WO2022259934A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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健太郎 中村
哲也 木村
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/02897—Means for compensation or elimination of undesirable effects of strain or mechanical damage, e.g. strain due to bending influence

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic wave device having an aluminum nitride film containing scandium.
  • Patent Document 1 discloses a BAW (Bulk Acoustic Wave) device using an aluminum nitride film to which scandium is added.
  • BAW Bulk Acoustic Wave
  • electrodes for applying an AC electric field are provided on the upper and lower surfaces of the ScAlN film.
  • a cavity is provided below the ScAlN film.
  • Patent Document 2 listed below.
  • the piezoelectricity improves as the concentration of Sc increases.
  • the ScAlN film may warp or peel off.
  • the characteristics of the elastic wave device may deteriorate.
  • the piezoelectric characteristics may deteriorate.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave device having an aluminum nitride film containing scandium, which is less likely to warp or peel off, and less likely to deteriorate in piezoelectric characteristics.
  • the present invention includes an aluminum nitride film containing scandium and an electrode provided on the aluminum nitride film containing scandium, wherein the aluminum nitride film containing scandium includes: An elastic wave device having at least one portion where the orientation in the 90° direction is rotated by 30° ⁇ 5° or 15° ⁇ 5° with respect to the c-axis direction of the crystal, which is substantially the film thickness direction of the film. is.
  • an elastic wave device having an aluminum nitride film containing scandium, which is less likely to warp or peel off, and less likely to deteriorate in piezoelectric characteristics.
  • FIG. 1(a) and 1(b) are a front cross-sectional view and a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a photograph of an inverse pole figure orientation map showing the crystal orientation distribution in the aluminum nitride film containing scandium in the acoustic wave device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic front cross-sectional view for explaining a portion where the crystal orientation in the inverse pole figure orientation map shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic front cross-sectional view showing a portion of the schematic front cross-sectional view shown in FIG. 3 in which the crystal orientations of adjacent portions are rotated by 30° in the cross section in the thickness direction.
  • FIG. 1(a) and 1(b) are a front cross-sectional view and a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a photograph of an inverse pole figure orientation map showing the crystal orientation distribution in the
  • FIG. 5 is a schematic front cross-sectional view showing a portion of the schematic front cross-sectional view shown in FIG. 3 in which the crystal orientations of adjacent portions are rotated by 15° in the cross section in the thickness direction.
  • FIG. 6 is a schematic front cross-sectional view for explaining a portion of the schematic front cross-sectional view shown in FIG. 3 in which the crystal grows in a direction rotated by 30° or 15° during the crystal growth process. .
  • FIG. 7 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1(a) is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1(b) is a plan view thereof.
  • the elastic wave device 1 has a support substrate 2 .
  • a concave portion is provided on the upper surface of the support substrate 2 .
  • An aluminum nitride (ScAlN) film 3 containing scandium is laminated so as to cover the concave portion of the upper surface of the support substrate 2 .
  • ScAlN film 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b opposite to first main surface 3a.
  • a first main surface 3 a is laminated on the upper surface of the support substrate 2 .
  • a cavity 6 is thereby provided.
  • the elastic wave device 1 has first and second excitation electrodes 4 and 5 as electrodes.
  • a first excitation electrode 4 is provided on the first main surface 3a.
  • a second excitation electrode 5 is provided on the second main surface 3b.
  • the first excitation electrode 4 and the second excitation electrode 5 overlap each other with the ScAlN film 3 interposed therebetween. This overlapping area is the excitation area.
  • a BAW Bulk Acoustic Wave
  • the elastic wave device 1 has an ScAlN film 3 as a piezoelectric film, and is a BAW device in which the elastic waves propagating through the ScAlN film 3 are mainly BAW.
  • the first excitation electrode 4 is provided directly on the ScAlN3 film. However, the first excitation electrode 4 may be indirectly provided on the ScAlN film via a dielectric film or the like.
  • the second excitation electrode 5 is also the same.
  • the cavity 6 is provided so as not to interfere with BAW excitation in the ScAlN film 3 . Therefore, the cavity 6 is positioned below the excitation electrodes.
