(57)【要約】      （修正有）【課題】低周波表面音響波デバイスを製造するために必要とされるのと同一の製造機器により且つ同一の材料を以て製造され得る高周波表面音響波デバイスを実現する。【解決手段】圧電基板１０と、圧電基板１０の表面上に形成され、その表面音響波の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きいという高音響波速度層１１と、入力変換部１２と、出力変換部１３とを備え、入力変換部１２および出力変換部１３は高音響波速度層１１の表面上または該表面下に対として形成される。更に、高音響波速度層１１は、好適には酸化アルミニウムで作成されると共に、電子ビーム蒸着プロセスにより圧電基板１０の表面上に形成される。その厚みは好適には、2μm〜20μmである。【選択図】図１
2010021981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
上記圧電基板の表面上に形成された高音響波速度層であって、該高音響波速度層の表面音響波の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きいという高音響波速度層と、
入力変換部と、
出力変換部とを備え、
上記入力変換部および上記出力変換部は上記高音響波速度層の上記表面上に対として形成される、
高周波表面音響波デバイス。
【請求項２】
前記圧電基板は、ニオブ酸リチウム、水晶、チタン酸リチウム、砒化ガリウムまたはランガサイトで作成される、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項３】
前記高音響波速度層は酸化アルミニウムで作成される、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項４】
前記高音響波速度層の厚みは2μm〜20μmである、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項５】
前記高音響波速度層は電子ビーム蒸着プロセスにより前記圧電基板の表面上に析出される、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項６】
前記入力変換部および前記出力変換部は各々がインターデジタル変換器である、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項７】
前記入力変換部および前記出力変換部はアルミニウムで作成される、請求項１記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項８】
圧電基板と、
上記圧電基板の表面上に形成された高音響波速度層であって、該高音響波速度層の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きいという高音響波速度層と、
入力変換部と、
出力変換部とを備え、
上記入力変換部および上記出力変換部は上記圧電基板の上記表面上に対として形成され、且つ、上記入力変換部と上記出力変換部との間に配置された上記圧電基板の表面は上記高音響波速度層により覆われる、
高周波表面音響波デバイス。
【請求項９】
前記圧電基板は、ニオブ酸リチウム、水晶、チタン酸リチウム、砒化ガリウムまたはランガサイトで作成される、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１０】
前記高音響波速度層は酸化アルミニウムで作成される、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１１】
前記高音響波速度層の厚みは2μm〜20μmである、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１２】
前記高音響波速度層は電子ビーム蒸着プロセスにより前記圧電基板の表面上に析出される、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１３】
前記入力変換部の少なくとも一部分は前記高音響波速度層により更に覆われる、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１４】
前記出力変換部の少なくとも一部分は前記高音響波速度層により更に覆われる、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１５】
前記入力変換部および前記出力変換部は各々がインターデジタル変換器である、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【請求項１６】
前記入力変換部および前記出力変換部はアルミニウムで作成される、請求項８記載の高周波表面音響波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波表面音響波デバイス(high frequency surface acoustic wave device)に関し、より詳細には、低周波表面音響波デバイスを製造するために必要とされるのと同一の製造機器により且つ同一の材料を以て製造され得るという高周波表面音響波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面音響波デバイスは、TVの中間周波数フィルタとして広く使用されてきた。これに加え、材料技術の向上により、表面音響波デバイスは移動通信分野におけるフィルタとして使用され得る。更に、表面音響波デバイスは低損失レベル、高減衰、小型および軽量の如き一定の特性を有することから、該表面音響波デバイスは無線通信分野において広く活用されている。
