專利名稱：彈性波元件及使用該彈性波元件的彈性波裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及彈性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)元件等彈性波元件及使用該彈性波元件的彈性波裝置。
背景技術：
眾所周知有具備壓電基板、設在壓電基板的主面上的IDT (Inter DigitalTransducer)電極(激發電極)、及覆蓋IDT電極的保護層的彈性波元件(例如專利文獻I或2)。保護層例如由SiO2形成，從而有助于抑制IDT電極的腐蝕和補償IDT電極的特性的
溫度變化等。專利文獻2指出:在上述那樣的具有保護層(SiO2膜)的彈性波元件中，若IDT電極由Al或以Al為主要成分的合金形成，則無法獲得足夠的反射系數(段落0009)。而且還提出:通過將IDT電極由密度比Al大的金屬或以該金屬為主要成分的合金形成，能獲得比較高的反射系數(權利要求1等)。需要說明的是，雖然不是反射系數所涉及的事項，但專利文獻I及2提出:為了提高IDT電極與SiO2膜之間的貼緊性而在IDT電極與SiO2膜之間形成貼緊層(專利文獻I的段落0011、專利文獻2的段落0107)。在專利文獻I及2中，貼緊層以不對SAW的傳播造成影響的方式較薄地形成。具體而言，貼緊層為50 IOOA (專利文獻I的段落0009)或在SAff的波長的I %以下(專利文獻2的段落0108)。如上所述，專利文獻2 提出:由密度比Al高的材料形成IDT電極。然而，從電氣特性、加工容易性、材料費等觀點出發，優選使用Al或以Al為主要成分的合金作為IDT電極的材料。換言之，優選減少對形成IDT電極的材料的制約而提高材料選擇的自由度。因此，優選利用與專利文獻2不同的方法提供提高反射系數的方法。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平08-204493號公報專利文獻2:日本特開2004-112748號公報
發明內容
本發明的一實施方式所涉及的彈性波元件具備:壓電基板；電極，其以Al為主要成分，且位于該壓電基板的上表面；第一膜，其位于該電極的上表面；絕緣層，其以氧化娃為主要成分，覆蓋該第一膜與所述壓電基板中從所述電極露出的部分，且距離所述壓電基板的上表面的厚度比所述電極及所述第一膜的合計的厚度大，所述第一膜以聲阻抗比所述電極的材料及所述絕緣層的材料大且彈性波的傳播速度比所述電極的材料及所述絕緣層的材料慢的材料為主要成分。本發明的一實施方式所涉及的彈性波裝置具備上述的彈性波元件和安裝所述彈性波元件的電路基板。
發明效果根據上述的結構，通過在電極的上表面配置由聲阻抗比電極的材料及氧化硅大且彈性波的傳播速度比電極的材料及氧化硅慢的材料構成的第一膜，能夠提高電極由氧化硅覆蓋的彈性波元件的反射系數，從而得到溫度補償特性及共振特性優異的彈性波元件。
圖1中，圖1 (a)是本發明的第一實施方式所涉及的SAW元件的俯視圖，圖1 (b)是圖1 (a)的Ib-1b線的剖視圖。圖2中，圖2(a) 圖2(e)是用于說明第一實施方式所涉及的SAW元件的制造方法的與圖1(b)對應的剖視圖。圖3中，圖3(a) 圖3(c)是用于說明比較例及第一實施方式的SAW元件的作用的圖。圖4中，圖4(a)及圖4(b)是示出每個電極指的反射系數Γ\及電氣機械結合系數K2的圖表。圖5中，圖5(a)及圖5(b)是示出每個電極指的反射系數Γ\及電氣機械結合系數K2的其他圖表。圖6是示出每個電極指的反射系數Γ I的其他圖表。