JP2010166592A - 弾性境界波装置の製造方法及び弾性境界波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数ばらつきが少ない弾性境界波装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１〜第３の媒質１〜３がこの順序で積層されており、第１の媒質１と第２の媒質２との境界に電極５が配置されている弾性境界波装置の製造方法であって、第１の媒質１と第２の媒質２とが積層されており、第１，第２の媒質１，２の境界に電極５が配置されている積層体を用意し、該積層体段階で、第２の媒質２の膜厚を調整することにより周波数、または弾性表面波、擬似弾性境界波もしくは弾性境界波の音速を調整し、調整後に、第２の媒質と弾性境界波の音速及び／または材料が異なる第３の媒質３を形成する、弾性境界波装置の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、媒質の間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置の製造方法及び該弾性境界波装置に関し、より詳細には、電極の両側の媒質のうちの一方の媒質の外側にさらに媒質が積層されている構造を有する弾性境界波装置の製造方法及び弾性境界波装置に関する。

従来、携帯電話用のＲＦフィルタ及びＩＦフィルタ、並びにＶＣＯ用共振子及びテレビジョン用ＶＩＦフィルタなどに、各種弾性表面波装置が用いられている。弾性表面波装置は、媒質表面を伝搬するレイリー波や第１漏洩波などの弾性表面波を利用している。

弾性表面波は、媒質表面を伝搬するため、媒質の表面状態の変化に敏感である。従って、媒質の弾性表面波伝搬面を保護するために、該伝搬面に臨む空洞を設けたパッケージに弾性表面波素子が気密封止されていた。このような空洞を有するパッケージが用いられていたため、弾性表面波装置のコストは高くならざるを得なかった。また、パッケージの寸法は、弾性表面波素子の寸法よりも大幅に大きくなるため、弾性表面波装置は大きくならざるを得なかった。

他方、弾性波の中には、上記弾性表面波以外に、固体間の境界を伝搬する弾性境界波が存在する。

例えば、下記の非特許文献１には、１２６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板上にＩＤＴが形成されており、ＩＤＴとＬｉＴａＯ_３基板上にＳｉＯ_２膜が所定の厚みに形成されている弾性境界波装置が開示されている。ここでは、ストンリー波と称されているＳＶ＋Ｐ型の弾性境界波が伝搬することが示されている。なお、非特許文献１では、上記ＳｉＯ_２膜の膜厚を１．０λ（λは弾性境界波の波長）とした場合、電気機械結合係数は２％になることが示されている。

弾性境界波は、固体間の境界部分にエネルギーが集中した状態で伝搬する。従って、上記ＬｉＴａＯ_３基板の底面及びＳｉＯ_２膜の表面にはエネルギーがほとんど存在しないため、基板や薄膜の表面状態の変化により特性が変化しない。従って、空洞形成パッケージを省略することができ、弾性波装置のサイズを低減することができる。

他方、弾性波を利用したフィルタや共振子では、共振周波数や中心周波数のばらつきを抑制するために、様々な周波数調整方法が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、バルク波の厚み振動を利用した圧電セラミックフィルタにおいて、圧電セラミック基板の表面に形成されている共振電極に絶縁性物質を蒸着することにより周波数調整を行う方法が開示されている。

また、下記の特許文献２には、表面波を利用した表面波装置において、圧電基板上に形成されているＩＤＴ電極及び反射器を覆うようにＳｉＮ膜が形成され、該ＳｉＮ膜の膜厚調整により中心周波数や共振周波数が調整されている。

他方、下記の特許文献３には、図１２に示す弾性境界波装置が開示されている。弾性境界波装置１００では、圧電性の第１の基板１０１上に、くし歯電極１０２，１０２が形成されている。そして、くし歯電極１０２，１０２を覆うように誘電体膜１０３が形成されている。そして、誘電体膜１０３の上面に、Ｓｉ系材料からなる第２の基板１０４が積層されている。弾性境界波装置１００では、Ｓｉ系材料からなる第２の基板１０４がくし歯電極１０２，１０２と直接接触しておらず、間に誘電体膜１０３が配置されているため、くし歯電極１０２，１０２間の寄生抵抗を低減することができるとされている。

特開平５−１９１１９３号公報 特開平２−３０１２１０号公報 ＷＯ９８／５１０１１号

「Piezoelectric Acoustic Boundary Waves Propagating Along the Interface Between SiO2 and LiTaO3」IEEE Trans. Sonics and ultrason.,VOL.SU-25,No.6,1978 IEEE

前述した弾性境界波装置では、空洞形成パッケージを必要としないため、弾性波装置の小型化を図ることができる。しかしながら、本願発明者の実験によれば、弾性境界波装置においても、弾性表面波装置の場合と同様に、製造ばらつきにより、共振周波数や中心周波数がばらつきがちであった。特に、弾性境界波装置では、第１の媒質上に電極が形成された後に、第２の媒質が該電極を覆うように形成される。そのため、第２の媒質の製造ばらつきが生じると、弾性境界波装置の周波数ばらつきが大きく発生しがちであった。

他方、特許文献１や特許文献２に記載の方法では、バルク波装置の周波数調整に際し、バルク波基板表面に絶縁性物質が蒸着されており、特許文献２に記載の方法では、表面波基板上にＳｉＮ膜が付与されて周波数調整が行われていた。すなわち、従来のバルク波装置や弾性表面波装置では、振動エネルギーが基板表面に分布することを利用し、基板表面に絶縁体や金属を付着させることにより周波数調整が行われていた。また、基板表面の電極をエッチングしたり、基板の表面をエッチングすることによって周波数を調整する方法も知られている。