【０００３】
表面音響波デバイスは高周波帯域において信号を送信または受信する通信用製品において広く活用されていることから、高周波表面音響波デバイスに対する需要は劇的に増大している。表面音響波デバイスにおいて広く使用されるニオブ酸リチウム(LiNbO3)基板に対し、その表面音響波の音響波速度は3,295m/sである。故に、表面音響波デバイスが1,800MHzにて動作しようとするなら、表面音響波フィルタの線幅は0.5μm以下の狭さとされねばならない。しかし、斯かる高解像度による製造プロセスにおいて、接触型のリソグラフィ装置は使用され得ない。代わりに、ニオブ酸リチウム基板上に斯かる高周波表面音響波デバイスを製造するためには、ステッパ、および、高価なドライエッチング処理が使用されねばならない。結果として、製造プロセスのコストは相当に増大し、大量生産プロセスに対しては望ましくない。
【０００４】
更に、ニオブ酸リチウム基板、チタン酸リチウム基板または水晶基板の如き圧電基板上にダイヤモンド層またはダイヤモンド状層を析出する段階を含む製造プロセスが提案されている。しかし、上記プロセスにより製造された表面音響波デバイスのダイヤモンド膜の粗度は、表面音響波の伝達に対しては適切でない。故に、化学機械的平坦化(CMP)プロセスの如き平坦化プロセスが必要とされる。換言すると、提案された上記製造プロセスは、高コスト、高い技術障壁、および、製造後プロセスの必要性などの多くの欠点を有している。
【０００５】
圧電層を自身上に有する低コストのケイ素基板上に高音響波速度層を形成する如き他の製造プロセスも提案されているが、上記圧電層に対する品質制御は圧電基板の品質制御と同じように容易には行われないことから、該製造プロセスは大量生産においては未だ採用され得ない。更に、上記ダイヤモンド状層の剥離の故に、圧電基板上にダイヤモンド状層を析出することにより製造された上記表面音響波デバイスは、実際の動作に対して十分に安定してはいない。
【０００６】
故に、通信分野においては、剥離が無く、低コストであり、製造が容易であると共に更に高い音響波速度を有する表面音響波デバイスが必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、低周波表面音響波デバイスの製造に必要とされるのと同一の製造機器により製造され得る高周波表面音響波デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の高周波表面音響波デバイスは、圧電基板と、上記圧電基板の表面上に形成された高音響波速度層であって、該高音響波速度層の表面音響波の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きいという高音響波速度層と、入力変換部と、出力変換部とを備え、上記入力変換部および上記出力変換部は上記高音響波速度層の上記表面上に対として形成される。
【０００９】
更に、本発明の他の種類の高周波表面音響波デバイスは、圧電基板と、上記圧電基板の表面上に形成された高音響波速度層であって、該高音響波速度層の表面音響波の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きいという高音響波速度層と、入力変換部と、出力変換部とを備え、上記入力変換部および上記出力変換部は上記圧電基板の上記表面上に対として形成され、且つ、上記入力変換部と上記出力変換部との間に配置された上記圧電基板の表面は上記高音響波速度層により覆われる。
【００１０】
故に、表面音響波の伝達を増進し得る高音響波速度層を有することにより、本発明の上記高周波表面音響波デバイスの入力変換部および出力変換部の線幅は、同一の動作周波数範囲を有する従来の高周波表面音響波デバイスの入力変換部および出力変換部の線幅よりも広い。換言すると、入力変換部および出力変換部の線幅を同一とするなら、本発明の高周波表面音響波デバイスの動作周波数範囲は従来の高周波表面音響波デバイスの動作周波数範囲よりも高い。結果として、本発明の上記高周波表面音響波デバイスは通常の解像度を有するリソグラフィ装置により製造され得、製造プロセスにおいて更に高い解像度を有するリソグラフィ装置の必要性は排除される。更に、本発明の上記高周波表面音響波デバイスの製造プロセスの融通性は更に高く、その製造プロセスの複雑さは更に低く、且つ、その製造プロセスのコストも最小限とされる。
【００１１】
