(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・圧電基板（ＳＵ）と、下部付着層（ＵＨＳ）と、電極層（ＥＬ）と、上部付着層（ＯＨＳ）と、補償層（ＫＳ）と、トリミング層（ＴＳ）と
を有する、弾性波で動作する素子（Ｂ）であって、
・前記下部付着層（ＵＨＳ）は前記圧電基板（ＳＵ）の上方に配置されており、
・前記電極層（ＥＬ）は、２つの電極の、相互に噛み合う櫛状の電極指部（ＥＬＦ）を含み、当該電極層（ＥＬ）は前記下部付着層（ＵＨＳ）の上方に配置されており、
・前記上部付着層（ＯＨＳ）は、前記電極指部（ＥＬＦ）の上方に配置されており、
・前記補償層（ＫＳ）により、前記素子（Ｂ）の周波数の温度依存性が低下し、当該補償層（ＫＳ）は、前記電極指部相互間に配置され、かつ、当該電極指部を覆うように配置されており、
・前記トリミング層（ＴＳ）により、所望の周波数になるように調整され、当該トリミング層（ＴＳ）は前記補償層（ＫＳ）の上方に配置されており、
ここで、
・前記圧電基板（ＳＵ）はＬｉＮｂＯ３を含み、
・前記電極指部（ＥＬＦ）はＣｕを含み、
・前記補償層（ＫＳ）はＳｉＯ２を含み、
・前記トリミング層（ＴＳ）はＳｉ３Ｎ４を含み、
・前記圧電基板（ＳＵ）は、圧電軸に対して垂直である面法線であって、当該圧電基板（ＳＵ）のＹ軸との間に１２７．８５±５°の範囲の角度を成す面法線を有し、
・前記下部付着層（ＵＨＳ）は３ｎｍ〜８ｎｍの間の厚さであり、
・前記電極層（ＥＬ）の厚さは、前記弾性波の波長λの５〜１５％の間であるか、または前記弾性波の波長λの５〜１５％の間であり、
・前記上部付着層（ＯＨＳ）は、３ｎｍ〜８ｎｍの間の厚さであり、
・前記補償層（ＫＳ）の厚さは、前記弾性波の波長の２５％〜４５％の間の厚さであり、
・前記トリミング層（ＴＳ）の厚さは、前記弾性波の波長λの５％以下であり、
・前記電極層（ＥＬ）は、Ａｇ含有層と、当該Ａｇ含有層上に配置されたＣｕ含有層とを含む、
ことを特徴とする、素子。
【請求項２】
・前記素子は、アンテナ接続端子（ＡＡ）と、送信信号端子（ＳＳＡ）と、受信信号端子（ＥＳＡ）とを含み、
・前記アンテナ接続端子（ＡＡ）と前記送信信号端子（ＳＳＡ）との間に、弾性波で動作する送信フィルタ（ＳＦ）が接続されており、
・前記アンテナ接続端子（ＡＡ）と前記受信信号端子（ＥＳＡ）との間に、弾性波で動作する受信フィルタ（ＥＦ）が接続されており、
・前記送信フィルタ（ＳＦ）と前記受信フィルタ（ＥＦ）とは、前記圧電基板（ＳＵ）の同じ面に配置されており、
・前記素子はデュプレクサである、
請求項１記載の素子。
【請求項３】
・前記送信フィルタ（ＳＦ）はラダー型フィルタ（ＬＦ）を含み、
・前記受信フィルタ（ＥＦ）はＤＭＳフィルタ（ＤＭＳ）を含む、
請求項２記載の素子。
【請求項４】
・前記送信フィルタ（ＳＦ）のラダー型フィルタ（ＬＦ）は、コサイン波形状の重なり重み付け（ＣＯＳ）を有する複数の共振器を有し、
・前記受信フィルタ（ＥＦ）のＤＭＳフィルタ（ＤＭＳ）は、多重の重なり重み付けを有する、
請求項３記載の素子。
【請求項５】
前記補償層（ＫＳ）は、前記圧電基板（ＳＵ）の弾性波活動領域の上方にのみ配置されており、
前記圧電基板（ＳＵ）の弾性波非活動領域は、前記補償層（ＫＳ）によって覆われない、
請求項１から４までのいずれか１項記載の素子。
【請求項６】
前記トリミング層（ＴＳ）により、前記弾性波の所望の伝搬速度を実現して導波路を形成するように面密度が調整されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の素子。
【請求項７】
弾性波で動作する素子（Ｂ）の製造方法であって、
・基板（ＳＵ）を設けるステップと、
・前記基板（ＳＵ）上に下部付着層（ＵＨＳ）を成膜するステップと、
・前記下部付着層（ＵＨＳ）上において、相互に噛み合う櫛状の複数の電極指部（ＥＬＦ）を電極層（ＥＬ）にパターニングするステップと、
・前記電極指部（ＥＬＦ）上に上部付着層（ＯＨＳ）を成膜するステップと、
・前記基板（ＳＵ）の露出領域と、前記下部付着層（ＵＨＳ）の露出領域と、前記電極指部（ＥＬＦ）の露出領域と、上部付着層（ＯＨＳ）の露出領域とに、補償層（ＫＳ）を成膜するステップと、
・前記補償層（ＫＳ）上にトリミング層（ＴＳ）を成膜するステップと、
・前記トリミング層（ＴＳ）を薄くすることにより、前記素子の周波数を所望の周波数に調整するステップと
を有し、
ここで、
・前記基板（ＳＵ）はＬｉＮｂＯ３を含み、
・前記電極指部（ＥＬＦ）はＣｕを含み、
・前記補償層（ＫＳ）はＳｉＯ２を含み、
・前記トリミング層（ＴＳ）はＳｉ３Ｎ４を含み、
・前記基板（ＳＵ）は、圧電軸に対して垂直である面法線であって、当該基板（ＳＵ）のＹ軸との間に１２７．８５±５°の範囲の角度を成す面法線を有し、
・前記下部付着層（ＵＨＳ）は３ｎｍ〜８ｎｍの間の厚さであり、
・前記電極層（ＥＬ）の厚さは、前記弾性波の波長λの５〜１５％の間であるか、または前記弾性波の波長λの５〜１５％の間であり、
・前記上部付着層（ＯＨＳ）は、３ｎｍ〜８ｎｍの間の厚さであり、
・前記補償層（ＫＳ）の厚さは、前記弾性波の波長の２５％〜４５％の間の厚さであり、
・前記トリミング層（ＴＳ）の厚さは、前記弾性波の波長λの５％以下であり、
・前記電極層（ＥＬ）は、Ａｇ含有層と、当該Ａｇ含有層上に配置されたＣｕ含有層とを含む、
ことを特徴とする、製造方法。
【請求項８】
・前記補償層（ＫＳ）上に、表面が平坦なコーティング層（ＬＳ）をスピンコーティングにより設けるステップと、
・前記コーティング層（ＬＳ）を硬化させるステップと、
・前記コーティング層（ＬＳ）の下方にある前記補償層（ＫＳ）が部分的に露出するまで、当該コーティング層（ＬＳ）をエッチングするステップと、