  • the support substrate 2 is made of an appropriate insulator or semiconductor. Examples of such materials include silicon, glass, GaAs, ceramics, and crystal. In this embodiment, the support substrate 2 is a high resistance silicon substrate.
  • the first excitation electrode 4 and the second excitation electrode 5 are made of an appropriate metal or alloy. Such materials include metals such as Ti, Mo, Ru, W, Al, Pt, Ir, Cu, Cr, and Sc, and alloys using these metals. Also, the first and second excitation electrodes 4 and 5 may be laminated bodies of a plurality of metal films.
  • the ScAlN film 3 can be formed by an appropriate method such as sputtering or CVD.
  • the ScAlN film 3 is formed using an RF magnetron sputtering apparatus.
  • a first target made of Al and a second target made of Sc are used, and the sputtering is performed in a nitrogen gas atmosphere. That is, the ScAlN film is formed by the binary sputtering method.
  • the degree of orientation of the ScAlN film can be controlled by adjusting the sputtering conditions.
  • Sputtering conditions include the magnitude of RF power, gas pressure, gas flow rate, composition or purity of target material, and the like.
  • the orientation of the formed ScAlN film can be confirmed using ASTAR (registered trademark).
  • This ASTAR utilizes the ACOM-TEM method (Automated Crystal Orientation Mapping-TEM method).
  • FIG. 2 is a photograph of an inverse pole figure orientation map showing the crystal orientation distribution in the ScAlN film measured using the ASTAR.
  • FIG. 3 is a schematic front sectional view of the inverse pole figure orientation map shown in FIG. FIG. 3 shows a portion where the crystal orientation in the inverse pole figure orientation map shown in FIG. That is, in FIG. 3, region A and region B are portions in which the crystal orientation is rotated by 30° in the c-axis direction, that is, in the cross section in the thickness direction of the film. Region B and region C are portions in which the crystal orientation is rotated by 15° in the cross section in the thickness direction of the film. Further, the region A and the region C are portions in which the crystal orientation is rotated by 15° in the cross section in the thickness direction of the film.
  • rotating in the cross section in the thickness direction of the film means that the orientation is distributed in the direction perpendicular to the thickness direction of the film, that is, in the horizontal direction when the thickness direction of the film is regarded as the vertical direction.
  • orientation refers to an orientation at 90° with respect to the c-axis direction in ScAlN having c-axis orientation substantially in the film thickness direction. In other words, it refers to the orientation in the horizontal direction when the c-axis direction is regarded as the vertical direction.
  • the substantially film thickness direction includes not only the film thickness direction but also a direction that is oblique to the film thickness direction but is close to the film thickness direction.
  • the film thickness direction may be referred to as the thickness direction.
  • the ScAlN film 3 As shown in FIG. 3, in the ScAlN film 3, crystal grains grow in a columnar shape obliquely to the film thickness direction. Further, the ScAlN film 3 has a portion that is rotated by 30° or 15°.
  • FIG. 4 is a view of a portion in the schematic front cross-sectional view shown in FIG. 3, in which adjacent regions are in a relationship of being rotated by 30° as described above.
  • the portion surrounded by the frame D is the portion that is rotated by 30°.
  • FIG. 5 is a view of a portion in which the adjacent regions in the schematic front cross-sectional view shown in FIG. It is a portion that is in a relationship to rotate by 15°.
  • FIG. 6 shows a portion where the crystal grains grow in the 30° rotation direction or the 15° rotation direction in FIG.
  • a portion surrounded by a frame F in FIG. 6 indicates a portion growing in a direction rotated by 30° or 15°.
  • Arrows in FIGS. 4 to 6 indicate crystal growth directions.
  • a feature of the elastic wave device 1 is that the ScAlN film has the above crystal orientation, so that the ScAlN film 3 is less likely to warp or peel off. In addition, deterioration of piezoelectric characteristics is less likely to occur.
  • the ScAlN film has been formed such that the orientation in the direction of 90° to the c-axis direction is unidirectional. In this case, there is a problem that the stress of the film becomes high, and the aforementioned warpage or peeling occurs.