圖7中，圖7(a)及圖7(b)是用于說明第一膜的厚度優選的范圍的下限的求法的圖。圖8是示出 由Ta2O5構成的第一膜的厚度優選的范圍的下限的圖表。圖9是示出由TaSi2構成的第一膜的厚度優選的范圍的下限的圖表。圖10是示出由W5Si2構成的第一膜的厚度優選的范圍的下限的圖表。圖11是示出由Ta2O5構成的第一膜的厚度優選的范圍的圖表。圖12是示出本發明的第一實施方式所涉及的SAW裝置的剖視圖。圖13中，圖13(a)及圖13(b)是第二實施方式所涉及的SAW元件的俯視圖及局部放大立體圖。圖14中，圖14(a) 圖14(g)是用于說明圖13的SAW元件的制造方法的圖。圖15中，圖15(a)及圖15(b)是用于說明第二實施方式的作用的立體圖。圖16中，圖16(a)及圖16(b)是第三實施方式所涉及的SAW元件的俯視圖及局部放大立體圖。圖17中，圖17(a)及圖17(b)是第四實施方式所涉及的SAW元件的俯視圖及局部放大立體圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施方式所涉及的SAW元件及SAW裝置進行說明。需要說明的是，在以下的說明中使用的附圖是示意性的附圖，附圖上的尺寸比例等與現實中未必一致。另外，在第二實施方式之后，對與第一實施方式的結構相同或類似的結構標注與第一實施方式相同的附圖標記并省略其說明。<第一實施方式>
(SAW元件的結構及制造方法)圖1 (a)是本發明的第一實施方式所涉及的SAW元件I的俯視圖，圖1 (b)是圖1 (a)的Ib-1b線的剖視圖。需要說明的是，SAW元件I的任一方向都可以設為上方或者下方，但以下為了便于說明，定義正交坐標系xyz并將z方向的正側(圖1 (a)的紙面近前側、圖1 (b)的紙面上方)設為上方，從而使用上表面、下表面等用語。SAff元件I具有:基板3 ;設在基板3的上表面3a的IDT電極5及反射器7 ;設在IDT電極5及反射器7上的第一膜9 (圖1 (b));和從第一膜9之上覆蓋上表面3a的保護層11(圖1(b))。需要說明的是，SAW元件I除了上述構件之外還可以具有用于向IDT電極5輸入信號和從IDT電極5輸出信號的配線等。基板3由壓電基板構成。具體而言，例如，基板3由鉭酸鋰(LiTaO3)單結晶、鈮酸鋰(LiNbO3)單結晶等具有壓電性的單結晶的基板構成。更優選的是，基板3由128° ±10° Y-X切割的LiNbO3基板構成。基板3的平面形狀及各種尺寸適當地設定即可。作為一個例子，基板3的厚度(z方向)為0.2mm 0.5mm。IDT電極5具有一對梳齒狀電極13。各梳齒狀電極13具有沿SAW的傳播方向(x方向)延伸的母線13a(圖1(a))和從母線13a沿與上述傳播方向正交的方向(y方向)延伸的多個電極指13b。兩個梳齒狀電極13彼此以相互嚙合的方式(電極指13b相互交叉的方式)設置。多個電極指13b以將其間距形成為例如與以意欲共振的頻率傳播的SAW的波長λ的半波長同等的方式設置。需要說明的是，圖1等是示意圖，實際上，也可以設置具有比圖1更多個電極指的多對梳齒狀電極。另外，多個IDT電極5可以構成以串聯連接或并聯連接等方式連接的舵型SAW濾片，也可以構成將多個IDT電極5沿X方向配置的雙重模式SAW共振器濾片等。另夕卜，通過使多個電極指的長度不同，也可以進行基于變跡器的加權。也可以如后述的第二實施方式等設置虛擬電極。IDT電極5例如由以Al為主要成分的材料(包括Al合金)形成。Al合金例如是Al-Cu合金。需要說明的是，“以Al為主要成分”基本上是以Al為材料，但也包含在SAW裝置I的制造過程等中能自然混入的Al以外的雜質等混雜而成的材料。