(57)【要約】【課題】  温度特性の良好な弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタを提供すること。【解決手段】  本発明は、圧電性を有する第１の媒質（１０）と、第１の媒質上に形成された櫛型電極（１６）と、櫛型電極および第１の媒質上に形成された誘電体膜（１２）と、誘電体膜上に形成された第２の媒質（１４）と、を具備し、誘電体膜は酸化珪素膜を主に含み、その密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上である弾性境界波素子である。第１の媒質（１０）と温度係数の符号が反対の酸化珪素膜を誘電体膜（１２）として使用することにより、温度特性の良好な弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタを提供することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性を有する第１の媒質と、
該第１の媒質上に形成された弾性波を励振する電極と、
該電極および前記第１の媒質上に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成された第２の媒質と、を具備し、
前記誘電体膜は酸化珪素を主に含み、その密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする弾性境界波素子。
【請求項２】
前記誘電体膜の膜厚をｈ、前記電極の周期をλとしたとき、ｈ／λが０．７より小さいことを特徴とする請求項１記載の弾性境界波素子。
【請求項３】
前記電極は、金と銅のいずれか一方を主に含む金属からなることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波境界素子。
【請求項４】
前記電極と前記誘電体膜との間にバリア層を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項５】
前記誘電体膜は、窒素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項６】
前記誘電体膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法を用い形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項７】
前記第２の媒質は、珪素を主に含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項８】
前記第２の媒質は、酸化珪素よりも音速が早い絶縁体を主に含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項９】
前記第２の媒質は、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくとも１つを主に含むことを特徴とする請求項８記載の弾性波境界素子。
【請求項１０】
前記第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有する請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波境界素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項記載の弾性波境界素子を用い、反射器を有することを特徴とする共振子
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項記載の弾性波境界素子を用いることを特徴とするラダー型フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタ、特に、温度特性の良い弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を応用した装置の一つとして、弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス：Surface Acoustic Wave Device）が以前より良く知られている。このＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話に代表される４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する各種回路、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ、ＦＭ変調器等に用いられている。近年、携帯電話なので高性能化にともない、例えばバンドパスフィルタに用いられるＳＡＷデバイスに対し、温度特性の向上が求められている。さらに、デバイスの小型化が求められている。
【０００３】
温度特性を向上させるため、特許文献１においては、圧電基板上に温度特性の符号が異なる酸化珪素膜を成膜した弾性表面波素子が開示されている。さらに、弾性表面波素子は波が基板表面に集中して伝播するため、その基板表面に異物が付着すると、周波数の変動、電気的損失の増大などの特性変化あるいは劣化が生じてしまう。そこで、通常、弾性表面波素子は密閉された構造のパッケージに実装される。このため、素子の小型化が容易ではなく、製造コストの増大の要因ともなっている。
【０００４】
そこで、温度特性の改善および素子の小型化および製造コスト削減を実現させるため、表面波ではなく、異なる媒質の境界を伝播する境界波を用いるデバイスが非特許文献１に開示されている。非特許文献１では、０°の回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ３基板上と、ＬＮ基板上、酸化珪素膜および珪素膜が積層された構造における境界波について、計算結果をもとに開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０９４５８号公報
