(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転Ｙカット角が１２０°以上かつ１４０°以下の回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する櫛型電極と、
前記圧電基板上に、前記櫛型電極を覆うように設けられ、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）およびフッ素（Ｆ）の合計濃度は３．５原子％以下であり、アルゴン（Ａｒ）の濃度は０．１原子％以下であり、炭素の濃度は０．３原子％以上かつ１原子％以下であり、水素の濃度は１原子％以上かつ２原子％以下であり、前記櫛型電極の電極指上の膜厚は、前記櫛型電極の電極指の膜厚以上である酸化シリコン膜と、
を具備する弾性波デバイス。
【請求項２】
前記圧電基板と前記酸化シリコン膜との間に、前記櫛型電極を覆うように形成された誘電体膜を具備する請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記圧電基板は、前記櫛型電極下に、前記櫛型電極の少なくとも一部の元素が拡散した領域を有する請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記櫛型電極は、前記圧電基板上に設けられたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に設けられたＣｕ膜と、を備え、
前記櫛型電極の少なくとも一部の元素はＴｉである請求項３記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記櫛型電極を含むフィルタを具備する請求項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】
前記フィルタは、それぞれが前記櫛型電極を含む複数の共振器を含み、
前記酸化シリコン膜は、前記複数の共振器にそれぞれ含まれる前記櫛型電極を共通に覆う請求項５記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
回転Ｙカット角が１２０°以上かつ１４０°以下の回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板上に、弾性波を励振する櫛型電極を形成する工程と、
前記圧電基板上に、前記櫛型電極を覆うように、ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い前記櫛型電極の電極指上の膜厚が前記電極指の膜厚以上である酸化シリコン膜を形成する工程と、
を含み、
前記酸化シリコン膜内の炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）およびフッ素（Ｆ）の合計濃度は３．５原子％以下であり、アルゴン（Ａｒ）の濃度は０．１原子％以下であり、炭素の濃度は０．３原子％以上かつ１原子％以下であり、水素の濃度は１原子％以上かつ２原子％以下である弾性波デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記酸化シリコン膜を形成する工程において、搬送ガスを用いない請求項７記載の弾性波デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法に関し、例えば櫛型電極を覆うように設けられた酸化シリコン膜を備える弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンや携帯電話に代表される移動体通信機器の高性能化が進んでいる。通信の大容量化および高速化に対応するため通信規格が高度化している。無線通信用の周波数バンドにおいて、送信バンドと受信バンドとの間のギャップが狭くなり、近傍バンドとの干渉に対する要求も厳しくなってきている。これらにともない、フィルタやデュプレクサには、より高性能な特性が求められている。例えば、広い通過帯域を有し、かつ狭いバンド間ギャップのデュプレクサを実現するには、低損失で電気機械結合係数が大きく、かつ周波数温度依存性（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）が０に近い温度特性の優れた弾性波デバイスが求められている。
【０００３】
特許文献１には、櫛型電極を覆うように元素がドープされた酸化シリコン膜を形成することが記載されている。特許文献２および３には、櫛型電極を覆うようにスパッタリング法を用い酸化シリコン膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５５３７１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０１１６８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
櫛型電極を覆うように酸化シリコン膜を設けることでＴＣＦを０に近づけ、温度特性を改善することができる。しかしながら、特許文献１から３には、温度特性がよく、かつ共振器のＱ値および電気機械結合係数ｋ２等の特性を向上させることについては記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、温度特性がよく、かつ共振特性のよい弾性波デバイス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、回転Ｙカット角が１２０°以上かつ１４０°以下の回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する櫛型電極と、前記圧電基板上に、前記櫛型電極を覆うように設けられ、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）およびフッ素（Ｆ）の合計濃度は３．５原子％以下であり、アルゴン（Ａｒ）の濃度は０．１原子％以下であり、炭素の濃度は０．３原子％以上かつ１原子％以下であり、水素の濃度は１原子％以上かつ２原子％以下であり、前記櫛型電極の電極指上の膜厚は、前記櫛型電極の電極指の膜厚以上である酸化シリコン膜と、を具備する弾性波デバイスである。
