CN115668767A - 弹性波装置 - Google Patents

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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种能够更可靠地抑制构成IDT电极的Cu扩散到压电性基板的弹性波装置。本发明的弹性波装置具备：压电性基板(2)；以及IDT电极(3)，具有设置在压电性基板(2)上的阻挡层(7)(外层)和设置在阻挡层(7)上且以Cu为主成分的第1层(5)(电极层)，且具有多个电极指。第1层(5)包含：第1主面(5a)，位于压电性基板(2)侧；第2主面(5b)，与第1主面(5a)对置；以及侧面(5c)，与第1主面(5a)以及第2主面(5b)连接。阻挡层(7)覆盖第1层(5)的第1主面(5a)以及侧面(5c)。阻挡层(7)中的覆盖第1层(5)的第1主面(5a)的部分的厚度比阻挡层(7)中的覆盖第1层(5)的侧面(5c)的部分的厚度薄。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及弹性波装置。
背景技术
以往，弹性波装置被广泛用于便携式电话机的滤波器等。在下述的专利文献1公开了弹性波装置的一个例子。在该弹性波装置中，在压电基板上设置有IDT(InterdigitalTransducer，叉指换能器)电极。IDT电极包含Cu膜。进而，在压电基板上设置有氧化硅膜，使得覆盖IDT电极。为了防止Cu膜中的Cu扩散到氧化硅膜，在压电基板上设置有保护膜，使得覆盖IDT电极。
在专利文献2记载的弹性波装置中，IDT电极具有设置在压电基板上的阻挡层和设置在阻挡层上的主电极层。阻挡层为了防止主电极层的金属扩散到压电基板而设置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-068309号公报
专利文献2：日本特开2017-157944号公报
发明内容
发明要解决的问题
若假设将专利文献1的保护膜设置在压电基板上，使得覆盖专利文献2的IDT电极，则也认为能够抑制构成IDT电极的金属扩散到氧化硅膜以及压电基板。然而，本申请的发明人们发现，金属有可能以阻挡层的侧面和保护膜的边界为路径而扩散到压电基板。
本发明的目的在于，提供一种能够更可靠地抑制构成IDT电极的Cu扩散到压电性基板的弹性波装置。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：压电性基板；以及IDT电极，具有外层和电极层，且具有多个电极指，所述外层设置在所述压电性基板上，所述电极层设置在所述外层上且以Cu为主成分，所述电极层包含：第1主面，位于所述压电性基板侧；第2主面，与所述第1主面对置；以及侧面，与所述第1主面以及所述第2主面连接，所述外层覆盖所述电极层的所述第1主面以及所述侧面，所述外层中的覆盖所述电极层的所述第1主面的部分的厚度比所述外层中的覆盖所述电极层的所述侧面的部分的厚度薄。
发明效果
根据本发明涉及的弹性波装置，能够更可靠地抑制构成IDT电极的Cu扩散到压电性基板。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
图2是沿着图1中的I-I线的、电极指的剖视图。
图3是第1比较例中的电极指的横向剖视图。
图4是第2比较例中的电极指的横向剖视图。
图5是本发明的第1实施方式的变形例中的电极指的横向剖视图。
图6是本发明的第2实施方式中的电极指的横向剖视图。
图7是本发明的第2实施方式的变形例中的电极指的横向剖视图。
图8是本发明的第3实施方式中的电极指的横向剖视图。
图9是本发明的第4实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图10是本发明的第5实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图11是本发明的第6实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