・前記コーティング層が完全に除去されるまで、当該コーティング層と前記補償層（ＫＳ）の露出した部分とをエッチングするステップと、
を更に有し、
・硬化したときの前記コーティング層（ＬＳ）のエッチング速度と前記補償層（ＫＳ）のエッチング速度とが等しくなるように、エッチング条件を設定する、
請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
・前記補償層（ＫＳ）上にトリミング層（ＴＳ）を形成するステップと、
・前記トリミング層（ＴＳ）を形成した後、前記素子（Ｂ）の周波数を測定するステップと、
・前記トリミング層（ＴＳ）の部分層を除去するステップと、
・測定された前記周波数と所望の周波数との差に依存して、除去すべき前記部分層の厚さを決定するステップと
を更に有する、
請求項７または８記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数の温度依存性が低減した、弾性波で動作する素子、および、該素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波で動作する素子、たとえばＳＡＷ素子（ＳＡＷ＝Surface Acoustic Wave）、ＧＢＡＷ素子（ＧＢＡＷ＝Guided Bulk Acoustic Wave）またはＢＡＷ素子（ＢＡＷ＝Bulk Acoustic Wave）は高周波回路において、たとえばバンドパスフィルタにおいて用いられる。このような用途で用いるために、弾性波で動作する素子は圧電材料と電極パターン部とを有する。この電極パターン部が高周波信号を弾性波に変換し、この弾性波は圧電材料内を伝搬する。さらに、電極パターン部は弾性波を高周波信号へ変換することも行う。一般的に、漏れ波損失とノイズモードの励振とを回避し、電気機械結合係数Ｋ２が適用ケースの帯域幅を実現するのに十分に高く、周波数の温度依存性を可能な限り小さく抑えることが望まれる。
【０００３】
たとえば、弾性波で動作するバンドパスフィルタを受信フィルタまたは送信フィルタとして、たとえばデュプレクサにおいて使用することができる。このようなバンドパスフィルタの挿入減衰は通過帯域において小さくなければならず、通過帯域外ではバンドパスフィルタの阻止領域抑圧は大きくなければならず、また、ハイパワー耐性が高くなければならない。さらに、小さい部品サイズかつ低コストで、バンドパスフィルタを製造できるようにしなければならない。
【０００４】
たとえばＷＯ２００５／０３６７４４Ａ１から、ＬｉＮｂＯ３（ＬｉＮｂＯ３＝ニオブ酸リチウム）を含む、弾性波で動作する素子が公知となっている。基板とＳｉＯ２層との間に、指形電極パターン部が配置されている。
【０００５】
弾性波で動作する素子に課される要求はますます大きくなってきており、とりわけ、使用可能な通過帯域の周波数領域の幅は可能な限り大きく、通過帯域と阻止帯域との境界領域の周波数領域の幅は可能な限り狭くなければならない。阻止領域抑圧を改善し、周波数の温度依存性（ＴＣＦ＝Temperature Coefficient of Frequency）を最小限にしなければならない。周波数の温度依存性とは、周波数に依存する、フィルタの減衰特性が、温度に依存することを意味する。このような温度依存性が及ぼす不所望の影響は、バンドパスフィルタのたとえば通過帯域が温度に依存してシフトすることである。
【０００６】
さらに、‐止まらない小型化の傾向に対応して‐相応の素子を、公知の素子より小型に構成できるようにしなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ本発明の課題は、公知の素子よりも上述の要求を良好に満たすことができる、弾性波で動作する素子を提供すること、かつ、そのような素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、請求項１に記載の、弾性波で動作する素子と、方法クレームに記載の、弾性波で動作する素子の製造方法とによって解決される。従属請求項に本発明の有利な実施形態が記載されている。
【０００９】
本願では、圧電基板と、下部付着層と、電極層と、上部付着層と、補償層と、トリミング層とを含む、弾性波で動作する素子を開示する。ここで、下部付着層は圧電基板の上方に配置され、電極層は、２つの電極の櫛形の複数の電極指部が相互に入り込んだ構成を有し、該電極層は前記下部付着層の上方に配置されている。上部付着層は前記電極指部の上方に配置されている。前記補償層により、素子の周波数の温度依存性または電気機械結合係数の温度依存性が低減する。すなわち、フィルタ素子の実現可能な帯域幅が低減する。補償層は電極指部の相互間に来るように、かつ、該電極指部を覆うように配置される。トリミング層は、所望の周波数になるように調整する層であり、前記補償層の上方に配置される。
【００１０】
したがって本発明は、弾性波で動作する素子の層構成であって、上記の要求を良好に満たすように構成された層構成、とりわけＴＣＦが低減した層構成を開示するものである。その際には、電極層の２つの電極の電極指部は、高周波信号を弾性波に変換し、かつ、弾性波を高周波信号に変換するように構成されている。下部付着部により、電極層の電極指部を高品質で基板上に被着させることができ、このことは、ハイパワー耐性と指部抵抗とに有利となる。電極指部の上方に配置された上部付着層により、補償層と電極層とを簡単に結合することができる。
【００１１】
