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WO2023190700A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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Publication number
WO2023190700A1
WO2023190700A1 PCT/JP2023/012845 JP2023012845W WO2023190700A1 WO 2023190700 A1 WO2023190700 A1 WO 2023190700A1 JP 2023012845 W JP2023012845 W JP 2023012845W WO 2023190700 A1 WO2023190700 A1 WO 2023190700A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
wave device
elastic wave
piezoelectric layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/012845
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和則 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of WO2023190700A1 publication Critical patent/WO2023190700A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device.
  • acoustic wave devices including a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate are known.
  • Patent Document 1 discloses a support in which a cavity is formed, a piezoelectric substrate provided on the support so as to overlap with the cavity, and a piezoelectric substrate provided on the piezoelectric substrate so as to overlap with the cavity.
  • An acoustic wave device is provided with an IDT (Interdigital Transducer) electrode provided, and a plate wave is excited by the IDT electrode, wherein an edge of the cavity portion is provided with a plate wave excited by the IDT electrode.
  • An elastic wave device is disclosed that does not include a straight portion extending parallel to the propagation direction of the wave.
  • a part of a piezoelectric substrate (hereinafter referred to as a piezoelectric layer) provided on a support body becomes hollow due to heating such as reflow for board mounting. It is deformed into an uneven shape by concave toward the cavity or bulge toward the opposite side of the cavity. At this time, if the piezoelectric layer expands excessively toward the opposite side of the cavity, cracks may occur in the piezoelectric layer at locations where the tolerance for expansion is low.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave device that can suppress the piezoelectric layer in the portion overlapping with the cavity from deforming into irregularities and prevent cracks from occurring in the piezoelectric layer.
  • the elastic wave device of the present invention includes: a support member having a non-penetrating cavity on one main surface; a piezoelectric layer provided on the one main surface of the support member so as to cover the cavity; A functional electrode is provided on at least one main surface so that at least a portion thereof overlaps with the cavity when viewed from the thickness direction of the piezoelectric layer.
  • the piezoelectric layer has N pieces (N is an integer of 2 or more) that penetrate the piezoelectric layer in the thickness direction in a region that overlaps with the cavity and is not provided with the functional electrode when viewed from the thickness direction. ) through holes are provided, and the main surface of the piezoelectric layer opposite to the cavity and the bottom surface of the cavity are connected by a reinforcing member through the one or more and N-1 or less through holes.
  • an acoustic wave device that can suppress the piezoelectric layer in the portion overlapping with the cavity from being deformed into irregularities and prevent cracks from occurring in the piezoelectric layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of an elastic wave device according to a comparative example in which a reinforcing member is not provided.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line AA.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line BB.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line CC.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line AA.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line BB.
  • FIG. 4C is a cross-sectional
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing an initial state when the elastic wave device shown in FIG. 3 is heated.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line AA.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line BB.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line CC.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a state in which the acoustic wave device shown in FIG. 3 has been heated.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 7 taken along line AA.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG.
  • FIG. 7 taken along line BB.
  • FIG. 8C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 7 taken along line CC.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a sacrificial layer on a piezoelectric substrate.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming the intermediate layer.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of bonding the support substrate to the intermediate layer.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of thinning the piezoelectric substrate.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming functional electrodes and wiring electrodes.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a through hole.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a part of the process of forming a reinforcing film.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of removing the sacrificial layer.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a sacrificial layer on a piezoelectric substrate.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming the intermediate layer.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of bonding the support substrate to the intermediate layer.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing an example of a process of thinning a piezoelectric substrate.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming functional electrodes and wiring electrodes.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a through hole.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a part of the process of forming a reinforcing film.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of removing the sacrificial layer.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing another example of the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of a process of thinning a piezoelectric substrate.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming functional electrodes and wiring electrodes.
  • FIG. 26 is a schematic perspective view showing the appearance of an example of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness shear mode.
  • FIG. 27 is a plan view showing the electrode structure on the piezoelectric layer of the acoustic wave device shown in FIG. 26.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 26.
  • FIG. 29 is a schematic front sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of the acoustic wave device.
  • FIG. 30 is a schematic front sectional view for explaining a thickness shear mode bulk wave propagating through a piezoelectric layer of an elastic wave device.
  • FIG. 31 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness shear mode.
  • FIG. 32 is a diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 26.
  • FIG. 33 is a diagram showing the relationship between d/2p and the fractional band as a resonator of an acoustic wave device, where p is the distance between the centers of adjacent electrodes and d is the thickness of the piezoelectric layer.
  • FIG. 34 is a plan view of another example of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves.
  • FIG. 35 is a reference diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 26.
  • FIG. 36 is a diagram showing the relationship between the fractional band and the amount of phase rotation of spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of spurious when a large number of elastic wave resonators are configured according to the present embodiment. It is.
  • FIG. 37 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional band.
  • FIG. 38 is a diagram showing a map of the fractional band with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought as close to 0 as possible.
  • FIG. 39 is a partially cutaway perspective view for explaining an example of an elastic wave device that uses Lamb waves.
  • the acoustic wave device of the present invention includes a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate, a first electrode and a first electrode facing each other in a direction crossing the thickness direction of the piezoelectric layer. 2 electrodes.
  • a bulk wave in a thickness shear mode such as a primary thickness shear mode is used.
  • the first electrode and the second electrode are adjacent electrodes, and when the thickness of the piezoelectric layer is d and the distance between the centers of the first electrode and the second electrode is p, d/ p is set to be 0.5 or less.
  • the Q value can be increased even when miniaturization is promoted.
  • Lamb waves are used as plate waves. Then, resonance characteristics due to the Lamb wave described above can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention. Note that FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 2 taken along line II.
  • the elastic wave device 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a support member 20, a piezoelectric layer 21, and a functional electrode 22.
  • the support member 20 has a non-penetrating cavity 23 on one main surface (the upper main surface in FIG. 1).
  • the piezoelectric layer 21 is provided on one main surface of the support member 20 so as to cover the cavity 23.
  • the functional electrode 22 is provided on at least one main surface of the piezoelectric layer 21.
  • the functional electrode 22 is provided on one main surface (the upper main surface in FIG. 1) of the piezoelectric layer 21.
  • the functional electrode 22 is provided so that at least a portion thereof overlaps with the cavity 23 when viewed from the thickness direction of the piezoelectric layer 21 (Z direction in FIGS. 1 and 2).
  • the functional electrode 22 may be provided so that the entirety thereof overlaps with the cavity 23, or a part of the functional electrode 22 may be provided so as to overlap with the cavity 23. .
  • the piezoelectric layer 21 has N (N is an integer of 2 or more) penetrating the piezoelectric layer 21 in the thickness direction in a region that overlaps with the cavity 23 when viewed from the thickness direction and where the functional electrode 22 is not provided.
  • a through hole 24 is provided. In the example shown in FIGS. 1 and 2, four through holes 24 are provided.
  • the main surface of the piezoelectric layer 21 opposite to the cavity 23 (the upper main surface in FIG. 1) and the cavity 23 are connected through one or more and N-1 or less through holes 24.
  • the bottom surface is connected by a reinforcing member 25.
  • reinforcing members 25 are provided in two through holes 24.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of an elastic wave device according to a comparative example in which a reinforcing member is not provided.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line AA.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line BB.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 3 taken along line CC.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the initial state when the elastic wave device shown in FIG. 3 is heated.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line AA.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line BB.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 5 taken along line CC.
  • the membrane portion 21M which is a part of the piezoelectric layer 21, is recessed toward the cavity portion 23 in the region indicated by RB in FIG. 5 due to heating such as reflow for board mounting (see FIG. 6B). ), it bulges out to the opposite side of the cavity 23 in the regions indicated by RA and RC in FIG. 5 (see FIGS. 6A and 6C), and is deformed into an uneven shape.
  • the portion of the piezoelectric layer located in the region overlapping with the cavity when viewed from the thickness direction is also referred to as a "membrane portion.”
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a state in which the acoustic wave device shown in FIG. 3 is heated.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 7 taken along line AA.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 7 taken along line BB.
  • FIG. 8C is a cross-sectional view of the elastic wave device shown in FIG. 7 taken along line CC.
  • the membrane portion 21M is further depressed by heating (see FIG. 8B), but once the concave portion of the membrane portion 21M comes into contact with the bottom surface of the cavity 23, the membrane portion 21M does not deform any further.
  • the main surface of the piezoelectric layer 21 on the opposite side of the cavity 23 and the bottom surface of the cavity 23 are fixed by the reinforcing member 25 through the through hole 24.
  • the reinforcing member 25 has been done.
  • the shape of the reinforcing member 25 is not particularly limited.
  • the reinforcing member 25 may be a hollow column or a solid column.
