WO2022224973A1 - 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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WO2022224973A1
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和則 井上
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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.
  • the portion of the piezoelectric layer (membrane portion) that overlaps the cavity portion is in contact with the support member (intermediate layer or support substrate), and cracks may occur.
  • the present disclosure is intended to solve the above-described problems, and aims to suppress cracks in the piezoelectric layer.
  • An elastic wave device includes a supporting substrate having a thickness in a first direction, a piezoelectric layer provided in the first direction on the supporting substrate, a functional electrode provided on the piezoelectric layer, and a stress relaxation layer. , wherein a hollow portion is provided between the support substrate and the piezoelectric layer at a position at least partially overlapping with the functional electrode when viewed in the first direction, and the stress relaxation layer overlaps the outer edge of the hollow portion or is arranged outside at least a part of the outer edge of the hollow portion when viewed in plan in the first direction, and is interposed between the support substrate and the piezoelectric layer. is doing.
  • a method for manufacturing an elastic wave device includes a bonding step of superimposing and integrating a support substrate having a thickness in a first direction and a piezoelectric layer, and after the bonding step, a function is formed on the piezoelectric layer.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the elastic wave device of this embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion along line II-II of FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining a thickness-shear primary mode bulk wave propagating through the piezoelectric layer of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of a thickness-shear primary mode bulk wave propagating through the piezoelectric layer of the present embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the elastic wave device of this embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion along line II-II of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of this embodiment.
  • FIG. 6 shows that, in the elastic wave device of the present embodiment, d/2p and d/2p, where p is the center-to-center distance between adjacent electrodes or the average distance of the center-to-center distances, and d is the average thickness of the piezoelectric layer.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship with a fractional band;
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which a pair of electrodes are provided in the acoustic wave device of this embodiment.
  • FIG. 8 is a reference diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of this embodiment.
  • FIG. 9 shows the ratio of the bandwidth of the elastic wave device of the present embodiment when a large number of elastic wave resonators are configured, and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious. It is an explanatory view showing a relationship.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a map of the fractional band with respect to the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is infinitely close to 0.
  • FIG. FIG. 12 is a partially cutaway perspective view for explaining the elastic wave device according to this embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a map of the fractional band with respect to the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNb
  • FIG. 13 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15B is a diagram showing an electrode forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15C is a diagram showing an etching process of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15D is a diagram showing a stress relaxation layer forming step in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15A is a diagram showing a bonding step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15B is a diagram showing an electrode forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15C is a diagram showing an etching process
  • FIG. 15E is a diagram showing a wiring electrode forming step in the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15F is a diagram showing a cavity forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 15G is a diagram showing an intermediate layer etching step in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a cross section of the elastic wave device according to the second embodiment.
  • FIG. 17A is a diagram showing a bonding step of a method for manufacturing an elastic wave device according to the second embodiment;
  • 17B is a diagram showing an electrode forming step of the method for manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment
  • 17C is a diagram showing an etching process of the piezoelectric layer in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment
  • FIG. 17D is a diagram showing a first etching step of the intermediate layer in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment
  • 17E is a diagram showing a stress relaxation layer forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the second embodiment
  • FIG. FIG. 17F is a diagram showing a wiring electrode forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the second embodiment.
  • 17G is a diagram showing a cavity forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the second embodiment
  • 17H is a diagram showing a second etching step of the intermediate layer in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment
  • FIG. FIG. 18 is a diagram showing an example of a cross section of the elastic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19A is a diagram showing a stress relieving layer forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19B is a diagram showing an intermediate layer forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19C is a diagram showing a planarization step of the intermediate layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the third embodiment
  • FIG. 19D is a diagram showing a bonding step of the method for manufacturing the acoustic wave device according to the third embodiment
  • FIG. 19E is a diagram showing a thinning step of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19F is a diagram showing an electrode forming step of the method for manufacturing the acoustic wave device according to the third embodiment
  • FIG. 19G is a diagram showing a wiring electrode forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19H is a diagram showing a cavity forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment
  • FIG. FIG. 19I is a diagram showing an intermediate layer etching step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 19J is a diagram showing a step of partially removing the stress relaxation layer in the method of manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment.
  • FIG. 20 is a plan view of an elastic wave device according to the fourth embodiment. 21 is a diagram showing a cross section along line XXI-XXI of FIG. 20.
  • FIG. FIG. 22A is a diagram showing a bonding step of a method for manufacturing an elastic wave device according to the fourth embodiment; FIG.
  • FIG. 22B is a diagram showing an etching process of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the fourth embodiment
  • FIG. 22C is a diagram showing an electrode forming step of the method for manufacturing an elastic wave device according to the fourth embodiment
  • FIG. 22D is a diagram showing a stress relieving layer forming step in the method for manufacturing an elastic wave device according to the fourth embodiment
  • FIG. 22E is a diagram showing a wiring electrode forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 22F is a diagram showing a sacrificial layer etching step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the fourth embodiment
  • FIG. 23 is a plan view of an elastic wave device according to a modification of the fourth embodiment
  • 24 is a diagram showing a cross section along line XXIV-XXIV of FIG. 23.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the elastic wave device of this embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of this embodiment.
  • the acoustic wave device 1 of this embodiment has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3 .
  • the piezoelectric layer 2 may consist of LiTaO 3 .
  • the cut angle of LiNbO 3 and LiTaO 3 is Z-cut in this embodiment.
  • the cut angles of LiNbO 3 and LiTaO 3 may be rotated Y-cut or X-cut.
  • the Y-propagation and X-propagation ⁇ 30° propagation orientations are preferred.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, it is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less in order to effectively excite the thickness shear primary mode.
  • the piezoelectric layer 2 has a first main surface 2a and a second main surface 2b facing each other in the Z direction. Electrode fingers 3 and 4 are provided on the first main surface 2a.
  • the electrode finger 3 is an example of the "first electrode finger” and the electrode finger 4 is an example of the "second electrode finger”.
  • the multiple electrode fingers 3 are multiple “first electrode fingers” connected to the first busbar electrodes 5 .
  • the multiple electrode fingers 4 are multiple “second electrode fingers” connected to the second busbar electrodes 6 .
  • the plurality of electrode fingers 3 and the plurality of electrode fingers 4 are interdigitated with each other.
  • the functional electrode 30 including the electrode finger 3, the electrode finger 4, the first busbar electrode 5, and the second busbar electrode 6 is configured.
  • Such a functional electrode 30 is also called an IDT (Interdigital Transducer) electrode.
  • the electrode fingers 3 and 4 have a rectangular shape and a length direction.
  • the electrode finger 3 and the electrode finger 4 adjacent to the electrode finger 3 face each other in a direction perpendicular to the length direction.
  • Both the length direction of the electrode fingers 3 and 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrode fingers 3 and 4 are directions that intersect the thickness direction of the piezoelectric layer 2 . Therefore, it can be said that the electrode finger 3 and the electrode finger 4 adjacent to the electrode finger 3 face each other in the direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer 2 .
  • the thickness direction of the piezoelectric layer 2 is defined as the Z direction (or first direction)
  • the length direction of the electrode fingers 3 and 4 is defined as the Y direction (or second direction)
  • the electrode fingers 3 and 4 4 may be described as the X direction (or the third direction).
  • the length direction of the electrode fingers 3 and 4 may be interchanged with the direction orthogonal to the length direction of the electrode fingers 3 and 4 shown in FIGS. 1A and 1B. That is, in FIGS. 1A and 1B, the electrode fingers 3 and 4 may extend in the direction in which the first busbar electrodes 5 and the second busbar electrodes 6 extend. In that case, the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 extend in the direction in which the electrode fingers 3 and 4 extend in FIGS. 1A and 1B.
  • a pair of structures in which the electrode fingers 3 connected to one potential and the electrode fingers 4 connected to the other potential are adjacent to each other are arranged in a direction perpendicular to the length direction of the electrode fingers 3 and 4. Multiple pairs are provided.
  • the electrode finger 3 and the electrode finger 4 are adjacent to each other, not when the electrode finger 3 and the electrode finger 4 are arranged so as to be in direct contact, but when the electrode finger 3 and the electrode finger 4 are arranged with a gap therebetween. It refers to the case where the When the electrode finger 3 and the electrode finger 4 are adjacent to each other, there are electrodes connected to the hot electrode and the ground electrode, including other electrode fingers 3 and 4, between the electrode finger 3 and the electrode finger 4. is not placed.
  • the logarithms need not be integer pairs, but may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
  • the center-to-center distance, that is, the pitch, between the electrode fingers 3 and 4 is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Further, the center-to-center distance between the electrode fingers 3 and 4 means the center of the width dimension of the electrode fingers 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode fingers 3 and the distance orthogonal to the length direction of the electrode fingers 4 . It is the distance connecting the center of the width dimension of the electrode finger 4 in the direction of
  • the electrode fingers 3 and 4 when at least one of the electrode fingers 3 and 4 is plural (when there are 1.5 or more pairs of electrodes when the electrode fingers 3 and 4 are paired as a pair of electrode pairs), the electrode fingers 3.
  • the center-to-center distance of the electrode fingers 4 refers to the average value of the center-to-center distances of adjacent electrode fingers 3 and electrode fingers 4 among 1.5 or more pairs of electrode fingers 3 and electrode fingers 4 .
  • the width of the electrode fingers 3 and 4 that is, the dimension in the facing direction of the electrode fingers 3 and 4 is preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
  • the center-to-center distance between the electrode fingers 3 and 4 is the distance between the center of the dimension (width dimension) of the electrode finger 3 in the direction perpendicular to the length direction of the electrode finger 3 and the length of the electrode finger 4. It is the distance connecting the center of the dimension (width dimension) of the electrode finger 4 in the direction orthogonal to the direction.
  • the direction perpendicular to the length direction of the electrode fingers 3 and 4 is the direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric layer 2 .
  • “perpendicular” is not limited to being strictly perpendicular, but substantially perpendicular (the angle formed by the direction perpendicular to the length direction of the electrode fingers 3 and electrode fingers 4 and the polarization direction is, for example, 90° ⁇ 10°).
  • a support substrate 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 with an intermediate layer 7 interposed therebetween.
  • the intermediate layer 7 and the support substrate 8 have a frame shape and, as shown in FIG. 2, openings 7a and 8a.
  • a cavity (air gap) 9 is thereby formed.
  • the cavity 9 is provided so as not to disturb the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2 . Therefore, the support substrate 8 is laminated on the second main surface 2b with the intermediate layer 7 interposed therebetween at a position not overlapping the portion where at least one pair of electrode fingers 3 and 4 are provided. Note that the intermediate layer 7 may not be provided. Therefore, the support substrate 8 can be directly or indirectly laminated to the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2 .
  • the intermediate layer 7 is made of silicon oxide.
  • the intermediate layer 7 can be formed of an appropriate insulating material other than silicon oxide, such as silicon nitride and alumina.
