(57)【要約】　　　（修正有）【課題】フィルタ特性の劣化を生じることなく、比較的大きな電気機械結合係数を持ち且つ温度安定性に優れた弾性表面波素子、フィルタ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】タンタル酸リチウム（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）で形成した圧電基板２と、圧電基板２よりも熱膨張率が低い材料であるシリコン（Ｓｉ）で形成した基板１とを直接接合で結合する。また、基板１において、圧電基板２上に形成された櫛形電極１２（及び反射電極１３）直下に位置する領域をＲＩＥ装置等を用いてエッチングすることで、キャビティ１ａを形成する。更に、キャビティ１ａにより露出された圧電基板２の裏面に粗面２ａ又は吸音層を形成する。【選択図】　　　　　図２
2004096677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子であって、
前記シリコン基板における少なくとも前記共振器下の領域の一部にキャビティが形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記共振器は前記櫛形電極と隣接する反射電極を含み、
前記キャビティは前記シリコン基板における前記反射電極下の領域にも形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記キャビティは前記シリコン基板における前記櫛形電極下の領域のみに形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域が粗面化されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域上に吸音膜を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記櫛形電極を複数有し、前記キャビティが前記シリコン基板における少なくとも１つの前記櫛形電極下の領域の一部に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記圧電基板はタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子において、
前記シリコン基板は抵抗率が１０Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項９】
櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子において、
前記共振器は弾性表面波が伝播する方向において素子端からの距離ｄが圧電基板の厚みをｔｐとした以下の式１を満足する位置に形成されることを特徴とする弾性表面波素子。
ｄ≧ｔｐ×３　　　…（式１）
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載の前記弾性表面波素子と、前記圧電基板上に形成され、前記櫛形電極に電気信号を導入するための電極パッドとを有することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項１１】
櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子を製造する製造方法であって、
前記シリコン基板における少なくとも前記共振器下の領域の一部にキャビティを形成する第１の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１２】
前記共振器は前記櫛形電極と隣接する反射電極を含み、
前記第１の工程は前記シリコン基板における前記反射電極下の領域にも前記キャビティを形成することを特徴とする請求項１１記載の弾性表面波素子。
【請求項１３】
前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域を粗面化する第２の工程を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１４】
前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域上に吸音膜を形成する第２の工程を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１５】
前記圧電基板は前記共振器が複数形成されており、
前記第１の工程は前記シリコン基板における少なくとも１つの前記共振器下の領域の一部に前記キャビティを形成することを特徴とする請求項１１から１４の何れか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の工程は前記シリコン基板における前記圧電基板が接合された面と反対側の面から該シリコン基板をエッチングすることで前記キャビティを形成することを特徴とする請求項１１から１５の何れか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の工程はＲＩＥ装置を用いて前記シリコン基板をエッチングすることで前記キャビティを形成することを特徴とする請求項１６記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１８】
