JP4453701B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には電極を被覆するように絶縁物層が形成されている構造を備えた弾性表面波装置に関する。

移動体通信システムに用いられるＤＰＸやＲＦフィルタでは、広帯域かつ良好な温度特性の双方が満たされることが求められている。従来、ＤＰＸやＲＦフィルタに使用されてきた弾性表面波装置では、３６°〜５０°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ₃からなる圧電性基板が用いられている。この圧電性基板は、周波数温度係数が−４０〜−３０ｐｐｍ／℃程度である。従って、温度特性を改善するために、圧電性基板上においてＩＤＴ電極を被覆するように正の周波数温度係数を有するＳｉＯ₂膜を成膜する方法が知られている。図１８は、この種の弾性表面波装置の製造方法の一例を示す。

図１８（ａ）に示すように、圧電性基板５１上に、ＩＤＴ電極が形成される部分を除いてレジストパターン５２が形成される。次に、図１８（ｂ）に示すように、全面にＩＤＴ電極を形成するための電極膜５３が形成される。しかる後、レジスト剥離液を用いて、レジスト５２及びレジスト５２上に付着している金属膜が除去される。このようにして、図１８（ｃ）に示すように、ＩＤＴ電極５３Ａが形成される。次に、図１８（ｄ）に示すように、ＩＤＴ電極５３Ａを被覆するように、ＳｉＯ₂膜５４が成膜される。

他方、上記周波数温度特性の改善とは別の目的で、弾性表面波装置のＩＤＴ電極を被覆するように絶縁性または反導電性の保護膜が形成されている弾性表面波装置の製造方法が下記特許文献１に開示されている。図１９は、この先行技術に記載の表面波装置を示す模式的断面図である。弾性表面波装置６１では、圧電性基板６２上に、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極６３が形成されている。ＩＤＴ電極６３の設けられている領域以外の領域には、絶縁性または反導電性の電極指間膜６４が形成されている。また、ＩＤＴ電極６３及び電極指間膜６４を被覆するように、絶縁性または反導電性の保護膜６５が形成されている。この先行技術に記載の弾性表面波装置６１では、上記電極指間膜６４及び保護膜６５が、ＳｉＯ₂などの絶縁物やシリコーンなどの反導電性材料により構成される旨が記載されている。ここでは、上記電極指間膜６３の形成により、圧電性基板６１の有する焦電性に起因する電極指間の放電による特性の劣化が抑制されるとされている。

他方、下記の特許文献２には、水晶またはニオブ酸リチウムからなる圧電性基板上に、アルミニウムや金などの金属からなる電極が形成されており、さらにＳｉＯ₂膜を形成した後、該ＳｉＯ₂膜を平坦化してなる１ポート型弾性表面波伝共振子が開示されている。ここでは、平坦化により良好な共振特性が得られるとされている。
特開平１１−１８６８６６号公報 特開昭６１−１３６３１２号公報

図１８に示したように、従来の周波数温度特性を改善するためにＳｉＯ₂膜を成膜してなる弾性表面波装置の製造方法では、ＩＤＴ電極５３Ａが存在する部分と、存在しない部分とで、ＳｉＯ₂膜５４の表面の高さが異なることになる。従って、上記ＳｉＯ₂膜５４表面の凹凸の存在により、挿入損失が劣化するという問題があった。また、ＩＤＴ電極の膜厚が大きくなるにつれて、この凹凸は大きくなる。従って、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすることができなかった。

他方、文献１に記載の弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極６３の電極指間に電極指間膜６４が形成された後に、保護膜６５が形成されている。従って、保護膜６５の表面を平坦化することができる。

しかしながら、文献１に記載の構成では、ＩＤＴ電極６３はＡｌまたはＡｌを主成分とする合金により構成されていた。このＩＤＴ電極６３に接するように電極指間膜６４が形成されていたが、ＩＤＴ電極６３において十分な反射係数を得ることができなかった。そのため、例えば共振特性などにリップルが生じがちであるという問題があった。

さらに、文献１に記載の製造方法では、保護膜６５を形成するに先だち、電極指間膜６４上に形成されたレジストをレジスト剥離液を用いて除去しなければならないが、この際に、ＩＤＴ電極６３がレジスト剥離液で腐食される恐れがあった。従って、ＩＤＴ電極を構成する金属として、腐食され易い金属を用いることができなかった。すなわち、ＩＤＴ電極構成金属の種類に制約があった。

他方、前述した特許文献２に記載の１ポート型弾性表面波共振子では、圧電性基板として水晶またはニオブ酸リチウムを用いること、電極がアルミニウムまたは金などからなることが示されているものの、具体的な実施例では、水晶基板上にＡｌからなる電極を形成した例のみが示されている。すなわち、他の基板材料や他の金属材料を用いた弾性表面波装置については特に言及されていない。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、電極上に絶縁物層が形成されている弾性表面波装置であって、共振特性などに現れるリップルによる特性の劣化が生じ難く、従って、良好な共振特性やフィルタ特性を有する弾性表面波装置を提供することにある。

上述したように、特許文献２では、ＳｉＯ₂膜の上面を平坦化することにより良好な共振特性が得られることが示されている。そこで、本願発明者らは、広帯域のフィルタを得るべく、圧電性基板として、電気機械結合係数が大きなＬｉＴａＯ₃基板を用い、その他は特許文献２に記載の構造と同様にして１ポート型弾性表面波共振子を作製し、特性を調査した。すなわち、ＬｉＴａＯ₃基板上に、Ａｌからなる電極を形成し、ＳｉＯ₂膜を形成し、該ＳｉＯ₂膜の表面を平坦化した。しかしながら、ＳｉＯ₂膜を形成した後に、特性が大きく劣化し、実用し得るものではないことを見出した。

電気機械結合係数が水晶に比べて大きいＬｉＴａＯ₃基板やＬｉＮｂＯ₃基板を用いると、比帯域幅は格段に大きくなる。しかしながら、本願発明者らが詳細な検討を行った結果、図２及び図３に示すように、ＬｉＴａＯ₃基板上にＡｌからなる電極を形成し、さらにＳｉＯ₂膜を形成した場合、ＳｉＯ₂膜の表面を平坦化することにより、反射係数が０．０２程度まで激減することがわかった。なお、図２及び図３は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板上にアルミニウム、金または白金からなるＩＤＴ電極を種々の厚みで形成し、さらにＳｉＯ₂膜を形成してなる弾性表面波装置の電極膜厚Ｈ／λと、反射係数との関係を示す図である。なお、図２及び図３における実線はＳｉＯ₂膜の表面を図２及び図３中に模式的に示すように平坦化していない場合の反射係数の変化を示し、破線はＳｉＯ₂膜の表面を平坦化した場合の反射係数の変化を示す。

図２及び図３から明らかなように、従来のＡｌからなる電極を用いた場合には、ＳｉＯ₂膜の表面を平坦化することにより、電極膜厚の如何に関わらず反射係数は０．０２程度まで激減することがわかる。このため、十分なストップバンドが得られなくなり、反共振周波数近傍に鋭いリップルが生じると考えられる。

また、従来、反射係数は電極膜厚が増大するにつれて大きくなることが知られている。しかしながら、図２及び図３から明らかなように、Ａｌからなる電極を用いた場合には、電極の膜厚を大きくしたとしても、ＳｉＯ₂膜の表面が平坦化された場合には、反射係数は増大しないことがわかる。

これに対して、図２及び図３から明らかなように、ＡｕやＰｔからなる電極を形成した場合には、ＳｉＯ₂膜の弾性表面波を平坦化した場合においても、電極の膜厚が増大するにつれて、反射係数が大きくなることがわかる。本願発明者らは、このような知見に基づき、種々検討した結果、本発明をなすに至ったものである。

