JP2018157508A - 弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共振器の特性の劣化を抑制すること。【解決手段】圧電基板１０と、前記圧電基板上に設けられた弾性波を励振するＩＤＴ２０と、前記圧電基板上の前記ＩＤＴの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器２４と、前記圧電基板上の前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ、前記ＩＤＴおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離Ｗｄ＋Ｄｇが前記膜厚の４０倍以上であるダミーパターン２６と、前記圧電基板上に、前記ＩＤＴ、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように設けられ、上面に前記ＩＤＴおよび前記反射器に対応する凸凹が略平坦化された絶縁膜１４と、を具備する弾性波デバイス。【選択図】図６

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ＩＤＴを有する弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。

弾性表面波共振器では、圧電基板上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）および反射器を設け、ＩＤＴおよび反射器を覆うように絶縁体膜を設けることが知られている（例えば特許文献１、２）。絶縁膜の周波数温度係数を圧電基板と逆符号とすることで、弾性波デバイスの周波数温度係数を改善できる。

国際公開２０１０／１０１１６６号明細書 特開２０１５−７３３０８号公報

ＩＤＴおよび反射器上に絶縁膜を形成すると、絶縁膜の上面にＩＤＴに対応する凹凸が形成される。そこで、絶縁膜の上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing)法を用い平坦にする。しかし、ＣＭＰ法を用い絶縁膜を平坦化すると、共振器上の絶縁膜の膜厚がＩＤＴ上の絶縁膜の膜厚より小さくなる。これにより共振器の特性が劣化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振器の特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた弾性波を励振するＩＤＴと、前記圧電基板上の前記ＩＤＴの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、前記圧電基板上の前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ、前記ＩＤＴおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の４０倍以上であるダミーパターンと、前記圧電基板上に、前記ＩＤＴ、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように設けられ、上面に前記ＩＤＴおよび前記反射器に対応する凸凹が略平坦化された絶縁膜と、を具備する弾性波デバイスである。

上記構成において、前記反射器と前記ダミーパターンとの間のギャップの幅は、前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記ダミーパターンは、開口のない一体パターンである構成とすることができる。

前記ダミーパターンは、複数のパターンを含み、前記複数のパターンの間のギャップの前記伝搬方向の幅は、前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である構成とすることができる。

前記ダミーパターンは、開口を含み、前記開口の前記伝搬方向の幅は前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電基板は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り、前記絶縁膜は酸化シリコン膜である構成とすることができる。

本発明は、圧電基板上に、弾性波を励振するＩＤＴと、前記ＩＤＴの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ前記ＩＤＴおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の４０倍以上であるダミーパターンと、を形成する工程と、前記圧電基板上に、前記ＩＤＴ、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上面に形成された前記ＩＤＴおよび前記反射器に対応する凸凹を略平坦化するように前記絶縁膜の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

本発明によれば、共振器の特性の劣化を抑制することができる。

図１（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図４（ａ）は、共振器ＡおよびＢの通過特性、反射器ＡおよびＢの反射特性を示す図、図４（ｂ）は共振器ＡおよびＢの共振周波数付近の拡大図である。 図５は、金属膜の膜厚Ｈ１に対する距離Ｌを示す図である。 図６（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１の変形例１および２に係る弾性波デバイスの平面図である。 図９は、実施例２に係るフィルタの平面図である。

図１（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの平面図、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２５では、圧電基板１０上にＩＤＴ２０および反射器２４が形成されている。ＩＤＴ２０および反射器２４は、圧電基板１０に形成された金属膜１２により形成される。ＩＤＴ２０は、対向する一対の櫛型電極２２を備える。櫛型電極２２は、複数の電極指２１と、複数の電極指２１が接続されたバスバー２３と、を備える。一対の櫛型電極２２は、電極指２１がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。

