(57)【要約】【課題】  ＩＤＴの電極の膜厚を大きくしても、所望の周波数特性・性能を維持し得るＳＡＷ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板１１の主面に、ＳＡＷの波長λに対してＨ／λ＝０．０５〜０．１５となる厚さＨのＡｌ電極膜１５を形成する。電極膜の上にレジストパターン１６を形成し、電極膜の露出部分をドライエッチングしてその一部を除去しかつその残余部分１５ａをウエットエッチングにより完全に除去することにより、ＩＤＴ１３の交差指電極１２ａ，１２ｂを形成する。このとき、ＳＡＷ伝搬方向に沿って交差指電極の下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２が（ｄ１−ｄ２）／電極ピッチｐ＝０〜０．１６となるように設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板と、前記水晶基板の主面に所定のピッチｐで形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを備え、
前記交差指電極の膜厚Ｈが、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波（ＳＡＷ）の波長λに対してＨ／λ＝０．０５〜０．１５となるように設定され、
前記ＳＡＷの伝搬方向に沿って前記交差指電極の下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２が、（ｄ１−ｄ２）／ｐ＝０〜０．１６となるように設定されていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記水晶基板のオイラー角が（０°，θ，０°＜｜ψ｜＜９０°）であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記水晶基板のオイラー角が（０°，θ，９°＜｜ψ｜＜４６°）であることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記水晶基板のオイラー角が（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）であることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波素子を製造するために、前記水晶基板の主面に、前記ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの波長λに対してＨ／λ＝０．０５〜０．１５となるように厚さＨの電極膜を形成する工程と、前記電極膜の上に塗布したレジスト材料をパターニングして前記交差指電極のレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンから露出する前記電極膜をドライエッチングしてその一部を除去し、かつ前記電極膜の残余部分をウエットエッチングにより完全に除去することにより、前記交差指電極を、その前記ＳＡＷの伝搬方向に沿って下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２が（ｄ１−ｄ２）／ｐ＝０〜０．１６となるように形成する工程を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波素子を備えることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave ）を利用したＳＡＷ素子及びその製造方法、並びにかかるＳＡＷ素子を有するＳＡＷデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電基板の表面に形成した交差指電極からなるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振する弾性表面波を利用したＳＡＷ素子を備える共振子、フィルタ、発振器等のＳＡＷデバイスが、様々な電子機器に広く使用されている。特に最近は、通信機器などの分野で、通信の高速化に対応したＳＡＷデバイスの高周波化及び高精度化が要求されている。
【０００３】
ＳＡＷ素子のＩＤＴは、圧電基板表面に成膜したＡｌなどの電極膜を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより形成する。電極膜のパターニングは、ウエットエッチングで行う場合、サイドエッチング量が大きいためにアンダーカットを生じて電極の側面がテーパ化し、線幅の制御が困難でばらつきを生じ易いという問題がある。他方、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングで行う場合、圧電基板の表面を損傷し、振動特性に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、かかる問題を解消して電極を高精度にパターニングするために、電極膜を最初にドライエッチングで部分的に除去し、残余部分をウエットエッチングで完全に除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００４】
ＳＡＷ素子の圧電基板には、周波数温度特性の良好なＳＴカット水晶板が多く使用されている。図３に例示するように、水晶の直交する３つの結晶軸を電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、光学軸（Ｚ軸）とし、オイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）の水晶Ｚ板１をＸ軸周りに角度θ＝１１３〜１３５°回転させて得られる新しい座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）に沿って切り出したものが、ＳＴカット水晶板２である。本願出願人は、ＳＴカット水晶板が３次関数の温度特性を有することから、ＳＴカット水晶板２を更にＺ´軸周りに角度ψ＝±（４０〜４９）°回転させてＳＡＷの伝播方向と一致するように切り出し、より良好な周波数温度特性を発揮する面内回転ＳＴカット水晶板３を提案している（特許文献３を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２８５０１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５７５９号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