前記圧電基板はタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで形成されていることを特徴とする請求項１１から１７の何れか１項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１９】
圧電基板と該圧電基板より低膨張な基板とを有する弾性表面波素子を製造する製造方法において、
前記圧電基板に櫛形電極及び反射電極を含む共振器を形成する第１の工程を有し、
前記第１の工程は弾性表面波が伝播する方向において素子端からの距離ｄが圧電基板の厚みをｔｐとした以下の式１を満足する位置に前記共振器を形成することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
ｄ≧ｔｐ×３　　　…（式１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板と低膨張材料とを用いた弾性表面波素子、フィルタ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、弾性表面波素子は携帯電話機のバンドパスフィルタ等として幅広く活用されている。この弾性表面波素子を利用したフィルタや共振器は小型であり、且つ安価であるといった特長がある。そのため携帯電話機等の通信機器の小型化には弾性表面波素子は不可欠なものとなっている。
【０００３】
近年では、携帯電話機等の高性能化に伴い、弾性表面波素子を用いたフィルタにもさらなる高性能化が求められている。しかしながら、弾性表面波素子は、温度変化によって周波数変動してしまうため、温度安定性の改善が必要とされている。
【０００４】
従来の技術において、弾性表面波素子用の基板材料として多用されているタンタル酸リチウム（以下、ＬＴという）は、大きな電気機械結合係数を持つ圧電材料である。
【０００５】
圧電材料の一般的な傾向として、電気機械結合係数の大きな材料は温度安定性に劣り、逆に、温度安定性に優れた水晶などの材料は電気機械結合係数が小さいという欠点を持つ。このため、ＬＴ基板を用いた弾性表面波素子は、広帯域のフィルタ特性を実現するのに有利であるが、水晶基板などに比べ温度安定性に劣るという欠点を持っている。
【０００６】
このような欠点を補い、大きな電気機械結合係数と優れた温度安定性を持った材料を実現するために、従来では様々な方法が提案されている。図１に従来の温度特性改善技術の幾つかを示す。
【０００７】
図１（ａ）は従来の技術による弾性表面波素子１００の構成を示す断面図である（例えば、非特許文献１参照）。これを以下、従来技術１とする。従来技術１による弾性表面波素子１００は、ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮという）或いはＬＴで形成した圧電基板１１の表面（櫛形電極１２が形成された面）に、ＬＮ又はＬＴとは逆の温度係数を持つ石英膜１４が成膜されている。即ち、従来技術１では、圧電基板１１の温度特性とは逆の温度特性を有する層（石英膜１４）を櫛形電極１２が形成された面上に形成することで、圧電基板１１の温度特性を打ち消し、弾性表面波素子１００の温度安定性を向上させる。
【０００８】
また、図１（ｂ）は従来の技術による弾性表面波素子２００の構成を示す断面図である（例えば、特許文献１参照）。これを以下、従来技術２という。従来技術２による弾性表面波素子２００は、ＬＴで形成した圧電基板１１の表面（櫛形電極１２が形成される側）に層厚が弾性表面波（以下、ＳＡＷという）の波長以下程度の分極反転層１５を形成した構成を有する。即ち、従来技術２では、分極反転層１５の電界短絡効果を利用して温度安定性の向上を実現する。
【０００９】
また、図１（ｃ）は従来の技術による弾性表面波素子３００の構成を示す断面図である（例えば、特許文献２又は非特許文献２参照）。これを以下、従来技術３という。従来技術３による弾性表面波素子３００は、上記の従来技術１，２と比較して薄い圧電基板１１ａと、この圧電基板１１ａよりも厚い低膨張材料基板１６とを直接接合によって接合した構成を有する。即ち、従来技術３では、低膨張材料基板１６を用いることで圧電基板１１ａの温度変化による伸縮を抑制して、温度安定性の向上を実現する。
【００１０】
しかしながら、上述した従来技術において、従来技術１による弾性表面波素子１００では、石英膜１４の膜質を一定に制御することが難しい。このため、温度特性改善を目的とした櫛形電極１２上にも石英膜を成膜すると、弾性表面波の伝播損失が大きくなるという問題が発生する。
【００１１】
また、従来技術２による弾性表面波素子２００では、分極反転層１５の深さの制御性に難があるため、製造が困難であり、歩留りが低下するという問題を有する。更にまた、従来技術３による弾性表面波素子３００では、より高い効果を得るために接合面を鏡面とする必要があるが、その結果、接合界面でバルク波の反射が起こり、フィルタ特性の劣化を引き起こす等の問題を有している。