  • the reinforcing member 25 is made of, for example, an inorganic material (that is, a ceramic material).
  • the inorganic material include silicon oxide (SiO x ) such as silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the number of inorganic materials may be one or two or more.
  • the inorganic material constituting the reinforcing member 25 may be, for example, the same as the inorganic material constituting the intermediate layer of the supporting member 20 described later.
  • the reinforcing member 25 is made of, for example, a metal material.
  • the metal material include Al, Pt, Au, Ag, Cu, Ni, Ti, Cr, Pd, and alloys mainly composed of these metals.
  • the number of metal materials may be one, or two or more.
  • the metal material constituting the reinforcing member 25 may be, for example, the same as the metal material constituting the functional electrode 22 described later.
  • the reinforcing member 25 may include a portion made of a metal material and a portion made of an inorganic material.
  • the area of the portion where the reinforcing member 25 contacts the bottom surface of the cavity 23 may be smaller than the area of the through hole 24.
  • the support member 20 may have an intermediate layer (also referred to as an insulating layer or a bonding layer) on one main surface on which the piezoelectric layer 21 is provided.
  • the support member 20 includes a support substrate and an intermediate layer provided between the support substrate and the piezoelectric layer.
  • the support substrate is made of silicon (Si), for example.
  • the intermediate layer is made of silicon oxide (SiO x ), such as silicon dioxide (SiO 2 ), for example.
  • the piezoelectric layer 21 is made of, for example, lithium niobate (LiNbO x ) or lithium tantalate (LiTaO x ). In that case, the piezoelectric layer 21 may be composed of LiNbO 3 or LiTaO 3 .
  • the functional electrode 22 is, for example, an IDT electrode provided on one main surface of the piezoelectric layer 21. Note that a wiring electrode 26 such as a two-layer wiring is connected to the functional electrode 22.
  • the cavity 23 does not penetrate the support member 20 in the thickness direction (Z direction in FIGS. 1 and 2).
  • the support member 20 includes a support substrate and an intermediate layer
  • the cavity 23 may be provided so as to penetrate the intermediate layer in the thickness direction, or the cavity 23 may be provided so as not to penetrate the intermediate layer in the thickness direction. may be provided.
  • the shape, size, etc. of the through hole 24 are not particularly limited.
  • the shape, size, etc. of the through holes 24 viewed from the thickness direction of the piezoelectric layer 21 may be the same, or may be partially or completely different.
  • the number of through holes 24 is N (N is an integer of 2 or more).
  • the number of through holes 24 is not particularly limited as long as it is two or more, and may be two, three, four, or five or more.
  • the number of through holes 24 may be, for example, 20 or less, or 10 or less. That is, N may be an integer of 20 or less, or may be an integer of 10 or less.
  • the number of reinforcing members 25 may be 1 or more and N-1 or less.
  • the number of reinforcing members 25 may be 1 or more and 3 or less. That is, the number of reinforcing members 25 may be one, two, or three.
  • the elastic wave device of the present invention is manufactured, for example, by the following method.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a sacrificial layer on a piezoelectric substrate.
  • a sacrificial layer 40 is formed on the piezoelectric substrate 31.
  • the piezoelectric substrate 31 for example, a substrate made of LiNbO 3 or LiTaO 3 is used.
  • the material of the sacrificial layer 40 an appropriate material that can be removed by etching, which will be described later, is used.
  • an appropriate material that can be removed by etching which will be described later, is used.
  • ZnO or the like is used.
  • the sacrificial layer 40 can be formed, for example, by the following method. First, a ZnO film is formed by sputtering. Thereafter, resist coating, exposure and development are performed in this order. Next, a pattern of the sacrificial layer 40 is formed by performing wet etching. Note that the sacrificial layer 40 may be formed by other methods.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming the intermediate layer.
  • the surface of the intermediate layer 41 is planarized.
  • the intermediate layer 41 for example, a SiO 2 film or the like is formed.
  • the intermediate layer 41 can be formed by, for example, a sputtering method.
  • the intermediate layer 41 can be planarized by, for example, chemical mechanical polishing (CMP).
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of bonding the support substrate to the intermediate layer.
  • a support substrate 42 is bonded to the intermediate layer 41. Thereby, the support member 20 is formed.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of thinning the piezoelectric substrate.
  • the piezoelectric substrate 31 is thinned. As a result, the piezoelectric layer 21 is formed.
  • the piezoelectric substrate 31 can be thinned by, for example, a smart cut method, polishing, or the like.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming functional electrodes and wiring electrodes.
  • a functional electrode 22 and a wiring electrode 26 are formed on one main surface of the piezoelectric layer 21.
  • the functional electrode 22 and the wiring electrode 26 can be formed by, for example, a lift-off method.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing an example of the step of forming a through hole.
  • N is an integer of 2 or more through holes 44 are formed in the piezoelectric layer 21.
  • a through hole 44 is formed so as to also penetrate the sacrificial layer 40 and reach the intermediate layer 41.
  • the through hole 44 can be formed by, for example, a dry etching method. As will be described later, some of the through holes 44 are used to form a reinforcing member, and the remaining through holes 44 are used as etching holes.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a part of the process of forming a reinforcing film.
  • a reinforcing film that will become the reinforcing member 25 is formed for one or more and N-1 or less through holes 44.
  • the reinforcing film for example, an inorganic material, a metal material, etc. are used.
  • the reinforcing film can be formed by, for example, a lift-off method.
  • the reinforcing film does not need to fill the through holes 44, and may fill the through holes 44.
  • the reinforcing member 25 can be formed of a hollow column, and when the reinforcing membrane fills the through-hole 44, the reinforcing member 25 can be formed of a solid column. A member 25 can be formed.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of removing the sacrificial layer.
  • the sacrificial layer 40 is removed using the through hole 44 (see FIG. 15) in which the reinforcing film is not formed.
  • N is an integer of 2 or more
  • N-1 or less through holes 24 are formed in the piezoelectric layer 21.
  • the protrusions of the reinforcing member 25 are not formed in advance on the sacrificial layer 40, but the reinforcing member 25 is formed later, so alignment accuracy with the functional electrode 22 such as an IDT electrode is improved. Furthermore, since the reinforcing member 25 can be formed later, it is considered easy to modify the conventional construction method.
  • the shape of the membrane portion 21M can be made small, so the element size can be made small.
  • the reinforcing member 25 formed by the above method extends upwardly of the membrane portion 21M by an amount that extends to the surface of the membrane portion 21M (the main surface of the piezoelectric layer 21 on the opposite side from the cavity portion 23). It is highly effective in suppressing bulges.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming a sacrificial layer on a piezoelectric substrate.
  • a sacrificial layer 40 is formed on the piezoelectric substrate 31. At this time, a portion of the sacrificial layer 40 corresponding to the reinforcing member is recessed.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming the intermediate layer.
  • the surface of the intermediate layer 41 is planarized.
  • the material of the intermediate layer 41 is filled into the concave portion of the sacrificial layer 40, thereby forming the first portion 25A of the reinforcing member.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of bonding the support substrate to the intermediate layer.
  • a support substrate 42 is bonded to the intermediate layer 41. Thereby, the support member 20 is formed.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of thinning the piezoelectric substrate.
  • the piezoelectric substrate 31 is thinned. As a result, the piezoelectric layer 21 is formed.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of forming functional electrodes and wiring electrodes.
  • a functional electrode 22 and a wiring electrode 26 are formed on one main surface of the piezoelectric layer 21.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing an example of the step of forming a through hole.
  • N is an integer of 2 or more
  • N is an integer of 2 or more
  • through holes 44 are formed in the piezoelectric layer 21.
  • a through hole 44 is formed so as to also penetrate the sacrificial layer 40 and reach the intermediate layer 41.
  • a through hole 44 is formed so as to reach the sacrificial layer 40 in a portion where a reinforcing member is not formed.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a part of the process of forming a reinforcing film.
  • a reinforcing film that will become the second portion 25B of the reinforcing member is formed for one or more and N-1 or less through holes 44.
  • the reinforcing film for example, an inorganic material, a metal material, etc. are used.
  • the reinforcing film can be formed by, for example, a lift-off method.
  • the reinforcing film does not need to fill the through holes 44, and may fill the through holes 44.
  • the second portion 25B of the reinforcing member can be formed of a hollow column, and when the reinforcing membrane fills the through hole 44, the second portion 25B of the reinforcing member can be formed of a solid column.
  • a second portion 25B of the reinforcing member may be formed of a body.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing an example of the process of removing the sacrificial layer.
  • the sacrificial layer 40 is removed using the through hole 44 (see FIG. 23) in which the reinforcing film is not formed.
