(57)【要約】【課題】電極膜を被覆するように絶縁膜が形成されており、電極膜がＡｌまたはＡｌ合金からなる弾性表面波装置において、反射特性が改善された弾性表面波装置を提供する。【解決手段】圧電基板２と、圧電基板２上において、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金により形成されており、かつ少なくとも１つのＩＤＴ３を構成する電極膜と、圧電基板２上において、電極膜を覆うように形成されておりかつ平均密度が電極膜の平均密度の１．５倍以下である絶縁膜４とを備え、絶縁膜４の上面４ａが平坦化されている、端面反射型の弾性表面波装置１。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面波が反射される対向二端面を有する圧電基板と、
前記圧電基板上においてＡｌまたはＡｌを主成分とする合金により形成されており、かつ少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサを構成する電極膜と、
前記圧電基板上において前記電極膜を覆うように形成された絶縁膜とを備え、絶縁膜の上面が平坦化されており、かつ前記電極膜の平均密度の絶縁膜の密度に対する比が１．５以下である、端面反射型弾性表面波装置。
【請求項２】
前記絶縁膜が、ＳｉＯ２からなる、請求項１に記載の端面反射型弾性表面波装置。
【請求項３】
前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ３またはＬｉＮｂＯ３からなる、請求項１または２に記載の端面反射型弾性表面波装置。
【請求項４】
表面波の波長をλとしたときに、前記ＳｉＯ２からなる絶縁膜の膜厚Ｈｓ／λが０．１５〜０．４０の範囲にある、請求項２に記載の端面反射型弾性表面波装置。
【請求項５】
前記電極膜が１つのインターデジタルトランスデューサを構成しており、表面波共振子である、請求項１〜４のいずれかに記載の端面反射型弾性表面波装置。
【請求項６】
共振子型、ラダー型またはラチス型の表面波フィルタである、請求項１〜４のいずれかに記載の端面反射型弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、ＩＤＴを構成する電極膜を覆うように絶縁膜が形成されている構造を備えた端面反射型弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、弾性表面波装置用の圧電基板として、３６度及び３９．５度〜４６度回転Ｙ板ＬｉＴａＯ３基板が広く用いられている。特に、ＲＦ用弾性表面波フィルタでは、ＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）などの電極を構成する材料として、ＡｌまたはＡｌ合金が用いられており、その膜厚は、表面波の波長λとしたとき、０．０８λ〜０．１０λ程度とされている。
【０００３】
ところで、この種の弾性表面波装置において、周波数温度係数（ＴＣＦ）を改善するために、圧電基板上において、電極を被覆するようにＳｉＯ２膜からなる絶縁膜を形成した構造が種々提案されている。（例えば、下記の特許文献１〜３）。
【０００４】
また、下記の特許文献４及び５には、上記ＳｉＯ２からなる絶縁膜の上面を平坦化した構造が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−３７８１５号公報
【特許文献２】
特開平８−２６５０８８号公報
【特許文献３】
特開平９−１８６５４２号公報
【特許文献４】
ＷＯ９６／４７１３
【特許文献５】
特開１９９９−１８６８６６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳｉＯ２からなる絶縁膜を形成した弾性表面波装置では、十分な大きさのストップバンドを得ることができなかった。そのため、表面波共振子を構成した場合には、反共振周波数近傍において大きなリップルが現れ、反共振点がつぶれることがあった。また、表面波フィルタでは、フィルタ特性が十分でないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、圧電基板上において電極膜を覆うように絶縁膜が形成された弾性表面波装置であって、十分な大きさのストップバンドを得ることができ、従って良好な共振特性やフィルタ特性を得ることができる弾性表面波装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る端面反射型弾性表面波装置は、表面波が反射される対向二端面を有する圧電基板と、前記圧電基板上においてＡｌまたはＡｌを主成分とする合金により形成されており、かつ少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサを構成する電極膜と、前記圧電基板上において前記電極膜を覆うように形成された絶縁膜とを備え、絶縁膜の上面が平坦化されており、かつ前記電極膜の平均密度の絶縁膜の密度に対する比が１．５以下である。