本発明によれば、電気機械結合係数が１５％以上である回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板と、前記圧電性基板に形成されており、Ａｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金からなる金属層を主たる金属層とし、該主たる金属層に他の金属からなる金属層が積層されている積層膜により構成されている少なくとも１つの電極と、前記少なくとも１つの電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と略等しい膜厚に形成されている第１のＳｉＯ_２層とを備え、前記電極の密度が、前記第１のＳｉＯ_２層の密度の１．５倍以上であり、前記電極及び第１のＳｉＯ_２層を被覆するように形成された第２のＳｉＯ_２層と、前記第２のＳｉＯ_２層上に形成されたＳｉＮ層とをさらに備え、前記第２のＳｉＯ_２層の膜厚をｈ_１、弾性表面波の波長をλ、前記ＳｉＮ層の膜厚をｈ_２、係数Ａ_１＝−１９０．４８、係数Ａ_２＝７６．１９、係数Ａ_３＝−１２０．００、係数Ａ_４＝−４７．３０、係数Ａ_５＝５５．２５、Ｈ_１＝ｈ_１／λ、Ｈ_２＝ｈ_２／λ、及びθ＝（Ａ_１Ｈ_１ ^２＋Ａ_２Ｈ_１＋Ａ_３）Ｈ_２＋Ａ_４Ｈ_１＋Ａ_５としたときに、０．１５≦ｈ_１／λ≦０．４０かつ０＜ｈ_２／λ≦０．１であり、第２のＳｉＯ_２層の膜厚が第１のＳｉＯ_２層の膜厚の２倍より大きくされており、前記圧電性基板のＹ−Ｘカット角がθ±５°の範囲内にあり、前記電極の膜厚をｈとしたときに、０．０２＜ｈ／λ＜０．１０とされていることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。

なお、窒化ケイ素化合物層は、ＳｉＮ以外のＳｉ_３Ｎ_４などであってもよい。

本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記第２のＳｉＯ_２層と前記電極との間に配置されたＳｉＮよりなる拡散防止膜をさらに備え、該拡散防止膜の膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．００５≦ｈ／λ≦０．０５とされている。

本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記電極がＣｕまたはＣｕ合金、あるいはＣｕまたはＣｕ合金からなる主たる金属層を有する積層膜により構成されている。

本発明に係る弾性表面波装置では、圧電性基板上に、Ａｌよりも高密度の金属または該金属を主成分とする合金、あるいはＡｌよりも高密度の金属または該金属を主成分とする合金からなる主たる金属層を有する積層膜により構成されている電極が形成されており、該電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、電極と略等しい膜厚に第１のＳｉＯ_２層が形成されており、電極及び第１ＳｉＯ_２層を被覆するように第２のＳｉＯ_２層が形成されており、電極密度が、第１のＳｉＯ_２層の密度の１．５倍以上とされている。従って、第２のＳｉＯ_２層の上面が平坦化され、共振特性やフィルタ特性などに現れるリップルが帯域外に移動されるとともに、リップルが抑圧される。また、良好な周波数温度特性を実現することができる。

加えて、第２のＳｉＯ_２層上に、窒化ケイ素化合物層が形成されているため、特性の調整や改善を図ることができる。さらに、ＳｉＮをドライエッチングすることによりＴＣＦと比帯域幅を変化させることなく、周波数調整することができる。

さらに、第２のＳｉＯ_２層と、電極との間に、ＳｉＮからなる拡散防止膜が設けられており、拡散防止膜の膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．００５≦ｈ／λ≦０．０５の範囲とされている場合には、周波数温度特性ＴＣＦの変動量を小さくすることができ、かつ直流電圧を付加した場合の耐性を高めることが可能となる。また、上記拡散防止膜が設けられている場合には、電極材料の第２のＳｉＯ_２層への拡散を防止することができるので、第２のＳｉＯ_２層の表面をより一層平坦化することができる。加えて、電極構成金属のＳｉＯ_２層への拡散を抑制することができるので、高温負荷試験などにおける特性の劣化不良が生じ難い。従って、直流電圧を印加した場合の耐性を高めることができる。

上記電極として、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる電極、あるいはＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる主たる電極層を有する積層膜からなる電極を用いた場合には、安価であり、かつ導電性に優れた電極を形成することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的部分切欠正面断面図である。 図２は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板上に、種々の膜厚でＡｌ、ＡｕまたはＰｔからなるＩＤＴ電極を形成し、さらに規格化膜厚Ｈｓ／λが０．２のＳｉＯ₂膜を形成してなる１ポート型弾性表面波共振子において、ＳｉＯ₂膜の表面を平坦化した場合と平坦化していない場合の電極膜厚と反射係数との関係を示す図である。 図３は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板上に、種々の膜厚でＡｌ、ＣｕまたはＡｇからなるＩＤＴ電極を形成し、さらに規格化膜厚Ｈｓ／λが０．２のＳｉＯ₂膜を形成してなる１ポート型弾性表面波共振子において、ＳｉＯ₂膜の表面を平坦化した場合と平坦化していない場合の電極膜厚と反射係数との関係を示す図である。 図４は、第１の実施形態の弾性表面波装置の電極構造を説明するための平面図であり、ここではＳｉＮ層の形成前の状態が示されているである。 図５は、第１の実施形態の弾性表面波装置において、ＳｉＮ膜の膜厚を変化させた場合の共振周波数ｆａの変化を示す図である。 図６は、本実施形態の弾性表面波装置においてＳｉＮ膜の膜厚を調整して周波数調整を行った場合、並びに比較のための弾性表面波装置においてＳｉＯ₂膜の膜厚を調整することにより周波数調整を行った場合の周波数と周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図７は、第１の実施形態の弾性表面波装置においてＳｉＮ膜の膜厚を調整して周波数調整を行った場合、並びに比較のための弾性表面波装置においてＳｉＯ₂膜の膜厚を調整することにより周波数調整を行った場合の周波数と比帯域幅との関係を示す図である。 図８は、第１の実施形態において、ＳｉＮ膜の厚みを増加させた場合の弾性表面波装置のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性の変化を示す図である。 図９は、第１の実施形態において、ＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合の比帯域の変化を示す図である。 図１０は、第１の実施形態において、ＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合の反共振抵抗Ｒａの変化を示す図である。 図１１は、第１の実施形態の前提となったＳｉＯ₂からなる絶縁物層表面が平坦化された参考例の弾性表面波装置及び第２のＳｉＯ_２層表面が平坦化されていない弾性表面波装置のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す図である。 図１２は、ＳｉＯ₂からなる第２のＳｉＯ_２層表面が平坦化されている本実施形態においてＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合、並びに比較のために用意されており、第２のＳｉＯ_２層表面が平坦化されていない弾性表面波装置において、ＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合のＳｉＮの厚みと、比帯域との関係を示す図である。 図１３は、ＳｉＯ₂からなる第２のＳｉＯ_２層表面が平坦化されている本実施形態においてＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合、並びに比較のために用意されており、第２のＳｉＯ_２層表面が平坦化されていない弾性表面波装置において、ＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合のＳｉＮの厚みと、反共振抵抗Ｒａとの関係を示す図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置の略図的部分切欠正面断面図である。 図１５は、（ａ）及び（ｂ）は、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜が形成されていない場合のＩＤＴ電極から電極材料であるＣｕが拡散している状態を示すＳＩＭ写真及び該拡散が生じて電極にボイドが生じている状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。 図１６は、（ａ）及び（ｂ）は、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜が形成されている第２の実施形態において、ＩＤＴ電極からの拡散がほとんど生じていない状態を示すＳＩＭ写真及び走査型電子顕微鏡写真である。 図１７は、第２の実施形態の弾性表面波装置及びＳｉＮからなる拡散防止膜が形成されていない比較例の表面波装置の高温負荷試験結果を示す図である。 図１８は、（ａ）〜（ｄ）は、従来の弾性表面波装置の製造方法を説明するための各部分切欠正面断面図である。 図１９は、従来の弾性表面波装置の一例を示す切欠正面断面図である。 図２０は、（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施例における弾性表面波装置の製造方法を説明するための各模式的部分切欠断面図である。 図２１は、比較例の製造方法で得られた弾性表面波共振子のＳｉＯ₂膜の規格化膜厚と、位相特性及びインピーダンス特性との関係を示す図である。 図２２は、比較のために用意した弾性表面波共振子におけるＳｉＯ₂膜の膜厚と、共振子のＭＦとの関係を示す図である。 図２３は、参考例の製造方法において、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚を変化させた場合のインピーダンス特性及び位相特性の変化を示す図である。 図２４は、参考例及び比較例の製造方法により得られた弾性表面波共振子におけるＳｉＯ₂膜の膜厚と共振子のγとの関係を示す図である。 図２５は、参考例及び比較例の製造方法により得られた弾性表面波共振子におけるＳｉＯ₂膜の膜厚と共振子のＭＦとの関係を示す図である。 図２６は、参考例及び比較例で用意された弾性表面波共振子におけるＳｉＯ₂膜の厚みと、周波数温度特性ＴＣＦの変化との関係を示す図である。 図２７は、第２の比較例で用意されたＳｉＯ₂膜が形成された弾性表面波共振子と、ＳｉＯ₂膜を有しないインピーダンス−周波数特性を示す図である。 図２８は、（ａ）〜（ｅ）は、ＩＤＴ電極及び保護金属膜の平均密度の第１のＳｉＯ_２層の密度に対する比を変化させた場合のインピーダンス特性の変化を示す図である。 図２９は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板上に様々な金属からなるＩＤＴ電極を様々な厚みで形成した場合の電気機械結合係数の変化を示す図である。 図３０は、ＬｉＴａＯ₃基板上に様々な金属によりＩＤＴ電極を形成した場合に、Ａｌからなる電極を用いた場合に比べて電気機械結合係数が大きくなる電極膜厚範囲と電極材料との密度との関係を示す図である。 図３１は、第２の実施形態の弾性表面波装置の実験例において、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合の反共振Ｒａの変化を示す図である。 図３２は、第２の実施形態の弾性表面波装置の実験例において、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合のフィルタの比帯域（％）の変化を示す図である。 図３３は、第２の実施形態の弾性表面波装置の実験例において、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合の周波数温度特性ＴＣＦの変化を示す図である。 図３４は、第１の実施形態の弾性表面波装置において、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角を変化させた場合の反共振Ｑ値の変化の一例を示す図である。 図３５は、第１の実施形態において、第２のＳｉＯ_２層を構成するＳｉＯ_２膜の規格化膜厚を０．１５、０．３０または０．４０としたときの、ＳｉＮ層を構成しているＳｉＮ膜の厚みを変化させた場合に、反共振Ｒａが良好な値とされ得る最適カット角の変化を示す図である。