以下，使用主要成分這樣的表達方式的情況也是相同的意思。IDT電極5的各種尺寸根據SAW元件I所要求的電氣特性等而適當地設定。作為一個例子，IDT電極5的厚度e (圖1 (b))為IOOnm 300nm。需要說明的是，IDT電極5可以直接配置在基板3的上表面3a，也可以經由其他構件而配置在基板3的上表面3a。其他構件例如是T1、Cr、或上述元素的合金等。如此，在將IDT電極5經由其他構件配置在壓電基板3的上表面3a的情況下，其他構件的厚度設定為幾乎不對IDT電極5的電氣特性造成影響的程度的厚度(例如，Ti的情況為IDT電極5的厚度的5%的厚度)。反射器7形成為間距與IDT電極5的電極指13b的間距大致相等的格子狀。反射器7例如由與IDT電極5相同的材料形成，并且形成為與IDT電極5同等的厚度。第一膜9用于提高IDT電極5及反射器7的反射系數。第一膜9例如遍及IDT電極5及反射器7的上表面的整面設置。第一膜9由以聲阻抗與構成IDT電極5及反射器7的材料(Al或Al合金)、以及構成保護層11的材料(后述)不同的材料為主要成分的材料構成。該聲阻抗的不同優選在一定程度以上，例如在15MRayl以上，更優選在20MRayl以上。第一膜9優選的材料及第一膜9優選的厚度t (圖1(b))將在后述。保護層11例如遍及基板3的上表面3a的大致整面設置，覆蓋設有第一膜9的IDT電極5及反射器7，并且覆蓋上表面3a中從IDT電極5及反射器7露出的部分。保護層11的距離上表面3a的厚度T(圖1 (b))設定為比IDT電極5及反射器7的厚度e大。例如，厚度T比厚度e厚IOOnm以上而為200nm 700nm。保護層11由以具有絕緣性的材料為主要成分的材料構成。另外，保護層11由以彈性波的傳播速度在溫度上升時變快的SiO2等材料為主要成分的材料形成，由此能夠將因溫度的變化而導致的特性的變化抑制得較小。即能夠得到溫度補償優異的彈性波元件。需要說明的是，構成基板3的材料等普通材料的彈性波的傳播速度在溫度上升時變慢。另外，保護層11的表面優選沒有較大的凹凸。在壓電基板上傳播的彈性波的傳播速度因保護層11的表面的凹凸而受到影響并發生變化，因此若保護層11的表面存在較大的凹凸，則制造出的各彈性波元件的共振頻率存在較大的差別。因此，若平坦地形成保護層11的表面，則能使各彈性波元件的共振頻率穩定化。具體而言，優選保護層11的表面的平坦度設為在壓電基板上傳播的彈性波的波長的1%以下。圖2 (a) 圖2 (e)是用于說明SAW元件I的制造方法的與圖1 (b)對應的剖視圖。制造工序按照圖2(a) 圖2(e)的順序依次進行。需要說明的是，各種層伴隨著工序的進行而形狀等發生變化，但在變化的前后使用共用的附圖標記。如圖2(a)所示，首先，在基板3的上表面3a上形成成為IDT電極5及反射器7的導電層15、以及成為第一膜9的附加層17。具體而言，首先，利用濺射法、蒸鍍法或CVD (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)法等薄膜形成法,在上表面3a上形成導電層15。接著，利用相同的薄膜形成法來形成附加層17。當形成附加層17時，如圖2(b)所示，形成用于蝕刻附加層17及導電層15的作為掩模的抗蝕劑層19。具體而言，負片型或正片型的感光性樹脂的薄膜由適當的薄膜形成法形成，利用光刻法等在IDT電極5及反射器7等的非配置位置除去薄膜的一部分。接著,如圖2(c)所示,利用RIE(Reactive 1n Etching:反應性離子蝕刻)等適當的蝕刻法來蝕刻附加層17及導電層15。由此，形成設有第一膜9的IDT電極5及反射器