【０００９】
本発明においては、Ａｌまたは、Ａｌを主成分とする合金により電極膜が形成されており、かつ電極膜を覆うように絶縁膜が形成されている。そして、該絶縁膜の密度が電極の平均密度の１．５以下とされているため、並びに端面反射型の表面波装置であるため、十分な大きさのストップバンドを得ることができる。従って、絶縁膜の形成による特性の劣化が生じ難い。
【００１０】
上記絶縁膜としては、好ましくは、ＳｉＯ２からなる絶縁膜が用いられ、それによって周波数温度係数ＴＣＦを改善することができる。
上記圧電基板としては、好ましくは、ＬｉＴａＯ３またはＬｉＮｂＯ３基板が用いられる。この場合には、圧電性が大きいため、比帯域が大きい場合であっても十分な大きさのストップバンドを形成することができ、より一層良好な共振特性やフィルタ特性を得ることができる。
【００１１】
本発明の端面反射型弾性表面波装置のある特定の局面では、表面波の波長をλとしたときに、ＳｉＯ２からなる絶縁膜の膜厚Ｈｓ／λが、０．１５〜０．４０の範囲とされ、それによって周波数温度係数をより一層効果的に改善することができる。
【００１２】
本発明に係る端面反射型弾性表面波装置の構造は特に限定されないが、本発明に従って、表面波共振子または表面波フィルタが構成される。表面波フィルタとしては、共振子型、ラダー型またはラチス型の各種表面波フィルタを挙げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１４】
従来、ＲＦ用表面波フィルタでは、ＬｉＴａＯ３基板またはＬｉＮｂＯ３基板からなる圧電基板上に、ＡｌまたはＡｌを主成分とした合金からなる電極膜が形成されていた。しかしながら、圧電性が大きい回転ＹカットのＬｉＴａＯ３基板やＬｉＮｂＯ３基板では、周波数温度係数ＴＣＦが−４０〜−１００ｐｐｍ／℃と大きいという問題があった。
【００１５】
そこで、周波数温度係数を小さくするために、圧電基板表面に形成された電極膜を被覆するようにＳｉＯ２膜を形成する方法が知られている。しかしながら、実際には、ＳｉＯ２膜が形成された弾性表面波装置は、ＲＦ帯用表面波装置としては未だ製品化されていない。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、十分な電気機械結合係数と反射係数を得るには、電極膜の膜厚Ｈ／λは０．０８〜０．１０と厚く設定される。この場合、電極膜を覆うように形成されたＳｉＯ２膜の表面が凹凸を有したり、カバレッジが不安定となったりし、特性が劣化するためと考えられる。
【００１６】
他方、電極の膜厚を薄くすれば、このような特性の劣化を抑制し得ることが知られている。しかしながら、電極膜厚を薄くした場合には、電気機械結合係数が小さくなる。
【００１７】
そこで、本願発明者等は、電極膜厚を厚くしたまま、ＳｉＯ２膜の形成による特性の劣化を低減する方法を検討した。その結果、ＳｉＯ２膜の表面を平坦化すれば、電極膜厚を厚くした場合でもＳｉＯ２膜の形成による特性の劣化を抑制し得ることを見出した。
【００１８】
しかしながら、電極材料としてＡｌまたはＡｌ合金を用いた場合には、なお以下のような問題があることを見出した。この問題を、図２及び図３を参照して具体的な実験例に基づき説明する。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、３６度ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３基板からなる圧電基板１１上に、ＡｌからなるＩＤＴ１２を形成した共振子１４を用意した。また、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜表面を平坦化するために、ＳｉＯ２膜１３をＩＤＴ１２の設けられていない領域に、ＩＤＴ１２と同じ膜厚となるように形成し、表面波共振子１５を構成した。
【００２０】
なお、図２（ａ）及び（ｂ）では、図示を省略してあるが、ＩＤＴ１２の表面波伝搬方向両側に一対のグレイティング反射器を形成した。すなわち、表面波共振子１４，１５は、反射器付きの１ポート型の表面波共振子である。
【００２１】