【００１２】
この問題に対して、図１（ｄ）に示す弾性表面波素子４００のように、圧電基板１１ａの裏面（櫛形電極１２が形成される面の反対面）を粗面化（粗面１８）し、この圧電基板１１ａと低膨張材料基板１６とを接着層１７により接合する技術がある（例えば、特許文献３参照）。これを以下、従来技術４という。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２５１６８１７号公報
【特許文献２】
特開平１１−５５０７０号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３５７９号公報
【非特許文献１】
山ノ内ら，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ　Ｓｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ．，ｖｏｌ．ＳＵ−３１，ｐｐ．５１−５７　（１９８４）
【非特許文献２】
大西ら，Ｐｒｏｃ．　ｏｆ　ＩＥＥＥ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐｐ．３３５−３３８　（１９９８）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術４ではフィルタ特性を改善できるが、圧電基板１１ａと低膨張材料基板１６との接合界面に接着層１７を有しているため、温度特性効果が得にくいという問題がある。更に、従来技術４では、界面の接着力の低下に伴い、温度安定性改善効果も低下するという問題も発生する。
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、フィルタ特性の劣化を生じることなく、比較的大きな電気機械結合係数を持ち且つ温度安定性に優れた、加工の容易な弾性表面波素子、フィルタ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、請求項１記載のように、櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子であって、前記シリコン基板における少なくとも前記共振器下の領域の一部にキャビティが形成されている構成とする。これにより、熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工の容易なシリコン基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板において、櫛形電極と圧電基板とを有して形成される共振器下の領域にキャビティ（空隙）が形成されるため、フィルタ特性の劣化を生じることなく、比較的大きな電機機械結合係数を持ち且つ温度安定性に優れた、加工の容易な弾性表面波素子が実現される。
【００１７】
また、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項２記載のように、前記共振器が前記櫛形電極と隣接する反射電極を含み、前記キャビティが前記シリコン基板における前記反射電極下の領域にも形成されているように構成することもできる。これにより、反射電極と圧電基板とで形成される反射器の反射特性が劣化することを回避できるため、結果として弾性表面波素子のフィルタ特性が劣化することを防止できる。
【００１８】
また、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項３記載のように、前記キャビティが前記シリコン基板における前記櫛形電極下の領域のみに形成されているように構成することもできる。これにより、共振器において必要最小限の領域にのみキャビティが形成されるため、シリコン基板により温度安定性をより向上させることが可能となる。
【００１９】
また、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項４記載のように、前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域が粗面化されているように構成することもできる。これにより、圧電基板における櫛形電極が形成された面と反対側の面でバルク波が反射することを防止できるため、フィルタ特性の劣化を防止することが可能となる。
【００２０】
また、別の例として、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項５記載のように、前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域上に吸音膜を有するように構成することもできる。これにより、圧電基板における櫛形電極が形成された面と反対側の面でバルク波が反射することを防止できるため、フィルタ特性の劣化を防止することが可能となる。
【００２１】