【非特許文献１】Masatsune Yamaguchi, Takashi Yamashita, Ken-ya Hashimoto, Tatsuya Omori、「Highly Piezoelectric Boundary Waves in Si/SiO2/LiNbO3 Structure」、Proceeding of 1998 IEEE International Frequency Control Symposium、（米国）、IEEE、1998年、ｐ４８４−４８８。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１においては、温度特性が良好な弾性境界波素子の可能性について示唆されているが、具体的な弾性境界波素子の実現方法は開示されていない。
【０００６】
本発明は、温度特性の良好な弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタ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】
本発明は、圧電性を有する第１の媒質と、該第１の媒質上に形成された弾性波励振する電極と、該櫛型電極および前記第１の媒質上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された第２の媒質と、を具備し、前記誘電体膜は酸化珪素を主に含み、その密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上である弾性境界波素子である。本発明によれば、第１の媒質と温度係数の符号が反対の酸化珪素膜を誘電体膜として使用することにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【０００８】
本発明は、前記誘電体膜の膜厚をｈ、前記電極の周期をλとしたとき、ｈ／λが０．７より小さい弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、１周波数での応答が得ることが可能な弾性境界波素子を提供することができる。
【０００９】
本発明は、前記電極は、金と銅の少なくとも一方を主に含む金属からなる弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、櫛形電極の膜厚を薄くした場合も高周波損失を抑制することができる。
【００１０】
本発明は、前記電極と前記誘電体膜との間にバリア層を具備する弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、バリア層により、櫛形電極を構成する金属が誘電体膜に拡散することを防止することができる。
【００１１】
本発明は、前記誘電体膜は、窒素を含む弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素膜の密度を高くし、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【００１２】
本発明は、前記誘電体膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法を用い形成された弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、酸化珪素膜の密度の高い誘電体膜を形成することができ、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【００１３】
本発明は、前記第２の媒質は、珪素を主に含む弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、珪素は誘電体膜である酸化珪素より音速が早いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また珪素を主に含むため容易に加工することができる。
【００１４】
本発明は、前記第２の媒質は、酸化珪素よりも音速が早い絶縁体を主に含む弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素よりも音速が早いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また、絶縁体であるため誘導損失を抑えることができる。
【００１５】
本発明は、前記第２の媒質は、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくともひとつを主に含む弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素よりも音速が早いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また、絶縁体であるため誘導損失を抑えることができる。さらに、成膜および加工を容易に行うことができる。
【００１６】
本発明は、前記第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有する弾性波境界素子とすることができる。本発明によれば、第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有するため電気的接続が容易となる。
【００１７】