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1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
弹性波装置1具有压电性基板2。本实施方式的压电性基板2是仅包含压电体层的压电基板。压电性基板2包含铌酸锂。在本说明书中，所谓压电性基板2包含铌酸锂，也包含压电性基板2含有微量的杂质的情况。本发明涉及的弹性波装置的其它结构和材料的关系也是同样的。更具体地，压电性基板2包含128°旋转Y切割X传播LiNbO3。不过，压电性基板2的切割角以及材料并不限定于上述切割角以及材料。作为压电性基板2的材料，例如，还能够使用钽酸锂、氧化锌、氮化铝、石英、或PZT(锆钛酸铅)等。另外，压电性基板2也可以是包含压电体层的层叠基板。
在压电性基板2上设置有IDT电极3。IDT电极3具有第1汇流条18a、第2汇流条18b、多个第1电极指19a以及多个第2电极指19b。第1汇流条18a和第2汇流条18b对置。多个第1电极指19a的一端分别与第1汇流条18a连接。多个第2电极指19b的一端分别与第2汇流条18b连接。多个第1电极指19a以及多个第2电极指19b彼此相互交错对插。另外，将由IDT电极3的电极指间距规定的波长设为λ。所谓电极指间距，是指相邻的电极指间的中心间距离。在IDT电极3具有上述中心间距离不同的部分的情况下，也可以将上述中心间距离的平均值作为电极指间距。
通过在IDT电极3施加交流电压，从而可激励弹性波。在压电性基板2上的、IDT电极3的弹性波传播方向两侧设置有一对反射器9A以及反射器9B。像这样，本实施方式的弹性波装置1是声表面波谐振器。不过，本发明涉及的弹性波装置也可以是声边界波谐振器。进而，本发明涉及的弹性波装置并不限定于弹性波谐振器，也可以是具有弹性波谐振器的滤波器装置、多工器。
图2是沿着图1中的I-I线的电极指的剖视图。
IDT电极3具有阻挡层7、第1层5、以及第2层6。阻挡层7是本发明中的外层。更具体地，在压电性基板2上设置有阻挡层7。在阻挡层7上设置有第1层5。在第1层5上设置有第2层6。
第1层5是本发明中的电极层。第1层5具有第1主面5a以及第2主面5b和侧面5c。第1主面5a以及第2主面5b对置。第1主面5a与阻挡层7接触。第2主面5b与第2层6接触。侧面5c与第1主面5a以及第2主面5b连接。第1层5以Cu为主成分。在本说明书中，所谓主成分，是指占有率超过50％的成分。不过，第1层5优选由Cu构成。
第2层6包含Ti。另外，第2层6的材料并不限定于上述材料。或者，第2层6也可以是层叠体。
阻挡层7位于压电性基板2与第1层5之间。因而，阻挡层7覆盖第1层5的第1主面5a。进而，阻挡层7还覆盖第1层5的侧面5c。另外，阻挡层7具有第1部分7a以及第2部分7c。第1部分7a是覆盖第1层5的第1主面5a的部分。第2部分7c是覆盖第1层5的侧面5c的部分。在本实施方式中，阻挡层7中的第1部分7a的厚度比阻挡层7中的第2部分7c的厚度薄。
在本实施方式中，阻挡层7包含Mn的氧化物。不过，阻挡层7只要包含金属的氧化物即可。阻挡层7优选包含从包括Mn、A1、Mg以及Sn的组选择的一种金属的氧化物。
在压电性基板2上设置有保护膜8，使得覆盖IDT电极3。保护膜8包含氧化硅。更具体地，保护膜8包含SiO2。不过，保护膜8并不限于上述，例如，也可以包含氮氧化硅等。
本实施方式的特征在于，阻挡层7覆盖第1层5的第1主面5a以及侧面5c，在阻挡层7中，第1部分7a的厚度比第2部分7c的厚度薄。由此，能够在抑制机电耦合系数变小的同时更可靠地抑制构成IDT电极3的Cu扩散到压电性基板2。除此以外，能够有效地抑制上述Cu扩散到保护膜8。以下，更详细地说明本实施方式的效果。
