空洞部９は支持基板８を貫通しているので、中間層７のエッチャントが容易に浸透し、エッチングの状態を安定させることができる。空洞部９は、開口部８ａの内壁の位置と比べて、開口部７ａの内壁が離れるように形成される。すなわち、開口部８ａの内壁に沿って、空隙１０も形成される。
　次に、外観検査を行い、空隙１０がジグザグに形成されているか判定する（ステップＳ８０）。第１実施形態では、平面視で、空隙１０の範囲と、中間層７と支持基板８とが接着している範囲とで生じるコントラスト差に基づいて、外観検査を行う。
　図９に示すように、外観検査において、開口部８ａの内壁に沿って中間層７の空隙１０がジグザグに形成されている場合（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）、第２エッチングを終了する。ここで、空隙１０がジグザグであるとは、平面視した際に、開口部７ａの内壁に沿って、空隙１０に凹部１０ａが２個以上形成されている状態を指す。
　図１１は、第１実施形態の弾性波装置において、エッチングが不十分な場合の一例を示す平面図である。図１１に示すように、外観検査において、開口部７ａの内壁に沿って中間層７の空隙１０がジグザグに形成されていない場合（ステップＳ８０：Ｎｏ）、すなわち、開口部８ａの内壁に沿って凹部１０ａが形成されていない場合、再度第２エッチングを行う。これにより、エッチングによって中間層７が十分に除去されるので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制できる。
　以上の工程により、第１実施形態の弾性波装置１を製造することができる。なお、上述した弾性波装置１の製造方法はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、電極３、電極４を形成する工程（ステップＳ５０）は、空洞部９を形成する工程（ステップＳ６０～Ｓ８０）の後でもよい。
　以上説明したように、弾性波装置の製造方法は、第１面と第２面とを有する支持基板８の第１面を粗面化する支持基板８の粗面化工程と、第１面の上に中間層７を形成する無機膜形成工程と、中間層７の上に、圧電層２を形成する圧電層形成工程と、圧電層２を薄化する圧電層薄化工程と、圧電層２の上に電極３、電極４を形成する電極形成工程と、支持基板８の一部に空洞部９を形成する第１エッチング工程と、空洞部９に露出する中間層７をエッチングする第２エッチング工程と、を有する。
　これにより、中間層７の残渣が残った状態でエッチングを終了することを防ぐことができるので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　第１実施形態のように、支持基板８の第１面の表面粗さは、Ｒａで、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。これにより、スプリアスが抑制されるので、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　第１実施形態のように、第２エッチング工程において、中間層７の内壁と、圧電層２と、支持基板８とで囲まれる中間層７の空隙１０が形成され、Ｚ方向にみた平面視で、支持基板８の内壁に沿って中間層７の空隙１０がジグザグに形成された状態で、第２エッチング工程が終了される。これにより、中間層７の残渣がない状態でエッチングを終了することが可能なので、中間層７の残渣によるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
（第２実施形態）
　図１２は、第２実施形態の弾性波装置において、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す説明図である。第２実施形態では、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。第２実施形態の弾性波装置１において、ｄ／２ｐと、ＭＲが異なる様々な弾性波装置１を構成し、比帯域を測定した。図１２の破線Ｄの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が１７％以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、ＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０７５で表される。すなわち、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。従って、好ましくは、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。その場合には、比帯域を１７％以下としやすい。より好ましくは、図１２中の一点鎖線Ｄ１で示すＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０５の右側の領域である。すなわち、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５であれば、比帯域を確実に１７％以下にすることができる。
（第３実施形態）
　図１３は、第３実施形態の弾性波装置において、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°、θ、ψ）に対する比帯域のマップを示す説明図である。第３実施形態では、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。図１３のハッチングを付して示した部分が、少なくとも５％以上の比帯域が得られる領域である。領域の範囲を近似すると、下記の式（１）、式（２）及び式（３）で表される範囲となる。
　（０°±１０°、０°～２０°、任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°、２０°～８０°、０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）または（０°±１０°、２０°～８０°、［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°、［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°、任意のψ）　　…式（３）
　従って、上記式（１）、式（２）または式（３）のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。
　なお、上記した実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。
