JP5664655B2

JP5664655B2 - 弾性波装置

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Publication number: JP5664655B2
Application number: JP2012534024A
Authority: JP
Inventors: 健二坂口; 坂口　　健二; 西條　慎; 慎西條; 央山崎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: WO2012036178A1; US9184367B2; JPWO2012036178A1; US20130207514A1

Description

本発明は、弾性波装置に関する。特に、本発明は、ＩＤＴ電極の少なくとも一部が圧電基板に形成されている溝に埋め込まれている弾性波装置に関する。

従来、共振子やフィルタ装置などとして、弾性表面波や弾性境界波などの弾性波を利用した弾性波装置が多用されるようになってきている。例えば、下記の特許文献１では、圧電基板に形成されている溝に、複数の導電膜の積層体からなるＩＤＴ電極の全体が埋め込まれた弾性表面波装置が提案されている。特許文献１に記載のように、ＩＤＴ電極の全体を溝に埋め込むことにより、ＩＤＴ電極を覆う絶縁層の表面を平坦化することができる。その結果、挿入損失を低減することができる。また、特許文献１には、ＩＤＴ電極を埋め込む溝を、横断面が圧電基板側に向かって先細る台形状とすることも記載されている。

ＷＯ２００６／０１１４１７Ａ１号公報

しかしながら、ＩＤＴ電極の少なくとも一部が圧電基板に形成されている先細り状の溝内に位置しており、かつ、ＩＤＴ電極が複数の導電膜の積層体により構成されている場合、溝の傾斜部に形成されている電極は結晶性が劣化しているため、電極指の電気抵抗や、周波数特性、耐電力性などの弾性波装置の特性を十分に高くすることが困難であるという問題がある。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＤＴ電極の少なくとも一部が圧電基板に形成されている横断面先細り状の溝内に位置しており、かつ、ＩＤＴ電極が複数の導電膜の積層体からなる弾性波装置であって、耐電力性などの特性に優れた弾性波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、ＩＤＴ電極とを備えている。圧電基板は、主面を有する。主面には、横断面形状が先細り状の溝が形成されている。ＩＤＴ電極は、少なくとも一部が溝内に位置するように主面上に形成されている。ＩＤＴ電極は、積層体により構成されている。積層体は、第１の導電層と、第２の導電層と、拡散防止層とを含む。拡散防止層は、第１の導電層と第２の導電層との間に形成されている。拡散防止層は、ＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物からなる。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、第１の導電層は、溝の幅方向の中央部と、中央部に対して傾斜している両端部とを有し、第２の導電層は、拡散防止層を介して第１の導電層の中央部及び両端部の上に形成されている。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、第１の導電層がＡｌまたはＡｌ合金からなり、第２の導電層がＡｌよりも密度が高い金属または合金からなる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、第２の導電層は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた金属またはＰｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、弾性波装置は、弾性表面波装置である。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、弾性波装置は、弾性境界波装置である。

本発明では、第１の導電層と第２の導電層との間に形成されている拡散防止層が、ＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物からなる。従って、第１の導電層と第２の導電層との間の相互拡散を効果的に抑制することができる。その結果、耐電力性などの特性を改善することができる。

図１は、第１の実施形態に係る弾性境界波装置の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。図３は、第１の実施形態における弾性境界波装置の製造工程を説明するための略図的断面図である。図４は、実施例において作製した弾性境界波装置のＩＤＴ電極におけるＴｉの存在濃度を示すＴＥＭ写真である。図５は、実施例及び比較例におけるＩＤＴ電極の平均ミアンダ抵抗を表すグラフである。図６は、比較例において作製した弾性境界波装置のＩＤＴ電極におけるＴｉの存在濃度を示すＴＥＭ写真である。図７は、第２の実施形態における弾性表面波装置の略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す所謂３媒質型の弾性境界波装置１を例に挙げて説明する。但し、弾性境界波装置１は、単なる例示である。本発明に係る弾性波装置は、弾性境界波装置１に何ら限定されない。

図１は、第１の実施形態に係る弾性境界波装置の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。まず、図１及び図２を参照しながら、弾性境界波装置１の構造について説明する。

図２に示すように、弾性境界波装置１は、圧電基板１０を備えている。圧電基板１０は、適宜の圧電体からなる基板により構成することができる。圧電基板１０は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３基板、ＬｉＴａＯ_３基板や水晶基板などにより構成することができる。