【００１２】
上記構成において前記圧電基板と前記酸化シリコン膜との間に、前記櫛型電極を覆うように形成された誘電体膜を具備する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記圧電基板は、前記櫛型電極下に、前記櫛型電極の少なくとも一部の元素が拡散した領域を有する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記櫛型電極は、前記圧電基板上に設けられたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に設けられたＣｕ膜とを備え、前記櫛型電極の少なくとも一部の元素はＴｉである構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記櫛型電極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、前記フィルタは、それぞれが前記櫛型電極を含む複数の共振器を含み、前記酸化シリコン膜は、前記複数の共振器にそれぞれ含まれる前記櫛型電極を共通に覆う構成とすることができる。
【００１８】
本発明は、回転Ｙカット角が１２０°以上かつ１４０°以下の回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板上に、弾性波を励振する櫛型電極を形成する工程と、前記圧電基板上に、前記櫛型電極を覆うように、ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い前記櫛型電極の電極指上の膜厚が前記電極指の膜厚以上である酸化シリコン膜を形成する工程と、を含み、前記酸化シリコン膜内の炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）およびフッ素（Ｆ）の合計濃度は３．５原子％以下であり、アルゴン（Ａｒ）の濃度は０．１原子％以下であり、炭素の濃度は０．３原子％以上かつ１原子％以下であり、水素の濃度は１原子％以上かつ２原子％以下である弾性波デバイスの製造方法である。
【００１９】
上記構成において、前記酸化シリコン膜を形成する工程において、搬送ガスを用いない構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、温度特性がよく、かつ共振特性のよい弾性波デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）は、比較例および実施例に係る弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、シミュレーションに用いた構造を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ共振周波数および反共振周波数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、それぞれ共振周波数および反共振周波数における深さに対する変位を示す図である。
【図５】図５は、実験において作製したサンプルの平面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、実験に用いたサンプルの作製方法を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、サンプルＡからＥの酸化シリコン膜の成膜条件を示す図、図７（ｂ）は、サンプルＡからＥの酸化シリコン膜内の不純物濃度を示す図、図７（ｃ）は、サンプルＡからＥのＱ値、電気機械結合係数およびＴＣＦを示す図である。
【図８】図８（ａ）は、サンプルに対するＱａｖｅおよびｋ２を示す図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、サンプルに対するそれぞれ反共振周波数および共振周波数におけるＴＣＦを示す図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、不純物合計の濃度に対するＱａｖｅ、ｋ２およびＴＣＦを示す図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、作製したサンプルの不純物濃度、Ｃ濃度およびＨ濃度に対するＱａｖｅを示す図である。
【図１１】図１１は、ＴＥＯＳと酸素ガスの流量比に対するＱａｖｅを示す図である。
【図１２】図１２は、作製したサンプルの金属膜付近の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１４は、実施例２の変形例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】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
