WO2020175234A1 - 弾性表面波装置 - Google Patents

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WO2020175234A1
WO2020175234A1 PCT/JP2020/006228 JP2020006228W WO2020175234A1 WO 2020175234 A1 WO2020175234 A1 WO 2020175234A1 JP 2020006228 W JP2020006228 W JP 2020006228W WO 2020175234 A1 WO2020175234 A1 WO 2020175234A1
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acoustic wave
electrode
surface acoustic
wave device
piezoelectric substrate
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尚貴 大門
拓 菊知
修 下野
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device.
  • a surface acoustic wave device arranged at the front end of a mobile communication device such as a SAW (Surface Acoustic Wave) filter
  • an electromechanical coupling is used to cope with various passband widths and steepness.
  • the coefficient may be effectively adjusted.
  • a dielectric film may be arranged between the piezoelectric substrate and the I DT (I n t e r D i g i t a l T r a n s d u c e r) electrode.
  • Patent Document 1 a first dielectric film containing silicon oxide as a main component is formed between a piezoelectric substrate and a DT electrode, and a second dielectric film is formed so as to cover the DT electrode. A formed acoustic wave device is disclosed. This makes it possible to adjust the effective electromechanical coupling coefficient and provide an elastic wave device having excellent moisture resistance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002 _ 1 5 1 997
  • An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device in which generation of cracks in the electric substrate and characteristic deterioration of the acoustic wave device are suppressed.
  • a surface acoustic wave device includes a piezoelectric substrate having a first principal surface and a second principal surface facing each other, and the first principal surface and the piezoelectric substrate. And a DT (Inter Digital Transducer) electrode arranged on the side of the first main surface of the second main surface, and the first main surface is a polarization positive potential surface of the piezoelectric substrate. Is.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing an electrode configuration of a surface acoustic wave device according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of an electrode layout of the surface acoustic wave device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a process flow chart showing an example of a method of manufacturing a surface acoustic wave device according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram of a system for measuring the polarization potential of a piezoelectric substrate.
  • Fig. 6 is a graph comparing the voltage across the resonator with and without the dielectric film.
  • FIG. 7 is a diagram comparing polarization potential distributions on the surface of a piezoelectric substrate of surface acoustic wave devices according to Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 8 is a graph comparing the pass characteristics of the surface acoustic wave devices according to the example and the comparative example. MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1A is a schematic sectional view of a surface acoustic wave device 1 according to an embodiment.
  • the surface acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 20, a DT (I n t er D i g i t a l T r a n s d u c er) electrode 40, and a dielectric film 30.
  • the piezoelectric substrate 20 has a main surface 20a (first main surface) and a main surface 20b (second main surface) opposite to the main surface 20a with the substrate body interposed therebetween. It consists of a piezoelectric single crystal of iT a0 3 (lithium tantalate), a piezoelectric single crystal of L i N b0 3 (lithium niobate), a piezoelectric single crystal of KN b0 3 (potassium niobate), or quartz.
  • the main surface 20 a is a positive potential surface (polarization positive potential surface) in the dielectric polarization of the piezoelectric substrate 20, and the main surface 20 b is a negative potential surface (polarization negative potential surface) in the dielectric polarization of the piezoelectric substrate 20.
  • the I DT electrode 40 is made of a conductive metal and is composed of a pair of comb-teeth-shaped electrodes facing each other when the piezoelectric substrate 20 is viewed in a plan view. The detailed configuration of the IDT electrode 40 will be described later with reference to FIG.
  • the dielectric film 30 is disposed between the piezoelectric substrate 20 and the DT electrode 40 and has a main surface.
  • dielectric ⁇ 2020/175234 4 ⁇ (: 170? 2020 /006228
  • Body layer 3 0 is, for example, 3 I 0 2 (silicon dioxide), 3 ⁇ 3 1 ⁇ 1 4 (silicon nitride), eight I 2_Rei 3 (alumina), T a 2 0 5 (tantalum pentoxide), and It consists of at least one of Hachijo (aluminum nitride).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device 1 according to a modification of the embodiment.
  • the surface acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 20, an I electrode 40, and dielectric films 30 50, and 60.
  • the surface acoustic wave device 1 according to this modification is different from the surface acoustic wave device 1 according to the embodiment in that dielectric films 50 and 60 are added.
  • the dielectric films 50 and 60 are second dielectric films that cover the front edge electrode 40.
  • the dielectric film 50 mainly has a function of protecting the mouthpiece electrode 40 from the external environment (humidity, etc.) and improving the frequency-temperature characteristic of the surface acoustic wave device 1.
  • the dielectric film 60 mainly has a function of protecting the front and back knife electrodes 40 from an external environment (such as humidity) and a function of adjusting the frequency of the surface acoustic wave device 1.
  • the dielectric film 30 may be omitted.
  • the surface acoustic wave device 1 according to the present embodiment and the surface acoustic wave device 1 according to the present modification each constitute a surface acoustic wave resonator by having the structure as described above. ..
  • the configuration and action of the surface acoustic wave resonators included in the surface acoustic wave devices 1 and 1 will be described in detail.
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing an electrode configuration of a surface acoustic wave device 1 according to a modification of the embodiment. (13) in Fig. 2 is shown by the dashed line in (3). ⁇ 2020/175234 5 ⁇ (: 170? 2020 /006228
  • FIG. FIG. 2 illustrates a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing the structure of one surface acoustic wave resonator 100 of one or more surface acoustic wave resonators constituting the surface acoustic wave device 1. ..
  • the surface acoustic wave resonator 100 shown in FIG. 2 is for explaining the typical structure of one or more surface acoustic wave resonators described above. The length and the length are not limited to this.
  • the surface acoustic wave resonator 1 0 0 includes a piezoelectric substrate 2 0, comb-shaped electrodes 1 0 0 3 and
  • a pair of comb-tooth-shaped electrodes 1003 and 10000 which face each other are formed on the piezoelectric substrate 20.
  • the comb-tooth-shaped electrode 1503 is composed of a plurality of electrode fingers 1503 parallel to each other and a bus bar electrode 1603 connecting the plurality of electrode fingers 1503.
  • the comb-shaped electrode 1100 is composed of a plurality of electrode fingers 1500 which are parallel to each other and a bus bar electrode 1600 which connects the electrode fingers 1500.
  • the plurality of electrode fingers 1503 and 15013 are formed along a direction orthogonal to the elastic wave propagation direction (X-axis direction).
  • the ⁇ electrode 40 which is composed of 60 3 and 1 60 ⁇ , has, for example, a laminated structure of an adhesion layer 4 0 1 and a main electrode layer 40 2.
  • the adhesion layer 401 is a layer for improving the adhesion between the piezoelectric substrate 20 and the main electrode layer 402, and as a material thereof, for example, "1 ⁇ 1" is used. To be
  • the material of the main electrode layer 402 for example, 8*10, 8*, 0*, 1: is used.
  • the materials forming the adhesion layer 4 01 and the main electrode layer 4 02 are not limited to the above materials.
  • the front edge electrode 40 does not have to have the above laminated structure.
  • the I 0 electrode 40 may be composed of, for example, a metal or an alloy such as 7 ⁇ , 8 I, ⁇ ri, 1:, 8ri, 89, ⁇ 1, IV! ⁇ , and the like.
  • the metal material forming the metal electrode 40 may be composed of a plurality of laminates composed of metals or alloys. It is desirable that the metal material forming the metal electrode 40 has a higher density than the dielectric material forming the dielectric film 30 so that the reflection coefficient of the surface acoustic wave can be increased.
  • the piezoelectric substrate 20 is, for example, as shown in Fig. 2, a 0° cut X propagation 1_ 1 unit.