符号の説明

１…圧電性基板
２…第１のＳｉＯ_２層
４Ａ…ＩＤＴ電極
６…第２のＳｉＯ_２層
１１…弾性表面波装置
１２，１３…反射器
２１…弾性表面波装置
２２…ＳｉＮ層
３１…弾性表面波装置
３２…第１のＳｉＯ_２層
３５…拡散防止膜
３６…第２のＳｉＯ_２層

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。

図２０を参照して、本発明をなす前提となった、未だ公知ではない参考例の弾性表面波装置の製造方法を説明する。

図２０（ａ）に示すように、まず、圧電性基板として、ＬｉＴａＯ₃基板１を用意する。本参考例では、３６°Ｙ板Ｘ伝搬、オイラー角で（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板が用いられる。もっとも、圧電性基板としては、他の結晶方位のＬｉＴａＯ₃基板を用いてもよく、あるいは他の圧電単結晶からなるものを用いてもよい。また、絶縁性基板上に圧電性薄膜を積層してなる圧電性基板を用いてもよい。なお、オイラー角（φ，θ，ψ）のθ＝カット角＋９０°の関係がある。

ＬｉＴａＯ₃基板１上に、全面に第１のＳｉＯ_２層２を形成する。本参考例では、第１のＳｉＯ_２層２は、ＳｉＯ₂膜により形成されている。

第１のＳｉＯ_２層２の形成方法は、印刷、蒸着、またはスパッタリングなどの適宜の方法により行われ得る。また、第１のＳｉＯ_２層２の厚みは、後で形成されるＩＤＴ電極の厚みと等しくされている。

次に、図２０（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、レジストパターン３を形成する。レジストパターン３では、ＩＤＴが形成される領域を除いてレジストが位置するようにレジストパターン３が構成されている。

次に、図２０（ｃ）に矢印で示すようにイオンを照射する反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などにより、第１のＳｉＯ_２層２の内、レジスト３の下方に位置している部分を除いた残りの部分を除去する。

フッ素系のガスによるＲＩＥによってＳｉＯ₂をエッチングした場合、重合反応により残渣が生じる場合がある。この場合、ＲＩＥを行った後、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）等により処理することで対応できる。

しかる後、Ｃｕ膜とＴｉ膜を、第１のＳｉＯ_２層２と等しい厚みに成膜する。図２０（ｄ）に示すように、第１のＳｉＯ_２層２が除去されている領域、すなわちＩＤＴが形成される領域にＣｕ膜４が付与され、同時にレジストパターン３上にもＣｕ膜４が付与される。次に、全面保護金属膜としてＴｉ膜５を形成する。図２０（ｅ）に示すように、Ｔｉ膜５は、ＩＤＴ電極４Ａの上面と、レジストパターン３上のＣｕ膜４上に付与されることになる。従って、ＩＤＴ電極４Ａは、側面が第１のＳｉＯ_２層２で被覆され、上面がＴｉ膜５により被覆されている。このようにして、ＩＤＴ電極４Ａと保護金属膜とが形成され、ＩＤＴ電極４Ａの厚みと保護金属膜としてのＴｉ膜５の厚みの合計の厚みと第１のＳｉＯ_２層２の厚みとが同じ厚みを有するように構成される。

しかる後、レジスト剥離液を用い、レジストパターン３を除去する。このようにして、図２０（ｆ）に示すように、第１のＳｉＯ_２層２が設けられている領域を除いた残りの領域にＩＤＴ電極４Ａが形成されており、ＩＤＴ電極４Ａの上面がＴｉ膜５により被覆されている構造が得られる。

しかる後、図２０（ｇ）に示すように、全面に第２のＳｉＯ_２層６としてＳｉＯ₂膜を形成する。

このようにして、図４に示されている電極構造を有する１ポート型の弾性表面波共振子１１を得た。

なお、図２０（ａ）〜（ｇ）では、ＩＤＴ電極４Ａが形成されている部分のみが抜き出されて説明された。しかしながら、図４に示されているように、弾性表面波共振子１１は、ＩＤＴ電極４Ａの弾性表面波伝搬方向両側に反射器１２，１３を備えている。反射器１２，１３もまた、ＩＤＴ電極４Ａと同じ工程により形成される。

上記参考例では、１ポート型弾性表面波共振子１１が構成されているため、ＬｉＴａＯ₃基板１上に、１個のＩＤＴ電極４Ａが形成されていたが、弾性表面波装置の用途に応じて、複数のＩＤＴ電極が形成されてもよく、また上記のように反射器がＩＤＴと同一工程により形成されてもよく、反射器が設けられずともよい。

