(57)【要約】【課題】耐電力性を向上させること。【解決手段】圧電基板１０と、前記圧電基板上に設けられ前記圧電基板に向かって幅が広くなるような傾斜面を有し第１金属を主成分とする第１金属膜１２ｂと、前記第１金属膜の前記傾斜面の少なくとも一部を覆うように前記第１金属膜上に接して設けられ前記第１金属より融点および抵抗率が高い第２金属を主成分とする第２金属膜１２ｅと、前記第２金属膜の傾斜面を覆うように前記第２金属膜上に接して設けられ前記第１金属を主成分とする第３金属膜１２ｂと、を有する弾性波を励振する複数の電極指１４と、を具備する弾性波デバイス。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ前記圧電基板に向かって幅が広くなるような傾斜面を有し第１金属を主成分とする第１金属膜と、前記第１金属膜の前記傾斜面の少なくとも一部を覆うように前記第１金属膜上に接して設けられ前記第１金属より融点および抵抗率が高い第２金属を主成分とする第２金属膜と、前記第２金属膜の傾斜面を覆うように前記第２金属膜上に接して設けられ前記第１金属を主成分とする第３金属膜と、を有する弾性波を励振する複数の電極指と、
を具備する弾性波デバイス。
【請求項２】
前記第２金属はＣｒまたはＣｒより融点の高い金属である請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記第１金属はＣｕである請求項２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記第１金属はＡｌである請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記複数の電極指は、前記第３金属膜上に設けられ、前記第１金属より融点および抵抗率が高い第３金属を主成分とする第４金属膜を有する請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記複数の電極指は、前記圧電基板と前記第１金属膜との間に設けられ前記第１金属より融点および抵抗率が高い第４金属を主成分とする第５金属膜を具備する請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記複数の電極指の側面と接する誘電体膜を具備する請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
前記複数の電極指を含むフィルタを具備する請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する請求項９記載の弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば電極指を有する弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話を代表とする高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために高周波フィルタ等が用いられている。高周波フィルタ等には、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振器等の弾性波共振器が用いられている。弾性表面波共振器においては、ニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板等の圧電基板上に複数の電極指を有するＩＤＴ（Interdigital Transducer）が設けられている。
【０００３】
耐久性および耐電圧性が高く、抵抗の小さいＣｕ（銅）を電極指の材料として用いることが知られている（例えば特許文献１）。タンタル酸リチウム基板上に複数の電極指をエッチング法を用い形成するときに、タンタル酸リチウム基板がエッチングされないように、Ｒｕ（ルテニウム）またはＲｕＯ（酸化ルテニウム）膜を用いることが知られている（例えば特許文献２）。
【０００４】
ＴｉまたはＣｒとＡｌまたはＣｕとを交互に積層した積層膜を電極指とすることが知られている（例えば特許文献３）。ＣｕとＡｌとを交互に積層した積層膜を電極指として用いることが知られている（例えば特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９９９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８６７３号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０４６５４５号
【特許文献４】特開平７−１２２９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＤＴに大電力の高周波信号が入力すると、弾性表面波が励振され電極指が発熱する。熱膨張により電極指に応力が加わる。また、圧電基板の変形にともなう弾性応力が電極指に加わる。これにより、ストレスマイグレーションが生じ、弾性波デバイスの耐電力性能が劣化する。特許文献３では、電極指にＴｉまたはＣｒとＡｌまたはＣｕとを交互に積層した積層膜を用いることにより、耐電力性能を向上させている。しかしながら、耐電力性の向上は十分でない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐電力性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ前記圧電基板に向かって幅が広くなるような傾斜面を有し第１金属を主成分とする第１金属膜と、前記第１金属膜の前記傾斜面の少なくとも一部を覆うように前記第１金属膜上に接して設けられ前記第１金属より融点および抵抗率が高い第２金属を主成分とする第２金属膜と、前記第２金属膜の傾斜面を覆うように前記第２金属膜上に接して設けられ前記第１金属を主成分とする第３金属膜と、を有する弾性波を励振する複数の電極指と、を具備する弾性波デバイスである。