一対の櫛型電極２２の電極指２１が励振する弾性波は、主に電極指２１の配列方向に伝搬する。１つの櫛形電極２２の電極指２１のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。反射器２４は、弾性波を反射する。これにより弾性波のエネルギーがＩＤＴ２０内に閉じ込められる。圧電基板１０上にＩＤＴ２０および反射器２４を覆うように絶縁膜１４が設けられている。圧電基板１０は、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。金属膜１２は、例えばアルミニウム膜または銅膜である。絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜（弗素等の元素が添加されていてもよい）である。上記例示した材料の場合、圧電基板１０の周波数温度係数（例えば共振周波数の温度係数）は負である。一方、絶縁膜１４の周波数温度係数は正である。具体的には、圧電基板１０の弾性定数と絶縁膜１４の弾性定数の温度係数とが逆符号である。これにより、絶縁膜１４を設けることで、周波数温度係数を０に近づけることができる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、共振器２５の電極指２１を形成する金属膜１２上に絶縁膜１４を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成する。絶縁膜１４の上面には、電極指２１に対応する凹凸１６が形成される。電極指２１の膜厚Ｈ１と凹凸１６の高さＨ２とはほぼ同じである。絶縁膜１４の上面に凹凸１６が形成されると、弾性波が凹凸１６で反射され、フィルタ特性が劣化する。そこで、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜１４の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、電極指２１に対応する凹凸１６は略平坦化される。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図２（ｂ）に示すように、電極指２１に対応する絶縁膜１４の上面の凹凸１６は消失するものの、図３（ａ）に示すように、共振器２５に対応する絶縁膜１４の凹凸１７が生じる。共振器２５が形成されている領域は凸となり共振器２５が形成されていない領域は凹となる。このように、ＣＭＰ法により絶縁膜１４の上面を平坦化すると、電極指２１のピッチ相当の数μｍ程度に範囲では平坦化されるものの、共振器２５の大きさ数１００μｍ程度の範囲では凹凸１７が形成されてしまう。

図３（ｂ）に示すように、共振器２５の端部では、絶縁膜１４が薄くなってしまう。共振器２５の端部における絶縁膜１４の平坦面からの高さの減少量をＨ３とする。共振器２５から絶縁膜１４の上面が平坦面から低くなる範囲の距離をＬとする。Ｈ３は最大で７０ｎｍである。

反射器２４上の絶縁膜１４がＩＤＴ２０上の絶縁膜１４より７０ｎｍ薄いときの共振器特性をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
圧電基板１０：１２８°Ｙ回転Ｘ伝搬ニオブ酸リチウム基板
金属膜１２：膜厚が３３８ｎｍの銅膜
絶縁膜１４：膜厚が９２７ｎｍの酸化シリコン膜
ＩＤＴ２０：開口長が２０λ、対数が５０対
反射器２４：対数が１０対
以下の共振器ＡおよびＢについてシミュレーションした。
共振器Ａ：反射器２４上の絶縁膜１４の膜厚がＩＤＴ２０上の絶縁膜１４と同じ
共振器Ｂ：反射器２４上の絶縁膜１４の膜厚がＩＤＴ２０上の絶縁膜１４より７０ｎｍ薄い

図４（ａ）は、共振器ＡおよびＢの通過特性、反射器ＡおよびＢの反射特性を示す図、図４（ｂ）は共振器ＡおよびＢの共振周波数付近の拡大図である。反射器ＡおよびＢはそれぞれ共振器ＡおよびＢの反射器である。図４（ａ）に示すように、反射器Ｂの反射帯域は反射器Ａより高周波側にシフトしている。図４（ｂ）に示すように、共振器Ｂは共振器Ａより共振周波数付近の減衰量が大きくなっている。これにより、共振器Ｂは共振器Ａより共振周波数におけるＱ値が小さくなる。これは、共振器Ｂでは共振周波数付近の反射器Ｂの反射特性が劣化するため、弾性波の閉じ込めが劣化したためと考えられる。このように、反射器２４上の絶縁膜１４の膜厚が薄くなると、共振器２５の共振周波数におけるＱ値が劣化する。

図３（ｂ）における金属膜１２の膜厚Ｈ１に対する距離Ｌを測定した。測定したサンプルは、金属膜１２を銅膜、絶縁膜１４を酸化シリコン膜とした。ＣＭＰ法による酸化シリコン膜の研磨は、スラリーとしてセリアスラリーを用い、絶縁膜１４の上面の凹凸１６がほぼなくなるように行った。

図５は、金属膜の膜厚Ｈ１に対する距離Ｌを示す図である。図５に示すように、膜厚Ｈ１が大きくなると距離Ｌが大きくなる。距離Ｌ（μｍ）は０．０４×Ｈ１（ｎｍ）と同程度か若干小さい。距離Ｌと膜厚Ｈ１の単位を統一すると、絶縁膜１４の膜厚が薄くなるのは共振器２５の端から約４０×Ｈ１の範囲であることが分かった。