  • the rotation angles of the alignment directions may have a difference of about ⁇ 5°.
  • the ScAlN film 3 may have at least one portion where the orientation in the 90° direction is rotated by 30° ⁇ 5° or 15° ⁇ 5° with respect to the c-axis direction of the crystal. .
  • the ScAlN film 3 may have at least one portion where a portion rotated by 30° ⁇ 5° or a portion rotated by 15° ⁇ 5° are adjacent to each other.
  • the ScAlN film exhibits high orientation in the c-axis direction. Therefore, since high orientation can be maintained, good acoustic characteristics can be obtained. Therefore, for example, a filter using the acoustic wave device 1 can also reduce the loss.
  • the content concentration of scandium in the ScAlN film is preferably 2 atomic % or more and 20 atomic % or less. If the content concentration of scandium is 2 atomic % or more, the orientation distribution as described above can be realized more reliably. Moreover, when the content concentration of scandium exceeds 20 atomic %, the stress of the film increases, making it difficult to suppress warping and peeling.
  • FIG. 7 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment of the invention.
  • the ScAlN film 3 is laminated on the support substrate 22 with the intermediate layer 23 interposed therebetween.
  • the intermediate layer 23 has a structure in which a second dielectric layer 23b is laminated on a first dielectric layer 23a.
  • the first dielectric layer 23a is made of silicon nitride.
  • the second dielectric layer 23b is made of silicon oxide.
  • An IDT electrode 24 is provided as an electrode on the ScAlN film 3 .
  • the acoustic wave device 21 of this embodiment is a surface acoustic wave device having the IDT electrodes 24 described above.
  • the electrode provided in contact with the ScAlN film 3 may be the IDT electrode 24 .
  • a surface acoustic wave propagating through the ScAlN film 3 may be utilized by applying an AC voltage from the IDT electrode 24 .
  • the IDT electrode 24 may be indirectly provided on the ScAlN film 3 via a dielectric film or the like.
  • the same material as the first and second excitation electrodes 4 and 5 described above can be used.
  • the materials of the first dielectric layer 23a and the second dielectric layer 23b constituting the intermediate layer 23 are various dielectric materials such as silicon nitride, silicon oxide, alumina and silicon oxynitride. can be used.
  • the support substrate 22 can also be made of the same material as the support substrate 2 in the first embodiment.
  • the ScAlN film 3 has the same crystal orientation as in the first embodiment. Therefore, in the elastic wave device 21 as well, warping and peeling of the film can be suppressed, and an elastic wave device in which deterioration of piezoelectric characteristics is unlikely to occur can be configured.
  • the first dielectric layer 23a in this embodiment is a high acoustic velocity film as a high acoustic velocity material layer.
  • the high acoustic velocity material layer is a relatively high acoustic velocity layer. More specifically, the acoustic velocity of bulk waves propagating through the high acoustic velocity material layer is higher than the acoustic velocity of elastic waves propagating through the ScAlN film 3 .
  • the second dielectric layer 23b is a low sound velocity film.
  • a low sound velocity membrane is a relatively low sound velocity membrane.
  • the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the low velocity film is lower than the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the ScAlN film 3 .
  • the intermediate layer may be a low sound velocity film.
  • the supporting substrate 22 is preferably a high acoustic velocity supporting substrate as a high acoustic velocity material layer.
  • the intermediate layer may be a high acoustic velocity film.
  • the support substrate 22 is preferably a high sound velocity support substrate.
  • Materials for the high-sonic material layer include, for example, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, zirconia, cordierite, mullite, and steatite. , forsterite, magnesia, a DLC (diamond-like carbon) film or diamond, a medium containing the above materials as a main component, a medium containing a mixture of the above materials as a main component, and the like.
  • Examples of materials for the low sound velocity film include silicon oxide, glass, silicon oxynitride, tantalum oxide, and compounds obtained by adding fluorine, carbon, boron, hydrogen, or silanol groups to silicon oxide, and the above materials as main components.
  • Various materials such as media can be mentioned.
  • FIG. 8 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a third embodiment of the invention.