  • a cavity 23 is formed in the support member 20, and N (N is an integer of 2 or more) through holes 24 are formed in the piezoelectric layer 21. Further, the main surface of the piezoelectric layer 21 on the opposite side from the cavity 23 and the bottom surface of the cavity 23 are connected by a reinforcing member 25 through one or more and N-1 or less through holes 24 .
  • the reinforcing member 25 includes a first portion 25A and a second portion 25B from the bottom side of the cavity 23.
  • both the first part 25A and the second part 25B may form the reinforcing member 25 made of an inorganic material, and the part made of a metal material (the second part 25B ) and a portion (first portion 25A) made of an inorganic material.
  • the reinforcing member 25 may or may not have a stepped portion between the first portion 25A and the second portion 25B.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing another example of the elastic wave device of the present invention.
  • the reinforcing member 25 may have a stepped portion.
  • the reinforcing member 25 includes a first portion 25A and a second portion 25B from the bottom side of the cavity 23, and has a two-step stepped portion between the first portion 25A and the second portion 25B.
  • the number of steps in the reinforcing member 25 is not particularly limited, and may be two steps or three or more steps.
  • the area of the cavity 23 is larger than the area of the portion on the piezoelectric layer 21 side (the portion indicated by P21 in FIG. 25) when viewed from the thickness direction of the piezoelectric layer 21. It is preferable that the area of the bottom side portion (the portion indicated by P23 in FIG. 25) is larger.
  • alignment accuracy can be increased.
  • the method for manufacturing the acoustic wave device of the present invention is not limited to the method using a sacrificial layer, and various applications and modifications can be made within the scope of the present invention.
  • an elastic wave device that utilizes a thickness shear mode and a plate wave will be explained using an example of an elastic wave device that does not have a reinforcing member. Note that the following description uses an example in which the functional electrode is an IDT electrode.
  • FIG. 26 is a schematic perspective view showing the appearance of an example of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness shear mode.
  • FIG. 27 is a plan view showing the electrode structure on the piezoelectric layer of the acoustic wave device shown in FIG. 26.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 26.
  • the acoustic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of, for example, LiNbO 3 .
  • the piezoelectric layer 2 may be made of LiTaO 3 .
  • the cut angle of LiNbO 3 or LiTaO 3 is, for example, a Z cut, but may also be a rotational Y cut or an X cut.
  • the propagation directions of Y propagation and X propagation are ⁇ 30°.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but in order to effectively excite the thickness shear mode, it is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less.
  • the piezoelectric layer 2 has a first main surface 2a and a second main surface 2b that face each other.
  • Electrode 3 and an electrode 4 are provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2, on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2, an electrode 3 and an electrode 4 are provided.
  • electrode 3 is an example of a "first electrode”
  • electrode 4 is an example of a "second electrode”.
  • the plurality of electrodes 3 are the plurality of first electrode fingers connected to the first busbar electrode 5.
  • the plurality of electrodes 4 are a plurality of second electrode fingers connected to the second busbar electrode 6.
  • the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interposed with each other. Electrode 3 and electrode 4 have a rectangular shape and have a length direction.
  • the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction perpendicular to this length direction.
  • Electrodes 3 and 4 constitute an IDT (Interdigital Transducer) electrode.
  • the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 are both directions that intersect the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Therefore, it can be said that the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Further, the length direction of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 26 and 27. That is, in FIGS.
  • the electrodes 3 and 4 may be extended in the direction in which the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 are extended. In that case, the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 will extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 26 and 27.
  • a plurality of pairs of structures in which an electrode 3 connected to one potential and an electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4.
  • the expression “electrode 3 and electrode 4 are adjacent” does not mean that electrode 3 and electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but when electrode 3 and electrode 4 are arranged with a gap between them.
  • the center-to-center distance between the electrodes 3 and 4, that is, the pitch, is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Note that the center-to-center distance between the electrodes 3 and 4 refers to the center of the width dimension of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3, and the width dimension of the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4.
  • the distance between the center of refers to the average value of the distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4 among 1.5 or more pairs of electrodes 3 and 4.
  • the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimension in the opposing direction of the electrodes 3 and 4 is preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
  • the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric layer 2.
  • “orthogonal” is not limited to strictly orthogonal, but approximately orthogonal (for example, the angle between the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is 90° ⁇ 10°) But that's fine.
  • a support substrate 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 with an intermediate layer (also called a bonding layer) 7 interposed therebetween.
  • the intermediate layer 7 and the support substrate 8 have a frame-like shape, and have openings 7a and 8a, as shown in FIG. Thereby, a cavity 9 is formed.
  • the cavity 9 is provided so as not to hinder the vibration of the excitation region C (see FIG. 27) of the piezoelectric layer 2. Therefore, the support substrate 8 is laminated on the second main surface 2b with the intermediate layer 7 interposed therebetween at a position that does not overlap with the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided. Note that the intermediate layer 7 may not be provided. Therefore, the support substrate 8 can be laminated directly or indirectly on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the intermediate layer 7 is made of silicon oxide, for example. However, other than silicon oxide, an appropriate insulating material such as silicon oxynitride or alumina can be used.
  • the support substrate 8 is made of Si. The plane orientation of the Si surface on the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111). Preferably, Si has a high resistivity of 4 k ⁇ or more. However, the support substrate 8 can also be constructed using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • Examples of materials for the support substrate 8 include aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, and starch.
  • Various ceramics such as tite and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, semiconductors such as gallium nitride, etc. can be used.
  • the plurality of electrodes 3, electrodes 4, first busbar electrode 5, and second busbar electrode 6 are made of an appropriate metal or alloy such as Al or AlCu alloy.
  • the electrode 3, the electrode 4, the first busbar electrode 5, and the second busbar electrode 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film. Note that an adhesive layer other than the Ti film may be used.
  • an AC voltage is applied between the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4. More specifically, an AC voltage is applied between the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6.
  • d/p is 0. It is considered to be 5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness shear mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained. More preferably, d/p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
  • the distance p between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 is the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4.
  • the elastic wave device 1 of this embodiment has the above configuration, even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to achieve miniaturization, the Q value is unlikely to decrease. This is because the resonator does not require reflectors on both sides and has little propagation loss. Further, the reason why the reflector is not required is because the bulk wave in the thickness shear mode is used. The difference between the Lamb wave used in a conventional elastic wave device and the thickness-shear mode bulk wave will be explained with reference to FIGS. 29 and 30.
  • FIG. 29 is a schematic front sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of the acoustic wave device.
  • the piezoelectric film 201 in the elastic wave device described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2012-257019), waves propagate in the piezoelectric film 201 as indicated by arrows.
  • the first main surface 201a and the second main surface 201b are opposite to each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction. It is.
  • the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
  • the Lamb wave the wave propagates in the X direction as shown.
  • the piezoelectric film 201 vibrates as a whole, but since the wave propagates in the X direction, reflectors are placed on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, wave propagation loss occurs, and when miniaturization is attempted, that is, when the number of logarithms of electrode fingers is reduced, the Q value decreases.
  • FIG. 30 is a schematic front cross-sectional view for explaining a thickness-shear mode bulk wave propagating through a piezoelectric layer of an acoustic wave device.
  • the waves connect the first main surface 2a and the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. It propagates almost in the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Since resonance characteristics are obtained by the propagation of waves in the Z direction, a reflector is not required. Therefore, no propagation loss occurs when propagating to the reflector. Therefore, even if the number of electrode pairs consisting of electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
  • FIG. 31 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness shear mode. As shown in FIG. 31, the amplitude direction of the bulk wave in the thickness shear mode is opposite between the first region 451 included in the excitation region C of the piezoelectric layer 2 and the second region 452 included in the excitation region C.
  • FIG. 31 schematically shows a bulk wave when a voltage is applied between electrode 3 and electrode 4 such that electrode 4 has a higher potential than electrode 3.
  • the first region 451 is a region of the excitation region C between a virtual plane VP1 that is perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and bisects the piezoelectric layer 2, and the first main surface 2a.
  • the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second principal surface 2b.
  • the elastic wave device 1 As mentioned above, in the elastic wave device 1, at least one pair of electrodes consisting of the electrode 3 and the electrode 4 are arranged, but since the wave is not propagated in the X direction, the elastic wave device 1 is made up of the electrodes 3 and 4. There does not necessarily have to be a plurality of pairs of electrodes. That is, it is only necessary that at least one pair of electrodes be provided.
  • the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
  • the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
  • the electrode 3 may be connected to the ground potential
  • the electrode 4 may be connected to the hot potential.
  • at least one pair of electrodes is an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential, as described above, and no floating electrode is provided.
  • FIG. 32 is a diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 26. Note that the design parameters of the elastic wave device 1 that obtained this resonance characteristic are as follows.
  • Intermediate layer 7 silicon oxide film with a thickness of 1 ⁇ m.