本発明の上記高周波表面音響波デバイスの上記圧電基板は任意の種類の材料で作成され得、該圧電基板は好適には、ニオブ酸リチウム、水晶、チタン酸リチウム、砒化ガリウムまたはランガサイト(langasite)で作成される。本発明の上記高周波表面音響波デバイスの上記高音響波速度層は5,000ｍ／秒より大きな音響波速度を有する任意の種類の材料で作成され得、上記高音響波速度層は好適には、酸化アルミニウム、多結晶質ダイヤモンド、微晶質ダイヤモンド、ナノダイヤモンドまたはダイヤモンド状カーボンで作成される。本発明の上記高周波表面音響波デバイスの上記高音響波速度層は任意の厚みを有し得、該高音響波速度層の厚みは好適には2μm〜20μmである。本発明の上記高周波表面音響波デバイスの上記高音響波速度層は任意の種類のプロセスにより上記圧電基板の表面上に形成され得、それは好適には、電子ビーム蒸着プロセス、RFマグネトロン・スパッタリング・プロセス、または、化学蒸着プロセスにより上記圧電基板の表面上に形成される。本発明の上記高周波表面音響波デバイスの上記入力変換部および上記出力変換部は任意の種類の材料で作成され得るが、好適にはアルミニウムで作成される。
【００１２】
本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、添付図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すれば更に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１実施例：
図１および図２に示された如く、本発明の第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスは、圧電基板10、高音響波速度層11、入力変換部12および出力変換部13を備え、高音響波速度層11の表面音響波の音響波速度は5,000ｍ／秒より大きい。本実施例において高音響波速度層11は酸化アルミニウムで作成されると共に、圧電基板10の表面上に形成される。他方、入力変換部12および出力変換部13は各々、インターデジタルの変換器である。入力変換部12および出力変換部13は両者ともに、アルミニウムで作成される。上記インターデジタル変換器は高音響波速度層11の表面上に形成されると共に、該インターデジタル変換器の線幅は0.5μm〜5μmである。
【００１４】
以下においては図１および図２を参照し、本発明の第１実施例に係る上記高周波表面音響波デバイスの製造プロセスが記述される。
【００１５】
最初に、清浄な圧電基板10が配備される。次に、圧電基板10の表面上には電子ビーム蒸着プロセスにより2μm〜20μmの厚みを有する酸化アルミニウム層が高音響波速度層11として形成される。上記電子ビーム蒸着プロセスは、電子ビーム蒸着装置の反応チャンバ内へと圧電基板10を位置決めする段階と、以下の動作パラメータにより圧電基板10の表面上に酸化アルミニウム層を析出する段階とを備える：
（ａ）バックグラウンド圧力は5×10-5Torr未満；
（ｂ）蒸着電流は70mA；および、
（ｃ）圧電基板10の基板温度は300℃。
【００１６】
析出プロセスの時間を制御することにより、異なる厚みの酸化アルミニウム層が獲得され得る。
【００１７】
次に、酸化アルミニウムから成る高音響波速度層11が形成された後、該酸化アルミニウム層の表面上にはフォトレジスト層が形成される。リソグラフィ・プロセスを実行した後、上記インターデジタル変換器のパターンが形成される。その後、上記パターンを自身上に有するフォトレジスト層上には、100nmの厚みを有するアルミニウム層が形成される。不要なアルミニウム層を除去する離昇プロセスおよびフォトレジスト層の清浄化プロセスを実行することにより、高音響波速度層11の表面上には入力変換部12および出力変換部13が形成される。この時点で、本発明の第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの製造プロセスが完了する。
【００１８】
第２実施例：
図３および図４に示された如く、本発明の第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスは、本発明の上記第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの構造に類似した構造を有している。本発明の第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスは、圧電基板30、高音響波速度層31、入力変換部32および出力変換部33を備えて成る。但し本実施例において入力変換部32および出力変換部33、すなわちインターデジタル変換器は、圧電基板30上に形成される。これに加え、高音響波速度層31は、入力変換部32上と、出力変換部33上と、該入力変換部32と出力変換部33との間に配置された圧電基板31の表面上とに形成される。更に、入力変換部32および出力変換部33の線幅は0.5μm〜5μmである。
【００１９】
以下においては、図３および図４を参照し、本発明の第２実施例に係る上記高周波表面音響波デバイスの製造プロセスが記述される。
【００２０】
先ず、清浄な圧電基板30が配備される。次に、圧電基板30の表面上にフォトレジスト層が形成される。リソグラフィ・プロセスを実行した後、上記インターデジタル変換器のパターンが形成される。その後、上記パターンを自身上に有するフォトレジスト層上には、100nmの厚みを有するアルミニウム層が形成される。不要なアルミニウム層を除去する離昇プロセスおよびフォトレジスト層の清浄化プロセスを実行することにより、圧電基板30の表面上には入力変換部32および出力変換部33が形成される。
【００２１】