准备了包含第1实施方式的弹性波装置1的弹性波滤波器装置。进而，准备了包含第1比较例的弹性波装置的弹性波滤波器装置和包含第2比较例的弹性波装置的弹性波滤波器装置。另外，这些弹性波滤波器装置分别准备了多个。如图3所示，第1比较例的弹性波装置与第1实施方式的不同点在于，IDT电极不具有阻挡层，以及在压电性基板2与第1层5之间设置有NiCr层107。如图4所示，第2比较例与第1实施方式的不同点也在于，IDT电极不具有阻挡层，以及在压电性基板2与第1层5之间设置有NiCr层117。进而，在第2比较例中，NiCr层117的宽度比第1层5的宽度宽。这与专利文献2(日本特开2017-157944号公报)记载的结构相同。在此，电极指的宽度是电极指的沿着弹性波传播方向的尺寸。
第1实施方式的弹性波装置的设计参数如下。
压电性基板2的材料：128°旋转Y切割X传播LiNbO3
第1层5：材料为Cu、厚度为300nm
第2层6：材料为Ti、厚度为8nm
阻挡层7：材料为Mn的氧化物、第1部分7a的厚度为2nm、第2部分7c的厚度为15nm
保护膜8：材料为SiO2、厚度为1110nm
IDT电极3中的波长λ：4μm
第1比较例以及第2比较例的弹性波装置的设计参数如下。
压电性基板的材料：128°旋转Y切割X传播LiNbO3
NiCr层的厚度：6nm
第1层：材料为Cu、厚度为300nm
第2层：材料为Ti、厚度为8nm
IDT电极中的波长λ：4μm
在包含第1实施方式的弹性波装置1的弹性波滤波器装置、包含第1比较例的弹性波装置的弹性波滤波器装置、以及包含第2比较例的弹性波装置的弹性波滤波器装置中，实施了高温负荷试验。在该试验中，将温度设为125℃，并在IDT电极的第1汇流条与第2汇流条之间施加了3V的直流电压。在该状态下，以给定的时间间隔测定了滤波器电特性。
进行了高温负荷试验的结果是，在第1比较例中，在200小时的试验时间后进行测定时，在全部的样品中观察到了***损耗的劣化。在第2比较例中，在200小时的试验时间后进行测定时，在一部分的样品中观察到了***损耗的劣化。即使在除此以外的第2比较例的样品中，也确认到了绝缘电阻值的劣化。对确认到了绝缘电阻值的劣化的样品的电极指进行了观察后，确认到了第1层5中的Cu和压电性基板2中的LiNbO3之间的扩散。即，通过专利文献2的构造，虽然能够在某种程度上抑制Cu与LiNbO3之间的扩散，但是未能得到能够满足市场要求的程度的实力。
另一方面，在包含第1实施方式的弹性波装置1的弹性波滤波器装置中，在1000小时的试验时间下，也未观察到***损耗以及绝缘电阻值的劣化。
阻挡层7中的第1部分7a主要具有抑制第1层5的Cu与压电性基板2之间的扩散的功能，此外，同时还作为第1层5与压电性基板2之间的密接层而发挥功能。构成阻挡层7的金属的氧化物为绝缘体。通过在IDT电极3的电极层与压电性基板2之间配置绝缘体，从而机电耦合系数变小。相对于此，在本实施方式中，阻挡层7中的、位于第1层5与压电性基板2之间的部分薄。因而，能够抑制机电耦合系数变小。
虽然第1层5与压电性基板2之间的扩散通过比较薄的阻挡层7也能够抑制，但是难以抑制第1层5与保护膜8之间的扩散。相对于此，在本实施方式中，在阻挡层7中，第2部分7c的厚度比第1部分7a的厚度厚。因而，能够抑制第1层5的Cu扩散到保护膜8。
此外，IDT电极3一般是与厚度方向相比平面方向上的宽度更宽的构造。因而，在阻挡层7中，通过使第1部分7a的厚度比第2部分7c的厚度薄，从而能够减小电阻率小的Cu的截面积的下降。因此，能够降低电极指的电阻。
根据以上可知，在阻挡层7中，优选将第1部分7a的厚度形成得比第2部分7c的厚度薄。由此，能够得到可靠性优异、因电极指的电阻小而损耗小、机电耦合系数大的弹性波装置1。
阻挡层7的第1部分7a的厚度优选为0.5nm以上且10nm以下的范围内。在第1部分7a的厚度比0.5nm薄的情况下，有可能变得难以抑制阻挡层7中的第1层5的Cu扩散到压电性基板2。另一方面，在第1部分7a的厚度比10nm厚的情况下，变得难以抑制机电耦合系数变小，器件的***损耗有可能变大。