　１、３１　弾性波装置
　２　圧電層
　２ａ　第１面
　２ｂ　第２面
　３　電極（第１電極）
　４　電極（第２電極）
　５　第１のバスバー電極
　６　第２のバスバー電極
　７　中間層
　７ａ　開口部
　８　支持基板
　８ａ　開口部
　８ａＸ　平面
　９　空洞部
　１０　空隙
　１０ａ　凹部
　１０ｂ　先端
　２０１　圧電層
　２０１ａ　第１面
　２０１ｂ　第２面
　４５１　第１領域
　４５２　第２領域
　Ｃ　励振領域
　ＶＰ１　仮想平面
　ｄ　厚み
　ｐ　中心間距離

Claims (21)

  1. 　支持基板と、
    　前記支持基板の上に設けられた無機膜と、
    　前記無機膜の上に設けられた圧電層と、
    　前記圧電層の上に設けられた電極と、
    　を備え、
    　前記支持基板の一部に、空洞部が設けられており、
    　前記空洞部は、前記支持基板の厚み方向において、前記電極の少なくとも一部と重なっており、
    　前記空洞部を形成する前記支持基板の内壁のうち、前記圧電層側に最も近い位置と比べて、前記無機膜の内壁が、前記空洞部から離れた位置にある、弾性波装置。
  2. 　前記無機膜の内壁と、前記圧電層と、前記支持基板とで囲まれる前記無機膜の空隙は、前記支持基板の前記空洞部と連通している、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記無機膜は、前記厚み方向と交差する方向において、少なくとも２つ以上の凹部を有している請求項２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記厚み方向と交差する方向において、前記凹部の最大長さは、１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項３に記載の弾性波装置。
  5. 　前記無機膜が積層される前記支持基板の面の表面粗さは、前記圧電層の表面粗さよりも粗い、請求項１から４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記無機膜が積層される前記支持基板の面の表面粗さは、Ｒａで、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項４に記載の弾性波装置。
  7. 　前記無機膜は、酸化ケイ素で形成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記支持基板の前記空洞部は、前記支持基板を貫通している、請求項１から７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　前記電極は、複数の第１電極と、前記複数の第１電極が接続された第１のバスバー電極と、複数の第２電極と、前記複数の第２電極が接続された第２のバスバー電極と、を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記圧電層の厚みは、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極のうち、隣り合う第１電極と第２電極との間の中心間距離をｐとした場合に２ｐ以下である、請求項９に記載の弾性波装置。
  11. 　前記圧電層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  12. 　板波を利用可能に構成されている、請求項１１に記載の弾性波装置。
  13. 　厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている、請求項１１に記載の弾性波装置。
  14. 　前記電極が、互いに対向し合う少なくとも１対の電極を含み、
    　前記圧電層の厚みをｄ、隣り合う前記電極の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐ≦０．５である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  15. 　前記ｄ／ｐが０．２４以下である、請求項１４に記載の弾性波装置。
  16. 　前記第１電極及び前記第２電極が対向している方向に視たときに、前記第１電極及び前記第２電極が重なり合っている領域である励振領域に対する、前記励振領域内の前記第１電極及び前記第２電極の面積の割合であるメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たす、請求項９に記載の弾性波装置。
  17. 　隣り合う前記第１電極の間に、１つの第２電極がある、請求項１６に記載の弾性波装置。
  18. 　前記圧電層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある、請求項１から１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
    　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
    　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
    　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
  19. 　第１面と第２面とを有する支持基板の第１面を粗面化する支持基板の粗面化工程と、
    　前記第１面の上に無機膜を形成する無機膜形成工程と、
    　前記無機膜の上に、圧電層を形成する圧電層形成工程と、
    　前記圧電層を薄化する圧電層薄化工程と、
    　前記圧電層の上に電極を形成する電極形成工程と、
    　前記支持基板の一部に空洞部を形成する第１エッチング工程と、
    　前記空洞部に露出する前記無機膜をエッチングする第２エッチング工程と、を有する、弾性波装置の製造方法。
  20. 　前記第１面の表面粗さは、Ｒａで、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１９に記載の弾性波装置の製造方法。
  21. 　第２エッチング工程において、前記無機膜の内壁と、前記圧電層と、前記支持基板とで囲まれる前記無機膜の空隙が形成され、
    　前記支持基板の厚み方向と交差する方向において、前記無機膜の空隙がジグザグに形成された状態で、第２エッチング工程が終了される、請求項１９または請求項２０に記載の弾性波装置の製造方法。
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