まず、比較例および実施例に係る弾性波共振器の構造の一例について説明する。図１（ａ）は、比較例および実施例に係る弾性波共振器の平面図、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、１ポート共振器では、圧電基板１０上にＩＤＴ３０および反射器３２が形成されている。圧電基板１０は、例えばニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板である。ＩＤＴ３０および反射器３２は、圧電基板１０に形成された金属膜２０により形成される。金属膜２０は例えばＣｕ（銅）膜またはＡｌ（アルミニウム）膜である。ＩＤＴ３０は、対向する一対の櫛型電極１６を備える。櫛型電極１６は、複数の電極指１２と、複数の電極指１２が接続されたバスバー１４を備える。一対の櫛型電極１６は、電極指１２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上に櫛型電極１６を覆うように酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜２２が設けられている。櫛型電極１６が励振した弾性波は電極指１２の配列方向に伝搬する。弾性波は反射器３２により反射される。櫛型電極１６における電極指１２のピッチが櫛型電極１６が励振する弾性波の波長λにほぼ相当する。
【００２４】
酸化シリコン膜２２のＴＣＦは、圧電基板１０のＴＣＦと逆符号である。このため、圧電基板１０上に酸化シリコン膜２２を設けることにより、弾性波共振器のＴＣＦの絶対値が小さくなる。このように、酸化シリコン膜２２は温度補償膜として機能する。また、酸化シリコン膜２２の弾性波は圧電基板１０に励振される弾性表面波より遅い。これにより、弾性波が酸化シリコン膜２２および圧電基板１０に閉じ込められる。酸化シリコン膜２２の膜厚を調整することにより、弾性波共振器の共振周波数等を調整することもできる。このように、酸化シリコン膜２２は周波数調整膜として用いることもできる。
【００２５】
圧電基板１０および酸化シリコン膜２２内の弾性波の歪エネルギーおよび弾性波による変位についてシミュレーションした。図２は、シミュレーションに用いた構造を示す断面図である。図２に示すように、金属膜２０は、圧電基板１０上に形成された第１膜２０ａと第１膜２０ａ上に形成された第２膜２０ｂ、第２膜２０ｂ上に形成された第３膜２０ｃとを有する。第１膜２０ａは第２膜２０ｂの元素が圧電基板１０内に拡散することを抑制する拡散防止膜である。第３膜２０ｃは酸化シリコン膜２２をエッチングして窓空けして電気接続する工程におけるエッチングストップ層である。金属膜２０を覆うように誘電体膜２４が形成されている。誘電体膜２４上に酸化シリコン膜２２が形成されている。
【００２６】
シミュレーションに用いた条件は以下である。
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
ピッチλ：３．８４μｍ
第１膜２０ａ：膜厚が７８ｎｍのＴｉ（チタン）膜
第２膜２０ｂ：膜厚が２３０ｎｍのＣｕ膜
第３膜２０ｃ：膜厚が９ｎｍのＣｒ（クロム）膜
誘電体膜２４：膜厚が２０ｎｍの窒化シリコン膜
酸化シリコン膜２２：電極指間での膜厚が１２００ｎｍ
【００２７】
図２の破線５０のように、電極指１２の中央、図２の破線５２のように、電極指１２の間の中央、電極指１２の端から電極指１２側にλ／１２８の位置、それぞれについて深さ方向の歪エネルギーおよび変位をシミュレーションした。歪エネルギーおよび変位は共振周波数および反共振周波数においてシミュレーションした。
【００２８】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ共振周波数および反共振周波数における深さに対する歪エネルギーを示す図である。圧電基板１０の表面の深さを０とし、圧電基板１０内の深さを負とし、酸化シリコン膜２２内の深さを正としている。また、深さをピッチλで規格化している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、圧電基板１０内だけでなく、酸化シリコン膜２２内に歪エネルギーが分布する。電極指中央および電極指端近傍では、圧電基板１０と酸化シリコン膜２２との界面付近と、酸化シリコン膜の表面付近と、において歪エネルギーが大きくなる。電極指間では、圧電基板１０の表面付近の歪エネルギーが最も大きい。
【００２９】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ共振周波数および反共振周波数における深さに対する変位を示す図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、圧電基板１０内より、酸化シリコン膜２２内の変位が大きい。電極指中央および電極指端近傍では、圧電基板１０内から酸化シリコン膜２２の表面にかけて変位が単調に大きくなり、酸化シリコン膜２２の表面付近の変位が最も大きい。電極指間では、圧電基板１０の表面付近の変位は小さく、酸化シリコン膜２２の表面の変位が最も大きい。
【００３０】
［実験１］
以上のように、櫛型電極１６上に酸化シリコン膜２２を設けた弾性波デバイスにおいては、酸化シリコン膜２２内の歪エネルギーが大きく、また、酸化シリコン膜２２内の変位は圧電基板１０内より大きい。このため、酸化シリコン膜２２の膜質が弾性波デバイスの特性に大きく影響することが考えられる。そこで、実験１として、酸化シリコン膜２２の成膜方法を変え、弾性波共振器のＱ値、電気機械結合係数ｋ２およびＴＣＦを測定した。酸化シリコン膜２２の成膜方法としては、主にＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）−ＰＥ（Plasma Enhanced）−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用いることで、電極指１２の幅および電極指１２の間の幅が各々２μｍ以下の微細な構造においても、電極指１２間を酸化シリコン膜２２で埋め込むことができる。よって、酸化シリコン膜２２の上面の平坦性を高めることができる。
【００３１】
