特開 2024-142158 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】P2024142158

(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

   H03H 9/54 20060101ALI20241003BHJP

   H03H 9/70 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H9/54 Z

H03H9/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023054195

(22)【出願日】2023-03-29

(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】石田 守

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108AA07

5J108BB01

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE03

5J108HH04

5J108HH05

(57)【要約】

【課題】スプリアスを抑制することが可能な弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】弾性波デバイス１００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、圧電層１４に厚みすべり振動を励振する下部電極お１２よび上部電極１６と、圧電層１４を挟んで下部電極１２と上部電極１６とが重なる共振領域５０に設けられ、複数の線状パターン２２を有し、複数の線状パターン２２が伸びる延伸方向６２は厚みすべり振動の振動方向６０とは圧電層１４の面内方向において異なる方向である付加膜２０とを備える。
【選択図】図１

【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、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する下部電極および上部電極と、
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に設けられ、複数の線状パターンを有し、前記複数の線状パターンが伸びる延伸方向は前記厚みすべり振動の振動方向とは前記圧電層の面内方向において異なる方向である付加膜と、を備える、弾性波デバイス。

【請求項2】

前記延伸方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して１５°以上７５°以下で傾くことで前記厚みすべり振動の振動方向とは異なる方向である、請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

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、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する下部電極および上部電極と、
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に設けられ、複数の島状パターンを有し、前記複数の島状パターンにおいて最短間隔で隣接するパターンが並んだ最短間隔方向は前記厚みすべり振動の振動方向に対して前記圧電層の面内方向において傾いた方向である付加膜と、を備える、弾性波デバイス。

【請求項4】

前記最短間隔方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して５°以上８５°以下で傾いた方向である、請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記最短間隔方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して１５°以上７５°以下で傾いた方向である、請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記共振領域は、平面視において、前記厚みすべり振動の振動方向で対向する２辺が互いに平行である、請求項１または３に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記圧電層は、単結晶タンタル酸リチウム層または単結晶ニオブ酸リチウム層である、請求項１または３に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

請求項１および３の少なくとも一方に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。

【請求項9】

入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、
前記複数の直列共振器のうち２以上の直列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち２以上の並列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、請求項８に記載のフィルタ。

【請求項10】

入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、
前記複数の直列共振器のうち２以上の直列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち２以上の並列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、請求項８に記載のフィルタ。

【請求項11】

入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、
前記複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器は請求項１に記載の弾性波デバイスであり、他の少なくとも１つの直列共振器は請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの直列共振器における前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きと前記他の少なくとも１つの直列共振器における前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きとが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は請求項１に記載の弾性波デバイスであり、他の少なくとも１つの並列共振器は請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの並列共振器における前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きと前記他の少なくとも１つの並列共振器における前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きとが互いに異なる、請求項８に記載のフィルタ。

【請求項12】

入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備え、
前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器および前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、
前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記複数の線状パターンの幅または間隔が小さい、請求項８に記載のフィルタ。

【請求項13】

前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記厚みすべり振動の振動方向に対する前記延伸方向の角度が大きい、請求項１２に記載のフィルタ。

【請求項14】

入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備え、
前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器および前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、
前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記複数の島状パターンの幅または前記最短間隔方向における間隔が小さい、請求項８に記載のフィルタ。

【請求項15】

前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記厚みすべり振動の振動方向に対する前記最短間隔方向の角度が大きい、請求項１４に記載のフィルタ。

【請求項16】

請求項８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】

携帯電話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、圧電薄膜共振器を使用し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、圧電層と、圧電層を挟む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対向する領域は、弾性波が共振する共振領域である。周波数調整のために、共振領域に付加膜を設けることが知られている（例えば特許文献１、２）。圧電層にニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層を用い、共振領域に厚みすべり振動を励振することが知られている（例えば特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１７２４９４号公報

【特許文献2】特開２０１１－４１１３６号公報

【特許文献3】特開２００８－４２８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧電層に厚みすべり振動が励振される場合、周波数調整のために共振領域に付加膜を設けた場合にスプリアスが発生することがある。