本発明は、前述の弾性波境界素子を用い反射器を有する共振子である。本発明によれば、温度特性が良好な共振子を提供することができる。本発明は、前述の弾性波境界素子有するラダー型フィルタである。本発明によれば、温度特性が良好なラダー型フィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、温度特性の良好な弾性境界波素子、これを用いた共振子およびラダー型フィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照に実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１の断面図である。第１の媒質１０に弾性波を励振する電極１６が形成されている。その上に誘電体膜１２、第２の媒質１４が形成されている。電極１６は、例えば弾性波である境界波を励振する電極であり、櫛形電極を用いている。ここで、誘電体膜１２の膜厚をｈ、櫛形電極１６の膜厚をＨ、櫛形電極１６の周期をλとする。実施例１においては、第１の媒体１０は４２°回転Ｙ板のＬｉＴａＯ３（以下、ＬＴ）基板、電極１６はＣｕを主に含む櫛型電極１６、誘電体膜１２は酸化珪素膜（酸化珪素を主に含む膜）、第２の媒質１４は珪素を用いた。
【００２１】
ここで、４２°回転Ｙ板のＬＴ基板のＸ軸方向は図１の水平方向、すなわち境界波の伝播方向である。実施例１においては、境界波は第１の媒質１０と誘電体膜１２の境界面を伝播する。そのため、第２の媒質１４表面に異物が付着した場合であっても、表面波を用いた素子のように周波数の変動、電気的損失の増大などの特性の変化あるいは劣化が生じることはない。このため、密閉された構造のパッケージに実装する必要がなく、弾性境界波素子を用いた装置の小型化が容易で、製造コストの削減を図ることができる。
【００２２】
図２に実施例１に係る弾性境界波素子における、酸化珪素膜の膜厚（ＳｉＯ２厚）に相当する量であるｈ／λに対する境界波の速度の温度係数（ＴＣＶ：Temperature Coefficient of Velocity）を有限要素法を用い計算した結果を示す。ＴＣＶは０に近ければ境界波の速度の温度依存が小さいことを示しており、良好な温度特性であることを示している。図２は、誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）を１．５ｇ／ｃｍ３、から２．６ｇ／ｃｍ３まで変えた場合について図示している。
【００２３】
酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λに対するＴＣＶの傾きが非常に小さい。酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λを変化させたとしても、ＴＣＶが０付近とはならない。これでは、良好な温度特性を有する弾性境界波素子は得られない。一方、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以上のときは、ｈ／λを変化させることにより、ＴＣＶは０付近とすることができる。例えば、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．２ｇ／ｃｍ３、２．４ｇ／ｃｍ３および２．６２ｇ／ｃｍ３のとき、ｈ／λがそれぞれ、０．８、０．７および０．６のときＴＣＶをほぼ０とすることができる。これより良好な温度特性を有す弾性境界波素子を提供することができる。
【００２４】
図３に実施例１に係る弾性境界波素子における、酸化珪素膜の膜厚（ＳｉＯ２厚）に相当する量であるｈ／λに対する弾性境界波素子の周波数の温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）を測定した結果を示す。誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）を２．１ｇ／ｃｍ３、から２．３ｇ／ｃｍ３の場合について図示している。ＴＣＶの測定は困難なためＴＣＦの結果を示している。ＴＣＶと同様に、ＴＣＦが０に近ければ弾性境界波素子の周波数の温度特性が良いことを示している。温度特性が良好な弾性境界波素子を得るにはＴＣＦが０±１０ｐｐｍ／°Ｃであることが好ましい。図３より、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．１ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λを変化させたとしても、ＴＣＦが０付近とはならない。一方、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．３ｇ／ｃｍ３のとき、ｈ／λを０．６とすることにより、ＴＣＦは０付近となる。これより良好な温度特性を有す弾性境界波素子を提供することができる。
【００２５】
図２および図３の結果を以下にまとめる。ＬＴ基板を用いた弾性表面波素子（すなわち誘電体膜を有さない素子）のＴＣＦは約−４０ｐｐｍ／°Ｃである。図２および図３とり、酸化珪素膜の密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λを大きくしたとしても、ＴＣＶは−４０ｐｐｍ／°Ｃであり、ＬＴ基板の温度特性とほとんど変わらないことがわかる。これは、酸化珪素膜の密度が小さいと、境界波の温度特性にほとんど影響しないことを示している。一方、密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上の酸化珪素膜は、ＬＴ基板に対し逆の温度係数を有しているため、酸化珪素膜の膜厚を厚くすることでＴＣＦが大きくなる。よって、酸化珪素膜の膜厚を最適化することにより、温度特性の小さい弾性境界波素子を提供することができる。
【００２６】
このように、誘電体膜１２を構成する酸化珪素膜の密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、ｈ／λを最適化することにより良好な温度特性を有する弾性境界波素子を提供することができる。
【００２７】
誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度を大きくする方法としては、例えば、酸化珪素膜に窒素を含有させる方法がある。これにより、酸化窒化珪素膜となり密度が大きくなる。スパッタ法やＣＶＤ法を用いることにより、通常用いられている方法で簡単に窒素を含有させることができる。また、スパッタ法やＣＶＤ法の成膜条件を変えることにより酸化珪素膜の密度を大きくしても良い。
【００２８】
図４は実施例１と同じ構成の弾性境界波素子における、ＬＴ基板の方位に対するＴＣＦを示している。使用した酸化珪素膜のｈ／λは０．５である。ＬＴ方位が１０°から５５°の間においては、弾性境界波素子のＴＣＦは−２０ｐｐｍ／°Ｃから−５ｐｐｍ／°Ｃである。前述のように、酸化珪素膜のない弾性表面波素子のＴＣＦは約−４０ｐｐｍ／°Ｃである。これより、ＬＴ方位が変化した場合も、誘電体膜１２として酸化珪素膜を用いることにより、ＴＣＦを改善させる効果があることがわかる。また、前述のように境界波の温度特性に影響を及ぼすには、酸化珪素膜の密度は２．０５ｇ／ｃｍ３以上が必要である。この境界波の温度特性に影響を及ぼす酸化珪素膜の密度（２．０５ｇ／ｃｍ３以上）は、酸化珪素膜の温度特性とＬＴ基板の温度特性によって決まるため、ＬＴ方位によって変化しない。よって、第１の媒質１０は４２°Ｙ軸回転ＬＴ基板以外のＬＴ方位の基板を用いた場合であっても、例えば２．０５ｇ／ｃｍ３以上の密度を有する酸化珪素膜を用いれば、ｈ／λを最適化することにより、温度特性の良好な弾性境界波素子が提供することができる。
【００２９】
櫛形電極１６上に誘電体膜１２として酸化珪素膜を形成する場合、櫛形電極１６間に酸化珪素膜の空洞が形成されてしまうことがある。この空洞の発生を抑えるためには櫛型電極１６の膜厚Ｈを薄くし、酸化珪素膜を形成する際の表面の凸凹を小さくすることが有効である。しかし、櫛型電極１６の膜厚が薄いと櫛型電極１６の質量が軽くなる。その結果、櫛型電極１６での境界波の反射率が低下する。これにより、境界波の閉じ込めが悪くなり高周波損失の原因となる。さらに、櫛型電極１６の膜厚が薄いと電気抵抗が増加するため、さらに高周波損失が大きくなる。そのため、櫛型電極１６膜厚を薄くする場合は、櫛型電極１６を例えば、銅または金のように密度が高く抵抗率の低い金属を含むことが好ましい。そこで、実施例１においては櫛形電極１６は、銅を主に含む金属を用いた。このように、櫛形電極１６として銅または金を主に含む金属を用いることにより、誘電体膜１２に空洞が形成されることがなくかつ高周波損失を抑制することができる
【００３０】
例えば、スパッタ法またはＣＶＤ法を用い窒化珪素膜の成膜条件の最適化、あるいは成膜装置の改良により、空洞が形成されることなく酸化珪素膜を形成してもよい。この場合、櫛形電極１６は例えばアルミニウム等の比較的密度の軽い金属であっても用いることもできる。また、境界波は第１の媒質１０と誘電体層１２の間を伝播するため、櫛形電極１６を実施例１で使用した銅以外の材料に変更しても、誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。さらに、実施例１においては、弾性波である境界波を励振する電極として櫛形電極の例を示した。境界波を励振する電極であれば、櫛形電極以外であっても良い。
【００３１】
第２の媒質１４は、誘電体膜１２より音速の速い材料であることが好ましい。境界波のエネルギを誘電体膜１２中に閉じ込めておくためであり、その結果、高周波損失が小さくなる。第２の媒質には、酸化珪素膜の音速より早い材料として、珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを使用することが好ましい。実施例１においては、第２の媒質１４として珪素を用いた。これは、加工がし易く、電極パッドに電気的接続を行う接続窓を形成し易いためである。しかし、絶縁体でないため誘電損失が生じ高周波損失の原因となってしまう。そこで、第２の媒質１４は、誘電体膜１２より音速の速い絶縁体を主に含む材料とすることが好ましい。さらに、成膜および加工の容易性から窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは結晶性が高く高抵抗の珪素を主に含む材料を使用することがより好ましい。また、境界波は第１の媒質１０と誘電体層１２の間を伝播するため、第２の媒質を前述の範囲で変更しても、誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【００３２】
以上のように、実施例１によれば、誘電体膜１２を酸化珪素を主に含む膜とし、その密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【実施例２】
【００３３】
図５は実施例２の断面図である。第２の媒質１４として酸化アルミニウムを用いたこと、弾性波を励振する電極１６と誘電体膜１２の間にバリア層１８を具備したこと、以外は実施例１と同じ構成である。すなわち、第１の媒体１０は４２°回転Ｙ板のＬＴ基板、弾性波を励振する電極１６はＣｕを主に含む櫛型電極、誘電体膜１２は酸化珪素膜であり、バリア層は窒化珪素膜を用いた。第２の媒質１４として酸化アルミニウムを使用したのは、前述のように、誘電損失を抑えることおよび第２の媒質の成膜および加工が容易となるためである。
【００３４】
櫛形電極１６と誘電体膜１２の間にバリア層１８を配置したのは以下の理由による。前述のように、高周波損失を防ぐため櫛形電極１６に銅を主に含む金属を用いた場合、銅が誘電体膜１２中に拡散する場合がある。そこで、銅の誘電体膜１２中への拡散防止のためバリア層１８を設けた。バリア層１８としては、銅の拡散を防ぐ材料であれば良い。実施例２においては、バリア層の機能を有し、絶縁膜であり、形成が容易な窒化珪素膜とした。窒化珪素膜は、誘電体膜１２と同一成膜装置で連続して成膜できるため製造工程の負担が少ないという利点も有している。
【００３５】