図５は、実験において作製したサンプルの平面図である。図５に示すように、作製した１ポート共振器はアポダイズ型共振器である。櫛型電極１６は、電極指１２、ダミー電極指１３およびバスバー１４を備えている。一方の櫛型電極１６の電極指１２は、弾性波の伝搬方向に直交する方向において、他方の櫛型電極１６のダミー電極指１３と対向している。電極指１２の交差する長さ（開口長）は、弾性波の伝搬方向において、ＡｒｃＣｏｓで変調されている。その他の構成は、図１（ａ）の平面図および図１（ｂ）の断面図と同じであり説明を省略する。
【００３２】
作製したサンプルの条件は以下である。
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
対数：５５対
ピッチλ：３．８４μｍ
最大開口長：３５λ
第１膜２０ａ：膜厚が２５ｎｍのＴｉ膜
第２膜２０ｂ：膜厚が２３８ｎｍのＣｕ膜
第３膜２０ｃ：膜厚が１０ｎｍのＣｒ膜
誘電体膜２４：膜厚が２０ｎｍの窒化シリコン膜
酸化シリコン膜２２：電極指間での膜厚が１０６０ｎｍ
【００３３】
図６（ａ）から図６（ｃ）は、実験に用いたサンプルの作製方法を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、圧電基板１０上に第１膜２０ａ、第２膜２０ｂおよび第３膜（不図示）を形成する。図６（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に、金属膜２０を覆うように、スパッタリング法を用い誘電体膜２４を形成する。誘電体膜２４は、蒸着法またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用い成膜することもできる。また、図６（ｃ）に示すように、誘電体膜２４上に酸化シリコン膜２２を形成する。
【００３４】
図７（ａ）は、サンプルＡからＥの酸化シリコン膜の成膜条件を示す図、図７（ｂ）は、サンプルＡからＥの酸化シリコン膜内の不純物濃度を示す図、図７（ｃ）は、サンプルＡからＥのＱ値、電気機械結合係数およびＴＣＦを示す図である。図７（ａ）に示すように、サンプルＡの酸化シリコン膜２２は、ターゲットをシリコン（Ｓｉ）、スパッタガスを酸素（Ｏ２）ガスおよびＡｒ（アルゴン）としたバイアススパッタ法を用い成膜した。酸化シリコン膜２２の上面の平坦性が向上させるため、酸化シリコン膜のスパッタと、酸化シリコン膜のエッチバックを交互に繰り返した。ターゲットを酸化シリコン、スパッタガスをＡｒ（アルゴン）とすることもできる。
【００３５】
サンプルＢからＥは、ＴＥＯＳ法を用いて成膜した。成膜温度は、良好な膜質を得るため約３００℃である。成膜温度が３００℃と高温であっても、金属膜２０が誘電体膜２４で覆われているため、金属膜２０内の原子の酸化シリコン膜２２への拡散および／または酸化シリコン膜の成膜雰囲気と金属膜２０との化学反応を抑制できる。
【００３６】
サンプルＢの成膜条件は条件Ｂとした。条件Ｂでは、搬送ガス（キャリアガス）を用いない方法で気化したＴＥＯＳガスと、酸素（Ｏ２）ガスを用い酸化シリコン膜２２を形成した。サンプルＣの成膜条件は搬送ガスとしてＡｒ（アルゴン）ガスを用いた。サンプルＤの成膜条件は搬送ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いた。サンプルＣおよびＤにおけるＴＥＯＳガスの流量は条件Ｂの１倍〜１．５倍である。サンプルＥの成膜条件は、ＴＥＯＳの流量を条件Ｂの１／２とした以外は条件Ｂと同じである。なお、搬送ガスは、ＴＥＯＳを蒸発させる機能もある。サンプルＢおよびＥは搬送ガスを用いない方式を用いている。サンプルＡ、ＣおよびＤは比較例に相当し、サンプルＢおよびＥは実施例１に相当する。
【００３７】
図７（ｂ）の各元素の濃度は二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）法を用いた。分析した元素は、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｈ（水素）、Ｎ（窒素）、Ｆ（弗素）およびＡｒである。測定装置はＰＨＩ  ＡＤＥＰＴ１０１０（登録商標）、一次イオン種はＣｓ＋、一次加速電圧は５．０ｋＶ、検出領域は６０μｍ×６０μｍである。ＳｉとＯ以外の元素は酸化シリコン膜２２の不純物である。図７（ｂ）におけるＨ、Ｃ、Ｎ、ＦおよびＡｒの項は、それぞれＨ、Ｎ、ＦおよびＡｒの原子濃度を示す。Ｈ＋Ｃ＋Ｎ＋Ｆ＋Ａｒの項は、これらの不純物の合計の原子濃度である。Ａｒにおける０．０４原子％はＡｒの検出限界以下を示す。検出限界は元素によって異なるが、Ａｒ以外の元素は検出限界より高い領域で分析を行った結果である。
【００３８】
図７（ｂ）に示すように、サンプルＡでは、不純物合計の濃度は低いもののＡｒの濃度が高い。サンプルＢでは、不純物合計の濃度は低く、Ａｒ濃度は検出限界以下である。サンプルＣでは、Ｈ濃度、Ｃ濃度、Ｆ濃度およびＡｒ濃度が高く、不純物合計の濃度も高い。サンプルＤでは、Ｈ濃度、Ｃ濃度およびＮ濃度が高く、不純物合計の濃度も高いが、Ａｒ濃度は検出限界以下である。サンプルでＥは、不純物合計の濃度が低く、Ａｒ濃度は検出限界以下である。以上のように、スパッタリング法を用い酸化シリコン膜２２を形成すると、Ａｒ濃度が高くなる。搬送ガスを用いたＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法では不純物の濃度が高くなる。搬送ガスに由来する不純物の濃度が高くなる。搬送ガスを用いないＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法では不純物の濃度が低い。
【００３９】
