JP2011041134A - 弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】誘電体膜表面の凹凸を抑制し、かつ誘電体膜の膜厚の精度を向上させること。
【解決手段】圧電性基板１０と、前記圧電性基板１０上に設けられた櫛型電極１２と、前記櫛型電極１２を覆い、前記櫛型電極１２より高い誘電体膜１６と、前記圧電性基板１０上に設けられ、前記誘電体膜１６と同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜１６より研磨速度の遅い材料であるストッパ層１４と、を具備する弾性波デバイス。
【選択図】図１
【解決手段】圧電性基板１０と、前記圧電性基板１０上に設けられた櫛型電極１２と、前記櫛型電極１２を覆い、前記櫛型電極１２より高い誘電体膜１６と、前記圧電性基板１０上に設けられ、前記誘電体膜１６と同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜１６より研磨速度の遅い材料であるストッパ層１４と、を具備する弾性波デバイス。
【選択図】図１
Description
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、櫛型電極を覆う誘電体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。
弾性波デバイスは、例えば無線機器等のフィルタとして用いられている。弾性波デバイスとして、圧電性基板上に形成された櫛型電極を覆うように誘電体膜が設けられた、例えばラブ波デバイスおよび境界波デバイスが知られている（例えば、特許文献１および２）
基板上の溝内に音響多層膜を形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法を用い研磨する方法が知られている（例えば、特許文献３）。また、Ｃｕ膜をＣＭＰ法を用い研磨する際に、Ａｌパターンの表面が現れた時点で研磨を終了する技術が知られている（例えば、特許文献４）。
櫛型電極を覆うように誘電体膜を形成すると、誘電体膜の表面に凹凸が形成される。誘電体膜の表面に凹凸が形成された場合、弾性波の伝搬ロスが増大していまう。また、誘電体膜の膜厚は弾性波デバイスの温度特性や周波数特性に影響するため、誘電体膜の膜厚を精度よく形成することが要求される。
本弾性波デバイスおよびその製造方法は、誘電体膜表面の凹凸を抑制し、かつ誘電体膜の膜厚の精度を向上させることを目的とする。
例えば、圧電性基板と、前記圧電性基板上に設けられた櫛型電極と、前記櫛型電極を覆い、前記櫛型電極より高い誘電体膜と、前記圧電性基板上に設けられ、前記誘電体膜と同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜より研磨速度の遅い材料であるストッパ層と、を具備する弾性波デバイスを用いる。
また、例えば、圧電性基板上に櫛型電極を形成する工程と、前記圧電性基板上に少なくとも下部に金属層を含むストッパ層を形成する工程と、前記櫛型電極と前記ストッパ層とを覆うように、前記ストッパ層の最上面の材料より研磨速度の速い誘電体膜を形成する工程と、前記ストッパ層で研磨が停止するように、誘電体膜を研磨する工程と、を含むことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法を用いる。
本弾性波デバイスおよびその製造方法によれば、誘電体膜表面の凹凸を抑制し、かつ誘電体膜の膜厚の精度を向上させることができる。
以下、図面を参照に本発明に係る実施例について説明する。
実施例１は、ラブ波デバイスの１ポート共振器の例である。図１（ａ）は、実施例１の弾性波デバイスの上面図、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）のように、例えばＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）基板またはＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）基板等の圧電性基板１０上に、例えばＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）等の金属を含む櫛型電極１２および反射器１３が形成されている。共振器は、櫛型電極１２と櫛型電極１２の両側に設けられた反射器１３とを備えている。櫛型電極１２と反射器１３とは複数の電極指を備えている。
例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜等の誘電体膜１６は圧電性基板１０上に櫛型電極１２を覆い櫛型電極１２より高く設けられている。つまり、誘電体膜１６の上面は櫛型電極１２の上面より高い。圧電性基板１０上には、櫛型電極１２の弾性波が伝搬する方向にストッパ層１４が設けられている。ストッパ層１４は誘電体膜１６の上面と同じ高さを有している。例えば、ストッパ層１４の上面と誘電体膜１６の上面とは、実質的に平坦である。ストッパ層１４は少なくとも下部に金属層を含んでいる。ストッパ層１４の最上面は誘電体膜１６より研磨速度の遅い材料である。
