(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、自らの振動が妨げられないように自らの周りに空間が形成されて密閉された弾性波素子と、
前記基板上に形成され、前記弾性波素子に接続された第１配線と、
前記第１配線上に形成された第１絶縁体と、
前記第１絶縁体上に形成され、前記第１配線と前記第１絶縁体を介して立体的に交差する立体配線部を有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において前記第１絶縁体からはみ出さない箇所を有する第２配線と、
前記第１絶縁体の厚みより薄い厚みを有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において、前記第１配線の上面における前記第１絶縁体が形成されていない箇所と前記第１絶縁体の側面と前記第１絶縁体の上面における前記第２配線が形成されていない箇所と前記第２配線の側面と前記第２配線の上面とを階段状に連続的に覆った第２絶縁体と、
前記第１絶縁体の厚みより薄くて前記第２絶縁体の厚みより厚い厚みを有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において、前記第２絶縁体を階段状に全体的に覆った第３絶縁体と、
を有し、
前記第２絶縁体の圧縮応力は、前記第１絶縁体よりも大きく、前記第３絶縁体よりも小さく、
前記第２絶縁体の厚みは、５ｎｍから１０ｎｍであり、
前記第３絶縁体の厚みは、１０ｎｍから２０ｎｍであり、
前記第２絶縁体の厚みは、前記第３絶縁体の厚みの略半分である弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記第２絶縁体は、前記第２配線および前記第１絶縁体上に直接形成された請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記第３絶縁体は、窒化ケイ素からなる請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記第２絶縁体は、二酸化ケイ素からなる請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記第１絶縁体は、ポリイミドからなる請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記第１絶縁体は、長手方向に直交する断面において、略台形形状である、請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記基板は、前記弾性波素子が形成された主面と逆の主面において、サファイア、アルミナ、スピネルまたはシリコンからなる支持基板と接合されている請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波を用いたフィルタ（弾性表面波デバイス）は、携帯電話などの送受信回路に広く用いられている。この基本構造は、すでに多くの解説書に述べられているように、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電基板上に櫛形電極が形成された共振子（弾性波素子）である。
【０００３】
また、特許文献１に記載のように、圧電基板上に入力端子や出力端子などの外部接続端子と弾性波素子を接続する配線が形成される。このような配線は、弾性表面波デバイスの小型化の要請に応じて、絶縁層を介して立体交差して形成されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８７０１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする主たる課題について説明する。弾性表面波デバイスの信頼性ないし伝搬特性の向上を図り、温度変化により当該デバイスの周波数応答がどのように変化するのかの尺度となる周波数温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＴＣＦ））を改善し、また、耐湿性を改善するため、窒化ケイ素などの絶縁体を弾性波素子が形成された基板上に形成する場合がある。このような窒化ケイ素などの絶縁体は、圧縮応力が大きく、製造工程などにおける熱履歴において、大きい圧縮応力を生じることがある。このような圧縮応力により、基板上に形成された立体配線部において、相互に交差する配線を絶縁するための絶縁体が剥離することがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性表面波デバイスの伝搬特性の向上、ＴＣＦおよび耐湿性の改善をしつつ、信頼性の高い弾性表面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】
前記課題を達成するために、本発明にあっては、
基板と、
前記基板上に形成され、自らの振動が妨げられないように自らの周りに空間が形成されて密閉された弾性波素子と、
前記基板上に形成され、前記弾性波素子に接続された第１配線と、
前記第１配線上に形成された第１絶縁体と、