図８（ａ）は、サンプルに対するＱａｖｅおよびｋ２を示す図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、サンプルに対するそれぞれ反共振周波数および共振周波数におけるＴＣＦを示す図である。Ｑａｖｅは、共振周波数と反共振周波数の間のＱ値を平均化したものである。ＴＣＦは共振周波数と反共振周波数で絶対値で６〜１０ｐｐｍ／℃の差異がある。しかし、サンプル間での相対的な傾向はほとんど変わらない。このため、以降は、反共振周波数ｆａにおけるＴＣＦを代表して示す。図７（ｃ）、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、サンプルＡでは、Ｑ値は大きいものの、ｋ２は小さくＴＣＦも負に大きい。サンプルＣおよびＤでは、ｋ２およびＴＣＦはサンプルＡと同程度であり、Ｑ値はサンプルＡより低い。サンプルＢでは、ｋ２がサンプルＡより大きく、ＴＣＦがサンプルＡより０に近い（すなわち絶対値が小さい）が、Ｑ値はサンプルＡより小さい。サンプルＥでは、Ｑ値はサンプルＡと同程度であり、ｋ２がサンプルＡより大きく、ＴＣＦがサンプルＡより０に近い。
【００４０】
このように、不純物合計の濃度およびＡｒ濃度が低いサンプルＢおよびＥは、Ｑ値、ｋ２およびＴＣＦとも良好である。一方、サンプルＡは、不純物は低いもののＡｒ濃度が高い。このとき、Ｑ値は高いもののｋ２およびＴＣＦが悪い。
【００４１】
図９（ａ）から図９（ｃ）は、不純物合計の濃度に対するＱａｖｅ、ｋ２およびＴＣＦを示す図である。なお各図における破線は、サンプルＡを除いたサンプルの傾向を示す線である。図９(ａ)に示すように、不純物合計の濃度が低くなると、Ｑａｖｅが大きくなる。サンプルＡも同じ傾向である。図９（ｂ）に示すように、不純物濃度が低くなるとｋ２が大きくなる。サンプルＡは、この傾向から外れている。すなわち、サンプルＡは不純物濃度が低いがｋ２は小さい。図９（ｃ）に示すように、不純物濃度が低くなるとＴＣＦが０に近づく。サンプルＡは、この傾向から外れており、不純物濃度が低くてもＴＣＦは負に大きい。
【００４２】
以上のようにサンプルＡからＥから、不純物濃度とＱ値、ｋ２およびＴＣＦに相関がある。Ａｒ濃度が高いと、不純物濃度が小さくてもｋ２およびＴＣＦは悪いことがわかった。Ａｒ濃度は、他の不純物Ｃ、Ｈ、Ｎ等に比べ低い濃度でｋ２およびＴＣＦに影響する。スパッタリング法ではスパッタガスとしてＡｒを用いる。このため酸化シリコン膜内へのＡｒの吸蔵を抑制することが難しい。特に、酸化シリコン膜２２の上面の平坦性を高めるためバイアススパッタを用いると、酸化シリコン膜中のＡｒ濃度が大きくなる。
【００４３】
ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法は、オルトケイ酸テトラエチルをプラズマ中で分解し、酸化させてＳｉＯ２薄膜を成膜するものである。反応式は以下である。
Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４＋１２Ｏ２−＞ＳｉＯ２＋８ＣＯ２＋１０Ｈ２Ｏ
このように、反応過程で多数のＣおよびＨが生成される。よって、成膜条件によっては、ＣおよびＨのような不純物が酸化シリコン膜に取り込まれる。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用いた酸化シリコン膜はパッシベーション膜に用いられている。この用途では、絶縁性および耐吸水性の確保以外の膜質（膜の機能）を考慮することはない。
【００４４】
成膜レートを大きくして生産性を向上しようとすると、不純物の脱離（ＴＥＯＳの分解）、脱離した不純物の燃焼および排気が十分に行なわれず、不純物が酸化シリコン膜にとりこまれてしまう。これにより、酸化シリコン膜の不純物濃度が大きくなる。サンプルＢからＤでは、ＴＥＯＳの分解、生成された不純物の燃焼および排気が不十分だったため、Ｃ，Ｈ等の不純物が取り込まれたものと考えられる。この結果、Ｑ値等が劣化していると考えられる。
【００４５】
酸化シリコン膜内の不純物濃度を低くするためには、ＴＥＯＳの分解および燃焼が進む条件とすることが考えられる。例えば、ＴＥＯＳ流量を減少させることによりＴＥＯＳの供給量を減少させることができる。酸素ガスの流量を増やすことによりＴＥＯＳの燃焼を促進させることができる。プラズマのパワーを上げることによりＴＥＯＳの燃焼を促進させることができる。成膜温度を上げることによりＴＥＯＳの燃焼を促進させることができる。これらの少なくとも１つを用いることにより、ＴＥＯＳの分解および燃焼が進み、酸化シリコン膜内の不純物濃度が低くなる。
【００４６】
［実験２］
そこで、ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い様々な条件で酸化シリコン膜２２を形成した。搬送ガスを用いず、ＴＥＯＳの流量、酸素ガスの流量、成膜温度、およびプラズマを生成するための高周波数信号のパワーを変化させることにより、様々なサンプルを作製した。これらのサンプル中のＡｒ濃度は検出限界以下である。その他のサンプルの構成は実験１と同じであり説明を省略する。
【００４７】
実験１と同じ条件でＳＩＭＳ法を用い酸化シリコン膜中の不純物濃度を測定した。図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、作製したサンプルの不純物濃度、Ｃ濃度およびＨ濃度に対するＱａｖｅを示す図である。図１０（ａ）から図１０（ｃ）において、一点鎖線はＱ値の傾向を示す補助線、破線はＱ値のばらつきを示す補助線である。ある閾値濃度以下では、Ｑ値およびＱ値のばらつきは濃度によらず一定とし、ある閾値濃度以上では、これらの補助線を濃度に関する一次関数と仮定した。
【００４８】
図１０（ａ）に示すように、不純物（Ｈ、Ｃ、Ｎ、ＦおよびＡｒ）合計の濃度が３．５原子％以下では、Ｑａｖｅの最小値は約９７０であり、最大値は約１０２０であり、最小値と最大値の間の幅は約７０である。このようにＱ値は安定している。一方、不純物濃度が３．５原子％より大きくなると、Ｑａｖｅが劣化する。さらに、Ｑａｖｅのばらつきが大きくなる。例えば不純物濃度が６．５原子％付近では、Ｑａｖｅの最小値は約７５５であり、最大値は約８９５であり、最小値と最大値の幅は約１４０となる。このように、最小値と最大値の間の幅が、不純物濃度が３．５原子％以下の場合より２倍となる。