7。然后，如圖2(d)所示，通過使用適當的藥液來除去抗蝕劑層19。然后，如圖2(e)所示，利用濺射法或CVD法等適當的薄膜形成法來形成成為保護層11的薄膜。在該時刻，因IDT電極5等的厚度而導致在成為保護層11的薄膜的表面形成有凹凸。然后，根據需要利用化學機械研磨等而使表面平坦化，如圖1(b)所示，形成保護層11。需要說明的是，保護層11為了在平坦化的前或后使后述的焊盤39 (圖12)等露出而利用光刻法等被除去一部分。參照圖3(a) 圖3(c)對比較例的作用進行說明，并且對第一實施方式的SAW元件I的作用進行說明。圖3(a)是用于說明第一比較例的SAW元件101的作用的剖視圖。SAW元件101呈第一實施方式的SAW元件I中不具有第一膜9及保護層11的狀態。當利用IDT電極5向基板3施加電壓時，如箭頭yl所示，在基板3的上表面3a附近誘發沿著上表面3a傳播的SAW。另外，SAff如箭頭y2所示，在電極指13b與電極指間間隙部(相互交叉的電極指13b間的區域、電極指13b的非配置區域)的邊界進行反射。而且，利用由箭頭yl及y2表示的SAW形成將電極指13b的間距設為半波長的駐波。駐波轉換為與該駐波相同頻率的電信號，并由電極指13b取出。這樣一來，SAW元件I作為共振件或濾片而發揮功能。然而，在SAW元件101中，若其溫度上升，則基板3中的彈性波的傳播速度變慢，并且電極指間間隙部變大。其結果是，共振頻率變低，可能無法獲得所希望的特性。圖3(b)是用于說明第二比較例的SAW元件201的作用的剖視圖。SAW元件201呈第一實施方式的SAW元件I中不具有第一膜9的狀態。換言之，在第一比較例的SAW元件101附加了保護層11。在SAW元件201中設有保護層11，因此如箭頭y3所示，被誘發的SAW不僅在基板3中傳播，還在保護層11中傳播。在此，如上所述，保護層11由彈性波的傳播速度在溫度上升時變快的材料形成，例如，由SiO2等氧化硅形成。因此，作為在基板3及保護層11中傳播的SAW整體，能抑制因溫度上升而導致的速度的變化。即，利用保護層11來補償因溫度上升而導致的基板3的特性變化。然而，在IDT電極5由A l或Al合金形成、保護層11由SiO2形成的情況下，在IDT電極5與保護層11中聲學的性質近似，從而導致電極指13b與電極指間間隙部的邊界在聲學方面變得模糊。換言之，電極指13b與電極指間間隙部的邊界處的反射系數降低。其結果是，如在圖3(b)中比圖3(a)的箭頭y2小的箭頭y4所示，無法充分地獲得SAW的反射波，可能無法獲得所希望的特性。圖3(c)是用于說明第一實施方式的SAW元件I的作用的剖視圖。SAff元件I具有保護層11，因此與第二比較例的SAW元件201相同地，能獲得溫度特性的補償效果。另外，SAff元件I具有第一膜9，第一膜9由聲阻抗與IDT電極5及保護層11的聲阻抗有一定程度上不同的材料形成。因此，電極指13b與電極指間間隙部的邊界位置處的反射系數變高。其結果是，如箭頭12所示，能夠充分地獲得SAW的反射波。(第一膜優選的材料及厚度)以下，對第一膜9優選的材料及厚度t進行研究。需要說明的是，在以下的研究中，只有沒有特別的限定，基板3是128° Y-X切割的LiNbO3基板，IDT電極5由Al構成，保護層11由SiO2構成。圖4(a)及圖4(b)是示出每一根電極指13b的反射系數^及電氣機械結合系數K2的圖表。圖4(a)及圖4(b)是通過模擬計算而得到的。計算條件如以下那樣。需要說明的是，各種尺寸以相對于SAW的波長λ的比表示。IDT電極5的歸一化厚度e/ λ:0.08保護層11的歸一化厚度Τ/λ:0.25第一膜9的歸一化厚度t/ λ:在0.01 0.05的范圍內變化。