図６は実施例２に係る弾性境界素子における、周波数に対する減衰量を示している。櫛形電極１６の周期λを２μｍとし、誘電体膜１２の膜厚ｈとの比ｈ／λを０．５から０．９までを変えたときの結果を示している。ｈ／λが０．７および０．９では、約１７００ＭＨｚと約１９００ＭＨｚの２周波数で減衰量の応答がある。一方、ｈ／λが０．５および０．６では、減衰量の応答は約１７５０ＭＨｚのみである。１７００ＭＨｚから１７５０ＭＨｚの応答は境界波による応答である。一方、ｈ／λが０．７および０．９で観測された約１９００ＭＨｚの応答の原因は明確ではないが、例えば表面波の応答と考えられる。
【００３６】
弾性境界素子を例えばラダー型フィルタとして使用する場合、複数の周波数で応答があることは好ましくない。よって、１周波数でのみ応答を得るため、ｈ／λは０．７より小さいことが好ましい。さらに、確実に１周波数でのみ応答を得るためには０．６以下が好ましく、より確実に１周波数でのみ応答を得るためには０．５以下がより好ましい。
【００３７】
実施例２においてはバリア層１８を有しているが、その膜厚は誘電体膜１２に比べ薄いため、境界波の特性には大きな影響は及ぼさない。よって、バリア層１８を有さない弾性境界波素子においても、ｈ／λを０．７より小さくすることにより、１周波数でのみ応答を得ることができる。さらに、境界波は第１の媒質１０と誘電体層１２の間を伝播するため、第２の媒質１６を酸化アルミニウム以外の材料、例えば珪素、窒化珪素または窒化アルミニウムとしても、ｈ／λを０．７より小さくすることにより、１周波数でのみ応答を得ることができる。
【００３８】
バリア層１８は薄いため、境界波に対する影響は小さい。よって、実施例２においても、実施例１と同様の効果が得られる。すなわち、誘電体膜１２を酸化珪素を主に含む膜とし、その密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。加えて、バリア層１８を形成したことにより、櫛形電極１６を銅を主に含む金属とした場合、銅の誘電体膜１２への拡散を防止することができる。
【実施例３】
【００３９】
実施例３は実施例２の弾性境界波素子を用いた共振子の例である。図７は実施例３に係る共振子の上視図（第２の媒質１４、誘電体膜１２、バリア層は図示せず）である。櫛形電極を有する弾性境界波素子２０の両側に反射器２６、２８を配置している。弾性境界波素子２０は入力電極２２および出力電極２４を有している。反射器２６、２８は櫛形電極を有する弾性境界波素子２０と同時に作製される。すなわち、弾性波境界素子２０と反射器２６、２８は、第１の媒質、電極、バリア層、誘電体膜、第２の媒質は共通している。弾性境界波素子２０より両側に伝播した境界波は反射器で反射される。反射された境界波は弾性境界波素子２０内で境界波の定在波となる。これにより共振子として機能する。実施例３によれば、実施例２に係る弾性境界波素子を用いることにより、温度特性が良好な共振子を提供することができる。
【実施例４】
【００４０】
実施例４は実施例３に係る共振子を用いた４段ラダー型フィルタの例である。図８は実施例４に係るラダー型フィルタの上視図（第２の媒質１４、誘電体膜１２、バリア層は図示せず）である。直列共振器３０として、実施例３の共振子３２、３４、３６、３８を直列に接続する。共振子３２の一端は入力パッド電極５０に接続され、共振子３８の一端は出力パッド電極５２に接続される。共振子３２と共振子３４が接続された電極は共振子４０に接続され、共振子３８と共振子３６が接続された電極は共振子４２に接続される。共振子４０および共振子４２の共振子の接続されていない一端は接地パッド電極５４、５６に接続される。共振子４２および４４は並列共振器として機能する。実施例４は、以上の構成により、ラダー型フィルタとして機能する。
【００４１】
弾性境界波素子は電極上に誘電体膜１２および第２の媒質１４が形成されている。このため、ラダー型フィルタのパッド電極に、ワーヤ等を用い電気的に接続するためには、パッド電極上の第２の媒質１４に接続窓６０を有することが好ましい。図９は図８と同じ構成の図に第２の媒質１４が有する接続窓６０を示した図である。入力パッド電極５０、出力パッド電極５２および接地パッド電極５４、５６上に接続窓６０が形成されている。接続窓６０は第２の媒質１４に加え誘電体膜１２およびバリア層１８にも形成することが好ましい。
【００４２】
以上のように、実施例４によれば、実施例３に係る共振子を用いることにより、温度特性が良好なラダー型フィルタを提供することができる。さらに、第２の媒質がパッド電極上に接続窓を有するため電気的接続が容易となる。
【００４３】
なお、本明細書中にて、ある物質を主に含むとは、その物質に他の物質が含まれていたとしても、本明細書に記載した作用効果と同質の作用効果が得られる範囲で含まれることを意味する。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は実施例１に係る弾性境界波素子の断面図である。
【図２】図２は実施例１に係る弾性境界波素子のＳｉＯ２厚（ｈ／λ）に対するＴＣＶの計算結果を示した図である。
【図３】図３は実施例１に係る弾性境界波素子のＳｉＯ２厚（ｈ／λ）に対するＴＣＦを示した図である。
【図４】図４は実施例１に係る弾性境界波素子のＬＴ方位（Ｙ回転角）に対するＴＣＦを示した図である。
【図５】図５は実施例２に係る弾性境界波素子の断面図である。
【図６】図６は実施例２に係る弾性境界波素子の周波数に対する減衰量を示した図である。
【図７】図７は実施例３に係る共振子の上視図である。
【図８】図８は実施例４に係るラダー型フィルタの上視図（その１）である。
【図９】図９は実施例４に係るラダー型フィルタの上視図（その２）である。
【符号の説明】
【００４６】
１０            第１の媒質
１２            誘電体膜
１４            第２の媒質
１６            櫛形電極
１８            バリア層