  • the intermediate layer 33 is made of an acoustic reflection layer. That is, the intermediate layer 33 is a laminate of high acoustic impedance layers 33a, 33c, 33e with relatively high acoustic impedance and low acoustic impedance layers 33b, 33d, 33f with relatively low acoustic impedance.
  • the elastic wave device 31 is configured in the same manner as the elastic wave device 21 except that the intermediate layer 33 is configured as described above.
  • such an acoustic reflection layer may be used as an intermediate layer.
  • the ScAlN film 3 has the same crystal orientation as in the first embodiment. Therefore, warping and peeling of the film are unlikely to occur, and deterioration of the piezoelectric characteristics is also unlikely to occur.
  • Examples of materials that constitute the high acoustic impedance layers 33a, 33c, and 33e include metals such as platinum and tungsten, and dielectrics such as aluminum nitride and silicon nitride. Examples of materials that constitute the low acoustic impedance layers 33b, 33d, and 33f include silicon oxide and aluminum.
  • FIG. 9 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to a fourth embodiment of the invention.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that the electrode provided on the ScAlN film 3 is the IDT electrode 24 . Note that the IDT electrode 24 is provided on the second main surface 3 b of the ScAlN film 3 . Except for the above points, the elastic wave device of this embodiment has the same configuration as the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • Planar view refers to the direction viewed from above in FIG.
  • the acoustic wave device of this embodiment has the ScAlN film 3 as a piezoelectric film, and is a surface acoustic wave device in which the elastic waves propagating through the ScAlN film 3 are mainly plate waves. Also in this embodiment, the ScAlN film 3 has the same crystal orientation as in the first embodiment. Therefore, warping and peeling of the film are unlikely to occur, and deterioration of the piezoelectric characteristics is also unlikely to occur.

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Abstract

膜の反りや剥がれが生じ難く、圧電特性の劣化が生じ難い、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を有する、弾性波装置を提供する。　スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜（ＳｃＡｌＮ膜）３と、ＳｃＡｌＮ膜３上に設けられている電極と、を備え、ＳｃＡｌＮ膜３において、該ＳｃＡｌＮ膜３の略膜厚方向である結晶のｃ軸方向に対して、９０°方向の配向が、３０°±５°回転または１５°±５°回転している部位を少なくとも１箇所有する、弾性波装置１。