しかしながら、弾性境界波装置では、装置表面には境界波の振動エネルギーはほとんど分布しないため、このような周波数調整方法を用いることはできない。すなわち、基板表面に絶縁物などの異物を付着させたり、基板表面を削ったとしても、共振周波数や通過帯域は変化しない。

特許文献３に記載の弾性境界波装置１００では、上記誘電体膜１０３を介在させることにより寄生抵抗の低減が図られているが、完成後には周波数調整はできなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、製造ばらつきなどに起因する周波数ばらつきを効果的に抑制することができ、従って所望通りの周波数特性を有する弾性境界波装置を安定にかつ確実に提供することを可能とする製造方法、並びに周波数ばらつきが少ない所望通りの周波数特性を有する弾性境界波装置を提供することにある。

本願の第１の発明は、第１〜第３の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている弾性境界波装置の製造方法であって、第１の媒質と第２の媒質とが積層されており、第１，第２の媒質の境界に電極が配置されている積層体を用意する工程と、前記積層体段階で第２の媒質の膜厚により周波数、または弾性表面波、擬似弾性境界波もしくは弾性境界波の音速を調整する調整工程と、前記調整工程後に、弾性境界波の音速及び／または材料が第２の媒質とは異なる第３の媒質を形成する工程とを備えることを特徴とする。

第１の発明のある特定の局面では、第３の媒質の厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５λより大きい。

本願の第２の発明は、第１〜第４の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている弾性境界波装置の製造方法であって、第１〜第３の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている積層体を用意する工程と、前記積層体段階で、周波数、または弾性表面波、擬似弾性境界波もしくは弾性境界波の音速を調整する調整工程と、前記調整工程後に、音速及び／または材料が第３の媒質とは異なる第４の媒質を形成する工程とを備えることを特徴とする。

上記のように、第１，第２の発明では、それぞれ、第３の媒質及び第４の媒質が、第２の媒質及び第３の媒質と、音速及び／または材料が異なるように構成されている。この場合、材料が異なれば、縦波の音速や横波の音速は異なることになる。また、同一材料であっても、結晶状態を異ならせることにより、あるいは多結晶体の場合には緻密さを変更することにより、音速を変えることができる。また、媒質層が等方体の場合、媒質層の縦波の音速Ｖｓと、横波の音速Ｖｐは、該媒質層の弾性スチフネス定数Ｃ１１，Ｃ１２及び密度ρから、下記の式（１）及び（２）で表される。

第２の発明のある特定の局面では、前記第４の媒質の厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５λよりも大きくされている。

第１，第２の発明の他の特定の局面では、少なくとも１つの媒質が、複数の材料層を積層した積層構造を有する。

第１，第２の発明のさらに別の特定の局面では、前記電極材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属が用いられる。

第１，第２の発明に係る製造方法のさらに他の特定の局面では、前記媒質が、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、四ほう酸リチウム、ランガサイトやランガナイト、水晶、ＰＺＴ、ＺｎＯ（チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス）、ＡｌＮ、酸化珪素、ガラス、シリコン、サファイア、窒化シリコン及び窒素化炭素からなる群から選択された少なくとも１種の材料を用いて構成されている。

第１，第２の発明に係る製造方法のさらに別の特定の局面では、前記電極が、弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタを構成するための電極であり、弾性境界波装置として、弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタが得られる。

本願の第３の発明は、第１〜第４の媒質がこの順序で積層されており、第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されており、第３の媒質と第４の媒質との音速及び／または材料が異なっていることを特徴とする弾性境界波装置である。

第１の発明に係る製造方法では、第１の媒質と第２の媒質とが積層されており、第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている積層体を用意した後に、該積層体段階で第２の媒質の膜厚により周波数または弾性境界波の音速が調整される。しかる後、調整工程後に、第２の媒質とは音速及び／または材料が異なる第３の媒質が形成される。すなわち、第１，第２の媒質間に電極が配置された積層体を用意し、該積層体段階で第２の膜厚を調整すれば、周波数または弾性表面波または擬似弾性境界波または弾性境界波の音速を調整することができる。従って、所望通りの周波数の弾性境界波装置を実現する積層体を得ることができる。この場合、積層体段階で第２の媒質により周波数または音速を調整するには、積層体を得るに際して第２の媒質の膜厚を調整してもよく、あるいは積層体を得た後に第２の媒質の膜厚を変化させるように調整を行ってもよい。

そして、上記調整工程後に、第２の媒質とは音速及び／または材料が異なる第３の媒質が形成されるが、弾性境界波のエネルギー分布は第３の媒質中にはほとんど存在しないため、第３の媒質の製造ばらつきが生じたとしても、得られた弾性境界波装置における音速や周波数のばらつきは生じ難い。従って、特性のばらつきの少ない弾性境界波装置を容易にかつ安定に提供することができる。