  • Piezoelectric single crystal or piezoelectric ceramics (lithium tantalate single crystal cut by a plane whose axis is 0° around the X axis and which is rotated 0° from the vertical axis as the normal line, or ceramic, in the X axis direction It consists of a single crystal or ceramics in which surface acoustic waves propagate.
  • the material and the cut angle of the piezoelectric substrate 20 are appropriately selected according to the required specifications of the surface acoustic wave device 1.
  • the piezoelectric substrate 20 includes a high acoustic velocity supporting substrate, a low acoustic velocity film, and a piezoelectric film, and has a structure in which the high acoustic velocity supporting substrate, the low acoustic velocity film, and the piezoelectric film are laminated in this order. May be.
  • the high sonic velocity supporting substrate is a substrate that supports the low sonic velocity film, the piezoelectric film, and the front electrode 40.
  • the supersonic support substrate is a substrate in which the acoustic velocity of bulk waves in the supersonic support substrate is higher than that of surface acoustic waves and boundary waves propagating in the piezoelectric film.
  • the high acoustic velocity support substrate is, for example, a silicon substrate.
  • the low acoustic velocity film is a film in which the acoustic velocity of the bulk wave in the low acoustic velocity film is lower than that of the bulk wave propagating in the piezoelectric film, and is arranged between the piezoelectric film and the high acoustic velocity support substrate.
  • the low sonic film is, for example, a film containing silicon dioxide as a main component.
  • the piezoelectric substrate 20 has such a laminated structure, it is possible to increase the 0 value at the resonance frequency and the anti-resonance frequency. That is, since a surface acoustic wave resonator having a high value can be formed, it is possible to form a filter having a small insertion loss by using the surface acoustic wave resonator.
  • the high acoustic velocity support substrate is composed of the support substrate, the surface wave propagating through the piezoelectric film, and the boundary. ⁇ 2020/175234 7 ⁇ (: 170? 2020 /006228
  • the supporting substrate is sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric material such as quartz, aluminum, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, stearite, Various ceramics such as forsterite, dielectrics such as glass or silicon, semiconductors such as gallium nitride, and resin substrates can be used.
  • the high-sonic velocity film contains aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, mouth 1_(3 films or diamond, a medium containing the above-mentioned material as a main component, and a mixture of the above-mentioned materials as a main component.
  • Various high sound speed materials such as a medium can be used.
  • the wavelength of the surface acoustic wave resonator is defined by a wavelength interval which is a repeating period of a plurality of electrode fingers 150,000 or 1350 constituting the I-shaped electrode 40 shown in Fig. 2. ..
  • the electrode pitch is 1/2 the wavelength
  • the line widths of the electrode fingers 1503 and 150 of the comb-shaped electrodes 1003 and 100 are defined as When the space width between the matching electrode finger 1503 and electrode finger 1503 is 3, it is defined by ( ⁇ / + 3).
  • the electrode duty of each surface acoustic wave resonator is It is defined by ( ⁇ / + 3). Further, the height of the comb-shaped electrodes 1003 and 100 is set as.
  • FIG. 2 shows the electrode configuration of the surface acoustic wave device 1 according to the present modification, but the electrode configuration of the surface acoustic wave device 1 according to the present embodiment is as shown in FIG.
  • the electrode configuration is the same as when the body membranes 50 and 60 are not arranged.
  • a potential difference is generated between the surface of the piezoelectric substrate 20 and the main surface 203 of the piezoelectric substrate 20 is distorted to generate a surface acoustic wave propagating in the X direction.
  • the wavelength of the I 0 electrode 40 according to the pass band only the high frequency signal having the frequency component to be passed passes through the surface acoustic wave device.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of an electrode layout of the surface acoustic wave device 1 according to the embodiment.
  • the surface acoustic wave device 1 is, for example, a ladder-type surface acoustic wave filter including two series arm resonators and two parallel arm resonators.
  • the mouthpiece electrodes 10 1, 10 2, 2 0 1 and 20 2 connection electrode 70, input/output electrodes 1 1 0 and 1 2 0, and ground electrode 1 3 0 are arranged.
  • dielectric films 50 and 60 are formed on the front edge electrodes 10 1, 10 2, 20 1 and 20 2.
  • One of the two series arm resonators is a surface acoustic wave resonator composed of the I electrode 10 1 and the piezoelectric substrate 20 and the other series arm resonator.
  • the resonator is
  • the I-edge electrodes 1 0 1 and 1 0 2 are arranged in series on the path connecting the input/output electrodes 1 1 0 and 1 2 0.
  • One of the two parallel arm resonators is a surface acoustic wave resonator composed of 10 electrodes 210 and a piezoelectric substrate 20.
  • the resonator is
  • the I-shaped electrode 210 1 is arranged between the connection node of the input/output electrode 1 10 and the 0-electrode 1 0 1 and the ground electrode 1 30.
  • the zero electrode 2202 is arranged between the connection node of the I0 electrode 101 and the zero electrode 1102 and the ground electrode 1300.
  • the extension directions of the plurality of electrode fingers forming each of the electrodes 101, 10 2, 20 1 and 20 2 are aligned, and are orthogonal to the extension directions of the plurality of electrode fingers. You ⁇ 2020/175 234 9 boxes (: 170? 2020 /006228
  • the direction of propagation is the surface acoustic wave propagation direction.
  • the connecting electrode 70 is a wiring that connects the ⁇ electrodes 1 0 1, 1 0 2, 2 0 1 and 2 0 2, the input/output electrodes 1 1 0 and 1 2 0, and the ground electrode 1 3 0. Is.
  • the connecting electrode 70 is connected to the bus bar electrodes of the gantry electrodes 10 1, 10 2, 20 1 and 20 2.
  • Fig. 4 is an eth-flow chart showing an example of a method for manufacturing the surface acoustic wave device 1 according to the embodiment.
  • a piezoelectric substrate 20 is prepared. Piezoelectric substrate 2
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a system for measuring the polarization potential of the piezoelectric wafer 200 (piezoelectric substrate 20).
  • the system for measuring the polarization potential of the piezoelectric wafer 200 is composed of a metal plate 80, a measuring probe 81, and a thyroscope 82. ..
  • the piezoelectric wafer 200 whose polarization potential is to be measured is placed in contact with the metal plate 80 which is connected to the ground terminal of the oscilloscope 82.
  • the polarization potential of the main surface can be determined by the rising waveform of the potential when the main surface is touched. For example, if the rising potential when the measurement probe 81 contacts the main surface is negative, it is determined that the main surface has a positive polarization potential ((3) in Fig. 5), and the measurement probe 81 If the rising potential is positive when touching the above-mentioned main surface, it is judged that the main surface has a polarization negative potential ((well) in Fig. 5). ⁇ 2020/175234 10 ⁇ (: 170? 2020/006228
  • a dielectric film is formed on the first main surface of the piezoelectric substrate 20 corresponding to the polarization positive potential surface of the two main surfaces of the piezoelectric wafer.
  • Form 30 More specifically, for example, 3 a dielectric film 3 0 consisting ⁇ 2 formed Ri by the Subatta method.
  • the I 0 electrode 40 and the lower layer connection electrode 70 8 are formed on the dielectric film 30. More specifically, for example, a resist is formed on the dielectric film 30 and the resist is patterned.
  • the front door electrode 40 and the lower connection electrode 70 8 are formed.
  • a dielectric film 50 is formed on the dielectric film 30, the I-edge electrode 40, and the lower-layer connection electrode 70.
  • the dielectric film 5 0 Ru is formed by Subatta method dielectric film made of 3 ⁇ 2.
  • An opening not formed with 50 is formed. More specifically, for example, a resist is formed on the dielectric film 50, a resist opening is formed above the lower connection electrode 70, and the dielectric film of the resist opening is formed by reactive ion etching. By etching 50, an opening in which the dielectric film 50 is not formed is formed. The remaining resist is peeled off.