更に本願出願人は、オイラー角（０°，θ，ψ）の水晶基板において角度ψを適当に選択し、より好ましくは更に角度θを適当に選択することにより、シングル型ＩＤＴによりレイリー波をストップバンドの上限モードで励振できることを見出した。これにより、周波数温度特性をより一層向上させることに加えて、電極の膜厚を大きくしても周波数降下を抑制することができ、電極の微細化及び高周波化に適している。しかしながら、上述した従来方法による電極のパターニングにおいて、電極の膜厚が大きくなると、それだけ電極の側面がテーパ化し易く、電極線幅の高精度な制御がより困難になる。特に、電極側面のテーパ化により線幅がその下辺と上辺とで大きな差を生じると、反射効率が低下し、ＳＡＷ素子のＣＩ値やＱ値を低下させるという問題が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＤＴの電極の膜厚を大きくしても、所望の周波数特性・性能を実質的に低下させることなく維持、確保することができるＳＡＷ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
更に本発明の目的は、優れた周波数温度特性を有しかつ高安定で、高周波化及び高精度化を可能にするＳＡＷ素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記目的を達成するために、面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板と、該水晶基板の主面に所定のピッチｐで形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを備え、交差指電極の膜厚Ｈが、ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの波長λに対してＨ／λ＝０．０５〜０．１５となるように設定され、ＳＡＷの伝搬方向に沿って交差指電極の下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２が（ｄ１−ｄ２）／ｐ＝０〜０．１６となるように設定されたＳＡＷ素子が提供される。
【００１０】
交差指電極の線幅は、理想的には、ＳＡＷ伝搬方向に沿ってその下辺及び上辺における線幅が一致することが望ましい。本願発明者は、面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板を用いたＳＡＷ素子において、交差指電極の下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２を上記範囲内に設定するあることによって、たとえＩＤＴの電極の膜厚を大きくしても、所望の周波数特性、性能を実質的に低下させることなく維持、確保し得ることを見い出し、本願発明を創出するに至ったものである。これにより、電極ピッチをより小さくして高周波化、高精度化を図ることが可能になる。
【００１１】
また、従来から交差指電極のパターニングにおいて、電極ピッチは非常に安定して正確に制御されるので、これを基準とすることによって、交差指電極の下辺及び上辺における線幅をより正確に設定しかつ形成することができる。
【００１２】
或る実施例では、オイラー角が（０°，θ，０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板を用いることにより、ＳＡＷ素子をストップバンドの上限モードで励振させることが可能で、それにより電極膜厚を大きくしても周波数降下を抑制することができる。従って、優れた周波数温度特性を有しかつ高安定で、高周波化及び高精度化の可能なＳＡＷ素子を実現することができる。
【００１３】
別の実施例では、水晶基板のオイラー角を（０°，θ，９°＜｜ψ｜＜４６°）にすることにより、従来のＳＴカット水晶板よりも優れた周波数温度特性を発揮させ、温度変化に対する周波数変動量を小さくすることができ、更に別の実施例では、水晶基板のオイラー角を（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）にすることにより、更に一層優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００１４】
本発明の別の側面によれば、かかる本発明のＳＡＷ素子を製造するのに適したＳＡＷ素子の製造方法が提供される。この製造方法は、水晶基板の主面に、ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの波長λに対してＨ／λ＝０．０５〜０．１５となるように厚さＨの電極膜を形成する工程と、該電極膜の上に塗布したレジスト材料をパターニングして交差指電極のレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンから露出する電極膜をドライエッチングしてその一部を除去し、かつ電極膜の残余部分をウエットエッチングにより完全に除去することにより、交差指電極を、そのＳＡＷの伝搬方向に沿って下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２が（ｄ１−ｄ２）／ｐ＝０〜０．１６となるように形成する工程を有する。
【００１５】
電極膜は、例えば蒸着又はスパッタリングによりその膜厚Ｈを比較的正確に制御してけいせいすることができる。電極膜のドライエッチングも、そのエッチング量を比較的正確に制御することができ、電極膜残存部分のウエットエッチングも、同様に使用するエッチング液によりエッチングレートが予め分かっている。従って、本発明によれば、成膜した電極膜の厚さに対して、ドライエッチング及びウエットエッチングの各エッチング量を予め計算することによって、各交差指電極の上下各辺の線幅ｄ１，ｄ２を比較的正確にかつ容易に所望の範囲に形成することができる。
【００１６】
更に、本発明の別の側面によれば、上述した本発明の弾性表面波素子を備えることにより、優れた周波数温度特性を有しかつ高安定で、高周波化及び高精度化可能なＳＡＷデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１（Ａ）は、本発明を適用した１ポート型共振子用のＳＡＷ素子１０を示している。ＳＡＷ素子１０は、図３に関連して上述した面内回転ＳＴカット水晶板からなる矩形の水晶基板１１を有する。水晶基板１１の主面には、その略中央に１対の交差指電極１２ａ、１２ｂからなるＳＡＷ励振用のＩＤＴ１３が形成され、その長手方向の両側にそれぞれ格子状の反射器１４、１４が形成されている。前記交差指電極及び反射器は、加工性及びコストの観点からＡｌからなる電極膜で形成されている。別の実施例では、前記電極膜にＡｌ／Ｃｕ膜を用いることもできる。
