JP7288307B2 - 弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ - Google Patents

Description

本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関し、例えば酸化シリコン膜を有する弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関する。

圧電薄膜共振器および弾性表面波共振器等の弾性波デバイスの温度補償膜として酸化シリコン膜を用いることが知られている（例えば特許文献１および２）。酸化シリコン膜に弗素等を添加することにより、弾性波デバイスの周波数温度係数を小さくすることが知られている（例えば特許文献３）。酸化シリコン膜に弗素を添加すると、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）を用いて測定したＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が大きくなることが知られている（例えば特許文献３および非特許文献１）。

特開２０１１－１８２０９６号公報 特開２００７－１５９１２３号公報 特開２０１１－７７６８２号公報

Surface and Coatings Technology 168 (2003) 51-56

弾性波デバイスの温度補償膜に弗素を添加した酸化シリコン膜を用いると、周波数温度係数等の弾性波デバイスの特性の温度依存性は小さくなるが、弾性波デバイスの電気的な特性（例えば弾性波共振器の共振特性）が劣化する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、特性劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、圧電層と、前記圧電層に弾性波を励振する電極と、平面視において前記圧電層と重なり、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より４ｃｍ^－１以上大きく、かつ弗素濃度が１原子％以下である酸化シリコン膜と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より６ｃｍ^－１以上大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記酸化シリコン膜の弗素濃度は０．１原子％以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記酸化シリコン膜におけるＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動の半値幅は弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動の半値幅の９５％以下である構成とすることができる。

上記構成において、基板と、前記基板と前記圧電層との間に設けられた前記電極である下部電極と、前記圧電層上に設けられた上部電極と、を備え、前記酸化シリコン膜は前記下部電極と前記上部電極とが前記圧電層の少なくとも一部を挟み対向する領域内に設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層上に設けられ、互いに対向する前記電極である一対の櫛型電極を備え、前記酸化シリコン膜は前記圧電層上に前記一対の櫛型電極を覆うように設けられている構成とすることができる。

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。

本発明は上記フィルタを含むマルチプレクサである。

本発明は、平面視において、弾性波を励振する電極が設けられる圧電層と重なるように弗素を含む酸化シリコン膜を形成する工程と、１００℃以上の温度、２気圧以上の圧力かつ水蒸気を含む雰囲気において前記酸化シリコン膜を熱処理することにより、前記酸化シリコン膜から弗素を脱離させる工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

本発明は、平面視において、弾性波を励振する電極が設けられる圧電層と重なるように弗素を１原子％以上含む酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の弗素を１原子％より小さくなるように前記酸化シリコン膜から弗素を脱離させる工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

上記構成において、前記酸化シリコン膜を形成する工程は、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より４ｃｍ^－１以上大きくなるように前記酸化シリコン膜を形成する工程を含む構成とすることができる。

本発明によれば、特性劣化を抑制することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実験１における酸化シリコン膜内の弗素濃度に対するピーク波数および半値幅を示す図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、酸化シリコン膜におけるＯ－Ｓｉ－Ｏ結合を示す模式図である。 図３は、実験２におけるサンプルＡ、ＢおよびＣのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実験２におけるサンプルＡからＣの深さに対する弗素濃度を示す図である 図５（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例４から６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例７から９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図９は、実施例１の変形例１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その１)である。 図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その２)である。 図１２は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図（その３)である。 図１３（ａ）は、実施例３に係る弾性表面波共振器の平面図、図１３（ｂ）は，図１３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、それぞれ実施例３の変形例１および２に係る弾性表面波共振器の断面図である。 図１５（ａ）は、実施例４に係るフィルタの回路図、 図１５（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

一般的な圧電層の弾性定数の温度係数の符号は負である。これに対し酸化シリコン膜の弾性定数の温度係数の符号は正である。これにより、弾性波デバイスにおいて、圧電層と重なるように酸化シリコン膜を設けると弾性波デバイスの特性の温度依存性（例えば弾性波共振器の周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency））が小さくなる。酸化シリコン膜に弗素を添加すると、弾性波デバイスの特性の温度依存性がより小さくなる。しかし、弾性波デバイスの電気的な特性（例えば弾性波共振器の共振特性）が劣化する。以下、弾性波デバイスの特性の温度依存性が小さく、かつ電気的特性が劣化しない酸化シリコン膜について検討した。