【０００９】
上記構成において、前記第２金属はＣｒまたはＣｒより融点の高い金属である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１金属はＣｕである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１金属はＡｌである構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記複数の電極指は、前記第３金属膜上に設けられ、前記第１金属より融点および抵抗率が高い第３金属を主成分とする第４金属膜を有する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記複数の電極指は、前記圧電基板と前記第１金属膜との間に設けられ前記第１金属より融点および抵抗率が高い第４金属を主成分とする第５金属膜を具備する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記複数の電極指の側面と接する誘電体膜を具備する構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記複数の電極指を含むフィルタを具備する構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐電力性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は弾性表面波共振器の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、比較例１および２における電極指付近の断面図である。
【図３】図３は、比較例１および２における深さに対する歪エネルギーを示す図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および比較例２における電極指と圧電基板との界面の模式図である。
【図５】図５は、比較例３および４における電極指付近の断面図である。
【図６】図６は、比較例２から４における耐電力寿命を示す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、サンプルＡおよびＢにおける電極指付近の断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１０】図１０は、サンプルＢにおける電極指の断面ＳＥＭ画像である。
【図１１】図１１は、サンプルＡ、Ｂおよび比較例２における周波数に対するＱ値を示す図である。
【図１２】図１２は、サンプルＡ、Ｂ、比較例２および３における入力パワーに対する耐電力寿命を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、サンプルＢの電極指の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、実施例２に係るフィルタの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１５は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１（ａ）は弾性表面波共振器の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、弾性表面波共振器２４は、ＩＤＴ２０と反射器２２を有する。ＩＤＴ２０および反射器２２は、圧電基板１０上に形成された金属膜１２により形成される。ＩＤＴ２０は、対向する一対の櫛型電極１８を備える。櫛型電極１８は、複数の電極指１４と、複数の電極指１４が接続されたバスバー１６と、を備える。一対の櫛型電極１８は、電極指１４がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。圧電基板１０上に電極指１４を覆うように誘電体膜１５が設けられている。
【００２１】
ＩＤＴ２０が励振する弾性波は、主に電極指１４の配列方向に伝搬する。電極指１４のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。弾性波の伝搬方向をＸ方向、伝搬方向に直交する方向をＹ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向は、圧電基板１０の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電基板１０は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。誘電体膜１５は、弾性表面波共振器の周波数温度特性を抑制するための温度補償膜であり、例えば酸化シリコン膜または弗素等の元素が添加された酸化シリコン膜である。
【００２２】
金属膜１２としては、Ａｌ膜またはＣｕ膜が用いられている。例えば、誘電体膜１５を設けない弾性表面波共振器では、金属膜１２としてＡｌ膜が用いられている。誘電体膜１５を設けた弾性表面波共振器では、金属膜１２としてＣｕ膜が用いられている。
【００２３】