図２（ｂ）に示した表面波共振子１５のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を図３に実線で示す。また、上記ＳｉＯ２膜１３が形成されていない、図２（ａ）に示した表面波共振子１４のインピーダンス−周波数特性及び位相特性を図３に破線で示す。図３の実線から明らかなように、表面波共振子１５では、反射係数が不十分なため、十分なストップバンドを形成することができず、そのため、反共振周波数近傍に矢印Ａで示すリップルが多く発生していることがわかる。
【００２２】
なお、本願発明者の実験によれば、図２（ｂ）に示した表面波共振子１５において、さらにその上面にＳｉＯ２膜を形成したとしても、上記リップルＡを抑圧し得ないことが確かめられた。このリップルは、ＡｌからなるＩＤＴ１２による反射が不十分なためにより生じている。すなわち、Ａｌとあまり密度の変わらないＳｉＯ２が電極指間に埋まっているために、電極指とＳｉＯ２との音響インピーダンス差が小さくなり、それによって、表面波の機械的な反射が小さくなったと考えられる。
【００２３】
次に、ＳｉＯ２膜が形成された図４（ａ）及び（ｂ）に示した各表面波共振子の電極膜膜厚と音響アドミタンス比との関係を調べた。結果を図５に示す。
なお、図４（ａ）に示す表面波共振子２１では、圧電基板１１上にＩＤＴ１２が形成されており、ＩＤＴ１２を覆うようにＳｉＯ２膜２２が形成されている。もっとも、ＳｉＯ２膜２２の上面は、平坦化されてない。すなわち、ＩＤＴ１２が形成されているため、ＩＤＴ１２の電極指が形成されている部分の上方でＳｉＯ２膜の上面が隆起している。
【００２４】
これに対して、図４（ｂ）に示す表面波共振子２３では、圧電基板１１上にＩＤＴ１２が形成されており、該ＩＤＴ１２の電極指間を埋めるようにＳｉＯ２膜１３が形成されている。すなわち、表面波共振子２３は、図２（ｂ）に示した構造と同様の構造を有する。そして、ＩＤＴ１２及びＳｉＯ２膜１３上にさらに一定の厚みのＳｉＯ２膜２４が形成されている。
【００２５】
なお、表面波共振子２１，２３においても、表面波共振子１４，１５と同様に、一対の反射器ＩＤＴ１２の表面波伝搬方向両側に配置した。すなわち、反射器付きの１ポート型表面波共振子として、表面波共振子２１，２３を構成した。
【００２６】
上記表面波共振子２１，２３のＩＤＴ１２の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の音響アドミタンス比の変化を図５に示す。図５において、Ｙｍは電極部の音響アドミタンス、Ｙ０はギャップ部の音響アドミタンスを示す。なお、音響アドミタンス比は、音響インピーダンスの逆数であり、反射係数にほぼ比例する。図５において、〇は表面波共振子２１の結果を、●は表面波共振子２３の結果を示す。
【００２７】
図５から明らかなように、ＡｌまたはＡｌ合金からなるＩＤＴ１２を用いた場合には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜の上面を平坦化することにより反射が減少し、この場合ＡｌまたはＡｌ合金からなる電極膜厚を増加させても反射が増加しないことがわかる。本願発明者等は、図５の結果をふまえて、端面反射を利用すれば特性の改善を計り得るのではないかと考え、検討した。
【００２８】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る弾性表面波装置の平面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
弾性表面波装置１は、端面反射型の１ポート型表面波共振子である。弾性表面波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、本実施形態では、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３基板により構成されている。圧電基板２は、他のカット角のＬｉＴａＯ３基板で構成されていてもよい。また、圧電基板２は、ＬｉＮｂＯ３基板により構成されていてもよい。ＬｉＴａＯ３基板やＬｉＮｂＯ３基板は、圧電性が大きいため、並びに比帯域幅がストップバンドよりも大きくなるため、本発明による効果が大きい。
【００２９】
圧電基板２は略矩形板状の形状を有し、上面２ａと下面２ｂとを有する。また、圧電基板２の側面２ｃ，２ｄには、中間高さ位置に段差２ｅ，２ｆが形成されている。段差２ｄ，２ｆよりも上方の側面部分が反射端面２ｇ，２ｈを構成している。反射端面２ｇ，２ｈは、互いに平行に延ばされており、かつ平滑面とされている。段差２ｅ，２ｆよりも下方の側面部分は平滑面である必要はなく、バルク波の影響を抑制するためには粗面であることが望ましい。
【００３０】
上記反射端面２ｇ，２ｈは、ウエハー上において電極を形成した後に溝加工を施すことにより容易に形成され得る。