[実験１]
実験１として、弗素を添加した酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動（ω４）の吸収スペクトルをＦＴＩＲ法を用い測定した。酸化シリコン膜は、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成し、弗素添加のためＣ_２Ｆ_６ガスを用いた。酸化シリコン膜中の弗素濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）法を用い測定した。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実験１における酸化シリコン膜内の弗素濃度に対するピーク波数および半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）を示す図である。ドットは測定点であり、直線は測定点をつなぐ直線である。

図１（ａ）に示すように、弗素を添加しない酸化シリコン膜のピーク波数は約１０６４ｃｍ^－１であり、弗素濃度が高くなるとピーク波数は大きくなる。弗素濃度とピーク波数の関係はほぼ線形である。弗素濃度が５原子％の酸化シリコン膜では、弗素濃度が０原子％の酸化シリコン膜に比べピーク波数が約１２ｃｍ^－１大きくなる。

図１（ｂ）に示すように、弗素を添加しない酸化シリコン膜のＦＷＨＭは約８０ｃｍ^－１であり、弗素濃度が高くなるとＦＷＨＭは小さくなる。弗素濃度とＦＷＨＭの関係はほぼ線形である。弗素濃度が５原子％の酸化シリコン膜では、弗素濃度が０原子％の酸化シリコン膜に比べＦＷＨＭは約１６％小さくなり約６７ｃｍ^－１となる。

特許文献３のように、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピーク波数およびＦＷＨＭは弾性波共振器の周波数温度係数ＴＣＦに相関する。ピーク波数が大きくなり、ＦＷＨＭが小さくなるとＴＣＦは小さくなる。

図２（ａ）から図２（ｃ）は、酸化シリコン膜におけるＯ－Ｓｉ－Ｏ結合を示す模式図である。図２（ａ）は、弗素を添加しない酸化シリコン膜におけるＯ－Ｓｉ－Ｏの結合を示す。Ｓｉ原子５０と２つのＯ原子５２の結合５４の角度（すなわち、Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角）はθである。

図２（ｂ）は、弗素を添加した酸化シリコン膜におけるＯ－Ｓｉ－Ｏの結合を示す。Ｓｉ原子５０およびＯ原子５２の近くにＦ原子５６が位置すると、Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角がθ´と大きくなると考えられる。弗素を添加することで、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピーク波数が大きくなるのはＯ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角が大きくなるためと考えられる。

酸化シリコン膜内ではＳｉ－Ｏは環状構造となっている。弗素を添加しない酸化シリコン膜では、結合角θが小さいため、三員環構造および四員環構造が多く含まれる。一方、弗素を添加した酸化シリコン膜では、結合角θ´が大きいため、三員環構造および四員環構造が少なくなり、Ｓｉ－Ｏのネットワークはより開放的となる。これに起因して、弾性定数の温度係数が変化し、ＴＣＦが小さくなるものと考えられる。

酸化シリコン膜に弗素を添加すると、圧電薄膜共振器の共振特性が劣化する。この原因は明確ではないが、例えば弗素の添加により酸化シリコン膜のヤング率が低下することが考えられる。例えば、弗素を添加しない酸化シリコン膜のヤング率は約６９ＧＰａである。ピーク波数が１０７０ｃｍ^－１程度の弗素を添加した酸化シリコン膜のヤング率は約５８ＧＰａである。ヤング率が低下するのは、Ｓｉ－Ｏ結合の一部がＳｉ－Ｆ結合に置き換わるためと考えられる。

以上のように、温度補償膜として弗素を添加した酸化シリコン膜を用いると、ＴＣＦを小さくできるが、弾性波共振器の共振特性が劣化する。

図２（ｃ）は、以下の実施例の酸化シリコン膜におけるＯ－Ｓｉ－Ｏの結合を示す。Ｆ原子は添加されておらず、Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角はθ´と大きい。このように、Ｆ原子が添加されていなければＳｉ－Ｆの結合が少なく、ヤング率は後述する実験２のサンプルＢのように低下しない。よって、共振特性は後述する実験２のサンプルＡと同程度と予想される。Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角がθ´と大きければ、サンプルＢのようにＴＣＦを小さくできる。よって、ＴＣＦはサンプルＢと同程度に抑制できる。

［実験２］
以下の３つのサンプルを作製した。
サンプルＡ：弗素を添加しない酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）
サンプルＢ：弗素を添加した酸化シリコン膜（ＳｉＯＦ）
サンプルＣ：サンプルＢを熱処理した酸化シリコン膜