２つの櫛型電極１２のうち一方の電極指で励振した弾性波は、圧電性基板１０と誘電体膜１６との境界付近を伝搬する。弾性波は、反射器１３で反射される。弾性波により２つの櫛型電極１２のうち他方の電極指に電気信号が発生する。電気信号は、電極指の周期等に対応する周波数で共振する。
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１の製造工程を示す図である。図２（ａ）のように、圧電性基板１０上にスパッタリング法または蒸着法を用い金属膜を形成する。金属膜の所定領域を除去することにより、圧電性基板１０上に櫛型電極１２および反射器１３を形成する。所定領域を除去する方法は、エッチング法でもよいし、リフトオフ法でもよい。櫛型電極１２および反射器１３の膜厚は例えば１００〜２００ｎｍとすることができる。図２（ｂ）のように、圧電性基板１０上にストッパ層１４を形成する。ストッパ層１４の最上面は誘電体膜１６より研磨速度の遅い材料とする。ストッパ層１４は例えばＣｕを主成分とする。ストッパ層１４の形成は、例えばスパッタリング法、蒸着法またはメッキ法を用いることができる。ストッパ層１４の膜厚は、例えば３００ｎｍから１０００ｎｍとすることができる。
図２（ｃ）のように、圧電性基板１０上に、櫛型電極１２および反射器１３およびストッパ層１４を覆うように誘電体膜１６を形成する。誘電体膜１６の形成は、例えばスパッタリング法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いる。この工程では、誘電体膜１６の最も低い上面がストッパ層１４の上面より高くなるように誘電体膜１６を形成することが好ましい。図２（ｄ）のように、ストッパ層１４で研磨が停止するように、誘電体膜１６をＣＭＰ法を用い研磨する。例えば、誘電体膜１６が酸化シリコン膜を主に含む場合、研磨剤としては、シリカ（ＳｉＯ２）系、セリア（ＣｅＯ２）系またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）系を用いることができる。これらの研磨剤を用いた場合、Ｃｕの研磨速度は酸化シリコンより遅い。よって、ストッパ層１４の上面付近で研磨が停止する。
実施例１によれば、ストッパ層１４の最上面は誘電体膜１６より研磨速度が遅い材料である。例えば、ストッパ層１４は誘電体膜１６より硬い材料である。よって、図２（ｃ）において、誘電体膜１６の研磨をストッパ層１４の上面付近で停止させることができる。これにより、ストッパ層１４と誘電体膜１６との高さは同じとなる。このように、誘電体膜１６を研磨することにより、誘電体膜１６の上面の凹凸を抑制することができる。また、ストッパ層１４により誘電体膜１６の膜厚の精度を向上させることができる。よって、ラブ波デバイスの弾性波の伝搬ロスを抑制することができる。また、ラブ波デバイスの温度特性や周波数特性を制御することができる。
さらに、ストッパ層１４は少なくとも下部に金属層を含むことにより、ストッパ層１４を例えば配線として用いることができる。ストッパ層１４の最下層は櫛型電極１２と同じ材料でもよい。例えば、図２（ａ）において、ストッパ層１４の最下層を櫛型電極１２と同時に形成し、図２（ｂ）において、最下層上に金属層を形成しストッパ層１４としてもよい。
さらに、ストッパ層１４が、櫛型電極１２の弾性波が伝搬する方向に設けられている。弾性波デバイスは弾性波の伝搬方向に長くなる。よって、弾性波の伝搬方向にストッパ層１４を設けることにより、誘電体膜１６上面の凹凸をより抑制することができる。ストッパ層１４は、櫛型電極１２の弾性波の伝搬方向の両側に設けることが好ましい。
実施例１において、誘電体膜１６は誘電体膜であればよいが、例えば酸化シリコンを主成分とすることが好ましい。これにより、弾性波デバイスの温度特性を向上させることができる。誘電体膜１６は、圧電性基板１０上に形成することにより、弾性波デバイスの温度特性が改善するような膜であることが好ましい。櫛型電極１２はＣｕを主成分とすることが好ましい。Ｃｕは密度が高いため、櫛型電極１２の励振効率を向上させることができる。
実施例２はストッパ層が少なくとも２層の例である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例２の断面図である。図３（ａ）を参照し、ストッパ層１４は、圧電性基板１０上に設けられた金属層２０と、金属層２０上に設けられ、ストッパ層１４の最上層を形成する最上金属層２２ａとを含んでいる。最上金属層２２ａは金属であり金属層２０より研磨速度の遅い。金属層２０は、例えば最上金属層２２ａより比抵抗の小さいＣｕ、Ａｕ（金）またはＡｌである。最上金属層２２ａは、例えば金属層２０より硬く研磨速度の遅いＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）である。図３（ａ）の例によれば、金属層２０は抵抗が低いため、ストッパ層１４を配線に用いた場合の配線抵抗を低減することができる。一方、最上金属層２２ａの研磨速度が遅いため、誘電体膜１６の膜厚の精度をより向上させることができる。