第２の発明に係る製造方法では、第１の媒質と第２の媒質と第３の媒質とがこの順序で積層されており、第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている積層体を用意した後に、該積層体段階で第３の媒質の膜厚により周波数または弾性境界波の音速が調整される。しかる後、調整工程後に、第３の媒質とは音速及び／または材料が異なる第４の媒質が形成される。すなわち、第１，第２の媒質間に電極が配置され、さらに第２の媒質層の上に第３の媒質層が積層された積層体を用意し、該積層体段階で第３の媒質の膜厚を調整すれば、周波数または弾性表面波または擬似弾性境界波または弾性境界波の音速を調整することができる。従って、所望通りの周波数の弾性境界波装置を実現する積層体を得ることができる。この場合、該積層体段階で第３の媒質により周波数または音速を調整するには、積層体を得るに際して第３の媒質の膜厚を調整してもよく、あるいは積層体を得た後に第３の媒質の膜厚を変化させるように調整を行ってもよい。

そして、上記調整工程後に、第３の媒質とは音速及び／または材料が異なる第４の媒質が形成されるが、弾性境界波のエネルギー分布は第４の媒質中にはほとんど存在しないため、第４の媒質の製造ばらつきが生じたとしても、得られた弾性境界波装置における音速や周波数のばらつきは生じ難い。従って、特性のばらつきの少ない弾性境界波装置を容易にかつ安定に提供することができる。

第１の発明や第２の発明により構成された弾性境界波装置を伝搬する境界波は、第１の発明の媒質３や第２の発明の媒質４の厚さ０．５λまでの範囲に大半のエネルギーが分布する。従って、第１の発明の媒質３や第２の発明の媒質４の厚さは０．５λ以上とすれば良い。

少なくとも１つの媒質が、複数の材料層を積層した積層構造を有する場合、複数の材料層を選択することにより、様々な音速もしくは周波数特性の媒質層を容易に形成することができる。

電極材料として、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属を用いた場合、これらの金属は、境界波装置の伝搬路やＩＤＴ、反射器として用いることができる。

媒質層が、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、四ほう酸リチウム、ランガサイトやランガナイト、水晶、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、酸化珪素、ガラス、シリコン、サファイア、窒化シリコン及び窒素化炭素からなる群から選択された少なくとも１種の材料を用いて構成されている場合には、これらの金属材料と媒質材料を用いて、金属材料の膜厚やＩＤＴ、反射器のデューティ比を調整して境界波の音速を媒質材料の音速より低音速化することにより、境界波装置を構成することができる。

上記電極が、弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタを構成するための電極である場合には、本発明に従って、周波数ばらつきの少ない弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタを提供することができる。

本発明に係る弾性境界波装置では、第１〜第３の媒質がこの順序で積層されており、第１の媒質と第２の媒質との間の境界に電極が配置されており、第２の媒質と第３の媒質との音速及び／または材料が異なっており、図５に示すように境界波のエネルギーが分布しているため、第２の媒質の厚さを変えることで境界波の音速を調整できる。なお、第３の媒質の厚さを変えても、第３の媒質表面には境界波のエネルギーが分布していないので、境界波の音速は調整できない。境界波装置の動作周波数Ｆは、境界波の音速ＶとＩＤＴのストリップ配置周期λより、Ｆ＝Ｖ／λであるので、音速を調整することにより、境界波装置の動作周波数を調整できる。

第３の発明では、第１〜第４の媒質がこの順序で積層されており、第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されており、第３の媒質と第４の媒質の音速及び／または材料が異なっており、図６に示すように境界波のエネルギーが分布しているため、第３の媒質の厚さを変えることで境界波の音速を調整できる。なお、第４の媒質の厚さを変えても、第４の媒質表面には境界波のエネルギーが分布していないので、境界波の音速は調整できない。境界波装置の動作周波数Ｆは、境界波の音速ＶとＩＤＴのストリップ配置周期λより、Ｆ＝Ｖ／λであるので、音速を調整することにより、境界波装置の動作周波数を調整できる。

また、第３の発明では、第２の媒質と第４の媒質として同じ材料を用いることができ、それによって様々な特性の改善を図ることができる。一般に多くの誘電体材料、金属材料は弾性波の音速に対し、負の温度係数を持つ。第１〜第３の媒質層及び電極層にそれぞれ負の材料を用いた場合、弾性境界波の音速の温度係数は負となる。弾性境界波装置の動作周波数の温度係数ＴＣＦは、

である。ここで、Ｖは境界波の音速、ΔＶは音速変化幅、ΔＴは温度変化幅、αは線熱膨張係数である。αは多くの誘電体材料、金属材料で正である。従って、弾性境界波装置のＴＣＦは負となる。弾性境界波装置において、ＴＣＦはゼロが望ましい。