比較のために、図１８に示した従来のＳｉＯ₂膜を有する弾性表面波装置の製造方法に準じて、１ポート型弾性表面波共振子を作製した。もっとも、この比較例においても、基板材料としては、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬（オイラー角で（０°，１２６°，０°））のＬｉＴａＯ₃基板を用い、ＩＤＴ電極はＣｕにより形成した。図１８に示した製造方法から明らかなように、ＩＤＴ電極５３Ａが形成された後に、ＳｉＯ₂膜５４が形成されるため、ＳｉＯ₂膜５４の表面に凹凸が生じざるを得なかった。比較例において、ＣｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λ（ｈはＩＤＴ電極の厚み、λは弾性表面波の波長）を０．０４２とし、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λ（ＨｓはＳｉＯ₂膜の厚み）を、０．１１、０．２２及び０．３３とした場合のインピーダンス特性及び位相特性を図２１に示す。図２１から明らかなように、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λが大きくなるにつれて、反共振点におけるインピーダンスと共振点におけるインピーダンスとの比であるインピーダンス比が小さくなることがわかる。

また、図２２は、比較例で製作された弾性表面波共振子のＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λと、共振子のＭＦ（Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）との関係を示す。図２２から明らかなように、ＳｉＯ₂膜の膜厚が厚くなるにつれて、ＭＦが低下することがわかる。

すなわち、図１８に示した従来法に準じて、ＩＤＴ電極及びＳｉＯ₂膜を形成した場合、たとえＣｕによりＩＤＴ電極を形成したとしても、ＳｉＯ₂膜の膜厚が厚くなるにつれて、特性が大きく劣化した。これは、ＳｉＯ₂膜表面に前述した凹凸が生じざるを得ないことによると考えられる。

これに対して、本参考例の製造方法によれば、ＳｉＯ₂膜の膜厚を増加させた場合でも特性の劣化が生じ難いことを図２３〜２５に示す。

図２３は、上記参考例に従って弾性表面波共振子１１を得た場合のＳｉＯ₂膜の厚み、すなわち、第２のＳｉＯ_２層６の厚みを変化させた場合のインピーダンス特性及び位相特性の変化示す図である。また、図２４及び図２５の破線は、それぞれ、実施例においてＳｉＯ₂膜の膜厚Ｈｓ／λを変化させた場合の共振子の容量比γ及びＭＦの変化を示す図である。なお、容量比γは、電気機械結合係数をｋ^２とすると、圧電バルク波の理論からγ＝１／ｋ^２−１と近似され、γが小さいほど、電気機械結合係数ｋ^２が大きくなり、好ましい。

なお、図２４及び図２５においては、上記比較例の結果を、実線で示す。

図２３を、図２１と比較すれば明らかなように、上記参考例では、比較例の場合に比べて、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λを増加させても、インピーダンスの低下が生じ難いことがわかる。

また、図２４及び図２５の結果から明らかなように、比較例に比べて、参考例の製造方法によれば、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λの増加に伴う特性の劣化が抑制されることがわかる。

すなわち、本参考例の製造方法によれば、上記のようにＳｉＯ₂膜の膜厚を増加させた場合であっても、インピーダンス比の低下が生じ難く、特性の劣化を抑制することができる。

他方、図２６は、ＳｉＯ₂膜の膜厚と、比較例及び参考例の製造方法で得られた弾性表面波共振子の周波数温度特性ＴＣＦとの関係を示す図である。

図２６において、実線が比較例、破線が参考例の結果を示す。

図２６から明らかなように、参考例の製造方法によれば、ＳｉＯ₂膜の膜厚を増加させた場合に、周波数温度特性ＴＣＦを膜厚増に応じて理想的に改善し得ることがわかる。なお、図２６から明らかなように、ＳｉＯ_２膜の膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとしたときに、ｈ／λが０．０８以上、０．５以下の範囲であれば、周波数温度特性ＴＣＦ−２０ｐｐｍ／℃よりも大きく、すなわち周波数温度特性ＴＣＦの絶対値を２０ｐｐｍ／℃よりも小さくすることができ、周波数温度特性ＴＣＦの変動を効果的に改善し得ることがわかる。従って、後述の本発明の実施形態の弾性表面波装置においても、後述するように第２のＳｉＯ_２層の厚みをｈとしたときに、ｈ／λを０．０８以上、０．５以下とすることが望ましい。

従って、上記参考例の製造方法を採用することにより、特性の劣化が生じ難く、温度特性を効果的に改善し得る弾性表面波共振子を提供し得ることがわかる。

加えて、本参考例の製造方法では、ＩＤＴ電極は、Ａｌよりも高密度のＣｕにより構成されている。従って、ＩＤＴ電極４Ａは十分な反射係数を有し、共振特性上に表れる所望でないリップルを抑制することができる。これを、以下において説明する。

Ｃｕに代えてＡｌ膜を用いたことを除いては、上記参考例と同様にして第２の比較例の弾性表面波共振子を作製した。但し、ＳｉＯ₂膜の規格化膜厚Ｈｓ／λは０．０８とした。すなわち、第１のＳｉＯ_２層の厚みの規格化膜厚を０．０８とした。このようにして得られた弾性表面波共振子のインピーダンス及び位相特性を図２７に実線で示す。

また、ＳｉＯ₂膜を形成しなかったことを除いては、第２の比較例と同様にして構成された弾性表面波共振子のインピーダンス及び位相特性を図２７に破線で示す。

図２７の実線から明らかなように、上記参考例の製造方法に従ったとしても、ＩＤＴ電極をＡｌで形成し、かつＳｉＯ₂膜を形成した場合には、図２７の矢印Ａで示す大きなリップルが共振点と反共振点との間において表れることがわかる。また、このようなリップルは、ＳｉＯ₂を有しない弾性表面波共振子では表れていないことがわかる。

従って、ＳｉＯ₂膜の形成により周波数温度特性の改善等を図ろうとしても、ＡｌによりＩＤＴ電極を形成した場合には、上記リップルＡが表れ、特性の劣化を引き起こすことがわかる。本願発明者は、この点につきさらに検討した結果、ＩＤＴ電極として、Ａｌよりも高密度の金属を用いれば、ＩＤＴ電極の反射係数を高めることができ、それによって上記リップルＡを抑制し得ることを見出した。

すなわち、上記参考例と同様の製造方法に従って、但し、ＩＤＴ電極４を構成する金属の密度を種々異ならせ、上記参考例と同様にして弾性表面波共振子を作製した。このようにして得られた弾性表面波共振子のインピーダンス特性を図２８（ａ）〜（ｅ）に示す。図２８（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、ＩＤＴ電極及び保護金属膜の積層構造の平均密度ρ₁の第１のＳｉＯ_２層の密度ρ₂に対する比ρ₁／ρ₂が、２．５、２．０、１．５、１．２及び１．０の場合の結果を示す。

図２８（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、図２８（ａ）〜（ｃ）では、上記リップルＡが帯域外にシフトされ、さらに図２８（ａ）では、上記リップルＡが著しく抑圧されていることがわかる。

従って、図２８の結果から、ＩＤＴ電極及び保護金属膜の積層構造の第１のＳｉＯ_２層に対する密度比を１．５倍以上とすれば、上記リップルＡを共振周波数−反共振周波数の帯域の外側にシフトさせ、良好な特性の得られることがわかる。また、より好ましくは、上記密度比を２．５倍以上とすれば、リップル自体を小さくし得ることがわかる。

図２８（ａ）〜（ｅ）では、上記参考例に従って、ＩＤＴ電極４Ａ上に、Ｔｉ膜が積層されていたため、上記平均密度が用いられたが、本発明においては、ＩＤＴ電極４Ａ上に、保護金属膜が設けられずともよい。その場合には、ＩＤＴ電極４Ａの厚みを第１のＳｉＯ_２層の厚みと同じにして、ＩＤＴ電極の密度の第１のＳｉＯ_２層の密度に対する比を１．５倍以上とすることが好ましく、より好ましくは２．５倍以上とすればよく、上記と同様の効果の得られることが確かめられた。