第一膜9 的材料:WC、TiN、TaSi2各材料的聲阻抗(單位是MRayl):SiO2:12.2A1:13.5WC: 102.5TiN:56.0TaSi2:40.6在圖4(a)及圖4(b)中，橫軸表示第一膜9的歸一化厚度t/λ。在圖4(a)中，縱軸表不每一根電極指13b的反射系數Γ 10在圖4(b)中，縱軸表不電氣機械結合系數K2。在圖4 (a)及圖4(b)中，線L1、L2及L3分別與第一膜9由WC、TiN及TaSi2構成的情況對應。在圖4(a)中，線LSl表示反射系數^的通常優選的范圍的下限。在圖4(b)中，線LS2表示電氣機械結合系數K2的通常優選的范圍的下限。由上述附圖能夠確認，通過設有第一膜9，能夠將電氣機械結合系數K2留在通常優選的范圍內，并且能夠將反射系數Γ i設在通常優選的范圍內。另外，由圖4(a)得知，第一膜9的歸一化厚度t/λ越是變大、反射系數Γ i越是變高。由圖4(b)得知，第一膜9的歸一化厚度t/λ幾乎不對電氣機械結合系數K2造成影響。其中，當第一膜9的歸一化厚度t/λ變大時，電氣機械結合系數K2提高若干。上述趨勢在由任何材料形成第一膜9的情況下都產生。一般來說，音波傳播的媒質間的聲阻抗之差越大、反射波越大。然而，TaSi2 (線L3)與TiN(線L2)相比，聲阻抗小，進而，雖然與SiO2之間的聲阻抗之差小，但反射系數^變大。以下對該理由進行研究。關于由聲阻抗Zs彼此相同但楊氏模量E及密度P相互不同的各種假想材料形成第一膜9的情況(實例N0.1 N0.7)，對反射系數Γ i及電氣機械結合系數K2進行計算。計算條件如以下那樣。IDT電極5的歸一化厚度e/ λ:0.08保護層11的歸一化厚度Τ/λ:0.30第一膜9的歸一化厚度t/ λ:0.03第一膜9的物性值:
權利要求
1.一種彈性波元件，具備: 壓電基板； 電極，其以Al為主要成分，且位于該壓電基板的上表面； 第一膜，其位于該電極的上表面；和 絕緣層，其以氧化硅為主要成分，覆蓋該第一膜和所述壓電基板中從所述電極露出的部分，且距離所述壓電基板的上表面的厚度比所述電極及所述第一膜的合計的厚度大， 所述第一膜以聲阻抗比所述電極的材料及所述絕緣層的材料大且彈性波的傳播速度比所述電極的材料及所述絕緣層的材料慢的材料為主要成分。
2.根據權利要求1所述的彈性波元件，其中， 所述第一膜以Ta205、TaSi2及W5Si2中的任一種為主要成分。
3.根據權利要求2所述的彈性波元件，其中， 所述壓電基板是128° ±10° Y-X切割的LiNbO3基板。
4.根據權利要求3所述的彈性波元件，其中， 所述第一膜以Ta2O5為主要成分，該第一膜的歸一化厚度t/λ處在下述的式(I)的范圍內，0.5706 (Τ/ λ )2-0.3867Τ/ λ +0.0913 彡 t/ λ ^ T/λ -0.1...式(I) 在此，τ/λ是絕緣層的歸一化厚度，t是第一膜的厚度，T是絕緣層的厚度，λ是彈性波的波長。
5.根據權利要求3所述的彈性波元件，其中， 所述第一膜以TaSi2為主要成分，該第一膜的歸一化厚度t/λ處在下述的式(2)的范圍內，0.3995 (Τ/ λ ) 2-0.2675Τ/ λ +0.0657 彡 t/ λ ^ T/λ -0.1...式(2) 在此，τ/λ是絕緣層的歸一化厚度，t是第一膜的厚度，T是絕緣層的厚度，λ是彈性波的波長。
6.根據權利要求3所述的彈性波元件，其中， 所述第一膜以W5Si2為主要成分，該第一膜的歸一化厚度t/λ處在下述的式(3)的范圍內，0.2978 (Τ/ λ )2-0.1966Τ/ λ +0.0433 ≤ t/ λ ≤ T/λ -0.1...式(3) 在此，τ/λ是絕緣層的歸一化厚度，t是第一膜的厚度，T是絕緣層的厚度，λ是彈性波的波長。