Description

弾性波装置
　本発明は、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を有する弾性波装置に関する。
　従来、圧電膜として、スカンジウム（Ｓｃ）を含有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、すなわちＳｃＡｌＮ膜を用いた弾性波装置が知られている。例えば、下記の特許文献１では、スカンジウムが添加された窒化アルミニウム膜を用いたＢＡＷ（Ｂｕｌｋ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）装置が開示されている。ＢＡＷ装置では、ＳｃＡｌＮ膜の上面及び下面に、交流電界を加えるための電極が設けられている。そしてＳｃＡｌＮ膜の下方に空洞部が設けられている。また、下記の特許文献２にも同様の構造を有するＢＡＷ装置が開示されている。
特開２００９－０１０９２６号公報 ＵＳ２０１５／００８４７１９　Ａ１
　Ｓｃが添加された窒化アルミニウム膜を用いた従来の弾性波装置では、Ｓｃの濃度が高くなると圧電性が向上する。しかしながら、Ｓｃ濃度が高くなると、ＳｃＡｌＮ膜が反ったり、剥がれが生じたりすることがあった。このため、弾性波装置の特性が劣化することがあった。また、圧電特性が劣化してしまうこともあった。
　本発明の目的は、膜の反りや剥がれが生じ難く、圧電特性の劣化が生じ難い、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を有する弾性波装置を提供することにある。
　本発明は、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜と、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜上に設けられている電極と、を備え、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜において、該スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の略膜厚方向である結晶のｃ軸方向に対して、９０°方向の配向が、３０°±５°回転または１５°±５°回転している部位を少なくとも１箇所有する、弾性波装置である。
　本発明によれば、膜の反りや剥がれが生じ難く、圧電特性の劣化が生じ難い、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を有する弾性波装置を提供することができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図及び平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置におけるスカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜中の結晶配向性分布を示す、逆極点図方位マップの写真である。 図３は、図２に示した逆極点図方位マップにおける結晶方位が膜の厚み方向の断面において３０°回転する部分、及び１５°回転する部分を説明するための模式的正面断面図である。 図４は、図３に示した模式的正面断面図において、隣り合う部分がその厚み方向の断面において結晶方位が３０°回転する関係にある部分を示す模式的正面断面図である。 図５は、図３に示した模式的正面断面図において、隣り合う部分がその厚み方向の断面において結晶方位が１５°回転する関係にある部分を示す模式的正面断面図である。 図６は、図３に示した模式的正面断面図において、結晶成長の過程で、３０°回転または１５°回転した方向に結晶成長している部分を説明するための模式的正面断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図９は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
　弾性波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２の上面には、凹部が設けられている。支持基板２の上面の凹部を覆うように、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム（ＳｃＡｌＮ）膜３が積層されている。ＳｃＡｌＮ膜３は、第１の主面３ａと、第１の主面３ａとは反対側の第２の主面３ｂとを有する。第１の主面３ａが、支持基板２の上面に積層されている。それによって、空洞部６が設けられている。
　弾性波装置１は、電極として、第１，第２の励振電極４，５を有する。第１の主面３ａ上に、第１の励振電極４が設けられている。第２の主面３ｂ上に第２の励振電極５が設けられている。第１の励振電極４と、第２の励振電極５とは、ＳｃＡｌＮ膜３を介して重なり合っている。この重なり合っている領域が励振領域である。第１の励振電極４と第２の励振電極５との間に交流電界を印加することにより、弾性波としてのＢＡＷ（Ｂｕｌｋ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）が励振される。弾性波装置１は、圧電膜としてＳｃＡｌＮ膜３を有しており、当該ＳｃＡｌＮ膜３を伝搬する弾性波がＢＡＷを主体とする、ＢＡＷ装置である。
　第１の励振電極４は、ＳｃＡｌＮ３膜上に直接的に設けられている。もっとも、第１の励振電極４は、ＳｃＡｌＮ膜上に誘電体膜などを介して間接的に設けられていてもよい。第２の励振電極５も同様である。