【００１８】
図１（Ｂ）は、ＳＡＷの伝搬方向に沿って交差指電極１２ａ、１２ｂの断面を示している。同図に示すように、各電極１２ａ、１２ｂはそのパターニングの工程によって、側面がテーパ化している。本実施例では、ＩＤＴ１３の電極ピッチ即ち隣接する交差指電極間の中心距離をｐ、電極１２ａ、１２ｂのＳＡＷ伝搬方向における下辺及び上辺の線幅をそれぞれｄ１，ｄ２としたとき、（下辺ｄ１−上辺ｄ２）／電極ピッチｐ＝Ｒが０〜０．１６の範囲内に入るように、好ましくは概ね０．１となるようにＩＤＴ１３を形成する。Ｒ＝０の場合は、下辺ｄ１＝上辺ｄ２となる理想的な場合である。
【００１９】
従来から、ＳＡＷ素子の製造において交差指電極のパターニングでは、電極ピッチを非常に安定して正確に制御することができる。従って、電極ピッチを基準とすることによって、交差指電極の下辺及び上辺における線幅ｄ１，ｄ２をより正確に設定しかつ形成することが可能である。
【００２０】
反射器１４、１４も、同様にＳＡＷの伝搬方向に沿った断面において、ＩＤＴ１３の各交差指電極１２ａ、１２ｂと同じテーパ角度を有するように形成される。
【００２１】
本実施例の水晶基板１１は、オイラー角（０°，θ，０°＜｜ψ｜＜９０°）の面内回転ＳＴカット水晶板であり、そのＸ´軸方向がＳＡＷの伝搬方向と一致するように形成される。これにより、本実施例のようなシングル型ＩＤＴにおいてストップバンドの上限モードで励振させることが可能であり、電極膜厚を大きくしても、周波数降下を抑制することができる。従って、電極ピッチをより小さくして高周波化、高精度化を図ることができる。
【００２２】
水晶基板１１は、より好ましくはオイラー角が（０°，θ，９°＜｜ψ｜＜４６°）であり、それにより従来のＳＴカット水晶板よりも優れた周波数温度特性を発揮し、温度変化に対する周波数変動量を小さくすることができる。更に好ましくは、水晶基板１１のオイラー角が（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）であり、より一層優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００２３】
次に、図２を用いて、図１のＩＤＴ１３を形成する工程を説明する。先ず、図２（Ａ）に示すように、水晶基板１１の表面にＡｌ電極膜１５を蒸着又はスパッタリングなどにより所定の膜厚Ｈに形成する。Ａｌ電極膜１５の上にレジスト材料を塗布し、これをフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、レジストパターン１６を形成する。レジストパターン１６から露出したＡｌ電極膜１５の一部を、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングにより除去する（図２（Ｂ））。次に、適当なエッチング液を用いたウエットエッチングにより、Ａｌ電極膜１５の残存部分１５ａを除去する（図２（Ｃ））。最後に、レジストパターン１６を除去すると、図１（Ｂ）に示す所望の構造を有する交差指電極１２ａ、１２ｂからなるＩＤＴ１３が形成される（図２（Ｄ））。
【００２４】
Ａｌ電極膜１５の膜厚Ｈは蒸着又はスパッタリングにより比較的正確に制御され、ドライエッチングによるＡｌ電極膜１５のエッチング量も比較的正確に制御でき、Ａｌ電極膜残存部分１５ａのウエットエッチングも、使用するエッチング液によりエッチングレートが予め分かっている。本実施例では、図示するように、最初のドライエッチングで水晶基板１１の表面近くまで電極膜１５を除去したが、ドライエッチング及びウエットエッチングの各エッチング量を予め計算することによって、各交差指電極の上下各辺の線幅ｄ１，ｄ２を比較的正確に上述した所望の範囲に形成することができる。
【００２５】
実際に、オイラー角が（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）の水晶基板を使用し、その表面に、図２に示す本発明の方法に従って厚さ１μｍのＡｌ電極膜を成膜しかつパターニングし、電極ピッチ５μｍ、線幅（＝ｄ１）３μｍの交差指電極からなるＩＤＴを形成した。各電極のＳＡＷ伝搬方向における下辺及び上辺の線幅をｄ１，ｄ２として、（下辺ｄ１−上辺ｄ２）／電極ピッチｐの値Ｒが０〜０．１６の範囲内に入るように設定した。その結果、得られたＳＡＷ素子は、理想的なＲ＝０の場合と反射効率が略同じであり、従って略同じ周波数特性を示すことが確認された。
【００２６】
また、この水晶基板からなるＳＡＷ素子は、上述したように電極の膜厚を大きくしても周波数降下が小さいので有利である。従来のＳＴカット水晶板を用いた場合には、電極膜厚（Ｈ）とＳＡＷ波長（λ）との関係がＨ／λ＝約０．０３である。これに対し、本実施例のＳＡＷ素子は、Ｈ／λ＝０．０５〜０．１５に設定することができる。従って本発明によれば、このように電極膜厚を大きくしても、反射効率及び周波数特性を良好に維持することができる。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、これに様々な変形・変更を加えて実施し得ることは当業者に明らかである。例えば、上記実施例の１ポート型、シングル型ＩＤＴ以外に、反射器を有しないものや、２ポート型、トランスバーサル型などの様々な構成を有するＳＡＷ素子についても、本発明は同様に適用することができ、また共振子以外の様々なＳＡＷデバイスに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）図は本発明を適用したＳＡＷ素子を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における部分拡大断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）図は図１のＳＡＷ素子を製造する工程を順に示す図１（Ｂ）と同様の部分拡大断面図。
【図３】本発明に使用する面内回転ＳＴカット水晶板を示す説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１…水晶Ｚ板、２…ＳＴカット水晶板、３…面内回転ＳＴカット水晶板、１０…ＳＡＷ素子、１１…水晶基板、１２ａ，１２ｂ…交差指電極、１３…ＩＤＴ、１４…反射器、１５…Ａｌ電極膜、１５ａ…残存部分、１６…レジストパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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