前記第１絶縁体上に形成され、前記第１配線と前記第１絶縁体を介して立体的に交差する立体配線部を有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において前記第１絶縁体からはみ出さない箇所を有する第２配線と、
前記第１絶縁体の厚みより薄い厚みを有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において、前記第１配線の上面における前記第１絶縁体が形成されていない箇所と前記第１絶縁体の側面と前記第１絶縁体の上面における前記第２配線が形成されていない箇所と前記第２配線の側面と前記第２配線の上面とを階段状に連続的に覆った第２絶縁体と、
前記第１絶縁体の厚みより薄くて前記第２絶縁体の厚みより厚い厚みを有し、前記立体配線部における弾性表面波の進行方向と直交する方向である幅方向において、前記第２絶縁体を階段状に全体的に覆った第３絶縁体と、
を有し、
前記第２絶縁体の圧縮応力は、前記第１絶縁体よりも大きく、前記第３絶縁体よりも小さく、
前記第２絶縁体の厚みは、５ｎｍから１０ｎｍであり、
前記第３絶縁体の厚みは、１０ｎｍから２０ｎｍであり、
前記第２絶縁体の厚みは、前記第３絶縁体の厚みの略半分である弾性表面波デバイスとした。
【０００８】
前記第２絶縁体は、前記第２配線および前記第１絶縁体上に直接形成されるようにすることが、本発明の一形態とされる。
【０００９】
前記第３絶縁体は、窒化ケイ素からなるようにすることが、本発明の一形態とされる。
【００１０】
前記第２絶縁体は、二酸化ケイ素からなるようにすることが、本発明の一形態とされる。
【００１１】
前記第１絶縁体は、ポリイミドからなるようにすることが、本発明の一形態とされる。
【００１２】
前記第１絶縁体は、長手方向に直交する断面において、略台形形状であるようにすることが、本発明の一形態とされる。
【００１３】
前記基板は、前記弾性波素子が形成された主面と逆の主面において、サファイア、アルミナ、スピネルまたはシリコンからなる支持基板と接合されているようにすることが、本発明の一形態とされる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、弾性波デバイスの伝搬特性の向上を図り、また、ＴＣＦおよび耐湿性を改善するため、比較的圧縮応力の大きい窒化ケイ素などの絶縁体を基板上に形成した場合であっても、基板上に形成された立体配線部において、相互に交差する配線を絶縁するための絶縁体が剥離することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１にかかる弾性波デバイスの断面図である。
【図２】図２は、実施例１において弾性波素子が弾性表面波共振器である例を示す平面図である。
【図３】図３は、実施例１にかかる弾性波デバイスの基板上の模式的平面図である。
【図４】図４は、図３におけるＡ−Ａ線位置での断面構成図である。
【図５】図５は、実施例１の比較例としての弾性波デバイスの断面構成図である。
【図６】図６は、実施例１と比較例における剥離の有無を示す写真である。
【図７】図７は、実施例２において弾性波素子が圧電薄膜共振器の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１７】
（実施例１）
図１は、実施例１にかかる弾性波デバイスの断面図である。図１に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、基板３と、弾性波素子５と、ウォール部７と、カバー部９と、外部接続部１１とを備える。
【００１８】
本実施例における基板３は、圧電基板であり、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶、あるいは圧電セラミックスにより形成される。また、基板３は、支持基板１３に接合されていてもよい。支持基板１３は、例えば、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板またはシリコン基板により形成される。
【００１９】
本実施例における弾性波素子５は、弾性表面波を励振するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）からなる。図２は、実施例１において弾性波素子が弾性表面波共振器である例を示す平面図である。図２に示すように、圧電基板３ａ上に、ＩＤＴ５ａと反射器５ｂが形成されている。ＩＤＴ５ａは、互いに対向する一対の櫛形電極５ｃを有する。櫛形電極５ｃは、複数の電極指５ｄと複数の電極指５ｄを接続するバスバー５ｅとを有する。反射器５ｂは、ＩＤＴ５ａの両側に設けられている。
【００２０】
弾性波素子５と第1配線１５は、銀、アルミニウム、銅、チタン、パラジウムなどの適宜の金属もしくは合金からなる。また、これらの金属パターンは、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
【００２１】
本実施例におけるウォール部７は、弾性波素子５を囲むように形成されている。カバー部９は、ウォール部７とともに、弾性波素子５を、弾性波素子５の振動を妨げないように空間を形成しかつ密閉するように、形成されている。
【００２２】