Ａｌは音響インピーダンスが小さい。このため、誘電体膜１５を設けると、誘電体膜１５と電極指１４との音響インピーダンスの差が小さくなる。これにより、電極指１４における弾性波の反射係数が小さくなってしまう。一方、Ｃｕは音響インピーダンスがＡｌより大きい。このため、誘電体膜１５と電極指１４との音響インピーダンスの差が大きくなり、電極指における弾性波の反射係数が大きくなる。これにより広帯域な弾性波デバイスを実現できる。
【００２４】
また、ＣｕはＡｌに比べ低抵抗であることからＣｕ膜を用いることで電極指１４を低抵抗化できる。さらに、ＣｕはＡｌに比べマイグレーション耐性が高い。さらに、ＣｕはＡｌより密度が高いため、電極指１４を薄くでき電極指１４の弾性的な損失を低減できる。
【００２５】
低抵抗のＡｌ膜またはＣｕ膜を圧電基板１０上に直接設けると、大電力の高周波信号が入力する動作時にＡｌ膜またはＣｕ膜に応力が加わるおよび／またはＡｌ膜またはＣｕ膜が発熱する。このため、ＡｌまたはＣｕのマイグレーションが生じる。これにより、弾性波デバイスの耐電力性能が低下する。耐電力性能を向上させるため、Ａｌ膜またはＣｕ膜と圧電基板１０との間にＡｌまたはＣｕより耐熱性のある金属膜を設ける。これにより、弾性波デバイスの耐電力性能を向上できる。
【００２６】
［比較例１、２］
図２は、比較例１および２における電極指付近の断面図である。図２に示すように、圧電基板１０上に金属膜１２が設けられている。金属膜１２を覆うように誘電体膜１５が設けられている。金属膜１２は、積層された金属膜１２ａ、１２ｂおよび１２ｃを含む。金属膜１２ａは、圧電基板１０上に設けられている。金属膜１２ｂは金属膜１２ａ上に設けられている。金属膜１２ｃは、金属膜１２ｂ上に設けられている。金属膜１２ａは、耐電力性能を向上させるための膜である。金属膜１２ｂはＣｕ膜である。金属膜１２ｃは、電極指１４以外において誘電体膜１５にウェットエッチングで開口を設けるときのエッチングストッパである。誘電体膜１５の上面は平坦である。
【００２７】
比較例１および２では、Ｃｕ膜と圧電基板１０との間の膜としてそれぞれＴｉ（チタン）膜およびＲｕ膜を用いた。図２のＡ−Ａ線における反共振周波数の歪エネルギーを比較例１および２についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
比較例１および２の共通の条件
圧電基板１０：１２７．８６°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板
電極指１４のピッチ：２．００μｍ
比較例１
金属膜１２ａ：膜厚が１０ｎｍのＴｉ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が１３６ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜１５：電極指１４間における膜厚が６１０ｎｍの酸化シリコン膜
比較例２
金属膜１２ａ：膜厚が２０ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が１２５ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜１５：電極指１４間における膜厚が５９３ｎｍの酸化シリコン膜
ＲｕおよびＴｉのバルクでのヤング率はそれぞれ約４２０ＧＰａおよび１２０ＧＰａである。Ｒｕのヤング率はＴｉより大きい。比較例１と２とで音速を合わせるため、比較例２のＲｕ膜を比較例１のＴｉ膜より厚くした。
【００２８】
図３は、比較例１および２における深さに対する歪エネルギーを示す図である。歪エネルギーの単位はＪ（ジュール）である。深さが０μｍは、圧電基板１０と金属膜１２との界面を示している。深さが負は圧電基板１０内を示し、正は電極指１４内を示す。図の上のＴｉ、Ｃｕ、Ｃｒ（クロム）およびＳｉＯ２は、比較例１におけるＴｉ膜、Ｃｕ膜、Ｃｒ膜および誘電体膜１５を示す。図の下のＲｕ、Ｃｕ、ＣｒおよびＳｉＯ２は、比較例２におけるＲｕ膜、Ｃｕ膜、Ｃｒ膜および誘電体膜１５を示す。ＬＮはニオブ酸リチウム基板を示す。
【００２９】
図３に示すように、比較例２では比較例１より電極指１４内（特に圧電基板１０との界面付近）の歪エネルギーが小さい。これは、ＲｕがＴｉよりヤング率が大きいためと考えられる。歪エネルギーが大きいと弾性波のエネルギーが歪みエネルギーとなり弾性波の損失が大きくなる。比較例２では、電極指１４内の歪エネルギーが小さく、弾性波の損失を小さくできる。電極指１４内の歪エネルギーを小さくするためには、金属膜１２ａのヤング率は３００ＧＰａ以上が好ましい。
【００３０】
次に比較例１および２の弾性表面波共振器を作製した。作製条件は以下である。
電極指１４の対数：１００対
開口長：２０λ
反射器２２の対数：１０対
共振器：正規型
その他の条件はシミュレーションと同じであり説明を省略する。
【００３１】
比較例１および２についてＱ値を測定した。共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間のＱ値を平均すると以下となった。
比較例１のＱ値の平均：１０２７
比較例２のＱ値の平均：１２７１
以上のように、比較例２では比較例１に比べ、約２０％Ｑ値を向上できる。これは、図３のシミュレーションのように、比較例２は比較例１に比べ歪エネルギーが小さいためと考えられる。
【００３２】
電極指１４は、誘電体膜１５の成膜工程およびパッケージへ実装するときのリフロー工程において数１００℃の高温となる。また、弾性表面波共振器の動作時の発熱に曝される。このような高温により、金属膜１２ａと圧電基板１０との間の拡散が問題となる。