従って、ＳｉＯ₂膜によりＩＤＴ電極を被覆してなる弾性表面波共振子において、ＩＤＴ電極の密度あるいはＩＤＴ電極と保護金属膜との積層体の平均密度を、ＩＤＴ電極の側方に位置する第１のＳｉＯ_２層の密度よりも大きくすれば、ＩＤＴ電極の反射係数を高めることができ、それによって共振点−反共振点間に表れる特性の劣化を抑制し得ることがわかる。

なお、Ａｌより高密度の金属もしくは合金としては、Ｃｕの他、Ａｇ，Ａｕなどやこれらを主体とする合金が挙げられる。

また、好ましくは、上記参考例のように、ＩＤＴ電極上に、保護金属膜を積層した構造とすれば、図２０（ａ）〜（ｇ）に示した製造方法から明らかなように、レジストパターン３を剥離する際に、ＩＤＴ電極４Ａの側面が第１のＳｉＯ_２層２により覆われており、かつ上面が保護金属膜６により覆われているため、ＩＤＴ電極４Ａの腐食を防止することができる。よって、より一層良好な特性を有する弾性表面波共振子を提供し得ることがわかる。

さらに、ＳｉＯ₂以外のＳｉＯ_xＮ_yなどの他の温度特性改善効果のある絶縁性材料により第１，第２のＳｉＯ_２層を形成してもよい。また、第１，第２のＳｉＯ_２層は異なる絶縁性材料で構成されてもよく、上記のように等しい材料で構成されてもよい。

図２９は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ₃基板上に、様々な厚みで様々な金属を用いてＩＤＴ電極を形成した場合のＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数の関係を示す図である。

図２９から得られる、Ａｌに比べて電気機械結合係数が大きくなる電極の規格化膜厚を各金属について調べたところ、図３０に示す結果が得られた。すなわち、図３０は、上記ＬｉＴａＯ₃基板上に、様々な密度の金属からなるＩＤＴ電極を形成した場合に、上述したようにＡｌからなるＩＤＴ電極を形成した場合に比べて電気機械結合係数が大きくなる電極膜厚範囲を示す図である。

図３０において、各金属からなる電極の膜厚範囲のうち上限が、Ａｌよりも電気機械結合係数が大きくなる範囲の限界値であり、各金属の電極膜厚範囲の下限は作製限界を示す。電気機械結合係数の大きな電極膜厚の範囲をｙ、密度をｘとして上限を二次式で近似すると、ｙ＝０．０００２５ｘ²−０．０１０５６ｘ＋０．１６４７３となる。

従って、後述の各電極材料別の具体的な実施例の説明から明らかなように、１４°〜５０°回転Ｙ板Ｘ伝搬（オイラー角で（０°，１０４°〜１４０°，０°））のＬｉＴａＯ₃からなる圧電性基板上に電極が形成されており、さらにＳｉＯ₂膜は規格化膜厚Ｈｓ／λ０．０３〜０．４５の範囲で形成されている構造において、電極の規格化膜厚Ｈ／λが、０．００５≦Ｈ／λ≦０．０００２５×ρ²−０．０１０５６×ρ＋０．１６４７３ …式（１）
を満たす場合、図３０の結果から明らかなように電気機械結合係数を高めることができる。なお、ρは電極の平均密度を示す。

なお、電極は、上述したアルミニウムよりも密度の高い金属を用いて構成されていることを特徴とする。この場合、電極は、アルミニウムよりも密度の高い金属から構成されていてもよく、あるいはアルミニウムを主体とする合金で構成されていてもよい。また、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金からなる主たる金属膜と、該金属膜と異なる金属からなる従たる金属膜の積層構造で構成されていてもよい。積層膜により電極が構成されている場合、電極の平均密度をρ、主たる電極層の金属の密度をρ０とした場合、ρ０×０．７≦ρ≦ρ０×１．３を満足する平均密度であればよい。

また、本発明においては、上記のように第２のＳｉＯ_２層の表面が平坦化されるが、この平坦化とは、電極の膜厚の３０％以下の凹凸を有するものであればよい。３０％を超えると、平坦化による効果が十分に得られないことがある。

さらに、上記のように第２のＳｉＯ_２層の平坦化は、様々な方法で行われる。例えば、エッチバックによる平坦化方法、逆スパッタ効果による斜入射効果を利用した平坦化方法、絶縁物層表面を研磨する方法、あるいは電極を研磨する方法などが挙げられる。これらの方法は２種以上が併用されてもよい。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図である。本実施形態の弾性表面波装置の電極構造は、前述した弾性表面波装置１１と同様である。すなわち、図４に示されている電極構造が、本実施形態の弾性表面波装置においても形成されている。従って、図４は、本実施形態の弾性表面波装置の電極構造を説明するための模式的平面図でもある。もっとも、図４では、後述のＳｉＮ層は省略されている。

本実施形態の弾性表面波装置２１は、前述した弾性表面波装置１１とは、最上部にＳｉＮ層２２が設けられていることを除いては、上記弾性表面波装置１１とほぼ同様に構成されている。

すなわち、図１に示すように、弾性表面波装置２１は、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板からなる圧電性基板１を有する。圧電性基板１上には、電極としてのＩＤＴ電極４Ａが形成されている。より具体的には、電極として、図４に示すＩＤＴ電極４Ａと、ＩＤＴ電極４Ａの表面波伝搬方向両側に配置された反射器１２，１３とが形成されている。すなわち、一端子対弾性表面波共振子を構成するために、ＩＤＴ電極４Ａと、反射器１２，１３とが形成されている。ＩＤＴ電極４Ａは、複数本の電極指を有する一対のくし歯電極を有し、一対のくし歯電極の互いの電極指が間挿し合っている。また、反射器１２，１３は、それぞれ、複数本の電極指を両端で短絡した構造を有する。

図１に戻り、電極が設けられている領域の残りの領域には、第１のＳｉＯ_２層２が形成されている。

また、第１のＳｉＯ_２層２の厚みは、電極の厚みと等しくされている。従って、電極と第１のＳｉＯ_２層２とからなる構造の上面は前述の参考例の場合と同様に平坦化されている。言い換えれば、電極の上面と、第１のＳｉＯ_２層２の上面とが同じ高さ位置に存在する。

上記電極及び第１のＳｉＯ_２層２を覆うように第２のＳｉＯ_２層６が形成されている。

第２のＳｉＯ_２層６を、スパッタリングなどの薄膜形成法を用いて構成した場合、第２のＳｉＯ_２層６の上面は平坦な面とされ得る。すなわち、前述したように第１のＳｉＯ_２層２と電極の上面が同じ高さ位置にあるため、薄膜形成法により第２のＳｉＯ_２層６を形成した場合、第２のＳｉＯ_２層６の上面がほぼ平坦面とされ、それによって所望でないリップルの発生を効果的に抑制することができる。

もっとも、前述した種々の平坦化方法を用いて、第２のＳｉＯ_２層６の上面を平坦化してもよい。また、平坦化の意味は、前述した通りである。
また、図２６を参照して前述したように、電極を覆う第２のＳｉＯ_２層６の膜厚ｈ／λは、図２６の結果より、０．０８以上、０．５以下とすることが好ましく、それによって周波数温度特性ＴＣＦの変動量の絶対値を２０ｐｐｍ／℃以下とすることができる。