  • the intermediate layer 7 is an example of the "intermediate layer”.
  • the support substrate 8 is made of Si.
  • the plane orientation of the surface of Si on 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 constructed using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • Materials for the support substrate 8 include, for example, aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, 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 electrode fingers 3, electrode fingers 4, first busbar electrodes 5, and second busbar electrodes 6 are made of appropriate metals or alloys such as Al and AlCu alloys.
  • the electrode fingers 3, the electrode fingers 4, the first busbar electrodes 5, and the second busbar electrodes 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film. Note that materials other than the Ti film may be used for the adhesion layer.
  • an AC voltage is applied between the multiple electrode fingers 3 and the multiple electrode fingers 4 . More specifically, an AC voltage is applied between the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 . As a result, it is possible to obtain resonance characteristics using a thickness-shear primary mode bulk wave excited in the piezoelectric layer 2 .
  • d/p is set to 0.5 or less.
  • the thickness-shear primary mode bulk wave 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 center-to-center distance p between the adjacent electrode fingers 3 and 4 is the average distance between the center-to-center distances between the adjacent electrode fingers 3 and 4 .
  • the acoustic wave device 1 of the present embodiment has the above configuration, even if the logarithm of the electrode fingers 3 and 4 is reduced in an attempt to reduce the size, the Q value is unlikely to decrease. This is because the resonator does not require reflectors on both sides, and the propagation loss is small. The reason why the above reflector is not required is that the bulk wave of the thickness-shlip primary mode is used.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining a thickness-shear primary mode bulk wave propagating through the piezoelectric layer of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of a thickness-shear primary mode bulk wave propagating through the piezoelectric layer of the present embodiment.
  • FIG. 3A shows an acoustic wave device as described in Patent Document 1, in which Lamb waves propagate through the piezoelectric layer.
  • waves propagate through the piezoelectric layer 201 as indicated by arrows.
  • the piezoelectric layer 201 has a first principal surface 201a and a second principal surface 201b, and the thickness direction connecting the first principal surface 201a and the second principal surface 201b is the Z direction.
  • the X direction is the direction in which the electrode fingers 3 and 4 of the functional electrode 30 are aligned.
  • the wave propagates in the X direction as shown.
  • the wave is generated on the first main surface 2a and the second main surface of the piezoelectric layer 2. 2b, ie, the Z direction, and resonate. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Further, since resonance characteristics are obtained by propagating waves in the Z direction, no reflector is required. Therefore, no propagation loss occurs when propagating to the reflector. Therefore, even if the number of electrode pairs consisting of the electrode fingers 3 and 4 is reduced in an attempt to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
  • the amplitude direction of the bulk wave of the primary thickness-shear mode is 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 (see FIG. 1B). 2 area 452 is reversed.
  • FIG. 4 schematically shows bulk waves when a voltage is applied between the electrode fingers 3 so that the electrode fingers 4 have a higher potential than the electrode fingers 3 .
  • the first region 451 is a region of the excitation region C between the first main surface 2a and a virtual plane VP1 that is perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and bisects the piezoelectric layer 2 .
  • the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b.
  • At least one pair of electrodes consisting of the electrode fingers 3 and 4 is arranged. It is not always necessary to have a plurality of pairs of electrode pairs. That is, it is sufficient that at least one pair of electrodes is provided.
  • the electrode finger 3 is an electrode connected to a hot potential
  • the electrode finger 4 is an electrode connected to a ground potential.
  • the electrode finger 3 may be connected to the ground potential and the electrode finger 4 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 no floating electrodes are provided.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of this embodiment.
  • the design parameters of the acoustic wave device 1 that obtained the resonance characteristics shown in FIG. 5 are as follows.
  • Piezoelectric layer 2 LiNbO3 with Euler angles (0°, 0°, 90°) Thickness of piezoelectric layer 2: 400 nm
  • Length of excitation region C (see FIG. 1B): 40 ⁇ m Number of electrode pairs consisting of electrode fingers 3 and 4: 21 pairs Center-to-center distance (pitch) between electrode fingers 3 and 4: 3 ⁇ m Width of electrode fingers 3 and 4: 500 nm d/p: 0.133
  • Middle layer 7 Silicon oxide film with a thickness of 1 ⁇ m
  • Support substrate 8 Si
  • the excitation region C (see FIG. 1B) is a region where the electrode fingers 3 and 4 overlap when viewed in the X direction perpendicular to the length direction of the electrode fingers 3 and 4. .
  • the length of the excitation region C is the dimension along the length direction of the electrode fingers 3 and 4 of the excitation region C. As shown in FIG. Here, the excitation region C is an example of the "intersection region".
  • the inter-electrode distances of the electrode pairs consisting of the electrode fingers 3 and 4 are all made equal in the plurality of pairs. That is, the electrode fingers 3 and the electrode fingers 4 are arranged at equal pitches.
  • d/p is 0.5 or less, more preferably 0.5. 24 or less. This will be explained with reference to FIG.
  • FIG. 6 shows that, in the elastic wave device of the present embodiment, when p is the center-to-center distance between adjacent electrodes or the average distance of the center-to-center distances, and d is the average thickness of the piezoelectric layer 2, d/2p is used as a resonator.
  • 2 is an explanatory diagram showing the relationship between , and the fractional band.
  • At least one pair of electrodes may be one pair, and the above p is the center-to-center distance between adjacent electrode fingers 3 and 4 in the case of one pair of electrodes. In the case of 1.5 pairs or more of electrodes, the average distance between the centers of adjacent electrode fingers 3 and 4 should be p.
  • the thickness d of the piezoelectric layer 2 if the piezoelectric layer 2 has variations in thickness, 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 are provided in the elastic wave device of this embodiment.
  • a pair of electrodes having electrode fingers 3 and 4 are provided on first main surface 2 a of piezoelectric layer 2 .
  • K in FIG. 7 is the intersection width.
  • the number of pairs of electrodes may be one. Even in this case, if the above d/p is 0.5 or less, it is possible to effectively excite the bulk wave in the primary mode of thickness shear.
  • the excitation region is an overlapping region of the plurality of electrode fingers 3 and 4 when viewed in the direction in which any adjacent electrode fingers 3 and 4 are facing each other. It is desirable that the metallization ratio MR of the adjacent electrode fingers 3 and 4 with respect to the region C satisfies MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.
  • FIG. 8 is a reference diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of this embodiment.
  • a spurious signal indicated by an arrow B appears between the resonance frequency and the anti-resonance frequency.
  • d/p 0.08 and the Euler angles of LiNbO 3 (0°, 0°, 90°).
  • the metallization ratio MR was set to 0.35.
  • the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. 1B.
  • the excitation region C is the portion surrounded by the dashed-dotted line.
  • the excitation region C is a region where the electrode fingers 3 and 4 overlap with the electrode fingers 4 when viewed in a direction perpendicular to the length direction of the electrode fingers 3 and 4, that is, in a facing direction. a region where the electrode fingers 3 overlap each other; and a region between the electrode fingers 3 and 4 where the electrode fingers 3 and 4 overlap each other.
  • the area of the electrode fingers 3 and 4 in the excitation region C with respect to the area of the excitation region C is the metallization ratio MR. That is, the metallization ratio MR is the ratio of the area of the metallization portion to the area of the excitation region C.
  • the ratio of the metallization portion included in the entire excitation region C to the total area of the excitation region C should be MR.
  • FIG. 9 shows the ratio of the bandwidth of the elastic wave device of the present embodiment when a large number of elastic wave resonators are configured, and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious. It is an explanatory view showing a relationship. The ratio band was adjusted by changing the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrode fingers 3 and 4 .
  • FIG. 9 shows the results when the piezoelectric layer 2 made of Z-cut LiNbO 3 is used, but the same tendency is obtained when the piezoelectric layer 2 with other cut angles is used.
  • the spurious is as large as 1.0.
  • the fractional band exceeds 0.17, that is, exceeds 17%, a large spurious with a spurious level of 1 or more changes the parameters constituting the fractional band, even if the passband appear within. That is, as in the resonance characteristics shown in FIG. 8, a large spurious component indicated by arrow B appears within the band. Therefore, the specific bandwidth is preferably 17% or less. In this case, by adjusting the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrode fingers 3 and 4, the spurious response can be reduced.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
  • various elastic wave devices 1 with different d/2p and MR were configured and the fractional bandwidth was measured.
  • the hatched portion on the right side of the dashed line D in FIG. 10 is the area where the fractional bandwidth is 17% or less.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a map of the fractional band with respect to the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is infinitely close to 0.
  • FIG. A hatched portion in FIG. 11 is a region where a fractional bandwidth of at least 5% or more is obtained. When the range of the region is approximated, it becomes the range represented by the following formulas (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 ] ⁇ 180°) Equation (2) (0° ⁇ 10°, [180°-30°(1-( ⁇ -90) 2 /8100) 1/2 ] ⁇ 180°, arbitrary ⁇ ) Equation (3)
  • the fractional band can be sufficiently widened, which is preferable.
  • FIG. 12 is a partially cutaway perspective view for explaining the elastic wave device according to this embodiment.
  • the outer periphery of the hollow portion 9 is indicated by broken lines.
  • the elastic wave device of the present disclosure may utilize plate waves.
  • the elastic wave device 301 has reflectors 310 and 311 as shown in FIG. Reflectors 310 and 311 are provided on both sides of the electrode fingers 3 and 4 of the piezoelectric layer 2 in the acoustic wave propagation direction.
  • a Lamb wave as a plate wave is excited by applying an alternating electric field to the electrode fingers 3 and 4 on the cavity 9.
  • the reflectors 310 and 311 are provided on both sides, it is possible to obtain resonance characteristics due to Lamb waves as Lamb waves.
  • the elastic wave devices 1 and 101 use bulk waves in the primary mode of thickness shear.
  • the electrode fingers 3 and 4 are adjacent electrodes, and when the thickness of the piezoelectric layer 2 is d and the distance between the centers of the electrode fingers 3 and 4 is p, d/p is 0.5 or less. As a result, the Q value can be increased even if the elastic wave device is miniaturized.
  • piezoelectric layer 2 is made of lithium niobate or lithium tantalate.
  • the first main surface 2a or the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2 has electrode fingers 3 and 4 facing each other in a direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer 2. should be covered with a protective film.
  • FIG. 13 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment;
  • FIG. 14 is a diagram showing a cross section along line XIV-XIV in FIG.
  • the first busbar electrodes 5 and the second busbar electrodes 6 in FIG. 12 are connected to the wiring electrodes 12 provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2. is just an example.
  • a hollow portion 9 is provided on the surface of the support substrate 8 on the side of the piezoelectric layer 2 in the Z direction.
  • the hollow portion 9 is rectangular in plan view in the Z direction, and is provided so as to at least partially overlap the functional electrode 30 .
  • the cavity 9 is a space surrounded by the piezoelectric layer 2, the intermediate layer 7, and the support substrate 8.
