CN110166016A - 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弹性波装置，该弹性波装置作为高声速膜而具有氮化硅层，其中，不易产生IMD特性的劣化，且不易产生氮化硅层的自毁。一种弹性波装置，在由半导体构成的支承基板(2)上直接或间接地层叠有SiNx层(3)，在SiNx层(3)上直接或间接地层叠有压电膜(5)，弹性波装置具备直接或间接地层叠在压电膜(5)的至少一个主面上的IDT电极(6)，在SiNx层(3)中，x处于1.34以上且1.66以下的范围。
Description
技术领域
本发明涉及具有在作为高声速膜的SiNx层上层叠有低声速膜以及压电膜的构造的弹性波装置、以及使用了该弹性波装置的高频前端电路和通信装置。
背景技术
以往，已知在高声速膜上层叠有低声速膜以及压电膜的弹性波装置。在下述的专利文献1记载的弹性波装置中，使用了在支承基板上依次层叠有高声速膜、低声速膜以及压电膜的层叠体。在压电膜上设置有IDT电极。
在专利文献1中，记载了如下要点，即，支承基板能够由各种绝缘性陶瓷或玻璃等电介质、硅或氮化镓等半导体、或树脂基板等构成。此外，示出了如下要点，即，关于高声速膜，能够由氮化铝、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅等构成。作为低声速膜的材料，可举出氧化硅、玻璃、氮氧化硅等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/086639号
然而，本申请的发明人发现，在专利文献1记载的弹性波装置中，在支承基板由半导体构成且作为高声速膜而使用了氮化硅的情况下，根据其组成，IMD特性(交调)会变差。此外，发现根据氮化硅的组成，氮化硅膜有时会自毁。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，解决由本申请的发明人发现的这种新的课题。即，本发明的目的在于，提供一种不易产生IMD特性的劣化且不易产生氮化硅膜的自毁的弹性波装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种使用了本发明涉及的弹性波装置的高频前端电路以及通信装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：支承基板，由半导体构成；SiNx层，直接或间接地层叠在所述支承基板上；压电膜，直接或间接地层叠在所述SiNx层上，具有相互对置的一对主面；以及IDT电极，直接或间接地设置在所述压电膜的至少一个主面上，在所述SiNx层中，x处于1.34以上且1.66以下的范围。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，还具备：低声速膜，层叠在所述SiNx层与所述压电膜之间，由传播的体波(bulk wave)的声速比在所述压电膜传播的弹性波的声速低的低声速材料构成。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，所述半导体为硅。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，还具备：绝缘膜，层叠在所述压电膜与所述IDT电极之间。优选地，所述绝缘膜由氧化硅构成。在该情况下，能够减小频率温度系数TCF的绝对值，能够改善温度特性。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，提供一种弹性波谐振器，还具备：反射器，配置在所述IDT电极的弹性波传播方向两侧。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，提供一种弹性波装置，其是带通型滤波器。
本发明涉及的高频前端电路具备按照本发明构成的弹性波装置和功率放大器。
本发明涉及的通信装置具备按照本发明构成的高频前端电路和RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明，能够提供一种不易产生IMD特性的劣化且不易产生由SiNx层表示的高声速膜的自毁的弹性波装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图2是示出SiNx中的x与作为IMD特性的三阶失真特性的劣化量的关系的图。
图3是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图4是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图5是具有本发明涉及的高频前端电路的通信装置的结构图。
附图标记说明
1：弹性波装置，2：支承基板，2a：上表面，3：SiNx层，4：低声速膜，5：压电膜，5a：第一主面，5b：第二主面，6：IDT电极，7、8：反射器，9：绝缘膜，11：弹性波装置，21：弹性波装置，201A、201B：双工器，202：天线元件，203：RF信号处理电路，211、212：滤波器，214：低噪声放大器电路，221、222：滤波器，224：低噪声放大器电路，225：开关，230：高频前端电路，231、232：滤波器，234a、234b：功率放大器电路，240：通信装置，244a、244b：功率放大器电路。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，从而明确本发明。
另外，需要指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。弹性波装置1具有由半导体构成的支承基板2。在支承基板2的上表面2a上直接层叠有SiNx层3。不过，SiNx层3也可以间接地层叠在支承基板2上。即，也可以有绝缘膜等其它材料层介于支承基板2与SiNx层3之间。