【0005】

本発明は、スプリアス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、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する下部電極および上部電極と、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に設けられ、複数の線状パターンを有し、前記複数の線状パターンが伸びる延伸方向は前記厚みすべり振動の振動方向とは前記圧電層の面内方向において異なる方向である付加膜と、を備える、弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記延伸方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して１５°以上７５°以下で傾くことで前記厚みすべり振動の振動方向とは異なる方向である構成とすることができる。

【0008】

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、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する下部電極および上部電極と、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に設けられ、複数の島状パターンを有し、前記複数の島状パターンにおいて最短間隔で隣接するパターンが並んだ最短間隔方向は前記厚みすべり振動の振動方向に対して前記圧電層の面内方向において傾いた方向である付加膜と、を備える、弾性波デバイスである。

【0009】

上記構成において、前記最短間隔方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して５°以上８５°以下で傾いた方向である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記最短間隔方向は、前記厚みすべり振動の振動方向に対して１５°以上７５°以下で傾いた方向である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記共振領域は、平面視において、前記厚みすべり振動の振動方向で対向する２辺が互いに平行である構成とすることができる。

【0012】

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

【0013】

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。

【0014】

上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、前記複数の直列共振器のうち２以上の直列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち２以上の並列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、前記複数の直列共振器のうち２以上の直列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち２以上の並列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きが互いに異なる構成とすることができる。

【0016】

上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された複数の並列共振器と、を備え、前記複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器は請求項１に記載の弾性波デバイスであり、他の少なくとも１つの直列共振器は請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの直列共振器における前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きと前記他の少なくとも１つの直列共振器における前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きとが互いに異なる、および／または、前記複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は請求項１に記載の弾性波デバイスであり、他の少なくとも１つの並列共振器は請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの並列共振器における前記延伸方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きと前記他の少なくとも１つの並列共振器における前記最短間隔方向の前記厚みすべり振動の振動方向に対する傾きとが互いに異なる構成とすることができる。

【0017】

上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備え、前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器および前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は、請求項１に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記複数の線状パターンの幅または間隔が小さい構成とすることができる。

【0018】

上記構成において、前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記厚みすべり振動の振動方向に対する前記延伸方向の角度が大きい構成とすることができる。

【0019】

上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備え、前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つの直列共振器および前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つの並列共振器は、請求項３に記載の弾性波デバイスであり、前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記複数の島状パターンの幅または前記最短間隔方向における間隔が小さい構成とすることができる。

【0020】

上記構成において、前記少なくとも１つの直列共振器は前記少なくとも１つの並列共振器より前記厚みすべり振動の振動方向に対する前記最短間隔方向の角度が大きい構成とすることができる。

【0021】

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】

【0022】

本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（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3】図３（ａ）から図３（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（その１）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（その２）である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例１および比較例２に係る弾性波デバイスの平面図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、モデルＡ、Ｂ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7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、モデルＣ、Ｄ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8】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１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（その１）である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１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（その２）である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１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（その３）である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例１の変形例１および変形例２に係る弾性波デバイスの平面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例１の変形例３および変形例４に係る弾性波デバイスの平面図である。

【図13】図１３（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図14】図１４は、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15】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、実施例２の変形例１および変形例２に係る弾性波デバイスの平面図である。

【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は、実施例３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18】図１８は、実施例４に係るフィルタの平面図である。

【図19】図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、モデルＥ、Ｆ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20】図２０は、実施例５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】

【0024】

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0025】

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。圧電層１４の法線方向をＺ方向、圧電層１４の平面方向であって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方向は、圧電層１４の結晶方位のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とは必ずしも対応しない。結晶方位を示す場合は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向と記載し、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向と区別する。

【0026】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、実施例１に係る弾性波デバイス１００は、基板１０と、下部電極１２と、圧電層１４と、上部電極１６と、エッジ膜１８ａ、１８ｂと、絶縁膜１９と、付加膜２０と、を備える。