  • the intermediate layer 7 and the support substrate 8 have a frame-like shape and have openings 7a and 8a.
  • the support substrate 8 is, for example, a silicon substrate.
  • the intermediate layer 7 is, for example, silicon oxide.
  • the support substrate 8 and the intermediate layer 7 serve as a support member.
  • the piezoelectric layer also includes, for example, lithium niobate or lithium tantalate.
  • the piezoelectric layer 2 may contain lithium niobate or lithium tantalate and inevitable impurities.
  • the functional electrode 30 includes the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 facing each other, the electrode fingers 3 connected to the first busbar electrode 5, and the electrodes connected to the second busbar electrode 6. finger 4 and an IDT electrode.
  • the functional electrode 30 is provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2, but is provided on the second main surface of the piezoelectric layer 2 opposite to the first main surface 2a. may be
  • the opening 8a is inside the opening 7a.
  • the edge 2e of the piezoelectric layer 2 is inside the opening 7a.
  • All the edges 2 e of the piezoelectric layer 2 are surrounded by the stress relieving layer 13 .
  • the area of the portion (membrane portion) of the piezoelectric layer 2 that overlaps with the cavity 9 shown in FIG. 14 is smaller than the area of the opening 7a of the intermediate layer 7 as shown in FIG.
  • a wiring electrode 12 connected to the functional electrode 30 is provided on the stress relaxation layer 13 .
  • the stress relaxation layer 13 is interposed between the wiring electrode 12 and the support substrate 8 (intermediate layer 7 of the support member). Note that the area of the stress relaxation layer 13 is smaller than the area of the wiring electrode 12 when viewed in the lamination direction of the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 .
  • the material of the stress relaxation layer 13 is resin, for example.
  • the material of the stress relaxation layer 13 may be a metal such as Ti, Cu, Al, Au, or a laminate of metal and resin.
  • the material of the stress relaxation layer 13 may contain impurities other than these metals, resins, and laminates of metals and resins.
  • the stress relaxation layer 13 may be part of the wiring electrode 12 .
  • the stress relaxation layer 13 has a smaller elastic modulus than the intermediate layer 7 .
  • metal since it is ductile, it may have a large elastic modulus.
  • FIG. 15A is a diagram showing a bonding process of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment.
  • the intermediate layer 7 is formed on the support substrate 8 .
  • the intermediate layer 7 can be made of an appropriate insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, and alumina.
  • the piezoelectric layer 2 is laminated on the intermediate layer 7 to form a laminate.
  • FIG. 15B is a diagram showing the electrode forming process of the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment.
  • functional electrodes 30 are formed by a lift-off method or the like.
  • FIG. 15C is a diagram showing the etching process of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment. Next, by covering a part of the piezoelectric layer 2 with a resist and etching the piezoelectric layer 2 where the resist is not formed, the area of the piezoelectric layer 2 is reduced as shown in FIG. 15C.
  • FIG. 15D is a diagram showing a stress relaxation layer forming step in the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment.
  • a stress relieving layer 13 is formed on a portion of the piezoelectric layer 2 and on the intermediate layer 7 so as to surround the piezoelectric layer 2 .
  • FIG. 15E is a diagram showing a wiring electrode forming step in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment. As shown in FIG. 15E, the wiring electrode 12 connected to the functional electrode 30 is provided on the stress relieving layer 13 .
  • FIG. 15F is a diagram showing a cavity forming step in the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment. As shown in FIG. 15F, part of the support substrate 8 is etched from the side of the second main surface opposite to the first main surface on which the piezoelectric layer 2 is provided. Dry etching such as reactive ion etching is used for the etching process. The hollow portion 9 penetrates the support substrate 8 and partially exposes the intermediate layer 7 .
  • FIG. 15G is a diagram showing an intermediate layer etching step in the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment.
  • a portion of the intermediate layer 7 is etched to expose the piezoelectric layer 2 in the cavity 9, as shown in FIG. 15G.
  • the etching of the intermediate layer 7 is wet etching, for example.
  • the etchant of the intermediate layer 7 can easily permeate and the state of etching can be stabilized.
  • the cavity 9 is formed such that the inner wall of the opening 7a is separated from the position of the inner wall of the opening 8a. As a result, the stress relieving layer 13 is exposed to the cavity 9 .
  • the elastic wave device of the first embodiment is manufactured.
  • the method for manufacturing the acoustic wave device includes the bonding process, the electrode forming process, the piezoelectric layer etching process, the stress relaxation layer forming process, and the cavity forming process.
  • the bonding step the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 are bonded via the intermediate layer 7 .
  • the electrode forming step functional electrodes 30 are formed on at least one main surface of the piezoelectric layer 2 after the bonding step.
  • the piezoelectric layer etching step the piezoelectric layer 2 in the outer region outside the region where the functional electrodes are formed is etched.
  • the stress relaxation layer 13 is formed so as to overlap at least a portion of the piezoelectric layer 2 after the piezoelectric layer etching step.
  • the cavity 9 is formed so that the stress relieving layer 13 formed in the stress relieving layer forming step is exposed.
  • the acoustic wave device includes the support substrate 8 having a thickness in the first direction, the piezoelectric layer 2 provided in the first direction of the support substrate 8, and the piezoelectric layer 2 having a thickness in the first direction. and a functional electrode 30 provided in one direction.
  • the functional electrode 30 faces any one of the plurality of electrode fingers 3 extending in a second direction orthogonal to the first direction and a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. and a plurality of electrode fingers 4 extending in a direction.
  • a hollow portion 9 is provided between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 at a position at least partially overlapping the functional electrode 30 when viewed in the first direction.
  • the stress relaxation layer 13 overlaps the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 8a of the support substrate 8). Therefore, the stress relaxation layer 13 is interposed between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 .
  • the stress relief layer 13 relieves the stress between the support member and the piezoelectric layer 2, and cracks in the piezoelectric layer 2 are suppressed.
  • the stress relaxation layer 13 has a smaller elastic modulus than the intermediate layer 7 .
  • the stress relieving layer 13 bends, and the stress between the support member and the piezoelectric layer 2 is easily relieved.
  • the piezoelectric layer 2 When viewed in plan in the first direction, the piezoelectric layer 2 is smaller than the outer edge of the hollow portion 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7).
  • the stress relaxation layer 13 surrounds the edge 2e of the piezoelectric layer 2, and when viewed in the first direction, the stress relaxation layer 13 extends along the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7). Overlap. As a result, the piezoelectric layer 2 does not come into direct contact with the intermediate layer 7 , and the piezoelectric layer 2 is less likely to be distorted by the stress received from the intermediate layer 7 .
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is 2p or less, where p is the center-to-center distance between adjacent electrode fingers 3 and 4 among the plurality of electrode fingers 3 and 4. be.
  • the piezoelectric layer 2 contains lithium niobate or lithium tantalate. As a result, it is possible to provide an elastic wave device capable of obtaining good resonance characteristics.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer 2 are within the range of the following formula (1), formula (2), or formula (3). It is in. In this case, the fractional bandwidth can be widened sufficiently.
  • 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 ] ⁇ 180°) Equation (2) (0° ⁇ 10°, [180°-30°(1-( ⁇ -90) 2 /8100) 1/2 ] ⁇ 180°, arbitrary ⁇ ) Equation (3)
  • the elastic wave device 1 is configured to be able to use bulk waves in the thickness shear mode. As a result, it is possible to provide an elastic wave device with a high coupling coefficient and good resonance characteristics.
  • d/p 0.5, where d is the thickness of the piezoelectric layer 2 and p is the center-to-center distance between the adjacent electrode fingers 3 and 4 .
  • a more desirable aspect is that d/p is 0.24 or less. Thereby, the acoustic wave device 1 can be miniaturized and the Q value can be increased.
  • the region where the adjacent electrode fingers 3 and 4 overlap in the facing direction is the excitation region C, and the metallization of the plurality of electrode fingers 3 and the plurality of electrode fingers 4 to the excitation region C.
  • the ratio is MR, MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075 is satisfied. In this case, the fractional bandwidth can be reliably set to 17% or less.
  • the elastic wave device 301 is configured to be able to use plate waves. As a result, it is possible to provide an elastic wave device capable of obtaining good resonance characteristics.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a cross section of the elastic wave device according to the second embodiment. The second embodiment and its manufacturing method will be described below with reference to FIGS. 16 and 17A to 17H.
  • a frame-shaped through hole 2H is provided in the piezoelectric layer 2, and the stress relaxation layer 14 fills the through hole.
  • the stress relieving layer 14 is inside the opening 7a of the intermediate layer 7.
  • the stress relaxation layer 14 is interposed between the wiring electrode 12 and the support substrate 8 (support member).
  • the piezoelectric layer 2 is larger than the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 8a of the support substrate 8).
  • FIG. 17A is a diagram showing a bonding process of the method for manufacturing an elastic wave device according to the second embodiment.
  • the intermediate layer 7 is formed on the support substrate 8 .
  • the intermediate layer 7 can be made of an appropriate insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, and alumina.
  • the piezoelectric layer 2 is laminated on the intermediate layer 7 to form a laminate.
  • FIG. 17B is a diagram showing the electrode forming process of the method for manufacturing the elastic wave device according to the second embodiment.
  • functional electrodes 30 are formed by a lift-off method or the like.
  • FIG. 17C is a diagram showing the etching process of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment.
  • a part of the piezoelectric layer 2 is covered with a resist, and the piezoelectric layer 2 on which the resist is not formed is etched to form a through hole 2H in the piezoelectric layer 2 as shown in FIG. 17C.
  • the through hole 2H has a rectangular frame shape.
  • FIG. 17D is a diagram showing the first etching step of the intermediate layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the second embodiment.
  • the first etching of the intermediate layer 7 is wet etching, for example.
  • the etchant of intermediate layer 7 easily permeates intermediate layer 7 through through hole 2H, and a portion of intermediate layer 7 overlapping with through hole 2H is removed.
  • FIG. 17E is a diagram showing a stress relaxation layer forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the second embodiment.
  • a stress relieving layer 14 is formed on a portion around the piezoelectric layer 2 and on the through holes 2H so as to surround the inner piezoelectric layer 2 along the through holes 2H. be.
  • the stress relieving layer 14 fills the through hole 2H and the removed portion of the intermediate layer 7 .
  • FIG. 17F is a diagram showing a wiring electrode forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the second embodiment. As shown in FIG. 17F, the wiring electrodes 12 connected to the functional electrodes 30 are provided on the stress relieving layer 14 .
  • FIG. 17G is a diagram showing a cavity forming step in the method for manufacturing an elastic wave device according to the second embodiment. As shown in FIG. 17G, part of the support substrate 8 is etched from the side of the second main surface opposite to the first main surface on which the piezoelectric layer 2 is provided. Dry etching such as reactive ion etching is used for the etching process. The hollow portion 9 penetrates the support substrate 8 and partially exposes the intermediate layer 7 .