【００３３】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および比較例２における電極指と圧電基板との界面の模式図である。図４（ａ）に示すように、比較例１では、金属膜１２ａ内に圧電基板１０の原子が熱拡散した領域５０と圧電基板１０内にＴｉ原子が熱拡散した領域５２が形成される。領域５０および５２の全体の厚さは例えば数ｎｍである。領域５０および５２が形成されると、電極指１４が実質的に圧電基板１０に埋め込まれることなる。領域５０および５２により、圧電基板１０の表面における絶縁抵抗が実質的に低下する。これにより、弾性波デバイスが動作するときに、電極指１４間で絶縁破壊が生じ動作不良の原因となる場合がある。
【００３４】
図４（ｂ）に示すように、比較例２では膜厚が１ｎｍ以上の拡散領域はほとんど観察されない。電極指１４と圧電基板１０との界面と、電極指１４間の誘電体膜１５と圧電基板１０との界面は実質的に（例えば１ｎｍ程度の範囲では）同一平面である。よって、比較例１のような絶縁不良による動作不良は抑制される。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）のような界面はＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）を用い観察できる。
【００３５】
絶縁不良の影響を調査するため、比較例１および２の弾性表面波共振器に周波数が１７８０ＭＨｚの高周波信号を印加し、瞬時に破壊される瞬時破壊電力を測定した。比較例１では瞬時破壊電力は約０．４４Ｗであるのに対し、比較例２では約１．１０Ｗであった。比較例２では比較例１に比べ瞬時破壊電力が約２．５倍に向上している。このように、比較例２では、比較例１に比べ耐電力性能を向上できる。比較例２において耐電力性能を向上できる一因は図４（ｂ）のように、Ｒｕ原子の圧電基板１０への拡散がほとんどないためと考えられる。
【００３６】
［比較例３、４］
このように、比較例２では、比較例１に比べ瞬時破壊電力等の耐電力性が向上している。しかしながら、比較例２の耐電力性は十分ではない。以下に比較例２より耐電力性を向上させるため、金属膜１２ｂと１２ｃとの間に金属膜１２ｄを設けた比較例３について説明する。
【００３７】
図５は、比較例３および４における電極指付近の断面図である。図５に示すように、金属膜１２ｂと１２ｃとの間に金属膜１２ｄが設けられている。金属膜１２ｄは、耐電力性を向上させるための膜である。その他の構成は比較例２と同じであり説明を省略する。
【００３８】
比較例３および４の弾性表面波共振器を作製した。作製条件は以下である。
金属膜１２ａ：膜厚が１０ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が１２５ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｄ：膜厚が１０ｎｍのＲｕ膜（比較例３）、Ｔｉ膜（比較例４）
金属膜１２ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜１５：電極指１４間における膜厚が５９３ｎｍの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例２と同じである。
【００３９】
作製した比較例２および３のＱ値を測定した。共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間のＱ値を平均すると以下となった。
比較例２のＱ値の平均：１２７１
比較例３のＱ値の平均：１２５５
以上のように、比較例３は比較例２と同程度のＱ値である。これは、比較例２と３とで歪エネルギーが同程度のためと考えられる。
【００４０】
次に、弾性表面波共振器に周波数が１７８０ＭＨｚの高周波信号を印加し、破壊される時間を耐電力寿命とした。印加する高周波信号のパワー（入力パワー）は２９ｄＢｍである。
【００４１】
図６は、比較例２から４における耐電力寿命を示す図である。図６に示すように、Ｒｕ膜の金属膜１２ｄを設けた比較例３は金属膜１２ｄを設けない比較例２より耐電力寿命が長い。しかし、金属膜１２ｄをＴｉ膜とした比較例４は比較例２より耐電力寿命が短い。
【００４２】
以上のように、金属膜１２ｂ上にＲｕ膜である金属膜１２ｄを設けることで耐電力性が向上する理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。
【００４３】
耐電力性が低い原因は、例えばストレスマイグレーション等により金属膜１２ｂ内のＣｕ原子が移動し隣接する電極指同士が短絡するためと考えられる。表１は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｉｒ（イリジウム）における融点、Ｃｕとの格子不整合、標準電極電位およびヤング率を示す表である。格子不整合は、Ｃｕの格子定数と対象となる金属の格子定数との差をＣｕの格子定数で除したものである。
【表１】
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【００４４】
表１のように、Ｔｉ、ＣｒおよびＲｕで比較すると、融点は、Ｔｉが最も低く、ＣｒおよびＲｕの順である。これは図６の耐電力性の比較例４、比較例２および比較例３の順と同じである。融点が高いほど原子同士の結合エネルギーが高く原子の拡散が抑制され熱力学的に安定になると考えられる。これにより、異種元素間の相互拡散を抑制する拡散防性（バリア性）が高い。このため、金属膜１２ｂ上に高融点金属を主成分とする金属膜１２ｄを設けると、Ｃｕのマイグレーションが抑制され耐電力性が向上すると考えられる。これにより、図６のように、比較例３の耐電力性が向上したと考えられる。