【0027】

絶縁膜１９は、基板１０上に設けられ、凹部３０を有する。圧電層１４は、凹部３０を覆うように絶縁膜１９上に設けられている。圧電層１４の上面および下面は平坦面である。下部電極１２は、圧電層１４の下面に設けられている。下部電極１２と基板１０との間には空隙３２が形成されている。上部電極１６は、圧電層１４の上面に設けられている。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は共振領域５０である。共振領域５０は平面視において空隙３２と重なって位置する。空隙３２は平面視において共振領域５０より大きい。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。圧電層１４の厚さは、例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。

【0028】

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。弾性波の波長は圧電層１４の厚さのほぼ２倍である。共振領域５０の平面形状は矩形である。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Ｘ方向に伸び、別の一対の辺はほぼＹ方向に延びる。

【0029】

共振領域５０は、中央領域５２と、中央領域５２に対してＹ方向の両側に位置するエッジ領域５４と、を有する。エッジ領域５４はほぼＸ方向に伸びる。エッジ領域５４のＹ方向の幅はＸ方向においてほぼ一定である。エッジ膜１８ａは、エッジ領域５４において上部電極１６の上面に設けられている。エッジ膜１８ｂは、エッジ領域５４において下部電極１２の下面に設けられ、凹部３０内に位置している。エッジ膜１８ａ、１８ｂは、ピストンモードを実現してスプリアスを抑制するために設けられている。エッジ膜１８ａ、１８ｂは、平面視にて矩形状をしている。エッジ膜１８ａ、１８ｂの厚さは、例えば１０ｎｍ～７０ｎｍ程度である。

【0030】

付加膜２０は共振領域５０に設けられている。付加膜２０は共振周波数を調整するために設けられている。付加膜２０は例えば上部電極１６上に設けられている。付加膜２０は複数の線状パターン２２を有する。線状パターン２２は、厚みすべり振動の振動方向６０とは異なる方向に伸びている。線状パターン２２が伸びた延伸方向６２は線状パターン２２の長手方向に対応する。厚みすべり振動の振動方向６０に対する線状パターン２２の延伸方向６２の角度θは０°より大きく９０°以下である。線状パターン２２は、平面視において、短手方向で対向する辺が互いにほぼ平行でかつほぼ直線となっている。なお、短手方向で対向する辺は、互いに傾いている場合や、少なくとも一部が曲線となっている場合でもよい。複数の線状パターン２２は、例えば短手方向において同じ幅Ｗを有し、同じ間隔Ｌで並んでいる。

【0031】

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。絶縁膜１９は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜等である。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、または水晶等である。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。

【0032】

エッジ膜１８ａおよび１８ｂは、例えば下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜である。付加膜２０も、例えば下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜である。

【0033】

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。

【0034】

図２（ａ）および図２（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２（ａ）および図２（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（ａ）および図１（ｂ）のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に対応する。図２（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２（ｂ）に示すように、図２（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。

【0035】

［製造方法］
図３（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３（ａ）に示すように、圧電層１４上に下部電極１２を形成する。ここでの圧電層１４は、図１（ｂ）における圧電層１４より厚い層（基板）である。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）法を用いて成膜し、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて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はリフトオフ法により形成してもよい。その後、下部電極１２の先端部にエッジ膜１８ｂを形成する。エッジ膜１８ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて成膜し、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所望の形状にパターニングすることで形成する。エッジ膜１８ｂはリフトオフ法により形成してもよい。

【0036】

図３（ｂ）に示すように、圧電層１４上に、下部電極１２およびエッジ膜１８ｂを覆うように犠牲層９５を形成する。犠牲層９５は、例えばＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｇｅ、またはＳｉＯ_２等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。犠牲層９５は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて成膜し、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所望の形状にパターニングすることで形成する。犠牲層９５はリフトオフ法により形成してもよい。その後、圧電層１４上に犠牲層９５を覆う絶縁膜１９を成膜し、絶縁膜１９の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて研磨する。これにより、絶縁膜１９は、所望の厚さとなり、上面が平坦化される。