【００４９】
図１０（ｂ）に示すように、Ｃ濃度が１．０原子％以下では、ＱａｖｅはＣ濃度依存性が小さく、かつばらつきが小さい。Ｃ濃度が１．０原子％より高くなると、Ｑａｖｅは低くなる。さらにＱａｖｅのばらつきが大きくなる。図１０（ｃ）に示すように、Ｈ濃度が２．０原子％以下では、ＱａｖｅはＨ濃度依存性が小さく、かつばらつきが小さい。Ｈ濃度が２．０原子％より高くなると、Ｑａｖｅは低くなる。さらにＱａｖｅのばらつきが大きくなる。なお、Ｈ濃度が２．４原子％付近でＱａｖｅの小さいデータポイントがあるが、これは、Ｃ濃度が高いためである。ＣはＨに比べ同じ濃度でもＱａｖｅに影響しやすい。Ｑａｖｅの傾向を示す補助線はこのデータポイントを除いて図示している。
【００５０】
以上のように、ＣおよびＨのような不純物濃度が閾値濃度以下では、Ｑ値の不純物濃度依存性が小さくかつばらつきが小さい。不純物濃度が閾値濃度より大きくなるとＱ値は濃度が高くなるに従い小さくなる。また、不純物濃度が高くなるに従いＱ値のばらつきも大きくなる。
【００５１】
この理由は以下のように考えられる。Ｑ値には、不純物濃度以外に、ＳｉＯ２内のＳｉとＯの組成比、酸素欠損量、空孔濃度、多員環構造の量、ヤング率、密度および硬さ等の膜質が影響する。不純物濃度が低い酸化シリコン膜では、高密度および高弾性でかつ均一なＳｉ−Ｏの分子振動が実現されている。このため、不純物濃度以外の要因のＱ値への影響が相対的に小さくなる。これにより、不純物濃度が閾値濃度以下では、Ｑ値が飽和しかつばらつきが小さくなる。一方、不純物濃度が閾値濃度以上となると、不純物原子がＳｉ−ＯのネットワークのＳｉおよび／またはＯを置換する、不純物原子がＳｉおよび／Ｏを欠損させる、および／または不純物原子がＳｉ−Ｏの近傍に存在する。これらにより、Ｓｉ−Ｏの分子振動が乱される。このため、Ｑ値が低くなる。さらに、不純物濃度以外の膜質がＱ値に及ぼす影響が大きくなり、Ｑ値のばらつきが大きくなる。
【００５２】
酸化シリコン膜内の不純物濃度は、ＴＥＯＳの分解および燃焼に関連していると考えられる。そこで、ＴＥＯＳと酸素ガスの流量比（ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比）に対するＱａｖｅを測定した。図１１は、ＴＥＯＳと酸素ガスの流量比に対するＱａｖｅを示す図である。ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比が０．３５、０．２４、０．１８、０．１０および０．０７のサンプルを用いた。図１１に示すように、ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比が０．１８以上では、Ｑａｖｅは一定である。ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比が０．１８より大きくなると、ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比が大きくなるに従いＱａｖｅが小さくなる。例えばＴＥＯＳ／Ｏ２流量比を０．１４とすると、流量比が±０．０４の範囲で変動しても、Ｑ値のばらつきが抑制される。これにより弾性波デバイスの特性が安定化する。
【００５３】
ＴＥＯＳ／Ｏ２流量比が小さい範囲（例えば０．１８以下の範囲）では、ＴＥＯＳの量に対するＯ２の量が多い。このため、酸化シリコン膜の成膜のときに、ＴＥＯＳの燃焼、分解および解離が促進する。これにより、酸化シリコン膜中のＣまたはＨ等の不純物濃度が低くなる。この結果、Ｑ値が向上し、かつ安定したと考えられる。
【００５４】
Ａｒ濃度が高いと、不純物濃度によらずｋ２およびＴＣＦが悪い理由は以下と考えられる。例えば特許文献１におけるＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）のピーク波数はＳｉ−Ｏ結合の結合角の指標となり、半値幅は均一性の指標となる。特許文献１のように、酸化シリコン膜中のＳｉ−Ｏ結合の結合角および均一性がＴＣＦに影響する。同様に、結合角および均一性はｋ２に影響する。図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）のように、ＡｒのＴＣＦおよびｋ２への影響は、Ｃ、Ｈ、ＮおよびＦ等の不純物と異なる。このことから、Ａｒ原子のＳｉ−Ｏネットワークへの取り込まれ方が他の不純物と異なると考えられる。
【００５５】
Ａｒ原子を含むＳｉＯ２を溶融固化させたアモルファス構造を第１原理によりシミュレーションした。この結果、Ａｒ原子はＳｉ−Ｏネットワークには取り込まれず、ＳｉとＯの格子間に収まることがわかった。格子間のＡｒにより、Ｓｉ−Ｏ振動が阻害されると考えられる。これにより、酸化シリコン膜２２内にＡｒが導入されると、ＴＣＦおよびｋ２が劣化するものと考えられる。一方、Ｃ原子およびＨ原子は、Ｓｉ−Ｏ結合のＯと置換される。
【００５６】
実施例１によれば、酸化シリコン膜２２内のＣ、Ｈ、ＮおよびＦの合計濃度は３．５原子％以下である。これにより、図１０（ａ）のように、Ｑ値を向上させることができる。またＱ値のばらつきを小さくすることができる。よって、弾性波デバイスの損失等の特性が向上し、かつ特性のばらつきを抑制できる。酸化シリコン膜２２内のＣ、Ｈ、ＮおよびＦの合計濃度は、３．０原子％以下が好ましく、２．５原子％以下がより好ましい。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用いると、Ｃ、Ｈ、ＮおよびＦの合計濃度は、例えば１．５原子％以上となる。