また、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項６記載のように、前記櫛形電極を複数有し、前記キャビティが前記シリコン基板における少なくとも１つの前記櫛形電極下の領域の一部に形成されているように構成することもできる。即ち、本発明は、全ての共振器下にキャビティを設けなくとも、少なくとも１つの共振器下にキャビティを設けることで、上記の効果を得ることが可能である。
【００２２】
また、上記の弾性表面波素子は、例えば請求項７記載のように、前記圧電基板がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで形成されているように構成することもできる。このように本発明では、圧電基板の材料として一般的なタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムを使用することが可能である。
【００２３】
また、本発明は、請求項８記載のように、櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子において、前記シリコン基板が抵抗率が１０Ω・ｃｍ以上である構成とする。このように、抵抗率が１０Ω・ｃｍ以上という比較的高抵抗なシリコン基板を用いることで、エネルギー損失を低減することができる。
【００２４】
また、本発明は、請求項９記載のように、櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と、該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子において、前記共振器が弾性表面波が伝播する方向において素子端からの距離ｄが圧電基板の厚みをｔｐとした以下の式１を満足する位置に形成される構成とする。このように熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工が容易な基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板において、圧電基板の基板厚に応じて共振器の弾性表面波伝播方向における素子端からの距離を確保することで、温度安定性が十分に得られる。
ｄ≧ｔｐ×３　　　…（式１）
【００２５】
また、本発明は、請求項１０記載のように、上記した何れかの弾性表面波素子と、前記圧電基板上に形成され、前記櫛形電極に電気信号を導入するための電極パッドとを有する構成とする。これにより、上記の効果を得られる弾性表面波素子をパッケージ化したフィルタ装置として提供することができる。
【００２６】
また、本発明は、請求項１１記載のように、櫛形電極を含む共振器を有する圧電基板と該圧電基板より低膨張なシリコン基板とが直接接合された弾性表面波素子を製造する製造方法であって、前記シリコン基板における少なくとも前記共振器下の領域の一部にキャビティを形成する第１の工程を有する構成とする。これにより、熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工が容易なシリコン基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板における、櫛形電極と圧電基板とを有して形成される共振器下の領域にキャビティ（空隙）を形成できるため、フィルタ特性の劣化を生じることなく、比較的大きな電機機械結合係数を持ち且つ温度安定性に優れた弾性表面波素子を容易に製造することができる。
【００２７】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１２記載のように、前記共振器が前記櫛形電極と隣接する反射電極を含み、前記第１の工程が前記シリコン基板における前記反射電極下の領域にも前記キャビティを形成するように構成することもできる。これにより、反射電極と圧電基板とで形成される反射器の反射特性が劣化することを回避する構成が実現できるため、結果としてフィルタ特性の劣化が防止された弾性表面波素子を製造できる。
【００２８】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１３記載のように、前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域を粗面化する第２の工程を有するように構成することもできる。これにより、圧電基板における櫛形電極が形成された面と反対側の面でバルク波が反射することを防止する構成が実現されるため、結果としてフィルタ特性の劣化が防止された弾性表面波素子を製造できる。
【００２９】
また、別の例として、上記の製造方法は、例えば請求項１４記載のように、前記圧電基板における前記キャビティにより露出された領域上に吸音膜を形成する第２の工程を有するように構成することもできる。これにより、圧電基板における櫛形電極が形成された面と反対側の面でバルク波が反射することを防止する構成が実現されるため、結果としてフィルタ特性の劣化が防止された弾性表面波素子を製造できる。