シリコン基板上にＴＥＯＳ－ＣＶＤ法を用いサンプルＡ、ＢおよびＣの酸化シリコン膜を形成した。サンプルＢおよびＣでは弗素のドーパント用のガスとしてＣ_２Ｆ_６ガスを用いた。サンプルＣでは、サンプルＢを１０気圧の水蒸気雰囲気において３００℃の温度で６時間熱処理した。サンプルＡ、ＢおよびＣのＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のスペクトルをＦＴＩＲ法を用い測定した。サンプルＢおよびＣの弗素濃度をＳＩＭＳ法を用い測定した。

ＦＴＩＲ法による測定条件は以下である。
測定法：透過法
波数分能：４．０ｃｍ^－１
積算回数：１００回
測定範囲：４０００～４００ｃｍ^－１
測定温度：室温
測定雰囲気：真空

図３は、実験２におけるサンプルＡ、ＢおよびＣのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。Ｓｉ－Ｏ（ω４）は、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークである。Ｓｉ－ＦはＳｉ－Ｆ結合に起因するピークである。図３に示すように、サンプルＢでは、サンプルＡに比べＳｉ－Ｏ（ω４）のピーク波数が大きくなり、ＦＷＨＭが小さくなる。サンプルＢでは、サンプルＡに比べＳｉ－Ｆのピーク高さが大きくなる。これは、サンプルＢでは、酸化シリコン膜に弗素が添加されたことを示している。サンプルＣでは、サンプルＢに比べＳｉ－Ｏ（ω４）のピーク波数およびＦＷＨＭはほとんど変わらない。サンプルＣでは、サンプルＢに比べＳｉ－Ｆのピークが低くなり、サンプルＡと同程度となる。これは、サンプルＣでは、Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角がサンプルＢと同程度であり、かつ弗素が脱離したことを示唆している。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、実験２におけるサンプルＡからＣの深さに対する弗素濃度を示す図である。深さは酸化シリコン膜の表面からの深さを示し、弗素濃度は、Ｓｉ、ＯおよびＦに対するＦの原子濃度を示す。サンプルＡとＢとＣとでは酸化シリコン膜の膜厚が異なる。図４（ａ）に示すように、サンプルＡでは酸化シリコン膜内の弗素濃度は０．０１原子％でほぼ一定である。図４（ｂ）に示すように、サンプルＢでは酸化シリコン膜内の弗素濃度は約７原子％である。図４（ｃ）に示すように、サンプルＣでは酸化シリコン膜内の弗素濃度は０．０１原子％以下である。

以上の結果から、サンプルＣでは、Ｏ－Ｓｉ－Ｏ結合の結合角はθ´の状態で弗素が脱離していると考えられる。よって、サンプルＣの酸化シリコン膜を弾性波デバイスの温度補償膜に用いると、弾性波デバイスのＴＣＦ等の特性の温度依存性を小さくできかつ弾性波デバイスの共振特性等の特性の劣化を抑制できる。

図５（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、基板１０上面の窪みに空隙２０が設けられている。基板１０は例えばシリコン（Ｓｉ）基板である。基板１０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２は、例えば基板側からクロム（Ｃｒ）膜およびルテニウム（Ｒｕ）膜である。

下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は、例えば（０００１）方向を主軸とする（すなわちＣ軸配向性を有する）窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする窒化アルミニウム膜である。圧電膜１４内に温度補償膜１８が設けられている。すなわち、圧電膜１４は、下部圧電膜と上部圧電膜を含み、温度補償膜１８は下部圧電膜と上部圧電膜との間に設けられている。温度補償膜１８は、実験２のサンプルＣに相当する酸化シリコン膜である。

圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は、例えば圧電膜側からルテニウム膜およびクロム膜である。圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域は共振領域２２である。共振領域２２の平面形状は例えば楕円形状である。共振領域２２内の圧電膜１４において厚み縦振動モードの弾性波が共振する。共振領域２２は、平面視において空隙２０と重なり、空隙２０と同じ大きさまたは空隙２０より小さい。基板１０、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を覆うように保護膜２５が設けられている。

基板１０としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。

下部電極１２および上部電極１６としては、ルテニウムおよびクロム以外にもアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。保護膜２５は、例えば弗素等の不純物を意図的に添加していない酸化シリコン膜である。