  • FIG. 17H is a diagram showing the second etching step of the intermediate layer in the method of manufacturing the elastic wave device according to the second embodiment.
  • a portion of the intermediate layer 7 is etched to expose the piezoelectric layer 2 in the cavity 9, as shown in FIG. 17H.
  • the second etching of the intermediate layer 7 is wet etching, for example.
  • the etchant of the intermediate layer 7 easily penetrates into the intermediate layer 7, and the etching state can be stabilized.
  • the intermediate layer 7 overlapping the portion (membrane portion) of the piezoelectric layer 2 overlapping the functional electrode 30 is removed, and the stress relieving layer 14 is exposed in the hollow portion 9 .
  • the elastic wave device of the second embodiment is manufactured.
  • the method for manufacturing an acoustic wave device includes a bonding process, an electrode forming process, a piezoelectric layer etching process, an intermediate layer first etching process, a stress relaxation layer forming process, and a cavity forming process.
  • the bonding step the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 are bonded via the intermediate layer 7 .
  • the electrode forming step functional electrodes 30 are formed on at least one main surface of the piezoelectric layer 2 after the bonding step.
  • the piezoelectric layer etching step the piezoelectric layer 2 in the outer region outside the region where the functional electrodes are formed is etched in a frame shape to form the through holes 2H.
  • the stress relaxation layer 14 is formed so as to overlap the through holes 2H.
  • the cavity 9 is formed so that the stress relieving layer 14 formed in the stress relieving layer forming step is exposed.
  • the acoustic wave device includes the support substrate 8 having a thickness in the first direction, the piezoelectric layer 2 provided in the first direction of the support substrate 8, and the piezoelectric layer 2 having a thickness in the first direction. and a functional electrode 30 provided in one direction.
  • the functional electrode 30 faces any one of the plurality of electrode fingers 3 extending in a second direction orthogonal to the first direction and a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. and a plurality of electrode fingers 4 extending in a direction.
  • a hollow portion 9 is provided between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 at a position at least partially overlapping the functional electrode 30 when viewed in the first direction.
  • a through hole 2H is provided through the piezoelectric layer 2, and the stress relaxation layer 13 is filled in the through hole 2H. Therefore, when viewed in plan in the first direction, the stress relieving layer 14 is arranged outside at least part of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 8a of the support substrate 8). The stress relaxation layer 14 is interposed between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 .
  • the stress relief layer 14 relieves the stress between the support member and the piezoelectric layer 2, and cracks in the piezoelectric layer 2 are suppressed.
  • the stress relieving layer 14 surrounds the cavity 9 , and the inner piezoelectric layer 2 on which the functional electrode 30 is formed is supported by the support substrate 8 via the stress relieving layer 14 .
  • the stress relieving layer 14 relieves the stress between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 , making it easier to suppress cracks in the piezoelectric layer 2 .
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of a cross section of the elastic wave device according to the third embodiment.
  • the third embodiment and its manufacturing method will be described below with reference to FIGS. 18 and 19A to 19I.
  • the stress relieving layer 15 of the third embodiment is located on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2.
  • a stress relieving layer 15 is embedded in the intermediate layer 7 .
  • the stress relaxation layer 15 is interposed between the wiring electrode 12 and the support substrate 8 (intermediate layer 7 of the support member).
  • the piezoelectric layer 2 is larger than the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 8a of the support substrate 8).
  • FIG. 19A is a diagram showing a stress relieving layer forming step in the method for manufacturing an elastic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 19A, a stress relieving layer 15 is formed on part of the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. As shown in FIG. 19A, a stress relieving layer 15 is formed on part of the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. As shown in FIG. 19A, a stress relieving layer 15 is formed on part of the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. As shown in FIG.
  • FIG. 19B is a diagram showing an intermediate layer forming step in the method for manufacturing an elastic wave device according to the third embodiment.
  • an intermediate layer 7 is formed to cover the piezoelectric layer 2 and stress relaxation layer 15 .
  • the intermediate layer 7 can be made of an appropriate insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, and alumina.
  • FIG. 19C is a diagram showing the planarization step of the intermediate layer in the method of manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment. Since the intermediate layer 7 has unevenness due to the stress relaxation layer 15, the surface is flattened by chemical mechanical polishing or the like.
  • FIG. 19D is a diagram showing the bonding process of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 19D, the piezoelectric layer 2 is laminated on the intermediate layer 7 to form a laminate.
  • FIG. 19E is a diagram showing a thinning step of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 19E, the thickness of the piezoelectric layer 2 is reduced by chemical mechanical polishing or the like.
  • FIG. 19F is a diagram showing the electrode forming process of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment.
  • functional electrodes 30 are formed by a lift-off method or the like.
  • FIG. 19G is a diagram showing a wiring electrode forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 19G, the wiring electrodes 12 connected to the functional electrodes 30 are provided on the stress relieving layer 15 .
  • FIG. 19H is a diagram showing the cavity forming step of the method for manufacturing the elastic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 19H, part of the support substrate 8 is etched from the side of the second main surface opposite to the first main surface on which the piezoelectric layer 2 is provided. Dry etching such as reactive ion etching is used for the etching process. The hollow portion 9 penetrates the support substrate 8 and partially exposes the intermediate layer 7 .
  • FIG. 19I is a diagram showing an intermediate layer etching step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the third embodiment.
  • a portion of the intermediate layer 7 is etched to expose the stress relieving layer 15 in the cavity 9, as shown in FIG. 19I.
  • the etching of the intermediate layer 7 is wet etching, for example.
  • the etchant of the intermediate layer 7 easily penetrates into the intermediate layer 7, and the etching state can be stabilized.
  • the intermediate layer 7 overlapping the portion (membrane portion) of the piezoelectric layer 2 overlapping the functional electrode 30 is removed, and the stress relaxation layer 15 is exposed in the hollow portion 9 .
  • FIG. 19J is a diagram showing a partial removal step of the stress relaxation layer in the method of manufacturing the acoustic wave device according to the third embodiment.
  • part of the stress relieving layer 15 is etched so that the piezoelectric layer 2 is exposed in the cavity 9 .
  • the etching of the stress relieving layer 15 is, for example, dry etching using a chlorine-based gas if the stress relieving layer 15 is made of Ti.
  • the stress relaxation layer 15 overlapping the portion (membrane portion) of the piezoelectric layer 2 overlapping the functional electrode 30 is removed, and the piezoelectric layer 2 is exposed in the hollow portion 9 .
  • the elastic wave device of the third embodiment is manufactured.
  • the stress relaxation layer forming process, the intermediate layer forming process, the bonding process, the piezoelectric layer thinning process, the electrode forming process, the cavity forming process, and the intermediate layer forming process are performed.
  • An etching step and a partial removal step of the stress relaxation layer are included.
  • the stress relaxation layer 15 is formed in the piezoelectric layer 2 in advance.
  • a relaxation layer 15 is embedded in the intermediate layer 7 .
  • the piezoelectric layer 2 is bonded to the support substrate 8 via the intermediate layer 7 in the bonding step, the stress relaxation layer 15 is sandwiched between the piezoelectric layer 2 and the support substrate 8 . After that, even if the thinning process of the piezoelectric layer is performed, the piezoelectric layer 2 is less likely to crack.
  • the piezoelectric layer 2 is not yet exposed. Therefore, the piezoelectric layer 2 is exposed by the step of partially removing the stress relaxation layer. Cracks in the piezoelectric layer 2 tend to occur at the edges of the cavity 9 , but in the third embodiment, the edges of the cavity 9 are surrounded by the stress relieving layer 15 . As a result, since the stress relaxation layer 13 softer than the support substrate 8 is interposed between the piezoelectric layer 2 and the support substrate 8, cracks in the piezoelectric layer 2 during manufacturing are suppressed.
  • the acoustic wave device includes the support substrate 8 having a thickness in the first direction, the piezoelectric layer 2 provided in the first direction of the support substrate 8, and the piezoelectric layer 2 having a thickness in the first direction. and a functional electrode 30 provided in one direction.
  • the functional electrode 30 faces any one of the plurality of electrode fingers 3 extending in a second direction orthogonal to the first direction and a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. and a plurality of electrode fingers 4 extending in a direction.
  • a hollow portion 9 is provided between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 at a position at least partially overlapping the functional electrode 30 when viewed in the first direction.
  • the interior of the intermediate layer 7 is filled with a stress relaxation layer 15 . Therefore, when viewed in plan in the first direction, the stress relieving layer 15 is arranged outside at least part of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 8a of the support substrate 8). The stress relieving layer 15 is interposed between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 at the edge of the hollow portion 9 .
  • the stress relief layer 15 relieves the stress between the support member and the piezoelectric layer 2, and cracks in the piezoelectric layer 2 are suppressed.
  • FIG. 20 is a plan view of an elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • 21 is a diagram showing a cross section along line XXI-XXI of FIG. 20.
  • FIG. The fourth embodiment and its manufacturing method will be described below with reference to FIGS. 20, 21 and 22A to 22F.
  • the hollow portion 9 is provided in the intermediate layer 7 .
  • the concave portion of the intermediate layer 7 becomes the hollow portion 9 .
  • the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7) is rectangular. edge).
  • the stress relaxation layer 13 is interposed between the wiring electrode 12 and the support substrate 8 (intermediate layer 7 of the support member).
  • the piezoelectric layer 2 is smaller than the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7).
  • the stress relieving layer 13 covers two sides of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7).
  • Two holes 9X communicating with the cavity 9 are exposed on two sides of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7) not covered by the stress relaxation layer 13. As shown in FIG.
  • FIG. 22A is a diagram showing a bonding process of the method for manufacturing an elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • the intermediate layer 7 is formed on the support substrate 8 .
  • the intermediate layer 7 can be made of an appropriate insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, and alumina.
  • a sacrificial layer 71 is buried inside the intermediate layer 7 .
  • the sacrificial layer 71 is made of a material that is more soluble in the etching solution than the material of the intermediate layer 7 .
  • the piezoelectric layer 2 is laminated on the intermediate layer 7 and the sacrificial layer 71 to form a laminate.
  • FIG. 22B is a diagram showing the etching process of the piezoelectric layer in the method of manufacturing the elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • a part of the piezoelectric layer 2 is covered with a resist, and the piezoelectric layer 2 on which the resist is not formed is etched, so that the sacrificial layer 71 is exposed outside the piezoelectric layer 2 as shown in FIG. 22B.
  • the sacrificial layer 71 surrounds the piezoelectric layer 2 in a rectangular frame shape.
  • FIG. 22C is a diagram showing the electrode forming process of the method for manufacturing the elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • functional electrodes 30 are formed by a lift-off method or the like.
  • FIG. 22D is a diagram showing a stress relieving layer forming step in the method for manufacturing an elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • the stress relieving layer 13 is formed partially around the piezoelectric layer 2 and on the sacrificial layer 71 and the intermediate layer 7 .