【００５７】
また、酸化シリコン膜２２内のＡｒ濃度は０．１原子％以下である。これにより、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）のように、電気機械結合係数ｋ２が向上する。また、ＴＣＦが向上する。酸化シリコン膜２２内のＡｒ濃度は０．０６％以下が好ましい。また、図７（ｂ）において検出限界以下である０．０４％以下がより好ましい。
【００５８】
さらに、酸化シリコン膜２２内のＣ濃度は１原子％以下である。これにより、図１０（ｂ）のように、Ｑ値を向上させることができる。またＱ値のばらつきを小さくすることができる。酸化シリコン膜２２内のＣ濃度は、０．８原子％以下が好ましく、０．６原子％以下がより好ましい。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用いると、Ｃ濃度は、例えば０．３原子％以上となる。
【００５９】
さらに、酸化シリコン膜２２内のＨ濃度は２原子％以下である。これにより、図１０（ｃ）のように、Ｑ値を向上させることができる。またＱ値のばらつきを小さくすることができる。酸化シリコン膜２２内のＨ濃度は、１．８原子％以下が好ましく、１．６原子％以下がより好ましい。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用いると、Ｃ濃度は、例えば１原子％以上となる。
【００６０】
実施例１では、酸化シリコン膜２２をＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い成膜する例を説明した。これまで説明したように、Ｑ値およびそのばらつきには酸化シリコン膜２２中の不純物濃度が影響するのであるから、酸化シリコン膜２２の成膜方法はＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法以外でもよい。
【００６１】
例えばスパッタリング法を用い酸化シリコン膜２２を形成すると、Ａｒ濃度が高くなる。よって、ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い酸化シリコン膜を形成することが好ましい。また、図７（ａ）から図７（ｃ）のように、不純物濃度を削減するため、搬送ガスは用いないことが好ましい。
【００６２】
上記考察によれば、酸化シリコン膜２２内の膜質が、Ｑ値、ｋ２およびＴＣＦに大きく影響する。よって、圧電基板１０の材料、金属膜２０の膜厚および材料は、上記実験結果に大きな影響を及ぼさない。圧電基板１０としては、ニオブ酸リチウム基板以外に例えばタンタル酸リチウムを用いることができる。
【００６３】
圧電基板１０に回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板を用いる場合、回転Ｙカット角が１２７．８６°においてレイリー波の電気機械結合係数が最大となる。Cambell & Jonesの方法でシミュレーションしたところ、回転Ｙカット角が１２０°から１４０°では、レイリー波の電気機械結合係数が他のモードより大きく、レイリー波は主モードとなる。この範囲ではリーキー波は電気機械結合係数がレイリー波より小さく不要波となる。よって、回転Ｙカット角は１２０°以上かつ１４０°以下が好ましい。また、１２７．８６°に対し製造ばらつきを考慮し、回転Ｙカット角は１２６°以上かつ１３０°以下がより好ましい。
【００６４】
金属膜２０としては、Ｃｕ膜以外にも例えばＡｌ膜を用いてもよい。金属膜２０の第２膜２０ｂとしてＣｕを主成分とする膜を用いる場合、Ｃｕの圧電基板１０への拡散を抑制するため、または圧電基板１０との密着性を確保するため、第１膜２０ａとしてＴｉを主成分とする膜等を用いることが好ましい。また、Ｃｕの酸化シリコン膜２２への拡散を抑制するため、誘電体膜２４を設けることが好ましい。
【００６５】
誘電体膜２４としては、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いることができる。誘電体膜２４は、成膜中の金属膜２０の変質抑制の観点から酸化シリコン膜２２より低い温度で成膜する。ＴＥＯＳ−ＰＥ−ＣＶＤ法を用い酸化シリコン膜を形成する成膜温度は、良好な膜質を得るため例えば３００℃程度である。よって、誘電体膜２４の成膜温度は例えば２００℃以下が好ましい。このため、誘電体膜２４の成膜方法は、スパッタリング法または蒸着法を用いることが好ましい。酸化シリコン膜を形成する場合、成膜温度を低くするためスパッタリング法を用いることが好ましい。誘電体膜２４の膜厚は、金属膜２０を露出させないため、金属膜２０の膜厚の３％以上が好ましい。誘電体膜２４の膜厚が大きくなると、酸化シリコン膜２２の温度調整膜としての機能を阻害する。また、Ｑ値、ｋ２等の共振特性が劣化する。よって、誘電体膜２４の膜厚は、金属膜２０の膜厚の２０％以下が好ましい。
【００６６】
金属膜２０としてＡｌ膜を用いた場合、Ａｌは圧電基板１０および酸化シリコン膜２２に拡散し難い。このため、拡散防止膜である第１膜２０ａおよび／または誘電体膜２４を設けなくともよい。
【００６７】
酸化シリコン膜２２を温度補償膜または周波数調整膜として機能させるため、酸化シリコン膜２２の膜厚は、電極指１２の膜厚以上が好ましく、２倍以上がより好ましく、４倍以上がさらに好ましい。
【００６８】