【００４５】
また、イオン化傾向を示す標準電極電位が高いと金属膜１２ｄを成膜するときに金属膜１２ｄ内に酸素等の不純物を取り込みにくい。これにより、金属膜１２ｄ内に欠陥が生じにくい。さらに、格子不整合が小さいと、金属膜１２ｂと１２ｄとの界面の密着性が向上する。これにより、金属膜１２ｂと１２ｄとの界面における原子の拡散が抑制される。これらにより、Ｃｕのマイグレーションが抑制される。
【００４６】
表１のように、格子不整合はＴｉが最も大きく、ＣｒおよびＲｕの順である。また、標準電極電位はＴｉが最も小さく、ＣｒおよびＲｕの順である。これにより、金属膜１２ｄをＲｕ膜とすると、Ｃｕのマイグレーションが抑制され、耐電力性が向上すると考えられる。
【００４７】
Ｃｒより融点が高く、格子不整合が小さくかつ標準電極電位が高い金属として、表１のようにＲｕ以外にＲｈ、ＲｅおよびＩｒがある。これらの金属はヤング率が３００ＧＰａ以上であり、歪エネルギーが小さく、Ｑ値も高くなると考えられる。
【００４８】
しかし、比較例３の耐電力性能が十分ではない。以下に耐電力性能をより向上させた実施例について説明する。
【実施例１】
【００４９】
実施例１としてサンプルＡおよびＢを作製した。図７（ａ）および図７（ｂ）は、サンプルＡおよびＢにおける電極指付近の断面図である。図７（ａ）に示すように、サンプルＡでは、金属膜１２ｂ内に１層の金属膜１２ｅが挿入されている。サンプルＢでは、金属膜１２ｂ内に２層の金属膜１２ｅが挿入されている。金属膜１２ｅは、耐電力性を向上させるための膜である。その他の構成は比較例２と同じであり説明を省略する。
【００５０】
サンプルＡおよびＢの作製条件は以下である。
サンプルＡ
金属膜１２ａ：膜厚が１０ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が６３ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｅ：膜厚が１０ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が６３ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜１５：電極指１４間における膜厚が５９３ｎｍの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例２と同じである。
【００５１】
サンプルＢ
金属膜１２ａ：膜厚が１０ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が４２ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｅ：膜厚が５ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が４２ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｅ：膜厚が５ｎｍのＲｕ膜
金属膜１２ｂ：膜厚が４２ｎｍのＣｕ膜
金属膜１２ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜１５：電極指１４間における膜厚が５９３ｎｍの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例２と同じである。
【００５２】
［実施例１の製造方法］
図８（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、圧電基板１０上にフォトレジスト４０を塗布する。その後ベークする。フォトレジスト４０は例えばポジ型である。図８（ｂ）に示すように、フォトマスク４２を介しフォトレジスト４０に露光光４３を照射する。フォトレジスト４０内の領域４０ａが感光する。図８（ｃ）に示すように、フォトレジスト４０を現像することで領域４０ａが除去され開口４１が形成される。図８（ｄ）に示すように、真空蒸着法を用い、開口４１内の圧電基板１０上およびフォトレジスト４０上に金属膜１２を形成する。
【００５３】
図９（ａ）に示すように、フォトレジスト４０を除去することでフォトレジスト４０上の金属膜１２をリフトオフする。これにより、圧電基板１０上に金属膜１２が形成される。図９（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜１２を覆うように誘電体膜１５を形成する。誘電体膜１５は例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタリング法を用いる。図９（ｃ）に示すように、誘電体膜１５の上面を平坦化する。平坦化には例えばＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いる。
【００５４】
図１０は、サンプルＢにおける電極指の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である。図１０に示すように、圧電基板１０側から電極指１４として金属膜１２ａ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｂおよび１２ｃが積層されている。電極指１４は誘電体膜１５に覆われている。
【００５５】
最も圧電基板１０側の１層目の金属膜１２ｂの側面は傾斜している。１層目の金属膜１２ｅは１層目の金属膜１２ｂの側面を覆うように設けられている。２層目の金属膜１２ｂは１層目の金属膜１２ｅを覆うように設けられている。２層目の金属膜１２ｅは２層目の金属膜１２ｂの側面を覆うように設けられている。３層目の金属膜１２ｂは２層目の金属膜１２ｅを覆うように設けられている。