阻挡层7的第2部分7c的厚度优选为10nm以上且20nm以下的范围。在第2部分7c的厚度比10nm薄的情况下，阻挡性有可能变得不充分，有可能变得难以抑制Cu的扩散。另一方面，在第2部分7c的厚度比20nm厚的情况下，相对于电极指的截面积，阻挡层7的比例增加，第1层5的比例减少，由此电极指的电阻增加。
像本实施方式那样，优选在第1层5上设置有第2层6。在该情况下，第1层5的周围被阻挡层7以及第2层6覆盖。由此，能够有效地抑制第1层5中的Cu扩散到保护膜8。除此以外，还能够抑制第1层5中的Cu的氧化。
在此，对第1实施方式中的弹性波装置1的制造方法的一个例子进行说明。首先，在压电性基板2上例如通过剥离法等形成第1层5用的电极图案以及第2层6。第1层5用的电极图案由在Cu中添加了0.1原子％～20原子％的Mn的金属形成。另外，第1层5用的电极图案以及第2层6也可以通过对各金属层进行蚀刻而图案化。
接着，在200℃～400℃进行1小时左右的加热处理。此时，电极图案中的Mn在电极图案的侧面与气氛中的氧结合而形成氧化膜。进而，在电极图案的底面与压电性基板2中的氧结合而形成氧化膜。另一方面，电极图案的上表面被第2层6覆盖。因而，Mn的氧化不进展。另外，所谓底面，是图2中的下方的面。所谓上表面，是图2中的上方的面。伴随着Mn的氧化，电极图案中的Mn进一步向电极图案的底面以及侧面移动。于是，Mn的氧化进展。由此，由包含Cu以及Mn的混合物的电极图案形成作为Cu层的第1层5。进而，在第1层5的第1主面5a以及侧面5c形成包含Mn的氧化物的阻挡层7。在压电性基板2上的电极指间的部分等未形成电极指区域，不直接形成阻挡层7。另外，与IDT电极3同时还形成反射器9A以及反射器9B。然后，通过溅射法等在压电性基板2上形成保护膜8，使得覆盖IDT电极3。
在进行上述加热处理之前，也就是说，在作为电极图案的Cu层中混有少量的Mn的状态下，Cu层的电阻率也高，也不具有对Cu的扩散的阻挡性。通过加热处理，Mn向外侧移动并形成氧化膜，由此可得到阻挡性，中心部的Cu部的Mn浓度下降而变得接近纯Cu，因此电阻率下降，可得到本申请的效果。
第1层5只要以Cu为主成分即可，也可以残存有Mn。第1层5中的Mn的浓度优选为0.02原子％以下。在该情况下，能够使相对于纯Cu的电阻率的增加比较小。不过，如上所述，第1层5优选包含不含杂质的Cu。在该情况下，能够更进一步降低电阻率。
作为采取与Mn同样的举动并形成稳定的氧化膜的金属元素，例如有Al、Mg、Sn等。不过，在上述多个金属元素之中，在为了形成阻挡层7而添加到Cu的情况下，最能够减小电极指的电阻的金属元素是Mn。另一方面，在上述的金属以外还添加了Ag的情况下，能够提高IDT电极3的耐功率性。
另外，在保护膜8为SiO2等氧化物的情况下，上述加热处理也可以不在形成电极图案之后进行，而是在形成保护膜8之后进行。在该情况下，Mn不是与气氛中的氧结合，而是与保护膜8中的氧结合来形成氧化膜。
可是，未必一定要形成保护膜8。在图5所示的第1实施方式的变形例中，在压电性基板2上未形成保护膜8。在该情况下，也与第1实施方式同样地，能够更可靠地抑制第1层5的Cu与压电性基板2之间的扩散。
图6是第2实施方式中的电极指的横向剖视图。
本实施方式与第1实施方式的不同点在于，在IDT电极23中，阻挡层27覆盖第1层5的第1主面5a、第2主面5b以及侧面5c，以及未设置第2层6。除了上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第1实施方式的弹性波装置1同样的结构。
通过阻挡层27覆盖第1层5的侧面5c以及第2主面5b，从而能够抑制第1层5的Cu扩散到保护膜8。进而，通过阻挡层27覆盖第1层5的第1主面5a，从而与第1实施方式同样地，能够更可靠地抑制第1层5的Cu与压电性基板2之间的扩散。
在形成本实施方式的IDT电极23时，例如，不设置第2层6，并与形成第1实施方式的IDT电极3的情况同样地，进行加热处理。此时，第1层5用的电极图案中的Mn在电极图案的侧面以及上表面与气氛中的氧结合而形成氧化膜。进而，在电极图案的底面，与压电性基板2中的氧结合而形成氧化膜。伴随着Mn的氧化，电极图案中的Mn进一步向电极图案的底面、侧面以及上表面移动。于是Mn的氧化进展。由此，由包含Cu以及Mn的混合物的电极图案形成作为Cu层的第1层5。进而，在第1层5的第1主面5a、侧面5c以及第2主面5b形成包含Mn的氧化物的阻挡层27。