上記のように、弾性表面波装置２１は、前述した参考例の弾性表面波装置１と、ＳｉＮ層２２を除いてはほぼ同様に構成されている。すなわち、弾性表面波装置２１においても、電極は、（１）Ａｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金により、または（２）Ａｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金からなる金属層を主たる金属層とし、該主たる金属層に他の金属からなる金属層が積層されている積層膜により構成されている。また、電極の密度は、第１のＳｉＯ_２層２の密度の１．５倍以上とされている。従って、本実施形態の弾性表面波装置２１は、上記参考例の弾性表面波装置１１により得られる作用効果を同様に発現する。

本実施形態の弾性表面波装置２１では、上記第２のＳｉＯ_２層６を覆うように、ＳｉＮ層２２が形成されている。ＳｉＮ層２２は、本実施形態では、ＳｉＮ膜を成膜することにより形成されている。すなわち、ＳｉＮ層２２は第２のＳｉＯ_２層６と音速が異なる材料で構成されている。前述した第２のＳｉＯ_２層６の表面が平坦化された弾性表面波装置１１より得られる作用効果に加えて、さらに、本実施形態の弾性表面波装置２１によれば、比帯域幅（ｆａ−ｆｃ）／ｆｃ（％）を大きくすることができる。なお、ｆｃは共振周波数、ｆａは反共振周波数を示す。加えて、反共振周波数ｆａにおける抵抗、すなわち反共振抵抗Ｒａが大きくなるため、反共振周波数ｆａにおけるＱが高くなり、例えば弾性表面波装置２１を複数用いて構成された帯域フィルタにおいて、通過帯域の高域側における減衰域の減衰量を拡大することができ、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。

本実施形態の弾性表面波装置２１が上記のような種々の作用効果を有することを、より具体的な実験例に基づき説明する。

上記圧電性基板１としての３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ₃基板上に、第１のＳｉＯ_２層２を構成する膜厚ｈ／λ＝０．０４のＳｉＯ₂膜を全面に形成した。ＳｉＯ₂膜の形成は、印刷、蒸着またはスパッタリングなどの適宜の方法により行われ得るが、本実施形態では、スパッタリングにより形成した。

次に、フォトリソグラフィー技術を用い、ＳｉＯ₂膜をパターニングした。パターニングに際しては、電極が形成されている領域のＳｉＯ₂膜が除去されるようにパターニングを行った。

次に、ｈ／λ＝０．００２５の厚みのＴｉ膜及びｈ／λ＝０．０３２５の厚みのＣｕ膜を順次成膜した。Ｔｉ膜の厚みとＣｕ膜の厚みの合計は、ｈ／λ＝０．０３５である。

しかる後、ＳｉＯ₂膜上のレジストパターン上のＴｉ膜及びＣｕ膜を除去した。このようにして、第１のＳｉＯ_２層２及び電極を形成した。

次に、スパッタリングにより、全面にＳｉＯ₂膜を形成し、第２のＳｉＯ_２層６を形成した。最後にＳｉＮ膜をスパッタリングにより成膜し、ＳｉＮ層２２を形成した。上記のようにして得られた弾性表面波装置２１では、周波数特性を測定した後、ＳｉＮ層２２を加工することにより周波数調整を行うことができる。これを、図５を参照して説明する。なお、図５及び以下の他の図における周波数特性等のデータは、図４に略図的に示した電極構造を有する、１．９ＧＨｚ帯の１ポート型弾性表面波共振子を作製した場合の特性である。

図５は、弾性表面波装置１におけるＳｉＮ膜２２の膜厚を変化させた場合の反共振周波数ｆａの変化を示す図である。

通常、弾性表面波装置２１のような構造において、ＳｉＯ₂膜と、ＳｉＮ膜とを有する積層膜の膜厚を増大させると、挿入損失が増大し、周波数特性の劣化が顕著となる。しかしながら、本実施形態では、第２のＳｉＯ_２層６の上面が前述したように平坦化されているため、積層膜の膜厚増大による特性劣化を小さくすることができる。

図５から明らかなように、ＳｉＮ膜の膜厚を変化させると、反共振周波数ｆａが大きく変化することがわかる。従って、例えば反応性イオンエッチングまたはＡｒ、Ｎ₂等の不活性イオンの照射による物理的なエッチングなどによりＳｉＮ層２２としてのＳｉＮ膜の膜厚を薄くすることにより、周波数を容易に調整することができる。あるいはＳｉＮ膜をさらにスパッタリングにより成膜し、ＳｉＮ層２２の厚みを厚くするようにして、周波数を高めるように周波数調整を行うことも可能である。

このようなＳｉＮ層２２の膜厚調整による周波数調整は、弾性表面波装置２１を得るためのマザーのウエハ段階で容易に行われ得る。また、反応性イオンエッチングまたはＡｒ、Ｎ₂等の不活性イオンの照射による物理的なエッチングなどにより、ＳｉＮ層２２の膜厚を薄くするように周波数調整を行う場合には、パッケージに弾性表面波装置２１が搭載された状態においても周波数調整を行うことができる。

第２のＳｉＯ_２層６上に、ＳｉＮ層２２が形成されていないことを除いては、上記実施形態と同様にして構成された参考例の弾性表面波装置１１を用意した。この参考例の弾性表面波装置１１では、第２のＳｉＯ_２層６の膜厚を調整することにより周波数を調整することができる。しかしながら、ＳｉＮ層２２が設けられていないので、第２のＳｉＯ_２層６の膜厚を調整して周波数を調整した場合、周波数温度係数ＴＣＦ（ｐｐｍ／℃）や比帯域幅〔％〕が大きく変動した。これに対して、本実施形態では、ＳｉＮ膜からなるＳｉＮ層２２の膜厚調整により周波数調整が行われ、その場合には、周波数温度係数ＴＣＦや比帯域幅の変化を抑制することができる。これを、図６及び図７を参照して説明する。なお、比帯域幅が変化するのは、膜厚調整により電気機械結合係数が変動するためである。

図６は、本実施形態において、ＳｉＮ膜の膜厚調整により周波数調整を実施した場合と、上記参考例の弾性表面波装置１１においてＳｉＯ₂膜の膜厚調整により周波数調整を実施した場合の周波数温度係数ＴＣＦの周波数による変化を示し、図７は比帯域幅〔％〕の周波数による変化を示す。

図６及び図７から明らかなように、弾性表面波装置１１において、第２のＳｉＯ_２層６の膜厚調整を行って周波数を調整した場合には、周波数温度係数ＴＣＦや比帯域幅が周波数によって大きく変動することがわかる。これに対して、本実施形態の弾性表面波装置２１において、ＳｉＮ層２２を構成しているＳｉＮ膜の膜厚調整により周波数を行った場合には、周波数温度係数ＴＣＦや比帯域幅の変化をさほど招かないことがわかる。

従って、上記のように、本実施形態では、ＳｉＮ層２２の形成により、比帯域幅や周波数温度係数ＴＣＦの大きな変化を招くことなく、周波数調整を行い得ることがわかる。特に、図６から明らかなように、ＳｉＮ層２２の膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとしたときに、ｈ／λを０＜ｈ／λ≦０．１の範囲とした場合には、周波数温度特性ＴＣＦの変動量を１０ｐｐｍ／℃以下とし得ることがわかる。

なお、本実施形態では、ＳｉＮ層２２は、ＳｉＮにより構成されているため、第２のＳｉＯ_２層６を構成しているＳｉＯ₂と同じ系列のガスを用いて反応性イオンエッチングを行うことができる。従って、ＳｉＮ層２２の膜厚調整を反応性イオンエッチングにより容易に行うことができるとともに、電極において外部との電気的接続のために露出される必要がある電極パッド部分上の絶縁膜除去工程の簡略化を図ることができる。

次に、本実施形態の弾性表面波装置２１において、ＳｉＮ層２２の膜厚を変化させた場合の周波数特性の変化を図８に示す。また、図９及び図１０は、ＳｉＮ膜の膜厚を変化させた場合の比帯域幅及び反共振抵抗Ｒａの変化を示す。

