特開 2024-140687 弾性波デバイス、フィルタ、およびマルチプレクサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140687

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、フィルタ、およびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20241003BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

B81B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051975

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】津田 裕太

(72)【発明者】

【氏名】松田 隆志

(72)【発明者】

【氏名】石田 守

【テーマコード（参考）】

3C081

5J108

【Ｆターム（参考）】

3C081AA15

3C081BA22

3C081BA48

3C081BA55

3C081CA45

3C081DA03

3C081DA06

3C081DA07

3C081DA08

3C081DA27

3C081DA29

3C081EA22

5J108AA07

5J108BB04

5J108BB07

5J108CC04

5J108CC11

5J108EE03

5J108EE05

5J108EE13

(57)【要約】

【課題】絶縁破壊の発生の抑制が可能な弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】弾性波デバイスは、基板１０と、基板１０上に設けられた圧電層１４と、圧電層１４の少なくとも一部を挟んで基板１０上に設けられた下部電極１２および上部電極１６と、基板１０と下部電極１２の間に設けられ、圧電層１４を挟んで下部電極１２と上部電極１６が重なる共振領域５０と少なくとも一部が共振領域５０の外に設けられる金属膜３６を含む第１層３２と、第１層３２とは異なる音響特性を有する絶縁材料からなる第２層３４と、が交互に積層され、第１層３２のうち少なくとも圧電層１４に最も近い最上層３２ａに含まれる金属膜３６は、上部電極１６が共振領域５０から引き出された第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１が、下部電極１２が共振領域５０から引き出された第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２より短い音響反射膜３０とを備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられた圧電層と、
前記圧電層の少なくとも一部を挟んで前記基板上に設けられた下部電極および上部電極と、
前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電層を挟んで前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域と少なくとも一部が前記共振領域の外に設けられる金属膜を含む１または複数の第１層と、前記１または複数の第１層とは異なる音響特性を有する絶縁材料からなる１または複数の第２層と、が交互に積層され、前記１または複数の第１層のうち少なくとも前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜は、前記上部電極が前記共振領域から引き出された第１引出領域での前記共振領域からの第１の長さが、前記下部電極が前記共振領域から引き出された第２引出領域での前記共振領域からの第２の長さより短い音響反射膜と、を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の前記第１引出領域側の端面は、前記共振領域と前記第１引出領域の境界に位置する、請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記１または複数の第２層は、前記第１引出領域において前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の端面を接しながら覆う、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記圧電層に最も近い最上層は、前記共振領域に設けられた前記金属膜と、前記金属膜の端面に接して前記第１引出領域に設けられ、前記絶縁材料より音響インピーダンスが高い他の絶縁材料からなる絶縁膜と、を含む、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記絶縁材料は酸化シリコンであり、
前記他の絶縁材料は酸化亜鉛、酸化ハフニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、または炭化シリコンである、請求項４に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の端面に接する空隙が前記第１引出領域に形成されている、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

基板と、
前記基板上に設けられた圧電層と、
前記圧電層の少なくとも一部を挟んで前記基板上に設けられた下部電極および上部電極と、
前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電層を挟んで前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域と前記共振領域の外に設けられる金属材料からなる１または複数の第１層と、前記１または複数の第１層とは異なる音響特性を有する絶縁材料からなる１または複数の第２層と、が交互に積層され、前記１または複数の第１層のうち前記圧電層に最も近い最上層と前記上部電極との間の距離は、前記共振領域に比べて前記上部電極が前記共振領域から引き出された第１引出領域の方が長い音響反射膜と、を備える弾性波デバイス。

【請求項8】

前記圧電層の前記下部電極が接する面から前記上部電極までの距離は前記共振領域より前記第１引出領域の方が長い、請求項７に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記圧電層に最も近い最上層から前記圧電層までの距離は前記共振領域から前記下部電極が引き出された第２引出領域より前記第１引出領域の方が長い、請求項７または８に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

前記圧電層は、タンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である、請求項１または７に記載の弾性波デバイス。