  • the upper layer connecting electrode 70 is formed above the lower layer connecting electrode 70. More specifically, for example, a resist is formed on the dielectric film 50 and the lower-layer connection electrode 70, the resist is patterned, and a stack of Ta/I ⁇ 3 is formed by vapor deposition. The upper layer connection electrode 70 is formed above the lower layer connection electrode 70 by patterning the laminated body by the lift-off method.
  • connection electrode 70 which is a laminate of the lower-layer connection electrode 70 and the upper-layer connection electrode 70, becomes a low-resistance wiring having a larger film thickness than the I 0 electrode 40. ⁇ 2020/175 234 1 1 ⁇ (: 170? 2020 /006228
  • the propagation loss of the surface acoustic wave device 1 can be reduced.
  • a dielectric film 60 is formed on the dielectric film 50. More specifically, for example, a dielectric film made of 3 I 3 1 ⁇ 1 4 is formed by a sputtering method, and a dielectric film 60 is formed on the dielectric film 50 by resist formation and reactive ion etching. Form.
  • an assembly of surface acoustic wave devices is formed on the piezoelectric wafer, and the assembly is A single surface acoustic wave device is formed by dicing into individual pieces.
  • the effective electromechanical coupling coefficient of the surface acoustic wave devices 1 and 1 is adjusted. can do.
  • the front electrode 40 and the connection electrode are formed.
  • Negative charges generated during the process of forming 70 etc. are likely to be accumulated on the main surface 203 of the piezoelectric substrate 20.
  • Fig. 6 is a graph comparing the inter-terminal voltage of the surface acoustic wave resonator with and without the dielectric film 30.
  • a surface acoustic wave resonator (dielectric film 30 is provided in Fig. 6) in which a dielectric film 30 is arranged between the piezoelectric substrate 20 and the zero electrode 40, and the piezoelectric substrate
  • the time of the voltage between the input and output terminals of a surface acoustic wave resonator (dielectric film 30 is not shown in Fig. 6) in which the dielectric film 30 is not arranged between the 20 and the 0 electrode 40. Changes are shown. More specifically, Fig. 6 shows the dependence of the voltage between the input and output terminals on the current supply time, which occurs when a charge is supplied from the current source to the mouthpiece electrodes of the two surface acoustic wave resonators. It is shown.
  • the negative charge is easily accumulated by disposing the dielectric film 30 between the piezoelectric substrate 20 and the zero electrode 40. That is, since the surface acoustic wave device in which the dielectric film 30 is arranged to adjust the effective electromechanical coupling coefficient is more likely to accumulate negative charges on the main surface of the piezoelectric substrate, the dielectric film 3 ⁇ 2020/175234 12 (: 170? 2020/006228
  • the dielectric film 30, the I-edge electrode 40, and the connecting electrode 7 are provided.
  • the main surface 20 3 of the piezoelectric substrate 20 forming 0 is set to the polarization positive potential surface. According to this, even if a negative charge is accumulated on the main surface 203 during the process of forming the dielectric film 30, the I 0 electrode 40 and the connection electrode 70, the occurrence of polarization reversal is suppressed. it can
  • the surface acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 2 0 having major faces 2 0 3 and the main surface 2 0 spoon, face 2 0 of the main surface 2 0 3 and the main surface 2 0 spoon
  • the main surface 203 is a polarized positive potential surface of the piezoelectric substrate 20.
  • Electrons generated during the formation of the I-shaped electrode 40 are accumulated on the I-shaped electrode 40, and the accumulated negative charges and the negative charges on the main surface 203 repel each other, so that the piezoelectric It is assumed that a region in which the polarization axis of the substrate 20 is reversed is generated.
  • the generation of the inversion region of the polarization axis causes distortion of the crystal on the main surface 203, which causes cracks in the piezoelectric substrate 20 and deteriorates the characteristics of the surface acoustic wave device.
  • the polarization axis of the piezoelectric substrate 20 is formed during the formation of the front electrode 40. Can be suppressed. Therefore, element cracking due to cracking of the piezoelectric substrate 20 due to crystal distortion of the piezoelectric substrate 20 and deterioration of the characteristics of the surface acoustic wave device 1 can be suppressed.
  • the surface acoustic wave device 1 may further include a dielectric film 30 which is arranged between the piezoelectric substrate 20 and the gating electrode 40 and which is in contact with the main surface 20 3.
  • the effective electromechanical coupling coefficient of the surface acoustic wave device 1 can be improved. It can be adjusted to the desired size.
  • the piezoelectric substrate 20 is negatively polarized, ⁇ 2020/175234 13 ⁇ (: 170? 2020 /006228
  • the dielectric film 30 and the I-edge electrode 40 are formed on the polarization positive potential surface side of the piezoelectric substrate 20, the dielectric films 30 and I are formed. It is possible to suppress reversal of the polarization axis of the piezoelectric substrate 20 during the formation of the 0-bit electrode 40. Therefore, while adjusting the effective electromechanical coupling coefficient to a desired value, the piezoelectric substrate 20 is cracked due to the strain of the crystal of the piezoelectric substrate 20 to break the element and the surface acoustic wave device. The characteristic deterioration of 1 can be suppressed.
  • the main surface 20 is a polarization negative potential surface of the piezoelectric substrate 20. According to this, since the main surface 203 of the piezoelectric substrate is a polarization positive potential surface, even if electrons generated during the formation of the dielectric film 30 and the gate electrode 40 flow into the main surface, The polarization axis at 203 is not reversed.
  • the surface acoustic wave device 1 according to the present modification further includes a dielectric film 50 that covers the gating electrode 40. According to this, it becomes possible to adjust the frequency-temperature characteristic of the surface acoustic wave device 1 and to protect the mouthpiece electrode 40 from the external environment.
  • the surface acoustic wave device according to the embodiment has a structure in which dielectric films 30 0, 50 0 and 60 0, a knife electrode 40 and a connection electrode 70 are formed on the polarization positive potential surface of a piezoelectric substrate 20. Have.
  • the dielectric films 30, 50 and 60, the I electrode 40 and the connecting electrode 70 are formed on the polarization negative potential surface of the piezoelectric substrate 20. It has a different configuration.
  • Table 1 shows structural parameters of the surface acoustic wave devices according to Examples and Comparative Examples. ⁇ 2020/175 234 14 (: 170? 2020/006228
  • the piezoelectric wafer has a size of 4 inches!
  • a piezoelectric single crystal wafer of I 1 ⁇ 160 3 (lithium niobate) was used.
  • FIG. 7 is a principal surface of the piezoelectric substrate 20 of the surface acoustic wave device according to the example and the comparative example.
  • the negative potential region and the inversion region inverted to the positive potential are mixedly distributed on the main surface 20a.
  • the boundary between the negative potential region and the positive potential region corresponds to the boundary between the non-forming region and the forming region of the DT electrode 40.
  • the main surface 20 a of the piezoelectric substrate 20 forming the DT electrode 40 is a polarization positive potential surface, so that the polarization substrate 20 is polarized in the manufacturing process. It is possible to suppress the occurrence of inversion and the cracks that accompany it and improve the production stability.
  • FIG. 8 is a graph comparing the pass characteristics of the surface acoustic wave devices according to the example and the comparative example. As shown in the same figure, in the filter pass characteristic having a pass band of 171 0 -1 785 MHz, the insertion loss in the pass band of the surface acoustic wave device according to the comparative example is the surface acoustic wave device according to the example. It is deteriorated compared to the insertion loss in the pass band of.
  • the surface acoustic wave device of the example by suppressing the polarization reversal of the piezoelectric substrate 20 and the generation of cracks accompanying it in the manufacturing process, the deterioration of the characteristics such as the pass characteristic of the surface acoustic wave device. Can be suppressed.