圧電膜１４としては、窒化アルミニウム膜以外に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）等を用いることができる。また、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。圧電性の向上のための元素は、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素もしくは１２族元素と５族元素との２つの元素である。これにより、圧電薄膜共振器の電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはストロンチウム（Ｓｒ）である。１２族元素は例えば亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は、例えばタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）またはバナジウム（Ｖ）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、ボロン（Ｂ）を含んでもよい。

２ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器の場合の各層の材料および厚さを以下に例示する。下部電極１２は膜厚が１００ｎｍのクロム膜および膜厚が２００ｎｍのルテニウム膜である。圧電膜１４は膜厚が１２００ｎｍの窒化アルミニウム膜である。上部電極１６は膜厚が２３０ｎｍのルテニウム膜および膜厚が５０ｎｍのクロム膜である。保護膜２５は膜厚が１０ｎｍの酸化シリコン膜である。

［実施例１の変形例１］
図６（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図６（ａ）に示すように、温度補償膜１８は、下部電極１２と圧電膜１４との間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例２］
図６（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図６（ｂ）に示すように、温度補償膜１８は、上部電極１６と圧電膜１４との間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例３］
図６（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図６（ｃ）に示すように、温度補償膜１８が厚さ方向に複数設けられ、１つの温度補償膜１８は上部電極１６と圧電膜１４との間に設けられ、他の１つの温度補償膜１８は圧電膜１４内に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例４］
図７（ａ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７（ａ）に示すように、温度補償膜１８は下部電極１２内に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例５］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７（ｂ）に示すように、温度補償膜１８は上部電極１６内に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例６］
図７（ｃ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図７（ｃ）に示すように、温度補償膜１８は複数設けられ、１つの温度補償膜１８は上部電極１６内に設けられ、他の１つの温度補償膜１８は下部電極１２内に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例７］
図８（ａ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、温度補償膜１８は下部電極１２と空隙２０との間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例８］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ｂ）に示すように、温度補償膜１８は上部電極１６上に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例９］
図８（ｃ）は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ｃ）に示すように、温度補償膜１８は複数設けられ、１つの温度補償膜１８は上部電極１６上に設けられ、他の１つの温度補償膜１８は下部電極１２の下に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１およびその変形例１から９のように、共振領域２２の少なくとも一部に温度補償膜１８を含めばよい。温度補償膜１８は厚さ方向に複数設けられていてもよい。１または複数の温度補償膜１８のうち少なくとも１つが実験２のサンプルＣのような酸化シリコン膜であればよい。ＴＣＦをより小さくするためには、温度補償膜１８を圧電膜１４内に設けることがよく、圧電膜１４の厚さ方向のほぼ中央に設けることが好ましい。

［実施例１の変形例１０］
図９は、実施例１の変形例１０に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９に示すように、共振領域２２の下部電極１２下に音響反射膜２１が形成されている。音響反射膜２１は、音響インピーダンスの低い膜２１ｂと音響インピーダンスの高い膜２１ａとが交互に設けられている。膜２１ａおよび２１ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜２１ａと膜２１ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜２１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜２１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜２１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１およびその変形例１から９において、実施例１の変形例１０と同様に空隙２０の代わりに音響反射膜２１を設けてもよい。共振領域２２内において弾性波を反射する音響反射層は、空隙２０または音響反射膜２１を含めばよい。このように、圧電薄膜共振器は、空隙２０を有するＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよく、音響反射膜２１を有するＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）でもよい。

図１０（ａ）から図１２は、実施例２に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図１０（ａ）に示すように、平坦主面を有する基板１０上に空隙を形成するための犠牲層２６を形成する。犠牲層２６の膜厚は、例えば１０～１００ｎｍであり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛、ゲルマニウム（Ｇｅ）または酸化シリコン等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。犠牲層２６は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。犠牲層２６を、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層２６は、リフトオフ法により形成してもよい。犠牲層２６の形状は、空隙２０の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域２２となる領域を含む。

図１０（ｂ）に示すように、犠牲層２６および基板１０上に下部電極１２を例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成する。下部電極１２を、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。