　空洞部６は、ＳｃＡｌＮ膜３におけるＢＡＷの励振を妨げないために設けられている。従って、励振電極の下方に空洞部６が位置している。
　支持基板２は、適宜の絶縁体または半導体からなる。このような材料としては、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ、セラミックス、水晶などを挙げることができる。本実施形態では、支持基板２は、高抵抗のシリコン基板である。
　なお、第１の励振電極４及び第２の励振電極５は、適宜の金属もしくは合金からなる。このような材料としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｕ、ＣｒもしくはＳｃなどの金属やこれらの金属を用いた合金が挙げられる。また、第１，第２の励振電極４，５は、複数の金属膜の積層体であってもよい。
　ＳｃＡｌＮ膜３は、スパッタリングやＣＶＤなどの適宜の方法により形成することができる。本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜３は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて成膜されている。
　上記スパッタに際し、Ａｌからなる第１のターゲットと、Ｓｃからなる第２のターゲットとを用い、窒素ガス雰囲気中でスパッタリングを行う。すなわち、二元スパッタリング法により、ＳｃＡｌＮ膜を形成する。この場合、ＳｃＡｌＮ膜の配向度合いについては、スパッタリング条件を調整することによりコントロールすることができる。スパッタリング条件としては、ＲＦ電力の大きさ、ガス圧、ガスの流量、ターゲットの材料の組成もしくは純度などが挙げられる。
　なお、成膜されたＳｃＡｌＮ膜の配向性については、ＡＳＴＡＲ（登録商標）を用いて確認することができる。このＡＳＴＡＲは、ＡＣＯＭ－ＴＥＭ法（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ－ＴＥＭ法）を利用している。
　図２は、上記ＡＳＴＡＲを用いて測定された、ＳｃＡｌＮ膜における結晶配向性分布を示す、逆極点図方位マップの写真である。図３は、図２に示した逆極点図方位マップの模式的正面断面図である。図３では、図２に示した逆極点図方位マップにおける結晶方位が膜の厚み方向の断面において３０°回転する部分及び１５°回転する部分が示されている。すなわち、図３において、領域Ａと領域Ｂとが、結晶方位がｃ軸方向、すなわち膜の厚み方向の断面において、３０°回転する関係にある部分である。また、領域Ｂと領域Ｃとは、結晶方位が、膜の厚み方向の断面において、１５°回転する関係にある部分である。さらに、領域Ａと領域Ｃとは、結晶方位が膜の厚み方向の断面において１５°回転する関係にある部分である。なお、膜の厚み方向の断面において回転している、とは、膜の厚み方向に直交する方向、つまり膜の厚み方向を鉛直方向に見立てた場合の水平な方向において配向が分布していることをいう。すなわち、ここでの「配向」とは、略膜厚方向にｃ軸配向したＳｃＡｌＮにおいて、ｃ軸方向に対して、９０°方向の配向をいう。言い換えれば、ｃ軸方向を鉛直方向に見立てた場合の水平方向の配向をいう。
　なお、略膜厚方向とは、膜厚方向だけでなく、膜厚方向に対して斜め方向であるが、膜厚方向に近い方向も含む。本明細書においては、膜厚方向を厚み方向と記載することもある。
　図３に示すように、ＳｃＡｌＮ膜３では、結晶粒が上記膜厚方向に対して斜め方向に柱状成長している。また、ＳｃＡｌＮ膜３は、上記３０°回転または１５°回転の関係にある部分を有する。
　図４は、図３に示した模式的正面断面図において、隣接する領域が、上記３０°回転する関係にある部分の図である。図４において、枠Ｄで囲まれた部分が、３０°回転する関係にある部分である。
　また、図５は、図３に示した模式的正面断面図において、隣接する領域が、上記１５°回転する関係にある部分の図であり、図５において、枠Ｅで囲まれた部分が、１５°回転する関係にある部分である。
　また、図６は、図３において、結晶粒が、上記３０°回転方向または１５°回転方向に成長している部分を示す。図６中の枠Ｆで囲んだ部分が、３０°回転または１５°回転した方向に成長している部分を示す。また、図４～図６の矢印は、結晶成長方向を示す。
　上記のように、ＳｃＡｌＮ膜において、上記配向性分布を実現するには、前述したように、成膜工程における条件を調整することにより、例えば、スパッタリングガスの流量、組成、スパッタリングに際しての温度や時間等を調整することにより達成することができる。
　弾性波装置１の特徴は、ＳｃＡｌＮ膜が上記結晶配向性を有するため、ＳｃＡｌＮ膜３の反りや剥がれが生じ難い。また、圧電特性の劣化も生じ難い。従来、ｃ軸方向に対して９０°方向の配向性が単一方向となるように、ＳｃＡｌＮ膜が成膜されていた。この場合、膜の応力が高くなり、前述した反りや剥がれが生じるという問題があった。
　これに対して、本発明によれば、結晶成長する過程で、結晶のｃ軸方向（略膜厚方向）に対して９０°方向の配向が、３０°あるいは１５°回転されている部位が生じている。そのため、上記応力が小さくなり、反りや剥離が生じ難くなる。また、圧電特性の劣化も生じ難い。なお、配向方位の回転角度は、±５°程度の差があってもよい。なお、ＳｃＡｌＮ膜３は、結晶のｃ軸方向に対して、９０°方向の配向が、３０°±５°回転または１５°±５°回転している部位を少なくとも１箇所有していればよい。そして、ＳｃＡｌＮ膜３は、３０°±５°回転している部位または１５°±５°回転している部位が隣接している部分を少なくとも１箇所有していてもよい。