２０            弾性境界波素子
２２            入力電極
２４            出力電極
２６、２８      反射器
３０            直列共振器
３２、３４、３６、３８、４０、４２  共振子
５０            入力パッド電極
５２            出力パッド電極
５４、５６      接地パッド電極
６０            接続窓
【図１】
2006279609.tif 000003
【図２】
2006279609.tif 000004
【図３】
2006279609.tif 000005
【図４】
2006279609.tif 000006
【図５】
2006279609.tif 000007
【図６】
2006279609.tif 000008
【図７】
2006279609.tif 000009
【図８】
2006279609.tif 000010
【図９】
2006279609.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月26日(2006.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性を有する第１の媒質と、
該第１の媒質上に形成された弾性波を励振する電極と、
該電極および前記第１の媒質上に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成された第２の媒質と、を具備し、
前記誘電体膜は酸化珪素を主に含み、その密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする弾性境界波素子。
【請求項２】
前記誘電体膜の膜厚をｈ、前記電極の周期をλとしたとき、ｈ／λが０．７より小さいことを特徴とする請求項１記載の弾性境界波素子。
【請求項３】
前記電極は、金と銅のいずれか一方を主に含む金属からなることを特徴とする請求項１または２記載の弾性境界波素子。
【請求項４】
前記電極と前記誘電体膜との間にバリア層を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項５】
前記誘電体膜は、窒素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項６】
前記誘電体膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法を用い形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項７】
前記第２の媒質は、珪素を主に含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項８】
前記第２の媒質は、酸化珪素よりも音速が速い絶縁体を主に含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項９】
前記第２の媒質は、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくとも１つを主に含むことを特徴とする請求項８記載の弾性境界波素子。
【請求項１０】
前記第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有する請求項１から９のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項記載の弾性境界波素子を用い、反射器を有することを特徴とする共振子。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項記載の弾性境界波素子を用いることを特徴とするラダー型フィルタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
弾性波を応用した装置の一つとして、弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス：Surface Acoustic Wave Device）が以前より良く知られている。このＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話に代表される４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する各種回路、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ、ＦＭ変調器等に用いられている。近年、携帯電話等の高性能化にともない、例えばバンドパスフィルタに用いられるＳＡＷデバイスに対し、温度特性の向上が求められている。さらに、デバイスの小型化が求められている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
温度特性を向上させるため、特許文献１においては、圧電基板上に圧電基板と温度特性の符号が異なる酸化珪素膜を成膜した弾性表面波素子が開示されている。さらに、弾性表面波素子は波が基板表面に集中して伝播するため、その基板表面に異物が付着すると、周波数の変動、電気的損失の増大などの特性変化あるいは劣化が生じてしまう。そこで、通常、弾性表面波素子は密閉された構造のパッケージに実装される。このため、素子の小型化が容易ではなく、製造コストの増大の要因ともなっている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、圧電性を有する第１の媒質と、該第１の媒質上に形成された弾性波を励振する電極と、該櫛型電極および前記第１の媒質上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された第２の媒質と、を具備し、前記誘電体膜は酸化珪素を主に含み、その密度が２．０５ｇ／ｃｍ３以上である弾性境界波素子である。