温度特性を改善するために、正の温度係数をもつＳｉＯ_２により第２の媒質及び第４の媒質を構成することができる。この場合、第２の媒質を負の温度係数をもつ誘電体材料で構成した場合に比べ、温度係数をゼロに近づけることができる。さらに、第１及び第３の媒質材料や各媒質の厚さを適切に選定すれば、ＴＣＦをゼロとすることもできる。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を説明するための略図的正面断面図である。 図２は、（ａ）及び（ｂ）は、本発明をなす前提となった弾性境界波装置における電極構造を示す平面図及び該弾性境界波装置の正面断面図である。 図３は、弾性境界波装置におけるＩＤＴや反射器のデューティ比を説明するための模式的部分拡大断面図である。 図４は、従来の弾性境界波装置の断面構造と弾性境界波のエネルギー分布との関係を示す図である。 図５は、本願の第１の発明により得られる弾性境界波装置の断面構造と弾性境界波のエネルギー分布との関係を示す図である。 図６は、本願の第２の発明により得られる弾性境界波装置の断面構造と弾性境界波のエネルギー分布との関係を示す図である。 図７は、実施例１で得られた弾性境界波装置における第２の媒質であるＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈ２と、音速（中心周波数×λ）との関係を示す図である。 図８は、実施例１で得られた弾性境界波装置における第２の媒質であるＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈ２と、周波数温度係数との関係を示す図である。 図９は、実施例２で得られた弾性境界波装置における第３の媒質としての多結晶Ｓｉの膜厚Ｈ３と、音速（中心周波数×λ）との関係を示す図である。 図１０は、実施例２で得られた弾性境界波装置における第３の媒質としての多結晶Ｓｉの膜厚Ｈ３と、周波数温度係数との関係を示す図である。 図１１は、本発明が適用される弾性境界波装置の一例としてのラダー型フィルタの回路構成を示す回路図である。 図１２は、従来の弾性境界波装置の一例を説明するための斜視図である。 図１３は、従来の弾性境界波装置において、周波数ばらつきが生じている状態を示す周波数特性図である。

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。

本願発明者らは、図２（ａ）及び（ｂ）に示す弾性境界波装置を作製し、検討を行った。図２（ｂ）は、この弾性境界波装置２００の正面断面図であり、弾性境界波装置２００は、第１の媒質２０１と第２の媒質２０２とを積層した構造を有する。第１，第２の媒質２０１，２０２間の境界には、電極として、入力ＩＤＴ２０５、出力ＩＤＴ２０６，２０７及び反射器２０８，２０９が形成されている。これらの電極構造は、図２（ａ）において平面図で示されている。

上記弾性境界波装置２００の作製に際し、第１の媒質２０１を１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板により構成し、ＩＤＴ２０５〜２０７の中心部の配置周期に基づく波長λを３．０μｍとし、電極指交差幅を５０λとした。また、入力ＩＤＴ２０５の電極指の対数は１４．５対とし、該ＩＤＴ２０４の境界波伝搬方向外側の４本の電極指の配置周期は０．８６λとした。出力ＩＤＴ２０６，２０７では、それぞれ、電極指の対数は８．５対とし、入力ＩＤＴ２０５側に近接した４本の電極指の配置周期を０．８６λとした。反射器２０８，２０９の電極指の本数は４１本、配置周期は１．０３３λとした。そして、反射器２０８，２０９の反射帯域内にフィルタ通過域を配置し、入力ＩＤＴ２０５と出力ＩＤＴ２０６，２０７の最近接電極指中心間距離を０．４３λとした。また、出力ＩＤＴ２０６，２０７と反射器２０８，２０９の最近接電極指中心間距離を０．５λとした。ＩＤＴ２０５〜２０７と反射器２０８，２０９のデューティ比は０．５とした。

なお、図３は、上記デューティ比を説明するための模式的断面図である。デューティ比とは、図３のＬ／Ｐで決定される値である。ここで、Ｌは、電極指の幅であり、Ｐは境界波伝搬方向において隣接する電極指間スペースの中心間距離である。ＩＤＴや反射器の配置周期λは、λ＝２×Ｐで表される。

なお、上記各電極は、０．０５λのＡｕ膜と、該Ａｕ膜の下地に配置された０．００３λのＮｉＣｒ膜との積層体により構成した。なお、第２の媒質はＳｉＯ_２膜により構成した。

上記弾性境界波装置を２度作製し、第１のロット及び第２のロットの各弾性境界波装置を得た。

そして、第１のロット及び第２のロットで得られた弾性境界波装置のＳ２１特性（通過特性）を測定したところ、図１３に示すように、通過帯域の中心周波数が、第１のロットの平均値と、第２のロットの平均値とで、５．６ＭＨｚ異なっていることが確かめられた。

フィルタの通過帯域では、その中心周波数が所望とする中心周波数と一致される必要があり、通過帯域の周波数ばらつきは高精度に抑制されることが必要である。そこで、上記第１，第２のロットと同様にして、再度第１のロット及び第２のロットの弾性境界波装置を作製した。ここでは、第２の媒質であるＳｉＯ_２膜の成膜前後の通過周波数を測定した。結果を下記の表１に示す。

表１から明らかなように、第１のロット及び第２のロットのいずれにおいても、ＳｉＯ_２膜を成膜した前後の周波数変化幅は約２２０ＭＨｚと大きかった。また、第１のロットの弾性境界波装置の場合の結果と、第２のロットの弾性境界波装置の結果とを比較すると、ＳｉＯ_２膜を成膜した後では、さらに周波数差が２ＭＨｚ広がっていることがわかる。従って、第２の媒質であるＳｉＯ_２膜のロット間におけるばらつきが、最終的に得られた弾性境界波装置の周波数ばらつきに大きく影響していることがわかる。

上記のように、第１の媒質上に電極を形成した後、第２の媒質としてのＳｉＯ_２膜を形成した場合、第２の媒質のばらつきが生じると、弾性境界波装置において大きな周波数ばらつきの生じることがわかる。