圧電基板２の上面２ａ上には、ＩＤＴ３が形成されている。ＩＤＴ３は、一対のくし歯電極３ａ，３ｂにより構成されている。ＩＤＴ３の各くし歯電極３ａ，３ｂの電極指は上記反射端面２ｇ，２ｈと平行な方向に延ばされている。
【００３１】
本実施例では、ＩＤＴ３は、Ａｌにより構成されている。
また、圧電基板２の上面２ａにおいては、ＩＤＴ３を覆うように、絶縁膜としてＳｉＯ２膜４が形成されている。ＳｉＯ２膜４の上面４ａは平坦化されている。すなわち、ＳｉＯ２膜４は、ＩＤＴ３の電極指間の領域を埋めるように、かつＩＤＴ３の上面を覆うように、さらに、上面４ａが平坦となるように形成されている。なお、ＳｉＯ２膜４の上面４ａが平坦であることは、ＩＤＴ２の電極指が設けられている部分の上方のＳｉＯ２膜部分上面と、電極指間の領域のＳｉＯ２膜の上面との間の凹凸がＩＤＴ３の膜厚の３０％程度以下であることを意味するものとする。この程度にＳｉＯ２膜４の上面４ａが平坦化されている場合、ＳｉＯ２膜４の形成による特性の劣化が小さい。
【００３２】
いま、弾性表面波装置１として、圧電基板２を用意し、圧電基板２上に、上記ＩＤＴ３として電極指交叉幅が７０μｍ、電極指の対数が７５対の厚み３６０ｎｍのＡｌからなる電極膜を形成した。そして、ＳｉＯ２膜の厚みを９００ｎｍとした。このようにして構成された弾性表面波装置１のインピーダンス−周波数特性を図６に実線で示す。図６の破線は、比較例として用意した表面波共振子の特性を示す。比較例の表面波共振子は、ＩＤＴの表面波伝搬方向両側にＩＤＴ３と同じ材料及び膜厚の一対の反射器を配置したことを除いては、上記実施例と同様にして構成された１ポート型の表面波共振子である。
【００３３】
図６から明らかなように、比較例の表面波共振子では、反共振周波数近傍に矢印Ｂで示すリップルが多数現れている。すなわち、ＡｌからなるＩＤＴを覆うようにＳｉＯ２膜を形成し、該ＳｉＯ２膜の表面を平坦化したとしても、反射器を有する表面波共振子では十分なストップバンドの得られないことがわかる。此れに対して、実施例の弾性表面波装置１では、反共振周波数近傍にこのようなリップルは生じないことがわかる。
【００３４】
すなわち、本実施例によれば、圧電基板２上に、ＩＤＴ３及びＳｉＯ２膜４を形成し、ＳｉＯ２膜４の表面を平坦化した構造において、ＩＤＴ３をＡｌで構成した場合であっても、十分な大きさのストップバンドを得ることができ、反共振点近傍におけるリップルを抑圧し得ることがわかる。
【００３５】
なお、上記絶縁膜の表面を平坦化する方法については特に限定されないが、例えば以下の第１，第２の方法などが挙げられる。
第１の方法では、圧電基板上に絶縁膜が形成され、レジストが絶縁膜上に塗布される。しかる後、フォトリソグラフィーにより電極形成部のレジストが除去され、しかる後エッチングにより、電極形成部の絶縁膜が除去される。次に電極形成用金属膜を成膜する。そして、レジストを、レジスト上部の不要な電極形成用金属膜と同時にリフトオフすることにより、電極及び絶縁膜の表面の平坦化を図ることができる。
【００３６】
第２の方法は、電極を覆うように絶縁膜が形成された後、絶縁膜表面の凹凸をエッチバックまたはイオンミリングなどにより平坦化する方法である。
本願発明者等は、上記実施例の結果に基づき、様々なカット角のＬｉＴａＯ３基板及びＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＳｉＯ２膜の膜厚Ｈｓ／λと、周波数温度係数ＴＣＦの関係をさらに調べた。結果を図７及び図８に示す。
【００３７】
図７は、ＹカットＬｉＴａＯ３基板を用いた場合の結果を、図８は５〜６４度ＹカットＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合の結果を示す。
図７及び図８から明らかなように、ＳｉＯ２膜の形成により周波数温度係数ＴＣＦが改善され、特に、ＳｉＯ２膜の膜厚Ｈｓ／λが０．１５〜０．４０の場合に、周波数温度係数ＴＣＦを、ＳｉＯ２膜が形成されていない場合の１／２以下とし得ることがわかる。
【００３８】
図７及び図８の結果は、Ａｌからなる電極の厚みとＳｉＯ２膜の厚みとの関係に関わらず、一般に、ＩＤＴ電極指の電極平均密度、すなわち電極指が設けられている領域の平均金属密度ρａと、電極指間に形成される絶縁膜の密度ρｂとの関係に依存することが本願発明者により確かめられた。すなわち、ρａ／ρｂを種々変更し、すなわち、絶縁膜材料や電極膜材料を種々変更し、上記実施例と同様にして弾性表面波装置１を構成し、インピーダンス−周波数特性を測定した。結果を図９（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００３９】