ウォール部７は、合成樹脂からなる。好ましくは、ウォール部７は、感光性樹脂からなる。感光性樹脂は、フォトリソグラフィ法により容易にパターニングされ得る。これにより、弾性波素子５の振動を妨げないための空間を形成する開口部や、外部接続部のための配線のためのスルーホールを容易に形成することができる。
【００２３】
上記感光性樹脂としては、感光性ポリイミド、感光性エポキシ、感光性シリコンなどを用いることができる。上述したパターニングを高精度に行うためには、感光性ポリイミドを用いることが好ましいが、これに限るものではない。
【００２４】
カバー部９は、合成樹脂からなる。カバー部９を構成する合成樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミドなどを用いることができるが、これらに限るものではない。好ましくは、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いてカバー部９を形成することができる。
【００２５】
外部接続部１１は、基板３上に形成された第１配線１５であって、入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤを構成する配線とともに、弾性波デバイス１が外部の配線と電気的に接続されるよう形成されている。外部接続部１１は、基板３上に形成された配線、ならびに、ウォール部７およびカバー部９に形成されたスルーホールにアンダーバンプメタルとして充填された金属１１ａと電気的に接続している。
【００２６】
図３は、実施例１にかかる弾性波デバイスの基板上の模式的平面図である。図３においては、ウォール部７、カバー部９および外部接続部１１は省略されている。
【００２７】
図３に示すように、基板３上に弾性波素子５および第１配線１５が形成されている。弾性波素子５は、所望のバンドパスフィルタとしての特性が得られるよう、適宜、ＤＭＳ設計やラダー設計を採用することができる。第１配線１５は、入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤを構成する配線を含んでいる。また、第１配線１５は、弾性波素子５と電気的に接続されている。また、第１配線１５上に、第１絶縁体１９が形成されている。第１絶縁体１９は、例えば、ポリイミド（東レ社製、LT−８１５１C、圧縮応力は−２８〜−３１MPa）を用いることができる。第１絶縁体１９は、例えば、１０００ｎｍの膜厚で形成する。
【００２８】
第１絶縁体１９上に、第２配線１７が形成されている。第２配線１７は、第１絶縁体１９を介して第１配線１５と立体的に交差する立体配線部１７ａを有する。第２配線１７は、第１配線１５と同様、銀、アルミニウム、銅、チタン、パラジウムなどの適宜の金属もしくは合金からなる。また、第２配線１７も、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
【００２９】
図４は、図３におけるＡ−Ａ線位置での断面構成図である。基板３上に形成された第１配線１５、第２配線１７および第１絶縁体１９上に、これらを覆うように第２絶縁体２１が形成されている。また、第２絶縁体２１を覆うように、第３絶縁体２３が形成されている。ここで、第３絶縁体２３は、弾性波デバイスの信頼性を向上させる保護膜や、ＴＣＦ改善、耐湿性改善、伝搬特性向上を目的として、最適な部材を適宜選択することができる。第３絶縁体２３は、例えば、窒化ケイ素（圧縮応力は１２００〜１４００MPa）からなる。第３絶縁体２３は、例えば、１０ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚で形成することができ、２０ｎｍの膜厚で形成することが最も望ましい。
【００３０】
第２絶縁体２１は、第１絶縁体１９よりも圧縮応力が大きく、かつ、第３絶縁体２３よりも圧縮応力が小さい部材を適宜選択することができる。第２絶縁体２１は、例えば、二酸化ケイ素（圧縮応力は２００〜４００MPa）からなる。第２絶縁体は、例えば、５ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚で形成することができ、１０ｎｍの膜厚で形成することが望ましい。実際に、発明者らは、第３絶縁体を、窒化ケイ素を用いて２０ｎｍの膜厚で形成したときに、第２絶縁体を二酸化ケイ素により５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍの膜厚で形成したプロトタイプをそれぞれ５個ずつ作製した。このとき、第２絶縁体が５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍの膜厚で形成したプロトタイプにおいて、第１絶縁体の剥離はかなり抑制できたものの、わずかに剥離がみられた。第２絶縁体が１０ｎｍの膜厚で形成したプロトタイプにおいては、第１絶縁体の剥離は、まったくみられなかった。
【００３１】
図４に示すように、第１絶縁体１９は、その長手方向に直交する断面において、略台形形状に形成することが望ましい。これにより、第１絶縁体１９上に、第２絶縁体２１および第３絶縁体２３を安定して形成することができる。特に、第１絶縁体１９の上面から側面へかけてのコーナー部分において、第２絶縁体２１および第３絶縁体２３が破断もしくは局所的に薄くなることを回避して、耐湿性の改善が安定的に提供される。