【００３０】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１５記載のように、前記圧電基板は前記共振器が複数形成されており、前記第１の工程が前記シリコン基板における少なくとも１つの前記共振器下の領域の一部に前記キャビティを形成するように構成することもできる。即ち、本発明は、全ての共振器下にキャビティが設けられた弾性表面波素子でなくとも、少なくとも１つの共振器下にキャビティが設けられた弾性表面波素子であれば、その効果を得ることが可能である。
【００３１】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１６記載のように、前記第１の工程が前記シリコン基板における前記圧電基板が接合された面と反対側の面から該シリコン基板をエッチングすることで前記キャビティを形成するように構成することもできる。また、この製造方法において、例えば請求項１７記載のように、前記第１の工程がＲＩＥ装置を用いて前記シリコン基板をエッチングすることで前記キャビティを形成するように構成することもできる。これにより、キャビティを基板面に対して垂直に形成することが可能となり、製造工程におけるフィルタ特性や温度安定性の劣化を防止することが可能となる。
【００３２】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１８記載のように、前記圧電基板がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで形成されているように構成することもできる。このように本発明では、圧電基板の材料として一般的なタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムを使用することが可能である。
【００３３】
また、上記の製造方法は、例えば請求項１９記載のように、圧電基板と該圧電基板より低膨張な基板とを有する弾性表面波素子を製造する製造方法において、前記圧電基板に櫛形電極及び反射電極を含む共振器を形成する第１の工程を有し、前記第１の工程が弾性表面波が伝播する方向において素子端からの距離ｄが圧電基板の厚みをｔｐとした以下の式１を満足する位置に前記共振器を形成する構成とする。このように熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工が容易な基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板において、圧電基板の基板厚に応じて共振器の弾性表面波伝播方向における素子端からの距離を確保することで、温度安定性が十分に得られる。
ｄ≧ｔｐ×３　　　…（式１）
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３５】
〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態は、圧電基板と熱膨張係数の小さい低膨張材料（シリコン基板）とを直接接合により一体化した直接接合基板にＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）装置を用いてキャビティ形成し、その底面を粗面化することによって、フィルタ特性の劣化を生じることなく、大きな電気機械結合係数を持ち、且つ温度安定性に優れた、加工のし易い弾性表面波素子を実現する。
【００３６】
図２に本実施形態による弾性表面波素子１０の構造を示す。尚、図２は図３における弾性表面波素子１０のＡ−Ａ’断面の概略図である。但し、本実施形態では、複数の直列共振器及（３ａ）び複数の並列共振器（３ｂ）がラダー（梯子）型に接続された構成を有するバンドパスフィルタである弾性表面波素子１０を例示する。
【００３７】
図２において、弾性表面波素子１０は、キャビティ（空隙ともいう）１ａを有する基板１上に圧電基板２が成膜されており、更に圧電基板２上に櫛形電極（インタデジタルトランスデューサ電極ともいう：以下、ＩＤＴ電極という）１２及び反射電極１３が形成された構成を有する。尚、基板１と圧電基板２とは直接接合により接着される。
【００３８】
この構成において、圧電基板２は例えばタンタル酸リチウム（ＬＴ）やニオブ酸リチウム（ＬＮ）で形成される。基板１は圧電基板２より熱膨張率が低い材料（以下、低膨張材料という）であるシリコン（Ｓｉ）で形成される。このように低膨張材料としてＳｉを採用することで、本実施形態ではＲＩＥ装置を用いて基板１にキャビティ１ａを容易に形成することが可能となる。これはキャビティ１ａが形成された領域に位置する圧電基板２の裏面に容易に粗面２ａを形成できることにも繋がる。
【００３９】
圧電基板２の裏面（ＩＤＴ電極１２が形成された面の反対面）におけるキャビティ１ａと対応する領域には粗面２ａが形成される。これにより、圧電基板２裏面でのバルク波の反射によるフィルタ特性の劣化を防止することが可能となる。但し、この粗面２ａを有せず、キャビティ１ａのみの構成でも、本実施形態による効果を得ることは可能である。
【００４０】