  • Support substrate 8 Si substrate.
  • the length of the excitation region C is a dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
  • the distances between the electrode pairs made up of the electrodes 3 and 4 were all equal in multiple pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
  • d/p is preferably 0.5 or less, More preferably it is 0.24 or less. This will be explained with reference to FIG. 33.
  • FIG. 33 is a diagram showing the relationship between d/2p and the fractional band as a resonator of an acoustic wave device, where p is the distance between the centers of adjacent electrodes and d is the thickness of the piezoelectric layer.
  • the at least one pair of electrodes may be one pair, and in the case of one pair of electrodes, the above p is the distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4. Furthermore, in the case of 1.5 or more pairs of electrodes, the average distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4 may be set to p.
  • the thickness d of the piezoelectric layer if the piezoelectric layer 2 has thickness variations, a value obtained by averaging the thicknesses may be adopted.
  • FIG. 34 is a plan view of another example of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness-shear mode.
  • a pair of electrodes including an electrode 3 and an electrode 4 are provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • K in FIG. 34 is the intersection width.
  • the number of pairs of electrodes may be one. Even in this case, if the above-mentioned d/p is 0.5 or less, bulk waves in the thickness shear mode can be excited effectively.
  • the metallization ratio MR of the adjacent electrodes 3 and 4 satisfies MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be explained with reference to FIGS. 35 and 36.
  • FIG. 35 is a reference diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 26.
  • a spurious signal indicated by arrow B appears between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
  • d/p 0.08 and the Euler angles of LiNbO 3 (0°, 0°, 90°).
  • the metallization ratio MR was set to 0.35.
  • the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. 27.
  • the area surrounded by the dashed line C becomes the excitation region.
  • This excitation region is the region where the electrode 3 overlaps the electrode 4 when the electrode 3 and the electrode 4 are viewed in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4, that is, in a direction in which they face each other. and a region between electrodes 3 and 4 where electrodes 3 and 4 overlap.
  • the area of the electrodes 3 and 4 in the excitation region C with respect to the area of this excitation region becomes the metallization ratio MR. That is, the metallization ratio MR is the ratio of the area of the metallized portion to the area of the excitation region.
  • MR may be the ratio of the metallized portion included in all the excitation regions to the total area of the excitation regions.
  • FIG. 36 is a diagram showing the relationship between the fractional band and the amount of phase rotation of spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of spurious when a large number of elastic wave resonators are configured according to the present embodiment. It is. Note that the specific band was adjusted by variously changing the thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrode. Further, although FIG. 36 shows the results when a Z-cut piezoelectric layer made of LiNbO 3 is used, the same tendency is obtained when piezoelectric layers with other cut angles are used.
  • the spurious is as large as 1.0.
  • the fractional band exceeds 0.17, that is, exceeds 17%, a large spurious with a spurious level of 1 or more will affect the pass band even if the parameters constituting the fractional band are changed. Appear within. That is, as in the resonance characteristic shown in FIG. 35, a large spurious signal indicated by arrow B appears within the band. Therefore, it is preferable that the fractional band is 17% or less. In this case, by adjusting the thickness of the piezoelectric layer 2, the dimensions of the electrodes 3 and 4, etc., the spurious can be reduced.
  • FIG. 37 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional band.
  • various elastic wave devices having different d/2p and MR were constructed and the fractional bands were measured.
  • the hatched area on the right side of the broken line D in FIG. 37 is the area where the fractional band is 17% or less.
  • FIG. 38 is a diagram showing a map of the fractional band with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought as close to 0 as possible.
  • the hatched areas in FIG. 38 are regions where a fractional band of at least 5% can be obtained, and the range of these regions can be approximated by the following equations (1), (2), and (3). ).
  • ...Formula (1) (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, 0° to 60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ) or (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, [180 °-60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ] ⁇ 180°)
  • ...Formula (2) (0° ⁇ 10°, [180°-30° (1-( ⁇ -90) 2 /8100) 1/2 ] ⁇ 180°, arbitrary ⁇ ) ...Formula (3) Therefore, the Euler angle range of formula (1), formula (2), or formula (3) above is preferable because the fractional band can be made sufficiently wide.
  • FIG. 39 is a partially cutaway perspective view for explaining an example of an elastic wave device that utilizes Lamb waves.
  • the elastic wave device 81 has a support substrate 82.
  • the support substrate 82 is provided with an open recess on the upper surface.
  • a piezoelectric layer 83 is laminated on the support substrate 82 . Thereby, a cavity 9 is formed.
  • An IDT electrode 84 is provided on the piezoelectric layer 83 above the cavity 9 .
  • Reflectors 85 and 86 are provided on both sides of the IDT electrode 84 in the elastic wave propagation direction. In FIG. 39, the outer periphery of the cavity 9 is indicated by a broken line.
  • the IDT electrode 84 includes a first busbar electrode 84a, a second busbar electrode 84b, an electrode 84c as a plurality of first electrode fingers, and an electrode 84d as a plurality of second electrode fingers. and has.
  • the plurality of electrodes 84c are connected to the first busbar electrode 84a.
  • the plurality of electrodes 84d are connected to the second busbar electrode 84b.
  • the plurality of electrodes 84c and the plurality of electrodes 84d are interposed with each other.
  • the elastic wave device 81 by applying an alternating current electric field to the IDT electrode 84 on the cavity 9, a Lamb wave as a plate wave is excited. Since the reflectors 85 and 86 are provided on both sides, the resonance characteristic due to the Lamb wave described above can be obtained.