【0037】

図３（ｃ）に示すように、絶縁膜１９を基板１０に接合する。絶縁膜１９と基板１０の接合は、直接接合法により接合してもよいし、接合材を介して接合してもよい。その後、圧電層１４の上面を例えばＣＭＰ法を用いて研磨して所望の厚さにする。

【0038】

図４（ａ）に示すように、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法を用いて成膜し、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて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はリフトオフ法により形成してもよい。

【0039】

図４（ｂ）に示すように、上部電極１６の先端部にエッジ膜１８ａを形成する。下部電極１２と上部電極１６が圧電層１４を挟んで重なる領域に付加膜２０を形成する。エッジ膜１８ａおよび付加膜２０は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて成膜し、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所望の形状にパターニングすることで形成する。エッジ膜１８ａおよび付加膜２０はリフトオフ法により形成してもよい。

【0040】

図４（ｃ）に示すように、圧電層１４を貫通する貫通孔（不図示）を介し、犠牲層９５のエッチング液またはエッチングガス等のエッチング媒体を下部電極１２の下の犠牲層９５に導入する。これにより、犠牲層９５が除去される。犠牲層９５が除去されることで、絶縁膜１９に凹部３０が形成され、下部電極１２と絶縁膜１９との間に空隙３２が形成される。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。

【0041】

［比較例］
図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例１および比較例２に係る弾性波デバイスの平面図である。図５（ａ）に示すように、比較例１に係る弾性波デバイス１０００では、共振領域５０に付加膜が設けられていない。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。

【0042】

図５（ｂ）に示すように、比較例２に係る弾性波デバイス１１００では、共振領域５０に複数の島状パターン２４を有する付加膜２０ａが設けられている。複数の島状パターン２４は格子状に配置され、各々は平面視にて円形形状をしている。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。

【0043】

［シミュレーション］
比較例１および比較例２に係る弾性波デバイスに対してシミュレーションを行った。比較例２に係る弾性波デバイスに対しては、島状パターン２４の直径Ｄおよび間隔Ｌを異ならせた３つのモデルに対してシミュレーションを行った。シミュレーションを行った比較例１をモデルＡ、比較例２をモデルＢ、Ｃ、Ｄとする。シミュレーション条件は以下である。
共通の条件
弾性波の波長λ：圧電層１４の厚さの２倍
下部電極１２：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さ４４０ｎｍのニオブ酸リチウム層
上部電極１６：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂ：厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂの幅：８８０ｎｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が３４λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が３４λ
比較例２のモデルＢの条件
島状パターン２４：厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜
島状パターン２４の直径Ｄ：２．０μｍ
島状パターン２４の間隔Ｌ：１．０μｍ
比較例２のモデルＣの条件
島状パターン２４：厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜
島状パターン２４の直径Ｄ：２．０μｍ
島状パターン２４の間隔Ｌ：０．７５μｍ
比較例２のモデルＤの条件
島状パターン２４：厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜
島状パターン２４の直径Ｄ：１．５μｍ
島状パターン２４の間隔Ｌ：１．０μｍ

【0044】

図６（ａ）から図７（ｂ）は、モデルＡからＤ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６（ａ）に示すように、モデルＡ（比較例１）では、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間においてスプリアスの発生は抑制されていた。図６（ｂ）、図７（ａ）、および図７（ｂ）に示すように、モデルＢ、Ｃ、Ｄ（比較例２）では、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間においてスプリアス６６が発生した。モデルＣはモデルＢよりもスプリアス６６が高周波側にシフトし、モデルＤはモデルＣよりもスプリアス６６が高周波側にシフトした。すなわち、島状パターン２４の間隔Ｌが小さくなり、島状パターン２４の直径Ｄが小さくなることで、スプリアス６６の発生周波数は高周波側にシフトした。