また、キャビティ１ａは、例えばＩＤＴ電極１２と圧電基板２におけるＩＤＴ電極１２直下の領域とを含んで形成される共振器３に個別に形成される。これにより、必要最低限の面積でキャビティ１ａが形成されるため、低膨張材料で形成された基板１の効果を最大限に活用することが可能となる。また、個々のキャビティ１ａは、図３に示すように、ＩＤＴ電極１２及びこれの直下に位置する圧電基板２で形成されるＩＤＴ４直下の領域だけでなく、反射電極１３と圧電基板２における反射電極１３直下の領域とで形成される反射器５直下の領域にも延在されるように構成しても良い。換言すれば、キャビティ１ａは、１つのＩＤＴ電極１２と２つの反射電極１２とを含んで形成される共振器３の直下の領域に個別に形成されても良い。
【００４１】
尚、個々の共振器３が形成される弾性表面波素子１０上の位置（又はチップ上の位置ともいう）は、直接接合された基板１の基板厚ｔｓｉ（図３参照）と圧電基板２の基板厚ｔｐ（図３参照）とに基づいて、又は圧電基板２の基板厚ｔｐのみに基づいて決定する。ここで、基板厚ｔｓｉ及びｔｐと、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝播方向における弾性表面波素子１０の端からの距離ｄ（図３参照）との関係を図４を用いて説明する。
【００４２】
図４はＬＴを用いた圧電基板２とＳｉを用いた基板１とを直接接合して形成した弾性表面波素子１０に関して、有限要素法を用いて構造解析シミュレーションを行った結果である。この際、圧電基板２の基板厚ｔｐと基板１の基板厚ｔｓｉとの比率を変えて、弾性表面波素子１０のチップ配置毎の周波数温度特性（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：以下、ＴＣＦという）を計算した。尚、弾性表面波素子１０のチップサイズはＳＡＷ伝播方向を１．８ｍｍとし、これと垂直な水平方向を１．２ｍｍとした。また、各基板（１，２）の基板厚は図４に示す通りである。このようなチップサイズにおいて、ＳＡＷ伝播方向に関するチップ端から共振器３までの最短の距離ｄをパラメータとした。但し、距離ｄは、弾性表面波素子１０の両端に関して何れか最短の方とする。
【００４３】
尚、基板１を設けない圧電基板２単体の場合のＴＣＦは約−４０ｐｐｍ／℃である。また、本実施形態において、ＴＣＦ値が−２５ｐｐｍ／℃程度以下の領域ではＴＣＦ値の変動が大きいため、−２５ｐｐｍ／℃以上の領域を有効エリアとする。
【００４４】
図４を参照すると、圧電基板２の基板厚ｔｐに依存したＴＣＦの値は、ｔｐが３０μｍの時、チップ端から１００μｍで約−２５ｐｐｍ／℃となり、ｔｐが５０μｍの時、チップ端から２００μｍ弱で約−２５ｐｐｍ／℃となっている。さらに、ｔｐが１００μｍの時、チップ端から３００μｍで約−２５ｐｐｍ／℃となっている。また、ＴＣＦの値は、基板１の基板厚ｔｓｉに若干依存するものの、これを無視することも可能である。
【００４５】
従って図４に示すグラフから、良好なＴＣＦが得られるチップ端からの距離ｄは以下に示す（式１）で表される。尚、この構成は、本実施形態のようなキャビティ１ａを有する構成に対してだけでなく、キャビティを有しない弾性表面波素子に対しても有効である。
ｄ≧ｔｐ×３　　　…（式１）
【００４６】
以上、説明したように、本実施形態では、熱膨張係数が小さいＳｉ基板を用いることにより、温度変化による伸縮を抑え、電気機械結合係数を低下させること無く、弾性表面波素子の温度安定性を向上することができる。また、基板１にシリコンを用いることにより、ＲＩＥ装置を用いて容易にキャビティが形成でき、更にキャビティ底面の粗面化を行うことによりバルク波を分散させることが可能となる。このため、バルク波の反射によっておこるリップルやスプリアスを要因とするフィルタ特性の劣化を防止することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、作製した弾性表面波素子１０の共振器３の配置を圧電基板２の基板厚ｔｐ（及び基板１の基板厚ｔｓｉ）に基づいて、チップ端から弾性表面波（ＳＡＷ）伝播方向において決定するため、基板の剛性による応力を緩和させることなく、温度特性を改善することが可能となる。即ち、本実施形態では、圧電基板の厚みと共振器位置との最適化を行うことにより、周波数変動の少ない弾性表面波素子を実現することができる。また、本実施形態において、圧電基板２はＬＴ基板をＬＮ基板に置き換えたとしても、略同等の結果を得ることができる。また、本実施形態で示す構成を有する弾性表面波素子１０は、特にリーキＳＡＷ（漏洩弾性表面波）を使用したデバイスに有効である。
【００４８】
次に、本実施形態による弾性表面波素子１０の製造プロセスについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の工程では、３００μｍのＳｉ基板（基板１）と５０μｍのＬＴ基板（圧電基板２）とを有する弾性表面波素子１０を製造する場合を例に挙げる。
【００４９】