補償層により素子の周波数の温度依存性を低減することができる。通常の周期的な指パターンでは、相互に隣接する指部相互間の指部中間部における、弾性波の伝搬方向の距離は、弾性波の波長の半分λ／２に相当する。これに相当する素子の周波数は実質的に、波長λに対して反比例し、弾性波の伝搬速度に対して比例する。弾性波の伝搬速度はとりわけ、使用される材料の弾性率と、弾性波伝播路の面密度とに依存する。とりわけ弾性率‐使用される材料の弾性成分‐は、温度に依存する。したがって、素子の周波数位置は温度に依存し、‐このことは一般的に望ましくない‐。しかし、弾性波で動作するバンドパスフィルタは、幅広い温度領域において、必要とされる仕様を満たさなければならない。このことに対応して、補償層が素子の周波数位置の温度依存性を低減し、場合によっては消去するように構成される。前記補償層は他の層の弾性成分に作用し、それにより温度依存性を低減させる。
【００１２】
上記のように、周波数位置は素子の面密度にも依存する。製造プロセス中に面密度のばらつきを補償できるようにするため、補償層の上方にトリミング層が配置される。製造中にすでに、層構成を形成した後に行われる処理ステップにおいて、周波数が所望の周波数位置になるように、トリミング層の厚さ、ひいては素子の面密度を低減させることができる。
【００１３】
電極の相互に隣接して配置された電極指部間に、下方付着層の材料、上方付着層の材料、補償層の材料、またはトリミング層の材料を配置することができる。
【００１４】
このような素子により、相対的な帯域間隔が小さく、比帯域幅が大きく、エッジ急峻度が大きく、ハイパワー耐性が大きく、十分な圧電結合係数が実現され、温度依存性が低減したフィルタを実現することができ、さらに、製造ばらつきが小さい製造プロセスを実現することができる。すなわちこのような素子により、挿入減衰と選択性と分離性とに関する仕様を満たした、製造コストが低いフィルタ回路またはフィルタ素子を実現することができる。
【００１５】
一実施形態では、前記基板は圧電性または焦電性であり、化学的に還元されたＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）を含む。前記化学的還元により導電率が上昇し、部品製造中の焦電作用、とりわけ補償層を形成するためのスパッタリングプロセス中の焦電作用と動作中の焦電作用とによる放電の低減が実現される。さらに、化学的還元された前記基板の透光率は、近紫外線領域において吸光量の上昇により低下し（「黒色」）、このことは、光リソグラフィを用いて電極パターン部を形成するプロセスに好影響を及ぼす。上部付着層および下部付着層はＴｉ（チタン）を含む。電極指部は、Ｃｕ（銅）および／またはＡｇ（銀）を含む。補償層はＳｉＯ２（二酸化シリコン）を含むかまたは別のシリコン酸化物を含み、前記トリミング層はＳｉ３Ｎ４（窒化シリコン）を含む。前記トリミング層のＳｉ３Ｎ４は同時に、前記素子のパッシベーション層としても機能することができる。この実施形態は、耐電力性が特に高い素子を実現し、補償層においてＳｉＯ２を用いることにより、素子の周波数の温度依存性を小さくすることができる、材料の組み合わせを特定するものである。
【００１６】
前記補償層、たとえばＳｉＯ２層を、単層スパッタプロセスによって前記電極指部上に設けた後、平坦化することができる。
【００１７】
１つの実施形態では、前記基板は、当該基板の結晶Ｘ軸に対して垂直な面法線であって、当該基板のＹ軸との間に１２７．８５±５°の角度を成す面法線を有する。下部付着層の厚さは３ｎｍ〜８ｎｍの間である。電極層の厚さは１３０ｎｍ〜１９０ｎｍの間である。その際には、上部付着層の厚さは３ｎｍ〜８ｎｍの間である。前記補償層の厚さは、弾性波の波長の２５％〜４５％の間とすることができる。前記トリミング層の厚さは３０ｎｍ〜１１０ｎｍの間である。前記下部付着層または前記上部付着層はＴｉを含むことができる。
【００１８】
前記下部付着層の厚さを５ｎｍとすることができ、前記上部付着層の厚さもまた、５ｎｍとすることができる。
【００１９】
前記電極層は、２ｎｍの厚さの銀層と１７０ｎｍの厚さの銅層とを含むことができる。前記電極層のメタライゼーション比ηを０．５〜０．５８の間とすることができる。たとえば、前記電極層のメタライゼーション比ηを、送信フィルタでは０．５４とし、受信フィルタでは０．５６とすることができる。また、送信フィルタではη＝０．５１とし、受信フィルタではη＝０．５３とすることもできる。
【００２０】
前記補償層の厚さは、前記電極層の厚さの７％とすることができる。
【００２１】
前記トリミング層として１００ｎｍの厚さの層を設け、トリミング後に、約４５ｎｍの厚さの残すべきトリミング層が得られるようにすることができる。こうするためには、メタライゼーション高さを低く調整することにより、ひいては、電極層自体でのみ引き起こされる質量負荷も相応に低く調整されるようにする。
【００２２】
１つの実施形態では、前記基板は、当該基板の結晶Ｘ軸に対して垂直な面法線であって、Ｙ軸との間に１２７．８５±５°の角度を成す面法線を有する。上部付着層および下部付着層の厚さは３ｎｍ〜８ｎｍの間である。両付着層はチタンを含むことができる。前記電極層の厚さと前記補償層の厚さとは、良好な温度補償と十分な電気機械結合係数とを実現するために最適に、相互に適合される。さらに、レイリー表面波の強い励起が実現され、生じる可能性のある横波が有効に抑圧される。こうするためには、電極材料はＣｕを含み、補償層はＳｉＯ２を含む。前記電極層の厚さは、弾性波波長λの５％〜１５％の間であり、補償層の厚さはλの２５％〜４５％の間である。トリミング層の材料としては、Ｓｉ３Ｎ４が考えられる。製造に起因する、前記周波数のばらつきを、後で行われる除去／トリミングによって補償できるようにするためには、前記層の相対的な層厚は、前記波長λの最大５％で十分である。