如图6所示，阻挡层27具有第1连接部27d以及第2连接部27e。更具体地，第1连接部27d是阻挡层27中的、将设置在第1层5的侧面5c的部分以及设置在第1主面5a的部分连接的部分。第2连接部27e是阻挡层27中的、将设置在第1层5的侧面5c的部分以及设置在第2主面5b的部分连接的部分。在本实施方式中，IDT电极23的横截面中的第1连接部27d以及第2连接部27e的形状为连接了直线和直线的形状。第1连接部27d以及第2连接部27e构成为角部。另外，在阻挡层27和保护膜8的边界、以及阻挡层27和第1层5的边界双方，第1连接部27d构成为角部。第2连接部27e也同样地，在上述双方的边界构成为角部。
不过，第1连接部27d以及第2连接部27e的形状并不限定于上述形状。在图7所示的第2实施方式的变形例中，阻挡层27A的第1连接部27x以及第2连接部27y具有曲面状的形状。更具体地，在阻挡层27A和保护膜8的边界、以及阻挡层27A和第1层5的边界双方，第2连接部27y具有曲面状的形状。第1连接部27x在阻挡层27A和保护膜8的边界构成为角部。另一方面，在阻挡层27A和第1层5的边界，第1连接部27x具有曲面状的形状。
图8是第3实施方式中的电极指的横向剖视图。
本实施方式与第1实施方式的不同点在于，在压电性基板2与IDT电极3之间设置有电介质膜33。除了上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第1实施方式的弹性波装置1同样的结构。
通过设置有电介质膜33，从而能够将机电耦合系数调整为适当的值，并且能够有效地抑制第1层5的Cu与压电性基板2之间的扩散。电介质膜33的厚度优选为波长λ的1％以下。由此，能够抑制机电耦合系数变得过小。因而，***损耗不易变大。
图9是第4实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式与第1实施方式的不同点在于，压电性基板42为支承基板43以及压电体层44的层叠基板。在支承基板43上设置有压电体层44。在压电体层44上设置有IDT电极3。除了上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第1实施方式的弹性波装置1同样的结构。
压电体层44包含铌酸锂。不过，压电体层44的材料并不限定于上述材料，例如，还能够使用钽酸锂、氧化锌、氮化铝、石英、或PZT等。
支承基板43包含硅。不过，支承基板43的材料并不限定于上述材料，例如，还能够使用氧化铝、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、矾土、蓝宝石、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、金刚石、玻璃等电介质、氮化镓等半导体或树脂等。
在本实施方式中，IDT电极3也与第1实施方式同样地构成。因而，能够更可靠地抑制构成IDT电极3的Cu扩散到压电性基板42以及保护膜8。压电体层44的厚度优选为1λ以下。在该情况下，能够提高弹性波的激励效率。
图10是第5实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式与第4实施方式的不同点在于，支承基板53具有空洞部53a和支承部53b。除了上述的方面以外，第5实施方式的弹性波装置具有与第4实施方式的弹性波装置同样的结构。
支承基板53的空洞部53a被支承部53b包围，且在压电体层44侧开口。支承基板53在支承部53b支承压电体层44。在该情况下，能够有效地提高弹性波的激励效率。
在本实施方式中，IDT电极3与第4实施方式同样地构成。因而，能够更可靠地抑制构成IDT电极3的Cu扩散到压电性基板52以及保护膜8。