図５（ａ）〜（ｃ）は弾性表面波素子１０の製造プロセスを示す断面図である。本製造プロセスでは、まず、（ａ）に示すように、３００μｍのＳｉ基板よりなる基板１上に４２°ＹカットＸ伝播ＬＴ基板よりなる圧電基板２を直接接合で接着し、ＬＴ基板を５０μｍ程度になるまで研削，研磨する。更に研削，研磨した圧電基板２上に、露光，エッチング等を行うことで、櫛形のＩＤＴ電極１２及び格子状の反射電極１３を形成する。尚、基板１上に圧電基板２を形成する方法には、これらを直接接合とし得るものであれば如何なる方法も適用することが可能である。また、ＩＤＴ電極１２及び反射電極１３は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）やチタン（Ｔｉ）等の少なくとも１つを主成分として形成される。尚、本実施形態では、共振器３がチップ１０ＡのＳＡＷ伝播報告における端から２００μｍのところに位置するようにＩＤＴ電極１２及び反射電極１３を形成した。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１におけるＩＤＴ電極１２及び反射電極１３が位置する直下の領域を、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）エッチング法を用いたディープＲＩＥ法（ボッシュプロセス）で、弾性表面波素子１０の裏面から除去する。以下の表１に、このボッシュプロセスにおけるエッチング工程とデポジション工程とのパラメータをまとめる。尚、この際、キャビティ１ａは、ＩＤＴ電極１２の裏面に位置する領域だけに、可能な限りＩＤＴ電極１２よりも面積が大きくならないように形成してもよい。
【表１】
2004096677.tif 000003
【００５１】
図５（ｂ）に示す工程では、上記のパラメータによるエッチング工程とデポジション工程とを例えば２５０サイクル繰り返すことにより、３００μｍのＳｉ基板（基板１）を貫通するまでエッチングする。尚、この工程では、ＩＣＰエッチング法の他にも、ドライエッチング法やウェットエッチング法やサンドブラスト法等を使用することができる。
【００５２】
このように、基板１を圧電基板２が露出されるまでエッチングすると、次に図５（ｃ）に示すように、圧電基板２における露出した領域を、例えばサンドブラスト法を用いて粗面化する。これにより粗面２ａが形成される。
【００５３】
以上のような工程を経ることで、本実施形態による弾性表面波素子１０が形成される。尚、例えば図６に示すようにパッケージ１０Ａを用いて弾性表面波素子１０をパッケージ化することで、これを１つのフィルタ装置として構成することも可能である。この際、パッケージングした内部は、乾燥窒素が充填されるか又は真空にされて密閉される。
【００５４】
また、本実施形態において、基板１には例えば１Ω・ｃｍ程度以下の比較的低い抵抗率を有するＳｉ基板を使用する。但し、この場合、圧電基板２上に形成された電極パッド６（図３参照）とＳｉ基板（基板１）との間で寄生容量（端子間容量ともいう）が発生する可能性が存在する。本実施形態では、この端子間容量による共振特性の劣化を抑制するために、電極パッド４の面積を可能な限り小さく形成する。これにより、端子間容量の抵抗成分が減少し、共振特性の劣化が抑制されて、比較的低損失な弾性表面波フィルタ、即ちバンドパスフィルタ（又は弾性表面波フィルタ）が実現される。図７に、例として２通りの電極パッド４のサイズ（１５０μｍ四方，２５０μｍ四方）に関するシミュレーション結果を示す。尚、図７では、弾性表面波素子１０における圧電基板２の基板厚を５０μｍとし、基板１の基板厚を３００μｍとした。
【００５５】
図７を参照すると明らかなように、基板１に比較的低抵抗な材料を使用した場合では、電極パッド３のサイズを小さくした方が減衰量（損失ともいう）が減少し、フィルタ特性が改善させることが分かる。
【００５６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第１の実施形態では、基板１に比較的低抵抗なＳｉ基板を用いたが、本実施形態では、これを例えば１０Ω・ｃｍ程度以上の比較的高い抵抗率を有する材料（例えばノンドープのＳｉ）に置き換える。
【００５７】
このように、基板１に比較的高抵抗なＳｉ基板を使用することで、本実施形態では、端子間容量のＱ値が比較的高い値で構成されるため、共振器の共振抵抗を低く構成することが可能となり、低損失な弾性表面波フィルタが実現される。
【００５８】
尚、本実施形態のように、基板１に比較的高抵抗のＳｉ基板を使用する場合、基板１における共振器３（又はＩＤＴ電極１２）直下の領域にキャビティ１ａを形成しなくとも、十分なスプリアス抑制効果を得ることができる。また、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５９】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図８は本実施形態による弾性表面波素子２０の構成を示す断面図である。
【００６０】
図８を参照すると明らかなように、弾性表面波素子２０は、圧電基板２におけるキャビティ１ａが形成された領域に、第１の実施形態のような粗面２ａが形成されておらず、この代りにバルク波を吸収するための吸音材７が形成されている。この吸音材７は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂が成膜されることで形成される。