【００２３】
Ｓｉ３Ｎ４の曲げ剛性は高いので、上記構成により、電気機械結合を格段に低下させることなく、‐ひいては、相応のフィルタ素子の帯域幅を格段に狭めることなく‐素子の周波数を最大約１００００ｐｐｍだけ上方修正することができる。
【００２４】
比帯域幅が３．２％であるＷ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド II 信号（Ｔｘ：１８５０〜１９１０ＭＨｚ、Ｒｘ：１９３０〜１９９０ＭＨｚ）において使用される一実施形態では、Ｃｕから成る電極層の層厚は有利には１４０ｎｍであり、ＳｉＯ２から成る補償層の層厚は５９０ｎｍであり、Ｓｉ３Ｎ４から成るトリミング層の層厚は１５ｎｍ〜７５ｎｍの間である。ハイパワー耐性を高めるために、前記電極層は、Ａｇから成る最大１０ｎｍの厚さの部分層を含むことができる。
【００２５】
比帯域幅が４．２％であるＷ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド III 信号（Ｔｘ：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、Ｒｘ：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）において使用される一実施形態では、Ｃｕから成る電極層の層厚は有利には１４０ｎｍであり、ＳｉＯ２から成る補償層の層厚は５９０ｎｍであり、Ｓｉ３Ｎ４から成るトリミング層の層厚は１５ｎｍ〜７５ｎｍの間である。ハイパワー耐性を高めるために、前記電極層は、Ａｇから成る最大１０ｎｍの厚さの部分層を含むことができる。
【００２６】
比帯域幅が２．７％であるＷ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド VII 信号（Ｔｘ：２５００〜２５７０ＭＨｚ、Ｒｘ：２６２０〜２６９０ＭＨｚ）において使用される一実施形態では、Ｃｕから成る電極層の層厚は有利には１４０ｎｍであり、ＳｉＯ２から成る補償層の層厚は５４０ｎｍであり、Ｓｉ３Ｎ４から成るトリミング層の層厚は１５ｎｍ〜７５ｎｍの間である。ハイパワー耐性を高めるために、前記電極層は、Ａｇから成る最大１０ｎｍの厚さの部分層を含むことができる。
【００２７】
比帯域幅が３．８％であるＷ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド VIII 信号（Ｔｘ：８８０〜９１５ＭＨｚ、Ｒｘ：９２５〜９６０ＭＨｚ）において使用される一実施形態では、Ｃｕから成る電極層の層厚は有利には２５０ｎｍであり、ＳｉＯ２から成る補償層の層厚は１２００ｎｍであり、Ｓｉ３Ｎ４から成るトリミング層の層厚は２０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。ハイパワー耐性を高めるために、前記電極層は、Ａｇから成る最大１０ｎｍの厚さの部分層を含むことができる。
【００２８】
比帯域幅が３．４％であるＩＳＭ信号（２４００〜２４８３ＭＨｚ）において使用される一実施形態では、Ｃｕから成る電極層の層厚は有利には１３０ｎｍであり、ＳｉＯ２から成る補償層の層厚は４７０ｎｍであり、Ｓｉ３Ｎ４から成るトリミング層の層厚は１５ｎｍ〜７５ｎｍの間である。ハイパワー耐性を高めるために、前記電極層は、Ａｇから成る最大１０ｎｍの厚さの部分層を含むことができる。
【００２９】
前記電極指部のメタライゼーション比ηを０．５０〜０．５８の間とすることができる。Ｗ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド II 信号の場合のメタライゼーション比は、送信フィルタでは０．５４とし、受信フィルタでは０．５６とすることができる。
【００３０】
Ｗ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド III 信号の場合のメタライゼーション比は、送信フィルタでは０．５１とし、受信フィルタでは０．５３とすることができる。
【００３１】
Ｗ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド VII 信号の場合のメタライゼーション比は、約０．５２とすることができる。
【００３２】
Ｗ‐ＣＤＭＡ（ＵＭＴＳ）バンド VIII 信号の場合のメタライゼーション比は、約０．５５とすることができる。
【００３３】
ＩＳＭ信号の場合のメタライゼーション比は、約０．５２とすることができる。
【００３４】
このような圧電基板は、いわゆるＬＮ１２８基板である。ここでＬＮは、ニオブ酸リチウムを意味する。このような圧電基板により、良好な圧電結合を実現することができる。すなわち、高い結合係数Ｋ２を実現することができる。さらに、このような圧電基板によって、たとえば漏れ波損失等である損失が低く、かつ、ノイズモード励起に対する脆弱性が低い素子を実現することができる。
【００３５】
そのようなＬｉＮｂＯ３基板の結晶断面を定義する別の手段として、オイラー角（λ＝０°、μ＝３７．８５°±５°、θ＝０°）の表記も可能である。
【００３６】
その際には、オイラー角は以下のように定義される：まず、基板の結晶軸であるｘ軸とｙ軸とｚ軸とのセットを前提とする。
【００３７】
第１の角度であるλは、ｚ軸を中心としてｘ軸およびｙ軸がどの程度回転したかを表す。ただし、ここでｘ軸はｙ軸の方向に回転する。このことに相応して、ｘ’軸とｙ’軸とｚ’軸との新たなセットが得られる。ここではｚ＝ｚ’である。
【００３８】