【００５６】
金属膜１２ａ、１層目から３層目の金属膜１２ｂの側面の圧電基板１０の上面に対する角度は、それぞれ１３°、５５°、６５°および７０°である。このように、金属膜１２ｂの側面の内角は、上の層に行くに従い大きくなる。これにより、金属膜１２ｅは下の金属膜１２ｂの側面を覆うことができる。
【００５７】
図８（ｄ）における金属膜１２の蒸着条件を適切に選択することで、図１０のような構造を実現できる。真空蒸着法では原理的には金属原子の飛来方向は蒸着ソースの方向である。このような条件では下の金属膜１２ｂの側面を金属膜１２ｅが覆うことは難しい。例えば、蒸着レートを高くすると真空蒸着装置のチャンバ内の蒸着用ソース付近の真空度が悪くなる。これにより、金属原子が散乱されやすくなり、図８（ｄ）の矢印４４のように原子は複数の方向から飛来する。よって、金属膜１２ｂの側面は傾斜面となり、金属膜１２ｅは金属膜１２ｂの側面を覆いやすくなる。
【００５８】
作製したサンプルＡおよびＢのＱ値を測定した。図１１は、サンプルＡ、Ｂおよび比較例２における周波数に対するＱ値を示す図である。図１１に示すように、サンプルＡおよびＢは比較例２と同程度のＱ値である。共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間のＱ値を平均すると以下となった。
サンプルＡのＱ値の平均：１２９１
サンプルＢのＱ値の平均：１３７３
比較例２のＱ値の平均：１２８２
以上のように、サンプルＡおよびＢは比較例２と同程度のＱ値である。これは、サンプルＡおよびＢと比較例２とで歪エネルギーが同程度のためと考えられる。
【００５９】
サンプルＡおよびＢの耐電力寿命を測定した。弾性表面波共振器に周波数が１７８０ＭＨｚの高周波信号を印加し、破壊される時間を耐電力寿命とした。印加する高周波信号のパワーに対する耐電力寿命を測定した。なお、耐電力寿命を測定した弾性表面波共振器の開口長は３０λである。
【００６０】
図１２は、サンプルＡ、Ｂ、比較例２および３における入力パワーに対する耐電力寿命を示す図である。ドットは測定点、直線は近似直線である。図１２に示すように、比較例３は比較例２より耐電力寿命が長い。サンプルＡは比較例３よりさらに耐電力寿命が長い。サンプルＢはサンプルＡよりさらに耐電力寿命が長い。
【００６１】
以上のように、金属膜１２ｂにＲｕ膜である金属膜１２ｅを挿入することで耐電力性が向上する理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。
【００６２】
金属膜１２ｅは、金属膜１２ｂより融点が高い。例えばＣｕの融点は１０８５℃であり、Ｒｕの融点は表１のように２３３４℃である。融点の高い金属は相互拡散のバリア性が高い。図１０のように、下層の金属膜１２ｂの側面および上面を金属膜１２ｅが覆っている。これにより、金属膜１２ｂの原子Ｃｕのマイグレーションが抑制され耐電力性能が向上したと考えられる。金属膜１２ｅの層数を増やすと、金属膜１２ｅが覆う金属膜１２ｂが薄くなる。よって、Ｃｕのマイグレーションをより抑制できるものと考えられる。
【００６３】
金属膜１２ｅの材料としては、表１のように、標準電極電位が高い金属、および／または金属膜１２ｂと格子不整合が小さい金属であることが好ましい。これにより、Ｃｕのマイグレーションが抑制されると考えられる。また、金属膜１２ｅの材料は、ヤング率が大きい金属が好ましい。例えばヤング率が３００ＧＰａ以上であることが好ましい。これにより、電極指１４の歪エネルギーが小さくなり、Ｑ値が高くなると考えられる。
【００６４】
図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、サンプルＢの電極指の断面図である。図１３（ａ）に示すように、金属膜１２ｅは下層の金属膜１２ｂの側面５４を覆っていない。このような構造では、金属膜１２ｂの原子の横方向（例えば誘電体膜１５内）へのマイグレーションを抑制できない。よって、耐電力性能の向上は小さいと考えられる。
【００６５】
図１３（ｂ）に示すように、金属膜１２ｅは下層の金属膜１２ｂの側面の一部の領域５６を覆っている。これにより、金属膜１２ｂの原子の横方向のマイグレーションを抑制できる。よって、耐電力性能が向上する。図１３（ｃ）に示すように、金属膜１２ｅは下層の金属膜１２ｂの側面の少なくとも一部の領域５６を覆っている。最も下の金属膜１２ｂの側面の全ての領域５６は金属膜１２ｅに覆われている。これにより、金属膜１２ｂの原子の横方向のマイグレーションをより抑制できる。よって、耐電力性能がより向上する。
【００６６】
金属膜１２ｅが金属膜１２ｂの側面の少なくとも一部を覆う構造は、真空蒸着の条件を適正に選択することにより実現できる。また、この構造はスパッタリング法を用いて実現してもよい。
【００６７】
金属膜１２ａは、金属膜１２ｂの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。比較例１と比較例２との比較のように、Ｔｉ膜よりＲｕ膜が好ましい。表１の考察より、金属膜１２ａはＣｒを主成分とする、またはＣｒより融点が高く、標準電極電位がＣｒより高く、金属膜１２ｂとの格子不整合がＣｒより小さく、および／またはヤング率が３００ＧＰａ以上の金属を主成分とすることが好ましい。
【００６８】