  • the stress relieving layers 13 are provided on two sides facing each other in the length direction (Y direction or second direction) of the electrode fingers. As a result, there is a sacrificial layer 71 that is not covered with the stress relieving layer 13 .
  • FIG. 22E is a diagram showing a wiring electrode forming step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the fourth embodiment. As shown in FIGS. 20, 21 and 22E, the wiring electrodes 12 connected to the functional electrodes 30 are provided on the stress relieving layer 13 .
  • FIG. 22F is a diagram showing a sacrificial layer etching step in the method for manufacturing an acoustic wave device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 when the sacrificial layer 71 is etched from the first main surface side of the support substrate 8 where the piezoelectric layer 2 is located, holes 9X are formed and the sacrificial layer 71 is removed by the etchant. Wet etching is used for the etching process.
  • the cavity 9 is formed where the sacrificial layer 71 was and is surrounded by the intermediate layer 7 .
  • the sacrificial layer etching process is a cavity forming process.
  • a method for manufacturing an acoustic wave device includes at least a bonding process, an electrode forming process, a piezoelectric layer etching process, a stress relaxation layer forming process, and a cavity forming process.
  • the bonding step an intermediate layer partially including a sacrificial layer 71 is interposed between the supporting substrate 8 and the piezoelectric layer 2 to overlap and bond them together.
  • the cavity forming step the sacrificial layer 71 is etched to form the cavity 9 having an outer edge larger than that of the piezoelectric layer 2 in plan view in the first direction.
  • the elastic wave device includes the support substrate 8 having a thickness in the first direction, the piezoelectric layer 2 provided in the first direction of the support substrate 8, and the piezoelectric layer 2 having a thickness in the first direction. and a functional electrode 30 provided in one direction.
  • the functional electrode 30 faces any one of the plurality of electrode fingers 3 extending in a second direction orthogonal to the first direction and a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. and a plurality of electrode fingers 4 extending in a direction.
  • a hollow portion 9 is provided between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 at a position at least partially overlapping the functional electrode 30 when viewed in the first direction.
  • the stress relaxation layer 13 overlaps the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7). Therefore, the stress relaxation layer 13 is interposed between the support substrate 8 and the piezoelectric layer 2 .
  • the stress relief layer 13 relieves the stress between the support member and the piezoelectric layer 2, and cracks in the piezoelectric layer 2 are suppressed.
  • FIG. 23 is a plan view of an elastic wave device according to a modification of the fourth embodiment.
  • 24 is a diagram showing a cross section along line XXIV-XXIV of FIG. 23.
  • the intermediate layer 7 is provided with the hollow portion 9 .
  • the concave portion of the intermediate layer 7 becomes the hollow portion 9 .
  • the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7) is rectangular. edge).
  • the stress relaxation layer 13 is interposed between the wiring electrode 12 and the support substrate 8 (intermediate layer 7 of the support member).
  • the piezoelectric layer 2 is smaller than the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7).
  • the stress relaxation layers 13 on the four sides of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7) cover the four corners of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7). Except for this, the outer edge of the hollow portion 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7) is covered. As a result, four holes 9X communicating with the cavity 9 are exposed at four corners of the outer edge of the cavity 9 (the edge of the opening 7a of the intermediate layer 7).
  • the stress relaxation layer 13 relaxes the stress between the support member and the piezoelectric layer 2, and cracks in the piezoelectric layer 2 are suppressed.
  • the stress relaxation layer 13 is arranged except for four corners, but the four corners may be covered with the stress relaxation layer 13 .
  • the functional electrode 30 may be a BAW element (Bulk Acoustic Wave element) having an upper electrode and a lower electrode.
  • the upper electrode and the lower electrode sandwich the piezoelectric layer 2 in the thickness direction.

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Abstract

弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板と、支持基板の第1方向に設けられた圧電層と、圧電層に設けられる機能電極と、圧電層に設けられる機能電極と、応力緩和層と、を備える。支持基板と記圧電層との間には、第1方向に平面視して、機能電極と少なくとも一部が重なる位置に空洞部が設けられている。第1方向に平面視して、応力緩和層は、空洞部の外縁に重なる。または、第1方向に平面視して、応力緩和層は、空洞部の外縁の少なくとも一部の外側に配置され、かつ、支持基板と圧電層との間に介在している。

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、空洞部と重なる圧電層の部分(メンブレン部)が支持部材(中間層または支持基板)と接触しており、クラックが発生する可能性がある。
 本開示は、上述した課題を解決するものであり、圧電層のクラックを抑制させることを目的とする。
 一態様に係る弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板と、前記支持基板の前記第1方向に設けられた圧電層と、前記圧電層に設けられる機能電極と、応力緩和層と、を備え、前記支持基板と前記圧電層との間には、前記第1方向に平面視して、前記機能電極と少なくとも一部が重なる位置に空洞部が設けられており、前記応力緩和層は、前記第1方向に平面視して、前記空洞部の外縁に重なるか、前記空洞部の外縁の少なくとも一部の外側に配置され、かつ、前記支持基板と前記圧電層との間に介在している。
 一態様に係る弾性波装置の製造方法は、第1方向に厚みを有する支持基板と、圧電層とを重ね合わせて一体化させる接合工程と、前記接合工程の後で、前記圧電層上に機能電極を形成する電極形成工程と、前記機能電極が形成された領域の外側の外側領域の前記圧電層をエッチングする圧電層のエッチング工程と、前記圧電層のエッチング工程後の前記圧電層の少なくとも一部の上に重なるように、応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程と、前記応力緩和層形成工程で形成された前記応力緩和層が露出するように空洞部を形成する空洞部形成工程と、を含む。
 本開示によれば、圧電層のクラックが抑制される。
図1Aは、本実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。 図1Bは、本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、本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、本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、本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、本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、本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、本実施形態の弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図である。 図9は、本実施形態の弾性波装置の、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す説明図である。 図10は、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11は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO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。 図12は、本実施形態に係る弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図である。 図13は、第1実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図14は、図13のXIV-XIV線に沿った断面を示す図である。 図15Aは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。 図15Bは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。 図15Cは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。 図15Dは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。 図15Eは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。 図15Fは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。 図15Gは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層エッチング工程を示す図である。 図16は、第2実施形態に係る弾性波装置の断面の例を示す図である。 図17Aは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。 図17Bは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。 図17Cは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。 図17Dは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の第1エッチング工程を示す図である。 図17Eは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。 図17Fは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。 図17Gは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。 図17Hは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の第2エッチング工程を示す図である。 図18は、第3実施形態に係る弾性波装置の断面の例を示す図である。 図19Aは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。 図19Bは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層形成工程を示す図である。 図19Cは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の平坦化工程を示す図である。 図19Dは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。 図19Eは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層の薄化工程を示す図である。 図19Fは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。 図19Gは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。 図19Hは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。 図19Iは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層のエッチング工程を示す図である。 図19Jは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層の一部除去工程を示す図である。 図20は、第4実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図21は、図20のXXI-XXI線に沿った断面を示す図である。 図22Aは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。 図22Bは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。 図22Cは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。 図22Dは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。 図22Eは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。 図22Fは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の犠牲層エッチング工程を示す図である。 図23は、第4実施形態の変形例に係る弾性波装置の平面図である。 図24は、図23のXXIV-XXIV線に沿った断面を示す図である。