これに対して、本願の第１の発明では、第２の媒質が形成された積層体段階で周波数調整が行われる。従って、周波数調整工程後において、ロット間の周波数ばらつきが著しく低減される。そして、第３の媒質をさらに形成した場合、第３の媒質にばらつきが生じたとしても、得られた弾性境界波装置における周波数ばらつきは効果的に抑制される。これを、図１、図４及び図５を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を示す部分切欠正面断面図である。この弾性境界波装置では、第１の媒質１上に第２の媒質２及び第３の媒質３が積層されている。第１の媒質１と第２の媒質２との間の境界に電極５が形成されている。本実施形態では、第１の媒質上に電極５を形成した後に、第２の媒質２が形成され、積層体が得られる。そして、この積層体段階で、周波数調整が行われる。より具体的には、第２の媒質２の膜厚を変化させるようにして、周波数調整が行われる。この第２の媒質２の膜厚を変化させる方法としては、エッチングなどにより第２の媒質２の膜厚を薄くする加工を用いる方法、あるいはさらにスパッタリングなどの成膜法により第２の媒質と同じ材料からなる膜を成膜し、第２の媒質２の膜厚を実質的に増大させる方法などが挙げられる。あるいは第２の媒質２の成膜段階においてその膜厚を調整していってもよい。

そして、本実施形態では、膜厚調整が行われた後に、第３の媒質３が形成される。

なお、第２の媒質２及び第３の媒質３の形成方法は、スパッタリングなどの成膜形成方法に限定されず、様々な方法により行われ得る。特に、第３の媒質３については、別途用意された第３の媒質からなるフィルムもしくは板状体を第２の媒質上に貼り合わせてもよい。

なお、第１の発明に係る弾性境界波装置では、第３の媒質３は、第２の媒質２に対し、境界波の音速及び／または材料が異なるように構成されていることが必要である。第２の媒質２と第３の媒質３における音速及び材料が等しい場合には、上記周波数調整工程を行ったとしても、周波数が変化しないことがある。

図４は、従来の弾性境界波装置の模式的正面断面図と、弾性境界波のエネルギー分布との関係を示す図である。図４から明らかなように、弾性境界波装置２００では、膜厚Ｈ１の第１の媒質２０１と膜厚Ｈ２の第２の媒質２０２との境界にＩＤＴ２０５などの電極が配置されている。図４の右側に示すように、境界波のエネルギーは境界付近に集中している。しかしながら、第１，第２の媒質２０１，２０２において、境界から遠ざかるにつれてエネルギーは減衰するものの、例えば第２の媒質２０２中においては図４のハッチングを付した部分においてもエネルギーは分布している。従って、第２の媒質２０２を形成した後に、第２の媒質にばらつきが生じると、周波数ばらつきが生じることになる。

図５は、本願の第１の発明に従って構成された上記実施形態の弾性境界波装置の模式的断面図とエネルギー分布との関係を示す図である。

図５に示す弾性境界波装置では、膜厚Ｈ１の第１の媒質１と膜厚Ｈ２の第２の媒質２との境界に電極５が形成されている。この場合、第１の媒質１上に電極５が形成され、しかる後第２の媒質２が形成される。この第２の媒質２を形成した段階で、周波数調整が行われる。そして、周波数調整後に膜厚Ｈ３の第３の媒質３が形成される。このようにして得られた弾性境界波装置では、第１，第２の媒質１，２が積層されている積層体段階で周波数調整が行われる。

他方、上記弾性境界波装置における境界波のエネルギー分布では、図５の右側に示されているように、第３の媒質３にはエネルギーのごく一部しか分布しない。従って、第３の媒質３において製造ばらつきが生じたとしても、それによる周波数ばらつきは非常に小さいことがわかる。従って、第３の媒質３の形成前に周波数調整を行うことにより、第３の媒質３を形成した後の弾性境界波装置の周波数ばらつきを著しく小さくし得ることがわかる。

図６は、第２の発明に係る弾性境界波装置において周波数ばらつきが小さくされ得る理由を説明するための模式的断面図及び境界波のエネルギー分布を示す図である。

第２の発明の弾性境界波装置２０では、膜厚Ｈ１の第１の媒質２１と、膜厚Ｈ２の第２の媒質２２との間に電極２５が形成され、さらに膜厚Ｈ３の第３の媒質２３が積層され、積層体が得られる。この積層体段階で周波数調整が行われる。そして、第３の媒質２３上に膜厚Ｈ４の第４の媒質２４が積層される。このようにして得られた弾性境界波装置２０では、境界波のエネルギー分布は図６の右側に示す通りとなる。すなわち、第４の媒質においては、境界波のエネルギーはごく一部しか分布しない。従って、上記第３の媒質２３が形成されている積層体段階で周波数調整が行われ、周波数ばらつきが著しく小さくされると、さらに第４の媒質２４を形成したとしても、周波数ばらつきを小さく抑制することができる。

なお、第２の発明においては、第３の媒質２３と第４の媒質２４とが、音速が異なるように、及び／または材料が異なるように構成されることが必要である。さもなければ、周波数が変化しないからである。

上記のように、本願の第１，第２の発明の製造方法において周波数ばらつきを抑制し得るのは、最後に形成される第３の媒質または第４の媒質の形成前に周波数調整を行い、最後に第３の媒質及び第４の媒質が形成されることによる。すなわち、第１の発明における第３の媒質、第２の発明における第４の媒質中には、境界波のエネルギーはごく一部しか分布しない。従って、第１の発明における第３の媒質及び第２の発明における第４の媒質に製造ばらつきが生じたとしても、これらの製造ばらつきは最終的に得られる弾性境界波装置の周波数ばらつきにあまり影響しない。よって、積層体段階で周波数調整を行っておくことにより、周波数ばらつきの少ない弾性境界波装置を提供することができる。