上記知見に基づく実施例について説明する。

図６（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、反射器２４の外側の圧電基板１０上にダミーパターン２６が設けられている。ダミーパターン２６は金属膜１２により形成されている。絶縁膜１４はダミーパターン２６を覆うように設けられている。ダミーパターン２６の幅をＷｄ、反射器２４とダミーパターン２６との間のギャップの幅をＤｇ、および隣接する電極指２１間のギャップの幅をＬｇとする。幅Ｗｄ＋幅Ｄｇを４０×Ｈ１以上とする。その他の構成は比較例１と同じであり説明を省略する。

図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、圧電基板１０を準備する。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。図７（ｂ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜１２を、蒸着法およびリフトオフ法、またはスパッタリング法またはエッチング法を用い形成する。金属膜１２により、ＩＤＴ２０、反射器２４およびダミーパターン２６が形成される。金属膜１２は、例えば銅膜またはアルミニウム膜である。

図７（ｃ）に示すように、圧電基板１０上にＩＤＴ２０、反射器２４およびダミーパターン２６を覆うように絶縁膜１４を、例えばＣＶＤ法を用い形成する。絶縁膜１４は例えば酸化シリコン膜である。酸化シリコン膜には弗素等の元素が添加されていてもよい。絶縁膜１４の上面にはＩＤＴ２０、反射器２４およびダミーパターン２６に対応する凹凸１６が形成される。

図７（ｄ）に示すように、絶縁膜１４の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、電極指２１に対応する凹凸１６はほとんど消失する。また、ダミーパターン２６によりＩＤＴ２０上の絶縁膜１４の膜厚と反射器２４上の絶縁膜１４の膜厚とはほぼ同じとなる。

実施例１によれば、反射器２４の弾性波の伝搬方向における外側にダミーパターン２６が設けられている。ダミーパターン２６、ＩＤＴ２０および反射器２４の膜厚Ｈ１は、製造ばらつきの範囲内で略同じである。反射器２４の外側の端とダミーパターン２６の外側の端との距離（すなわちＷｄ＋Ｄｇ）は、膜厚Ｈ１の４０倍以上である。絶縁膜１４の上面にＩＤＴ２０および反射器２４に対応する凹凸１６はＣＭＰ法で平坦化した程度に平坦化されている。例えば、図７（ｄ）のように、絶縁膜１４の上面に形成されたＩＤＴ２０および反射器２４に対応する凹凸１６を平坦化するように絶縁膜１４の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、図４（ｂ）のような反射器２４上の膜厚が薄くなることによる共振器２５の特性の劣化を抑制できる

ダミーパターン２６の膜厚は、ＩＤＴ２０および反射器２４の少なくとも一方の膜厚と略同じであればよい。また、ダミーパターン２６とＩＤＴ２０および反射器２４の少なくとも一方とを同時に形成するため、ダミーパターン２６は、ＩＤＴ２０および反射器２４の少なくとも一方と同じ材料からなることが好ましい、

ＩＤＴ２０上の絶縁膜１４の膜厚と反射器２４上の膜厚とを略同じとするため、Ｗｄ＋Ｄｇは５０×Ｈ１以上が好ましく、１００×Ｈ１以上がより好ましい。Ｗｄ＋Ｄｇが大きいとチップサイズが大きくなる。このため、Ｗｄ＋Ｄｇは１０００×Ｈ１以下が好ましく、２００×Ｈ１以下がより好ましい。

反射器２４とダミーパターン２６との間のギャップの幅Ｄｇが大きいと、反射器２４とダミーパターン２６との間の絶縁膜１４の上面に凹部が形成されてしまう。このため、幅Ｄｇは隣接する電極指２１間のギャップの幅Ｌｇの２倍以下であることが好ましく、Ｌｇ以下がより好ましい。幅Ｄｇは０より大きく、Ｌｇ／２以上であることがより好ましい。

絶縁膜１４を温度補償膜として用いる場合、絶縁膜１４の弾性定数を圧電基板１０と逆符号とすることが好ましい。圧電基板１０がニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板の場合、絶縁膜１４は酸化シリコン膜（弗素等の元素を含んでもよい）であることが好ましい。絶縁膜１４は、保護膜として機能してもよい。

［実施例１の変形例］
図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１の変形例１および２に係る弾性波デバイスの平面図である。図８（ａ）に示すように、ダミーパターン２６は複数のパターン２６ａを含む。絶縁膜１４の上面に複数のパターン２６ａに対応する凹凸が形成されないように、複数のパターン２６ａ間のギャップの幅Ｗｇは隣接する電極指２１間のギャップの幅Ｌｇの２倍以下であることが好ましく、Ｌｇ以下がより好ましい。幅Ｗｇは０より大きく、Ｌｇ／２以上であることがより好ましい。複数のパターン２６ａの弾性波の伝搬方向の幅は、電極指２１の弾性波の伝搬方向の幅以上が好ましい。