図８から明らかなように、ＳｉＮ膜の膜厚を０から５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ及び２００ｎｍと増加させるにつれて、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａが高くなることがわかる。また、図９から明らかなように、ＳｉＮ層２２の膜厚を増大していくことにより、比帯域幅が大きくなることがわかる。特に、ＳｉＮ層２２の膜厚が１００〜２００ｎｍの場合、すなわちｈ／λで０．０５〜０．１の範囲とした場合、比帯域幅を３．１％以上と大きくし得ることがわかる。

また、図１０から明らかなように、ＳｉＮ膜の膜厚を大きくすることにより反共振抵抗Ｒａを大きくすることができ、それによって反共振周波数におけるＱが高くなることがわかる。そのため、この弾性表面波装置２１を用いて構成された帯域フィルタでは、通過帯域の高域側におけるフィルタ特性の急峻性が効果的に高められる。

特に、ＳｉＮ膜の膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍの場合、規格化膜厚ｈ／λで０．０５〜０．１の場合、反共振抵抗Ｒａが５７．５ｄＢ以上となり、１５０ｎｍ、すなわちｈ／λで０．０７５の場合、反共振抵抗Ｒａが約６０ｄＢと最も大きくなることがわかる。

なお、本実施形態では、第２のＳｉＯ_２層６の表面が平坦化されており、該第２のＳｉＯ_２層６の上面にＳｉＮ層２２が成膜されて、上記のように特性が改善されていた。このようなＳｉＮ層２２の形成による効果は、上記のように第２のＳｉＯ_２層６の表面が平坦化されていることが前提となる。これを、図１１〜図１３を参照して説明する。

図１１は、上記実施形態の弾性表面波装置において、ＳｉＮ層２２を形成する前の周波数特性と、比較のために、ＳｉＯ₂膜の上面が平坦化されていないことを除いては、同様にして構成された弾性表面波装置の周波数特性を示す。なお、比較のために用意した弾性表面波装置の作製に際しては、電極を形成した後、４００ｎｍ（ｈ／λ＝０．２）の厚みのＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより形成することにより得た。すなわち、第１のＳｉＯ_２層２及び第２のＳｉＯ_２層６を別個に成膜するのではなく、４００ｎｍ（ｈ／λ＝０．２）の厚みのＳｉＯ₂膜を形成することにより比較のための弾性表面波装置を得た。図１１から明らかなように、平坦化を図ることにより、反共振周波数における抵抗すなわち反共振抵抗の拡大及び比帯域幅の拡大を図り得ることがわかる。

そして、上記実施形態と同様に、ＳｉＮ膜を様々な厚みで形成し、比帯域幅及び反共振抵抗Ｒａを測定した。結果を図１２及び図１３に示す。図１２及び図１３から明らかなように、本実施形態では、ＳｉＮ膜からなるＳｉＮ層２２を形成することにより、またＳｉＮ膜の膜厚を増大させることにより、比帯域幅の拡大及び共振抵抗Ｒａの改善を図ることができたのに対し、第２のＳｉＯ_２層の上面が平坦化されていない比較例では、ＳｉＮ膜を形成したとしても特性が改善されないことがわかる。特に、ＳｉＮ膜の厚みが増大すると、特性がより一層劣化することがわかる。

また、上記実施形態と同様に、但し、第２のＳｉＯ_２層６を構成しているＳｉＯ_２膜の膜厚、ＳｉＮ層２２を構成しているＳｉＮ膜の膜厚と、圧電基板のカット角を種々変更し、種々の弾性表面波装置１を作製し、圧電基板のカット角による反共振Ｑ値の変化を調べた。カット角による反共振のＱ値の変化の一例を図３４に示す。図３４では、第２のＳｉＯ_２層６を構成しているＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２８、ＳｉＮ層２２を構成しているＳｉＮの規格化膜厚が０．０７５とされており、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板のカット角を変化させた場合の弾性表面波装置１の反共振Ｑ値の変化を示す。

図３４から明らかなように、カット角が３４°±５°の範囲であれば、反共振Ｑ値がおよそ５００以上と高く、好ましいことがわかる。

図３４に示したように、反共振Ｑ値がおよそ５００以上である範囲を実現するＬｉＴａＯ_３基板のカット角の範囲と、ＳｉＮ膜の膜厚との関係を求めた。結果を図３５に示す。すなわち、図３５において、第２のＳｉＯ_２層６を構成しているＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．１５、０．３０及び０．４０の場合のＳｉＮ膜の膜厚の変化による最適カット角範囲の変化が示されている。そして、この図３５における結果を近似することにより、回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３圧電基板のカット角の好ましい範囲は、θ＝（Ａ_１Ｈ_１ ^２＋Ａ_２Ｈ_１＋Ａ_３）Ｈ_２＋Ａ_４Ｈ_１＋Ａ_５とすると、θ±５°の範囲が好ましいことがわかる。

なお、上記式において、係数Ａ_１〜Ａ_５は以下の通りである。
係数Ａ_１＝−１９０．４８、係数Ａ_２＝７６．１９、係数Ａ_３＝−１２０．００、係数Ａ_４＝−４７．３０、係数Ａ_５＝５５．２５、Ｈ_１＝ｈ_１／λ、Ｈ_２＝ｈ_２／λ。
また、ｈ_２は、上記ＳｉＮ層を形成しているＳｉＮ膜の膜厚であり、ｈ_１は、第２のＳｉＯ_２層６を構成しているＳｉＯ_２膜の膜厚である。

（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置を示す模式的正面断面図である。弾性表面波装置３１では、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板からなる圧電性基板１上に、電極が形成されている。電極は、第１の実施形態の電極と同様の平面形状を有する。すなわち、本実施形態においても、１．９ＧＨｚ帯の１ポート型弾性表面波共振子を構成するようにＩＤＴ電極４Ａ及び一対の反射器１２，１３を有するように電極が形成されている。

もっとも、電極は、Ｔｉ膜、Ｃｕ膜及びＴｉ膜を、それぞれ、５ｎｍ、６５ｎｍ及び１０ｎｍの膜厚となるように形成されている。第１のＳｉＯ_２層３２は、従って、８０ｎｍの厚みを有するように形成されている。

そして、本実施形態では、上記電極及び第１のＳｉＯ_２層３２を覆うように、拡散防止膜３５が形成されている。拡散防止膜３５は、本実施形態では、ＳｉＮ膜により構成されている。

他方、拡散防止膜３５上に、第２のＳｉＯ_２層３６が形成されている。

本実施形態では、ＳｉＮからなる拡散防止膜３５が形成されているため、電極からの金属粒子の第２のＳｉＯ_２層３６への拡散が効果的に抑制される。

本実施形態の弾性表面波装置３１の製造に際しては、上記拡散防止膜３５を形成した後、温度特性を改善するための温度特性改善膜としての第２のＳｉＯ_２層３６がＳｉＯ₂膜を成膜することにより形成され、しかる後反応性イオンエッチングにより電極パッドを露出させるために、電極の電極パッド上の絶縁材料が除去される。

ところで、上記拡散防止膜３５が形成されていない場合には、第２のＳｉＯ_２層３６を形成している間に、電極材料、本実施形態ではＣｕが拡散する。そのため、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、拡散防止膜３５が設けられていない場合には、Ｃｕの拡散により、電極にボイドが生じたり、第２のＳｉＯ_２層３２の表面の平坦性が損なわれる。

これに対して、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、ＳｉＮからなる拡散防止膜３５が形成されているため、電極を構成しているＣｕの拡散が抑制される。よって、図１５（ｂ）に示したボイドの発生を抑制でき、かつ第２のＳｉＯ_２層３６の表面の平坦性を高めることができる。