なお、第２の発明においては、第２の媒質２２と第４の媒質２４は同一材料で構成されてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。例えば、第２の媒質２２が周波数温度係数が正の材料であるＳｉＯ_２で構成されている場合、ＳｉＯ_２と、周波数温度係数が負である多くの材料と組み合わせることにより、境界波装置の周波数温度係数を改善することができる。第１の発明では、第２の媒質２及び第３の媒質３の一方にＳｉＯ_２を用いた場合、他方は、周波数温度係数が負であるＳｉＯ_２以外の材料を用いることが望ましい。もっとも、第２の媒質２と第３の媒質３の双方をＳｉＯ_２により構成してもよいが、その場合には、ＳｉＯ_２の密度や硬さ（弾性定数）等を異ならせて、音速を異ならせる必要があるため、周波数温度係数の改善効果が劣化するおそれがある。従って、第１の発明では、第２の媒質２及び第３の媒質３の一方にのみＳｉＯ_２を用いることが望ましい。

他方、第２の発明では、第２の媒質２２及び第４の媒質２４の双方をＳｉＯ_２で構成した場合、第３の媒質２３としてＳｉＯ_２以外の材料を用いればよい。従って、ＳｉＯ_２による周波数温度係数改善効果を維持しつつ、周波数調整を行うことができる。

なお、第１の発明においては、第２の媒質の厚みＨ２（λ）は、好ましくは、１λ以下とされる。すなわち、第２の媒質の厚みを１λ以下とすることにより、弾性境界波のエネルギー分布が第３の媒質側においてほとんど分布しないため、第３の媒質の製造ばらつきによる周波数ばらつきを効果的に低減することができる。また、好ましくは、第３の媒質の厚みＨ３は、０．５λより大きくされる。第３の媒質の厚みが０．５λより大きくなると、第３の媒質中に境界波のエネルギーが分布している場合であっても、第３の媒質において、図５に示すように、媒質２と接する面と反対面側の媒質３の表面に到達するまでに境界波のエネルギーが確実に減衰され、良好な境界波伝搬が得られる。このように構成すると、表面に異物が付着した場合においても、境界波装置の特性は安定である。

第２の発明において、第２の媒質の厚みＨ２を０．５λ以下とすると、図６に示すように、境界波のエネルギーを第３の媒質に漏れ出させることができる。また、第３の媒質の厚みＨ３を０．１λ以下とすると、第４の媒質に境界波のエネルギーを漏れ出させることができる。「第２、第４」と「第３」の媒質の音速は異なるので、第３の媒質の厚みを調整すると、境界波の音速を調整することができる。第２の媒質が厚く、第３の媒質に境界波のエネルギーが漏れ出さない場合には、第３の媒質の状態を変更しても境界波の音速は調整できない。さらに、第３の媒質が厚く、第４の媒質に境界はのエネルギーが漏れ出さない場合は、第３の媒質の厚さを変えても境界波の音速は調整できない。

また、図６に示すように、媒質３と接する面と反対面側の媒質４の表面に到達するまでに境界波のエネルギーが確実に減衰され、良好な境界波伝搬が得られる。このように構成すると、表面に異物が付着した場合においても、境界波装置の特性は安定である。

次に、具体的な実施例につき説明する。

（実施例１）
第１の媒質として、１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板を用意し、該ＬｉＮｂＯ_３基板上に、図２に示した電極構造を作製した。すなわち、図２（ａ）に示されている入力ＩＤＴ２０５、出力ＩＤＴ２０６，２０７及び反射器２０８，２０９を形成した。電極の形成に際しては、ＬｉＮｂＯ_３基板を洗浄した後、レジストをスピンコーティングし、プリベークした後、現像し、レジストパターンを形成した。しかる後、ＮｉＣｒ膜及びＡｕ膜をこの順序で真空蒸着し、レジストをリフトオフし、洗浄した。上記のようにして、Ａｕ膜の膜厚が０．０５５λ、ＮｉＣｒの膜厚が０．００１λである電極構造を得た。

次に、上記ＬｉＮｂＯ_３基板の電極形成面を覆うように第２の媒質として、厚さ０．１λのＳｉＯ_２膜をＲＦスパッタリング法により成膜した。このようにして、図２（ｂ）に示す積層体を得た。

次に、上記ＳｉＯ_２膜上に、レジストをスピンコーティングし、現像し、レジストパターンを形成し、しかる後反応性イオンエッチング及びレジスト除去を行い、外部と電気的に接続される電極上のＳｉＯ_２膜を除去した。

上記のようにして露出された外部端子にウェハープローブの検査端子を接触し、中心周波数を測定した。得られた測定値が所望とする中心周波数に一致するように、ＳｉＯ_２膜を加工した。この加工に際しては、反応性イオンエッチングによりＳｉＯ_２膜を薄くする加工、あるいはスパッタリングにより成膜してＳｉＯ_２膜を厚くする方法で行った。

すなわち、測定値が所望とする中心周波数よりも低い場合には、上記のようにＳｉＯ_２膜を薄くし、逆に高かった場合にはＳｉＯ_２膜の厚みを増加させた。

なお、この時点で伝搬する弾性波は、弾性境界波ではなく、表面に変位を集中させた弾性表面波であり、周波数調整は弾性表面波に対して行った。

周波数調整後に、上記ＳｉＯ_２膜上に、第３の媒質として、厚さ１λの多結晶Ｓｉ膜をスパッタリング法により形成した。

この時点で、伝搬する弾性波は、弾性境界波となる。

上記多結晶Ｓｉ膜上に、レジストをスピンコーティングし、現像し、焼き付け、反応性イオンエッチングによりパターニングした。そして、レジストを除去し、外部端子上の多結晶Ｓｉを除去した。このようにして、多数の弾性境界波装置を得た。