【００６１】
このような構成を有することにより、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、バルク波の反射によっておこるリップルやスプリアスを要因とするフィルタ特性の劣化を防止することができる。また、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６２】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第１の実施形態では、キャビティ１ａを全ての共振器３（又はＩＤＴ電極１２）の裏面に形成したが、本発明ではこれに限定されず、例えば図９に示す弾性表面波素子３０のように、直列共振器３ａのみに設けても、また、図１０に示す弾性表面波素子４０のように、並列共振器３ｂのみに設けてもよい。換言すれば、本実施形態では、弾性表面波素子１０における少なくとも１つの共振器３（又はＩＤＴ電極１２）にキャビティ１ａを設けていればよい。尚、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６３】
〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工が容易なシリコン基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板において、櫛形電極と圧電基板とを有して形成される共振器下の領域にキャビティ（空隙）が形成されるため、フィルタ特性の劣化を生じることなく、比較的大きな電機機械結合係数を持ち且つ温度安定性に優れた、加工が容易な弾性表面波素子が実現される。
【００６５】
また、本発明によれば、熱に対して圧電基板よりも安定で且つ加工が容易なシリコン基板と比較的大きな電気機械結合係数を持つ圧電基板とが直接接合により接合された直接接合基板において、圧電基板の基板厚に応じて共振器の弾性表面波伝播方向における素子端からの距離を確保することで、温度安定性が十分に得られる。
【００６６】
また、本発明によれば、上記の効果を得られる弾性表面波素子をパッケージ化したフィルタ装置として提供することができる。更に、本発明によれば、上記の効果を得られる弾性表面波素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による弾性表面波素子の構成を示す断面図であり、（ａ）は従来技術１による弾性表面波素子１００の構成を示し、（ｂ）は従来技術２による弾性表面波素子２００の構成を示し、（ｃ）は従来技術３による弾性表面波素子３００の構成を示し、（ｄ）は従来技術４による弾性表面波素子４００の構成を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態による弾性表面波素子１０の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２に示す弾性表面波素子１０の構成を示す上面図である。
【図４】基板厚ｔｓｉ及びｔｐと弾性表面波（ＳＡＷ）の伝播方向における弾性表面波素子１０の端からの距離ｄとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態による弾性表面波素子１０の製造プロセスを示す断面図である。
【図６】弾性表面波素子１０をパッケージ化した構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による弾性表面波素子１０において２通りの電極パッド４のサイズ（１５０μｍ四方，２５０μｍ四方）に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態による弾性表面波素子２０の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態による弾性表面波素子３０の構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態による弾性表面波素子４０の構成を示す上面図である。
【符号の説明】
１　基板
１ａ　キャビティ
２　圧電基板
２ａ　粗面
３　共振器
３ａ　直列共振器
３ｂ　並列共振器
４　ＩＤＴ
５　反射器
６　電極パッド
７　吸音材
１０、２０、３０、４０　弾性表面波素子
１０Ａ　パッケージ
１２　櫛形（ＩＤＴ）電極
１３　反射電極
【図１】
2004096677.tif 000004
【図２】
2004096677.tif 000005
【図３】
2004096677.tif 000006
【図４】
2004096677.tif 000007
【図５】
2004096677.tif 000008
【図６】
2004096677.tif 000009
【図７】
2004096677.tif 000010
【図８】
2004096677.tif 000011
【図９】
2004096677.tif 000012
【図１０】
2004096677.tif 000013