図３（ｂ）を参照し、ストッパ層１４は、圧電性基板１０上に設けられた金属層２０と、ストッパ層１４の最上面の材料層２２ｂとを含んでいる。例えば、誘電体膜１６は酸化シリコン膜であり、材料層２２ｂは窒化シリコン膜である。誘電体膜１６が酸化シリコンを主成分とする場合、材料層２２ｂを窒化シリコンを主成分とする。これにより、材料層２２ｂの研磨速度を誘電体膜１６より遅くすることができる。また、材料層２２ｂを窒化シリコンとすることにより、Ｃｕが誘電体膜１６に拡散することを抑制することもできる。このように、材料層２２ｂは絶縁膜でもよい。
実施例２によれば、ストッパ層１４の最上面の材料層２２ｂ（または最上金属層２２ａ）を、ストッパ層１４の少なくとも下部に含まれる金属層２０より研磨速度の遅い材料とする。これにより、誘電体膜１６の膜厚の精度をより向上させることができる。材料層２２ｂ（または最上金属層２２ａ）の膜厚は、金属層２０より薄いことが好ましい。これにより、ストッパ層１４の抵抗を低減することができる。
実施例３は、実施例１をラダー型フィルタに用いる例である。図４は、実施例４のラダー型フィルタの上面図である。図４のハッチング領域はストッパ層を示している。圧電性基板１０上に直列共振器Ｓ１〜Ｓ４、並列共振器Ｐ１〜Ｐ３、ストッパ層１４および配線３０が設けられている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４は、入力パッドＩｎと出力パッドＯｕｔとの間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ１は、直列共振器Ｓ１とＳ２との間のノードとグランドパッドＧｎｄとの間に接続されている。並列共振器Ｐ２は、直列共振器Ｓ３とＳ４との間のノードとグランドパッドＧｎｄとの間に接続されている。各共振器間および共振器とパッドとの間は配線３０で接続されている。各共振器の弾性波の伝搬方向の両側にはストッパ層１４が設けられている。
図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。配線３０は圧電性基板１０上に形成され、誘電体膜１６は配線３０を覆っている。
実施例３のように、ストッパ層１４は配線３０とは別に設けられてもよい。配線３０はストッパ層１４の一部の層と共通の材料でもよい。例えば、実施例２の金属層２０は配線３０を兼ねてもよい。この場合、配線３０は金属層２０と同時に形成してもよい。配線３０の膜厚と金属層２０の膜厚とはほぼ同じとなる。配線３０はストッパ層１４より薄いため、誘電体膜１６を研磨する際、研磨がストッパ層１４の上面付近で停止する。よって、配線３０の上面は、図５のように誘電体膜１６で覆われる。金属層２０が配線３０を兼ねることにより、金属層２０と配線３０とを同時に形成でき、製造工程を簡略化することができる。
図６は、実施例４のラダー型フィルタの上面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。図７のように、配線３０はストッパ層１４と同じ構造である。その他の構造は実施例３と同じである。実施例４では、ストッパ層１４は配線３０を兼ねている。さらに、配線３０とは別に共振器の両側にストッパ層１４が設けられている。このように、ストッパ層１４は配線３０を兼ねてもよい。ストッパ層１４が配線３０を兼ねることにより、ストッパ層１４を配線３０と同時に形成することができる。よって、製造工程を簡略化することができる。
櫛型電極１２間を接続する配線は櫛型電極１２の弾性波の伝搬方向とは交差する方向に設けられる。よって、櫛型電極１２の弾性波の伝搬方向の両側にストッパ層１４を設けることにより、櫛型電極１２の四方にストッパ層１４が設けられることになる。これにより、櫛型電極１２上の誘電体膜の膜厚の精度をより向上させることができる。
図８は、実施例５のラダー型フィルタの上面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面図である。図８および図９のように、配線３０がストッパ層１４を兼ね、配線以外にストッパ層１４は設けられていない。その他の構造は実施例４と同じである。実施例５のように、配線３０以外にストッパ層１４を設けなくてもよい。
図１０は、実施例６のラダー型フィルタの上面図である。図１０のように、ストッパ層１４は、反射器の４辺のうち櫛型電極に接する辺以外の３辺に設けられている。その他の構成は実施例３の図４と同じである。このように、ストッパ層１４を反射器の２辺以上に設けることにより、共振器上の誘電体膜１６の上面の凹凸をより抑制し、誘電体膜１６の膜厚の精度をより向上させることができる。