金属膜１２ｂは、主に電流の流れる層であり、金属膜１２ａ、１２ｃおよび１２ｅより電気抵抗率が低いことが好ましい。このため、金属膜１２ｂはＣｕまたはＡｌを主成分とすることが好ましい。金属膜１２ｂは、ＡｌおよびＣｕ以外にマイグレーションを抑制する元素を含んでもよい。金属膜１２ｂがＣｕを主成分とする場合、金属膜１２ｂは、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｎ（錫）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔａ（タンタル）、ＴｉおよびＭｏの少なくとも１つを含有してもよい。金属膜１２ｂの膜厚は、金属膜１２ａ、１２ｃおよび１２ｅの各々の膜厚より厚いことが好ましく、２倍以上厚いことがより好ましく、３倍以上厚いことがさらに好ましい。
【００６９】
金属膜１２ｅは、金属膜１２ｂの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。表１の考察より、金属膜１２ｅはＣｒを主成分とする、またはＣｒより融点が高く、標準電極電位がＣｒより高く、金属膜１２ｂとの格子不整合がＣｒより小さく、および／またはヤング率が３００ＧＰａ以上の金属を主成分とすることが好ましい。以上の観点から、金属膜１２ｅとしては、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｗ、ＭｏおよびＩｒの少なくとも１つを主成分とすることが好ましい。
【００７０】
金属膜１２ｃは、金属膜１２ｂの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。表１の考察より、金属膜１２ｅはＣｒを主成分とする、またはＣｒより融点が高く、標準電極電位がＣｒより高く、金属膜１２ｂとの格子不整合がＣｒより小さく、および／またはヤング率が３００ＧＰａ以上の金属を主成分とすることが好ましい。
【００７１】
さらに、金属膜１２ｃは、電極指１４以外の領域において、誘電体膜１５をエッチングするときのエッチングストッパである。この観点から金属膜１２ｃはバッファード弗酸等の酸性のエッチング液に対し不溶であればよい。金属膜１２ｃは、例えばＲｕ膜、Ｐｔ（白金）膜、Ｒｈ膜、Ａｕ（金）膜、Ａｇ（銀）膜およびＭｏ（モリブデン）膜等でもよい。また、抵抗値が低ければ、これらの膜の一部が酸化していてもよい。金属膜１２ｃは設けられてなくてもよい。
【００７２】
金属膜１２ａと圧電基板１０との密着性を向上させるため、金属膜１２ａと圧電基板１０との間に、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜またはＴｉ膜等の密着膜が設けられていてもよい。図５（ａ）のような拡散を抑制するため、密着膜は金属膜１２ａより薄いことが好ましい。金属膜１２ａは設けられていなくてもよい。
【００７３】
実施例１によれば、金属膜１２ｂ（第１金属膜）は、圧電基板１０上に設けられ圧電基板１０に向かって幅が広くなるような傾斜面を有している。金属膜１２ｅ（第２金属膜）は、金属膜１２ｂの傾斜面の少なくとも一部を覆うように金属膜１２ｂ上に接して設けられている。金属膜１２ｂ（第３金属膜）は、金属膜１２ｅの傾斜面を覆うように金属膜１２ｅ上に接して設けられている。金属膜１２ｅの主成分の金属（第２金属）は、金属膜１２ｂの主成分の金属（第１金属）より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力を向上できる。
【００７４】
金属膜１２ｅの主成分の金属はＣｒまたはＣｒより融点の高い金属である。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。金属膜１２ｂの主成分の金属はＣｕまたはＡｌである。これにより、電極指の抵抗を低くできる。なお、ある元素を主成分とするとは、実施例１の効果が得られる程度にある元素を含む意味である。例えばある元素が５０原子％以上（または例えば９０原子％以上）含まれることである。
【００７５】
電極指１４は、最も上の金属膜１２ｂ上に設けられた金属膜１２ｃ（第４金属膜）を有する。金属膜１２ｃの主成分の金属（第３金属）は、金属膜１２ｂの主成分の金属より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。
【００７６】
電極指１４は、圧電基板１０と最も下の金属膜１２ｂとの間に設けられた金属膜１２ａ（第５金属膜）を有する。金属膜１２ａの主成分の金属（第４金属）は、金属膜１２ｂの主成分の金属より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。
【００７７】
誘電体膜１５は、複数の電極指１４の側面と接する。このように、誘電体膜１５を設けられている場合、電極指１４から誘電体膜１５への金属膜１２ｂの金属のマイグレーションが生じやすい。よって、金属膜１２ｅを設けることで、金属膜１２ｂから誘電体膜１５への金属のマイグレーションを抑制できる。また、誘電体膜１５は、圧電基板１０上に複数の電極指１４を覆い複数の電極指１４より厚い。このように、電極指１４が誘電体膜１５に埋め込まれている場合、電極指１４の音響インピーダンスを高くするため、金属膜１２ｂをＣｕを主成分とすることが好ましい。誘電体膜１５としては、酸化シリコンおよび窒化シリコンの少なくとも１つを主成分とする。酸化シリコンまたは窒化シリコンは弗素等の元素を含んでもよい。
【００７８】
圧電基板１０がニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板のときに、誘電体膜１５を酸化シリコン膜または弗素を添加した酸化シリコン膜とする。これにより、弾性波デバイスの周波数温度係数を０に近づけることができる。
【００７９】