 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。なお、本開示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変形例や第2実施の形態以降では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
 図1Aは、本実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。図1Bは、本実施形態の電極構造を示す平面図である。
 本実施形態の弾性波装置1は、LiNbOからなる圧電層2を有する。圧電層2は、LiTaOからなるものであってもよい。LiNbOやLiTaOのカット角は、本実施形態では、Zカットである。LiNbOやLiTaO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の主面2aと、第2の主面2bとを有する。第1の主面2a上に、電極指3及び電極指4が設けられている。
 ここで電極指3が「第1電極指」の一例であり、電極指4が「第2電極指」の一例である。図1A及び図1Bでは、複数の電極指3は、第1のバスバー電極5に接続されている複数の「第1電極指」である。複数の電極指4は、第2のバスバー電極6に接続されている複数の「第2電極指」である。複数の電極指3及び複数の電極指4は、互いに間挿し合っている。これにより、電極指3と、電極指4と、第1のバスバー電極5と、第2のバスバー電極6と、を備える機能電極30が構成される。このような機能電極30は、IDT(Interdigital Transuducer)電極ともいう。
 電極指3及び電極指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、電極指3と、電極指3と隣接する電極指4とが対向している。電極指3、電極指4の長さ方向、及び、電極指3、電極指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、電極指3と、電極指3と隣接する電極指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(または第1方向)とし、電極指3、電極指4の長さ方向をY方向(または第2方向)とし、電極指3、電極指4の直交する方向をX方向(または第3方向)として、説明することがある。
 また、電極指3、電極指4の長さ方向が図1A及び図1Bに示す電極指3、電極指4の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。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指3、電極指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において電極指3、電極指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指3と、他方電位に接続される電極指4とが隣り合う1対の構造が、上記電極指3、電極指4の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。
 ここで電極指3と電極指4とが隣り合うとは、電極指3と電極指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、電極指3と電極指4とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極指3と電極指4とが隣り合う場合、電極指3と電極指4との間には、他の電極指3、電極指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。
 電極指3と電極指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、電極指3と電極指4との間の中心間距離とは、電極指3の長さ方向と直交する方向における電極指3の幅寸法の中心と、電極指4の長さ方向と直交する方向における電極指4の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。
 さらに、電極指3、電極指4の少なくとも一方が複数本ある場合(電極指3、電極指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)、電極指3、電極指4の中心間距離は、1.5対以上の電極指3、電極指4のうち隣り合う電極指3、電極指4それぞれの中心間距離の平均値を指す。
 また、電極指3、電極指4の幅、すなわち電極指3、電極指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、電極指3と電極指4との間の中心間距離とは、電極指3の長さ方向と直交する方向における電極指3の寸法(幅寸法)の中心と、電極指4の長さ方向と直交する方向における電極指4の寸法(幅寸法)の中心とを結んだ距離となる。
 また、本実施形態では、Zカットの圧電層を用いているため、電極指3、電極指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(電極指3、電極指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の主面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対の電極指3、電極指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の主面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の主面2bに直接または間接に積層され得る。
 中間層7は、酸化ケイ素で形成されている。もっとも、中間層7は、酸化ケイ素の他、窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料で形成することができる。ここで、中間層7は「中間層」の一例である。
 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。
 上記複数の電極指3、電極指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。本実施形態では、電極指3、電極指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、密着層には、Ti膜以外を用いてもよい。
 駆動に際しては、複数の電極指3と、複数の電極指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、複数対の電極指3、電極指4のうちいずれかの隣り合う電極指3、電極指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、本実施形態のように電極指3、電極指4の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極指3、電極指4を1対の電極組とした場合に電極指3、電極指4が1.5対以上ある場合、隣り合う電極指3、電極指4の中心間距離pは、各隣り合う電極指3、電極指4の中心間距離の平均距離となる。
 本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、電極指3、電極指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、本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、本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の主面201aと、第2の主面201bとがあり、第1の主面201aと第2の主面201bとを結ぶ厚み方向がZ方向である。X方向は、機能電極30の電極指3、4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3、4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、本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の主面2aと第2の主面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、電極指3、電極指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、電極指3と電極指4との間に、電極指4が電極指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の主面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の主面2bとの間の領域である。
 弾性波装置1では、電極指3と電極指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、この電極指3、電極指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、上記電極指3がホット電位に接続される電極であり、電極指4がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極指3がグラウンド電位に、電極指4がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、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、本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LiNbO
 圧電層2の厚み:400nm
 励振領域C(図1B参照)の長さ:40μm
 電極指3、電極指4からなる電極の対数:21対
 電極指3と電極指4との間の中心間距離(ピッチ):3μm
 電極指3、電極指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、電極指3と電極指4の長さ方向と直交するX方向に視たときに、電極指3と電極指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の電極指3、電極指4の長さ方向に沿う寸法である。ここで、励振領域Cとは、「交差領域」の一例である。
 本実施形態では、電極指3、電極指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、電極指3と電極指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、電極指3と電極指4との電極の中心間距離をpとした場合、本実施形態では、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、本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2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、隣り合う電極指3、電極指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、隣り合う電極指3、電極指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2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、本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101では、圧電層2の第1の主面2a上において、電極指3と電極指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。
 弾性波装置1では、好ましくは、複数の電極指3、電極指4において、いずれかの隣り合う電極指3、電極指4が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域Cに対する、上記隣り合う電極指3、電極指4のメタライゼーション比MRが、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図8及び図9を参照して説明する。
 図8は、本実施形態の弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Bで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、d/p=0.08として、かつLiNbOのオイラー角(0°、0°、90°)とした。また、上記メタライゼーション比MR=0.35とした。
 メタライゼーション比MRを、図1Bを参照して説明する。図1Bの電極構造において、1対の電極指3、電極指4に着目した場合、この1対の電極指3、電極指4のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線で囲まれた部分が励振領域Cとなる。この励振領域Cとは、電極指3と電極指4とを、電極指3、電極指4の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極指3における電極指4と重なり合っている領域、電極指4における電極指3と重なり合っている領域、及び、電極指3と電極指4との間の領域における電極指3と電極指4とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域Cの面積に対する、励振領域C内の電極指3、電極指4の面積が、メタライゼーション比MRとなる。すなわち、メタライゼーション比MRは、メタライゼーション部分の面積の励振領域Cの面積に対する比である。
 なお、複数対の電極指3、電極指4が設けられている場合、励振領域Cの面積の合計に対する全励振領域Cに含まれているメタライゼーション部分の割合をMRとすればよい。
 図9は、本実施形態の弾性波装置の、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す説明図である。なお、比帯域については、圧電層2の膜厚や電極指3、電極指4の寸法を種々変更し、調整した。また、図9は、ZカットのLiNbOからなる圧電層2を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層2を用いた場合においても、同様の傾向となる。
 図9中の楕円Jで囲まれている領域では、スプリアスが1.0と大きくなっている。図9から明らかなように、比帯域が0.17を超えると、すなわち17%を超えると、スプリアスレベルが1以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図8に示す共振特性のように、矢印Bで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は17%以下であることが好ましい。この場合には、圧電層2の膜厚や電極指3、電極指4の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
 図10は、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。本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10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10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。
 図11は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO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。図11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)/900)1/2)または(0°±10°、20°~80°、[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
 (0°±10°、[180°-30°(1-(ψ-90)/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。
 図12は、本実施形態に係る弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図である。図12において、空洞部9の外周縁を破線で示す。本開示の弾性波装置は、板波を利用するものであってもよい。この場合、図12に示すように、弾性波装置301は、反射器310、311を有する。反射器310、311は、圧電層2の電極指3、4の弾性波伝搬方向両側に設けられる。弾性波装置301では、空洞部9上の電極指3、4に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。このとき、反射器310、311が両側に設けられているため、板波としてのラム波による共振特性を得ることができる。
 以上説明したように、弾性波装置1、101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、101では、電極指3及び電極指4は隣り合う電極同士であり、圧電層2の厚みをd、電極指3及び電極指4の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下とされている。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、101では、圧電層2がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムで形成されている。圧電層2の第1の主面2aまたは第2の主面2bには、圧電層2の厚み方向に交差する方向において対向する電極指3及び電極指4があり、電極指3及び電極指4の上を保護膜で覆うことが望ましい。