図１１は、実施例６のラダー型フィルタの別の例である。図１１のように、ストッパ層１４は、反射器の４辺のうち櫛型電極に接する辺以外の３辺に設けられている。その他の構成は実施例４の図６と同じである。図１１では、図１０に加え、ストッパ層１４である配線３０が櫛型電極の反射器に接する辺以外の２辺に設けられている。このように、櫛型電極および反射器の辺のうちストッパ層１４を設けることのできる全ての辺にストッパ層１４を設けることにより、共振器上の誘電体膜１６の上面の凹凸をより抑制し、誘電体膜１６の膜厚の精度をより向上させることができる。
実施例１から実施例６として、ラブ波デバイスを例に説明したが、境界波デバイスに実施例１から実施例６のストッパ層１４を適用することもできる。また、ストッパ層１４を１ポート共振器に適用した例を示したが、多重モードフィルタに適用することもできる。
実施例１から実施例６において、ストッパ層１４および誘電体膜１６の高さが同じとは、図２（ｄ）のような研磨により誘電体膜１６がストッパ層１４より低くなることを許容する程度に実質的に同じ高さを意味するものである。また、誘電体膜１６の上面が平坦とは、研磨に起因した凹凸を許容する程度に実質的に平坦を意味するものである。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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。
以上、実施例１〜６を含む実施形態に関し、さらに、以下に付記を開示する。
付記１：
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられた櫛型電極と、
前記櫛型電極を覆い、前記櫛型電極より高い誘電体膜と、
前記圧電性基板上に設けられ、前記誘電体膜と実質的に同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜より研磨速度の遅い材料であるストッパ層と、
を具備する弾性波デバイス。
付記２：
前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる付記１記載の弾性波デバイス。
付記３：
前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている付記１記載の弾性波デバイス。
付記４：
前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度の遅い付記１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記５：
前記誘電体膜の上面は実質的に平坦である付記１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記６：
前記金属層は、前記圧電性基板上に設けられ、
前記ストッパ層は、前記金属層上に設けられ、前記ストッパ層の最上層を形成し、前記金属層より研磨速度の遅い最上金属層を含む付記４記載の弾性波デバイス。
付記７：
前記櫛型電極は銅を主成分とする付記１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記８：
前記誘電体膜は酸化シリコンを主成分とする付記１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記９：
前記ストッパ層の最上面の材料層は窒化シリコンを主成分とする付記８記載の弾性波デバイス。
付記１０：
圧電性基板上に櫛型電極を形成する工程と、
前記圧電性基板上に少なくとも下部に金属層を含むストッパ層を形成する工程と、
前記櫛型電極と前記ストッパ層とを覆うように、前記ストッパ層の最上面の材料より研磨速度の速い誘電体膜を形成する工程と、
前記ストッパ層で研磨が停止するように、誘電体膜を研磨する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。
付記１１
前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる付記１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
付記１２
前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている付記１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
付記１３
前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度が遅い付記１０から１２のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられた櫛型電極と、
前記櫛型電極を覆い、前記櫛型電極より高い誘電体膜と、
前記圧電性基板上に設けられ、前記誘電体膜と実質的に同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜より研磨速度の遅い材料であるストッパ層と、
を具備する弾性波デバイス。
付記２：
前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる付記１記載の弾性波デバイス。