　さらに、ＳｃＡｌＮ膜は、ｃ軸方向に高い配向性を示している。そのため、高い配向性を維持できているので、良好な音響特性が得られる。よって、例えば、弾性波装置１を用いたフィルタでは、損失を小さくすることもできる。
　上記ＳｃＡｌＮ膜におけるスカンジウムの含有濃度は、好ましくは、２原子％以上、２０原子％以下である。スカンジウムの含有濃度が２原子％以上であれば、上記のような配向性分布をより確実に実現することができる。また、スカンジウムの含有濃度が２０原子％を超えると、膜の応力が大きくなり、反りや剥がれを抑制し難くなる。
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置２１では、支持基板２２上に、中間層２３を介して、ＳｃＡｌＮ膜３が積層されている。中間層２３は、第１の誘電体層２３ａ上に第２の誘電体層２３ｂが積層された構造を有する。本実施形態では、第１の誘電体層２３ａは窒化ケイ素からなる。第２の誘電体層２３ｂは酸化ケイ素からなる。そして、ＳｃＡｌＮ膜３上には、電極として、ＩＤＴ電極２４が設けられている。本実施形態の弾性波装置２１は、上記ＩＤＴ電極２４を有する弾性表面波装置である。このように、本発明では、ＳｃＡｌＮ膜３に接するように設けられる電極は、ＩＤＴ電極２４であってもよい。また、ＩＤＴ電極２４から交流電圧を印加することにより、ＳｃＡｌＮ膜３を伝搬する弾性表面波を利用してもよい。もっとも、ＩＤＴ電極２４は、上記第１，第２の励振電極４，５と同様に、ＳｃＡｌＮ膜３上に誘電体膜などを介して間接的に設けられていてもよい。
　なお、ＩＤＴ電極２４の材料については、前述した第１，第２の励振電極４，５と同様の材料を用いることができる。
　また、中間層２３を構成している第１の誘電体層２３ａ及び第２の誘電体層２３ｂの材料についても、窒化ケイ素、酸化ケイ素の他、アルミナ、酸窒化ケイ素などの様々な誘電体材料を用いることができる。
　支持基板２２についても、第１の実施形態における支持基板２と同様の材料により構成することができる。
　弾性波装置２１においても、ＳｃＡｌＮ膜３は、第１の実施形態と同様の結晶配向性を有する。従って、弾性波装置２１においても、膜の反りや剥がれを抑制でき、圧電特性の劣化が生じ難い弾性波装置を構成することができる。
　ところで、本実施形態における第１の誘電体層２３ａは、高音速材料層としての高音速膜である。高音速材料層は相対的に高音速な層である。より具体的には、高音速材料層を伝搬するバルク波の音速は、ＳｃＡｌＮ膜３を伝搬する弾性波の音速よりも高い。他方、第２の誘電体層２３ｂは低音速膜である。低音速膜は相対的に低音速な膜である。より具体的には、低音速膜を伝搬するバルク波の音速は、ＳｃＡｌＮ膜３を伝搬するバルク波の音速よりも低い。高音速材料層としての高音速膜、低音速膜及びＳｃＡｌＮ膜３がこの順序において積層されていることにより、弾性波のエネルギーをＳｃＡｌＮ膜３側に効果的に閉じ込めることができる。
　なお、中間層は低音速膜であってもよい。この場合には、支持基板２２は、高音速材料層としての高音速支持基板であることが好ましい。高音速材料層としての高音速支持基板、低音速膜及びＳｃＡｌＮ膜３がこの順序において積層されていることにより、弾性波のエネルギーをＳｃＡｌＮ膜３側に効果的に閉じ込めることができる。
　中間層は高音速膜であってもよい。高音速材料層としての高音速膜及びＳｃＡｌＮ膜３が積層されていることにより、弾性波のエネルギーをＳｃＡｌＮ膜３側に効果的に閉じ込めることができる。
　中間層が設けられていない場合においても、支持基板２２は高音速支持基板であることが好ましい。高音速支持基板及びＳｃＡｌＮ膜３が積層されていることにより、弾性波のエネルギーをＳｃＡｌＮ膜３側に効果的に閉じ込めることができる。
　高音速材料層の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ－ジライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等の様々な材料が挙げられる。
　低音速膜の材料としては、例えば、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素、水素、あるいはシラノール基を加えた化合物、上記材料を主成分とする媒質等の様々な材料を挙げることができる。
　図８は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
　弾性波装置３１では、中間層３３が、音響反射層からなる。すなわち、中間層３３は、相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層３３ａ，３３ｃ，３３ｅと、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層３３ｂ，３３ｄ，３３ｆとの積層体である。中間層３３が上記のように構成されていることを除いては、弾性波装置３１は弾性波装置２１と同様に構成されている。
　本発明においては、中間層として、このような音響反射層を用いてもよい。弾性波装置３１においても、ＳｃＡｌＮ膜３は、第１の実施形態と同様の結晶配向性を有する。従って、膜の反りや剥がれが生じ難く、また圧電特性の劣化も生じ難い。
　なお、高音響インピーダンス層３３ａ，３３ｃ，３３ｅを構成する材料としては、例えば、白金またはタングステンなどの金属や、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの誘電体などが挙げられる。低音響インピーダンス層３３ｂ，３３ｄ，３３ｆを構成する材料としては、例えば、酸化ケイ素またはアルミニウムなどを挙げることができる。