  • the embodiment and the modified examples ⁇ 2020/175234 16 ⁇ (: 170? 2020/006228
  • the ladder-type surface acoustic wave filter is exemplified, but the surface acoustic wave device according to the present invention is a longitudinally coupled surface acoustic wave filter or the like. It may be present, or may be a resonator having a surface acoustic wave resonator. That is, the surface acoustic wave device according to the present invention may be a surface acoustic wave device having a surface acoustic wave resonator composed of a piezoelectric substrate and an I-edge electrode.
  • the present invention can be widely used as a surface acoustic wave filter having low loss and excellent production stability in communication devices such as mobile phones.

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Abstract

弾性表面波装置（１）は、主面（２０ａおよび２０ｂ）を有する圧電基板（２０）と、主面（２０ａおよび２０ｂ）のうちの主面（２０ａ）側に配置されたＩＤＴ電極（４０）と、を備え、主面（２０ａ）は圧電基板（２０）の分極正電位面である。

Description

明 細 書
発明の名称 ： 弾性表面波装置
技術分野
[0001] 本発明は、 弾性表面波装置に関する。
背景技術
[0002] SAW (S u r f a c e Ac o u s t i c Wa v e) フイルタのよう な移動体通信機のフロントエンド部に配置される弾性表面波装置では、 様々 な通過帯域幅および急峻性に対応すべく、 電気機械結合係数が実効的に調整 される場合がある。 電気機械結合係数を実効的に調整する手段として、 圧電 基板と I DT ( I n t e r D i g i t a l T r a n s d u c e r) 電極と の間に誘電体膜を配置することが挙げられる。
[0003] 特許文献 1 には、 圧電基板と 丨 DT電極との間に酸化シリコンを主成分と する第 1の誘電体膜が形成され、 丨 DT電極を覆うように第 2の誘電体膜が 形成された弾性波装置が開示されている。 これにより、 実効的な電気機械結 合係数を調整できるとともに、 耐湿性に優れた弾性波装置を提供できる。 先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特開 2002 _ 1 5 1 997号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005] しかしながら、 特許文献 1 に開示された弾性波装置の場合、 I DT電極を 形成する工程において、 例えば蒸着法などにより 丨 DT電極を形成する際、 反射電子の影響により第 1の誘電体膜または丨 DT電極への負電荷の蓄積が 大きくなる。 この負電荷が圧電基板の表面に蓄積することで、 圧電基板の結 晶に歪みが発生して圧電基板にクラックが発生したり、 弾性波装置の特性が 劣化したりするという問題が生じる。
[0006] そこで、 本発明は、 上記課題を解決するためになされたものであって、 圧 電基板のクラック発生および弾性波装置の特性劣化が抑制された弾性表面波 装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［0007］ 上記目的を達成するために、 本発明の一態様に係る弾性表面波装置は、 互 いに対向する第 1主面および第 2主面を有する圧電基板と、 前記第 1主面お よび前記第 2主面のうちの前記第 1主面側に配置された丨 DT ( I n t e r D i g i t a l T r a n s d u c e r) 電極と、 を備え、 前記第 1主面は 、 前記圧電基板の分極正電位面である。
発明の効果
［0008］ 本発明によれば、 圧電基板のクラック発生および弾性波装置の特性劣化が 抑制された弾性表面波装置を提供することが可能となる。
図面の簡単な説明
［0009］ ［図 1A］図 1 Aは、 実施の形態に係る弾性表面波装置の概略断面図である。
［図 1B］図 1 巳は、 実施の形態の変形例に係る弾性表面波装置の概略断面図で ある。
［図 2］図 2は、 実施の形態の変形例に係る弾性表面波装置の電極構成を表す平 面図および断面図である。
［図 3］図 3は、 実施の形態に係る弾性表面波装置の電極レイアウトの一例を示 す平面図である。
［図 4］図 4は、 実施の形態に係る弾性表面波装置の製造方法の一例を示す工程 フローチヤートである。
［図 5］図 5は、 圧電基板の分極電位を測定するシステムの構成図である。
［図 6］図 6は、 誘電体膜の有無による共振子の端子間電圧を比較したグラフで ある。
［図 7］図 7は、 実施例および比較例に係る弾性表面波装置の圧電基板表面の分 極電位分布を比較した図である。
［図 8］図 8は、 実施例および比較例に係る弾性表面波装置の通過特性を比較し たグラフである。 発明を実施するための形態
[0010] 以下、 本発明の実施の形態について、 図面を用いて詳細に説明する。 なお 、 以下で説明する実施の形態は、 いずれも包括的または具体的な例を示すも のである。 以下の実施の形態で示される数値、 形状、 材料、 構成要素、 構成 要素の配置および接続形態などは、 一例であり、 本発明を限定する主旨では ない。 以下の実施の形態における構成要素のうち、 独立請求項に記載されて いない構成要素については、 任意の構成要素として説明される。 また、 図面 に示される構成要素の大きさ、 または大きさの比は、 必ずしも厳密ではない 。 また、 各図において、 実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付して おり、 重複する説明は省略または簡略化する場合がある。
[0011] （実施の形態）
[ 1. 弾性表面波装置の構成]
図 1 Aは、 実施の形態に係る弾性表面波装置 1の概略断面図である。 同図 に示すように、 弾性表面波装置 1は、 圧電基板 20と、 丨 DT （ I n t e r D i g i t a l T r a n s d u c e r） 電極 40と、 誘電体膜 30と、 を 備える。
[0012] 圧電基板 20は、 主面 20 a （第 1主面） および主面 20 aと基板本体を 挟んで反対側にある主面 20 b （第 2主面） を有し、 例えば、 L i T a03 （ タンタル酸リチウム） の圧電単結晶、 L i N b03 （ニオブ酸リチウム） の圧 電単結晶、 KN b03 （ニオブ酸カリウム） の圧電単結晶、 または水晶からな る。 主面 20 aは圧電基板 20の誘電分極における正電位面 （分極正電位面 ） であり、 主面 20 bは圧電基板 20の誘電分極における負電位面 （分極負 電位面） である。
[0013] I DT電極 40は、 導電性を有する金属からなり、 圧電基板 20を平面視 した場合に、 互いに対向する一対の櫛歯状電極で構成されている。 I DT· 極 40の詳細な構成については、 図 2を用いて後述する。