図１０（ｃ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に圧電膜１４を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。このとき、圧電膜１４内に挿入膜２４を形成する。挿入膜２４は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い形成される。挿入膜２４は、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングされる。挿入膜２４は、リフトオフ法により形成してもよい。圧電膜１４を、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図１１（ａ）に示すように、圧電膜１４上に弗素が添加された酸化シリコン膜１７を例えばＴＥＯＳ－ＣＶＤ法を用い形成する。酸化シリコン膜１７は、ＴＥＯＳ－ＣＶＤ法以外のＣＶＤ法を用い形成してもよい。弗素の原料ガスとしてはＣ_２Ｆ_６ガス以外にもＣＦ_４ガスまたは他のガスを用いてもよい。また、酸化シリコン膜１７は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い形成してもよい。

図１１（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜１７を高温高圧水蒸気中で熱処理する。これにより、実験２のサンプルＣのように、結合角θ´を維持した状態で弗素を脱離することができる。熱処理温度は、例えば１００℃以上であり、例えば２００℃以上であり、例えば５００℃以下である。水蒸気の圧力は、例えば２気圧以上であり、例えば５気圧以上であり、例えば５０気圧以下である。高温高圧水蒸気中の熱処理以外の方法で酸化シリコン膜１７の弗素を脱離してもよい。これにより、酸化シリコン膜１７から弗素が脱離した温度補償膜１８が形成される。温度補償膜１８を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。

図１１（ｃ）に示すように、温度補償膜１８および圧電膜１４上に、上部電極１６を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極１６を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。図１０（ｃ）において圧電膜１４をパターニングせず、その後、図１１（ｃ）において上部電極１６をマスクに圧電膜１４をエッチングしてもよい。基板１０、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を覆うように保護膜２５を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。

図１２に示すように、犠牲層２６を例えばエッチング法を用い除去する。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の積層膜の合計の応力を圧縮応力となるように設定しておく。これにより、犠牲層２６が除去されると、積層膜が基板１０の反対側に基板１０から離れるように膨れる。下部電極１２と基板１０との間にドーム状の膨らみを有する空隙２０が形成される。

実施例２のように、基板１０の上面は平坦でもよい。上部電極１６と下部電極１２との間に挿入膜２４が挿入されていてもよい。挿入膜２４は共振領域２２の中央領域に設けられておらず、中央領域を囲み共振領域２２の外周を含む外周領域に設けられている。挿入膜２４により圧電薄膜共振器のＱ値を向上できる。実施例１およびその変形例においても温度補償膜１８を実施例２と同様に成膜することができる。実施例１およびその変形例に挿入膜２４を設けてもよい。

実施例１およびその変形例、実施例２において、共振領域２２の平面形状が楕円形状を例に説明したが、共振領域２２の平面形状は四角形状または五角形状のように多角形状でもよい。

図１３（ａ）は、実施例３に係る弾性表面波共振器の平面図、図１３（ｂ）は，図１３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、弾性表面波共振器は、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）３５および反射器３６を有している。ＩＤＴ３５および反射器３６は圧電基板３０上に設けられている。圧電基板３０は、例えばタンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板または水晶基板である。ＩＤＴ３５および反射器３６は金属膜３１により形成されている。金属膜３１は、例えばアルミニウム膜、銅膜またはモリブデン膜である。ＩＤＴ３５は一対の櫛型電極３４を有する。一対の櫛型電極３４は、それぞれ複数の電極指３２と、複数の電極指３２が接続されたバスバー３３を有する。一方の櫛型電極３４の電極指３２と他方の櫛型電極３４の電極指３２とは少なくとも一部で互い違いに設けられている。ＩＤＴ３５のＸ方向の両側に反射器３６が形成されている。ＩＤＴ３５が励振した弾性波は主に電極指３２の配列方向に伝搬し、反射器３６は弾性波を反射する。一対の櫛型電極３４のうち一方の電極指３２のピッチがほぼ弾性波の波長λである。圧電基板３０上に金属膜３１を覆うように温度補償膜３８が設けられている。温度補償膜１８は例えば実験２のサンプルＣと同様の酸化シリコン膜である。