　図９は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
　本実施形態は、ＳｃＡｌＮ膜３上に設けられた電極がＩＤＴ電極２４である点において第１の実施形態と異なる。なお、ＩＤＴ電極２４は、ＳｃＡｌＮ膜３の第２の主面３ｂに設けられている。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。
　平面視において、ＩＤＴ電極２４の少なくとも一部が、空洞部６と重なっていればよい。平面視とは、図９における上方から見る方向をいう。
　本実施形態の弾性波装置は、圧電膜としてＳｃＡｌＮ膜３を有しており、当該ＳｃＡｌＮ膜３を伝搬する弾性波が板波を主体とする、弾性表面波装置である。本実施形態においても、ＳｃＡｌＮ膜３は、第１の実施形態と同様の結晶配向性を有する。従って、膜の反りや剥がれが生じ難く、また圧電特性の劣化も生じ難い。
１…弾性波装置
２…支持基板
３…ＳｃＡｌＮ膜
３ａ…第１の主面
３ｂ…第２の主面
４…第１の励振電極
５…第２の励振電極
６…空洞部
２１…弾性波装置
２２…支持基板
２３…中間層
２３ａ…第１の誘電体層
２３ｂ…第２の誘電体層
２４…ＩＤＴ電極
３１…弾性波装置
３３…中間層
３３ａ，３３ｃ，３３ｅ…高音響インピーダンス層
３３ｂ，３３ｄ，３３ｆ…低音響インピーダンス層

Claims (12)

  1. 　スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜と、
    　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜上に設けられている電極と、
    を備え、
    　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜において、該スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の略膜厚方向である結晶のｃ軸方向に対して、９０°方向の配向が、３０°±５°回転または１５°±５°回転している部位を少なくとも１箇所有する、弾性波装置。
  2. 　前記３０°±５°回転している部位または前記１５°±５°回転している部位が隣接している部分を少なくとも１箇所有する、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の結晶成長の方向が、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の膜厚方向に対して斜め方向であり、該斜め方向に柱状成長している、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記電極が、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の一方主面に設けられた第１の励振電極と、他方主面に設けられた第２の励振電極とを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 　前記第１の励振電極と前記第２の励振電極とにより、バルク波が励振される、請求項４に記載の弾性波装置。
  6. 　前記電極が、ＩＤＴ電極である、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の一方主面側に積層された支持基板をさらに備え、前記支持基板と、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜との間に空洞部が設けられている、請求項４～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の一方主面側に積層された支持基板と、
    　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の前記一方主面と前記支持基板との間に設けられた中間層と、
    をさらに備える、請求項４～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　前記中間層が、音響反射層である、請求項８に記載の弾性波装置。
  10. 　前記音響反射層が、相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層とを有する、請求項９に記載の弾性波装置。
  11. 　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜の一方主面側に積層されている高音速材料層をさらに備え、
    　前記高音速材料層を伝搬するバルク波の音速が、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を伝搬する弾性波の音速よりも高い、請求項６に記載の弾性波装置。
  12. 　前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜及び前記高音速材料層の間に設けられている低音速膜をさらに備え、
    　前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記スカンジウムを含有する窒化アルミニウム膜を伝搬するバルク波の音速よりも低い、請求項１１に記載の弾性波装置。
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