[0014] 誘電体膜 30は、 圧電基板 20と 丨 D T電極 40との間に配置され、 主面
20 aおよび 20 bのうち、 主面 20 aと接する第 1誘電体膜である。 誘電 〇 2020/175234 4 卩（：170? 2020 /006228
体膜 3 0は、 例えば、 3 I 0 2 （二酸化珪素） 、 3 丨 3 1\1 4 （窒化珪素） 、 八 I 2〇3 （アルミナ） 、 T a 2 0 5 （五酸化タンタル） 、 および八 丨 （窒化アル ミニウム） の少なくとも 1つからなる。 誘電体膜 3 0を圧電基板 2 0と 丨 0 丁電極 4 0との間に介在させることで、 弾性表面波装置 1の実効的な電気機 械結合係数を調整することが可能となる。
[0015] 例えば、 誘電体膜 3 0が薄いほど、 弾性表面波装置 1の実効的な電気機械 結合係数は大きくなり、 誘電体膜 3 0が厚いほど、 弾性表面波装置 1の実効 的電気機械結合係数は小さくなる。
[0016] 図 1 巳は、 実施の形態の変形例に係る弾性表面波装置 1 の概略断面図で ある。 同図に示すように、 弾性表面波装置 1 は、 圧電基板 2 0と、 I 〇丁 電極 4 0と、 誘電体膜 3 0、 5 0および 6 0と、 を備える。 本変形例に係る 弾性表面波装置 1 は、 実施の形態に係る弾性表面波装置 1 と比較して、 誘 電体膜 5 0および 6 0が付加されている点が異なる。
[0017] 誘電体膜 5 0および 6 0は、 丨 口丁電極 4 0を被覆する第 2誘電体膜であ る。 誘電体膜 5 0は、 主として、 丨 口丁電極 4 0を外部環境 （湿度など） か ら保護する、 および、 弾性表面波装置 1 の周波数温度特性を改善する機能 を有している。 また、 誘電体膜 6 0は、 主として、 丨 口丁電極 4 0を外部環 境 （湿度など） から保護する、 および、 弾性表面波装置 1 の周波数を調整 する機能を有している。
[0018] また、 本実施の形態に係る弾性表面波装置 1および本変形例に係る弾性表 面波装置 1 において、 誘電体膜 3 0は、 なくてもよい。
[0019] 本実施の形態に係る弾性表面波装置 1および本変形例に係る弾性表面波装 置 1 は、 それぞれ、 上記のような構造を有することにより、 弾性表面波共 振子を構成している。 以下、 弾性表面波装置 1および 1 が有する弾性表面 波共振子の構成および作用について、 詳細に説明する。
[0020] [ 2 . 弾性表面波共振子の構造]
図 2は、 実施の形態の変形例に係る弾性表面波装置 1 の電極構成を表す 平面図および断面図である。 図 2の （13） は、 （3） に示した一点鎖線にお 〇 2020/175234 5 卩（：170? 2020 /006228
ける断面図である。 図 2には、 弾性表面波装置 1 を構成する 1以上の弾性 表面波共振子のうちの一の弾性表面波共振子 1 〇〇の構造を表す平面模式図 および断面模式図が例示されている。 なお、 図 2に示された弾性表面波共振 子 1 0 0は、 上記 1以上の弾性表面波共振子の典型的な構造を説明するため のものであって、 電極を構成する電極指の本数および長さなどは、 これに限 定されない。
[0021 ] 弾性表面波共振子 1 0 0は、 圧電基板 2 0と、 櫛歯状電極 1 0 0 3および
1 0 0 13とで構成されている。
[0022] 図 2の （8） に示すように、 圧電基板 2 0の上には、 互いに対向する一対 の櫛歯状電極 1 0 0 3および 1 〇〇匕が形成されている。 櫛歯状電極 1 0 0 3は、 互いに平行な複数の電極指 1 5 0 3と、 複数の電極指 1 5 0 3を接続 するバスバー電極 1 6 0 3とで構成されている。 また、 櫛歯状電極 1 0 0匕 は、 互いに平行な複数の電極指 1 5 0匕と、 複数の電極指 1 5 0匕を接続す るバスバー電極 1 6 0匕とで構成されている。 複数の電極指 1 5 0 3および 1 5 0 13は、 弾性波伝搬方向 （X軸方向） と直交する方向に沿って形成され ている。
[0023] また、 複数の電極指 1 5〇 3および1 5 0 13、 ならびに、 バスバー電極 1
6 0 3および 1 6 0匕で構成される 丨 〇丁電極 4 0は、 図 2の （匕） に示す ように、 例えば、 密着層 4 0 1 と主電極層 4 0 2との積層構造となっている
[0024] 密着層 4 0 1は、 圧電基板 2 0と主電極層 4 0 2との密着性を向上させる ための層であり、 材料として、 例えば、 丁 し 1\1 丨 〇 「などが用いられる。
[0025] 主電極層 4 0 2は、 材料として、 例えば、 八 丨 〇リ、 八リ、 〇リ、 1:が 用いられる。
[0026] なお、 密着層 4 0 1および主電極層 4 0 2を構成する材料は、 上述した材 料に限定されない。 さらに、 丨 口丁電極 4 0は、 上記積層構造でなくてもよ い。 I 0丁電極 4 0は、 例えば、 7 \ , 八 I、 〇リ、 1:、 八リ、 八 9、 ¢1、 IV! 〇、 などの金属または合金から構成されてもよく、 また、 上記の金 〇 2020/175234 6 卩（：170? 2020 /006228
属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。 なお、 丨 〇丁電極 4 0を構成する金属材料は、 誘電体膜 3 0を構成する誘電体材料よ りも高密度であることが望ましく、 これにより弾性表面波の反射係数を大き くできる。
[0027] 圧電基板 2 0は、 例えば、 図 2に示すように、 0 ° 丫カッ ト X伝搬 1_ 1 丁
3〇3圧電単結晶または圧電セラミックス （X軸を中心軸として丫軸から 0 ° 回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶、 またはセ ラミックスであって、 X軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミ ックス） からなる。 なお、 弾性表面波装置 1 の要求仕様により、 圧電基板 2 0の材料およびカッ ト角が適宜選択される。
[0028] なお、 圧電基板 2 0は、 高音速支持基板と、 低音速膜と、 圧電膜とを備え 、 高音速支持基板、 低音速膜および圧電膜がこの順で積層された構造を有し ていてもよい。 高音速支持基板は、 低音速膜、 圧電膜ならびに 丨 口丁電極 4 〇を支持する基板である。 高音速支持基板は、 さらに、 圧電膜を伝搬する表 面波および境界波などの弾性波よりも、 高音速支持基板中のバルク波の音速 が高速となる基板であり、 弾性表面波を圧電膜および低音速膜が積層されて いる部分に閉じ込め、 高音速支持基板より下方に漏れないように機能する。 高音速支持基板は、 例えば、 シリコン基板である。 低音速膜は、 圧電膜を伝 搬するバルク波よりも、 低音速膜中のバルク波の音速が低速となる膜であり 、 圧電膜と高音速支持基板との間に配置される。 この構造と、 弾性波が本質 的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、 弾性表面波 エネルギーの丨 口丁電極 4 0外への漏れが抑制される。 低音速膜は、 例えば 、 二酸化ケイ素を主成分とする膜である。 圧電基板 2 0を、 このような積層 構造とすることで、 共振周波数および***振周波数における 0値を高めるこ とが可能となる。 すなわち、 〇値が高い弾性表面波共振子を構成し得るので 、 当該弾性表面波共振子を用いて、 挿入損失が小さいフィルタを構成するこ とが可能となる。
[0029] なお、 高音速支持基板は、 支持基板と、 圧電膜を伝搬する表面波および境 〇 2020/175234 7 卩（：170? 2020 /006228