［実施例３の変形例１］
図１４（ａ）は、実施例３の変形例１に係る弾性表面波共振器の断面図である。図１４（ａ）に示すように、圧電基板３０は支持基板３０ａ上に接合されている。支持基板３０ａは、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、ガラス基板または水晶基板である。支持基板３０ａの線膨張係数は圧電基板３０の弾性波の伝搬方向の線膨張係数より小さい。これにより、ＴＣＦをより抑制できる。圧電基板３０の厚さは例えば１０λ以下であり、１λ以下である。圧電基板３０と支持基板３０ａとの接合には例えば活性化接合法を用いる。活性化接合法では、支持基板３０ａの上面および圧電基板３０の下面にイオンまたは原子をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして照射する。これにより、支持基板３０ａの上面および圧電基板３０の下面が活性化する。活性化した支持基板３０ａの上面と圧電基板３０の下面とを常温にて接合する。支持基板３０ａと圧電基板３０との間には厚さが２ｎｍから１０ｎｍの非晶質層が形成される。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。

［実施例３の変形例２］
図１４（ｂ）は、実施例３の変形例２に係る弾性表面波共振器の断面図である。図１４（ｂ）に示すように、圧電基板３０と支持基板３０ａとの間に中間層３０ｂが設けられている。中間層３０ｂは、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層であり、圧電基板３０の下面にＣＶＤ法、真空蒸着法またはスパッタリング法等により成膜されている。中間層３０ｂの厚さは例えば１μｍから１０μｍ程度である。支持基板３０ａの上面と中間層３０ｂの下面との接合には例えば活性化接合法を用いる。その他の構成は実施例３の変形例１と同じであり説明を省略する。

実施例１から３およびその変形例に係る弾性波デバイスは、圧電層（実施例１、２およびその変形例における圧電膜１４、および実施例３およびその変形例における圧電基板３０）と、圧電層に弾性波を励振する電極（実施例１、２およびその変形例における下部電極１２および上部電極１６、および実施例３およびその変形例における櫛型電極３４）と、を備える。酸化シリコン膜である温度補償膜１８および３８は、平面視において圧電層と重なっている。酸化シリコン膜の弾性率の温度係数は、一般的な圧電層の弾性率の温度係数と符号が逆である。これにより、弾性波デバイスの特性の温度依存性（例えばＴＣＦ）を小さくできる。

実験２のサンプルＣのように、温度補償膜１８および３８に用いる酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピーク波数は、弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピーク波数より４ｃｍ^－１以上大きい。これにより、弾性波デバイスのＴＣＦを小さくできる。また、温度補償膜１８および３８における弗素濃度は１原子％以下である。これにより、弾性波デバイスの共振特性の劣化を抑制できる。

弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜は、弾性波デバイスに含まれない膜でもよい。保護膜２５が弗素を添加しない酸化シリコン膜の場合には、保護膜２５を弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜としてもよい。

図１（ａ）のように、弗素を添加しない酸化シリコン膜のω４のピーク波数は１０６４ｃｍ^－１である。しかし、ω４のピーク波数は、ＦＴＩＲ装置の測定条件等により変わる場合がある。そこで、弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のω４のピーク波数を基準にする。

弗素を添加した酸化シリコン膜（すなわち弗素を脱離していない酸化シリコン膜）では、ω４のピーク波数を弗素を添加しない酸化シリコン膜のω４のピーク波数より４ｃｍ^－1以上大きくするためには、弗素濃度が１．７原子％以上となる。これにより、ＴＣＦは改善しても共振特性が劣化してしまう。酸化シリコン膜から弗素を脱離することで、弗素濃度を１原子％以下とすることができる。よって、ＴＣＦは改善しかつ共振特性の劣化を抑制できる。

温度補償膜１８および３８のω４のピーク波数は、弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のω４のピーク波数より６ｃｍ^－１以上大きいことが好ましく、８ｃｍ^－１以上大きいことが好ましい。温度補償膜１８および３８の濃度は、０．５原子％以下が好ましく、０．１原子％以下がより好ましく、０．０１原子％以下がさらに好ましい。

図１（ｂ）のように、温度補償膜１８および３８に用いる酸化シリコン膜におけるω４の半値幅は弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のω４の半値幅の９５％以下が好ましく、９２．５％以下がより好ましく、９０％以下がさらに好ましい。

また、弗素以外の元素を添加することでω４のピーク波数が大きくなる元素の酸化シリコン膜における濃度は１原子％以下であることが好ましく、０．５原子％以下であることがより好ましく、０．１原子％以下であることがさらに好ましい。

実施例１、２およびその変形例では、温度補償膜１８は圧電薄膜共振器の共振領域２２内に設けられている。これにより、圧電薄膜共振器のＴＣＦを抑制し、かつ共振特性の劣化を抑制できる。