【００３２】
図５は、実施例１の比較例としての弾性波デバイスの断面構成図である。比較例においては、基板３上に形成された第１配線１５、第２配線１７および第１絶縁体１９上に、これらを覆うように第３絶縁体２３が形成されている。比較例においては、第２絶縁体２１は形成されていない。
【００３３】
図６は、実施例１と比較例における剥離の有無を示す写真である。比較例の弾性波デバイスにおいては、第１絶縁体１９（ポリイミド）の一部が剥離されている。一方、実施例１の弾性波デバイスにおいては、第１絶縁体１９（ポリイミド）の剥離はなかった。
【００３４】
（実施例２）
図７は、実施例２において弾性波素子が圧電薄膜共振器の例を示す断面図である。図７に示すように、基板３ｂ上に圧電膜２５が設けられている。圧電膜２５を挟むように下部電極２７および上部電極２９が設けられている。下部電極２７と基板３ｂとの間に空隙３１が形成されている。下部電極２７および上部電極２９は、圧電膜２５内に、厚み縦振動モードの弾性波を励振する。基板３ｂは、例えば、シリコン等の半導体基板、または、サファイア、アルミナ、スピネルもしくはガラス等の絶縁基板を用いることができる。圧電膜２５は、例えば、窒化アルミニウムを用いることができる。下部電極２７および上部電極２９は、例えば、ルテニウム等の金属を用いることができる。
【００３５】
実施例２のその他の構成は、実施例１ですでに説明した内容を適宜採用することにより実施できるため、説明を省略する。
【００３６】
以上説明した本発明の構成によれば、弾性波デバイスの伝搬特性の向上を図り、また、ＴＣＦおよび耐湿性を改善するため、窒化ケイ素などの絶縁体を基板上に形成した場合であっても、基板上に形成された立体配線部において、相互に交差する配線を絶縁するための絶縁体が剥離することを抑制することができる。
【００３７】
なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施態様を含むものである。
【００３８】
また、少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面を上述したが、様々な改変、修正及び改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正及び改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。理解するべきことだが、ここで述べられた方法及び装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造及び配列の詳細への適用に限られない。方法及び装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。また、ここで使用される表現及び用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」及びこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目及びその均等物並びに付加項目の包括を意味する。「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、及びすべてのものを示すように解釈され得る。前後左右、頂底上下、及び横縦への言及はいずれも、記載の便宜を意図しており、本発明の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明及び図面は例示にすぎない。
【符号の説明】
【００３９】
１    弾性波デバイス
３    基板
３ａ  圧電基板
３ｂ  基板
５    弾性波素子
５ａ  ＩＤＴ
５ｂ  反射器
５ｃ  櫛形電極
５ｄ  電極指
５ｅ  バスバー
７    ウォール部
９    カバー部
１１  外部接続部
１１ａ  金属
１３  支持基板
１５  第1配線
Ｉｎ    入力パッド
Ｏｕｔ  出力パッド
ＧＮＤ  グランドパッド
１７  第２配線
１７ａ  立体配線部
１９  第1絶縁体
２１  第２絶縁体
２３  第３絶縁体
２５  圧電膜
２７  下部電極
２９  上部電極
３１  空隙
【要約】
【課題】高信頼性の弾性表面波デバイスを提供する
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された弾性波素子と、前記基板上に形成され、前記弾性波素子に接続された第１配線と、前記第１配線上に形成された第１絶縁体と、前記第１絶縁体上に形成され、前記第１配線と前記第１絶縁体を介して立体的に交差する立体配線部を有する第２配線と、前記第１配線、前記第１絶縁体および前記第２配線の少なくとも一部を覆うように形成された第２絶縁体と、前記第２絶縁体の少なくとも１部を覆うように形成された第３絶縁体と、を有し、前記第２絶縁体の圧縮応力は、前記第１絶縁体よりも大きく、第３絶縁体よりも小さい弾性表面波デバイス。
【選択図】図４【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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