界波などの弾性波よりも、 伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜と 、 が積層された構造を有していてもよい。 この場合、 支持基板は、 サファイ ア、 リチウムタンタレート、 リチウムニオベイ ト、 水晶等の圧電体、 アルミ ナ、 マグネシア、 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、 フオルステライ ト等の各種セラ ミック、 ガラス等の誘電体またはシリコン、 窒化ガリウム等の半導体及び樹 脂基板等を用いることができる。 また、 高音速膜は、 窒化アルミニウム、 酸 化アルミニウム、 炭化ケイ素、 窒化ケイ素、 酸窒化ケイ素、 口 1_（3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、 様々な高音速材料を用いることができる。
[0030] ここで、 弾性表面波共振子を構成する 丨 0丁電極の電極パラメータの一例 について説明しておく。
[0031 ] 弾性表面波共振子の波長とは、 図 2に示す I 口丁電極 4 0を構成する複数 の電極指 1 5〇 3または1 5 0匕の繰り返し周期である波長スで規定される 。 また、 電極ピッチは、 波長スの 1 / 2であり、 櫛歯状電極 1 0〇 3および 1 0 0匕を構成する電極指 1 5 0 3および 1 5 0匕のライン幅を とし、 隣 り合う電極指 1 5 0 3と電極指 1 5 0匕との間のスペース幅を 3とした場合 、 （\^/ + 3） で定義される。 また、 一対の櫛歯状電極 1 0〇 3および 1 0 0 匕の交叉幅！-は、 図 2の （3） に示すように、 電極指 1 5 0 3と電極指 1 5 0 13との弾性波伝搬方向 （X軸方向） から見た場合の重複する電極指長さで ある。 また、 各弾性表面波共振子の電極デューティーは、 複数の電極指 1 5
Figure imgf000009_0001
（\^/ + 3） で定義される 。 また、 櫛歯状電極 1 0 0 3および 1 0 0匕の高さを としている。
[0032] なお、 図 2には、 本変形例に係る弾性表面波装置 1 の電極構成を示した が、 本実施の形態に係る弾性表面波装置 1の電極構成は、 図 2において、 誘 電体膜 5 0および 6 0が配置されていない場合の電極構成と同様である。
[0033] 上記構造を有する弾性表面波装置において、 櫛歯状電極 1 0 0 3および 1
0 0匕の間に高周波信号が印加されると、 櫛歯状電極 1 0 0 3と櫛歯状電極 〇 2020/175234 8 卩（：170? 2020 /006228
1 0 0匕との間で電位差が生じ、 これにより、 圧電基板 2 0の主面 2 0 3が 歪むことで X方向に伝搬する弾性表面波が発生する。 ここで、 I 0丁電極 4 0の波長スを、 通過帯域に応じて調整することにより、 通過させたい周波数 成分を有する高周波信号のみが当該弾性表面波装置を通過する。
[0034] [ 3 . 弾性表面波装置の電極構成および製造方法]
図 3は、 実施の形態に係る弾性表面波装置 1 の電極レイアウトの一例を 示す平面図である。 弾性表面波装置 1 は、 例えば、 2つの直列腕共振子と 2つの並列腕共振子とで構成されたラダー型の弾性表面波フィルタである。 同図に示すように、 本例における弾性表面波装置 1 では、 圧電基板 2 0上 に、 誘電体膜 3 0 （図示せず） を介して、 丨 口丁電極1 0 1、 1 0 2、 2 0 1および 2 0 2、 接続電極 7 0、 入出力電極 1 1 0および 1 2 0、 ならびに グランド電極 1 3 0が配置されている。 また、 図示していないが、 丨 口丁電 極 1 0 1、 1 0 2、 2 0 1および 2 0 2の上には、 誘電体膜 5 0および 6 0 が形成されている。
[0035] 2つの直列腕共振子のうちの一の直列腕共振子は、 I 〇丁電極 1 0 1 と圧 電基板 2 0とで構成された弾性表面波共振子であり、 他の直列腕共振子は、
I 口丁電極1 0 2と圧電基板 2 0とで構成された弾性表面波共振子である。
I 口丁電極 1 0 1および 1 0 2は、 入出力電極 1 1 0および 1 2 0を結ぶ経 路上に直列に配置されている。
[0036] 2つの並列腕共振子のうちの一の並列腕共振子は、 1 0丁電極2 0 1 と圧 電基板 2 0とで構成された弾性表面波共振子であり、 他の並列腕共振子は、
I 口丁電極 2 0 2と圧電基板 2 0とで構成された弾性表面波共振子である。
I 口丁電極 2 0 1は、 入出力電極 1 1 0および丨 0丁電極 1 0 1の接続ノー ドとグランド電極 1 3 0との間に配置されている。 丨 〇丁電極 2 0 2は、 I 0丁電極 1 0 1および丨 0丁電極 1 0 2の接続ノードとグランド電極 1 3 0 との間に配置されている。
[0037] 丨 〇丁電極 1 0 1、 1 0 2、 2 0 1および 2 0 2のそれぞれを構成する複 数の電極指の延伸方向は揃っており、 当該複数の電極指の延伸方向と直交す 〇 2020/175234 9 卩（：170? 2020 /006228
る方向が、 弾性表面波の伝搬方向となる。
[0038] 接続電極 7 0は、 丨 〇丁電極 1 0 1、 1 0 2、 2 0 1および 2 0 2、 入出 力電極 1 1 0および 1 2 0、 ならびにグランド電極 1 3 0を接続する配線で ある。 特に、 接続電極 7 0は、 丨 〇丁電極 1 0 1、 1 0 2、 2 0 1および 2 0 2のバスバー電極と接続されている。
[0039] ここで、 上記電極レイアウトを有する弾性表面波装置 1 の製造工程につ いて説明する。
[0040] 図 4は、 実施の形態に係る弾性表面波装置 1 の製造方法の一例を示すエ 程フローチヤートである。
[0041 ] まず、 図 4の （3） に示すように、 圧電基板 2 0を準備する。 圧電基板 2
0の材料としては、 例えば、 ！_ 丨 1\1 13〇3 （ニオブ酸リチウム） の圧電単結晶 である。 圧電基板 2 0を準備するにあたり、 圧電基板 2 0の集合体である圧 電ウヱハの 2つの主面のうち、 いずれの主面が分極正電位面であるかを把握 しておく。 圧電ウェハの分極正電位面は、 例えば、 図 5に示された測定シス テムにより判定される。
[0042] 図 5は、 圧電ウェハ 2 0 0 （圧電基板 2 0） の分極電位を測定するシステ ムの構成図である。 同図に示すように、 圧電ウェハ 2 0 0 （圧電基板 2 0） の分極電位を測定するシステムは、 金属板 8 0と、 測定プローブ 8 1 と、 才 シロスコープ 8 2とで構成されている。 上記システムにおいて、 分極電位を 測定したい圧電ウェハ 2 0 0を、 オシロスコープ 8 2のグランド端子と接続 された金属板 8 0上に接触配置する。 この状態で、 圧電ウェハ 2 0 0の金属 板 8 0と接触していない主面を測定プローブ 8 1の先端で叩いたときの測定 プローブ 8 1の電位変化を観測し、 測定プローブ 8 1が当該主面に接触した ときの電位の立ち上がり波形により、 当該主面の分極電位を判断できる。 例 えば、 測定プローブ 8 1が上記主面に接触したときの立ち上がり電位が負の 場合、 当該主面は分極正電位であると判断され （図 5の （3） ） 、 測定プロ —ブ 8 1が上記主面に接触したときの立ち上がり電位が正の場合、 当該主面 は分極負電位であると判断される （図 5の （匕） ） 。 〇 2020/175234 10 卩（：170? 2020 /006228
[0043] 次に、 図 4の （1〇） に示すように、 圧電ウェハの 2つの主面のうちの分極 正電位面に相当する圧電基板 2 0の第 1主面上に、 誘電体膜 3 0を形成する 。 より具体的には、 例えば、 3 丨 〇2からなる誘電体膜 3 0をスバッタ法によ り形成する。
[0044] 次に、 図 4の （〇） に示すように、 誘電体膜 3 0上に、 I 0丁電極 4 0お よび下層接続電極 7〇八を形成する。 より具体的には、 例えば、 誘電体膜 3 0上にレジストを形成し、 当該レジストをバターニングし、