在SiNx层3上直接层叠有低声速膜4。低声速膜4也可以间接地层叠在SiNx层3上，即，也可以经由其它材料层层叠在SiNx层3上。关于这样的其它材料层，也能够使用由绝缘性材料构成的材料层等。另外，低声速膜4在本发明中不是必需的。
压电膜5层叠在低声速膜4上。虽然压电膜5直接层叠在低声速膜4上，但是也可以间接地层叠。即，也可以有绝缘膜等其它材料层介于低声速膜4与压电膜5之间。
压电膜5具有相互对置的第一主面5a以及第二主面5b。在第一主面5a上设置有IDT电极6。在IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有反射器7、8。
IDT电极6以及反射器7、8也可以设置在第二主面5b上，还可以设置在第一主面5a上以及第二主面5b上的双方。
低声速膜4由传播的体波的声速比在压电膜5传播的弹性波的声速低的低声速材料构成。作为这样的低声速材料，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、或在氧化硅添加了氟、碳、硼的化合物等以上述材料为主成分的介质。
此外，SiNx层3是高声速材料。在此，所谓高声速材料，是指传播的体波的声速比在压电膜5传播的弹性波的声速高的材料。
在弹性波装置1中，在压电膜5的下方设置有低声速膜4以及作为高声速膜的SiNx层3，因此能够将弹性波的能量封闭在压电膜5内。在该情况下，压电膜5的厚度为3.5λ以下，优选为0.5λ以下。能够将弹性波的能量有效地封闭在压电膜5内。
可是，支承基板2由半导体构成。作为这样的半导体，没有特别限定，能够举出硅、氮化镓、砷化镓或氧化物半导体等。在本实施方式中，支承基板2由硅构成。本申请的发明人首次发现，在上述弹性波装置1中，在支承基板2由半导体构成的情况下，根据SiNx层3的组成，IMD特性会劣化，或者SiNx层3会自毁。
另外，构成IDT电极6以及反射器7、8的金属材料没有特别限定，能够使用Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W等金属或以这些金属为主体的合金。此外，也可以使用层叠多个金属膜而成的层叠金属膜。
在弹性波装置1中，在上述构造中，SiNx层3的x处于1.34以上且1.66以下的特定的范围，因此能够抑制上述IMD特性的劣化，且也不易产生SiNx层3的自毁。基于以下的具体的实验例对此进行说明。
在弹性波装置1中，制作了具有使SiNx的x进行了各种变化的SiNx层3的弹性波装置1。设计参数设为如下。另外，将由IDT电极6中的电极指间距确定的波长设为λ。
支承基板2：由硅构成。
SiNx层3：由SiNx构成，厚度设为0.5λ。
低声速膜4：由氧化硅构成，厚度设为0.35λ。
压电膜5：由LiTiO3构成，厚度设为0.3λ。
IDT电极6以及反射器7、8：作为材料，使用了铝。厚度设为0.08λ。由IDT电极6中的电极指间距确定的波长λ设为2μm。IDT电极的电极指的对数设为94对，反射器7、8中的电极指的根数设为各21根。
像上述的那样，制作SiNx的x不同的各种各样的弹性波装置1，并用以下的方法测定了IMD特性。
IMD特性的测定方法：使用信号发生器从TX端输入发送波，从ANT端输入干扰波，使用信号分析仪从RX端测定失真波，测定了IMD的三阶失真。
将根据上述IMD特性的测定的结果得到的、SiNx中的x与作为IMD特性的三阶失真特性的劣化量的关系示于图2。根据图2明确可知，若x为1.34以上，则IMD特性不易劣化，若不足1.34，则随着x变小，IMD特性劣化量急剧地增大。因此，SiNx中的x需要为1.34以上，由此，能够抑制IMD特性的劣化。
另一方面，已知在SiNx中，若x为1.67以上，则有可能由于吸湿而自毁。因此，SiNx的x需要不足1.67。由此，在弹性波装置1中，能够谋求IMD特性的劣化的抑制和SiNx层3的自毁的抑制。
另外，认为，之所以如果上述SiNx的x为1.34以上则像上述那样不易产生IMD特性的劣化，是由于以下的理由。
在支承基板2由半导体构成的情况下，有可能在其表面生成寄生电容分量。但是，认为在弹性波装置1中，因为SiNx的组成被设为上述特定的范围，即，x被设为1.34以上，所以由作为半导体的硅构成的支承基板2与由氧化硅构成的低声速膜4之间的隔绝性提高，可抑制该支承基板2的表面处的寄生电容分量的生成。因而，寄生电容分量变小，可改善IMD特性。
即，本申请的发明人首次发现，在具有层叠有支承基板、高声速膜、低声速膜以及压电膜的构造的弹性波装置中，在支承基板由半导体构成的情况下，像上述的那样产生IMD特性的劣化，还首次发现，如果将SiNx层中的组成比设为特定的范围，则能够解决该问题。
虽然在第一实施方式中，在压电膜5的第一主面5a上直接层叠有IDT电极6，但是也可以像图3所示的第二实施方式的弹性波装置11那样，在压电膜5的第一主面5a上经由绝缘膜9间接地层叠有IDT电极6。另外，作为这样的绝缘膜9的材料，能够使用氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、五氧化钽、氧化铝、玻璃、氧化钽、或者在氧化硅添加了氟、碳或硼的化合物等，并没有特别限定。此外，也可以像图4所示的第三实施方式那样，是具有从第二实施方式的构造除去了低声速膜4的构造的弹性波装置21。
图5是具有高频前端电路的通信装置的结构图。另外，在图5还一并图示了与高频前端电路230连接的各构成要素，例如，天线元件202、RF信号处理电路(RFIC)203。高频前端电路230以及RF信号处理电路203构成通信装置240。另外，通信装置240也可以包含电源、CPU、显示器。
高频前端电路230具备开关225、双工器201A、201B、滤波器231、232、低噪声放大器电路214、224、以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b。另外，图5的高频前端电路230以及通信装置240是高频前端电路以及通信装置的一个例子，并不限定于该结构。