本発明によれば、第１の媒質と温度係数の符号が反対の酸化珪素膜を誘電体膜として使用することにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、前記電極は、金と銅の少なくとも一方を主に含む金属からなる弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、櫛形電極の膜厚を薄くした場合も高周波損失を抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、前記電極と前記誘電体膜との間にバリア層を具備する弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、バリア層により、櫛形電極を構成する金属が誘電体膜に拡散することを防止することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、前記誘電体膜は、窒素を含む弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素膜の密度を高くし、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、前記誘電体膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法を用い形成された弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、酸化珪素膜の密度の高い誘電体膜を形成することができ、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、前記第２の媒質は、珪素を主に含む弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、珪素は誘電体膜である酸化珪素より音速が速いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また珪素を主に含むため容易に加工することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、前記第２の媒質は、酸化珪素よりも音速が速い絶縁体を主に含む弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素よりも音速が速いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また、絶縁体であるため誘導損失を抑えることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は、前記第２の媒質は、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくともひとつを主に含む弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、誘電体膜である酸化珪素よりも音速が速いため境界波を誘電体膜に閉じ込めることができる、また、絶縁体であるため誘導損失を抑えることができる。さらに、成膜および加工を容易に行うことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明は、前記第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有する弾性境界波素子とすることができる。本発明によれば、第２の媒質はパッド電極上に接続窓を有するため電気的接続が容易となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、前述の弾性境界波素子を用い反射器を有する共振子である。本発明によれば、温度特性が良好な共振子を提供することができる。本発明は、前述の弾性境界波素子を有するラダー型フィルタである。本発明によれば、温度特性が良好なラダー型フィルタを提供することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λに対するＴＣＶの傾きが非常に小さい。酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λを変化させたとしても、ＴＣＶが０付近とはならない。これでは、良好な温度特性を有する弾性境界波素子は得られない。一方、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．０５ｇ／ｃｍ３以上のときは、ｈ／λを変化させることにより、ＴＣＶは０付近とすることができる。例えば、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．２ｇ／ｃｍ３、２．４ｇ／ｃｍ３および２．６２ｇ／ｃｍ３のとき、ｈ／λがそれぞれ、０．８、０．７および０．６のときＴＣＶをほぼ０とすることができる。これより良好な温度特性を有する弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図３に実施例１に係る弾性境界波素子における、酸化珪素膜の膜厚（ＳｉＯ２厚）に相当する量であるｈ／λに対する弾性境界波素子の周波数の温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）を測定した結果を示す。誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）を２．１ｇ／ｃｍ３、２．３ｇ／ｃｍ３の場合について図示している。ＴＣＶの測定は困難なためＴＣＦの結果を示している。ＴＣＶと同様に、ＴＣＦが０に近ければ弾性境界波素子の周波数の温度特性が良いことを示している。温度特性が良好な弾性境界波素子を得るにはＴＣＦが０±１０ｐｐｍ／°Ｃであることが好ましい。図３より、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．１ｇ／ｃｍ３以下のときはｈ／λを変化させたとしても、ＴＣＦが０付近とはならない。一方、酸化珪素膜の密度（ＳｉＯ２密度）が２．３ｇ／ｃｍ３のとき、ｈ／λを０．６とすることにより、ＴＣＦは０付近となる。これより良好な温度特性を有す弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