これを、具体的な実験例に基づき説明する。

下記の表１は、上記拡散防止膜３５が設けられている第２の実施形態の弾性表面波装置の場合と、拡散防止膜３５が設けられていないことを除いては同様に構成された弾性表面波装置の製造に際して、１０．１６ｃｍ径の表面波ウエハにおける各弾性表面波装置の特性ばらつきを示す。なお、拡散防止膜３５としてのＳｉＮ膜の厚みは３０ｎｍ（ｈ／λ＝０．０１５）とした。

表１から明らかなように、拡散防止膜３５の挿入により、周波数ばらつきを始とする特性のばらつきが効果的に低減され得ることがわかる。

なお、本実施形態においては、上記拡散防止膜３５は、ＳｉＮで構成されているため、第１のＳｉＯ_２層３２や第２のＳｉＯ_２層３６を構成しているＳｉＯ₂膜の成膜の場合と同じ系列のガスを用いて反応性イオンエッチングを行うことができる。従って、電極パッド上の絶縁膜を除去し電極パッドを露出させる工程の簡略化を図ることができる。

第２の実施形態において、得られた弾性表面波装置１１を、パッケージに収納し、ワイヤボンディングを行い、封止し、弾性表面波装置部品を得た。このようにして得た弾性表面波装置部品について以下の要領で約６００時間維持する高温負荷試験を行った。

高温負荷試験…弾性表面波装置部品に直流６Ｖの電圧を負荷した状態で、１２５℃の高温槽に投入し、絶縁抵抗の時間経過を測定した。

比較のために、上記実験例と同様に、拡散防止膜３５が形成されていないことを除いては、同様にして構成された弾性表面波装置部品についても高温負荷試験を行った。結果を図１７に示す。

図１７から明らかなように、拡散防止膜３５が設けられている実施例では、拡散防止膜としてのＳｉＮ膜を有しない比較例に比べて、６００時間経過後も故障が生じ難いことがわかる。また、表１から明らかなように、拡散防止膜３５を設けた場合であっても、弾性表面波装置における反共振抵抗Ｒａ及び比帯域幅の劣化は生じないことがわかる。

上記ＳｉＮからなる拡散防止膜３５の膜厚ｈは、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．００５≦ｈ／λ≦０．０５の範囲であることが望ましい。これを、図３１〜図３３及び下記の表２を参照して説明する。

すなわち、第２の実施形態において、上記拡散防止膜３５を構成しているＳｉＮ膜の厚みを種々変化させ、第２の実施形態に従って種々の弾性表面波フィルタ装置を作製し、特性を測定した。図３１〜図３３は、ＳｉＮ膜の膜厚を変化させた場合の前述した反共振抵抗、フィルタの比帯域（％）及び共振周波数の温度特性ＴＣＦの変化を示す図である。

また、上記第２の実施形態の弾性表面波フィルタ装置において、ＳｉＮ膜の膜厚を５ｎｍ、１０ｎｍ及び３０ｎｍに変化させたことを除いては、上記と同様にして各弾性表面波装置１１を作製し、さらに比較のために拡散防止膜を有しない弾性表面波装置１１を作製し、高温負荷試験を実施した。結果を下記の表２に示す。
なお、表２において、〇は故障無し（絶縁抵抗が１０^６Ω以上）、△は抑制効果は見られるが一部は故障であることを意味し、×は耐性不良で全て故障であったことを意味する。

図３１〜図３３及び表２の結果から明らかなように、ＳｉＮ膜からなる拡散防止膜３５の厚みが１０〜１００ｎｍの範囲、すなわち規格化膜厚ｈ／λで０．００５〜０．０５の範囲とすることにより、ＴＣＦの変動量が１０ｐｐｍ／℃以下と温度特性が安定であり、さらに直流電圧を印加した際の耐性に優れた弾性表面波装置１１を提供し得ることがわかる。

なお、第２の実施例形態では、拡散防止膜３５として、ＳｉＮを用いたが、他の窒化膜を用いてもよい。このような他の窒化膜としては、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴａＮまたはＷｎなどが挙げられる。さらに、拡散防止膜は、酸化膜により構成されていてもよく、このような酸化膜としては、例えばＴａ₂Ｏ₅などが挙げられる。

なお、図１４では、拡散防止膜３５は、電極の上面を覆うように形成されていたが、電極の側面をも覆うように構成されていてもよく、その場合には、電極材料の拡散をより一層効果的に防止することができ、望ましい。

また、第２の実施形態では拡散防止膜３５が電極と第２のＳｉＯ_２層３６との間に配置されていたが、この構成において、さらに第２のＳｉＯ_２層３６上に、第１の実施形態で示されたＳｉＮ層２２を設けてもよい。その場合には、第１の実施形態及び第２の実施形態で得られた効果の双方を得ることができ、望ましい。

なお、第１，第２の実施形態では、圧電性基板として、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板を用いたが、他のカット角のＬｉＴａＯ₃基板を用いてもよく、またＬｉＮｂＯ₃基板などの他の圧電性基板を用いてもよい。

また、上述してきた第１，第２の実施形態では、１ポート型弾性表面波共振子について説明したが、本発明は、このような１ポート型弾性表面波共振子を複数用いたラダー型フィルタのような弾性表面波フィルタなどの様々な弾性表面波装置一般に適用し得るものであることを指摘しておく。また、１ポート型弾性表面波共振子に限らず、電極は、様々なフィルタや共振子構造を有するように形成され得る。

Claims (2)

1. 電気機械結合係数が１５％以上である回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３からなる圧電性基板と、
   前記圧電性基板に形成されており、Ａｌよりも密度の大きい金属もしくは該金属を主成分とする合金からなる金属層を主たる金属層とし、該主たる金属層に他の金属からなる金属層が積層されている積層膜により構成されている少なくとも１つの電極と、
   前記少なくとも１つの電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と略等しい膜厚に形成されている第１のＳｉＯ_２層とを備え、
   前記電極の密度が、前記第１のＳｉＯ_２層の密度の１．５倍以上であり、
   前記電極及び第１のＳｉＯ_２層を被覆するように形成された第２のＳｉＯ_２層と、
   前記第２のＳｉＯ_２層上に形成されたＳｉＮ層とをさらに備え、
   前記第２のＳｉＯ_２層の膜厚をｈ_１、
   弾性表面波の波長をλ、
   前記ＳｉＮ層の膜厚をｈ_２、
   係数Ａ_１＝−１９０．４８、
   係数Ａ_２＝７６．１９、
   係数Ａ_３＝−１２０．００、
   係数Ａ_４＝−４７．３０、
   係数Ａ_５＝５５．２５、
   Ｈ_１＝ｈ_１／λ、Ｈ_２＝ｈ_２／λ、及び
   θ＝（Ａ_１Ｈ_１ ^２＋Ａ_２Ｈ_１＋Ａ_３）Ｈ_２＋Ａ_４Ｈ_１＋Ａ_５としたときに、
   ０．１５≦ｈ_１／λ≦０．４０かつ０＜ｈ_２／λ≦０．１であり、第２のＳｉＯ_２層の膜厚が第１のＳｉＯ_２層の膜厚の２倍より大きくされており、前記圧電性基板のＹ−Ｘカット角がθ±５°の範囲内にあり、前記電極の膜厚をｈとしたときに、０．０２＜ｈ／λ＜０．１０とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
2. 前記第２のＳｉＯ_２層と前記電極との間に配置されたＳｉＮよりなる拡散防止膜をさらに備え、該拡散防止膜の膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．００５≦ｈ／λ≦０．０５であり、前記電極がＣｕまたはＣｕ合金、あるいはＣｕまたはＣｕ合金からなる主たる金属層を有する積層膜により構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波装置。