上記のようにして得られた弾性境界波装置は、共振周波数のばらつきは小さくなる。

なお、図７は、本実施例で得られた弾性境界波装置におけるＳｉＯ_２の膜厚Ｈ２と、中心周波数にλを乗算して求めた境界波装置の音速との関係を示す図である。また、図８は、ＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈ２と、周波数温度係数ＴＣＦ（ｐｐｍ／℃）との関係を示す。なお、弾性境界波装置であるため、第３の媒質である多結晶Ｓｉの膜厚は音速とは関係しない。

図７から明らかなように、第２の媒質としてのＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈ２が大きくなるほど音速が低くなることがわかる。また、図８から明らかなように、ＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈ２が厚くなるほど、周波数温度係数ＴＣＦが改善されることがわかる。

（実施例２）
第１の媒質として、１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板を用意し、実施例１と同様に図２（ａ）に示した電極構造を実施例１と同様にして形成した。このように電極が形成されたＬｉＮｂＯ_３基板を多数用意した。

次に、上記ＬｉＮｂＯ_３基板上の電極を覆うようにＬｉＮｂＯ_３基板上にＳｉＯ_２膜をＲＦスパッタリング法により成膜した。この場合、厚さ０．１λ、０．３λ、０．５λ及び１．０λの膜厚のＳｉＯ_２膜が成膜された構造をそれぞれ作製した。しかる後、ＳｉＯ_２膜上に、厚さ０．５λの多結晶シリコンをＲＦスパッタリング法により成膜し、多結晶Ｓｉ／ＳｉＯ_２／電極／ＬｉＮｂＯ_３基板の積層構造を有する、すなわち、第３の媒質／第２の媒質／電極／第１の媒質が積層されている積層体を用意した。

なお、この時点で伝搬する弾性波は、弾性境界波ではなく、表面に変位を集中させた弾性表面波であり、周波数調整は弾性表面波に対して行った。

次に、上記のようにして得られた積層体の多結晶Ｓｉ膜上に、レジストをスピンコーティングし、プリベークし、パターニングし、しかる後反応性イオンエッチングを行い、レジストを除去することにより、外部端子上の多結晶ＳｉとＳｉＯ_２を除去し、外部端子を露出させた。露出された外部端子にウェハープローブの検査端子を接触させ、フィルタ特性の中心周波数を測定した。

周波数測定値が、所望の中心周波数に一致するように、多結晶Ｓｉを加工した。加工に際しては、測定値が中心周波数の目標値よりも低い場合には、反応性イオンエッチングにより多結晶Ｓｉを薄く加工した。逆に、測定値が所望とする中心周波数よりも高い場合には、スパッタリングにより多結晶Ｓｉを再度成膜し、多結晶Ｓｉの膜厚を増大させた。周波数調整工程後に、多結晶Ｓｉ上に、第４の媒質として、厚さ１λのＳｉＯ_２膜をスパッタリング法により成膜した。

この時点で、伝搬する弾性波は、弾性境界波となる。

上記ＳｉＯ_２膜上にレジストをスピンコーィングし、パターニングし、反応性イオンエッチングを行い、レジストを除去することにより、外部端子上のＳｉＯ_２膜を除去した。このようにして多数の弾性境界波装置を得た。

上記のようにして得られた多数の弾性境界波装置について中心周波数を測定した。厚さ０．１λ、０．３λ、０．５λ、１．０λの第２の媒質が形成されている各弾性境界波装置における中心周波数のばらつきは、それぞれ順に小さくなる。

図９は、上記のようにして得られ、かつ第２の媒質のＳｉＯ_２膜の厚みＨ２が０．１λ、０．３λ及び０．５λである弾性境界波装置における、第３の媒質である多結晶Ｓｉの厚みＨ３と、音速（中心周波数×λ）との関係を示す図であり、図１０は、多結晶Ｓｉの厚みＨ３と、周波数温度係数ＴＣＦ（ｐｐｍ／℃）との関係を示す図である。

なお、弾性境界波装置であるため、第４の媒質のＳｉＯ_２膜の膜厚は音速とは関係しない。

図９から明らかなように、多結晶Ｓｉの膜厚Ｈ３が０〜０．１λの範囲で音速の変化が大きく、この範囲で効率的に周波数調整を行い得ることがわかる。また、この範囲において、図１０から明らかなように、周波数温度係数ＴＣＦは図８に示した実施例１の場合の周波数温度係数に比べて最大で２５ｐｐｍ／℃良好であることがわかる。また、第２の媒質であるＳｉＯ_２膜の膜厚が０．５λでは、図９に示すように音速の変化が見られたが、第２の媒質の膜厚が０．５λよりも大きい場合には多結晶Ｓｉの膜厚Ｈ３を図９に示す範囲で変化させても音速は変化しなかった。