さらなる回転において、ｘ’軸を中心としてｚ’軸およびｙ’軸を角度μだけ回転させる。ここで、ｙ’軸はｚ’軸の方向に回転する。このことに相応して、ｘ’’軸とｙ’’軸とｚ”軸との新たなセットが得られる。ここでは、ｘ’＝ｘ’’である。
【００３９】
第３の回転において、ｚ’’軸を中心としてｘ’’軸およびｙ’’軸を角度θだけ回転させる。ここで、ｘ’’軸はｙ’’軸の方向に回転する。このようにして、ｘ’’’軸とｙ’’’軸とｚ’’’との第３のセットが得られる。ここで、ｚ’’＝ｚ’’’である。
【００４０】
前記ｘ’’’およびｙ’’’軸は、基板の表面に対して平行である。ｚ’’’軸は基板の面法線である。ｘ’’’軸は、弾性波の伝搬速度を表す。
【００４１】
上記の定義は、国際標準規格であるＩＥＣ ６２２７６，２００５年５月、付録Ａ１と一致する。
【００４２】
このような結晶断面により、高結合のレイリーモードを励起させることができる。
【００４３】
上述の素子は、バンドパスフィルタまたはバンドカットフィルタを含むことができ、たとえばノッチフィルタを含むことができる。さらに、上述の素子は、移動通信機器用の送信フィルタまたは受信フィルタを含むことができる。相応の素子はさらに、バラン機能（バラン（Balun）＝平衡←→非平衡コンバータ）を含むこともでき、たとえば、接地に対して非平衡なＨＦ信号を接地に対して平衡な信号に変換したり、接地に対して平衡な信号を接地に対して非平衡な信号に変換したりすることができる。
【００４４】
一実施形態では前記素子は、アンテナ接続端子と、送信信号端子と、受信信号端子とを含む。前記アンテナ接続端子と前記送信信号端子との間に、弾性波で動作する送信フィルタが接続されている。前記アンテナ接続端子と前記受信信号端子との間に、弾性波で動作する受信フィルタが接続されている。前記送信フィルタと前記受信フィルタとは、基板の同じ面に配置される。このような素子はデュプレクサを成す。とりわけ、このような素子はワンチップデュプレクサを成す。このワンチップデュプレクサの製造コストは、２チップ構成と比較してより低コストである。というのも、送信フィルタを作製するためのパターニング工程と受信フィルタを作製するためのパターニング工程とを、同一の基板表面上にて行うことができるからである。さらに、素子サイズを小さくすることもできる。
【００４５】
前記デュプレクサの送信フィルタの層構成体と受信フィルタの層構成体とは、異なる層厚を有することができ、また、送信フィルタと受信フィルタとは、異なる追加機能層を含むことができる。このようにして、前記送信フィルタと前記受信フィルタとを、連続するパターニング工程で製造することができる。また、受信フィルタの層構成体と送信フィルタの層構成体とが一致する構成も可能である。このことにより、両フィルタを同時に、同一のパターニング工程中に、特に簡単に製造することができる。
【００４６】
デュプレクサの一実施形態では、デュプレクサの送信フィルタはラダー型フィルタを含む。デュプレクサの受信フィルタはＤＭＳフィルタを含む。送信フィルタ内では比較的高いパワーが伝達され、たとえば、１Ｗ＝３０ｄｂｍのオーダのパワーが伝達される。ラダー型フィルタは特に高パワー耐性であるから、特に送信フィルタで使用するのに適している。受信フィルタは一般的に、送信系統と受信系統とを良好に分離し、通過帯域における挿入減衰を少なくし、選択性、すなわち、通過帯域外の帯域におけるカット領域の抑圧を高くする必要がある。ＤＭＳフィルタは良好な分離性と高い選択性とを有する。それゆえ、ＤＭＳフィルタは受信フィルタにおいて使用するのに特に適している。
【００４７】
受信フィルタのＤＭＳフィルタと、受信フィルタを送信フィルタに接続するための受信フィルタ入力端との間にさらに、ラダー型構成になるように付加的な複数の共振器を接続することができる。
【００４８】
フィルタおよびデュプレクサの構成要素と、送受信器に組み込まれた増幅器およびＣＭＯＳベースのフロントエンド構成とを組み合わせるためには、バランが組み込まれた素子が有利である。
【００４９】
接地に対して不平衡な信号の変換をインピーダンス変換器の形態でバランとして実現する場合、このインピーダンス変換器を、アンテナに接続されている共用のＴｘ／Ｒｘ伝送線路と、ＲＸフィルタとの間に配置するか、または、不平衡Ｒｘフィルタに後置することができる。しかしいずれの場合にも、変換を行うと必ず信号損失が生じる可能性がある。この信号損失の原因は、バランの内部損失と誤整合である。このような平衡化損失を回避または低減させるためには、Ｒｘフィルタは、バランが組み込まれたバンドパスフィルタを含むことができる。信号平衡化は、ＤＭＳ共振器の接続によって行われる。ＤＭＳ共振器は、特に左側のエッジにおいて高いエッジ急峻度を実現し、さらには、Ｔｘフィルタに対して高い分離値を実現する。さらに、高い電力容量を必要としない。それゆえ、上述のような共振器はＲｘフィルタにおいて使用するのに特に適している。
【００５０】
前記実施形態の一構成では、前記送信フィルタのラダー型フィルタは、コサイン形状の重なり重み付けを有する複数の共振器を含む。前記受信フィルタのＤＭＳフィルタは、多重の重なり重み付けを有する。
【００５１】
ここで重なり重み付けとの用語は、相互に隣接する電極指部の、電極指部が相互に重なる長さが、弾性波の伝搬方向であるｘ’’’方向に変化することを指す。コサイン形状の重なり重み付けの場合、上述の重なりはコサイン関数にしたがって変化する。その際の座標原点は原則的に、対応する変換器内部のどこにでも配置することができる。
【００５２】