【0045】

モデルＢ、Ｃ、Ｄ（比較例２）でスプリアス６６が発生したのは以下の理由によるものと考えられる。モデルＢ、Ｃ、Ｄ（比較例２）では、図５（ｂ）のように、共振周波数を調整するため、格子状に配置された島状パターン２４を有する付加膜２０ａが設けられている。このように、複数の島状パターン２４が格子状に配置されていると、厚みすべり振動の弾性波が励振される場合では、島状パターン２４に起因して発生する不要波の位相が揃うために互いに強め合うようになり、その結果、スプリアス６６が発生したことが考えられる。

【0046】

実施例１に係る弾性波デバイスに対してシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
弾性波の波長λ：圧電層１４の厚さの２倍
下部電極１２：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さ４４０ｎｍのニオブ酸リチウム層
上部電極１６：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂ：厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂの幅：８８０ｎｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が３４λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が３４λ
線状パターン２２：厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜
線状パターン２２の幅Ｗ：２．０μｍ
線状パターン２２の間隔Ｌ：１．０μｍ
振動方向６０に対する線状パターン２２の延伸方向６２の角度θ：０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°

【0047】

図８（ａ）から図１０（ｂ）は、実施例１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８（ａ）から図１０（ｂ）に示すように、厚みすべり振動の振動方向６０に対する線状パターン２２の延伸方向６２の角度θが０°の場合ではスプリアス６６が大きかったが、角度θが１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°の場合ではスプリアス６６は低減した。このシミュレーション結果から、振動方向６０とは異なる方向に伸びる線状パターン２２を有する付加膜２０を用いることで、スプリアス６６の発生を抑制できることが分かる。また、角度θの大きさによりスプリアス６６が発生する周波数が変化し、角度θが小さくなるとスプリアス６６の発生周波数は共振周波数ｆｒに近づき、角度θが大きくなるとスプリアス６６の発生周波数は反共振周波数ｆａに近づくことが分かる。

【0048】

実施例１においてスプリアス６６の発生が抑制されたのは以下の理由によるものと考えられる。複数の線状パターン２２が厚みすべり振動の振動方向６０に対して傾いた方向に伸びていることで、厚みすべり振動の弾性波が励振される場合、線状パターン２２に起因して発生する不要波の位相が互いにずれる。このため、線状パターン２２に起因する不要波が互いに強め合うことが抑制され、その結果、スプリアス６６の発生が抑制されたと考えられる。

【0049】

［変形例］
図１１（ａ）から図１２（ｂ）は、実施例１の変形例１から変形例４に係る弾性波デバイスの平面図である。図１１（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、線状パターン２２の幅および間隔が一定ではなく、複数の幅の線状パターン２２が複数の間隔で設けられている。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。図１１（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、線状パターン２２の各辺は直線ではなく、少なくとも一部において曲線となっている。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。

【0050】

図１２（ａ）に示すように、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイス１３０では、共振領域５０が平面視において楕円形形状をしている。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。図１２（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４に係る弾性波デバイス１４０では、共振領域５０が平面視において五角形以上の多角形形状をしている。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。

【0051】

実施例１およびその変形例によれば、共振領域５０に設けられた付加膜２０は複数の線状パターン２２を有する。複数の線状パターン２２の延伸方向６２は厚みすべり振動の振動方向６０とは異なっている。これにより、図８（ｂ）から図１０（ｂ）のように、スプリアス６６の発生を抑制することができる。スプリアス６６を抑制する観点から、厚みすべり振動の振動方向６０に対する複数の線状パターン２２の延伸方向６２の角度θは、５°以上９０°未満が好ましく、５°以上８５°以下がより好ましく、１５°以上７５°以下が更に好ましく、３０°以上６０°以下がより更に好ましい。

【0052】

また、実施例１では、図１（ａ）のように、共振領域５０は、平面視において、厚みすべり振動の振動方向６０で対向する２辺が互いに平行である。このような場合に、複数の線状パターン２２の延伸方向６２を厚みすべり振動の振動方向６０と異なる方向にすることにより、線状パターン２２に起因する不要波が互いに強め合うことが抑制されやすい。よって、スプリアス６６の発生を抑制することができる。２辺が互いに平行とは、製造誤差程度に傾いている場合を許容し、例えば一方の辺に対して他方の辺が５°以下で傾いている場合でもよく、３°以下が傾いている場合でもよい。