実施例３およびその変形例では、温度補償膜３８は、圧電基板３０（圧電層）上に一対の櫛型電極３４を覆うように設けられている。これにより、弾性表面波共振器のＴＣＦを抑制し、かつ共振特性の劣化を抑制できる。

図１１（ａ）のように、平面視において弾性波を励振する電極（下部電極１２、上部電極１６または櫛型電極３４）が設けられる圧電層（圧電膜１４または圧電基板３０）と重なるように弗素を含む酸化シリコン膜１７を形成する。その後、図１１（ｂ）のように、酸化シリコン膜から弗素を脱離させる。これにより、温度補償膜１８および３８を形成する。これにより、ω４のピーク波数が大きくかつ弗素濃度の小さい酸化シリコン膜を形成できる。よって、弾性波デバイスのＴＣＦを抑制し、かつ共振特性の劣化を抑制できる。

なお、弗素と同様に、元素または分子を酸化シリコン膜に添加することでω４のピーク波数が大きくなり、酸化シリコン膜からこの元素または分子を脱離してもω４のピーク波数が大きい状態を維持する元素または分子であれば弗素以外でもよい。このような元素または分子としては、例えば水素（Ｈ）、ＣＨ_３、ＣＨ_２、塩素（Ｃｌ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Iｎ）がある。

実験２のサンプルＣのように、弗素を脱離させる工程は、１００℃以上の温度、２気圧以上の圧力かつ水蒸気を含む雰囲気において熱処理する工程である。これにより、酸化シリコン膜から弗素を脱離できる。

酸化シリコン膜を形成する工程は、弗素が１原子％以上含む酸化シリコン膜を形成する工程を含み、弗素を脱離させる工程は、酸化シリコン膜の弗素を１原子％より小さくなるようにシリコン膜から弗素を脱離させる工程を含む。これにより、弾性波デバイスのＴＣＦを抑制し、かつ共振特性の劣化を抑制できる。

実施例４は、実施例１から３およびその変形例の圧電薄膜共振器または弾性表面波共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１５（ａ）は、実施例４に係るフィルタの回路図である。図１５（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つの共振器に実施例１から３およびその変形例の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

図１５（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１５（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例４のフィルタとすることができる。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１７ 酸化シリコン膜
１８、３８ 温度補償膜
２０ 空隙
３０ 圧電基板
３４ 櫛型電極
３５ ＩＤＴ

Claims (11)

1. 圧電層と、
   前記圧電層に弾性波を励振する電極と、
   平面視において前記圧電層と重なり、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より４ｃｍ^－１以上大きく、かつ弗素濃度が１原子％以下である酸化シリコン膜と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より６ｃｍ^－１以上大きい請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記酸化シリコン膜の弗素濃度は０．１原子％以下である請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記酸化シリコン膜におけるＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動の半値幅は弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動の半値幅の９５％以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 基板と、
   前記基板と前記圧電層との間に設けられた前記電極である下部電極と、
   前記圧電層上に設けられた上部電極と、
   を備え、
   前記酸化シリコン膜は前記下部電極と前記上部電極とが前記圧電層の少なくとも一部を挟み対向する領域内に設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記圧電層上に設けられ、互いに対向する前記電極である一対の櫛型電極を備え、
   前記酸化シリコン膜は前記圧電層上に前記一対の櫛型電極を覆うように設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
8. 請求項７に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
9. 平面視において、弾性波を励振する電極が設けられる圧電層と重なるように弗素を含む酸化シリコン膜を形成する工程と、
   １００℃以上の温度、２気圧以上の圧力かつ水蒸気を含む雰囲気において前記酸化シリコン膜を熱処理することにより、前記酸化シリコン膜から弗素を脱離させる工程と、
   を含む弾性波デバイスの製造方法。
10. 平面視において、弾性波を励振する電極が設けられる圧電層と重なるように弗素を１原子％以上含む酸化シリコン膜を形成する工程と、
    前記酸化シリコン膜の弗素を１原子％より小さくなるように前記酸化シリコン膜から弗素を脱離させる工程と、
    を含む弾性波デバイスの製造方法。
11. 前記酸化シリコン膜を形成する工程は、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が弗素を添加せずに成膜される酸化シリコン膜のＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数より４ｃｍ^－１以上大きくなるように前記酸化シリコン膜を形成する工程を含む請求項９または１０に記載の弾性波デバイスの製造方法。
    

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