【請求項11】

請求項１または７に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。

【請求項12】

請求項１１に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイス、フィルタ、およびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯端末等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサとして、圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサが知られている。圧電薄膜共振器は、基板上に設けられた圧電層と、圧電層を挟んで基板上に設けられた下部電極および上部電極と、を備える。圧電層を挟み下部電極と上部電極が重なる共振領域における基板と下部電極の間に、音響特性の異なる２種類の層が積層された音響反射膜を備える構成が知られている（例えば特許文献１－３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０５５７４号公報

【特許文献2】特開２０１４－１７６０９５号公報

【特許文献3】特開２００８－１８７２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

音響反射膜は、平面視において、共振領域より大きく形成される。また、音響反射膜は、一般的に、金属材料により形成された第１層と絶縁材料により形成された第２層とを音響特性の異なる２種類の層として用いる。このような音響反射膜を有する弾性波デバイスに対して耐電力試験を行ったところ、上部電極と金属材料からなる第１層との間で絶縁破壊が発生する場合があった。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、絶縁破壊の発生を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層の少なくとも一部を挟んで前記基板上に設けられた下部電極および上部電極と、前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電層を挟んで前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域と少なくとも一部が前記共振領域の外に設けられる金属膜を含む１または複数の第１層と、前記１または複数の第１層とは異なる音響特性を有する絶縁材料からなる１または複数の第２層と、が交互に積層され、前記１または複数の第１層のうち少なくとも前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜は、前記上部電極が前記共振領域から引き出された第１引出領域での前記共振領域からの第１の長さが、前記下部電極が前記共振領域から引き出された第２引出領域での前記共振領域からの第２の長さより短い音響反射膜と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の前記第１引出領域側の端面は、前記共振領域と前記第１引出領域の境界に位置する構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記１または複数の第２層は、前記第１引出領域において前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の端面を接しながら覆う構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記圧電層に最も近い最上層は、前記共振領域に設けられた前記金属膜と、前記金属膜の端面に接して前記第１引出領域に設けられ、前記絶縁材料より音響インピーダンスが高い他の絶縁材料からなる絶縁膜と、を含む構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記絶縁材料は酸化シリコンであり、前記他の絶縁材料は酸化亜鉛、酸化ハフニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、または炭化シリコンである構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記圧電層に最も近い最上層に含まれる前記金属膜の端面に接する空隙が前記第１引出領域に形成されている構成とすることができる。

【0012】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層の少なくとも一部を挟んで前記基板上に設けられた下部電極および上部電極と、前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記圧電層を挟んで前記下部電極と前記上部電極とが重なる共振領域と前記共振領域の外に設けられる金属材料からなる１または複数の第１層と、前記１または複数の第１層とは異なる音響特性を有する絶縁材料からなる１または複数の第２層と、が交互に積層され、前記１または複数の第１層のうち前記圧電層に最も近い最上層と前記上部電極との間の距離は、前記共振領域に比べて前記上部電極が前記共振領域から引き出された第１引出領域の方が長い音響反射膜と、を備える弾性波デバイスである。

【0013】

上記構成において、前記圧電層の前記下部電極が接する面から前記上部電極までの距離は前記共振領域より前記第１引出領域の方が長い構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記圧電層に最も近い最上層から前記圧電層までの距離は前記共振領域から前記下部電極が引き出された第２引出領域より前記第１引出領域の方が長い構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記圧電層は、タンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である構成とすることができる。

【0016】

本発明は、上記に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタである。

【0017】

本発明は、上記に記載のフィルタを備えるマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、絶縁破壊の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。

【図2】図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ断面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、圧電層がニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層である場合の圧電層の結晶方位と、厚みすべり振動の振動方向と、の関係を示す図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。

【図5】図５（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図５（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図6】図６は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図7】図７は、比較例に係る弾性波デバイスの電界分布のシミュレーション結果である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、電界集中のメカニズムを説明するための図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図10】図１０（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図１０（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図11】図１１は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２および実施例２の変形例１の電界分布のシミュレーション結果である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、比較例および実施例２の周波数に対するアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果である。

【図14】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーションに用いたモデルＡ、Ｂの一部を示す断面図である。

【図15】図１５は、モデルＡ、Ｂに対する音響反射膜の第１層の長さに対するΔＹのシミュレーション結果である。

【図16】図１６は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図17】図１７（ａ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図、図１７（ｂ）は、実施例４の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図18】図１８（ａ）は、実施例４の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図、図１８（ｂ）は、実施例４の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。