図１２は、作製したサンプルの金属膜付近の断面図である。図１２に示すように、圧電基板１０の表面に深さ方向に約３ｎｍの拡散領域４０が形成されている。拡散領域４０は、誘電体膜２４および酸化シリコン膜２２を形成するときに、第１膜２０ａ内のＴｉ原子が圧電基板１０内に拡散した領域である。拡散領域４０では、ニオブ酸リチウムの化学量論的な組成比よりＮｂの組成比が大きくなっている（すなわちニオブリッチとなっている）。例えばＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）像では、圧電基板１０と拡散領域４０の界面を明瞭に観察できる。拡散領域４０の厚さは、ピッチλの１／１０程度である。このため、弾性波デバイスの特性にはほとんど影響しない。拡散領域４０が形成されることで、実質的には櫛型電極１６の下部が圧電基板１０に埋め込まれることになる。これにより、櫛型電極１６と圧電基板１０とがより強固に結合し、櫛型電極１６と圧電基板１０との密着性が向上する。このような構造により、櫛型電極１６により励振されるエネルギーが直接圧電基板１０に作用する。よって、弾性波の効率的な励振が可能となることから、電気機械結合係数ｋ２が向上する。
【００６９】
このように、圧電基板１０は、櫛型電極１６下に、櫛型電極１６の少なくとも一部の原子が拡散した拡散領域４０を有する。これにより、電気機械結合係数が向上する。
【００７０】
また、櫛型電極１６は、圧電基板１０上に設けられたＴｉ膜と、Ｔｉ膜上に設けられたＣｕ膜とを備える。拡散領域４０にはＴｉが拡散する。これにより、深い拡散領域４０は形成されず、弾性波デバイスの共振特性が劣化することはない。櫛型電極１６と圧電基板１０とが強固に結合するため、電気機械結合係数が向上する。
【実施例２】
【００７１】
実施例２は、実施例１に係る弾性波共振器を用いたフィルタの例である。図１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜２０が形成されている。金属膜２０を覆うように酸化シリコン膜２２が形成されている。金属膜２０は、ＩＤＴ３０および反射器３２を形成する。ＩＤＴ３０および反射器３２により弾性波共振器が形成される。圧電基板１０には、直列共振器Ｓ１からＳ３、並列共振器Ｐ１およびＰ２、配線３４およびバンプ３６が形成されている。バンプ３６は、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２およびグランド端子Ｔｇとして機能する。バンプ３６は、例えば半田バンプまたは金バンプである。配線３４は、弾性波共振器と各端子間、および弾性波共振器間を電気的に接続する。配線３４は、例えばＡｕ膜、Ｃｕ膜またはＡｌ膜等の金属膜である。配線３４の少なくとも一部に金属膜２０を用いてもよい。直列共振器Ｓ１からＳ３は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に配線３４を用い直列に接続されている。並列共振器Ｐ１およびＰ２は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に配線３４を用い並列に接続されている。
【００７２】
１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つを実施例１に係る弾性波共振器とすることができる。すなわち、フィルタは、実施例１に係る弾性波共振器の櫛型電極を含む。これにより、低損失で高性能なフィルタを実現できる。
【００７３】
フィルタが複数の弾性波共振器Ｓ１からＳ３、Ｐ１およびＰ２を含む。酸化シリコン膜２２は、複数の弾性波共振器にそれぞれ含まれる櫛型電極を共通に覆う。実施例１において用いた酸化シリコン膜２２を用いることにより、Ｑ値等の共振特性のばらつきが小さくなる。Ｑ値はフィルタの損失等に影響する。よって、弾性波共振器Ｓ１からＳ３、Ｐ１およびＰ２の共振特性を均一にできる。これにより、フィルタ特性を向上できる。
【００７４】
実施例１として、ラダー型フィルタを例に説明した。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。また、多重モードフィルタに実施例１に係る弾性波共振器を用いてもよい。
【００７５】
図１４は、実施例２の変形例に係るデュプレクサの回路図である。図１４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４４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４６が接続されている。送信フィルタ４４は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４６は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４４および受信フィルタ４６の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
【００７６】
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】
【００７７】
１０      圧電基板
１２      電極指
１６      櫛型電極
２０      金属膜
２２      酸化シリコン膜
２４      誘電体膜
３０      ＩＤＴ
３２      反射器
４０      拡散領域
【図１】
0006465363.tif 000002
【図２】
0006465363.tif 000003
【図３】
0006465363.tif 000004
【図４】
0006465363.tif 000005
【図５】
0006465363.tif 000006
【図６】
0006465363.tif 000007
【図７】
0006465363.tif 000008
【図８】
0006465363.tif 000009
【図９】
0006465363.tif 000010
【図１０】
0006465363.tif 000011
【図１１】
0006465363.tif 000012
【図１２】
0006465363.tif 000013
【図１３】
0006465363.tif 000014
【図１４】
0006465363.tif 000015