付記３：
前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている付記１記載の弾性波デバイス。
付記４：
前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度の遅い付記１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記５：
前記誘電体膜の上面は実質的に平坦である付記１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記６：
前記金属層は、前記圧電性基板上に設けられ、
前記ストッパ層は、前記金属層上に設けられ、前記ストッパ層の最上層を形成し、前記金属層より研磨速度の遅い最上金属層を含む付記４記載の弾性波デバイス。
付記７：
前記櫛型電極は銅を主成分とする付記１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記８：
前記誘電体膜は酸化シリコンを主成分とする付記１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
付記９：
前記ストッパ層の最上面の材料層は窒化シリコンを主成分とする付記８記載の弾性波デバイス。
付記１０：
圧電性基板上に櫛型電極を形成する工程と、
前記圧電性基板上に少なくとも下部に金属層を含むストッパ層を形成する工程と、
前記櫛型電極と前記ストッパ層とを覆うように、前記ストッパ層の最上面の材料より研磨速度の速い誘電体膜を形成する工程と、
前記ストッパ層で研磨が停止するように、誘電体膜を研磨する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。
付記１１
前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる付記１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
付記１２
前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている付記１０記載の弾性波デバイスの製造方法。
付記１３
前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度が遅い付記１０から１２のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
１０ 基板
１２ 櫛型電極
１４ ストッパ層
１６ 誘電体膜
２０ 金属層
２２ａ 最上金属層
２２ｂ 材料層
３０ 配線
１２ 櫛型電極
１４ ストッパ層
１６ 誘電体膜
２０ 金属層
２２ａ 最上金属層
２２ｂ 材料層
３０ 配線
Claims (9)
- 圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられた櫛型電極と、
前記櫛型電極を覆い、前記櫛型電極より高い誘電体膜と、
前記圧電性基板上に設けられ、前記誘電体膜と同じ高さを有し、少なくとも下部に金属層を含み、最上面は前記誘電体膜より研磨速度の遅い材料であるストッパ層と、
を具備する弾性波デバイス。 - 前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる請求項１記載の弾性波デバイス。
- 前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている請求項１記載の弾性波デバイス。
- 前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度の遅い請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記誘電体膜の上面は平坦である請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 圧電性基板上に櫛型電極を形成する工程と、
前記圧電性基板上に少なくとも下部に金属層を含むストッパ層を形成する工程と、
前記櫛型電極と前記ストッパ層とを覆うように、前記ストッパ層の最上面の材料より研磨速度の速い誘電体膜を形成する工程と、
前記ストッパ層で研磨が停止するように、誘電体膜を研磨する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。 - 前記金属層は、前記櫛型電極間を接続する配線を兼ねる請求項６記載の弾性波デバイスの製造方法。
- 前記ストッパ層は、前記櫛型電極の弾性波が伝搬する方向に設けられている請求項６記載の弾性波デバイスの製造方法。
- 前記ストッパ層の最上面の材料層は、前記金属層より研磨速度が遅い請求項６から８のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
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