【図19】図１９は、実施例５に係るフィルタの回路図である。

【図20】図２０は、実施例６に係るデュプレクサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

【実施例0021】

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ断面図である。図１においては、図の明瞭化のために、音響反射膜３０の第１層３２にハッチングを付し、貫通孔２２を他より太い線で図示している（以下の同様な図においても同じ）。圧電層１４の法線方向をＺ方向、圧電層１４の平面方向において互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向とする。図１、図２（ａ）、および図２（ｂ）に示すように、実施例１に係る弾性波デバイス１００は、下部電極１２と圧電層１４と上部電極１６とを備える圧電薄膜共振器である。

【0022】

基板１０上に音響反射膜３０が設けられている。音響反射膜３０上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４の上面および下面は平坦面である。圧電層１４の上下に上部電極１６および下部電極１２が設けられている。圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる領域が共振領域５０である。共振領域５０の平面形状は例えばほぼ矩形である。矩形はほぼ直線の４つの辺を有する。４つの辺のうち一対の辺はほぼＹ方向に沿って伸び、別の一対の辺はほぼＸ方向に沿って伸びている。

【0023】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板、またはＧａＡｓ基板等である。圧電層１４は、例えば単結晶ニオブ酸リチウム層、単結晶タンタル酸リチウム層、窒化アルミニウム層、酸化亜鉛層、チタン酸ジルコン酸鉛層、またはチタン酸鉛層等である。圧電層１４の厚さは例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。下部電極１２および上部電極１６の厚さは例えば２０ｎｍ～１５０ｎｍ程度である。

【0024】

下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力が印加されると、共振領域５０内の圧電層１４に弾性波が励振する。弾性波の波長は圧電層１４の厚さのほぼ２倍である。圧電層１４が単結晶ニオブ酸リチウム層または単結晶タンタル酸リチウム層である場合、圧電層１４には弾性波の変位がＺ方向にほぼ直交する方向（すなわち厚さに対して歪み方向）に振動する弾性波が励振される。この振動を厚みすべり振動という。厚みすべり振動の変位の最も大きい方向（厚みすべり振動の変位方向）を厚みすべり振動の振動方向６０とする。ここでは、厚みすべり振動の振動方向６０はＹ方向である。圧電層１４が窒化アルミニウム層、酸化亜鉛層、チタン酸ジルコン酸鉛層、またはチタン酸鉛層である場合、圧電層１４には主に厚み縦振動モードの弾性波が励振される。例えば、圧電層１４に厚みすべり振動の弾性波が励振される場合、下部電極１２および上部電極１６は、共振領域５０から厚みすべり振動の振動方向６０に引き出されてもよい。

【0025】

音響反射膜３０は、１または複数の第１層３２と１または複数の第２層３４とが交互に積層されている。第１層３２と第２層３４は音響特性の異なる膜である。実施例１では、第１層３２は金属材料により形成されている。第２層３４は絶縁材料により形成されている。例えば、第１層３２は、第２層３４よりも音響インピーダンスの高い膜である。第１層３２と第２層３４の膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。これにより、音響反射膜３０は弾性波を反射する。第１層３２と第２層３４の積層数は任意に設定できる。

【0026】

音響反射膜３０は、平面視において共振領域５０に重なって設けられている。第１層３２は、共振領域５０の外側において、下部電極１２および貫通孔２２と重なっているが、上部電極１６とは重なっていない。すなわち、上部電極１６が共振領域５０から引き出された領域を第１引出領域５２とし、下部電極１２が共振領域５０から引き出された領域を第２引出領域５４とすると、第１層３２は、共振領域５０と第２引出領域５４には設けられているが、第１引出領域５２には設けられていない。音響反射膜３０を平面視にて共振領域５０より大きくするのは、共振領域５０から斜め方向に漏れた弾性波を音響反射膜３０で反射させることを可能とし、特性の劣化を抑制するためである。