圧電基板１０の主面１０ａには、溝１０ｂが形成されている。溝１０ｂの横断面形状は、先細り状である。具体的には、本実施形態では、溝１０ｂの横断面形状は、台形状である。但し、本発明において、溝の横断面形状は、台形状に限定されない。溝の横断面形状は、例えば、２つの頂角のうちの少なくとも一方が面取り状またはＲ面取り状に形成されている台形状であってもよいし、半円形状、半長円形状、半楕円形状などであってもよい。

溝１０ｂの横断面形状が台形状である場合は、溝１０ｂの底角θは、例えば、４５°〜９０°の範囲内であることが好ましく、５０°〜８０°の範囲内であることがより好ましい。

圧電基板１０の主面１０ａの上には、ＩＤＴ電極２０が形成されている。また、主面１０ａの上には、ＩＤＴ電極２０を覆うように、第１の誘電体層１１が形成されている。また、第１の誘電体層１１の上には、第２の誘電体層１２が形成されている。このように、本実施形態の弾性境界波装置１は、３媒質型の弾性境界波装置であるが、本発明の弾性波装置は、例えば、第１の誘電体層のみを有する所謂２媒質型の弾性境界波装置であってもよい。

第１の誘電体層１１は、第２の誘電体層１２の音速よりも遅い音速を有する。このため、例えば、第２の誘電体層１２が窒化ケイ素により形成されている場合は、第１の誘電体層１１は、酸化ケイ素などの窒化ケイ素よりも音速が遅い材料により形成することができる。

本実施形態では、ＩＤＴ電極２０の少なくとも一部が、溝１０ｂの内部に位置している。すなわち、ＩＤＴ電極２０の少なくとも一部が、溝１０ｂに埋め込まれている。具体的には、本実施形態では、ＩＤＴ電極２０の一部が溝１０ｂの内部に位置している。

ＩＤＴ電極２０は、密着層２１と、第１の導電層２２と、拡散防止層２３と、第２の導電層２４がこの順番で圧電基板１０側から積層されてなる積層体により構成されている。

密着層２１は、ＩＤＴ電極２０の圧電基板１０に対する密着性を高めるための層である。密着層２１は、例えば、Ｔｉなどにより構成することができる。密着層２１の厚みは、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度とすることができる。なお、密着層２１は、導電性を有するものであってもよいし、導電性を有さないものであってもよい。但し、ＩＤＴ電極２０の導電性を高める観点からは、密着層２１が導電性を有することが好ましい。

第１の導電層２２は、密着層２１の上に形成されている。第１の導電層２２の上には、第２の導電層２４が形成されており、その間に拡散防止層２３が形成されている。

本実施形態において、第１の導電層２２は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる。一方、第２の導電層２４は、Ａｌよりも密度が高い金属または合金からなる。具体的には、第２の導電層２４は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた金属またはＰｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなる。第１及び第２の導電層２２，２４の厚みは、特に限定されないが、例えば、それぞれ、１００ｎｍ〜３００ｎｍ、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。

本実施形態では、上述のように、溝１０ｂは、横断面形状が先細り状となるように形成されている。このため、溝１０ｂに形成されている第１の導電層２２も溝１０ｂに沿った形状となる。具体的には、第１の導電層２２は、表面２２ａ１が溝１０ｂの底面１０ｂ１と平行な中央部２２ａと、溝１０ｂの幅方向の両端部に位置しており、表面２２ｂ１が底面１０ｂ１に対して傾斜している側面１０ｂ２と略平行であり、底面１０ｂ１に対しては傾斜している両側部２２ｂとを有する。両側部２２ｂは、中央部２２ａに対して傾斜している。

拡散防止層２３は、第１の導電層２２の表面２２ａ１，２２ｂ１を含む全体の上に形成されている。そして、第２の導電層２４は、拡散防止層２３の全体の上を覆うように形成されている。

本実施形態において、拡散防止層２３は、ＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物からなる。すなわち、拡散防止層２３は、酸化チタン、窒化チタン、酸窒化チタン、酸化クロム、窒化クロムまたは酸窒化クロムからなる。

次に、弾性境界波装置１の製造方法の一例について説明する。

まず、溝１０ｂが形成されている圧電基板１０を用意する。なお、溝１０ｂは、例えば、フォトレジストからなるマスクを用いたフォトリソグラフィーにより形成することができる。