(第1実施形態)
 図13は、第1実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図14は、図13のXIV-XIV線に沿った断面を示す図である。なお、図13に示す例では、図12の第1のバスバー電極5、第2のバスバー電極6は、圧電層2の第1の主面2aに設けられた配線電極12と接続されているが、単なる一例である。
 図13及び図14に示すように、第1実施形態に係る弾性波装置では、支持基板8の、Z方向の圧電層2側の面に、空洞部9が設けられている。空洞部9は、Z方向に平面視して矩形であり、機能電極30と少なくとも一部が重なるように設けられる。図14に示すように、空洞部9は、圧電層2と、中間層7と、支持基板8とに囲まれた空間となっている。中間層7及び支持基板8は、枠状の形状を有し、開口部7a、開口部8aを有する。支持基板8は、例えばシリコン基板である。中間層7は、例えば酸化ケイ素である。支持基板8と、中間層7とは、支持部材となる。また、圧電層は例えば、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含む。圧電層2が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムと、不可避不純物とを含んでいてもよい。機能電極30は、ここでは対向する第1のバスバー電極5、第2のバスバー電極6と、第1のバスバー電極5に接続される電極指3と、第2のバスバー電極6に接続される電極指4と、を有するIDT電極である。第1実施形態では、機能電極30は、圧電層2の第1の主面2aに設けられているが、圧電層2の第1の主面2aとは反対側の第2の主面に設けられてもよい。
 図13に示すように、開口部8aは、開口部7aの内側にある。圧電層2の縁部2eは、開口部7aの内側にある。圧電層2の縁部2eと、中間層7の開口部7aとの間には、応力緩和層13があり、応力緩和層13が中間層7に積層されている。そして、圧電層2の縁部2eの全ては、応力緩和層13で囲まれている。図14に示す空洞部9と重なる圧電層2の部分(メンブレン部)の面積は、図13に示すように中間層7の開口部7aの面積より小さい。応力緩和層13の上には、機能電極30に接続される配線電極12が設けられている。応力緩和層13は、配線電極12と支持基板8(支持部材の中間層7)との間に介在している。なお、支持基板8と圧電層2との積層方向に見て、応力緩和層13の面積は、配線電極12の面積より小さい。
 応力緩和層13の材料は例えば、樹脂である。なお、応力緩和層13の材料は、Ti、Cu、Al、Auなどの金属や、金属と樹脂との積層体であってもよい。また、応力緩和層13の材料には、これら金属、樹脂、金属と樹脂との積層体以外に不純物が含まれていてもよい。応力緩和層13が金属である場合、応力緩和層13が配線電極12の一部となっていてもよい。応力緩和層13は、中間層7よりも弾性率が小さいことが、圧電層2のクラックを抑制するために、望ましい。但し、金属の場合は、延性があるので、弾性率が大きくても良い。
 以下、図15Aから図15Fを参照しつつ、第1実施形態の弾性波装置の製造方法を説明する。
 図15Aは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。図15Aに示すように、支持基板8に中間層7を形成する。中間層7は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料で形成することができる。中間層7に重ねて、圧電層2が積層され、積層体が形成される。
 図15Bは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。次に、図15Bに示すように、リフトオフ法などにより機能電極30を形成する。
 図15Cは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。次に、圧電層2の一部にレジストを覆い、レジストが形成されていない圧電層2がエッチングされることで、図15Cに示すように、圧電層2の面積が小さくなる。
 図15Dは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。次に、図15Dに示すように、圧電層2の周りの一部と、中間層7との上に、圧電層2を囲むように、応力緩和層13が形成される。
 図15Eは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。図15Eに示すように、応力緩和層13の上には、機能電極30に接続される配線電極12が設けられている。
 図15Fは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。図15Fに示すように、支持基板8の、圧電層2がある第1主面とは反対側の第2主面側から、支持基板8の一部をエッチングする。エッチング処理は、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングが用いられる。空洞部9は支持基板8を貫通し、中間層7の一部が露出する。
 図15Gは、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層エッチング工程を示す図である。図15Gに示すように、中間層7の一部をエッチングして、圧電層2が空洞部9に露出するようにする。中間層7のエッチングは、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。これにより、応力緩和層13が空洞部9に露出する。以上により、第1実施形態の弾性波装置が製造される。
 このように、第1実施形態に係る弾性波装置の製造方法は、接合工程、電極形成工程、圧電層のエッチング工程、応力緩和層形成工程及び空洞部形成工程を含む。接合工程では、支持基板8と圧電層2とが中間層7を介して接合される。電極形成工程では、接合工程の後で、圧電層2の少なくとも1つの主面上に機能電極30が形成される。圧電層のエッチング工程では、機能電極が形成された領域の外側の外側領域の圧電層2をエッチングする。応力緩和層形成工程では、圧電層のエッチング工程後の圧電層2の少なくとも一部の上に重なるように、応力緩和層13が形成される。空洞部形成工程では、応力緩和層形成工程で形成された応力緩和層13が露出するように空洞部9を形成する。これにより、支持基板8よりも柔らかい応力緩和層13が圧電層2と支持基板8との間に介在することから、製造時の圧電層2のクラックが抑制される。
 以上説明したように、第1実施形態に係る弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板8と、支持基板8の第1方向に設けられた圧電層2と、圧電層2の第1方向に設けられ、機能電極30と、を備える。機能電極30は、第1方向に直交する第2方向に延びる複数の電極指3と、第1方向及び第2方向に直交する第3方向について複数の電極指3のいずれかと対向し、第2方向に延びる複数の電極指4と、を有する。支持基板8と圧電層2との間には、第1方向に平面視して、機能電極30と少なくとも一部が重なる位置に空洞部9が設けられている。第1方向に平面視して、応力緩和層13は、空洞部9の外縁(支持基板8の開口部8aの縁)に重なる。このため、応力緩和層13は、支持基板8と圧電層2との間に介在している。
 したがって、応力緩和層13が支持部材と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックが抑制される。
 望ましい態様として、応力緩和層13は、中間層7よりも弾性率が小さい。これにより、応力緩和層13が撓み、支持部材と圧電層2との間との応力を緩和しやすくなる。
 第1方向に平面視して、圧電層2は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)よりも小さい。そして、応力緩和層13は、圧電層2の縁部2eを囲み、第1方向に平面視して、応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)に重なる。これにより、圧電層2が直接中間層7に接することがなくなり、圧電層2が中間層7から受ける応力で歪みにくい。
 望ましい態様として、複数の電極指3と複数の電極指4のうち、隣り合う電極指3と電極指4との間の中心間距離をpとした場合、圧電層2の厚みは、2p以下である。これにより、弾性波装置1を小型化でき、かつQ値を高めることができる。
 より望ましい態様として、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、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。
 さらに望ましい態様として、圧電層2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。この場合、比帯域を十分に広くすることができる。
 (0°±10°、0°~20°、任意のψ)  …式(1)
 (0°±10°、20°~80°、0°~60°(1-(θ-50)/900)1/2) または (0°±10°、20°~80°、[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
 (0°±10°、[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°、任意のψ)  …式(3)
 望ましい態様として、弾性波装置1は、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。
 より望ましい態様として、圧電層2の厚みをd、隣り合う電極指3と電極指4との中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5である。これにより、弾性波装置1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が0.24以下である。これにより、弾性波装置1を小型化でき、かつQ値を高めることができる。
 望ましい態様として、隣り合う電極指3及び電極指4が対向している方向において重なっている領域が励振領域Cであり、励振領域Cに対する、複数の電極指3及び複数の電極指4のメタライゼーション比をMRとしたときに、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たす。この場合、比帯域を確実に17%以下にすることができる。
 望ましい態様として、弾性波装置301は、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。
(第2実施形態)
 図16は、第2実施形態に係る弾性波装置の断面の例を示す図である。以下、図16、図17Aから図17Hを参照しつつ、第2実施形態及びその製造方法を説明する。
 第2実施形態に係る弾性波装置は、圧電層2に枠状の貫通孔2Hが設けられ、応力緩和層14が貫通孔を埋めている。これにより、応力緩和層14が中間層7の開口部7aの内側にある。応力緩和層14は、配線電極12と支持基板8(支持部材)との間に介在している。圧電層2は、空洞部9の外縁(支持基板8の開口部8aの縁)よりも大きい。
 図17Aは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。図17Aに示すように、支持基板8に中間層7を形成する。中間層7は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料で形成することができる。中間層7に重ねて、圧電層2が積層され、積層体が形成される。
 図17Bは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。次に、図17Bに示すように、リフトオフ法などにより機能電極30を形成する。
 図17Cは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。次に、圧電層2の一部にレジストを覆い、レジストが形成されていない圧電層2がエッチングされることで、図17Cに示すように、圧電層2の貫通孔2Hが形成される。貫通孔2Hは、矩形の枠状である。
 図17Dは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の第1エッチング工程を示す図である。中間層7の第1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、貫通孔2Hを介して、中間層7のエッチャントが中間層7へ容易に浸透し、貫通孔2Hと重なる中間層7の一部が除去される。
 図17Eは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。次に、図17Eに示すように、圧電層2の周りの一部と、貫通孔2Hの上に、貫通孔2Hに沿って内側の圧電層2を囲むように、応力緩和層14が形成される。応力緩和層14は、貫通孔2Hと中間層7の除去された部分を埋める。
 図17Fは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。図17Fに示すように、応力緩和層14の上には、機能電極30に接続される配線電極12が設けられている。
 図17Gは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。図17Gに示すように、支持基板8の、圧電層2がある第1主面とは反対側の第2主面側から、支持基板8の一部をエッチングする。エッチング処理は、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングが用いられる。空洞部9は支持基板8を貫通し、中間層7の一部が露出する。
 図17Hは、第2実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の第2エッチング工程を示す図である。図17Hに示すように、中間層7の一部をエッチングして、圧電層2が空洞部9に露出するようにする。中間層7の第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のエッチャントが中間層7へ容易に浸透し、エッチングの状態を安定させることができる。機能電極30と重なる圧電層2の部分(メンブレン部)に重なる中間層7は除去され、応力緩和層14が空洞部9に露出する。以上により、第2実施形態の弾性波装置が製造される。
 このように、弾性波装置の製造方法では、接合工程、電極形成工程、圧電層のエッチング工程、中間層の第1エッチング工程、応力緩和層形成工程及び空洞部形成工程を含む。接合工程では、支持基板8と圧電層2とが中間層7を介して接合される。電極形成工程では、接合工程の後で、圧電層2の少なくとも1つの主面上に機能電極30が形成される。圧電層のエッチング工程では、機能電極が形成された領域の外側の外側領域の圧電層2を枠状にエッチングし、貫通孔2Hを形成する。応力緩和層形成工程では、貫通孔2Hに重なるように、応力緩和層14が形成される。空洞部形成工程では、応力緩和層形成工程で形成された応力緩和層14が露出するように空洞部9を形成する。これにより、支持基板8よりも柔らかい応力緩和層14が圧電層2と支持基板8との間に介在することから、製造時の圧電層2のクラックが抑制される。
 以上説明したように、第2実施形態に係る弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板8と、支持基板8の第1方向に設けられた圧電層2と、圧電層2の第1方向に設けられ、機能電極30と、を備える。機能電極30は、第1方向に直交する第2方向に延びる複数の電極指3と、第1方向及び第2方向に直交する第3方向について複数の電極指3のいずれかと対向し、第2方向に延びる複数の電極指4と、を有する。支持基板8と圧電層2との間には、第1方向に平面視して、機能電極30と少なくとも一部が重なる位置に空洞部9が設けられている。圧電層2を貫通する貫通孔2Hが設けられ、貫通孔2Hには、応力緩和層13が充填されている。このため、第1方向に平面視して、応力緩和層14は、空洞部9の外縁(支持基板8の開口部8aの縁)の少なくとも一部の外側に配置されている。そして、応力緩和層14は、支持基板8と圧電層2との間に介在している。
 したがって、応力緩和層14が支持部材と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックが抑制される。
 望ましい態様として、応力緩和層14は、空洞部9を囲み、機能電極30が形成されている内側の圧電層2は、応力緩和層14を介して支持基板8に支持される。応力緩和層14が支持基板8と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックを抑制しやすくなる。
(第3実施形態)
 図18は、第3実施形態に係る弾性波装置の断面の例を示す図である。以下、図18、図19Aから図19Iを参照しつつ、第3実施形態及びその製造方法を説明する。
 第3実施形態の応力緩和層15は、圧電層2の第2の主面2b側にある。応力緩和層15は、中間層7に埋め込まれている。応力緩和層15は、配線電極12と支持基板8(支持部材の中間層7)との間に介在している。圧電層2は、空洞部9の外縁(支持基板8の開口部8aの縁)よりも大きい。
 図19Aは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。図19Aに示すように、圧電層2の第2の主面2bの一部に応力緩和層15を形成する。
 図19Bは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層形成工程を示す図である。図19Bに示すように、圧電層2及び応力緩和層15を覆うように、中間層7が形成される。中間層7は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料で形成することができる。
 図19Cは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層の平坦化工程を示す図である。中間層7には、応力緩和層15に起因する凹凸ができているので、化学機械研磨などにより、表面を平坦化する。
 図19Dは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。図19Dに示すように、中間層7に重ねて、圧電層2が積層され、積層体が形成される。
 図19Eは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層の薄化工程を示す図である。図19Eに示すように、化学機械研磨などにより、圧電層2の厚みを薄くする。
 図19Fは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。次に、図19Fに示すように、リフトオフ法などにより機能電極30を形成する。