【0027】

１または複数の第１層３２のうち圧電層１４に最も近い層を最上層３２ａとし、最上層３２ａ以外の層を下層３２ｂとする。第１層３２は金属材料により形成されていることから、最上層３２ａおよび下層３２ｂは金属膜３６により形成されている。最上層３２ａは、共振領域５０および第２引出領域５４に設けられ、第１引出領域５２には設けられていないことから、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２より短くなっている。同様に、下層３２ｂは、共振領域５０および第２引出領域５４に設けられ、第１引出領域５２には設けられていないことから、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ３が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ４より短くなっている。言い換えると、最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれを形成する金属膜３６は、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１、Ｌ３が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２、Ｌ４より短くなっている。最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれの第１引出領域５２側の端面３３は、例えば共振領域５０と第１引出領域５２の境界に位置している。したがって、長さＬ１、Ｌ３はほぼゼロである。長さＬ２、Ｌ４はほぼ同じ長さである。

【0028】

金属膜３６は、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはタングステン（Ｗ）を主成分とする膜である。第２層３４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする膜である。表１に各材料の物性値について示す。表１において、音速は密度と体積弾性率の積の値の平方根を求めることで算出した。音響インピーダンスは密度と音速を掛けることで算出した。

【表1】

【0029】

ある膜がある元素を主成分とするには、ある膜に主成分以外の意図的な、または、意図しない不純物が含まれることを許容する。ある膜においてある元素が主成分である場合、ある元素の濃度は例えば５０原子％以上であり、例えば８０原子％以上である。酸化シリコン等のように、２つの元素を主成分とする場合では、シリコンの濃度と酸素の濃度の合計が例えば５０原子％以上であり、例えば８０原子％以上であり、シリコンの濃度および酸素の濃度は各々例えば１０原子％以上である。

【0030】

第１層３２を音響インピーダンスの高い膜とする場合、金属膜３６は上記材料の中でＡｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、またはＷを主成分とする膜とすることが好ましく、特に、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＷを主成分とする膜とすることがより好ましい。

【0031】

圧電層１４には、Ｘ方向から共振領域５０を挟み、Ｙ方向において共振領域５０に沿った一対の貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、例えば平面視において下部電極１２および上部電極１６がない領域に設けられている。例えば、平面視において、貫通孔２２は、Ｘ方向における共振領域５０の両側において共振領域５０に接している。すなわち、平面視において、貫通孔２２は矩形の共振領域５０のＸ方向で対向する辺を規定している。なお、貫通孔２２は、共振領域５０に接してなく、共振領域５０から離れて設けられていてもよい。貫通孔２２は、共振領域５０の両側に共振領域５０から同じ距離となって形成されている場合が好ましい。貫通孔２２は、例えば平面視において矩形状をしている。貫通孔２２が設けられることで、共振領域５０に励振された弾性波は共振領域５０内に閉じ込められるようになる。

【0032】

ここで、圧電層１４がニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層である場合の圧電層１４の結晶方位と、厚みすべり振動の振動方向６０と、の関係について説明する。まず、オイラー角（φ、θ、ψ）の定義について説明する。右手系のＸＹＺ座標系において、圧電層１４の上面の法線方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向であって圧電層１４の上面の面方向で互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向をそれぞれ結晶方位のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向とする。次に、Ｚ方向を中心に＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に角度φ回転させる。角度φ回転後のＸ方向を中心に＋Ｙ方向から＋Ｚ方向に角度θ回転させる。角度θ回転後のＺ方向を中心に＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に角度ψ回転させる。このように回転させたときのオイラー角は（φ、θ、ψ）となる。なお、（φ、θ、ψ）を用い表現されるオイラー角は、等価なオイラー角を含む。

【0033】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、圧電層１４がニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層である場合の圧電層１４の結晶方位と、厚みすべり振動の振動方向と、の関係を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）における左側の破線矢印は圧電層１４の結晶軸の方位を示す。右側の実線矢印は図１、図２（ａ）、および図２（ｂ）のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に対応する。図３（ａ）に示すように、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、および＋Ｚ方向をそれぞれ圧電層１４の結晶方位の＋Ｘ軸方向、＋Ｙ軸方向、および＋Ｚ軸方向とする。図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態から、Ｘ方向を中心にＹＺ平面上において＋Ｙ方向および＋Ｚ方向を＋Ｙ方向から－Ｚ方向に１０５°回転させる。このように回転させると、結晶方位の＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向に向かって１０５°回転させた方向が＋Ｚ方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の振動方向６０となる。オイラー角では（０°、－１０５°、０°）となる。なお、上記と同様の方法によって導出されるオイラー角が（０°、－１０５°、９０°）の場合には、Ｘ方向が厚みすべり振動の振動方向６０となる。オイラー角の各角度は±５°の範囲内を許容し、±１°の範囲内であることがより好ましい。