次に、図３に示すように、圧電基板１０の上に、ＩＤＴ電極２０を形成しようとする部分に開口２５ａが形成されているマスク２５を配置する。このマスク２５は、例えば、フォトレジストなどにより形成することができる。

次に、上記マスク２５の上から、例えば、蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの薄膜形成法により、密着層２１、第１の導電層２２、拡散防止層２３及び第２の導電層２４を形成する。その後、マスク２５を除去する（リフトオフ）。

最後に、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法により第１及び第２の誘電体層１１，１２を形成することにより、弾性境界波装置１を完成させることができる。

ところで、従来、拡散防止層としては、一般的に、Ｔｉ膜が用いられている。Ｔｉ膜であれば、金属酸化物膜とは異なり、導電性を有しているため、ＩＤＴ電極の導電性が低下しにくい。また、圧電基板の表面に溝が形成されておらず、平坦な表面の上にＩＤＴ電極が形成されている場合は、十分に高い拡散防止効果を得ることができる。

このため、本実施形態のように、横断面先細り状の溝の上にＩＤＴ電極を形成する場合においても、拡散防止層としてＴｉ膜を用いることが考えられる。しかしながら、横断面先細り状の溝の上にＩＤＴ電極を形成した場合は、拡散防止層としてＴｉ膜を用いると、十分な拡散防止効果が得られず、拡散防止層の上下に存在する導電膜間で相互拡散が生じてしまうという問題が発生した。これについて、本発明者らが鋭意研究した結果、拡散防止層の全体において拡散防止機能が低くなっているのではなく、拡散防止層の傾斜部分の拡散防止機能が低くなっていることが見出された。これは、拡散防止層の傾斜部分は、平坦部分と較べて膜質が粗になりやすく、また結晶性が低くなりやすいためであると考えられる。

そこで本発明者らは、横断面先細り状の溝の上にＩＤＴ電極を形成した場合であっても、導電層間の相互拡散を効果的に抑制できる拡散防止層について検討を重ねた。その結果、本実施形態のように、第１の導電層２２と第２の導電層２４との間に位置している拡散防止層２３をＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物により形成することにより、第１の導電層２２と第２の導電層２４との間の相互拡散を効果的に抑制できることを見出した。すなわち、拡散防止層２３をＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物により形成することにより、拡散防止層２３の傾斜部においても、良好な拡散防止効果が得られる。

また、拡散防止層２３が薄い場合であっても良好な拡散防止効果が得られるため、第１及び第２の導電層２２，２４を、その分厚くすることができる。従って、ＩＤＴ電極２０の電気抵抗をより小さくすることができる。

なお、第１及び第２の導電層２２，２４間の相互拡散は、熱が加わったときに生じやすい。従って、ＩＤＴ電極２０の上に、第１の誘電体層１１が形成される弾性境界波装置１において第１及び第２の導電層２２，２４間の相互拡散が大きな問題となりやすい。

以下、この効果を具体的な実施例及び比較例に基づいて、より詳細に説明する。

（実施例）
上記第１の実施形態に係る弾性境界波装置１を以下の条件で作製した。そして、ＴＥＭを用いてＴｉの存在濃度を検出した。結果を、図４に示す。図４において、明るくなっている部分がＴｉの存在濃度が高い部分である。

また、第１の誘電体層の形成前及び形成後におけるＩＤＴ電極の平均ミアンダ抵抗を測定した。さらに、弾性境界波装置に対して、３００℃で２時間放置するという熱処理を５回行い、熱処理をする毎に、ＩＤＴ電極の平均ミアンダ抵抗を測定した。結果を、図５に示す。

実施例における条件：
圧電基板：ＬｉＴａＯ_３
密着層：厚み１０ｎｍのＴｉ膜
第１の導電層：厚み３００ｎｍのＣｕを１重量％含むＡｌ膜
拡散防止層：厚み２０ｎｍの酸化チタン膜
第２の導電層：厚み９５ｎｍのＰｔ膜
第１の誘電体層：厚み７６０ｎｍの酸化ケイ素膜
第２の誘電体層：厚み２２００ｎｍの窒化ケイ素膜

（比較例）
拡散防止層を、厚み８０ｎｍのＴｉ膜としたこと以外は上記実施例と同様に弾性境界波装置を作製し、同様の手順でＴＥＭによるＴｉの存在濃度検出及び平均ミアンダ抵抗の測定を行った。図６に比較例におけるＩＤＴ電極のＴｉの存在濃度を表すＴＥＭ写真を示す。また、本比較例における平均ミアンダ抵抗を図５に示す。