  • the elastic wave device of the present invention may utilize plate waves such as Lamb waves.

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Abstract

弾性波装置１０は、非貫通の空洞部２３を一方主面に有する支持部材２０と、空洞部２３を覆うように支持部材２０の一方主面に設けられた圧電層２１と、圧電層２１の少なくとも一方の主面に、圧電層２１の厚み方向から見て少なくとも一部が空洞部２３と重なるように設けられた機能電極２２と、を備える。圧電層２１には、厚み方向から見て空洞部２３と重なり、かつ、機能電極２２が設けられていない領域において、圧電層２１を厚み方向に貫通するＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴２４が設けられ、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通穴２４を通して、空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面と空洞部２３の底面とが補強部材２５によって繋がっている。

Description

弾性波装置
　本発明は、弾性波装置に関する。
　従来、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる圧電層を備える弾性波装置が知られている。
　特許文献１には、空洞部が形成された支持体と、上記支持体の上に上記空洞部と重なるように設けられている圧電基板と、上記圧電基板の上に上記空洞部と重なるように設けられているＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極と、を備え、上記ＩＤＴ電極により板波が励振される弾性波装置であって、上記空洞部の端縁部は、上記ＩＤＴ電極により励振される板波の伝搬方向と平行に延びる直線部を含まない、弾性波装置が開示されている。
特開２０１２－２５７０１９号公報
　特許文献１に記載されているような弾性波装置では、基板実装のためのリフロー等の加熱により、支持体の上に設けられている圧電基板（以下、圧電層という）の一部が、空洞部側に凹んだり、空洞部の反対側に膨らんだりして凹凸に変形する。この際、圧電層が空洞部の反対側に過度に膨らむと、膨らみの許容度の低い箇所で圧電層にクラックが発生するおそれがある。
　本発明は、空洞部と重なる部分の圧電層が凹凸に変形することを抑制して、圧電層にクラックが発生することを防止できる弾性波装置を提供することを目的とする。
　本発明の弾性波装置は、非貫通の空洞部を一方主面に有する支持部材と、上記空洞部を覆うように上記支持部材の上記一方主面に設けられた圧電層と、上記圧電層の少なくとも一方の主面に、上記圧電層の厚み方向から見て少なくとも一部が上記空洞部と重なるように設けられた機能電極と、を備える。上記圧電層には、上記厚み方向から見て上記空洞部と重なり、かつ、上記機能電極が設けられていない領域において、上記圧電層を上記厚み方向に貫通するＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴が設けられ、１個以上、Ｎ－１個以下の上記貫通穴を通して、上記空洞部とは反対側の上記圧電層の主面と上記空洞部の底面とが補強部材によって繋がっている。
　本発明によれば、空洞部と重なる部分の圧電層が凹凸に変形することを抑制して、圧電層にクラックが発生することを防止できる弾性波装置を提供することができる。
図１は、本発明の弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の弾性波装置の一例を模式的に示す平面図である。 図３は、補強部材が設けられていない比較例に係る弾性波装置の一例を模式的に示す平面図である。 図４Ａは、図３に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図４Ｂは、図３に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図４Ｃは、図３に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。 図５は、図３に示す弾性波装置が加熱される場合において初期の状態を模式的に示す平面図である。 図６Ａは、図５に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図６Ｂは、図５に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図６Ｃは、図５に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。 図７は、図３に示す弾性波装置が加熱される場合において加熱が進んだ状態を模式的に示す平面図である。 図８Ａは、図７に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図８Ｂは、図７に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図８Ｃは、図７に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。 図９は、圧電基板上に犠牲層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１０は、中間層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１１は、中間層に支持基板を接合する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１２は、圧電基板を薄化する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１３は、機能電極及び配線電極を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１４は、貫通孔を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１５は、補強膜を形成する工程の一部を模式的に示す断面図である。 図１６は、犠牲層を除去する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１７は、圧電基板上に犠牲層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１８は、中間層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図１９は、中間層に支持基板を接合する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図２０は、圧電基板を薄化する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図２１は、機能電極及び配線電極を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図２２は、貫通孔を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図２３は、補強膜を形成する工程の一部を模式的に示す断面図である。 図２４は、犠牲層を除去する工程の一例を模式的に示す断面図である。 図２５は、本発明の弾性波装置の別の一例を模式的に示す断面図である。 図２６は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の一例の外観を示す略図的斜視図である。 図２７は、図２６に示す弾性波装置の圧電層上の電極構造を示す平面図である。 図２８は、図２６中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図である。 図２９は、弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。 図３０は、弾性波装置の圧電層を伝播する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。 図３１は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。 図３２は、図２６に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す図である。 図３３は、隣り合う電極の中心間距離をｐ、圧電層の厚みをｄとした場合のｄ／２ｐと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。 図３４は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の別の一例の平面図である。 図３５は、図２６に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図である。 図３６は、本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての１８０度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。 図３７は、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図である。 図３８は、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。 図３９は、ラム波を利用する弾性波装置の一例を説明するための部分切り欠き斜視図である。
　以下、本発明の弾性波装置について説明する。
　本発明の弾性波装置は、第１、第２及び第３の態様において、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる圧電層と、圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極とを備える。
　第１の態様では、厚み滑り１次モード等の厚み滑りモードのバルク波が利用されている。また、第２の態様では、第１電極及び前記第２電極は隣り合う電極同士であり、圧電層の厚みをｄ、第１電極及び第２電極の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下とされている。それによって、第１及び第２の態様では、小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる。
　また、第３の態様では、板波としてのラム波が利用される。そして、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品とは異なる場合がある。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。また、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の弾性波装置」という。
　図１は、本発明の弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の弾性波装置の一例を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２に示す弾性波装置のＩ－Ｉ線に沿った断面図の一例である。
　図１及び図２に示す弾性波装置１０は、支持部材２０と、圧電層２１と、機能電極２２と、を備える。
　支持部材２０は、非貫通の空洞部２３を一方主面（図１では上側の主面）に有する。
　圧電層２１は、空洞部２３を覆うように支持部材２０の一方主面に設けられている。
　機能電極２２は、圧電層２１の少なくとも一方の主面に設けられている。図１及び図２に示す例では、圧電層２１の一方の主面（図１では上側の主面）に機能電極２２が設けられている。
　機能電極２２は、圧電層２１の厚み方向（図１及び図２ではＺ方向）から見て少なくとも一部が空洞部２３と重なるように設けられている。圧電層２１の厚み方向から見て、機能電極２２の全部が空洞部２３と重なるように設けられていてもよく、機能電極２２の一部が空洞部２３と重なるように設けられていてもよい。
　圧電層２１には、厚み方向から見て空洞部２３と重なり、かつ、機能電極２２が設けられていない領域において、圧電層２１を厚み方向に貫通するＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴２４が設けられている。図１及び図２に示す例では、４個の貫通穴２４が設けられている。
　図１に示すように、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通穴２４を通して、空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面（図１では上側の主面）と空洞部２３の底面とが補強部材２５によって繋がっている。図１及び図２に示す例では、２個の貫通穴２４に補強部材２５が設けられている。
　図３は、補強部材が設けられていない比較例に係る弾性波装置の一例を模式的に示す平面図である。図４Ａは、図３に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図４Ｂは、図３に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図４Ｃは、図３に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。
　図３に示す弾性波装置１０ａでは、２個の貫通穴２４が設けられているが、いずれの貫通穴２４にも補強部材２５（図１及び図２参照）が設けられていない。
　図５は、図３に示す弾性波装置が加熱される場合において初期の状態を模式的に示す平面図である。図６Ａは、図５に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図６Ｂは、図５に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図６Ｃは、図５に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。
　弾性波装置１０ａでは、基板実装のためのリフロー等の加熱により、圧電層２１の一部であるメンブレン部２１Ｍが、図５中にＲＢで示す領域において空洞部２３側に凹んだり（図６Ｂ参照）、図５中にＲＡ及びＲＣで示す領域において空洞部２３の反対側に膨らんだりして（図６Ａ及び図６Ｃ参照）、凹凸に変形する。
　本明細書では、厚み方向から見て空洞部と重なる領域に位置する圧電層の部分を「メンブレン部」とも称する。