【0034】

［製造方法］
図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）は、図１のＡ－Ａ間に相当する箇所の断面図である。図４（ａ）に示すように、圧電層１４として圧電基板を準備する。圧電層１４上に下部電極１２を形成する。下部電極１２は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて金属膜を成膜し、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて金属膜を所望の形状にパターニングすることで形成する。下部電極１２はリフトオフ法を用いて形成してもよい。

【0035】

図４（ｂ）に示すように、圧電層１４上に下部電極１２を覆うように音響反射膜３０を形成する。音響反射膜３０は、第１層３２と第２層３４を交互に成膜し、第１層３２に関しては所望の形状にパターニングすることにより形成する。第１層３２および第２層３４の成膜は例えばスパッタリング法またはＣＶＤ法を用い、パターニングは例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる。その後、音響反射膜３０の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。

【0036】

図４（ｃ）に示すように、音響反射膜３０を基板１０に接合させる。接合には例えば表面活性化法を用いる。基板１０と音響反射膜３０との間にシリコン膜等の接合層を設けてもよい。次いで、圧電層１４を所望の厚さに薄膜化する。薄膜化には、例えば研削法および／またはＣＭＰ法を用いる。例えば研削法を用いて圧電層１４をほぼ所望の厚さとし、ＣＭＰ法を用いて上面を平坦化する。これにより、圧電層１４の上面は製造誤差程度に平坦面となる。その後、圧電層１４上に上部電極１６を形成する。上部電極１６は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて金属膜を成膜し、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて金属膜を所望の形状にパターニングすることで形成する。上部電極１６はリフトオフ法を用いて形成してもよい。

【0037】

その後、図２（ｂ）のように、圧電層１４を貫通する貫通孔２２を形成する。貫通孔２２の形成は例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる。以上により、実施例１に係る弾性波デバイスが形成される。

【0038】

［変形例］
図５（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図５（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図５（ａ）に示すように、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイス１１０では、最上層３２ａおよび下層３２ｂは、共振領域５０と第１引出領域５２と第２引出領域５４に設けられているが、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１、Ｌ３が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２、Ｌ４より短くなっている。したがって、実施例１と同じく、最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれを形成する金属膜３６は、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１、Ｌ３が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２、Ｌ４より短くなっている。長さＬ１、Ｌ３はほぼ同じ長さである。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0039】

図５（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイス１２０では、最上層３２ａは、実施例１と同じく、共振領域５０および第２引出領域５４に設けられ、第１引出領域５２には設けられていなく、端面３３が共振領域５０と第１引出領域５２の境界に位置している。したがって、実施例１と同じく、最上層３２ａを形成する金属膜３６は、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２より短くなっている。下層３２ｂは、共振領域５０と第１引出領域５２と第２引出領域５４に設けられ、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ３と第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ４とがほぼ同じになっている。すなわち、下層３２ｂを形成する金属膜３６は、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ３と第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ４とがほぼ同じになっている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0040】

［比較例］
図６は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図である。図６に示すように、比較例に係る弾性波デバイス１０００では、最上層３２ａおよび下層３２ｂは、共振領域５０と第１引出領域５２と第２引出領域５４に設けられ、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１、Ｌ３が第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２、Ｌ４とほぼ同じになっている。すなわち、最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれを形成する金属膜３６は、第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ１、Ｌ３と第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２、Ｌ４とがほぼ同じになっている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0041】

［シミュレーション］
比較例に係る弾性波デバイスに対し、下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力が印加した場合に生じる電界分布についてシミュレーションをした。シミュレーション条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
第１層３２：厚さが１５２ｎｍのタングステン膜
第２層３４：厚さが１９４ｎｍの酸化シリコン膜
下部電極１２：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さが４６０ｎｍのニオブ酸リチウム層であり、厚みすべり振動の振動方向がＹ方向
上部電極１６：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４：１０００ｎｍ
弾性波の波長λ：９２０μｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が２７λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が０．５λであり、境界条件は無限に連続