ハイパワー耐性を上昇させるためには、複数の共振器を直列カスケードに構成することができる。インピーダンスを整合するためには、占有面積を何倍も大きくする必要がある。このことにより、弾性波のパワー密度はたとえば１／４になり、インターデジタル変換器に生じる電圧は１／２になる。過度に大きなアパーチャを使用しなくても済むようにするためには、共振器をより長くすることができる。有効な重なり重み付けを可能にするためには、たとえば長さ／幅≧５である大きなアスペクト比を有する長い共振器を避けることができる。その代わりに、前記複数の共振器を短い反射器によって分離し、複数の段として、たとえば２×２または２×３の段として配置することができる。
【００５３】
ＤＭＳフィルタは多重の重なり重み付けを有する。多重の重なり重み付けを有するとは、電極の重なりが弾性波の伝搬方向に沿って変化していくことを意味する。この変化していく重なり部分は、前記弾性波の伝搬方向に沿って周期的なパターンを有する。ＤＭＳフィルタの重なり重み付けもコサイン形状にすることができる。
【００５４】
たとえば長さ／幅＜１である小さいアスペクト比を有するＤＭＳ構造のインターデジタル変換器には、５０％未満の、突出が小さいサイン波形状の多重重み付けが有利である。このことにより、変換器相互間の移行領域における重なり関数、すなわち、弾性波パワー密度が高い領域における重なり関数が連続的になり、その結果として得られる伝達関数をより良好にシミュレートすることができる。
【００５５】
ＤＭＳフィルタにおけるサイン波形状の重み付けの周期数は、ＤＭＳフィルタに含まれる変換器の数以上とすることができる。
【００５６】
重なり重み付けにより、弾性波で動作する変換器において、横方向の作用を十分に抑圧できるようになるか、または、通過帯域における挿入減衰のムラが低減する。とりわけ、上述のデュプレクサの構成は、当該デュプレクサの開発に使用されたシミュレーションモデルと高い一致を示す。このことにより、フィルタの開発時にシミュレーションの反復ステップを削減することができる。
【００５７】
前記素子の一実施形態では、前記補償層はもっぱら、基板の弾性波活動領域の上方に配置される。基板の弾性波非活動領域は、補償層によって覆われない状態に維持される。
【００５８】
前記補償層は、スパッタプロセスによって基板上に被着し、リソグラフィ工程によってパターニングすることができる。その際には、後で外部からコンタクトを行うために、コンタクト場所において前記層を除去し、弾性波活動領域のみが、必要な安全間隔も含めて、前記補償層によって覆われたままになるようにし、必要な場合には、導体路交差部の領域も補償層によって覆われたままになるようにする。導体路交差部は有利には、前記複数の電極層が重なる領域、または、前記電極層と別の金属層とが重なる領域に補償層を配置することによって形成される。所要チップ面積を最小限にするためには、弾性波活動領域の側方においてバスバー（英語：busbar）に直接、導体路交差部の領域を配置することができる。
【００５９】
上述のように行われるパターニングによって実現される良い作用により、補償層と基板との間にかかる機械的なプリロードが最小限になる。上述にてすでに説明したように、前記補償層が、素子の周波数の温度依存性を低減させる。素子の周波数は、対応する材料の弾性成分の周波数依存特性に、たとえば弾性率の周波数依存特性に依存する。ＳｉＯ２層はたとえば、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３の温度依存性とは逆の、弾性成分の温度依存性を有する。このような温度依存性によって、確かに温度補償を実現することはできるが、このことにより、基板と補償層とから成る複合体内において熱により応力が誘導されてしまう。基板中において弾性波が伝播する場所に正確に前記補償層を被着することにより、温度補償を実現し、かつ、上記領域の外部における熱応力を低減させることもできる。
【００６０】
前記素子の一実施形態では、前記電極層は、Ａｇ（銀）含有層と、当該Ａｇ含有層上に配置されたＣｕ（銅）含有層とを含む。
【００６１】
このような材料選定により、弾性波マイグレーションを格段に低減することができ、この弾性波マイグレーションの低減により、素子の寿命を長くすることができる。さらに、弾性波の所望の伝搬速度を実現するために、上述の面密度を適切に調整することもできる。横方向に伝搬速度が変化することにより、弾性波が最大限に伝搬できる導波路を形成することができる。
【００６２】
素子においては、供給線損失の低減と、たとえばＴｉまたはＡｌ等である１つまたは複数の別の金属層を有する導体の表面の保護とを実現するため、供給線接続部と信号伝送線路とを圧電基板上に重ねることができる。この別の金属層は、弾性波活動領域外において前記電極層を完全に覆い、この別の金属層を前記補償層に重ねるかまたは当該別の金属層に前記補償層を重ねることができる。
【００６３】
前記素子はＨＴＣＣ多層基板またはＬＴＣＣ多層基板を含むことができ、この多層基板上に、弾性波素子構造体を支持するチップ／圧電チップが配置される。多層基板内部のメタライジング層に、容量性素子または誘導性素子または抵抗素子をパターニングにより形成することができる。
【００６４】
弾性波で動作する素子の製造方法は、以下のステップを含む：
・基板を設けるステップ
・前記基板上に下部付着層を成膜するステップ
・前記下部付着層上において、相互に噛み合う櫛状の複数の電極指部を電極層にパターニングにより形成するステップ
・前記電極指部上に上部付着層を成膜するステップ
・前記基板の露出領域と前記下部付着層の露出領域と前記電極指部の露出領域と前記上部付着層の露出領域とに、補償層を成膜するステップ
・前記補償層上にトリミング層を成膜させるステップ
・前記トリミング層を薄くすることにより、前記素子の周波数を所望の周波数に調整するステップ