【実施例0053】

図１３（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、実施例２に係る弾性波デバイス２００では、共振領域５０に、複数の島状パターン２４を有する付加膜２０ａが設けられている。複数の島状パターン２４は、平面視において、例えば直径Ｄの大きさが互いに等しい円形形状をしている。複数の島状パターン２４は、格子状に配置されてなく、Ｘ方向で隣接する列がＹ方向にずれて千鳥状に設けられている。複数の島状パターン２４は、厚みすべり振動の振動方向６０に対して角度δで傾いた方向で並んだ間隔Ｌ１は、振動方向６０で並んだ間隔Ｌ２より小さくなっている。すなわち、複数の島状パターン２４が最短間隔で並んだ最短間隔方向６４は、厚みすべり振動の振動方向６０に対して角度δで傾いている。角度δは０°より大きく９０°より小さい。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。

【0054】

［シミュレーション］
実施例２に係る弾性波デバイスに対してシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
弾性波の波長λ：圧電層１４の厚さの２倍
下部電極１２：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さ４４０ｎｍのニオブ酸リチウム層
上部電極１６：厚さ４４ｎｍのアルミニウム膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂ：厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜
エッジ膜１８ａ、１８ｂの幅：８８０ｎｍ
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅が３４λ
Ｙ方向の条件：共振領域５０のＹ方向の幅が３４λ
島状パターン２４：厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜
島状パターン２４の直径Ｄ：１．０μｍ
島状パターン２４の間隔Ｌ１：０．８２μｍ
島状パターン２４の間隔Ｌ２：２．０μｍ
振動方向６０に対する最短間隔方向６４の角度δ：４５°

【0055】

図１４は、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に示すように、島状パターン２４の最短間隔方向６４が厚みすべり振動の振動方向６０に対して４５°傾いた場合では、スプリアス６６は小さく抑えられた。このシミュレーション結果から、島状パターン２４を用いた場合では、島状パターン２４の最短間隔方向６４を振動方向６０に対して傾けることで、スプリアス６６の発生を抑制できることが分かる。

【0056】

［変形例］
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、実施例２の変形例１および変形例２に係る弾性波デバイスの平面図である。図１５（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、複数の島状パターン２４の直径が一定ではなく、複数の直径の島状パターン２４が設けられている。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。図１５（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、島状パターン２４は、平面視において矩形形状をしている。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。なお、矩形形状以外にも、楕円形形状やオーバル形状等、その他の形状をしていてもよい。

【0057】

なお、実施例２においても、実施例１の変形例３または変形例４と同様に、共振領域５０は平面視において楕円形形状である場合や、五角形以上の多角形形状である場合でもよい。

【0058】

実施例２およびその変形例によれば、共振領域５０に設けられた付加膜２０ａは複数の島状パターン２４を有する。複数の島状パターン２４において最短間隔で隣接するパターンが並んだ最短間隔方向６４は厚みすべり振動の振動方向６０に対して傾いた方向である。これにより、図１４から分かるように、実施例１と同様、スプリアス６６の発生を抑制することができる。スプリアス６６を抑制する観点から、厚みすべり振動の振動方向６０に対する複数の島状パターン２４の最短間隔方向６４の角度δは、実施例１と同様、０°以上８５°以下の場合が好ましく、１５°以上７５°以下の場合がより好ましく、３０°以上６０°以下の場合が更に好ましい。

【0059】

また、実施例２でも、実施例１と同じく、共振領域５０は、平面視において、厚みすべり振動の振動方向６０で対向する２辺が互いに平行である。これにより、実施例１と同様に、島状パターン２４に起因する不要波が互いに強め合うことが抑制されやすく、スプリアス６６の発生を抑制することができる。