図８（ｂ）に示すように、ダミーパターン２６は開口２６ｂを含む。絶縁膜１４の上面に開口２６ｂに対応する凹凸が形成されないように、開口２６ｂの幅Ｗｇは隣接する電極指２１間のギャップの幅Ｌｇの２倍以下であることが好ましく、Ｌｇ以下がより好ましい。幅Ｗｇは０より大きく、Ｌｇ／２以上であることがより好ましい。隣接する開口２６ｂ間のダミーパターン２６の弾性波の伝搬方向の幅は、電極指２１の弾性波の伝搬方向の幅以上が好ましい。

実施例１のように、ダミーパターン２６は開口のない一体パターンでもよいし、実施例１の変形例１および２のように、ダミーパターン２６は複数のパターン２６ａおよび／または開口２６ｂを含んでもよい。パターン２６ａおよび開口２６ｂの平面形状は、スリット状、多角形状その他でもよい。

図９は、実施例２に係るフィルタの平面図である。図９に示すように、圧電基板１０上に、共振器２５、配線３０、パッド３２、ダミーパターン２６、３４および３６が設けられている。共振器２５は直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３を含む。パッド３２は入力端子Ｉｎ、出力端子Ｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄを含む。

入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１からＳ４が配線３０を介し直列に接続されている。直列共振器Ｓ１およびＳ２は各々直列に２分割されている。入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に並列共振器Ｐ１からＰ３が配線３０を介し並列に接続されている。共振器２５の反射器の外側にダミーパターン２６が設けられている。共振器２５、配線３０およびパッド３２の隙間にダミーパターン３４が設けられている。圧電基板１０の周縁にドット状のダミーパターン３６が設けられている。

ダミーパターン２６を設けることで、絶縁膜１４の上面を平坦化するときに反射器２４上の絶縁膜１４が薄くなることを抑制できる。ダミーパターン２６は共振器２５の両側の反射器２４のうち、圧電基板１０の縁側の反射器２４の外側に設けることが好ましい。ダミーパターン２６と同じ膜厚のダミーパターン３４および／または３６を設けることで、絶縁膜１４の上面をより平坦化できる。

実施例２のように、実施例１およびその変形例の共振器２５およびダミーパターン２６をフィルタに用いることで、フィルタ特性の劣化を抑制できる。

ラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の個数は任意に設計できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モードフィルタを含んでもよい。実施例２をデュプレクサ等のマルチプレクサに用いてもよい。

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。

１０ 圧電基板
１２ 金属膜
１４ 絶縁膜
１６ 凹凸
２０ ＩＤＴ
２１ 電極指
２２ 櫛形電極
２３ バスバー
２４ 反射器
２５ 共振器
２６ ダミーパターン
２６ａ パターン
２６ｂ 開口

Claims (7)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられた弾性波を励振するＩＤＴと、
   前記圧電基板上の前記ＩＤＴの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、
   前記圧電基板上の前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ、前記ＩＤＴおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の４０倍以上であるダミーパターンと、
   前記圧電基板上に、前記ＩＤＴ、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように設けられ、上面に前記ＩＤＴおよび前記反射器に対応する凸凹が略平坦化された絶縁膜と、
   を具備する弾性波デバイス。
2. 前記反射器と前記ダミーパターンとの間のギャップの幅は、前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記ダミーパターンは、開口のない一体パターンである請求項１または２記載の弾性波デバイス。
4. 前記ダミーパターンは、複数のパターンを含み、前記複数のパターンの間のギャップの前記伝搬方向の幅は、前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である請求項１または２記載の弾性波デバイス。
5. 前記ダミーパターンは、開口を含み、前記開口の前記伝搬方向の幅は前記ＩＤＴおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の２倍以下である請求項１または２記載の弾性波デバイス。
6. 前記圧電基板は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り、前記絶縁膜は酸化シリコン膜である請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
7. 圧電基板上に、弾性波を励振するＩＤＴと、前記ＩＤＴの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ前記ＩＤＴおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の４０倍以上であるダミーパターンと、を形成する工程と、
   前記圧電基板上に、前記ＩＤＴ、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上面に形成された前記ＩＤＴおよび前記反射器に対応する凸凹を略平坦化するように前記絶縁膜の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する工程と、
   を含む弾性波デバイスの製造方法。
   

Images