回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板では、回転Ｙカット角が１２７．８６°のときレイリー波の電気機械結合係数が最大となる。Ｃａｍｐｂｅｌｌ＆Ｊｏｎｅｓ法を用いシミュレーションすると、回転Ｙカット角が１２０°から１４０°の範囲では、レイリー波の電気機械結合係数がリーキー波の電気機械結合係数より大きくなる。よって、レイリー波を主モードとし、リーキー波を不要波とする場合、回転Ｙカット角は１２０°以上かつ１４０°以下が好ましい。電気機械結合係数が最大となる回転Ｙカット角１２７．８６°に対し製造上のばらつきを考慮し、回転Ｙカット角は１２６°以上かつ１３０°以下がより好ましい。
【００８０】
また、回転Ｙカット角が０°のときリーキー波の電気機械結合係数が最大となる。回転Ｙカット角が−１０°から１０°の範囲では、リーキー波の電気機械結合係数がレイリー波の電気機械結合係数より大きくなる。よって、リーキー波を主モードとし、レイリー波を不要波とする場合、回転Ｙカット角は−１０°以上かつ１０°以下が好ましい。製造上のばらつきを考慮し、回転Ｙカット角は−３°以上かつ３°以下がより好ましい。
【００８１】
回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板では、回転Ｙカット角が２０°より小さいと電気機械結合係数が小さくなる。回転Ｙカット角が４８°より大きいと、周波数の温度係数が大きくなる。よって、回転Ｙカット角は２０°以上かつ４８°以下が好ましい。
【００８２】
圧電基板１０はニオブ酸リチウム基板であり、誘電体膜１５は酸化シリコン膜であることが好ましい。これにより、電極指１４内の歪エネルギーを小さくでき、損失を抑制できる。
【実施例２】
【００８３】
実施例２は、実施例１に係る弾性表面波共振器を有するフィルタの例である。図１４（ａ）は、実施例２に係るフィルタの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に弾性表面波共振器２４、配線２６、パッド２７が設けられている。弾性表面波共振器２４および配線２６を覆うように誘電体膜１５が設けられている。パッド２７上の誘電体膜１５に開口（不図示）が形成され、開口内にバンプ２８が設けられている。弾性表面波共振器２４は、ＩＤＴ２０および反射器２２を備えている。
【００８４】
複数の弾性表面波共振器２４は、直列共振器Ｓ１からＳ３および並列共振器Ｐ１およびＰ２を含む。バンプ２８は、端子Ｔ１、Ｔ２およびＴｇを含む。端子Ｔ１は、高周波信号が入力する入力端子に対応する。端子Ｔ２は、高周波信号が出力する出力端子に対応する。端子Ｔｇはグランド電位が供給されるグランド端子に対応する。端子Ｔ１とＴ２との間に、直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続され、並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。
【００８５】
実施例２のように、実施例１の弾性表面波共振器をフィルタの少なくとも１つの共振器に用いる。これにより、フィルタの特性を向上できる。ラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。実施例１の弾性表面波共振器は多重モードフィルタに用いてもよい。
【００８６】
図１５は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１５に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ６０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ６２が接続されている。送信フィルタ６０は送信端子Ｔｘから入力した高周波信号のうち送信帯域の信号を共通端子Ａｎｔに通過させ、他の信号を抑圧する。受信フィルタ６２は、共通端子Ａｎｔに入力した高周波信号のうち受信帯域の信号を通過させ、他の信号を抑圧する。
【００８７】
送信フィルタ６０および受信フィルタ６２の少なくとも一方に実施例２のフィルタを用いることができる。マルチプレクサとしてデュプレクサの例を説明したが、トリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
【００８８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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。
【符号の説明】
【００８９】
１０  圧電基板
１２、１２ａ−１２ｅ  金属膜
１４  電極指
１５  誘電体膜
２０  ＩＤＴ
２２  反射器
２４  弾性表面波共振器
６０  送信フィルタ
６２  受信フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019022093.tif 000009
【図７】
2019022093.tif 000010
【図８】
2019022093.tif 000011
【図９】
2019022093.tif 000012
【図１０】
2019022093.tif 000013
【図１１】
2019022093.tif 000014
【図１２】
2019022093.tif 000015
【図１３】
2019022093.tif 000016
【図１４】
2019022093.tif 000017
【図１５】
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