双工器201A具有滤波器211、212。双工器201B具有滤波器221、222。双工器201A、201B经由开关225与天线元件202连接。另外，上述弹性波装置可以是双工器201A、201B，也可以是滤波器211、212、221、222。
进而，上述弹性波装置例如还能够对将三个滤波器的天线端子进行了公共化的三工器、将六个滤波器的天线端子进行了公共化的六工器等具备三个以上的滤波器的多工器进行应用。
即，上述弹性波装置包括弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器。而且，该多工器并不限于具备发送滤波器以及接收滤波器的双方的结构，也可以是仅具备发送滤波器或仅具备接收滤波器的结构。
开关225按照来自控制部(未图示)的控制信号，将天线元件202和对应于给定的波段的信号路径连接，例如由SPDT(Single Pole Double Throw，单刀双掷)型的开关构成。另外，与天线元件202连接的信号路径并不限于一个，也可以是多个。也就是说，高频前端电路230也可以应对载波聚合。
低噪声放大器电路214是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201A的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。低噪声放大器电路224是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201B的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。
功率放大器电路234a、234b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201A以及开关225输出到天线元件202。功率放大器电路244a、244b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201B以及开关225输出到天线元件202。
RF信号处理电路203通过下变频等对从天线元件202经由接收信号路径输入的高频接收信号进行信号处理，并将进行该信号处理而生成的接收信号输出。此外，RF信号处理电路203通过上变频等对输入的发送信号进行信号处理，并将进行该信号处理而生成的高频发送信号向功率放大器电路234a、234b、244a、244b输出。RF信号处理电路203例如是RFIC。另外，通信装置可以包含BB(基带)IC。在该情况下，BBIC对在RFIC中进行了处理的接收信号进行信号处理。此外，BBIC对发送信号进行信号处理，并输出到RFIC。在BBIC中进行了处理的接收信号、BBIC进行信号处理之前的发送信号例如为图像信号、声音信号等。
另外，高频前端电路230也可以代替上述双工器201A、201B而具备双工器201A、201B的变形例涉及的双工器。
另一方面，通信装置240中的滤波器231、232不经由低噪声放大器电路214、224以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b而连接在RF信号处理电路203与开关225之间。滤波器231、232也与双工器201A、201B同样地，经由开关225与天线元件202连接。
根据像以上那样构成的高频前端电路230以及通信装置240，通过具备作为本发明的弹性波装置的弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器等，从而能够抑制IMD特性的劣化，且也不易产生氮化硅层的自毁。
以上，举出实施方式对本发明的实施方式涉及的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置进行了说明，但是关于本发明，将上述实施方式中的任意的构成要素进行组合而实现的其它实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置了本发明涉及的高频前端电路以及通信装置的各种设备也包含于本发明。
本发明能够作为弹性波谐振器、滤波器、双工器、能够应用于多波段***的多工器、前端电路以及通信装置而广泛利用于便携式电话机等通信设备。
Claims (9)
1.一种弹性波装置，具备：
支承基板，由半导体构成；
SiNx层，直接或间接地层叠在所述支承基板上；
压电膜，直接或间接地层叠在所述SiNx层上，具有相互对置的一对主面；以及
IDT电极，直接或间接地设置在所述压电膜的至少一个主面上，
在所述SiNx层中，x处于1.34以上且1.66以下的范围。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
还具备：低声速膜，层叠在所述SiNx层与所述压电膜之间，由传播的体波的声速比在所述压电膜传播的弹性波的声速低的低声速材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述半导体是硅。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
还具备：绝缘膜，层叠在所述压电膜与所述IDT电极之间。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，
所述绝缘膜由氧化硅构成。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
还具备：反射器，配置在所述IDT电极的弹性波传播方向两侧，
所述弹性波装置是弹性波谐振器。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置是带通型滤波器。
8.一种高频前端电路，具备：
权利要求1～7中的任一项所述的弹性波装置；以及
功率放大器。
9.一种通信装置，具备：
权利要求8所述的高频前端电路；以及
RF信号处理电路。
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