次に、電子ビーム蒸着プロセスにより、2μm〜20μmの厚みを有する酸化アルミニウム層すなわち高音響波速度層31が形成される。上記電子ビーム蒸着プロセスは、電子ビーム蒸着装置の反応チャンバ内へと圧電基板30を位置決めする段階と、以下の動作パラメータにより酸化アルミニウム層を析出する段階とを備える：
（ａ）バックグラウンド圧力は5×10-5Torr未満；
（ｂ）蒸着電流は70mA；および、
（ｃ）圧電基板30の基板温度は300℃。
【００２２】
析出プロセスの時間を制御することにより、異なる厚みの酸化アルミニウム層が獲得され得る。この時点で、本発明の第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスの製造プロセスが完了する。
【００２３】
本発明の高周波表面音響波デバイスの周波数応答の如き動作効率は従来の高周波表面音響波デバイスの動作効率に匹敵し、このことは以下において図５、図６および図７を参照して立証される。図５は、本発明の第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答を示している。図６は、本発明の第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答を示している。図７は、本発明の上記第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの表面音響波の音響波速度と高音響波速度層の厚みとの間の関係を示す図である。
【００２４】
図５および図６に示された如く、周波数応答の測定の間において第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答の中心周波数(図５)および第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答の中心周波数(図６)は両者ともに297MHzを達成し、これは、同一の線幅によるインターデジタル変換器を有する従来の高周波表面音響波デバイスの周波数応答の中心周波数に近い。従来の高周波表面音響波デバイスの周波数応答の中心周波数は、約290MHzである。故に、本発明の高周波表面音響波デバイスの動作効率、特に周波数応答は、従来の高周波表面音響波デバイスのそれに匹敵する。
【００２５】
更に、図７に示された如く、上記高音響波速度層が厚寸になるほど、本発明の第１実施例に係る上記高周波表面音響波デバイスの表面音響波の音響波速度は大きくなる。また上述の音響波速度は、同一の線幅によるインターデジタル変換器を有する従来の高周波表面音響波デバイスの表面音響波の音響波速度よりも、常に大きい。従来の高周波表面音響波デバイスの表面音響波の音響波速度は、約3,489m/sである。
【００２６】
結論として、表面音響波の伝達を増進し得る高音響波速度層を有することにより、本発明の上記高周波表面音響波デバイスの入力変換部および出力変換部の線幅は、同一の動作周波数範囲を有する従来の高周波表面音響波デバイスの入力変換部および出力変換部の線幅よりも広い。換言すると、入力変換部および出力変換部の線幅を同一とするなら、本発明の高周波表面音響波デバイスの動作周波数範囲は従来の高周波表面音響波デバイスの動作周波数範囲よりも高い。結果として、本発明の上記高周波表面音響波デバイスは通常の解像度を有するリソグラフィ装置により製造され得、製造プロセスにおいて更に高い解像度を有するリソグラフィ装置の必要性は排除される。更に、本発明の上記高周波表面音響波デバイスの製造プロセスの融通性は更に高く、その製造プロセスの複雑さは更に低く、且つ、その製造プロセスのコストも最小限とされる。
【００２７】
本発明はその好適実施例に関して説明されたが、権利請求された本発明の有効範囲から逸脱せずに他の多くの可能的な改変および変更が為され得ることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’面に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスの斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’面に沿う断面図である。
【図５】本発明の上記第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答を示す図である。
【図６】本発明の上記第２実施例に係る高周波表面音響波デバイスの周波数応答を示す図である。
【図７】本発明の上記第１実施例に係る高周波表面音響波デバイスの音響波速度と該表面音響波デバイスの高音響波速度層の厚みとの間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
10  圧電基板
11  高音響波速度層
12  入力変換部
13  出力変換部
30  圧電基板
31  高音響波速度層
32  入力変換部
33  出力変換部
【図１】
2010021981.tif 000003
【図２】
2010021981.tif 000004
【図３】
2010021981.tif 000005
【図４】
2010021981.tif 000006
【図５】
2010021981.tif 000007
【図６】
2010021981.tif 000008
【図７】
2010021981.tif 000009