　図７は、図３に示す弾性波装置が加熱される場合において加熱が進んだ状態を模式的に示す平面図である。図８Ａは、図７に示す弾性波装置のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図８Ｂは、図７に示す弾性波装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図８Ｃは、図７に示す弾性波装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。
　図７中にＲＢで示す領域においては、加熱によってメンブレン部２１Ｍがより凹むが（図８Ｂ参照）、空洞部２３の底面にメンブレン部２１Ｍの凹部が接触すると、それ以上メンブレン部２１Ｍは変形しない。
　一方、図７中にＲＡ及びＲＣで示す領域においては、メンブレン部２１Ｍの変形が止まることで、その分、メンブレン部２１Ｍがより膨らむ（図８Ａ及び図８Ｃ参照）。特に、図８Ａに示す部分では、メンブレン部２１Ｍに機能電極２２が設けられていないため、メンブレン部２１Ｍの凸部が過度に膨らんでしまい、メンブレン部２１Ｍにクラックが発生するおそれがある。このように、圧電層２１の強度が低い箇所（例えば、図８Ａ中にαで示す箇所）でクラックが発生するおそれがある。
　これに対して、図１及び図２に示す弾性波装置１０では、貫通穴２４を通して、空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面と空洞部２３の底面とが補強部材２５で固定されている。これにより、リフロー等の工程においてメンブレン部２１Ｍが凹凸に変形することを抑制して、圧電層２１にクラックが発生することを防止できる。
　補強部材２５の形状は特に限定されない。補強部材２５は、中空の柱体でもよく、中実の柱体でもよい。
　補強部材２５は、例えば、無機材料（すなわちセラミック材料）からなる。無機材料としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）等が挙げられる。無機材料は１種でもよく、２種以上でもよい。補強部材２５を構成する無機材料は、例えば、後述する支持部材２０の中間層を構成する無機材料と同じでもよい。
　補強部材２５は、例えば、金属材料からなる。金属材料としては、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｄ及びこれらの金属を主体とする合金等が挙げられる。金属材料は１種でもよく、２種以上でもよい。補強部材２５を構成する金属材料は、例えば、後述する機能電極２２を構成する金属材料と同じでもよい。
　補強部材２５は、金属材料からなる部分と、無機材料からなる部分とを含んでもよい。
　圧電層２１の厚み方向から見て、貫通穴２４の面積よりも、補強部材２５が空洞部２３の底面と接する部分の面積の方が小さくてもよい。
　支持部材２０は、圧電層２１が設けられた一方主面に中間層（絶縁層、接合層ともいう）を有してもよい。例えば、支持部材２０は、支持基板と、支持基板及び圧電層との間に設けられた中間層とを含む。
　支持基板は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる。
　中間層は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）からなる。
　圧電層２１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｘ）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯｘ）からなる。その場合、圧電層２１は、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３から構成されてもよい。
　機能電極２２は、例えば、圧電層２１の一方の主面に設けられたＩＤＴ電極である。なお、機能電極２２には、２層配線等の配線電極２６が接続されている。
　空洞部２３は、支持部材２０を厚み方向（図１及び図２ではＺ方向）に貫通しない。支持部材２０が支持基板と中間層とを含む場合、例えば、中間層を厚み方向に貫通するように空洞部２３が設けられていてもよく、中間層を厚み方向に貫通しないように空洞部２３が設けられていてもよい。
　貫通穴２４の形状、大きさ等は特に限定されない。圧電層２１の厚み方向から見た貫通穴２４の形状、大きさ等は、それぞれ同じでもよく、一部又は全部が異なってもよい。
　貫通穴２４の個数は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）である。貫通穴２４の個数は、２個以上であれば特に限定されず、２個でもよく、３個でもよく、４個でもよく、５個以上でもよい。一方、貫通穴２４の個数は、例えば、２０個以下でもよく、１０個以下でもよい。すなわち、Ｎは２０以下の整数でもよく、１０以下の整数でもよい。
　貫通穴２４の個数がＮ個（Ｎは２以上の整数）であるとき、補強部材２５の個数は１個以上、Ｎ－１個以下であればよい。例えば、図１及び図２に示すように貫通穴２４の個数が４個である場合、補強部材２５の個数は１個以上、３個以下であればよい。すなわち、補強部材２５の個数は１個でもよく、２個でもよく、３個でもよい。
　本発明の弾性波装置は、例えば、以下の方法により製造される。
　まず、図９～図１６を参照して、本発明の弾性波装置の製造方法の一例について説明する。
　図９は、圧電基板上に犠牲層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図９に示すように、圧電基板３１上に犠牲層４０を形成する。
　圧電基板３１としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３等からなる基板が用いられる。
　犠牲層４０の材料としては、後述するエッチングにより除去され得る適宜の材料が用いられる。例えば、ＺｎＯ等が用いられる。
　犠牲層４０は、例えば、以下の方法により形成することができる。まず、スパッタリング法によりＺｎＯ膜を形成する。その後、レジスト塗布、露光及び現像をこの順に行う。次に、ウェットエッチングを行うことにより、犠牲層４０のパターンを形成する。なお、犠牲層４０は、他の方法により形成されてもよい。
　図１０は、中間層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１０に示すように、犠牲層４０を覆うように中間層４１を形成した後、中間層４１の表面を平坦化する。
　中間層４１として、例えば、ＳｉＯ２膜等が形成される。中間層４１は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。中間層４１の平坦化は、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ）等により行うことができる。
　図１１は、中間層に支持基板を接合する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１１に示すように、中間層４１に支持基板４２を接合する。これにより、支持部材２０が形成される。
　図１２は、圧電基板を薄化する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１２に示すように、圧電基板３１を薄化する。これにより、圧電層２１が形成される。圧電基板３１の薄化は、例えば、スマートカット法、研磨等により行うことができる。
　図１３は、機能電極及び配線電極を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１３に示すように、圧電層２１の一方主面上に、機能電極２２及び配線電極２６を形成する。機能電極２２及び配線電極２６は、例えば、リフトオフ法等により形成することができる。
　図１４は、貫通孔を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１４に示すように、圧電層２１にＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通孔４４を形成する。この際、犠牲層４０も貫通し、中間層４１まで届くように貫通孔４４を形成する。貫通孔４４は、例えば、ドライエッチング法等により形成することができる。後述のように、一部の貫通孔４４は補強部材を形成するために利用され、残りの貫通孔４４はエッチングホールとして利用される。
　図１５は、補強膜を形成する工程の一部を模式的に示す断面図である。
　図１５に示すように、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通孔４４に対して、補強部材２５となる補強膜を成膜する。
　補強膜の材料としては、例えば、無機材料、金属材料等が用いられる。補強膜は、例えば、リフトオフ法等により形成することができる。
　補強膜は、貫通孔４４を充填しなくてもよく、貫通孔４４を充填してもよい。補強膜が貫通孔４４を充填しない場合には、中空の柱体からなる補強部材２５を形成することができ、補強膜が貫通孔４４を充填する場合には、中実の柱体からなる補強部材２５を形成することができる。
　図１６は、犠牲層を除去する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１６に示すように、補強膜が形成されていない貫通孔４４（図１５参照）を利用して、犠牲層４０を除去する。犠牲層４０の材料がＺｎＯである場合、例えば、酢酸、リン酸及び水の混合溶液（酢酸：リン酸：水＝１：１：１０）を用いたウェットエッチングにより犠牲層４０を除去することができる。
　犠牲層４０が除去されることで、支持部材２０に空洞部２３が形成されるとともに、圧電層２１にＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴２４が形成される。また、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通穴２４を通して、空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面と空洞部２３の底面とが補強部材２５によって繋がっている。
　以上により、弾性波装置１０Ａが得られる。
　上記の方法では、犠牲層４０に補強部材２５の突起を予め形成するのではなく、後から補強部材２５を形成するため、ＩＤＴ電極等の機能電極２２とのアライメント精度が向上する。さらに、後から補強部材２５を形成することができるため、従来の工法からの手直しが容易と考えられる。
　また、上記の方法では、メンブレン部２１Ｍの形状を小さくすることができるため、素子サイズを小さくすることができる。
　なお、上記の方法により形成された補強部材２５は、メンブレン部２１Ｍの表面（空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面）への張り出しがある分だけ、メンブレン部２１Ｍの上方向への膨らみを押さえる効果が高い。
　次に、図１７～図２４を参照して、本発明の弾性波装置の製造方法の別の一例について説明する。
　図１７は、圧電基板上に犠牲層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１７に示すように、圧電基板３１上に犠牲層４０を形成する。この際、補強部材に該当する箇所の犠牲層４０の部分を凹ませる。
　図１８は、中間層を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１８に示すように、犠牲層４０を覆うように中間層４１を形成した後、中間層４１の表面を平坦化する。この際、犠牲層４０の凹みの部分に中間層４１の材料が充填されることで、補強部材の第１部分２５Ａが形成される。
　図１９は、中間層に支持基板を接合する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図１９に示すように、中間層４１に支持基板４２を接合する。これにより、支持部材２０が形成される。
　図２０は、圧電基板を薄化する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図２０に示すように、圧電基板３１を薄化する。これにより、圧電層２１が形成される。
　図２１は、機能電極及び配線電極を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図２１に示すように、圧電層２１の一方主面上に、機能電極２２及び配線電極２６を形成する。
　図２２は、貫通孔を形成する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図２２に示すように、圧電層２１にＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通孔４４を形成する。この際、補強部材を形成する部分に関しては、犠牲層４０も貫通し、中間層４１まで届くように貫通孔４４を形成する。補強部材を形成しない部分に関しては、犠牲層４０に至るように貫通孔４４を形成する。
　図２３は、補強膜を形成する工程の一部を模式的に示す断面図である。
　図２３に示すように、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通孔４４に対して、補強部材の第２部分２５Ｂとなる補強膜を成膜する。
　補強膜の材料としては、例えば、無機材料、金属材料等が用いられる。補強膜は、例えば、リフトオフ法等により形成することができる。
　補強膜は、貫通孔４４を充填しなくてもよく、貫通孔４４を充填してもよい。補強膜が貫通孔４４を充填しない場合には、中空の柱体からなる補強部材の第２部分２５Ｂを形成することができ、補強膜が貫通孔４４を充填する場合には、中実の柱体からなる補強部材の第２部分２５Ｂを形成することができる。
　図２４は、犠牲層を除去する工程の一例を模式的に示す断面図である。
　図２４に示すように、補強膜が形成されていない貫通孔４４（図２３参照）を利用して、犠牲層４０を除去する。
　犠牲層４０が除去されることで、支持部材２０に空洞部２３が形成されるとともに、圧電層２１にＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴２４が形成される。また、１個以上、Ｎ－１個以下の貫通穴２４を通して、空洞部２３とは反対側の圧電層２１の主面と空洞部２３の底面とが補強部材２５によって繋がっている。補強部材２５は、空洞部２３の底面側から第１部分２５Ａ及び第２部分２５Ｂを含む。
　以上により、弾性波装置１０Ｂが得られる。
　上記の方法では、補強膜の材料を選択することにより、第１部分２５Ａ及び第２部分２５Ｂがともに無機材料からなる補強部材２５を形成してもよく、金属材料からなる部分（第２部分２５Ｂ）と、無機材料からなる部分（第１部分２５Ａ）とを含む補強部材２５を形成してもよい。補強部材２５は、第１部分２５Ａと第２部分２５Ｂとで段差部を有してもよく、有しなくてもよい。
　図１７～図２４に示す方法では、図９～図１６に示す方法に比べて、成膜部分を少なくすることができる。
　図２５は、本発明の弾性波装置の別の一例を模式的に示す断面図である。
　図２５に示す弾性波装置１０Ｃのように、補強部材２５は、段差部を有してもよい。図２５に示す例では、補強部材２５は、空洞部２３の底面側から第１部分２５Ａ及び第２部分２５Ｂを含み、第１部分２５Ａと第２部分２５Ｂとで２段の段差部を有する。