このように、誘電体膜１２を構成する酸化珪素膜の密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とし、ｈ／λを最適化することにより良好な温度特性を有する弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
第２の媒質１４は、誘電体膜１２より音速の速い材料であることが好ましい。境界波のエネルギを誘電体膜１２中に閉じ込めておくためであり、その結果、高周波損失が小さくなる。第２の媒質には、酸化珪素膜の音速より速い材料として、珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを使用することが好ましい。実施例１においては、第２の媒質１４として珪素を用いた。これは、加工がし易く、電極パッドに電気的接続を行う接続窓を形成し易いためである。しかし、絶縁体でないため誘電損失が生じ高周波損失の原因となってしまう。そこで、第２の媒質１４は、誘電体膜１２より音速の速い絶縁体を主に含む材料とすることが好ましい。さらに、成膜および加工の容易性から窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは結晶性が高く高抵抗の珪素を主に含む材料を使用することがより好ましい。また、境界波は第１の媒質１０と誘電体層１２の間を伝播するため、第２の媒質を前述の範囲で変更しても、誘電体膜１２である酸化珪素膜の密度を２．０５ｇ／ｃｍ３以上とすることにより、温度特性の良好な弾性境界波素子を提供することができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図６は実施例２に係る弾性境界波素子における、周波数に対する減衰量を示している。櫛形電極１６の周期λを２μｍとし、誘電体膜１２の膜厚ｈとの比ｈ／λを０．５から０．９までを変えたときの結果を示している。ｈ／λが０．７および０．９では、約１７００ＭＨｚと約１９００ＭＨｚの２周波数で減衰量の応答がある。一方、ｈ／λが０．５および０．６では、減衰量の応答は約１７５０ＭＨｚのみである。１７００ＭＨｚから１７５０ＭＨｚの応答は境界波による応答である。一方、ｈ／λが０．７および０．９で観測された約１９００ＭＨｚの応答の原因は明確ではないが、例えば表面波の応答と考えられる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
弾性境界波素子を例えばラダー型フィルタとして使用する場合、複数の周波数で応答があることは好ましくない。よって、１周波数でのみ応答を得るため、ｈ／λは０．７より小さいことが好ましい。さらに、確実に１周波数でのみ応答を得るためには０．６以下が好ましく、より確実に１周波数でのみ応答を得るためには０．５以下がより好ましい。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
実施例３は実施例２の弾性境界波素子を用いた共振子の例である。図７は実施例３に係る共振子の上視図（第２の媒質１４、誘電体膜１２、バリア層は図示せず）である。櫛形電極を有する弾性境界波素子２０の両側に反射器２６、２８を配置している。弾性境界波素子２０は入力電極２２および出力電極２４を有している。反射器２６、２８は櫛形電極を有する弾性境界波素子２０と同時に作製される。すなわち、弾性境界波素子２０と反射器２６、２８において、第１の媒質、電極、バリア層、誘電体膜、第２の媒質は共通している。弾性境界波素子２０より両側に伝播した境界波は反射器で反射される。反射された境界波は弾性境界波素子２０内で境界波の定在波となる。これにより共振子として機能する。実施例３によれば、実施例２に係る弾性境界波素子を用いることにより、温度特性が良好な共振子を提供することができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
実施例４は実施例３に係る共振子を用いた４段ラダー型フィルタの例である。図８は実施例４に係るラダー型フィルタの上視図（第２の媒質１４、誘電体膜１２、バリア層は図示せず）である。直列共振器３０として、実施例３の共振子３２、３４、３６、３８を直列に接続する。共振子３２の一端は入力パッド電極５０に接続され、共振子３８の一端は出力パッド電極５２に接続される。共振子３２と共振子３４が接続された電極は共振子４０に接続され、共振子３８と共振子３６が接続された電極は共振子４２に接続される。共振子４０および共振子４２の共振子の接続されていない一端は接地パッド電極５４、５６に接続される。共振子４０および４２は並列共振器として機能する。実施例４は、以上の構成により、ラダー型フィルタとして機能する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
弾性境界波素子は電極上に誘電体膜１２および第２の媒質１４が形成されている。このため、ラダー型フィルタのパッド電極に、ワイヤ等を用い電気的に接続するためには、パッド電極上の第２の媒質１４に接続窓６０を有することが好ましい。図９は図８と同じ構成の図に第２の媒質１４が有する接続窓６０を示した図である。入力パッド電極５０、出力パッド電極５２および接地パッド電極５４、５６上に接続窓６０が形成されている。接続窓６０は第２の媒質１４に加え誘電体膜１２およびバリア層１８にも形成することが好ましい。