前記補償層と前記下部付着層と前記電極指部と前記上部付着層と前記トリミング層とを合同にすることができる。一方の付着層を絶縁性にし、かつ、この一方の付着層を前記電極間の領域にも配置することができる。また、下部付着層、上部付着層または補償層を、電極指部間の領域に配置することもできる。
【００６５】
上述のステップを用いて、１つのウェハ上に多数の素子を製造することができる。素子をそのように製造した後、ウェハを鋸断または切断するか、たとえばレーザによって分割することにより、個別素子を分離することができる。
【００６６】
前記複数の各個別素子を個別に測定し、前記トリミング層において個別にトリミング／薄くすることにより、前記素子の周波数を所望の周波数に調整することができる。
【００６７】
また、前記ウェハ上にある多数の個別素子の周波数を測定し、これらすべての素子をカバーし前記ウェハの表面全体に成膜されたトリミング層を位置分解方式で、たとえばイオンビームエッチングにより薄くすることもできる。特徴的な位置に配置された個別素子を測定し、周波数の偏差をウェハ面全体において補間することもできる。
【００６８】
前記方法の一実施形態は、さらに以下のステップを含む：
・前記補償層（ＫＳ）上に、表面が平坦なコーティング層（ＬＳ）をスピンコーティングにより設けるステップ
・前記コーティング層（ＬＳ）を硬化するステップ
・前記コーティング層（ＬＳ）の下方にある前記補償層（ＫＳ）が部分的に露出するまで、当該コーティング層（ＬＳ）をエッチングするステップ
・前記コーティング層が完全に除去されるまで、当該コーティング層と、前記補償層（ＫＳ）の露出した部分とをエッチングするステップ
その際には、硬化したときの前記コーティング層のエッチング速度と、前記補償層のエッチング速度とが等しくなるように、エッチング条件を調整する。
【００６９】
このことにより、補償層の表面粗さが特に低く、かつ、積層体の表面がｘ’’’‐ｙ’’’平面に平行な素子を実現することができる。
【００７０】
別の実施形態では、前記方法はさらに以下のステップを含む：
・前記補償層にトリミング層を形成するステップ
・前記トリミング層を形成した後に、前記素子の周波数を測定するステップ
・前記トリミング層の部分層を除去するステップ
その際には、除去される部分層の厚さを、測定された周波数と所望の周波数との差に依存して決定する。
【００７１】
その際には、除去すべき部分層の厚さは、測定された周波数と所望の周波数との差に依存することになる。素子のトリミングは、１ウェハ上に配置された多数の素子に対して位置分解方式で、正確な周波数で行うことができる。
【００７２】
以下、実施例と、これに対応する概略的な図面とを参照して、上述の素子を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】弾性波が素子を伝搬していくときの伝搬方向に沿って切断した、素子の断面を示す。
【図２】弾性波で動作する複数の共振器がデュプレクサを構成するように接続された実施形態を示す。
【図３ａ】コサイン波形状の重なり重み付けを有するインターデジタル変換器を示す。
【図３ｂ】カスケード接続されたインターデジタル変換器を示す。
【図３ｃ】多重重み付けを有する、弾性波結合されたインターデジタル変換器を示す。
【図４】弾性波活動領域のみが補償層によって覆われた素子を示す。
【図５】補償層を平坦化するためにコーティング層が被着された素子の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
図１に、弾性波で動作する素子Ｂを当該弾性波の伝搬方向ｘ’’’に沿って切断した断面を示す。前記素子Ｂは基板ＳＵを有する。基板ＳＵ上に下部付着層ＵＨＳが配置されており、この下部付着層ＵＨＳより上方に補償層ＫＳが配置されている。下部付着層ＵＨＳと補償層ＫＳとの間に電極層ＥＬが配置されている。電極層ＥＬに、２つの電極の電極指部ＥＦがパターニングされている。前記電極指部ＥＦに入れられた、向きが相違する２つの斜線部分が、前記異なる電極のうちどちらに所属するかを示している。電極指部ＥＦの上方かつ補償層ＫＳの下方に上部付着層ＯＨＳが配置されている。この上部付着層ＯＨＳにより、電極層ＥＬと補償層ＫＳとが、良好に、かつ機械的に安定的に結合される。前記補償層は電極層ＥＬとトリミング層ＴＳとの間に配置されている。
【００７５】
前記異なる電極の電極指部ＥＦは、相互に直流分離されている。相互に隣接する電極指部ＥＦ間のスペースに、前記下部付着層ＵＨＳと前記上部付着層ＯＨＳと前記補償層ＫＳとのうち少なくとも１つから選択された材料を充填することができる。上述の層すべてが、前記電極指部相互間の領域にも及ぶようにすることもできる。また、前記電極指部相互間のスペースと、場合によっては、該電極指部上に配置される、前記上部付着層ＯＨＳの複数のストリップ相互間のスペースとを、空にすることもできる。
【００７６】
前記電極層ＥＬ自体は、ＡｇまたはＣｕを含む複数の部分層を包含することができる。前記下部付着層または前記上部付着層はＴｉを含むことができる。
【００７７】
補償層を被着させるときに適切なプロセス制御を行うことにより、電極指部間に空隙が形成されるのを防止することができる。そうしないと、電極指部間の空隙の機械的なインピーダンスが小さくなり、それにより、電極から空隙へ、ないしは補償層から空隙へインピーダンスが大きく変化することにより、一般的に、機械的な反射プロフィールに著しく大きな影響が及ぼされ、このことにより、周波数の製造ばらつきが大きくなってしまう。
【００７８】