【0042】

図７は、比較例に係る弾性波デバイスの電界分布のシミュレーション結果である。図７に示すように、最上層３２ａの下部電極１２よりも突出した部分の端部近傍において第２層３４に電界が集中する結果となった。これは、次のような理由によるものと考えられる。

【0043】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、電界集中のメカニズムを説明するための図である。図８（ａ）に示すように、最上層３２ａの下部電極１２から突出した部分では、最上層３２ａを形成する金属膜３６と上部電極１６とが、絶縁材料からなる第２層３４と圧電層１４を挟んで対向している。このため、最上層３２ａと上部電極１６との間に容量が形成される。最上層３２ａと上部電極１６との間の容量を容量Ｃとすると、容量Ｃは比誘電率の異なる圧電層１４の容量Ｃ１と第２層３４の容量Ｃ２とに分けられる。図８（ｂ）に示すように、最上層３２ａと上部電極１６との間に電圧Ｖが印加された場合、容量Ｃ１の一方の電極に電荷＋Ｑが溜まったとすると、釣り合うために他方の電極には電荷－Ｑが溜まる。これに伴い、容量Ｃ２にも一方の電極に電荷＋Ｑが溜まり、他方の電極に電荷－Ｑが溜まる。つまり、容量Ｃ１と容量Ｃ２には同じ電荷が溜まる。ここで、クーロンの法則より、点電荷Ｑが距離ｒだけ離れた点に作る電界の強さＥは、Ｅ＝Ｑ／４πε_０ε_ｒｒ^２と表される。圧電層１４がタンタル酸リチウム層である場合の比誘電率ε_ｒは４３程度であり、第２層３４が酸化シリコン膜である場合の比誘電率ε_ｒは３．８程度である。よって、電界は圧電層１４よりも第２層３４の方が約１１倍強くなる。このため、図７において、最上層３２ａの下部電極１２よりも突出した部分の端部近傍において、第２層３４に電界が集中したものと考えられる。第２層３４に電界が集中することで絶縁破壊が生じることがある。

【0044】

実施例１およびその変形例では、最上層３２ａの金属膜３６は、第１引出領域５２での長さＬ１（第１長さ）が第２引出領域５４での長さＬ２（第２長さ）より短くなっている。これにより、第１引出領域５２において最上層３２ａの金属膜３６と上部電極１６とが対向する範囲が小さくなるため、電界強度を低減でき、絶縁破壊の発生を抑制することができる。また、最上層３２ａの金属膜３６の第２引出領域５４での長さＬ２が長くなることで、共振領域５０から斜め方向に漏れた弾性波を音響反射膜３０で効果的に反射させることができる。

【0045】

また、実施例１および実施例１の変形例２では、最上層３２ａの金属膜３６の端面３３は、共振領域５０と第１引出領域５２の境界に位置する。これにより、第１引出領域５２において最上層３２ａの金属膜３６と上部電極１６とが対向することが抑制されるため、電界強度を低減でき、絶縁破壊の発生を抑制ですることができる。端面３３が共振領域５０と第１引出領域５２の境界に位置するとは、端面３３が製造誤差程度に境界から共振領域５０側または第１引出領域５２側にずれている場合も許容する。

【0046】

また、実施例１およびその変形例では、絶縁材料からなる第２層３４は、第１引出領域５２において最上層３２ａの金属膜３６の端面３３に接して覆っている。第２層３４と上部電極１６との間には容量が生じにくいことから、絶縁破壊の発生を抑制することができる。

【0047】

また、実施例１およびその変形例では、圧電層１４はタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である。タンタル酸リチウム層およびニオブ酸リチウム層は比誘電率が比較的高いため、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すメカニズムにより第２層３４での電界強度が高くなって絶縁破壊が生じやすくなる。しかしながら、実施例１およびその変形例のように、最上層３２ａの金属膜３６の第１引出領域５２での長さＬ１を第２引出領域５４での長さＬ２より短くすることで、圧電層１４にタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層を用いた場合でも、絶縁破壊の発生を抑制できる。