従って、好ましくは、第１〜第４の媒質を積層してなる弾性境界波装置では、第２の媒質の膜厚Ｈ２は、０．５λ以下であることが望ましいことがわかる。

なお、上記実施例では、図２（ａ）に示した３ＩＤＴ構造の縦結合型弾性境界波共振子フィルタにつき説明したが、本発明に係る弾性境界波装置は、様々な電極構造を有するように構成され得る。すなわち、２個以上のＩＤＴを用いた縦結合型弾性境界波共振子フィルタや、図１１に回路図で示すように、複数個の弾性境界波共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｐ１，Ｐ２を接続してなるラダー型フィルタであってもよい。なお、図１１では、４個の弾性境界波共振子が接続されていたが、任意の段数のラダー型フィルタを構成することができる。

また、ラダー型フィルタにおける共振子の数は特に限定されない。また、本発明に係る弾性境界波装置及びその製造方法は、横結合型弾性境界波フィルタにも提供することができる。

さらに、電極として、ＩＤＴではなく、「弾性表面波工学」（電子情報通信学会発行、初版第６刷、第５７頁）に記載のようなくし形トランスデューサを用いることができる。くし形トランスデューサを用いる場合には、λはくし形トランスデューサのくしの配置周期となる。要するに、電気音響変換器が励振する波長をλとすればよい。

さらに、上記実施例１，２では、電極はＡｕからなる電極層を主体とし、下地にＮｉＣｒ層が積層されていたが、他の金属を用いて電極が形成されてもよい。例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ及びＰｔの１種を用いてもよい。加えて、第１の媒質及び第２の媒質に対する電極の密着性を高めたり、耐電力性を高めるために、Ｔｉ、ＣｒまたはＮｉＣｒなどからなる薄い第２の電極層を積層してもよい。第２の電極層は、第１の媒質と上記Ａｕなどからなる主たる電極層との間、主たる電極層と第２の媒質との間のいずれに配置されてもよい。さらに、電極は３以上の電極層を積層した構造とされてもよく、その場合、第２の電極層は、中間層として積層されてもよい。

また、本発明においては、電極構造は、複数の金属からなる合金により構成されてもよい。

さらに、本発明における第１〜第３の媒質及び第１〜第４の媒質を構成する材料についても特に限定されない。すなわち、様々な誘電体を媒質として用いることができる。このような媒質としては、例えば、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、四ほう酸リチウム、ランガサイトやランガナイト、水晶、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、酸化珪素、ガラス、シリコン、サファイア、窒化シリコン及び窒素化炭素からなる群から選択される１種などが挙げられる。

また、媒質は、単一材料で構成されている必要は必ずしもなく、複数の媒質層を積層してなる積層構造を有していてもよい。すなわち、第１〜第３の媒質または第１〜第４の媒質のうち少なくとも１つの媒質が、複数の材料層を積層した積層構造を有するものであってもよい。

加えて、本発明に係る弾性境界波装置では、外側に、強度を高めたり、腐食性ガスなどの浸入を防止するための保護層を形成してもよい。また、弾性境界波装置は、部品サイズが大きくなることを厭わないのであれば、パッケージに封入された構造を有していてもよい。

なお、上記保護層としては、酸化チタン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの絶縁性材料により構成されていてもよく、Ａｕ、ＡｌまたはＷなどの金属膜により構成されていてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂膜により構成されていてもよい。

１…第１の媒質
２…第２の媒質
３…第３の媒質
５…電極
２０…弾性境界波装置
２１…第１の媒質
２２…第２の媒質
２３…第３の媒質
２４…第４の媒質
２５…電極

Claims (9)

1. 第１〜第３の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている弾性境界波装置の製造方法であって、
   第１の媒質と第２の媒質とが積層されており、第１，第２の媒質の境界に電極が配置されている積層体を用意する工程と、
   前記積層体段階で第２の媒質の膜厚により周波数、または弾性表面波、擬似弾性境界波もしくは弾性境界波の音速を調整する調整工程と、
   前記調整工程後に、弾性境界波の音速及び／または材料が第２の媒質とは異なる第３の媒質を形成する工程とを備える、弾性境界波装置の製造方法。
2. 第３の媒質の厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５λより大きい、請求項１に記載の弾性境界波装置の製造方法。
3. 第１〜第４の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている弾性境界波装置の製造方法であって、
   第１〜第３の媒質がこの順序で積層されており、かつ第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されている積層体を用意する工程と、
   前記積層体段階で、周波数、または弾性表面波、擬似弾性境界波もしくは弾性境界波の音速を調整する調整工程と、
   前記調整工程後に、音速及び／または材料が第３の媒質とは異なる第４の媒質を形成する工程とを備える、弾性境界波装置の製造方法。
4. 前記第４の媒質の厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５λより大きい、請求項３に記載の弾性境界波装置の製造方法。
5. 少なくとも１つの媒質が、複数の材料層を積層した積層構造を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
6. 前記電極材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属を用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
7. 前記媒質層が、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、四ほう酸リチウム、ランガサイトやランガナイト、水晶、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス）、ＺｎＯ、ＡｌＮ、酸化珪素、ガラス、シリコン、サファイア、窒化シリコン及び窒素化炭素からなる群から選択された少なくとも１種の材料を用いて構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
8. 前記電極が、弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタを構成するための電極であり、弾性境界波装置として、弾性境界波共振子または弾性境界波フィルタが得られる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
9. 第１〜第４の媒質がこの順序で積層されており、第１の媒質と第２の媒質との境界に電極が配置されており、第３の媒質と第４の媒質との音速及び／または材料が異なっている、弾性境界波装置。
   

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