図２に、弾性波で動作する素子の、弾性波で動作する複数の共振器がデュプレクサ回路を構成するようにどのように接続されるかを示す。この回路は、アンテナＡＮに接続することができるアンテナ接続端子ＡＡを含む。このアンテナ接続端子は、送信フィルタＳＦの送信信号端子ＳＳＡに接続されている。アンテナ接続端子ＡＡはさらに、受信フィルタＥＦの受信信号端子ＥＳＡにも接続されている。前記送信フィルタＳＦはラダー型フィルタＬＦを含む。このラダー型フィルタＬＦは、直列接続された３つの共振器を含む。前記ラダー型フィルタＬＦはさらに、２つの並列の共振器を含み、これらの共振器は、前記直列の共振器をアースに接続する。
【００７９】
前記受信フィルタＥＦは、ラダー型フィルタの２つの基本要素を含む。ラダー型フィルタの各基本要素はそれぞれ、１つの直列共振器ＳＲと１つの並列共振器ＰＲとを含む。前記受信フィルタＥＦは出力側にＤＭＳフィルタＤＭＳを有する。このＤＭＳフィルタはバラン機能を有し、入力側は接地に対して非平衡であり、出力側は接地に対して平衡に構成されている。
【００８０】
アンテナ接続端子ＡＡと入力信号端子ＥＳＡとの間に、該入力信号端子ＥＳＡにおけるインピーダンスを整合するための整合エレメントＡＥが接続されている。このことにより、送信フィルタのインピーダンスを無負荷状態に変換することができる。
【００８１】
図３ａに、コサイン波形状の重なり重み付けを有するインターデジタル変換器を示す。このインターデジタル変換器はたとえば、ＳＡＷ変換器またはＧＢＡＷ変換器である。相互に隣接する電極指部ＥＦはそれぞれ、相互に対向するバスバー（英語：Busbar）ＢＢのいずれかに接続されている。曲線ＣＯＳは、電極指部ＥＦの重なり部分のコサイン波形状の線を示す。図３ａに示された変換器はたとえば、コサイン曲線の半周期を含む。コサイン曲線のうちより大きな部分またはより小さい部分とすることもできる。とりわけ、複数のコサイン周期を有するように変換器を構成することもできる。このように複数の周期を有する場合、これを多重重み付けと称する。所要チップ面積を最低限にするためには、伝播路端部にある反射器を横方向に内側に引き込み、伝搬方向に楔形になるように漸次的に細くしていくことができる。
【００８２】
図３ｂは、共振器の多段配置構成を示す。これらの共振器はカスケード接続されており、有利なアスペクト比では、２×２の段を成すように分けられて配置されている。横方向に並ぶ２つの共振器は、反射器によって相互に分離されている。
【００８３】
図３ｃに、結合された複数の共振器の重み付け、たとえばＤＭＳフィルタの重み付けを示す。結合された共振器のアスペクト比が小さい場合、コサイン波形状またはサイン波形状の多重重み付けが可能である。横方向に並んだ２つの共振器間には、反射器は配置されないか、または、弾性波を部分的に通す反射器が配置される。
【００８４】
図４に、基板ＳＵ上に複数の共振器Ｒと信号伝送線路とが配置された構成を示す。共振器の弾性波活動領域である波伝播路のみが、コーティングすなわち補償層ＫＳによって被覆される。基板ＳＵと補償層ＫＳとの間に熱によって応力が誘導されるのを低減または回避するため、基板ＳＵの弾性非活動領域には補償層ＫＳを設けない。
【００８５】
図５に、表面が平坦でない補償層を示す。この平坦でない表面上にコーティング層ＬＳが配置されている。このコーティング層ＬＳは、補償層ＫＳの平坦でない形状の表面に密着し、コーティング層ＬＳ自体は平坦な表面を有する。製造プロセス中に、素子上に、または、多数の素子を有する１つのウェハ上に、コーティング層ＬＳをスピンコーティングによって被着することにより、コーティング層ＬＳの表面を平坦にすることができる。
【００８６】
前記コーティング層が硬化された状態になったときのエッチング速度が、補償層ＫＳのエッチング速度と実質的に等しくなるように、前記コーティング層およびエッチング手法は選択される。コーティング層ＬＳの硬化後、当該コーティング層と補償層ＫＳの一部とを、たとえばエッチング法によって、たとえばドライエッチング法によって除去することができる。前記除去は、コーティング層ＬＳが完全に取り除かれ、このコーティング層の表面の平坦さが補償層に移るまでの間、行うことができる。
【００８７】
本発明の素子、および、本発明の製造方法は、ここで開示した実施例のいずれにも限定されることはない。ここで開示した実施例を組み合わせたものや変更したもの、たとえば、別の積層順序または共振器構造または成膜プロセスまたは平坦化プロセスまたはトリミングプロセスを含む実施形態もまた、同様に本発明の実施例に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
ＡＡ：  アンテナ接続端子
ＡＥ：  整合エレメント
ＡＮ：  アンテナ
Ｂ：    弾性波で動作する素子
ＢＢ：  バスバー（英語：Busbar）
ＣＯＳ：コサイン波形状の重なり重み付け
ＤＭＳ：ＤＭＳ（Doublemode SAW）フィルタ
ＥＦ：  受信フィルタ
ＥＬＦ：電極指部
ＥＬ：  電極層
ＥＳＡ：入力信号端子
ＫＳ：  補償層
ＬＦ：  ラダー型フィルタ
ＬＳ：  コーティング層
ＯＨＳ：上部付着層
ＰＲ：  並列共振器
Ｒ：    共振器
ＳＦ：  送信フィルタ
ＳＬ：  信号伝送線路
ＳＲ：  直列共振器
ＳＳＡ：送信信号端子
ＳＵ：  基板
ＴＳ：  トリミング層
ＵＨＳ：下部付着層
【図１】
0006005206.tif 000002
【図２】
0006005206.tif 000003
【図３ａ】
0006005206.tif 000004
【図３ｂ】
0006005206.tif 000005
【図３ｃ】
0006005206.tif 000006
【図４】
0006005206.tif 000007
【図５】
0006005206.tif 000008