Figure imgf000012_0001
/ ^ \ / ^ \ <3リの積層体を蒸着法により形成し、 当該積層体をリフトオフ 法でパターニングすることにより、 丨 口丁電極 4 0および下層接続電極 7 0 八が形成される。
[0045] 次に、 図 4の （ に示すように、 誘電体膜 3 0、 I 口丁電極 4 0および 下層接続電極 7〇八の上に、 誘電体膜 5 0を形成する。 より具体的には、 例 えば、 3 丨 〇2からなる誘電体膜をスバッタ法により誘電体膜 5 0が形成され る。
[0046] 次に、 図 4の （6） に示すように、 下層接続電極 7 0八の表面に誘電体膜
5 0の形成されていない開口部を形成する。 より具体的には、 例えば、 誘電 体膜 5 0上にレジストを形成し、 下層接続電極 7 0八の上方にレジスト開口 部を形成し、 反応性イオンエッチング法で当該レジスト開口部の誘電体膜 5 0をエッチングすることにより、 誘電体膜 5 0の形成されていない開口部が 形成される。 なお、 残ったレジストは剥離する。
[0047] 次に、 図 4の （チ） に示すように、 下層接続電極 7〇八の上方に上層接続 電極 7 0巳を形成する。 より具体的には、 例えば、 誘電体膜 5 0および下層 接続電極 7 0八上にレジストを形成し、 当該レジストをバターニングし、 丁 丨 / I <3リの積層体を蒸着法により形成し、 当該積層体をリフトオフ法で パターニングすることにより、 下層接続電極 7 0八の上方に上層接続電極 7 0巳が形成される。
[0048] これにより、 下層接続電極 7 0八および上層接続電極 7 0巳の積層体であ る接続電極 7 0は、 I 0丁電極 4 0よりも膜厚が大きい低抵抗の配線となる 〇 2020/175234 1 1 卩（：170? 2020 /006228
。 よって、 弾性表面波装置 1 の伝搬損失を低減できる。
[0049] 最後に、 図 4の （9） に示すように、 誘電体膜 5 0上に誘電体膜 6 0を形 成する。 より具体的には、 例えば、 3 I 3 1\1 4からなる誘電体膜をスバツタ法 により形成し、 レジスト形成および反応性イオンエツチング法により、 誘電 体膜 5 0上に誘電体膜 6 0を形成する。
[0050] なお、 図 4には明示していないが、 図 4の （9） の工程の終了時点では、 圧電ウェハ上に、 弾性表面波装置の集合体が形成されており、 当該集合体を ダイシングなどにより個片化することで、 弾性表面波装置の単体が形成され る。
[0051 ] [ 4 . 弾性表面波装置の誘電体膜]
上述したように、 圧電基板 2 0と I 0丁電極 4 0との間に誘電体膜 3 0が 配置されることで、 弾性表面波装置 1および 1 の実効的な電気機械結合係 数を調整することができる。
[0052] その反面、 誘電体膜 3 0が形成されると、 丨 口丁電極 4 0および接続電極
7 0などの形成工程中に発生した負電荷が、 圧電基板 2 0の主面 2 0 3上に 蓄積され易くなる。
[0053] 図 6は、 誘電体膜 3 0の有無による弾性表面波共振子の端子間電圧を比較 したグラフである。 同図には、 圧電基板 2 0と 丨 0丁電極 4 0との間に誘電 体膜 3 0が配置された弾性表面波共振子 （図 6では誘電体膜 3 0有） と、 圧 電基板 2 0と 丨 0丁電極 4 0との間に誘電体膜 3 0が配置されていない弾性 表面波共振子 （図 6では誘電体膜 3 0無） との、 入出力端子間の電圧の時間 変化が示されている。 より具体的には、 図 6には、 上記 2つの弾性表面波共 振子の丨 口丁電極に、 電流源から電荷を供給した場合に発生する入出力端子 間電圧の電流供給時間の依存性が示されている。
[0054] 図 6に示すように、 圧電基板 2 0と 丨 0丁電極 4 0との間に誘電体膜 3 0 が配置されることにより、 負電荷が蓄積され易くなることが解る。 つまり、 実効的な電気機械結合係数を調整すべく誘電体膜 3 0を配置した弾性表面波 装置の方が圧電基板の主面上に負電荷が蓄積され易いことから、 誘電体膜 3 〇 2020/175234 12 卩（：170? 2020 /006228
0が配置された弾性表面波装置では、 圧電基板の分極反転が発生しにくい構 造をとることが非常に重要であることが解る。
[0055] これに対して、 本実施の形態に係る弾性表面波装置 1および変形例に係る 弾性表面波装置 1 のように、 誘電体膜 3 0、 I 口丁電極 4 0および接続電 極 7 0を形成する圧電基板 2 0の主面 2 0 3を分極正電位面にしておく。 こ れによれば、 誘電体膜 3 0、 I 0丁電極 4 0および接続電極 7 0などの形成 工程中に負電荷が主面 2 0 3上に蓄積しても、 分極反転の発生を抑制できる
[0056] [ 5 . まとめ]
本実施の形態に係る弾性表面波装置 1は、 主面 2 0 3および主面 2 0匕を 有する圧電基板 2 0と、 主面 2 0 3および主面 2 0匕のうちの主面 2 0 3側 に配置された丨 口丁電極 4 0と、 を備え、 主面 2 0 3は、 圧電基板 2 0の分 極正電位面である。
[0057] I 口丁電極 4 0の形成中に発生した電子は I 0丁電極 4 0上に蓄積され、 当該蓄積された負電荷と主面 2 0 3上の負電荷とが反発しあい、 圧電基板 2 0の分極軸が反転する領域が発生することが想定される。 この分極軸の反転 領域の発生により、 主面 2 0 3上に結晶の歪みが発生することで圧電基板 2 0にクラックが発生したり、 弾性表面波装置の特性が劣化したりする。 これ に対して上記構成によれば、 圧電基板 2 0の分極正電位面側に I 〇丁電極 4 0を形成することで、 丨 口丁電極 4 0の形成中における圧電基板 2 0の分極 軸の反転を抑制できる。 よって、 圧電基板 2 0の結晶の歪みによる圧電基板 2 0のクラック発生による素子の割れ、 および、 弾性表面波装置 1の特性劣 化を抑制できる。
[0058] また、 弾性表面波装置 1は、 さらに、 圧電基板 2 0と 丨 〇丁電極 4 0との 間に配置され、 主面 2 0 3と接する誘電体膜 3 0を備えてもよい。
[0059] これによれば、 圧電基板 2 0と 丨 0丁電極 4 0との間に誘電体膜 3 0が配 置されることで、 弾性表面波装置 1の実効的な電気機械結合係数を所望の大 きさに調整することができる。 しかしながら、 仮に圧電基板 2 0の分極負電 〇 2020/175234 13 卩（：170? 2020 /006228
位面に誘電体膜 3 0を形成すると、 誘電体膜 3 0および I 〇丁電極 4 0の形 成中に発生した電子が丨 口丁電極 4 0上に蓄積され、 当該蓄積された負電荷 と主面 2 0 3上の負電荷とが反発しあい、 圧電基板 2 0の分極軸が反転する 領域が発生する。 この分極軸の反転領域の発生により、 主面 2 0 3上に結晶 の歪みが発生することで圧電基板 2 0にクラックが発生したり、 弾性表面波 装置 1の特性が劣化したりする。
[0060] これに対して、 上記構成によれば、 圧電基板 2 0の分極正電位面側に誘電 体膜 3 0および I 口丁電極 4 0を形成することで、 誘電体膜 3 0および I 0 丁電極 4 0の形成中における圧電基板 2 0の分極軸の反転を抑制できる。 よ って、 実効的な電気機械結合係数を所望の大きさに調整しつつ、 圧電基板 2 0の結晶の歪みによる圧電基板 2 0のクラック発生による素子の割れ、 およ び、 弾性表面波装置 1の特性劣化を抑制できる。
[0061 ] また、 主面 2 0匕は、 圧電基板 2 0の分極負電位面である。 これによれば 、 圧電基板の主面 2 0 3は分極正電位面であるので、 誘電体膜 3 0および丨 〇丁電極 4 0を形成する際に発生する電子が流入しても、 主面 2 0 3におけ る分極軸は反転しない。