图11是第6实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式与第5实施方式的不同点在于，弹性波装置61利用了厚度剪切一阶模的体波(bulk wave)。更具体地，在本实施方式中，在将压电体层44的厚度设为d并将IDT电极3的电极指间距设为p的情况下，d/p为0.5以下。通过设为这样的结构，从而能够利用厚度剪切一阶模的体波作为主模。另外，弹性波装置61不具有反射器。除了上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置61具有与第5实施方式的弹性波装置同样的结构。
在利用了厚度剪切一阶模的体波的情况下，即使减少反射器中的电极指的根数，传播损耗也少。因而，能够有效地促进弹性波装置61的小型化。进而，因为IDT电极3与第5实施方式同样地构成，所以能够更可靠地抑制构成IDT电极3的Cu扩散到压电性基板52以及保护膜8。
附图标记说明
1：弹性波装置；
2：压电性基板；
3：IDT电极；
5：第1层；
5a、5b：第1主面、第2主面；
5c：侧面；
6：第2层；
7：阻挡层；
7a、7c：第1部分、第2部分；
8：保护膜；
9A、9B：反射器；
18a、18b：第1汇流条、第2汇流条；
19a、19b：第1电极指、第2电极指；
23：IDT电极；
27、27A：阻挡层；
27d、27e：第1连接部、第2连接部；
27x、27y：第1连接部、第2连接部；
33：电介质膜；
42：压电性基板；
43：支承基板；
44：压电体层；
52：压电性基板；
53：支承基板；
53a：空洞部；
53b：支承部；
61：弹性波装置；
107、117：NiCr层。

Claims (9)

1.一种弹性波装置，具备：
压电性基板；以及
IDT电极，具有外层和电极层，且具有多个电极指，所述外层设置在所述压电性基板上，所述电极层设置在所述外层上且以Cu为主成分，
所述电极层包含：
第1主面，位于所述压电性基板侧；
第2主面，与所述第1主面对置；以及
侧面，与所述第1主面以及所述第2主面连接，
所述外层覆盖所述电极层的所述第1主面以及所述侧面，
所述外层中的覆盖所述电极层的所述第1主面的部分的厚度比所述外层中的覆盖所述电极层的所述侧面的部分的厚度薄。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
还具备：保护膜，在所述压电性基板上设置为覆盖所述IDT电极。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述电极层为所述IDT电极的第1层，
所述IDT电极还具有设置在所述第1层的所述第2主面的第2层。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述外层覆盖所述电极层的所述第1主面、所述侧面以及所述第2主面。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述外层包含金属的氧化物。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
所述外层包含从包括Mn、Al、Mg以及Sn的组选择的一种金属的氧化物。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述外层包含Mn的氧化物。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电性基板具有支承基板和设置在所述支承基板上的压电体层。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的弹性波装置，其中，
还具备：电介质膜，设置在所述压电性基板与所述IDT电极之间，
在将由所述IDT电极的电极指间距规定的波长设为λ时，所述电介质膜的厚度为所述波长λ的1％以下。
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