図９（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、ρａ／ρｂが、１．５以下の場合には、反共振周波数近傍にリップルが現れ始めることがわかる。従って、電極の平均密度が絶縁膜の平均密度の１．５以下の場合には、実施例に示した端面反射を利用することにより、上記リップルを除去し得ることがわかる。
【００４０】
よって、絶縁膜として、ＳｉＯ２膜に限らず、圧電性を改善するため、保護膜あるいは保護膜として用いられるＴａ２Ｏ５やＺｎＯなどを用い得ることがわかる。すなわち、本発明において、絶縁膜は、ＳｉＯ２膜に限定されるものではない。
【００４１】
なお、上記実施例では、１ポート型の端面反射型の表面波共振子につき説明したが、本発明は、表面波共振子に限らず、端面反射型の様々な表面波フィルタなどにも適用することができる。図１０は、このような表面波フィルタの一例としての２ＩＤＴタイプの共振子フィルタを示す略図的斜視図である。ここでは、圧電基板２上に、ＩＤＴ３Ａ，３Ｂが表面波伝搬方向に並べられている。２個のＩＤＴ３Ａ，３Ｂが形成されていることを除いては、上記実施例の弾性表面波装置１と同様に構成されている。
【００４２】
なお、共振子型表面波フィルタだけでなく、ラダー型またはラチス型表面波フィルタなどの様々な表面波フィルタを本発明に従って構成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る端面反射型弾性表面波装置では、圧電基板上にＡｌまたはＡｌを主成分とする合金により形成されている少なくとも１つのＩＤＴを構成する電極膜と、圧電基板上において電極膜を覆うように形成された絶縁膜とを備える構成において、電極膜がＡｌまたはＡｌ合金からなり、絶縁膜の表面が平坦化されているが、上記電極膜の平均密度が絶縁膜の平均密度の１．５以下とされているため、並びに端面反射型であるため、反射特性が大幅に改善される。従って、十分なストップバンドを得ることができ、共振特性やフィルタ特性の良好な弾性表面波装置を提供することができる。
【００４４】
特に、絶縁膜としてＳｉＯ２膜を用いた場合には、周波数温度係数ＴＣＦが良好であり、かつ共振特性やフィルタ特性が良好な弾性表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る弾性表面波装置の平面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う正面断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の弾性表面波装置を説明するための各正面断面図。
【図３】図２（ａ）及び（ｂ）に示した弾性表面波装置のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、従来の弾性表面波装置の他の例を説明するための各正面断面図。
【図５】図４（ａ）及び（ｂ）に示した表面波装置におけるＩＤＴの膜厚を変化させた場合の音響アドミタンス比の変化を示す図。
【図６】図１に示した実施例の弾性表面波装置及び比較のために用意した反射器を有する表面波共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図。
【図７】実施例の表面波装置において、様々なカット角のＬｉＴａＯ３基板を用い、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させた場合の周波数温度係数ＴＣＦの変化を示す図。
【図８】実施例の表面波装置において、様々なカット角のＬｉＮｂＯ３基板を用い、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させた場合の周波数温度係数ＴＣＦの変化を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、電極膜の平均密度ρａ／絶縁膜の平均密度ρｂを変化させた場合のインピーダンス−周波数特性の変化を示す図。
【図１０】本発明が適用される端面反射型の表面波フィルタの一例を説明するための模式的斜視図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
２ａ…上面
２ｂ…下面
２ｃ，２ｄ…側面
２ｅ，２ｆ…段差
２ｇ，２ｈ…反射端面
３…ＩＤＴ
３ａ，３ｂ…くし歯電極
３Ａ，３Ｂ…ＩＤＴ
４…ＳｉＯ２膜
４ａ…上面
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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