[0062] また、 本変形例に係る弾性表面波装置 1 は、 さらに、 丨 〇丁電極 4 0を 被覆する誘電体膜 5 0を備える。 これによれば、 弾性表面波装置 1 の周波 数温度特性を調整する、 および、 丨 口丁電極 4 0を外部環境から保護するこ とが可能となる。
[0063] [ 6 . 圧電基板の分極電位による特性比較]
次に、 実施例に係る弾性表面波装置と、 比較例に係る弾性表面波装置との 特性を比較する。 実施例に係る弾性表面波装置は、 圧電基板 2 0の分極正電 位面に誘電体膜 3 0、 5 0および 6 0、 丨 口丁電極 4 0、 ならびに接続電極 7 0が形成された構成を有する。 一方、 比較例に係る弾性表面波装置は、 圧 電基板 2 0の分極負電位面に誘電体膜 3 0、 5 0および 6 0、 I 〇丁電極 4 0、 ならびに接続電極 7 0が形成された構成を有する。
[0064] 表 1 に、 実施例および比較例に係る弾性表面波装置の構造パラメータを示 〇 2020/175234 14 卩(：170? 2020 /006228 す。
[0065] [表 1 ]
Figure imgf000016_0001
[0066] なお、 実施例および比較例の双方において、 圧電ウェハは、 4インチの !_
I 1\1 6〇3 （ニオブ酸リチウム） の圧電単結晶ウェハとした。
[0067] 比較例に係る弾性表面波装置の集合体 （圧電ウェハ状態） を 4枚試作し、 実施例に係る弾性表面波装置の集合体 （圧電ウェハ状態） を 8枚試作した。 比較例に係る 4枚の弾性表面波装置の集合体の全てにおいて、 圧電ウヱハ面 内の一部にクラックが発生していることが確認された。 一方、 実施例に係る 8枚の弾性表面波装置の集合体の全てにおいて、 圧電ウヱハにおけるクラッ クの発生は確認されなかった。
[0068] 図 7は、 実施例および比較例に係る弾性表面波装置の圧電基板 2 0の主面
2 0 3の分極電位分布を比較した図である。 同図の （3） には、 比較例に係 る弾性表面波装置の圧電基板 2 0の主面 2 0 3における電位分布が示されて おり、 具体的には、 分極負電位面である主面 2 0 3上に 丨 〇丁電極 4 0を形 成した後、 当該丨 口丁電極 4 0を剥離した後の主面 2 0 3における電位分布 が示されている。 また、 同図の （匕） には、 実施例に係る弾性表面波装置の 圧電基板 2 0の主面 2 0 3における電位分布が示されており、 具体的には、 分極正電位面である主面 2 0 3上に 丨 口丁電極 4 0を形成した後、 当該丨 0 丁電極 4 0を剥離した後の主面 2 0 3における電位分布が示されている。 な お、 図 7の （a） および （b） の電位分布は、 走査型プローブ顕微鏡の P R M （P i e z o R e s p o n s e M i c r o s c o p e） モードにより 測定された。
[0069] 図 7の （a） に示すように、 比較例に係る弾性表面波装置では、 主面 20 aにおいて、 負電位領域と、 正電位に反転した反転領域とが混在して分布し ている。 特に、 負電位領域と正電位領域との境界は、 丨 DT電極 40の非形 成領域と形成領域との境界に対応している。
[0070] これに対して、 実施例に係る弾性表面波装置では、 主面 20 aにおいて、 正電位領域のみが確認されており、 負電位に反転した領域が見られない。 こ れは、 誘電体膜 30および I D T電極 40の形成工程において、 電子が誘電 体膜 30および丨 D T電極 40に流入し蓄積されても、 誘電体膜 30および I D T電極 40が形成された主面 20 aが正電位であるため、 蓄積された負 電荷と主面 20 aの正電荷とが引き合うことで主面 20 aの分極反転が発生 しないことによるものと推察される。
[0071] 実施例に係る弾性表面波装置によれば、 丨 DT電極 40を形成する圧電基 板 20の主面 20 aを分極正電位面とすることにより、 製造工程における圧 電基板 20の分極反転およびそれに伴うクラックの発生を抑止することがで き、 生産安定性を向上することができる。
[0072] 図 8は、 実施例および比較例に係る弾性表面波装置の通過特性を比較した グラフである。 同図に示すように、 1 7 1 0 - 1 785MH zを通過帯域と するフィルタ通過特性において、 比較例に係る弾性表面波装置の通過帯域に おける挿入損失は、 実施例に係る弾性表面波装置の通過帯域における挿入損 失と比較して劣化している。
[0073] つまり、 実施例に係る弾性表面波装置によれば、 製造工程における圧電基 板 20の分極反転およびそれに伴うクラックの発生を抑止することで、 弾性 表面波装置の通過特性などの特性劣化を抑制できる。
[0074] （その他の実施の形態）
以上、 本発明に係る弾性表面波装置について、 実施の形態および変形例を 〇 2020/175234 16 卩（：170? 2020 /006228
挙げて説明したが、 本発明は、 上記実施の形態および変形例に限定されるも のではない。 上記実施の形態および変形例における任意の構成要素を組み合 わせて実現される別の実施の形態や、 上記実施の形態および変形例に対して 本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られ る変形例も本発明に含まれる。
[0075] また、 上記実施の形態に係る弾性表面波装置では、 ラダー型の弾性表面波 フィルタを例示したが、 本発明に係る弾性表面波装置は、 縦結合型の弾性表 面波フィルタなどであってもよく、 また、 弾性表面波共振子を有する共振器 などであってもよい。 つまり、 本発明に係る弾性表面波装置は、 圧電基板お よび I 口丁電極で構成された弾性表面波共振子を有する弾性波デバイスであ ればよい。
産業上の利用可能性
[0076] 本発明は、 低損失かつ生産安定性に優れた弾性表面波フィルタとして、 携 帯電話などの通信機器に広く利用できる。 符号の説明
[0077] 1、 1 弾性表面波装置
2 0 圧電基板
2 0 3、 2 0 b 主面
3 0、 5 0、 6 0 誘電体膜
4 0、 1 0 1、 1 0 2、 2 0 1、 2 0 2 I 0 7電極
7 0 接続電極
7 0八 下層接続電極
7 0巳 上層接続電極
8 0 金属板
8 1 測定プローブ
8 2 オシロスコープ
1 0 0 弾性表面波共振子
1 0 0 3、 1 0 0匕 櫛歯状電極 〇 2020/175234 17 2020 /006228
1 1 0、 1 20 入出力電極
1 30 グランド電極
1 503、 1 50匕 電極指
1 603、 1 60匕 バスバー電極
200 圧電ウェハ
401 密着層
402 主電極層

Claims

請求の範囲
[請求項 1] 互いに対向する第 1主面および第 2主面を有する圧電基板と、 前記第 1主面および前記第 2主面のうちの前記第 1主面側に配置さ れた I DT ( I n t e r D i g i t a l T r a n s d u c e r) 電 極と、 を備え、
前記第 1主面は、 前記圧電基板の分極正電位面である、
弾性表面波装置。
[請求項 2] さらに、
前記圧電基板と前記丨 DT電極との間に配置され、 前記第 1主面と 接する第 1誘電体膜を備える、
請求項 1 に記載の弾性表面波装置。
[請求項 3] 前記第 1誘電体膜は、 S i 〇2、 S i 3N4、 A I 2〇3. T a 205, および A I Nの少なくとも 1つからなる、
請求項 2に記載の弾性表面波装置。
[請求項 4] 前記圧電基板は、 L i T a〇3および L i N b〇3のいずれかから なる、
請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の弾性表面波装置。
[請求項 5] さらに、
前記 I DT電極を被覆する第 2誘電体膜を備える、
請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の弾性表面波装置。
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