図４及び図６の比較から、拡散防止層がＴｉ膜からなる場合は、傾斜している両端部においてＴｉ濃度が薄くなっている部分が観察される一方、拡散防止層が酸化チタン膜からなる場合は、傾斜している両端部においてもＴｉ濃度が薄くなっている部分が観察されなかった。この結果から、拡散防止層がＴｉ膜からなる場合は、第１及び第２の導電層間の相互拡散が生じているものの、拡散防止層が酸化チタン膜からなる場合は、第１及び第２の導電層間の相互拡散が実質的に発生していないことが分かる。

また、図５に示す結果からも、拡散防止層がＴｉ膜からなる比較例では、ＩＤＴ電極に熱が加わると共に、第１及び第２の導電層間の相互拡散が生じ、ＩＤＴ電極の電気抵抗値が大きくなる一方、拡散防止層が酸化チタン膜からなる実施例では、ＩＤＴ電極に熱が加わっても、第１及び第２の導電層間の相互拡散が発生せず、ＩＤＴ電極の電気抵抗がほとんど増大しないことが分かる。また、拡散防止層を酸化チタン膜とした場合のみならず、拡散防止層を、窒化チタン、酸窒化チタン、酸化クロム、窒化クロムまたは酸窒化クロムで形成した場合においても、同様の効果が得られる。

なお、上記実施形態では、ＩＤＴ電極２０の一部が溝１０ｂ内に埋め込まれている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、ＩＤＴ電極の実質的に全体が溝内に埋め込まれていてもよい。

本発明において、密着層は必ずしも必須ではない。密着層を設けず、第１の導電層を溝１０ｂの上に直接形成してもよい。

また、ＩＤＴ電極は、第１及び第２の導電層以外のさらなる導電層を有していてもよい。その場合には、そのさらなる導電層と、隣接する導電層との間に、ＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物からなる拡散防止層をさらに設けることが好ましい。

また、上記第１の実施形態では、弾性境界波装置１を例に挙げて本発明の実施形態について説明したが、本発明の弾性波装置は、例えば、図７に示すような弾性表面波装置であってもよい。図７に示す弾性表面波装置では、圧電基板１０の主面１０ａの上に、周波数温度特性を改善する機能を兼ね備えた保護膜３０が形成されている。保護膜３０は、例えば、酸化ケイ素などにより形成することができる。もっとも、弾性表面波装置においては、保護膜は必ずしも必須ではない。弾性表面波装置では、保護膜が設けられておらず、ＩＤＴ電極が形成されている圧電基板の表面が露出していてもよい。

１…弾性境界波装置
１０…圧電基板
１０ａ…主面
１０ｂ…溝
１０ｂ１…底面
１０ｂ２…側面
１１…第１の誘電体層
１２…第２の誘電体層
２０…ＩＤＴ電極
２１…密着層
２２…第１の導電層
２２ａ…中央部
２２ａ１…中央部２２ａの表面
２２ｂ…両側部
２２ｂ１…両側部２２ｂの表面
２３…拡散防止層
２４…第２の導電層
２５…マスク
２５ａ…開口
３０…保護膜

Claims

横断面形状が先細り状の溝が形成されている主面を有する圧電基板と、
少なくとも一部が前記溝内に位置するように前記主面上に形成されているＩＤＴ電極と、
を備える弾性波装置であって、
前記ＩＤＴ電極は、前記溝の幅方向における中央部と、前記中央部に対して傾斜している両側部とを有する第１の導電層と、第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に形成されており、前記第１の導電層の前記中央部に重なっている部分と、前記第１の導電層の前記両側部に重なっている傾斜部分とを有し、ＴｉまたはＣｒの酸化物または窒化物からなる拡散防止層とを含む積層体により構成されている、弾性波装置。
前記第２の導電層は、前記拡散防止層を介して前記第１の導電層の前記中央部及び両側部の上に形成されている、請求項１に記載の弾性波装置。
前記第１の導電層がＡｌまたはＡｌ合金からなり、前記第２の導電層がＡｌよりも密度が高い金属または合金からなる、請求項１または２に記載の弾性波装置。
前記第２の導電層は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた金属またはＰｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ及びＰｄからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなる、請求項３に記載の弾性波装置。
弾性表面波装置である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性波装置。
弾性境界波装置である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性波装置。