　補強部材２５の段差の数は特に限定されず、２段でもよく、３段以上でもよい。
　図２５に示すように、補強部材２５の段差部では、圧電層２１の厚み方向から見て、圧電層２１側の部分（図２５中、Ｐ２１で示す部分）の面積よりも、空洞部２３の底面側の部分（図２５中、Ｐ２３で示す部分）の面積の方が大きいことが好ましい。前述の図１７～図２４に示す方法で補強部材２５を形成する場合において、位置合わせ精度を高くすることができる。
　なお、本発明の弾性波装置を製造する方法は、犠牲層を用いる方法に限定されず、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
　以下において、補強部材を有しない弾性波装置を例として用いて、厚み滑りモード及び板波を利用する弾性波装置の詳細を説明する。なお、以下においては、機能電極がＩＤＴ電極である場合の例を用いて説明する。
　図２６は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の一例の外観を示す略図的斜視図である。図２７は、図２６に示す弾性波装置の圧電層上の電極構造を示す平面図である。図２８は、図２６中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図である。
　弾性波装置１は、例えば、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電層２を有する。圧電層２は、ＬｉＴａＯ３からなるものであってもよい。ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３のカット角は、例えばＺカットであるが、回転Ｙカット又はＸカットであってもよい。好ましくは、Ｙ伝搬及びＸ伝搬±３０°の伝搬方位が好ましい。圧電層２の厚みは、特に限定されないが、厚み滑りモードを効果的に励振するには、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。圧電層２は、対向し合う第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する。圧電層２の第１の主面２ａ上に、電極３及び電極４が設けられている。ここで電極３が「第１電極」の一例であり、電極４が「第２電極」の一例である。図２６及び図２７では、複数の電極３が、第１のバスバー電極５に接続されている複数の第１の電極指である。複数の電極４は、第２のバスバー電極６に接続されている複数の第２の電極指である。複数の電極３及び複数の電極４は、互いに間挿し合っている。電極３及び電極４は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極３と、隣りの電極４とが対向している。これら複数の電極３、電極４、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６によりＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が構成されている。電極３，４の長さ方向、及び、電極３，４の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層２の厚み方向に交差する方向である。このため、電極３と、隣りの電極４とは、圧電層２の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。また、電極３，４の長さ方向が図２６及び図２７に示す電極３，４の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。すなわち、図２６及び図２７において、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６が延びている方向に電極３，４を延ばしてもよい。その場合、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６は、図２６及び図２７において電極３，４が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極３と、他方電位に接続される電極４とが隣り合う１対の構造が、上記電極３，４の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極３と電極４とが隣り合うとは、電極３と電極４とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極３と電極４とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極３と電極４とが隣り合う場合、電極３と電極４との間には、他の電極３，４を含む、ホット電極又はグランド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、１．５対又は２．５対などであってもよい。電極３，４間の中心間距離すなわちピッチは、１μｍ以上、１０μｍ以下の範囲が好ましい。なお、電極３，４間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の幅寸法の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。さらに、電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合（電極３，４を一対の電極組とした場合に、１．５対以上の電極組がある場合）、電極３，４の中心間距離は、１．５対以上の電極３，４のうち隣り合う電極３，４それぞれの中心間距離の平均値を指す。また、電極３，４の幅、すなわち電極３，４の対向方向の寸法は、１５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲が好ましい。
　本実施形態において、Ｚカットの圧電層を用いる場合、電極３，４の長さ方向と直交する方向は、圧電層２の分極方向に直交する方向となる。圧電層２として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交（電極３，４の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば９０°±１０°）でもよい。
　圧電層２の第２の主面２ｂ側には、中間層（接合層とも呼ばれる）７を介して支持基板８が積層されている。中間層７及び支持基板８は、枠状の形状を有し、図２８に示すように、開口部７ａ，８ａを有する。それによって、空洞部９が形成されている。空洞部９は、圧電層２の励振領域Ｃ（図２７参照）の振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持基板８は、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重ならない位置において、第２の主面２ｂに中間層７を介して積層されている。なお、中間層７は設けられずともよい。従って、支持基板８は、圧電層２の第２の主面２ｂに直接または間接に積層され得る。
　中間層７は、例えば、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持基板８は、Ｓｉからなる。Ｓｉの圧電層２側の面における面方位は（１００）又は（１１０）であってもよく、（１１１）であってもよい。好ましくは、抵抗率４ｋΩ以上の高抵抗のＳｉが望ましい。もっとも、支持基板８についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。支持基板８の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
　上記複数の電極３、電極４、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６は、Ａｌ、ＡｌＣｕ合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極３、電極４、第１のバスバー電極５及び第２のバスバー電極６は、Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層した構造を有する。なお、Ｔｉ膜以外の密着層を用いてもよい。
　駆動に際しては、複数の電極３と、複数の電極４との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第１のバスバー電極５と第２のバスバー電極６との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層２において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。また、弾性波装置１では、圧電層２の厚みをｄ、複数対の電極３，４のうちいずれかの隣り合う電極３，４の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐは０．５以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、ｄ／ｐは０．２４以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。なお、本実施形態のように電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極３，４を１対の電極組とした場合に電極３，４が１．５対以上ある場合、隣り合う電極３，４の中心間距離ｐは、各隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離となる。
　本実施形態の弾性波装置１では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極３，４の対数を小さくしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。これは、両側に反射器を必要としない共振器であり、伝搬ロスが少ないためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。従来の弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑りモードのバルク波の相違を、図２９及び図３０を参照して説明する。
　図２９は、弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。図２９に示すように、特許文献１（日本公開特許公報　特開２０１２－２５７０１９号公報）に記載のような弾性波装置では、圧電膜２０１中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜２０１では、第１の主面２０１ａと、第２の主面２０１ｂとが対向しており、第１の主面２０１ａと第２の主面２０１ｂとを結ぶ厚み方向がＺ方向である。Ｘ方向は、ＩＤＴ電極の電極指が並んでいる方向である。図２９に示すように、ラム波では、波が図示のように、Ｘ方向に伝搬していく。板波であるため、圧電膜２０１が全体として振動するものの、波はＸ方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Ｑ値が低下する。
　これに対して、図３０は、弾性波装置の圧電層を伝播する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。図３０に示すように、本実施形態の弾性波装置１では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを結ぶ方向、すなわちＺ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のＸ方向成分がＺ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このＺ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器を必要としない。よって、反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、小型化を進めようとして、電極３，４からなる電極対の対数を減らしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。
　図３１は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図３１に示すように、圧電層２の励振領域Ｃに含まれる第１領域４５１と、励振領域Ｃに含まれる第２領域４５２とで逆になる。図３１では、電極３と電極４との間に、電極４が電極３よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第１領域４５１は、励振領域Ｃのうち、圧電層２の厚み方向に直交し圧電層２を２分する仮想平面ＶＰ１と、第１の主面２ａとの間の領域である。第２領域４５２は、励振領域Ｃのうち、仮想平面ＶＰ１と、第２の主面２ｂとの間の領域である。
　上記のように、弾性波装置１では、電極３と電極４とからなる少なくとも１対の電極が配置されているが、Ｘ方向に波を伝搬させるものではないため、この電極３，４からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。すなわち、少なくとも１対の電極が設けられてさえおればよい。
　例えば、上記電極３がホット電位に接続される電極であり、電極４がグランド電位に接続される電極である。もっとも、電極３がグランド電位に、電極４がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも１対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグランド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
　図３２は、図２６に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置１の設計パラメータは以下の通りである。
　圧電層２：オイラー角（０°，０°，９０°）のＬｉＮｂＯ３、厚み＝４００ｎｍ。
　電極３と電極４の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極３と電極４とが重なっている領域、すなわち励振領域Ｃの長さ＝４０μｍ、電極３，４からなる電極の対数＝２１対、電極間中心距離＝３μｍ、電極３，４の幅＝５００ｎｍ、ｄ／ｐ＝０．１３３。
　中間層７：１μｍの厚みの酸化ケイ素膜。
　支持基板８：Ｓｉ基板。
　なお、励振領域Ｃの長さとは、励振領域Ｃの電極３，４の長さ方向に沿う寸法である。
　弾性波装置１では、電極３，４からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極３と電極４とを等ピッチで配置した。
　図３２から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、比帯域が１２．５％である良好な共振特性が得られている。