7.根據權利要求1所述的彈性波元件，其中， 所述彈性波元件具有根據所述第一膜的歸一化厚度t/λ而發生變化的反共振頻率， 在所述第一膜的歸一化厚度t/λ中，根據該歸一化厚度t/λ而發生變化的阻帶的上端的頻率比所述反共振頻率高。
8.根據權利要求1或7所述的彈性波元件，其中， 所述第一膜以絕緣材料為主要成分。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的彈性波元件，其中， 所述電極具備: 第一母線及第二母線，它們在與彈性波的傳播方向交叉的方向上相互對置；多個第一電極指，它們從所述第一母線向所述第二母線側延伸； 多個第二電極指，它們從所述第二母線向所述第一母線側延伸，且與所述多個第一電極指相互交叉； 多個第一虛擬電極，它們從所述第一母線向所述第二母線側延伸，且前端隔著第一前端間隙部而與所述多個第二電極指的前端對置；和 多個第二虛擬電極，它們從所述第二母線向所述第一母線側延伸，且前端隔著第二前端間隙部而與所述多個第一電極指的前端對置， 所述彈性波元件還具有第二膜，該第二膜位于所述壓電基板的上表面上的多個所述第一前端間隙部及多個所述第二前端間隙部，以聲阻抗比所述電極的材料及所述絕緣層的材料大且彈性波的傳播速度比所述電極的材料及所述絕緣層的材料慢的絕緣材料為主要成分。
10.根據權利要求8所述的彈性波元件，其中， 所述電極具備: 第一母線及第二母線，它們在與彈性波的傳播方向交叉的方向上相互對置: 多個第一電極指，它們從所述第一母線向所述第二母線側延伸； 多個第二電極指，它們從所述第二母線向所述第一母線側延伸，且與所述多個第一電極指相互交叉； 多個第一虛擬電極，它們從所述第一母線向所述第二母線側延伸，且前端隔著第一前端間隙部而與所述多個第二電極指的前端對置；和 多個第二虛擬電極，它們 從所述第二母線向所述第一母線側延伸，且前端隔著第二前端間隙部而與所述多個第一電極指的前端對置， 所述彈性波元件還具有第二膜，該第二膜位于所述壓電基板的上表面上的多個所述第一前端間隙部及多個所述第二前端間隙部，并由與所述第一膜相同的材料構成。
11.根據權利要求8所述的彈性波元件，其中， 所述彈性波元件還具有第二膜，該第二膜位于所述壓電基板的上表面中從所述電極露出的部分，并由與所述第一膜相同的材料構成。
12.一種彈性波裝置，具備: 權利要求1至11中任一項所述的彈性波元件；和 安裝該彈性波元件的電路基板。
全文摘要
SAW元件(1)具有基板(3)；IDT電極(5)，其由Al或以Al為主要成分的合金構成，且配置在基板(3)的上表面(3a)上；第一膜(9)，其配置在IDT電極(5)的上表面上；保護層(11)，其以氧化硅為主要成分，覆蓋配置有第一膜(9)的IDT電極(5)及基板(3)中從IDT電極(5)露出的部分，且距離基板(3)的上表面(3a)的厚度(t)比IDT電極(5)及第一膜(9)的合計的厚度(e)大。第一膜(9)以聲阻抗比IDT電極(5)的材料(Al或以Al為主要成分的合金)及氧化硅大且彈性波的傳播速度比IDT電極(5)的材料及氧化硅慢的材料為主要成分。
文檔編號H03H9/145GK103119847SQ20118004630
公開日2013年5月22日 申請日期2011年12月22日 優先權日2010年12月28日
發明者西井潤彌, 岸野哲也, 田中宏行, 小林京平, 山本顯嗣, 下園雅久, 生田貴紀, 西村道明 申請人:京瓷株式會社