【実施例0048】

図９（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、実施例２に係る弾性波デバイス２００では、音響反射膜３０の第１層３２は金属膜３６と絶縁膜３８とにより形成されている。最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれの金属膜３６は、実施例１と同様、共振領域５０と第２引出領域５４に設けられているが、第１引出領域５２には設けられていない。最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれの金属膜３６の端面３３は、共振領域５０と第１引出領域５２の境界に位置している。

【0049】

最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれの絶縁膜３８は、最上層３２ａおよび下層３２ｂそれぞれの金属膜３６の端面３３に接して第１引出領域５２に設けられている。したがって、最上層３２ａは、第１引出領域５２において、絶縁膜３８が第２層３４と圧電層１４を挟んで上部電極１６に対向している。最上層３２ａは、絶縁膜３８の第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ５が金属膜３６の第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ２とほぼ同じになっている。同様に、下層３２ｂは、絶縁膜３８の第１引出領域５２での共振領域５０からの長さＬ６が金属膜３６の第２引出領域５４での共振領域５０からの長さＬ４とほぼ同じになっている。長さＬ５、Ｌ６はほぼ同じ長さである。実施例２のその他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0050】

金属膜３６は、例えば表１に例示した金属材料により形成されている。絶縁膜３８は、第２層３４より音響インピーダンスの高い絶縁材料により形成されている。例えば、絶縁膜３８は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または炭化シリコンを主成分とする膜である。表２に各材料の物性値について示す。なお、第２層３４に用いられる酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の物性値については表１に記載している。

【表2】

【0051】

第１層３２を音響インピーダンスの高い膜とする観点から、絶縁膜３８は上記材料の中でＺｎＯ、ＨｆＯ_２、ＨｆＮ、ＡｌＮ、またはＴａ_２Ｏ_５を主成分とする膜とすることが好ましく、特に、ＨｆＯ_２またはＨｆＮを主成分とする膜とすることがより好ましい。

【0052】

［変形例］
図１０（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図１０（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイス２１０では、最上層３２ａは、実施例２と同じく、共振領域５０および第２引出領域５４に設けられた金属膜３６と、第１引出領域５２に設けられた絶縁膜３８と、により形成されている。下層３２ｂは、共振領域５０と第１引出領域５２と第２引出領域５４に設けられた金属膜３６のみで形成されている。その他の構成は実施例２と同じであるため説明を省略する。

【0053】

図１０（ｂ）に示すように、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイス２２０では、最上層３２ａおよび下層３２ｂは、共振領域５０に設けられた金属膜３６と、第１引出領域５２および第２引出領域５４に設けられた絶縁膜３８と、により形成されている。その他の構成は実施例２と同じであるため説明を省略する。

【0054】

図１１に示すように、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイス２３０では、最上層３２ａおよび下層３２ｂは、共振領域５０に設けられた金属膜３６と、第１引出領域５２および第２引出領域５４に設けられた絶縁膜３８と、により形成されている。第１引出領域５２および第２引出領域５４に設けられた絶縁膜３８は、圧電層１４の端部にかけて設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0055】

［シミュレーション］
実施例２および実施例２の変形例１に対し、下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力が印加された場合に生じる電界分布についてシミュレーションをした。シミュレーション条件は以下である。
共通の条件
基板１０：シリコン基板
第１層３２の金属膜３６：厚さが１５２ｎｍのタングステン膜
第１層３２の絶縁膜３８：厚さが１５２ｎｍの酸化亜鉛膜
第２層３４：厚さが１９４ｎｍの酸化シリコン膜
下部電極１２：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さが４６０ｎｍのニオブ酸リチウム層であり、厚みすべり振動の振動方向がＹ方向
上部電極１６：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
弾性波の波長λ：９２０μｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が２７λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が０．５λであり、境界条件は無限に連続
実施例２の条件
長さＬ１、Ｌ３（図９（ｂ）参照）：０ｎｍ
長さＬ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６（図９（ｂ）参照）：１０００ｎｍ
実施例２の変形例１の条件
長さＬ１（図１０（ａ）参照）：０ｎｍ
長さＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５（図１０（ａ）参照）：１０００ｎｍ