　ところで、上記圧電層２の厚みをｄ、電極３と電極４との電極の中心間距離をｐとした場合、前述したように、本実施形態では、好ましくはｄ／ｐは０．５以下、より好ましくは０．２４以下である。これを、図３３を参照して説明する。
　図３２に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しｄ／２ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図３３は、隣り合う電極の中心間距離をｐ、圧電層の厚みをｄとした場合のｄ／２ｐと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。
　図３３から明らかなように、ｄ／２ｐが０．２５を超えると、すなわちｄ／ｐ＞０．５では、ｄ／ｐを調整しても、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄ／２ｐ≦０．２５、すなわちｄ／ｐ≦０．５の場合には、その範囲内でｄ／ｐを変化させれば、比帯域を５％以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、ｄ／２ｐが０．１２以下の場合、すなわちｄ／ｐが０．２４以下の場合には、比帯域を７％以上と高めることができる。加えて、ｄ／ｐをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、上記厚み滑りモードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
　なお、前述したように、少なくとも１対の電極は、１対でもよく、上記ｐは、１対の電極の場合、隣り合う電極３，４の中心間距離とする。また、１．５対以上の電極の場合には、隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離をｐとすればよい。
　また、圧電層の厚みｄについては、圧電層２が厚みばらつきを有する場合、その厚みを平均化した値を採用すればよい。
　図３４は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の別の一例の平面図である。
　弾性波装置６１では、圧電層２の第１の主面２ａ上において、電極３と電極４とを有する１対の電極が設けられている。なお、図３４中のＫが交差幅となる。前述したように、本実施形態の弾性波装置では、電極の対数は１対であってもよい。この場合においても、上記ｄ／ｐが０．５以下であれば、厚み滑りモードのバルク波を効果的に励振することができる。
　本実施形態の弾性波装置では、好ましくは、複数の電極３，４において、いずれかの隣り合う電極３，４が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域に対する、上記隣り合う電極３，４のメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図３５及び図３６を参照して説明する。
　図３５は、図２６に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Ｂで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、ｄ／ｐ＝０．０８として、かつＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，０°，９０°）とした。また、上記メタライゼーション比ＭＲ＝０．３５とした。
　メタライゼーション比ＭＲを、図２７を参照して説明する。図２７の電極構造において、１対の電極３，４に着目した場合、この１対の電極３，４のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線Ｃで囲まれた部分が励振領域となる。この励振領域とは、電極３と電極４とを、電極３，４の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極３における電極４と重なり合っている領域、電極４における電極３と重なり合っている領域、及び、電極３と電極４との間の領域における電極３と電極４とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域の面積に対する、励振領域Ｃ内の電極３，４の面積が、メタライゼーション比ＭＲとなる。すなわち、メタライゼーション比ＭＲは、メタライゼーション部分の面積の励振領域の面積に対する比である。
　なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をＭＲとすればよい。
　図３６は、本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての１８０度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図３６は、ＺカットのＬｉＮｂＯ３からなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
　図３６中の楕円Ｊで囲まれている領域では、スプリアスが１．０と大きくなっている。図３６から明らかなように、比帯域が０．１７を超えると、すなわち１７％を超えると、スプリアスレベルが１以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図３５に示す共振特性のように、矢印Ｂで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は１７％以下であることが好ましい。この場合には、圧電層２の膜厚や電極３，４の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
　図３７は、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図である。上記弾性波装置において、ｄ／２ｐと、ＭＲが異なる様々な弾性波装置を構成し、比帯域を測定した。
　図３７の破線Ｄの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が１７％以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、ＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０７５で表される。すなわち、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。従って、好ましくは、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。その場合には、比帯域を１７％以下としやすい。より好ましくは、図３７中の一点鎖線Ｄ１で示すＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０５の右側の領域である。すなわち、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５であれば、比帯域を確実に１７％以下にすることができる。
　図３８は、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。
　図３８のハッチングを付して示した部分が、少なくとも５％以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式（１）、式（２）及び式（３）で表される範囲となる。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
　従って、上記式（１）、式（２）または式（３）のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができるため好ましい。
　図３９は、ラム波を利用する弾性波装置の一例を説明するための部分切り欠き斜視図である。
　弾性波装置８１は、支持基板８２を有する。支持基板８２には、上面に開いた凹部が設けられている。支持基板８２上に圧電層８３が積層されている。それによって、空洞部９が構成されている。この空洞部９の上方において圧電層８３上に、ＩＤＴ電極８４が設けられている。ＩＤＴ電極８４の弾性波伝搬方向両側に、反射器８５，８６が設けられている。図３９において、空洞部９の外周縁を破線で示す。ここでは、ＩＤＴ電極８４は、第１のバスバー電極８４ａと、第２のバスバー電極８４ｂと、複数本の第１の電極指としての電極８４ｃと、複数本の第２の電極指としての電極８４ｄとを有する。複数本の電極８４ｃは、第１のバスバー電極８４ａに接続されている。複数本の電極８４ｄは、第２のバスバー電極８４ｂに接続されている。複数本の電極８４ｃと、複数本の電極８４ｄとは間挿し合っている。
　弾性波装置８１では、上記空洞部９上のＩＤＴ電極８４に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。そして、反射器８５，８６が両側に設けられているため、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
　このように、本発明の弾性波装置は、ラム波等の板波を利用するものであってもよい。
　１　弾性波装置
　２　圧電層
　２ａ　圧電層の第１の主面
　２ｂ　圧電層の第２の主面
　３　第１電極
　４　第２電極
　５　第１のバスバー電極
　６　第２のバスバー電極
　７　中間層
　７ａ　開口部
　８　支持基板
　８ａ　開口部
　９　空洞部
　１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０ａ　弾性波装置
　２０　支持部材
　２１　圧電層
　２１Ｍ　メンブレン部
　２２　機能電極
　２３　空洞部
　２４　貫通穴
　２５　補強部材
　２５Ａ　補強部材の第１部分
　２５Ｂ　補強部材の第２部分
　２６　配線電極
　３１　圧電基板
　４０　犠牲層
　４１　中間層
　４２　支持基板
　４４　貫通孔
　６１　弾性波装置
　８１　弾性波装置
　８２　支持基板
　８３　圧電層
　８４　ＩＤＴ電極
　８４ａ　第１のバスバー電極
　８４ｂ　第２のバスバー電極
　８４ｃ　第１電極（第１電極指）
　８４ｄ　第２電極（第２電極指）
　８５、８６　反射器
　２０１　圧電膜
　２０１ａ　圧電膜の第１の主面
　２０１ｂ　圧電膜の第２の主面
　４５１　第１領域
　４５２　第２領域
　Ｃ　励振領域
　ＶＰ１　仮想平面

Claims (17)

  1. 　非貫通の空洞部を一方主面に有する支持部材と、
    　前記空洞部を覆うように前記支持部材の前記一方主面に設けられた圧電層と、
    　前記圧電層の少なくとも一方の主面に、前記圧電層の厚み方向から見て少なくとも一部が前記空洞部と重なるように設けられた機能電極と、
    を備え、
    　前記圧電層には、前記厚み方向から見て前記空洞部と重なり、かつ、前記機能電極が設けられていない領域において、前記圧電層を前記厚み方向に貫通するＮ個（Ｎは２以上の整数）の貫通穴が設けられ、
    　１個以上、Ｎ－１個以下の前記貫通穴を通して、前記空洞部とは反対側の前記圧電層の主面と前記空洞部の底面とが補強部材によって繋がっている、
    　弾性波装置。
  2. 　前記補強部材は、無機材料からなる、
    　請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記無機材料が酸化ケイ素である、
    　請求項２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記補強部材は、金属材料からなる、
    　請求項１に記載の弾性波装置。
  5. 　前記補強部材は、金属材料からなる部分と、無機材料からなる部分とを含む、
    　請求項１に記載の弾性波装置。
  6. 　前記圧電層の厚み方向から見て、前記貫通穴の面積よりも、前記補強部材が前記空洞部の底面と接する部分の面積の方が小さい、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記補強部材は段差部を有する、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記段差部では、前記圧電層の厚み方向から見て、前記圧電層側の部分の面積よりも、前記空洞部の底面側の部分の面積の方が大きい、
    　請求項７に記載の弾性波装置。
  9. 　前記機能電極は、１以上の第１電極と、前記１以上の第１電極が接続された第１のバスバー電極と、１以上の第２電極と、前記１以上の第２電極が接続された第２のバスバー電極と、を有する、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記圧電層の厚みは、前記１以上の第１電極と前記１以上の第２電極のうち、隣り合う第１電極と第２電極との間の中心間距離をｐとした場合に２ｐ以下である、
    　請求項９に記載の弾性波装置。
  11. 　前記圧電層が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  12. 　厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている、
    　請求項１１に記載の弾性波装置。
  13. 　前記圧電層の厚みをｄ、前記１以上の第１電極と前記１以上の第２電極のうち、隣り合う第１電極と第２電極との間の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐ≦０．５である、
    　請求項９に記載の弾性波装置。
  14. 　ｄ／ｐ≦０．２４である、
    　請求項１３に記載の弾性波装置。
  15. 　前記１以上の第１電極と前記１以上の第２電極のうち、隣り合う第１電極と第２電極とが対向している方向に視たときに重なっている励振領域の面積に対する、前記隣り合う第１電極と第２電極との面積の割合であるメタライゼーション比をＭＲ、前記圧電層の厚みをｄ、前記隣り合う第１電極と第２電極との中心間距離をｐとした場合、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である、
    　請求項９、１３又は１４に記載の弾性波装置。
  16. 　ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５である、
    　請求項１５に記載の弾性波装置。
  17. 　前記ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）又は式（３）の範囲にある、
    　請求項１１に記載の弾性波装置。
    　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
    　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
    　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
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