 図19Gは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。図19Gに示すように、応力緩和層15の上には、機能電極30に接続される配線電極12が設けられている。
 図19Hは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の空洞形成工程を示す図である。図19Hに示すように、支持基板8の、圧電層2がある第1主面とは反対側の第2主面側から、支持基板8の一部をエッチングする。エッチング処理は、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングが用いられる。空洞部9は支持基板8を貫通し、中間層7の一部が露出する。
 図19Iは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の中間層のエッチング工程を示す図である。図19Iに示すように、中間層7の一部をエッチングして、応力緩和層15が空洞部9に露出するようにする。中間層7のエッチングは、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のエッチャントが中間層7へ容易に浸透し、エッチングの状態を安定させることができる。機能電極30と重なる圧電層2の部分(メンブレン部)に重なる中間層7は除去され、応力緩和層15が空洞部9に露出する。
 図19Jは、第3実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層の一部除去工程を示す図である。図19Jに示すように、応力緩和層15の一部をエッチングして、圧電層2が空洞部9に露出するようにする。応力緩和層15のエッチングは、応力緩和層15がTiであれば、例えば、塩素系ガスによるドライエッチングである。機能電極30と重なる圧電層2の部分(メンブレン部)に重なる応力緩和層15は除去され、圧電層2が空洞部9に露出する。以上により、第3実施形態の弾性波装置が製造される。
 このように、第3実施形態の弾性波装置の製造方法では、応力緩和層形成工程、中間層形成工程、接合工程、圧電層の薄化工程、電極形成工程、空洞部形成工程、中間層のエッチング工程及び応力緩和層の一部除去工程を含む。応力緩和層形成工程では、圧電層2の第2の主面2b側に応力緩和層15を形成するため、予め圧電層2に応力緩和層15を形成しておき、中間層形成工程で、応力緩和層15が中間層7に埋め込まれる。このため、接合工程で、圧電層2が中間層7を介して支持基板8に接合されると、応力緩和層15が圧電層2と支持基板8とに挟まれる。その後、圧電層の薄化工程が行われても、圧電層2のクラックが生じにくい。
 空洞部形成工程及び中間層のエッチング工程によれば、空洞部9大部分が形成されるが、第3実施形態では、未だ圧電層2が露出しない。このため、応力緩和層の一部除去工程により、圧電層2が露出する。圧電層2のクラックは、空洞部9の縁で生じやすいが、第3実施形態では、空洞部9の縁は、応力緩和層15で囲まれる。これにより、支持基板8よりも柔らかい応力緩和層13が圧電層2と支持基板8との間に介在することから、製造時の圧電層2のクラックが抑制される。
 以上説明したように、第3実施形態に係る弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板8と、支持基板8の第1方向に設けられた圧電層2と、圧電層2の第1方向に設けられ、機能電極30と、を備える。機能電極30は、第1方向に直交する第2方向に延びる複数の電極指3と、第1方向及び第2方向に直交する第3方向について複数の電極指3のいずれかと対向し、第2方向に延びる複数の電極指4と、を有する。支持基板8と圧電層2との間には、第1方向に平面視して、機能電極30と少なくとも一部が重なる位置に空洞部9が設けられている。中間層7の内部には、応力緩和層15が充填されている。このため、第1方向に平面視して、応力緩和層15は、空洞部9の外縁(支持基板8の開口部8aの縁)の少なくとも一部の外側に配置されている。そして、応力緩和層15は、空洞部9の縁において、支持基板8と圧電層2との間に介在している。
 したがって、応力緩和層15が支持部材と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックが抑制される。
(第4実施形態)
 図20は、第4実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図21は、図20のXXI-XXI線に沿った断面を示す図である。以下、図20、図21、図22Aから図22Fを参照しつつ、第4実施形態及びその製造方法を説明する。
 第4実施形態に係る弾性波装置は、中間層7に空洞部9が設けられている。中間層7の凹部が空洞部9になる。第1方向に平面視して、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)は矩形であり、応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の2辺を覆う。応力緩和層13は、配線電極12と支持基板8(支持部材の中間層7)との間に介在している。
 圧電層2は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)よりも小さい。応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の2つの辺を覆う。応力緩和層13が覆っていない空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の2つの辺には、空洞部9へ連通する2つの孔9Xが露出する。
 図22Aは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の接合工程を示す図である。図22Aに示すように、支持基板8に中間層7を形成する。中間層7は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料で形成することができる。中間層7の内部には、犠牲層71が埋めこまれている。犠牲層71には、エッチング液に対し、中間層7の材料よりも溶解しやすい材料が使用される。次に、中間層7及び犠牲層71に重ねて、圧電層2が積層され、積層体が形成される。
 図22Bは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の圧電層のエッチング工程を示す図である。次に、圧電層2の一部にレジストを覆い、レジストが形成されていない圧電層2がエッチングされることで、図22Bに示すように、圧電層2の外側に犠牲層71が露出する。犠牲層71は、圧電層2の周りを矩形の枠状で囲む。
 図22Cは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の電極形成工程を示す図である。次に、図22Bに示すように、リフトオフ法などにより機能電極30を形成する。
 図22Dは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の応力緩和層形成工程を示す図である。次に、図22Dに示すように、圧電層2の周りの一部と、犠牲層71及び中間層7の上に、応力緩和層13が形成される。図20に示すように、応力緩和層13は、電極指の長さ方向(Y方向または第2方向)に対向する2辺にそれぞれ設けられる。これにより、応力緩和層13に覆われない犠牲層71がある。
 図22Eは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の配線電極形成工程を示す図である。図20、図21及び図22Eに示すように、応力緩和層13の上には、機能電極30に接続される配線電極12が設けられている。
 図22Fは、第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法の犠牲層エッチング工程を示す図である。図20に示すように、支持基板8の、圧電層2がある第1主面側から、犠牲層71をエッチングすると、孔9Xが生じ、エッチング液が犠牲層71を除去する。エッチング処理は、ウェットエッチングが用いられる。図22Fに示すように、空洞部9は犠牲層71があった部分にできて、中間層7に囲まれる。このように犠牲層エッチング工程は、空洞形成工程である。
 第4実施形態に係る弾性波装置の製造方法は、接合工程、電極形成工程、圧電層のエッチング工程、応力緩和層形成工程及び空洞部形成工程を少なくとも含む。第4実施形態では、接合工程において、支持基板8と、圧電層2との間に、一部に犠牲層71を含む中間層を挟んで重ね合わせて一体化させて接合する。そして、空洞部形成工程では、犠牲層71をエッチングすることで、第1方向に平面視して、圧電層2よりも外縁が大きい空洞部9が形成される。
 以上説明したように、第4実施形態に係る弾性波装置は、第1方向に厚みを有する支持基板8と、支持基板8の第1方向に設けられた圧電層2と、圧電層2の第1方向に設けられ、機能電極30と、を備える。機能電極30は、第1方向に直交する第2方向に延びる複数の電極指3と、第1方向及び第2方向に直交する第3方向について複数の電極指3のいずれかと対向し、第2方向に延びる複数の電極指4と、を有する。支持基板8と圧電層2との間には、第1方向に平面視して、機能電極30と少なくとも一部が重なる位置に空洞部9が設けられている。図20に示すように、第1方向に平面視して、応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)に重なる。このため、応力緩和層13は、支持基板8と圧電層2との間に介在している。
 したがって、応力緩和層13が支持部材と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックが抑制される。
 図23は、第4実施形態の変形例に係る弾性波装置の平面図である。図24は、図23のXXIV-XXIV線に沿った断面を示す図である。第4実施形態の変形例に係る弾性波装置は、中間層7に空洞部9が設けられている。中間層7の凹部が空洞部9になる。第1方向に平面視して、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)は矩形であり、応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の4辺を覆う。応力緩和層13は、配線電極12と支持基板8(支持部材の中間層7)との間に介在している。
 圧電層2は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)よりも小さい。空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の4辺にある応力緩和層13は、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の4辺の角部を除き、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)を覆う。これにより、空洞部9の外縁(中間層7の開口部7aの縁)の4辺の角部には、空洞部9へ連通する4つの孔9Xが露出する。第4実施形態の変形例に係る弾性波装置では、応力緩和層13が支持部材と圧電層2との間との応力を緩和し、圧電層2のクラックが抑制される。なお、図23では、応力緩和層13の配置は、4辺の角部を除いているが、4辺の角部が応力緩和層13で被覆されていてもよい。
 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。
 例えば、機能電極30は、上部電極及び下部電極を有するBAW素子(Bulk Acoustic Wave 素子)であってもよい。上部電極と下部電極とは、圧電層2を厚み方向に挟む。
1、101、301 弾性波装置
2 圧電層
2a 第1の主面
2b 第2の主面
2H 貫通孔
3 電極指(第1の電極指)
4 電極指(第2の電極指)
5 第1のバスバー電極
6 第2のバスバー電極
7 中間層
8 支持基板
9 空洞部
9X 孔
12 配線電極
13、14、15 応力緩和層
30 機能電極
71 犠牲層
201 圧電層

Claims (23)

  1.  第1方向に厚みを有する支持基板と、
     前記支持基板の前記第1方向に設けられた圧電層と、
     前記圧電層に設けられる機能電極と、
     応力緩和層と、
     を備え、
     前記支持基板と前記圧電層との間には、前記第1方向に平面視して、前記機能電極と少なくとも一部が重なる位置に空洞部が設けられており、
     前記応力緩和層は、前記第1方向に平面視して、前記空洞部の外縁に重なるか、前記空洞部の外縁の少なくとも一部の外側に配置され、かつ、前記支持基板と前記圧電層との間に介在している、弾性波装置。
  2.  前記機能電極に電気的に接続される配線電極をさらに備え、前記応力緩和層は、前記配線電極と前記支持基板との間に介在している、請求項1に記載の弾性波装置。
  3.  前記応力緩和層は、樹脂、金属、あるいは、樹脂と金属との積層体を含む、請求項1に記載の弾性波装置。
  4.  前記支持基板と前記圧電層との間には、中間層があり、
     前記応力緩和層は、前記中間層よりも弾性率が小さい、請求項1に記載の弾性波装置。
  5.  前記第1方向に平面視して、前記圧電層は、前記空洞部の外縁よりも小さく、
     前記応力緩和層は、前記圧電層を囲み、前記第1方向に平面視して、前記空洞部の外縁に重なる、請求項1に記載の弾性波装置。
  6.  前記第1方向に平面視して、前記圧電層は、前記空洞部の外縁よりも大きく、
     前記応力緩和層は、前記空洞部を囲み、前記空洞部の外縁の外側に配置される、請求項1に記載の弾性波装置。
  7.  前記支持基板と前記圧電層との間には、中間層があり、
     前記空洞部は、前記中間層の凹部である、請求項5に記載の弾性波装置。
  8.  前記第1方向に平面視して、前記空洞部の外縁は矩形であり、前記応力緩和層は、前記空洞部の外縁の少なくとも2辺を覆う請求項1に記載の弾性波装置。
  9.  前記第1方向に平面視して、前記応力緩和層は、前記空洞部の外縁の対向する2辺を覆う、請求項8に記載の弾性波装置。
  10.  前記支持基板と前記圧電層との間には、中間層があり、
     前記圧電層を貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔には、前記応力緩和層が充填されている、請求項1に記載の弾性波装置。
  11.  前記支持基板と前記圧電層との間には、中間層があり、
     前記第1方向に平面視して、前記空洞部の外縁は矩形であり、
     前記第1方向に平面視して、前記圧電層は、前記空洞部の外縁よりも小さく、
     前記第1方向に平面視して、前記応力緩和層は、前記空洞部の外縁の角部を除き、前記空洞部の外縁を覆う、請求項1に記載の弾性波装置。
  12.  前記機能電極は、前記第1方向に交差する第2方向に延びる1以上の第1電極指と、前記第2方向に直交する第3方向に前記1以上の第1電極指のいずれかと対向し、前記第2方向に延びる1以上の第2電極指と、を有する、請求項1から11のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  13.  前記圧電層の厚みは、前記1以上の第1電極指と前記1以上の第2電極指のうち、隣り合う第1電極指と第2電極指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11に記載の弾性波装置。
  14.  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13に記載の弾性波装置。
  15.  厚み滑りモードのバルク波を利用可能な構成である、請求項14に記載の弾性波装置。
  16.  前記圧電層の厚みをd、前記1以上の第1電極指と前記1以上の第2電極指のうち、隣り合う第1電極指と第2電極指との中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5である、請求項12に記載の弾性波装置。
  17.  d/pが0.24以下である、請求項16に記載の弾性波装置。
  18.  前記第3方向に視たときに重なっている領域が励振領域であり、前記励振領域に対する、前記1以上の第1電極指及び前記1以上の第2電極指のメタライゼーション比をMRとしたときに、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たす、請求項12に記載の弾性波装置。
  19.  板波を利用可能な構成である、請求項12に記載の弾性波装置。
  20.  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み、
     前記ニオブ酸リチウムまたは前記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12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)/900)1/2) または (0°±10°、20°~80°、[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
     (0°±10°、[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°、任意のψ)  …式(3)
  21.  第1方向に厚みを有する支持基板と、圧電層とを重ね合わせて一体化させる接合工程と、
     前記接合工程の後で、前記圧電層に機能電極を形成する電極形成工程と、
     前記機能電極が形成された領域の外側の外側領域の前記圧電層をエッチングする圧電層のエッチング工程と、
     前記圧電層のエッチング工程後の前記圧電層の少なくとも一部の上に重なるように、応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程と、
     前記応力緩和層形成工程で形成された前記応力緩和層が露出するように空洞部を形成する空洞部形成工程と、
     を含む、弾性波装置の製造方法。
  22.  前記空洞部形成工程では、前記支持基板の前記圧電層がある側とは反対側の面から、前記第1方向に平面視して、前記圧電層よりも外縁が大きい前記空洞部が前記支持基板をエッチングして形成される、請求項21に記載の弾性波装置の製造方法。
  23.  前記接合工程において、前記支持基板と、前記圧電層との間に、一部に犠牲層を含む中間層を挟んで重ね合わせて一体化させ、
     前記空洞部形成工程では、前記犠牲層をエッチングして、前記第1方向に平面視して、前記圧電層よりも外縁が大きい前記空洞部が形成される、請求項21に記載の弾性波装置の製造方法。
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