【0056】

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２および実施例２の変形例１の電界分布のシミュレーション結果である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、実施例２および実施例２の変形例１いずれの場合でも、第２層３４に生じる電界強度が低減した結果となった。これは、最上層３２ａの下部電極１２より突出した部分では、絶縁膜３８が第２層３４および圧電層１４を挟んで上部電極１６と対向しているためと考えられる。また、図１２（ｂ）に示すように、下層３２ｂは上部電極１６から離れているため、下層３２ｂの下部電極１２より突出した部分において金属膜３６が上部電極１６と対向したとしても電界強度が低減された結果であった。

【0057】

次に、比較例および実施例２に対し、アドミッタンス特性についてシミュレーションをした。比較例および実施例２のシミュレーション条件は、図７および図１２（ａ）でのシミュレーションと同じである。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、比較例および実施例２の周波数に対するアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、共振周波数ｆｒでのアドミッタンス｜Ｙ｜の絶対値と反共振周波数ｆａでのアドミッタンス｜Ｙ｜の絶対値との差であるΔＹは、比較例では７４．４７ｄＢ、実施例２では７４．７８ｄＢであった。このように、金属膜３６の代わりに絶縁膜３８を設けた場合でも、ΔＹはほとんど変わらず、むしろ若干ではあるが増加する結果であった。

【0058】

実施例２の変形例２および変形例３に対しても同様にしてアドミッタンス特性のシミュレーションを行ってΔＹを求めたところ、実施例２の変形例２のΔＹは７４．７５ｄｂ、実施例２の変形例３のΔＹは７４．４６ｄｂであった。

【0059】

次に、モデルＡ、Ｂを用いて、音響反射膜の第１層が共振領域から飛び出た長さとΔＹとの関係をシミュレーションした。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーションに用いたモデルＡ、Ｂの一部を示す断面図である。図１４（ａ）に示すモデルＡでは、最上層３２ａと下層３２ｂの共振領域５０から飛び出た長さＬを同じにした。図１４（ｂ）に示すモデルＢでは、下層３２ｂは最上層３２ａよりもλだけ長く共振領域５０から飛び出た構成とした。シミュレーション条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
最上層３２ａ、下層３２ｂ：厚さが１５２ｎｍのタングステン膜
第２層３４：厚さが１９４ｎｍの酸化シリコン膜
下部電極１２：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さが４６０ｎｍのニオブ酸リチウム層であり、厚みすべり振動の振動方向がＹ方向
上部電極１６：厚さが４６ｎｍのアルミニウム膜
長さＬ：０ｎｍ～２０００ｎｍ
弾性波の波長λ：９２０μｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が２７λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が０．５λであり、境界条件は無限に連続

【0060】

図１５は、モデルＡ、Ｂに対する音響反射膜の第１層の長さに対するΔＹのシミュレーション結果である。図１５に示すように、モデルＡ、Ｂともに、長さＬをλ（９２０ｎｍ）以上とすることで、ΔＹの低下が抑制される結果であった。この結果から、実施例１およびその変形例、ならびに、実施例２およびその変形例において、第１層３２が共振領域５０から第２引出領域５４に飛び出る長さＬ２、Ｌ４はλ以上とすることが望ましい。第１層３２が共振領域５０から貫通孔２２側に飛び出る長さについても同じである。

【0061】

実施例２およびその変形例によれば、最上層３２ａは、共振領域５０に設けられた金属膜３６と、金属膜３６の端面３３に接して第１引出領域５２に設けられた絶縁膜３８と、を有する。絶縁膜３８は、第２層３４より音響インピーダンスの高い絶縁材料により形成されている。これにより、最上層３２ａは第１引出領域５２において絶縁膜３８が上部電極１６に対向するため、図１２（ａ）および図１２（ｂ）のように、電界強度を低減でき、絶縁破壊の発生を抑制することができる。また、第１引出領域５２に第２層３４よりも音響インピーダンスの高い絶縁膜３８が設けられていることから、実施例１に比べて、共振領域５０から斜め方向に漏れた弾性波を音響反射膜３０で効果的に反射させることができる。なお、最上層３２ａおよび下層３２ｂともに共振領域５０において金属膜３６としているのは、弾性波の反射のために共振領域５０では高インピーダンスの膜とするためである。